JP4557405B2

JP4557405B2 - Package for pressure detection device

Info

Publication number: JP4557405B2
Application number: JP2000327443A
Authority: JP
Inventors: 浩司木野村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: JP2002131163A

Description

【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ものである。
【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、例えば図３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21上に、静電容量型の感圧素子22と、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。感圧素子22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25が被着された絶縁板26と、各静電容量形成用の電極23・25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27とから構成されており、外部の圧力に応じて絶縁板26が撓むことにより各静電容量形成用の電極23・25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29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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
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してしまうとともに圧力検出用の電極23・25と半導体素子29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。
【０００４】
そこで、本願出願人は、先に特願2000-178618号において、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、この絶縁基体の表面および内部に配設され、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、絶縁基体の他方の主面の中央部に被着され、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、絶縁基体の他方の主面に、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と、この絶縁板の内側主面に第一電極に対向して被着され、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を提案した。この圧力検出装置用パッケージによると、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の他方の主面に静電容量形成用の第一電極を設けるとともに、この第一電極に対向する静電容量形成用の第二電極を内側面に有する絶縁板を、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して可撓な状態で接合させたことから、半導体素子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。なお、この特願2000-178618号で提案した圧力検出装置用パッケージにおいては、絶縁基体の他方の主面の外周部にセラミックスや金属から成る枠体を第一電極を取り囲むようにして設けておき、この枠体上に第二電極の外周部を銀−銅ろう等のろう材を介してろう付けすることにより絶縁板が絶縁基体に接合されていた。
【０００５】
しかしながら、この特願2000-178618号で提案した圧力検出装置用パッケージによると、セラミックスや金属から成る枠体上に絶縁板の第二電極の外周部を銀−銅ろう等のろう材を介してろう付けする際に、ろう材の一部が第二電極の中央部に多量に流れ出してしまいやすく、このように多量に流れ出したろう材により第一電極と第二電極との間に形成される静電容量が大きくばらついてしまい、そのため外部の圧力を正確に検出することが困難であるという問題点を有していた。
【０００６】
本発明は、かかる上述の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、小型でかつ感度が高く、しかも外部の圧力をばらつきなく正確に検出することが可能な圧力検出装置を提供することにある。
【０００７】
【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、この絶縁基体の表面および内部に配設され、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、絶縁基体の他方の主面の中央部に被着され、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、この他方の主面の外周部に第一電極を取り囲むようにして被着され、配線導体の他の一つに電気的に接続された枠状の第一接合用メタライズ層と、前記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絶縁基体に接合された絶縁板と、この絶縁板の内側主面に第一電極に対向して被着された第二電極と、この内側主面に第二電極を取り囲むようにして被着され、第一接合用メタライズ層にろう材を介して接合された枠状の第二接合用メタライズ層と、絶縁板の内部および外側主面に被着され、第二電極を第二接合用メタライズ層に電気的に接続する接続用メタライズ導体とを具備することを特徴とするものである。
【０００８】
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が搭載される搭載部を有する絶縁基体の他方の主面の中央部に静電容量形成用の第一電極を設けるとともに、この第一電極に対向する静電容量形成用の第二電極を有する絶縁板を、絶縁基体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。さらに、第一接合用メタライズ層にろう付けされる枠状の第二接合用メタライズ層を絶縁板の内側面に第二電極を取り囲むように設けるとともに、この第二接合用メタライズ層と第二電極とを絶縁板の内部および表面に設けた接続用メタライズ導体を介して電気的に接続したことから、第一接合用メタライズ層と第二接合用メタライズ層とを接合するろう材が第二電極に流出することはなく、その結果、第一電極と第二電極との間に形成される静電容量にろう材流出によるばらつきが発生することがない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付の図面を基に詳細に説明する。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、図中、１は絶縁基体、２は絶縁板、３は半導体素子である。
【００１０】
