(57)【要約】【課題】小型で高感度であり、外部の圧力を正確に検出可能な圧力検出装置用のパッケージを提供すること。【解決手段】圧力検出装置用パッケージは、一方の主面に半導体素子３が搭載される搭載部１ｂを有する絶縁基体１と、絶縁基体１の表面および内部に配設され、半導体素子３の各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の他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、密閉空間内の絶縁基体１の他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の内側の主面に第一電極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とを具備する圧力検出装置用パッケージであって、第一電極７および第二電極９は、薄膜金属から成るとともに第二電極９は第一電極７よりも厚みが薄い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主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、前記半導体素子の各電極が電気的に接続される複数の配線導体と、前記絶縁基体の他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、前記密閉空間内の前記絶縁基体の前記他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、前記絶縁板の内側の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する圧力検出装置用パッケージであって、前記第一電極および第二電極は、薄膜金属から成るとともに前記第二電極は前記第一電極よりも厚みが薄いことを特徴とする圧力検出装置用パッケージ。
【請求項２】
前記第一電極の周囲に第一金属層が形成されているとともに、前記第二電極の周囲に第二金属層が形成されており、前記第一金属層および前記第二金属層の少なくとも一方の表面に第三金属層が形成されており、前記絶縁基体に形成された前記第一金属層と前記絶縁板に形成された前記第二金属層とが前記第三金属層を介して金−錫合金半田によって接合されていることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置用パッケージ。
【請求項３】
前記第一金属層および前記第二金属層の少なくとも一方の表面に前記第三金属層を形成するとともに、前記絶縁基体に形成された前記第一金属層と前記絶縁板に形成された前記第二金属層とが前記第三金属層を介して熱圧着によって接合されていることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置用パッケージ。
【請求項４】
前記第三金属層を介して接合されている前記第一金属層と前記第二金属層との接合部の外周部が金−錫合金半田により覆われていることを特徴とする請求項３記載の圧力検出装置用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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５に断面図で示すように、セラミックス材料や樹脂材料から成る配線基板３１上に、静電容量型の感圧素子３２と、パッケージ３８に収容された演算用の半導体素子３９とを備えている。
【０００３】
そして、感圧素子３２は、例えばセラミックス材料等の電気絶縁材料から成り、上面中央部に静電容量形成用の一方の電極３３が被着された凹部を有する絶縁基体３４と、この絶縁基体３４の上面に絶縁基体３４との間に密閉空間を形成するようにして可撓な状態で接合され、下面に静電容量形成用の他方の電極３５が被着された絶縁板３６と、各静電容量形成用の電極３３，３５をそれぞれ外部に電気的に接続するための外部リード端子３７とから構成されており、外部の圧力に応じて絶縁板３６が撓むことにより各静電容量形成用の電極３３，３５間に形成される静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化を演算用の半導体素子３９により演算処理することにより外部の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３２と半導体素子３９とを配線基板３１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してしまうとともに圧力検出用の電極３３，３５と半導体素子３９との間の配線が長いものとなり、この長い配線間に不要な静電容量が形成されるため感度が低いという問題点を有していた。
【０００５】
そこで、本願出願人は、特許文献１において、図４に断面図で示すような、一方の主面に半導体素子２３が搭載される搭載部２１ｂを有する絶縁基体２１と、この絶縁基体２１の表面および内部に配設され、半導体素子２３の各電極が電気的に接続される複数の配線導体２５と、絶縁基体２１の他方の主面の中央部に被着され、配線導体２５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２７と、絶縁基体２１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２２と、この絶縁板２２の内側主面に第一電極２７と対向して被着され、配線導体２５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２９とを具備する圧力検出装置用パッケージを提案した。
【０００６】
