(57)【要約】【課題】  小型でかつ外部から加わる圧力の検出感度が高く、長期間にわたって正確に検出することができる信頼性の高い圧力検出装置用のパッケージを提供すること。【解決手段】  側面に半導体素子３が搭載される搭載部１ａを有する絶縁基体１と、この絶縁基体１の表面および内部に配設され、半導体素子３の電極が電気的に接続される複数の配線導体５と、絶縁基体１の一方の主面との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で絶縁基体１に接合された絶縁板２と、密閉空間の絶縁基体１の一方の主面に被着され、配線導体５の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第一電極７と、絶縁板２の内側主面に第一電極７と対向するように被着され、配線導体５の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第二電極９とを具備している。【選択図】  図１
2005214735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の表面および内部に配設され、前記半導体素子の電極が電気的に接続される複数の配線導体と、前記絶縁基体の一方の主面との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で前記絶縁基体に接合された絶縁板と、前記密閉空間の前記絶縁基体の前記一方の主面に被着され、前記配線導体の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第一電極と、前記絶縁板の内側主面に前記第一電極と対向するように被着され、前記配線導体の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第二電極とを具備していることを特徴とする圧力検出装置用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力を検出するための圧力検出装置に使用される圧力検出装置用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力を検出するための圧力検出装置として静電容量型の圧力検出装置が知られている。この静電容量型の圧力検出装置は、図３に断面図で示すように、セラミック材料や樹脂材料から成る配線基板２１上に、静電容量型の感圧素子２２と、圧力検出装置用パッケージ２８に収容された演算用の半導体素子２９とを備えている。
【０００３】
そして、感圧素子２２は、例えばセラミック材料等の電気絶縁材料から成るとともにその上面中央部に静電容量形成用の電極２３が被着された凹部を有する絶縁基体２４と、この絶縁基体２４の上面に絶縁基体２４の凹部が密閉空間となるように可撓な状態で接合されるとともに密閉空間側の主面に静電容量形成用の電極２５が被着された絶縁板２６と、各静電容量形成用の電極２３および電極２５をそれぞれ外部と電気的に接続するための外部リード端子２７とから構成されている。これにより、外部から加わる圧力に応じて絶縁板２６が撓むことで電極２３と電極２５間との間に形成された静電容量が変化し、この変化を演算用の半導体素子２９により演算処理することで外部から加わる圧力を検出することができる。
【０００４】
しかしながら、この従来の圧力検出装置によると、感圧素子２２と半導体素子２９とを配線基板２１上に個別に実装していることから、圧力検出装置が大型化するとともに圧力検出用の電極２３および電極２５と半導体素子２９とを接続する配線導体が長いものとなり、不要な静電容量が生じるため感度が低くなるという問題点を有していた。
【０００５】
そこで、図２に断面図で示すような、一方の主面に半導体素子１３が搭載される搭載部１１ａを有する絶縁基体１１と、この絶縁基体１１の表面および内部に配設され、半導体素子１３の各電極が電気的に接続される複数の配線導体１５と、絶縁基体１１の他方の主面の中央部に被着され、配線導体１５の一つである配線導体１５ａに電気的に接続された静電容量形成用の第一電極１７と、絶縁基体１１の他方の主面に、この主面の中央部との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で接合された絶縁板１２と、絶縁板１２の内側の主面に第一電極１７と対向するように被着されるとともに配線導体１５の他の一つである配線導体１５ｂに電気的に接続された静電容量形成用の第二電極１９とを具備する圧力検出装置用パッケージが提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００６】