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−セラミックス等のセラミックス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。
【００１１】
絶縁基体１は、その下面中央部に半導体素子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内に例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材４を充填することにより半導体素子３が封止される。なお、この例では半導体素子３は樹脂製封止材４を凹部１ａ内に充填することにより封止されるが、半導体素子３は絶縁基体１の下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。
【００１２】
また、搭載部１ｂには半導体素子３の各電極に接続される複数のメタライズ配線導体５が導出しており、このメタライズ配線導体５と半導体素子３の各電極を半田バンプ６等の導電性材料から成る導電性接合部材を介して接合することにより半導体素子３の各電極と各メタライズ配線導体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の電極とメタライズ配線導体５とは半田バンプ６を介して接続されるが、半導体素子３の電極とメタライズ配線導体５とはボンディングワイヤ等の他の種類の電気的接続手段により接続されてもよい。
【００１３】
メタライズ配線導体５は、半導体素子３の各電極を外部電気回路および後述する第一電極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の外周下面に導出し、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メタライズ配線導体５に導電性接合材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、メタライズ配線導体５の絶縁基体１外周下面に導出した部位を外部電気回路基板の配線導体に半田等の導電性接合材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。
【００１４】
このようなメタライズ配線導体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、メタライズ配線導体５の露出表面には、メタライズ配線導体５が酸化腐食するのを防止するとともにメタライズ配線導体５と半田等の導電性接合材との接合を良好なものとするために、通常であれば、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。
【００１５】
また、絶縁基体１の上面外周部には絶縁基体１と同一材料から成る高さが0.01〜５ｍｍ程度の枠体１ｃが設けられており、それにより上面中央部に底面が略平坦な凹部１ｄが形成されている。この凹部１ｄは、後述するように、絶縁板２との間に密閉空間を形成するためのものであり、この凹部１ｄの底面には静電容量形成用の第一電極７が被着されている。
【００１６】
この第一電極７は、後述する第二電極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、例えば略円形のパターンに形成されている。そして、この第一電極７にはメタライズ配線導体５の一つ５ａが接続されており、それによりこのメタライズ配線導体５ａに半導体素子３の電極を半田バンプ６等の導電性接合材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。
【００１７】
このような第一電極７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１用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、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の凹部１ｄ底面に所定のパターンに形成される。なお、第一電極７の露出表面には、第一電極７が酸化腐食するのを防止するために、通常であれば、厚みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層が被着されている。
【００１８】
また、絶縁基体１の枠体１ｃの上面にはその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、この接合用メタライズ層８には、下面に第二電極９およびこの第二電極９に電気的に接続された第二接合用メタライズ層10を有する絶縁板２が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とを銀−銅ろう材等のろう材を介してろう付けすることにより取着されている。
【００１９】
この第一接合用メタライズ層８にはメタライズ配線導体５の一つ５ｂが接続されており、それによりこのメタライズ配線導体５ｂに半導体素子３の電極を半田バンプ６等の導電性接合材を介して電気的に接続すると、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。
【００２０】
第一接合用メタライズ層８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１用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、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の枠体１ｃ上面に枠状の所定のパターンに形成される。なお、第一接合用メタライズ層８の露出表面には、第一接合用メタライズ層８が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とろう材との接合を強固なものとするために、通常であれば、厚みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層が被着されている。
【００２１】
また、絶縁基体１の上面に取着された絶縁板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・窒化珪素質焼結体・炭化珪素質焼結体・ガラス−セラミックス等のセラミックス材料から成る厚みが0.01〜５ｍｍの略平板であり、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。
【００２２】
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、これに大きな外部圧力が印加され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、小さな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。
【００２３】
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。
【００２４】
また、絶縁板２の下面には静電容量形成用の略円形の第二電極９およびこの第二電極９を取り囲む略円形枠状の第二接合用メタライズ層10が被着されており、上面および内部には第二電極９と第二接合用メタライズ層10とを電気的に接続する接続用メタライズ導体11が被着されている。
【００２５】