この圧力検出装置用パッケージによれば、一方の主面に半導体素子２３が搭載される搭載部２１ｂを有する絶縁基体２１の他方の主面に静電容量形成用の第一電極２７を設けるとともに、この第一電極２７に対向する静電容量形成用の第二電極２９を内側面に有する絶縁板２２を、絶縁基体２５の他方の主面との間に密閉空間を形成するようにして可撓な状態で接合させたことから、半導体素子２３を収容するパッケージに感圧素子が一体に形成され、その結果、圧力検出装置を小型と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２３とを接続する配線を短いものとして、これらの配線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というものである。
【０００７】
従来、これらのパッケージの第一電極２７は、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，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を採用して絶縁基体２１用の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、これを絶縁基体２１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２１の上面中央部に所定のパターンに形成される。
【０００８】
また、第二電極２９は、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，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を採用して絶縁板２２用の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、これを絶縁板２２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板２２の所定のパターンに形成される。
【０００９】
また、第一電極２７と第二電極２９とを静電容量形成用とするためには、第一電極２７と第二電極２９との間に一定の領域を形成する必要があるため、絶縁基体２１または絶縁板２２の外周部に枠状の突起部２２ｂを形成することで、絶縁基体２１と絶縁板２２との間に静電容量形成用の密閉空間を形成させていた。
【００１０】
また、絶縁基体２１と絶縁板２２とは、その外周部または枠状の突起部２ｂに第一接合用メタライズ層２８、第二接合用メタライズ層３０を形成し、この第一接合用メタライズ層２８と第二接合用メタライズ層３０とをろう材等により接合していた。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３５６０６４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
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２７および第二電極２９は、スクリーン印刷法で形成されていることから、その表面の平坦度を高いものとし、第一電極２７と第二電極２９との間の距離を均一にしたものとするのが難しく、第一電極２７と第二電極２９の間に発生する静電容量がばらつき、感度が低下してしまうという問題点を有していた。
【００１３】
また、絶縁板２２の上面に遠心力の作用を受けた場合に、第二電極２９や絶縁板２２の質量により、絶縁板２２が変位してしまい、第一電極２７と第二電極２９との間の距離が変化して第一電極２７と第二電極２９の間に発生する静電容量に影響を与えてしまい、外部の圧力を正確に検出できないという問題点を有していた。
【００１４】
また、絶縁基体２１と絶縁板２２とを接合した際に、ろう材の厚みを絶縁基体２１と絶縁板２２との周囲にわたって均一にするのが困難でありろう材の厚みが偏ると絶縁基体２１と絶縁板２２とが平行にろう付けされず、第一電極２７と第二電極２９との間に傾きが発生してしまい、検出感度にばらつきが発生してしまうという問題点を有していた。
【００１５】
また、外部の圧力を感度良く検出することができるものとするために、絶縁基体２１または絶縁板２２の外周部の枠状の突起部２２ｂを低くし、第一電極２７と第二電極２９との間隔を狭くしたり、絶縁板２２を薄くして外部の圧力による変位量を大きくする方法があるが、絶縁基体２１または絶縁板２２の外周部の枠状の突起部２２ｂを低く形成するのが困難であるとともに、枠状の突起部２２ｂを低く形成した場合には、外部に圧力が印加された場合に、枠状の突起部２２ｂと絶縁基体２１または絶縁板２２との接合部や絶縁板２２とろう材等との接合部にクラックや割れが発生しやすくなる。
【００１６】
また、絶縁板２２を薄くすると、第二電極２９と成るメタライズペーストを絶縁板２２となるグリーンシートに印刷塗布した後、焼成するときに、絶縁板２２と第二電極２９との収縮率が異なることより、絶縁板２２の反り等の変形が大きくなったり、外部に圧力が印加された際に、絶縁板２２にクラックや割れが発生してしまいやすくなるという問題点を有していた。
【００１７】
従って、本発明はかかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、小型でかつ遠心力の影響を低減し、外部の圧力を検出する感度がよい圧力検出装置用のパッケージを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力検出装置用パッケージは、一方の主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、前記半導体素子の各電極が電気的に接続される複数の配線導体と、前記絶縁基体の他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、前記密閉空間内の前記絶縁基体の前記他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、前記絶縁板の内側の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する圧力検出装置用パッケージであって、前記第一電極および第二電極は、薄膜金属から成るとともに前記第二電極は前記第一電極よりも厚みが薄いことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、前記第一電極および第二電極は、薄膜金属から成ることから、第一電極および第二電極それぞれの厚みばらつきを小さくすることができて、第一電極と第二電極との各部ごとの間隔を均一にしたものとするのが容易であり、外部の圧力を精度良く検出することができるものとすることができる。