この圧力検出装置用パッケージによれば、半導体素子１３を収容する圧力検出装置用パッケージに感圧素子が一体に形成されるため、圧力検出装置を小型化することができるとともに圧力検出用の電極と半導体素子１３とを接続する配線導体１５を短いものとすることができ、複数の配線導体１５間に発生する不要な静電容量を小さなものとすることができる。
【０００７】
従来、圧力検出装置用パッケージの配線導体１５や静電容量形成用の第一電極１７，第二電極１９は、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ）等の金属粉末メタライズから成り、Ｗ等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤および分散剤を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法等によりセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）に印刷塗布し、これらを絶縁基体１１や絶縁板１２となるグリーンシートが上下に積層された生セラミック成形体とともに焼成することによって製作される。
【０００８】
また、第一電極１７および第二電極１９を静電容量形成用とするために、第一電極１７と第二電極１９との間に一定の空間領域を形成する必要があるため、絶縁基体１１または絶縁板１２の外周部に枠状の突起部１２ａを形成することで、絶縁基体１１と絶縁板１２との間に静電容量形成用の密閉空間を形成していた。
【０００９】
なお、絶縁基体１１と絶縁板１２とは、絶縁基体１１上に第一電極１７の周囲に設けられた第一接合用メタライズ層１８と、絶縁板１２の外周部に設けられた第二接合用メタライズ層２０とがろう材等の導電性接合材によって接合されることにより取着されている。
【００１０】
また、このような突起部１２ａを有する絶縁板１２は、密閉空間を形成するための貫通孔が打ち抜き加工法等で形成された突起部１２ａ用のグリーンシートと、第二電極１９が形成された底板部１２ｂ用のグリーンシートとを積層し絶縁板１２用のグリーンシートと成し、高温で焼成することで形成される。
【特許文献１】特開２００１−３５６０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の圧力検出装置用パッケージによると、第一電極１７に接続された配線導体１５ａおよび第二電極１９に接続された配線導体１５ｂと第一電極１７および第二電極１９との間に形成される静電容量については考慮されておらず、第一電極１７に接続された配線導体１５ａおよび第二電極１９に接続された配線導体１５ｂの一部が第一電極１７および第二電極１９と上下に重なる位置に配設されており、これらの配線導体１５ａ,１５ｂと第一電極１７および第二電極１９との間に不要な静電容量が形成され、そのため圧力の検出感度が低下するという問題点を有していた。
【００１２】
また、第一電極１７に接続された配線導体１５ａと第二電極１９に接続された配線導体１５ｂとの間においても不要な静電容量が形成され、より高感度な圧力検出装置を得ることが困難であるという問題点を有していた。
【００１３】
従って、本発明は係る上述の要求に鑑み案出されたものであり、その目的は、小型で
かつ外部から加わる圧力の検出感度が高く、長期間にわたって正確に検出することができる信頼性の高い圧力検出装置用のパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の圧力検出装置用パッケージは、側面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の表面および内部に配設され、前記半導体素子の電極が電気的に接続される複数の配線導体と、前記絶縁基体の一方の主面との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で前記絶縁基体に接合された絶縁板と、前記密閉空間の前記絶縁基体の前記一方の主面に被着され、前記配線導体の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第一電極と、前記絶縁板の内側主面に前記第一電極と対向するように被着され、前記配線導体の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第二電極とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、絶縁基体の側面の搭載部に半導体素子が搭載されることから、半導体素子の電極と電気的に接続される第一電極に接続された配線導体および第二電極に接続された配線導体は、第一電極および第二電極と上下に重ならない絶縁基体の側面および外周部の内部のみに配設することができるようになり、その結果配線導体と第一電極および第二電極との間に不要な静電容量が形成されることを有効に防止することができる。
