(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を形成することにより薄肉状に形成されたダイアフラムを有する半導体圧力センサチップと前記ダイアフラムに圧力を導入するための貫通孔が形成された台座とを接合し、該台座の前記半導体圧力センサチップとの接合面と反対側の面にはメタライズ層を形成し、該メタライズ層を介してパッケージの金属パイプと半田接合してなる半導体圧力センサにおいて、前記金属パイプの台座との接合面上に前記台座と同じ材料からなる薄膜を形成し、該薄膜上に前記メタライズ層と同じ組成のメタライズ層を形成し、該両メタライズ層間で半田接合がなされるようにしたことを特徴とする半導体圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイアフラムの形成された半導体圧力センサチップとパッケージの金属パイプとを台座を介して接合してなる半導体圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体圧力センサはエアコンや空調機等の微圧領域の圧力の測定を行うものであり、図２に示すように、凹部を形成することにより薄肉状に形成されたダイアフラム１ａを有する半導体圧力センサチップ１がガラス台座２に陽極接合等により接合され、中心にコバール製又は４２アロイ等の金属パイプ４が配置されたＰＰＳやＰＢＴ等のプラスチックパッケージ３内に設置される。半導体圧力センサチップ１表面のアルミパッドとリード５とは金又はアルミ製のワイヤ６で接続されている。なお、７はプラスチックパッケージ３の蓋であり、１ｂは半導体圧力センサチップ１に形成された歪みゲージ抵抗であり、１ｃは半導体圧力センサチップ１の表面を保護するオーバーコートである。ガラス台座２の材料としては、例えばパイレックスガラス（コーニング社製、品番♯７７４０等）が用いられる。
【０００３】
ガラス台座２の中心部には、半導体圧力センサチップ１のダイアフラム１ａに圧力を印加するための貫通孔２ａが形成され、ガラス台座２はこの貫通孔２ａと金属パイプ４の貫通孔４ａとが対向するような配置で、金属パイプ４に接合される。ガラス台座２と金属パイプ４とは半田９で接合される。この場合、半田９で接合するために、ガラス台座２の半導体圧力センサチップ１と接合しない側の面にはメタライズ層８が形成される。メタライズ層８の例としては、Ｃｒ（最下層）／Ｐｔ／Ａｕ（最上層）、Ｔｉ（最下層）／Ｎｉ／Ａｕ（最上層）、Ｔｉ（最下層）／Ｐｔ／Ａｕ（最上層）等が挙げられる。半田９としては、錫、錫−アンチモン合金、鉛、錫−鉛合金、金−シリコン合金、錫−銀合金等がある。
【０００４】
また、図３は、パッケージとして、金属ステムのパッケージ３０を使用したものを示している。３１はキャップであり、金属ステムとは溶接で接続される。
【０００５】
金属パイプ４とガラス台座２とがメタライズ層８を介して半田９により接合される。メタライズ層８の最上層のＡｕの表面には半田９が塗れるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような半導体圧力センサにあっては、ガラス台座２と金属パイプ４との半田９によるダイボンド接合時に、図４に示すように、ガラス台座２の貫通孔２ａと金属パイプ４の貫通孔４ａとの接合位置ずれが発生した場合や、図５に示すように、金属パイプ４の貫通孔４ａの孔径よりガラス台座２の貫通孔２ａの孔径が小さくて、金属パイプ４の貫通孔４ａの上方にガラス台座２の貫通孔２ａの周囲部が配置された場合には、ガラス台座２の貫通孔２ａのエッジ部分に半田９が溜まってしまう。
【０００７】
この場合には、図６に示すように、半田９が固化する時に、温度の低い金属パイプ４の貫通孔４ａの周辺から固化していく。従って、半田９が固化する時には、引っ張り応力が加わり、ガラス台座２の貫通孔２ａの開口部周辺にクラック１０が入るため、半導体圧力センサチップ１が破壊されてしまうという問題があった。また、この時、半田９と接合する材料間の熱膨張係数の差からも応力が発生するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、金属パイプと台座の接合に際し、台座にクラックが発生することのない半導体圧力センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、凹部を形成することにより薄肉状に形成されたダイアフラムを有する半導体圧力センサチップと前記ダイアフラムに圧力を導入するための貫通孔が形成された台座とを接合し、該台座の前記半導体圧力センサチップとの接合面と反対側の面にはメタライズ層を形成し、該メタライズ層を介してパッケージの金属パイプと半田接合してなる半導体圧力センサにおいて、前記金属パイプの台座との接合面上に前記台座と同じ材料からなる薄膜を形成し、該薄膜上に前記メタライズ層と同じ組成のメタライズ層を形成し、該両メタライズ層間で半田接合がなされるようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施形態の半導体圧力センサに係る半導体圧力センサチップとガラス台座と金属パイプの接合状態を示す断面図である。本実施形態においては、半導体圧力センサの基本的構成は従来例で説明したもの同等であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１１】