【００２０】
また、第二電極は、絶縁板に薄膜形成法により形成されるので、第二電極を薄く形成することで絶縁板にかかる第二電極の質量を小さくして、遠心力の作用を受けたときに第二電極の質量による変位を小さくするとともに、絶縁板がセラミックスから成る場合は、絶縁板と第二電極とを同時焼成する必要がないので、セラミックスと金属との収縮率の違いによる変形を防止できる。また、絶縁板を薄くかつ平坦なものとして形成しやすくなるので、外部の圧力を感度良く検出することができるとともに、所要の容量を得るための絶縁板や第二電極の面積を小さくすることができるので、絶縁板や第二電極の質量をさらに下げることができ、遠心加速の影響を低減させることができる。
【００２１】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第二電極は第一電極よりも厚みが薄く形成されていることから、第二電極の質量を小さくすることができるので、遠心加速が加わった際に第二電極の質量によって受ける変位を小さくすることができる。従って外部の圧力を精度よく検出することができる。また、第一電極は第二電極よりも厚みが厚いので、絶縁基体の内部の配線導体等による浮遊容量が第一電極と第二電極との間で検出される静電容量に与える影響を少なくできる。従って、外部の圧力を精度よく検出することができる。
【００２２】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において好ましくは、前記第一電極の周囲に第一金属層が形成されているとともに、前記第二電極の周囲に第二金属層が形成されており、前記第一金属層および前記第二金属層の少なくとも一方の表面に第三金属層が形成されており、前記絶縁基体に形成された前記第一金属層と前記絶縁板に形成された前記第二金属層とが前記第三金属層を介して金−錫合金半田によって接合されていることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第一電極の周囲に第一金属層が形成されているとともに、第二電極の周囲に第二金属層が形成されており、第一金属層および第二金属層の少なくとも一方の表面に第三金属層が形成されており、絶縁基体に形成された第一金属層と絶縁板に形成された第二金属層とが第三金属層を介して金−錫合金半田によって接合されていることから、第一金属層と第二金属層と第三金属層と金−錫合金半田との厚みが絶縁基体と絶縁板との間隔となり、第一金属層と第二金属層と第三金属層と金−錫合金半田とは、絶縁基体または絶縁板の外周部に形成される枠状の突起部よりも薄く形成しやすいので、静電容量を形成する第一電極と第二電極との間隔を小さいものとすることができるとともに、第一金属層と第二金属層とが第三金属層を介して金−錫合金半田によって接合されているので、絶縁基体と絶縁板とを気密性の高いものとして接合することができ、外部の圧力を感度良く検出するものとすることができる。
【００２４】
また、第一電極と第二電極との間隔を小さくできることから、所要の静電容量を形成する第一電極と第二電極との対向する面積を小さくすることができるので、絶縁板を小さくすることができ、本発明の圧力検出装置用パッケージを小型化することができるとともに、絶縁板および第二電極の質量をさらに小さくでき、遠心力による影響をさらに低減することができる。
【００２５】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において好ましくは、前記第一金属層および前記第二金属層の少なくとも一方の表面に前記第三金属層を形成するとともに、前記絶縁基体に形成された前記第一金属層と前記絶縁板に形成された前記第二金属層とが前記第三金属層を介して熱圧着によって接合されていることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第一金属層および第二金属層の少なくとも一方の表面に第三金属層を形成するとともに、絶縁基体に形成された第一金属層と絶縁板に形成された第二金属層とが第三金属層を介して熱圧着によって接合されていることから、第一金属層と第二金属層と第三金属層との厚みが絶縁基体と絶縁板との間隔となり、第一金属層と第二金属層と第三金属層とは、絶縁基体または絶縁板の外周部に形成される枠状の突起部よりも薄く形成しやすいので、静電容量を形成する第一電極と第二電極との間隔を小さいものとすることができるとともに、第三金属層を介して熱圧着されるので、絶縁基体と絶縁板とをろう材等の接合材を使用せずに接合でき、接合時に接合材の厚みが偏って絶縁基体と絶縁板とが平行にろう付けされにくいことを解消することができる。従って、絶縁基体と絶縁板とを平行に接合することができ、外部の圧力を精度良く検出するものとすることができる。
【００２７】
また、第一電極と第二電極との間隔を小さくできることから、所要の静電容量を形成する第一電極と第二電極との対向する面積を小さくすることができるので、絶縁板を小さくすることができ、本発明の圧力検出装置用パッケージを小型化することができるとともに、絶縁板および第二電極の質量をさらに小さくでき、遠心力による影響をさらに低減することができる。