【００１６】
また、第一電極に接続された配線導体および第二電極に接続された配線導体を極めて短いものとして配設できるようになり、その結果、配線導体の間に不要な静電容量が形成されることを有効に防止することができる。
【００１７】
これらにより、小型でかつ外部から加わる圧力の検出感度が高く、長期間にわたって正確に検出することができる信頼性の高い圧力検出装置用のパッケージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の圧力検出装置用パッケージを添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体、２は絶縁板、３は半導体素子、７は第一電極、９は第二電極である。
【００２０】
本発明の絶縁基体１および絶縁板２は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ガラスセラミックス等の電気絶縁材料から成る。このような絶縁基体１および絶縁板２が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウムや酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤および分散剤を添加混合して泥漿状となすとともに、これを従来周知のドクターブレード法等によりシート状に成形することで複数枚のグリーンシートを得、しかる後、これらのグリーンシートに適当な打ち抜き加工や積層加工，切断加工等を施すとともに上下に積層して生セラミック成形体と成し、これを約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００２１】
絶縁基体１は側面に半導体素子３を搭載する搭載部１ａを有している。そして、この半導体素子３は、搭載部１ａに搭載されるとともに例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材４により覆われることで封止される。
【００２２】
また、搭載部１ａには複数の配線導体５が導出されており、配線導体５と半導体素子３の各電極とを半田バンプ等の導電性接合材６を介して接合することにより半導体素子３の各電極と各配線導体５とが電気的に接続されるとともに半導体素子３が搭載部１ａに取着される。または、半導体素子３は配線導体５とボンディングワイヤ等の他の電気的接続手段により接続されてもよい。
【００２３】
配線導体５は、半導体素子３の各電極を外部電気回路，第一電極７および第二電極９に電気的に接続するための導電路として機能し、その一部は絶縁基体１の一方の主面（図１では下面）外周部に導出され、別の一部は第一電極７や第二電極９に電気的に接続されている。
【００２４】
このような配線導体５は、ＷやＭｏ，Ｃｕ，Ａｇ等の金属粉末メタライズから成り、Ｗ等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤および分散剤等を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法により絶縁基体１用のグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１用の生セラミック成形体とともに焼成することによって絶縁基体１の内部および表面に所定のパターンに形成される。なお、配線導体５の露出表面には、配線導体５が酸化腐食するのを防止するとともに配線導体５と半田等の導電性接合材６との接合を良好なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着されていることが好ましい。
【００２５】
また、絶縁基体１の他方の主面（図１では上面）の中央部には静電容量形成用の第一電極７が被着されており、この第一電極７は配線導体５の一部である配線導体５ａと電気的に接続されている。この配線導体５ａに半導体素子３の電極を半田バンプ等の導電性接合材６を介して接続することにより第一電極７と半導体素子３の電極とが電気的に接続される。また、第一電極７は例えば円形状に形成されている。
【００２６】
また、絶縁基体１の他方の主面の外周部には、全周にわたり枠状の第一接合用メタライズ層８が被着されており、このメタライズ層８と後述する凹部を有する絶縁板２の第二接合用メタライズ層１０とをＡｇ−Ｃｕろう材等のろう材を介して接合することにより、絶縁基体１と絶縁板２との間に密閉空間が形成される。
【００２７】