第二電極９は、前述の第一電極７とともに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し、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する。そして、第二接合用メタライズ層10を第一接合用メタライズ層８に銀−銅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上面と絶縁板２下面との間に密閉空間が形成されるとともに第一接合用メタライズ層８と第二電極９とが電気的に接続される。
【００２６】
このとき、第一電極７と第二電極９とは、絶縁基体１と絶縁板２との間に形成された空間を挟んで対向しており、これらの間には、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が形成される。そして、絶縁板２の上面に外部の圧力が印加されると、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にメタライズ配線導体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。
【００２７】
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を設けるとともにこの第一電極７に対向する静電容量形成用の第二電極９を内側面に有する絶縁板２を絶縁基体１との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で接合させたことから、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。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に設けたメタライズ配線導体５ａ・５ｂを介して半導体素子３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、これらのメタライズ配線導体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を提供することができる。
【００２８】
なお、第一電極７と第二電極９との間隔が１気圧中において0.01ｍｍ未満の場合、絶縁板２に大きな圧力が印加された際に、第一電極７と第二電極９とが接触して圧力を検出することができなくなってしまう危険性があり、他方、５ｍｍを超えると、第一電極７と第二電極９との間に形成される静電容量が小さなものとなり、圧力を検出する感度が低いものとなる傾向にある。したがって、第一電極７と第二電極９との間隔は、１気圧中において0.01〜５ｍｍの範囲が好ましい。
【００２９】
さらに、第二接合用メタライズ層10は、第二電極９を取り囲む枠状であり、絶縁板２の上面および内部に設けた接続用メタライズ層11によって第二電極９に接続されていることから、第二電極９から離間しており、そのため第一接合用メタライズ層８に第二接合用メタライズ層10をろう付けする際、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とを接合するろう材が第二電極９に流出することが有効に防止される。したがって、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいては、第二電極９にろう材が流出することはなく、第一電極７と第二電極９との間の静電容量がろう材の流出に起因して大きくばらつくことはない。
【００３０】
なお、第二電極９と第二接合用メタライズ層10との間隔ｗが0.1ｍｍ未満では、第一接合用メタライズ層８に第二接合用メタライズ層10をろう付けする際、ろう材が第二電極９に流出する危険性があり、他方、２ｍｍを超えると、第二電極９における第一電極７と対向する領域が狭いものとなり、圧力を検出する感度が低いものとなる傾向にある。したがって、第二電極９と第二接合用メタライズ層10との間隔ｗは、0.1〜２ｍｍの範囲が好ましい。
【００３１】
このような第二電極９および第二接合用メタライズ層10および接続用メタライズ導体11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２用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを絶縁板２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２の上下面および内部に所定のパターンに形成される。なお、第二電極９および第二接合用メタライズ層10および接続用メタライズ導体11の露出表面には、第二電極９および第二接合用メタライズ層10および接続用メタライズ導体11が酸化腐食するのを防止するとともに第二接合用メタライズ層10とろう材との接合を良好とするために、通常であれば、厚みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層が被着されており、さらに接続用メタライズ導体11の表面には0.1〜３μｍ程度の厚みの金めっき層が被着されている。
【００３２】
なお、絶縁基体１に絶縁板２を接合するには、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程度の銀−銅ろうから成るろう材箔を挟んで絶縁基体１と絶縁板２とを重ね合わせ、これらを還元雰囲気中、約850℃の温度に加熱してろう材箔を溶融させて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とをろう付けする方法が採用される。このとき、第二接合用メタライズ層10は第二電極９を取り囲む枠状に形成され、絶縁板２の上面および内部に設けられた接続用メタライズ導体11により第二電極９に電気的に接続されていることから、第二電極から離間しており、そのためろう材が第二電極９に流出することが良好に防止される。
【００３３】
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を搭載するとともに半導体素子３の各電極とメタライズ配線導体５とを電気的に接続し、しかる後、半導体素子３を封止することによって小型でかつ感度が高く、しかも外部の圧力をばらつきなく正確に検出することが可能な圧力検出装置となる。
【００３４】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一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であれば種々の変更は可能である。例えば上述の実施の形態の一例では、第二電極９と第二接合用メタライズ層10とを電気的に接続するための接続用メタライズ導体11を絶縁板２上面の一部に設けたが、図２に断面図で示すように、接続用メタライズ導体11は、絶縁板２の上面の全面に設けてもよい。この場合、絶縁板２上面の全面に設けた接続用メタライズ導体11がクラック防止用の障壁として有効に機能し、それにより、絶縁板２に外力等に起因するクラックや割れが発生することを極めて有効に防止することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、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が搭載される絶縁基体の他方の主面に静電容量形成用の第一電極を設けるとともに、この第一電極に対向する静電容量形成用の第二電極を有する絶縁板を絶縁基体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せたことから、半導体素子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して感度の高い圧力検出装置を提供することができる。さらに、第一接合用メタライズ層にろう付けされた枠状の第二接合用メタライズ層を絶縁板の内側面に第二電極を取り囲むように設けるとともに、この第二接合用メタライズ層と第二電極とを絶縁板の内部および表面に設けた接続用メタライズ導体を介して電気的に接続したことから、第一接合用メタライズ層と第二接合用メタライズ層とを接合するろう材が第二電極に流出することはなく、その結果、第一電極と第二電極との間に形成される静電容量にろう材流出によるばらつきが発生することがなく、外部の圧力をばらつきなく正確に検出することが可能な圧力検出装置を提供することができる。