【００２８】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において好ましくは、前記第三金属層を介して接合されている前記第一金属層と前記第二金属層との接合部の外周部が金−錫合金半田により覆われていることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第三金属層を介して接合されている第一金属層と第二金属層との接合部の外周部が金−錫合金半田により覆われていることから、熱圧着により接合された絶縁基体と絶縁板との間の密閉空間をより気密性の高いものとすることができる。従って、密閉空間内の圧力を一定に保持することができるので、外部の圧力が変化した際に、外部の圧力を精度良く検出することができる小型のパッケージとすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
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。
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、図１において、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。
【００３１】
絶縁基体１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積層体であり、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，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，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を採用してシート状に成形することにより複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる後、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工，積層加工，切断加工を施すことにより絶縁基体１用の生セラミック成形体を得るとともにこの生セラミック成形体を約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００３２】
絶縁基体１は、その一方の主面（図１では下面）に半導体素子３を収容するための凹部１ａが形成されており、これにより半導体素子３を収容する容器として機能する。そして、この凹部１ａの底面中央部が半導体素子３が搭載される搭載部１ｂとなっており、この搭載部１ｂに半導体素子３を搭載するとともに凹部１ａ内において例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材４により半導体素子３を覆うことにより半導体素子３が封止される。
【００３３】
なお、この例では半導体素子３は樹脂製封止材４によって半導体素子３を覆うことにより封止されるが、半導体素子３は絶縁基体１の一方の主面に金属やセラミックスから成る蓋体を凹部１ａを塞ぐように接合させることにより封止されてもよい。
【００３４】
また、搭載部１ｂには半導体素子３の各電極と接続される複数の配線導体５が導出されており、この配線導体５と半導体素子３の各電極を半田バンプ等の導電性材料から成る導電性接合材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１ｂに固定される。なお、この例では、半導体素子３の電極と配線導体５とは半田バンプを介して接続されるとしたが、半導体素子３の電極と配線導体５とは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。
【００３５】
配線導体５は、半導体素子３の各電極を外部電気回路および第一電極７，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の一方の主面外周部に導出され、別の一部は第一電極７，第二電極９に電気的に接続されている。そして、半導体素子３の各電極をこれらの配線導体５に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とともに半導体素子３を樹脂製封止材４で封止した後、配線導体５の絶縁基体１の一方の主面外周部に導出した部位を外部電気回路基板の配線導体（図示せず）に半田等の導電性接合材６を介して接合することにより、内部に収容する半導体素子３が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００３６】
このような配線導体５は、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，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を採用して絶縁基体１用のセラミック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程度のニッケルメッキ層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金メッキ層とが順次被着されていることが好ましい。
【００３７】
また、絶縁基体１の他方の主面（図１では上面）中央部には、静電容量形成用の第一電極７が被着されている。この第一電極７は、第二電極９とともに感圧素子用の静電容量を形成するためのものであり、例えば円形状のパターンに形成されている。そして、この第一電極７には配線導体５ａが電気的に接続されており、それによりこの配線導体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を介して接続すると半導体素子３の電極と第一電極７とが電気的に接続されるようになっている。
【００３８】
このような第一電極７は、ニッケルクロム合金，チタンタングステン合金，金，銀，銅，アルミニウム等の金属を蒸着法等の薄膜形成法を用いることにより、絶縁基体１の上面中央部に０．１〜１．０μｍ程度の厚みの所定のパターンに形成される。また、第一電極７の表面には、第一電極７が酸化腐食するのを防止するために、厚みが０．０１〜２．０μｍ程度の金等の金属膜７ａを被着しておいても良い。