この第一接合用メタライズ層８はメタライズ配線導体５の一つである配線導体５ｂが電気的に接続されており、この配線導体５ｂに半導体素子３の電極を半田バンプ等の導電性接合材６を介して電気的に接続することで、半導体素子３の電極と第二電極９とが電気的に接続される。
【００２８】
絶縁板２は四角形状や八角形状等の多角形状、あるいは円形状等の平板状であり、一方の主面の外周部に高さが０．０１〜５ｍｍの枠状の突起部２ａが形成されることにより、凹部が形成される。そして、絶縁板２の凹部の底面を構成する部位である底板部２ｂが外部から加わる圧力に応じて絶縁基体１側に撓み、いわゆる圧力検出用のダイアフラムとして機能する。
【００２９】
なお、絶縁板２は、底板部２ｂの厚みが０．０１ｍｍ未満ではその機械的強度が低いものとなり、外部から加わる圧力が大きい場合に破壊されやすくなる。また、底板部２ｂの厚みが５ｍｍを超えると外部から加わる圧力が小さい場合に底板部２ｂは撓み難くなり、圧力検出用のダイアフラムとしての精度が低下しやすくなる。したがって、絶縁板２の凹部の底板部２ｂの厚みは０．０１〜５ｍｍの範囲が好ましい。
【００３０】
絶縁板２は、その厚み（ｍｍ）と密閉空間を形成する凹部の底板部２ｂの面積（ｍｍ２）との比率が５〜５００であることが好ましい。１０未満であると、絶縁板２が撓み難くなるとともに、第二電極９の面積も小さくなり、圧力検出の感度が低下しやすくなる。また、５００を超えると、絶縁基体１や絶縁板２が大きくなりパッケージが大型化しやすくなるとともに、絶縁板２の自重等により撓みが発生して第一電極７と第二電極９とが接触しやすくなり精度良く検出できなくなったり、絶縁板２の強度が低下して破損しやすくなる。
【００３１】
また、絶縁板２の凹部の底面には容量形成用の第二電極９が被着されている。この第二電極９は、例えば円形状に形成され、前述の第一電極７と対向して感圧素子用の静電容量を形成する。
【００３２】
上記のような第一電極７および第二電極９は、厚みが１０〜５０μｍ程度のＷやＭｏ，Ｃｕ，Ａｇ等の金属粉末メタライズから成り、配線導体５と同様の方法で形成される。また、第一電極７および第二電極９の表面には酸化腐食するのを防止するために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層が被着されているのがよい。
【００３３】
また、絶縁板２の突起部２ａの絶縁基体１側の主面には第二電極９に電気的に接続された多角形状または円形状の枠状の第二接合用メタライズ層１０が被着されている。そして、第二接合用メタライズ層１０は絶縁板２を絶縁基体１に接合するための接合用下地金属層として機能して第二接合用メタライズ層１０と第一接合用メタライズ層８とがＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を介して接合されるとともに第一接合用メタライズ層８と第二接合用メタライズ層１０とが電気的に接続される。
【００３４】
このとき、第一電極７と第二電極９は、絶縁基体１と絶縁板２との間に形成された密閉空間を挟んで対向し、その電極間に、第一電極７や第二電極９の面積および第一電極７と第二電極９との間隔に応じて所定の静電容量を形成する。そして、外部から絶縁板２の他方の主面に加わる圧力に応じて絶縁板２の底板部２ｂが絶縁基体１側に撓んで第一電極７と第二電極９との間隔が変化することにより静電容量が変化することで、外部から加わる圧力の変化を静電容量の変化として感知する感圧素子として機能する。さらに、この静電容量の変化を絶縁基体１の側面に搭載された半導体素子３にメタライズ配線導体５ａ，５ｂを介して伝達し、半導体素子３で演算処理することにより外部から加わる圧力の大きさを知ることができる。
【００３５】
上記のような第一接合用メタライズ層８および第二接合用メタライズ層１０は、厚みが１０〜５０μｍ程度のＷやＭｏ，Ｃｕ，Ａｇ等の金属粉末メタライズから成り、上記の配線導体５と同様の方法で形成される。なお、第一接合用メタライズ層８および第二接合用メタライズ層１０の表面には酸化腐食するのを防止するとともに第一接合用メタライズ層８および第二接合用メタライズ層１０とろう材との接合を強固なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層が被着されているのがよい。
【００３６】
また、絶縁基体１と絶縁板２との接合は、第一接合用メタライズ層８および第二接合用メタライズ層１０の表面に予め１〜１０μｍ程度の厚みのニッケルめっき層をそれぞれ被着させておくとともに、第一接合用メタライズ層８と第二接合用メタライズ層１０との間に厚みが１０〜２００μｍ程度のＡｇ−Ｃｕろう等から成るろう材箔を挟み、これらを還元雰囲気中で約８５０℃の温度に加熱してろう材箔を溶融させ、第一接合用メタライズ層８と第二接合用メタライズ層１０とをろう付けすることにより行なわれる。