本実施形態の特徴は、金属パイプ４のガラス台座２との接合面上にガラス台座２と同じ材料からなるガラス薄膜１１を形成し、ガラス薄膜１１上にメタライズ層８と同じ組成のメタライズ層８ａを形成し、両メタライズ層８、８ａ間で半田接合がなされるようにした点である。
【００１２】
各構成部材の熱膨張係数は、ガラス台座２としてパイレックスガラス（コーニング社製、品番♯７７４０等）を使用した場合には、３．２ｐｐｍ／℃、メタライズ層８、８ａとしてＣｒ（最下層、２０００Å）／Ｐｔ（２０００Å）／Ａｕ（最上層、５０００Å）を使用した場合には、約１６ｐｐｍ／℃、金属パイプ４としてコバールを使用した場合には、４．５ｐｐｍ／℃、半導体圧力センサチップを構成するシリコンは３．０ｐｐｍ／℃、半田９としてＡｕ−Ｓｎ２０％半田を使用した場合には、１５．９ｐｐｍ／℃である。半田９の熱膨張係数は大きいが、半田９を挟んだ両メタライズ層８、８ａの熱膨張係数が等しくなるようにしているので、半田９が均等に固化される。従って、半田９内部に歪みが少なくなる。
【００１３】
本実施形態によれば、半田９の上下に位置する両メタライズ層８、８ａとして同じ組成の材料が使用されており、熱膨張係数が等しくなっているので、熱膨張係数の差異に起因して発生する応力が低減でき、ガラス台座２の貫通孔２ａの開口部の角部に加わる半田固化時の応力が低減される。また、金属パイプ４からの熱応力は、金属パイプ４のガラス台座２との接合面上に形成したガラス薄膜１１とメタライズ層８ａにより緩和されるので、ガラス台座２の貫通孔２ａの開口部の角部に加わる半田固化時の応力がより低減される。
【００１４】
従って、半田９として、融点が２８０℃と高く、また、ヤング率も約６０００ｋｇ／ｃｍ2 と大きく硬いので、従来、クラックが発生しやすかったＡｕ−Ｓｎ２０％半田を使用した場合でも、クラックの発生を防止できる。
【００１５】
なお、メタライズ層８の形成されたガラス台座２は、反対側の面が半導体圧力センサウエハに陽極接合により接合される。陽極接合の条件としては、真空雰囲気中で約４００℃に加熱し、約５００Ｖ〜８００Ｖの直流電圧を半導体圧力センサウエハ側が正極になるように印加すると、静電引力により原子的に接合されるのである。
【００１６】
ガラス台座２に接合された半導体圧力センサウエハをダイシングして、個々の半導体圧力センサチップ１（約２〜３ｍｍ角）にし、これをパッケージの金属パイプ４上にガラス薄膜１１及びメタライズ層８ａを介して半田９によりダイボンド接合して、図１のような構造のものになるのである。半田９の厚みは３０〜１００μｍであり、ガラス台座２の貫通孔２ａの半導体圧力センサチップ１側の大きさは、約φ０．６〜１．３ｍｍである。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、凹部を形成することにより薄肉状に形成されたダイアフラムを有する半導体圧力センサチップと前記ダイアフラムに圧力を導入するための貫通孔が形成された台座とを接合し、該台座の前記半導体圧力センサチップとの接合面と反対側の面にはメタライズ層を形成し、該メタライズ層を介してパッケージの金属パイプと半田接合してなる半導体圧力センサにおいて、前記金属パイプの台座との接合面上に前記台座と同じ材料からなる薄膜を形成し、該薄膜上に前記メタライズ層と同じ組成のメタライズ層を形成し、該両メタライズ層間で半田接合がなされるようにしたので、該半田が同じ組成の材料からなる両メタライズ層間で接合され、半田の上下層の材料の熱膨張係数が等しくなっており、熱膨張係数の差異に起因して発生する応力が低減でき、台座の貫通孔の開口部の角部に加わる半田固化時の応力が低減される。また、金属パイプからの熱応力は、金属パイプの台座との接合面上に形成した薄膜とメタライズ層により緩和されるので、台座の貫通孔の開口部の角部に加わる半田固化時の応力がより低減される。従って、金属パイプと台座の接合に際し、台座にクラックが発生することのない半導体圧力センサが提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体圧力センサに係る半導体圧力センサチップとガラス台座と金属パイプの接合状態を示す断面図である。
【図２】従来例に係る半導体圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図３】他の従来例に係る半導体圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図４】従来例に係る半導体圧力センサの問題点の一例を示す説明図である。
【図５】従来例に係る半導体圧力センサの問題点のタイミングの例を示す説明図である。
【図６】従来の半導体圧力センサに係る半田固化時の状態変化の説明図である。
【符号の説明】
１  半導体圧力センサチップ
１ａ  ダイアフラム
１ｂ  歪みゲージ抵抗
１ｃ  オーバーコート
２  ガラス台座
２ａ  貫通孔
３  プラスチックパッケージ
４  金属パイプ
４ａ  貫通孔
４ｂ  盛り上がり部
５  リード
６  ワイヤ
７  蓋
８  メタライズ層
８ａ  メタライズ層
９  半田
１０  クラック
１１  ガラス薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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