【００３９】
また、第一電極７の周囲の絶縁基体１の他方の主面には、絶縁板２を絶縁基体１に接合するための接合部となる第一金属層８が被着されており、絶縁板２の接合部となる第二金属層１０に接合されることで、絶縁板２の第二電極９に電気的に接合される。
【００４０】
この絶縁基体１の接合部の第一金属層８には、配線導体５の一つである配線導体５ｂが接続されており、それによりこの配線導体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と第一金属層８に電気的に接続された第二電極９と半導体素子３の電極とが電気的に接続されるようになっている。
【００４１】
第一金属層８は、ニッケルクロム合金，チタンタングステン合金，金，銀，銅，アルミニウム等の金属を蒸着法等の薄膜形成法を用いることにより、第一電極７の周囲の絶縁基体１の他方の主面（上面）に枠状の所定のパターンに形成される。また、第一金属層８の表面には、第一金属層８が酸化腐食するのを防止するとともに、第二金属層１０との接合を強固にするために、厚みが０．０１〜２．０μｍ程度の金等の金属膜８ａを被着しておいても良い。
【００４２】
また、絶縁基体１の他方の主面（上面）に絶縁基体１との間に密閉空間を形成するように取着される絶縁板２は、セラミックスや樹脂から成り、セラミックスから成る場合は、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，窒化珪素質焼結体，炭化珪素質焼結体，ガラスセラミックス等の電気絶縁材料から成る厚みが０．０１〜５ｍｍの平板状のものであり、外部の圧力に応じて絶縁基体１側に撓むいわゆる圧力検出用のダイアフラムとして機能する。
【００４３】
なお、絶縁板２は、その厚みが０．０１ｍｍ未満では、その機械的強度が小さいものとなってしまうため、これに例えば８０ｋＰａ程度の大きな外部圧力が加わった場合に破壊されてしまう危険性が大きなものとなり、他方、５ｍｍを超えると、例えば２０００ｋＰａ程度の圧力では撓みにくくなり、圧力検出用のダイアフラムとしては不適なものとなってしまう。したがって、絶縁板２の厚みは０．０１〜５ｍｍの範囲が好ましい。
【００４４】
このような絶縁板２は、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，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，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を採用してシート状に成形することによりセラミックグリーンシートを得、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工や切断加工を施すことにより絶縁板２用の生セラミック成形体を得るとともにこの生セラミック成形体を約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００４５】
また、絶縁板２の密閉空間の内側となる主面（図１では下面）中央部には、静電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、前述の第一電極７と対向するように配されることによって感圧素子用の静電容量を形成するための電極として機能する。
【００４６】
このような第二電極９は、絶縁板２の密閉空間の内側の主面にニッケルクロム合金，チタンタングステン合金，金，銀，銅，アルミニウム等の金属を蒸着法等の薄膜形成法を用いることにより絶縁板２の下面に０．０５〜０．５μｍ程度の厚みで被着することによって形成することができる。また、第二電極９の表面には、第二電極９が酸化腐食するのを防止するために、厚みが０．０１〜２．０μｍ程度の金等の金属膜９ａを被着していても良い。
【００４７】
また、第二電極９を絶縁板２の主面のほぼ全面に被着し、この外周部を先述の第一接合部８と接合される接合部と成る第二金属層１０とすることで、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を介して接続すると半導体素子３の電極と第二電極９とが電気的に接続されるようになっている。
【００４８】
なお、第二電極９を絶縁板２の主面のほぼ全面に被着して、第二電極９の外周部を第二金属層１０としても良いし、第二電極９を絶縁板２の主面の中央部に被着するとともに、第二電極９の周囲の絶縁板２の主面に第二電極９と電気的に接続される第二金属層１０を別に形成しても良い。
【００４９】
第一金属層８と第二金属層１０とを第一電極７と第二電極９との間に空間を形成するように絶縁基体１と絶縁板２とを接合することで、第一電極７や第二電極９の面積および第一電極７および第二電極９との間隔に応じて所定の静電容量が形成される。そして、絶縁板２の上面に外部の圧力が加わると、その圧力に応じて絶縁板２が絶縁基体１側に撓んで第一電極７と第二電極９との間隔が変わり、それにより第一電極７と第二電極９との間の静電容量が変化するので、外部の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。そして、この静電容量の変化を凹部１ａ内に収容した半導体素子３に配線導体５ａ，５ｂを介して伝達し、これを半導体素子３で演算処理することによって外部の圧力の大きさを知ることができる。
【００５０】
そして本発明においては、第一電極７および第二電極９は、薄膜金属から成ることから、第一電極７および第二電極９のそれぞれの厚みを薄く形成し、かつそれぞれの厚みばらつきを小さく形成しやすいので、第一電極７の各部と第二電極９の各部との間隔のばらつきを小さくして一定のものとすることができ、外部の圧力を精度良く検出することができる。
【００５１】