【００３７】
そして、本発明においては、絶縁基体１の側面の搭載部１ａに半導体素子３が搭載されるが、そのことが重要である。このように、絶縁基体１の側面の搭載部１ａに半導体素子３が搭載されることから、半導体素子３の電極と電気的に接続される第一電極７に接続された配線導体５ａおよび第二電極９に接続された配線導体５ｂは、第一電極７および第二電極９と上下に重ならない絶縁基体１の側面および外周部の内部のみに配設することができるようになり、その結果、配線導体５ａ,５ｂと第一電極７および第二電極９との間に不要な静電容量が形成されることを有効に防止することができる。
【００３８】
また、第一電極７に接続された配線導体５ａおよび第二電極９に接続された配線導体５ｂを極めて短いものとして配設することができるようになり、その結果、配線導体５ａ,５ｂの間に不要な静電容量が形成されることを有効に防止することができる。
【００３９】
このように、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、側面の搭載部１ａに半導体素子３が搭載される絶縁基体１の他方の主面に静電容量形成用の第一電極７が被着されるとともに、絶縁基体１との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で絶縁基体１に接合された絶縁板２の内側の主面にこの第一電極７と対向するように被着された静電容量形成用の第二電極９とを具備することから、半導体素子３を収容する容器と感圧素子とが一体となり、圧力検出装置を小型化することができる。
【００４０】
また、絶縁基体１の側面の搭載部１ａに搭載された半導体素子３の電極と電気的に接続される第一電極７に接続された配線導体５ａおよび第二電極９に接続された配線導体５ｂが第一電極７および第二電極９と上下に重ならないように配設することができるようになることから、これらの配線導体５ａ,５ｂと第一電極７および第二電極９との間に不要な静電容量が形成されることを有効に防止することができるとともに、第一電極７に接続された配線導体５ａおよび第二電極９に接続された配線導体５ｂを極めて短いものとして配設できるようになることから、これらの配線導体５ａ,５ｂに不要な静電容量が形成されることを有効に防止することができる。その結果、外部から加わる圧力の検出感度が高く、長期間にわたって正確に検出することができる信頼性の高い圧力検出装置用のパッケージを提供することができる。
【００４１】
なお、本発明は、上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、図１においては、絶縁基体１と絶縁板２とを導電性接合材により接合しているが、絶縁基体１用のグリーンシートと絶縁板２用のグリーンシートとを積層した後、焼結一体化させたものであっても構わない。
【００４２】
また、静電容量を形成するための密閉空間を設けるための絶縁板２の凹部および突起部２ａは、絶縁基体１の他方の主面に設けても構わない。
【００４３】
さらに、絶縁基体１の側面の搭載部１ａに搭載される半導体素子３は、絶縁基体１の側面に凹部を形成し、この凹部に収納するようにしても構わない。
【００４４】
また、絶縁板２が接合された絶縁基体１の一方の主面と対向する他方の主面に、同様に第二絶縁板を可撓な状態で接合させて第二密閉空間を形成し、この第二密閉空間内の絶縁基体１の他の主面に第三電極を形成するとともに第二絶縁板の内側主面に第四電極を形成して、第二の容量部を形成してもよい。これにより、遠心力が加わった場合は、絶縁基体１の上下の絶縁板が同じ方向に撓むのに対し、圧力変化に対しては、反対方向に撓むことによって遠心力と圧力変化との区別が容易となって圧力検出の精度をより向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
タイヤ等の圧力状態を検出するための圧力検出装置等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の圧力検出装置用パッケージの断面図である。
【図３】従来の圧力検出装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・・・・・・・・・絶縁基体
１ａ・・・・・・・・・・搭載部
２・・・・・・・・・・・絶縁板
２ｂ・・・・・・・・・・凹部の底板部
３・・・・・・・・・・・半導体素子
５、５ａ、５ｂ・・・・・配線導体
７・・・・・・・・・・・第一電極
９・・・・・・・・・・・第二電極
【図１】
2005214735.tif 000003
【図２】
2005214735.tif 000004
【図３】
2005214735.tif 000005