また、第二電極９は、絶縁板２に薄膜形成法により形成されるので、第二電極９を絶縁板２の下面に薄く形成することができ、第二電極９の質量を小さいものとできる。また、絶縁板２および第二電極９を形成する際に、絶縁板２がセラミックス等から成る場合は、絶縁板２と第二電極９とを同時焼成して形成する必要がないので、セラミックスと金属との収縮率の違い等による変形を防止でき、絶縁板２に反り等の変形が発生するのを防止することができる。
【００５２】
また、絶縁板２を作製した後に、第二電極９を形成できるとともに、絶縁板２にかかる第二電極９の質量による撓みの影響を小さくできるので、絶縁板２を薄くかつ平坦なものとしやすくなり、微少な外部の圧力の変化にも絶縁板２を大きく可撓させることができ、外部の圧力を感度良く検出することができる。また、絶縁板２や第二電極９を薄くかつ小さく形成して質量を下げることにより、遠心加速による絶縁板２の変位量が小さくなるので、遠心加速の影響を低減させることができる。
【００５３】
また、絶縁板２がセラミックス等からなる場合は、約１６００℃の温度で焼成する際に絶縁板２に若干の反り等が発生しても絶縁板２の表面を研磨等により平坦化した後、第二電極９を形成すれば反りを修正することができる。これにより、絶縁板２をより薄く反りのない平坦なものとするとともに、第二電極９をより平坦なものとすることができる。
【００５４】
また、絶縁基体１の他方の主面も同様に、研磨等により平坦化した後、第一電極７を形成することで、第一電極７をより平坦なものとすることができる。従って、絶縁基体１と絶縁板２を接合した際に、第二電極９の各部は第一電極７の各部に対して等間隙に形成され、その結果、外部の圧力を精度良く検出することができるようになる。なお、第一金属層８の被着される部位の絶縁基体１の他方の主面も研磨等により平坦化しておくとよい。これにより、絶縁板２を絶縁基体１に平行に接合することができ、第一電極７と第二電極９とをより平行にすることができる。
【００５５】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、第二電極９は、第一電極７よりも厚みが薄くなっている。これにより、第二電極９の質量を小さくすることができるので、遠心加速が加わった際に第二電極９の質量によって受ける変位を小さくすることができる。従って外部の圧力を精度よく検出することができる。また、第一電極７は第二電極９よりも厚みが厚いので、絶縁基体１の配線導体５等による浮遊容量の影響を第一電極９で確実に遮断でき、第一電極７と第二電極９との間で検出される静電容量に与える浮遊容量の影響を少なくできる。従って、外部の圧力を精度よく検出することができる。
【００５６】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において好ましくは、第一電極７の周囲に第一金属層８が形成されているとともに、第二電極９の周囲に第二金属層１０が形成されており、第一金属層８および第二金属層１０の少なくとも一方の表面に第三金属層１１が形成されており、絶縁基体１に形成された第一金属層８と絶縁板２に形成された第二金属層１０とが第三金属層１１を介して金−錫合金半田１２によって接合されている。すなわち、第一金属層８と第二金属層１０と第三金属層１１と金−錫合金半田１２との厚みが絶縁基体１と絶縁板２との間隔となり、第一金属層８と第二金属層１０と第三金属層１１と金−錫合金半田１２とは、絶縁基体１または絶縁板２の外周部に形成される従来の枠状の突起部２２ｂよりも薄く形成しやすいので、静電容量を形成する第一電極７と第二電極９との間隔を小さいものとすることができる。
【００５７】
また、第一金属層８と第二金属層１０とが第三金属層１１を介して金−錫半田１２によって接合されているので、絶縁基体１と絶縁板２とを気密性の高いものとして接合することができ、密閉空間内の圧力を一定に保持することができるので、外部の圧力を感度良く検出するものとすることができる。
【００５８】
また、第一電極７と第二電極９との間隔を小さくできることから、所要の静電容量を形成する第一電極７と第二電極９との対向する面積を小さくすることができるので、絶縁板２を小さくすることができ、それに伴って、絶縁基体１も小さくでき、本発明の圧力検出装置用パッケージを小型化することができるとともに、絶縁板２および第二電極９の質量をさらに小さくでき、遠心力による影響をさらに低減することができる。
【００５９】
また、金−錫合金半田１２は、薄膜形成法等により薄く被着形成しておくと、第一電極７と第二電極９との間をより小さいものし、感度が高く小型なものとすることができる。
【００６０】
第三金属層１１は、例えば、０．３〜１０μｍ程度の金等の金属を無電解メッキ法等により、第二金属層１０の外周部に枠状に被着されることによって、第二電極９を囲繞するような枠部となるとともに、第一金属層８と第三金属層１１とを金−錫合金半田１２により接合させることによって、絶縁基体１と絶縁板２との間に密閉空間を形成するとともに、第一金属層８と第二金属層１０とを電気的に接続させ、第二電極９を第一金属層８に電気的に接続させる。
【００６１】
なお、第三金属層１１は、厚さ０．３〜１０μｍ程度の金箔のような金属板を絶縁板２の外周部に枠状に被着させてもよい。また、第三金属層１１は第二金属層１０の表面に形成される例を示したが、第一金属層８の表面に形成され、この第三金属層１１を絶縁板２の外周部の第二金属層１０に金−錫合金半田１２によって接合させてもよい。また、第三金属層１１を第一金属層８および第二金属層１０のそれぞれの表面に形成し、これら第三金属層１１同士を金−錫合金半田１２によって接合させてもよい。
【００６２】
また、図２の本発明の圧力検出装置用パッケージの他の例の断面図に示すように、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において好ましくは、第一金属層８および第二金属層１０の少なくとも一方の表面に第三金属層１１を形成するとともに、絶縁基体１に形成された第一金属層８と絶縁板２に形成された第二金属層１０とが第三金属層１１を介して熱圧着によって接合されている。すなわち、第一金属層８と第二金属層１０と第三金属層１１との厚みが絶縁基体１と絶縁板２との間隔となり、第一金属層８と第二金属層１０と第三金属層１１とは、絶縁基体１または絶縁板２の外周部に形成される枠状の突起部２２ｂよりも薄く形成しやすいので、静電容量を形成する第一電極７と第二電極９との間隔を小さいものとすることができる。
【００６３】
また、第三金属層１１を介して絶縁基体１と絶縁板２とが熱圧着されるので、絶縁基体１と絶縁板２とをろう材等の接合材を使用せずに接合でき、接合時に接合材の厚みが偏って絶縁基体１と絶縁板２とが平行にろう付けされにくいことを解消することができる。従って、絶縁基体１と絶縁板２とを平行に接合することができ、外部の圧力を精度良く検出するものとすることができる。
【００６４】
また、第一電極７と第二電極９との間隔を小さくできることから、所要の静電容量を形成する第一電極７と第二電極９との対向する面積を小さくすることができるので、絶縁板２を小さくすることができ、それに伴って絶縁基体１も小さくでき、本発明の圧力検出装置用パッケージを小型化することができるとともに、絶縁板２および第二電極９の質量をさらに小さくでき、遠心力による影響をさらに低減することができる。
【００６５】
また、第一金属層８および第二金属層１０を、第一電極７および第二電極９を形成する際に同時に形成し、ほぼ同じ厚みにすることで、第三電極１１の厚みが第一電極７と第二電極９との間に静電容量を形成するための間隔とすることができ、第一電極７と第二電極９との間隔や絶縁基体１と絶縁板２との間隔を調整しやすくなる。
【００６６】
第三金属層１１は、例えば、０．３〜１０μｍ程度の金等の金属を無電解メッキ法等により、第二金属層１０の外周部に枠状に被着することによって、第二電極９を囲繞するような枠部となるとともに、第一金属層８と第三金属層１１とを熱圧着させることによって、絶縁基体１と絶縁板２との間に密閉空間を形成するとともに、第一金属層８と第二金属層１０とを電気的に接続させ、第二電極９を第一金属層８に電気的に接続させる。
【００６７】
なお、第三金属層１１は、厚さ０．３〜１０μｍ程度の金箔のような金属板を絶縁板２の外周部に枠状に熱圧着等によって被着させてもよい。また、第三金属層１１は第二金属層１０の表面に被着される例を示したが、第一金属層８の表面に被着させ、この第三金属層１１を絶縁板２の外周部の第二金属層１０に熱圧着によって接合させても良い。また、第三金属層１１を第一金属層８および第二金属層１０のそれぞれの表面に形成し、これら第三金属層１１同士を熱圧着によって接合させてもよい。
【００６８】
なお、第一電極７と第二電極９との短絡を防止するために、第一金属層８は、第一電極７よりも例えば５μｍ程度厚くしても構わない。
【００６９】
また、図３の本発明の圧力検出装置用パッケージの他の例の断面図に示すように、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において好ましくは、第三金属層１１を介して接合されている第一金属層８と第二金属層１０との接合部の外周部が金−錫合金半田１３により覆われている。このようにすることにより、熱圧着により接合された絶縁基体１と絶縁板２との間の密閉空間をより気密性の高いものとすることができる。また、気密性の高いものとできるので、密閉空間内の圧力を一定に保持することができ、外部の圧力を精度良く検出することができる小型の圧力検出装置用パッケージとすることができる。
【００７０】
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、一方の主面に半導体素子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、その結果、圧力検出装置を小型化することができる。
【００７１】
また、静電容量形成用の第一電極７および第二電極９を、絶縁基体１の表面および内部に配設された配線導体５ａ，５ｂを介して半導体素子３の各電極に接続することから、第一電極７および第二電極９を短い距離で半導体素子３に接続することができ、その結果、これらの配線導体５ａ，５ｂ間に発生する不要な静電容量を小さなものとして感度の高い圧力検出装置用パッケージを提供することができる。
【００７２】
かくして、上述の圧力検出装置用パッケージによれば、搭載部１ｂに半導体素子３が搭載されるとともに封止され、半導体素子３の各電極が電気的に接続される複数の配線導体５とを備えることによって小型でかつ感度が高く、外部の圧力を正確に検出することが可能な圧力検出装置用パッケージとできる。
【００７３】
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３に示すように、第三金属層１１は、第一金属層８または第二金属層１０の外周部まで形成していなくても良く、第三金属層１１を介して絶縁基体１と絶縁板２とを接合した後、金−錫合金半田１３が第三金属層１１の外周部を覆うとともに、第一金属層８または第二金属層１０の外周部を覆うようにしても良い。また、第一電極７および第二電極９の少なくとも一方の表面に絶縁膜を被着させても良い。第一電極７および第二電極９の少なくとも一方に絶縁膜を被着させることにより、絶縁板２が撓んだ際に、第一電極７と第二電極９とが短絡するのを有効に防止することができる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、前記第一電極および第二電極は、薄膜金属から成ることから、第一電極および第二電極それぞれの厚みばらつきを小さくすることができて、第一電極と第二電極との各部ごとの間隔を均一にしたものとするのが容易であり、外部の圧力を精度良く検出することができるものとすることができる。
【００７５】
また、第二電極は、絶縁板に薄膜形成法により形成されるので、第二電極を薄く形成することで絶縁板にかかる第二電極の質量を小さくして、遠心力の作用を受けたときに第二電極の質量による変位を小さくするとともに、絶縁板がセラミックスから成る場合は、絶縁板と第二電極とを同時焼成する必要がないので、セラミックスと金属との収縮率の違いによる変形を防止できる。また、絶縁板を薄くかつ平坦なものとして形成しやすくなるので、外部の圧力を感度良く検出することができるとともに、所要の容量を得るための絶縁板や第二電極の面積を小さくすることができるので、絶縁板や第二電極の質量をさらに下げることができ、遠心加速の影響を低減させることができる。
【００７６】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第二電極は第一電極よりも厚みが薄く形成されていることから、第二電極の質量を小さくすることができるので、遠心加速が加わった際に第二電極の質量によって受ける変位を小さくすることができる。従って外部の圧力を精度よく検出することができる。また、第一電極は第二電極よりも厚みが厚いので、絶縁基体の内部の配線導体等による浮遊容量が第一電極と第二電極との間で検出される静電容量に与える影響を少なくできる。従って、外部の圧力を精度よく検出することができる。
【００７７】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第一電極の周囲に第一金属層が形成されているとともに、第二電極の周囲に第二金属層が形成されており、第一金属層および第二金属層の少なくとも一方の表面に第三金属層が形成されており、絶縁基体に形成された第一金属層と絶縁板に形成された第二金属層とが第三金属層を介して金−錫合金半田によって接合されていることから、第一金属層と第二金属層と第三金属層と金−錫合金半田との厚みが絶縁基体と絶縁板との間隔となり、第一金属層と第二金属層と第三金属層と金−錫合金半田とは、絶縁基体または絶縁板の外周部に形成される枠状の突起部よりも薄く形成しやすいので、静電容量を形成する第一電極と第二電極との間隔を小さいものとすることができるとともに、第一金属層と第二金属層とが第三金属層を介して金−錫合金半田によって接合されているので、絶縁基体と絶縁板とを気密性の高いものとして接合することができ、外部の圧力を感度良く検出するものとすることができる。
【００７８】
また、第一電極と第二電極との間隔を小さくできることから、所要の静電容量を形成する第一電極と第二電極との対向する面積を小さくすることができるので、絶縁板を小さくすることができ、本発明の圧力検出装置用パッケージを小型化することができるとともに、絶縁板および第二電極の質量をさらに小さくでき、遠心力による影響をさらに低減することができる。
【００７９】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第一金属層および第二金属層の少なくとも一方の表面に第三金属層を形成するとともに、絶縁基体に形成された第一金属層と絶縁板に形成された第二金属層とが第三金属層を介して熱圧着によって接合されていることから、第一金属層と第二金属層と第三金属層との厚みが絶縁基体と絶縁板との間隔となり、第一金属層と第二金属層と第三金属層とは、絶縁基体または絶縁板の外周部に形成される枠状の突起部よりも薄く形成しやすいので、静電容量を形成する第一電極と第二電極との間隔を小さいものとすることができるとともに、第三金属層を介して熱圧着されるので、絶縁基体と絶縁板とをろう材等の接合材を使用せずに接合でき、接合時に接合材の厚みが偏って絶縁基体と絶縁板とが平行にろう付けされにくいことを解消することができる。従って、絶縁基体と絶縁板とを平行に接合することができ、外部の圧力を精度良く検出するものとすることができる。
【００８０】
また、第一電極と第二電極との間隔を小さくできることから、所要の静電容量を形成する第一電極と第二電極との対向する面積を小さくすることができるので、絶縁板を小さくすることができ、本発明の圧力検出装置用パッケージを小型化することができるとともに、絶縁板および第二電極の質量をさらに小さくでき、遠心力による影響をさらに低減することができる。
【００８１】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第三金属層を介して接合されている第一金属層と第二金属層との接合部の外周部が金−錫合金合金半田により覆われていることから、熱圧着により接合された絶縁基体と絶縁板との間の密閉空間をより気密性の高いものとすることができる。従って、密閉空間内の圧力を一定に保持することができるので、外部の圧力が変化した際に、外部の圧力を精度良く検出することができる小型のパッケージとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【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】本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】従来の圧力検出装置用パッケージの例を示す断面図である。
【図５】従来の圧力検出装置用パッケージの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・絶縁基体
１ｂ・・・・・・・・・・搭載部
２・・・・・・・・・・・絶縁板
３・・・・・・・・・・・半導体素子
５、５ａ、５ｂ、５ｃ・・配線導体
７・・・・・・・・・・・第一電極
８・・・・・・・・・・・第一金属層
９・・・・・・・・・・・第二電極
１０・・・・・・・・・・第二金属層
１１・・・・・・・・・・第三金属層
１２・・・・・・・・・・金−錫合金半田
１３・・・・・・・・・・金−錫合金半田
【図１】
2005049146.tif 000003
【図２】
2005049146.tif 000004
【図３】
2005049146.tif 000005
【図４】
2005049146.tif 000006
【図５】
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