【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】従来の圧力検出装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
２・・・・・絶縁板
３・・・・・半導体素子
７・・・・・第一電極
８・・・・・第一接合用メタライズ層
９・・・・・第二電極
10・・・・・第二接合用メタライズ層
11・・・・・接続用メタライズ導体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure detection device package used in a pressure detection device for detecting pressure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a capacitance type pressure detection device is known as a pressure detection device for detecting pressure. For example, as shown in a cross-sectional view in FIG. 3, this capacitance type pressure detection device is accommodated in a capacitance type pressure sensitive element 22 and a package 28 on a wiring board 21 made of a ceramic material or a resin material. And a semiconductor element 29 for operation. The pressure sensitive element 22 is made of, for example, an electrically insulating material such as a ceramic material, and has an insulating base 24 having a concave portion in which one electrode 23 for forming a capacitance is attached at the center of the upper face, and an upper face of the insulating base 24 And an insulating plate 26 which is joined in a flexible state so as to form a sealed space with the insulating base 24, and the other electrode 25 for forming a capacitance is attached to the lower surface, and each capacitance It is composed of external lead terminals 27 for electrically connecting the forming electrodes 23 and 25 to the outside, and the insulating plate 26 bends in response to external pressure, thereby forming each capacitance. The capacitance formed between the electrodes 23 and 25 changes. Then, the external pressure can be detected by performing arithmetic processing on the change in the electrostatic capacitance by the semiconductor element 29 for arithmetic operation.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to this conventional pressure detection device, since the pressure sensitive element 22 and the semiconductor element 29 are individually mounted on the wiring board 21, the pressure detection device becomes large and the pressure detection electrode 23 is increased. The wiring between 25 and the semiconductor element 29 becomes long, and an unnecessary electrostatic capacity is formed between the long wiring, so that the sensitivity is low.
[0004]
Accordingly, the applicant of the present application previously disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-178618, an insulating base having a mounting portion on which one of the main surfaces is mounted with a semiconductor element, and the surface of and inside the insulating base. A plurality of wiring conductors that are electrically connected to each other, and a second electrode for forming a capacitance that is attached to the central portion of the other main surface of the insulating base and is electrically connected to one of the wiring conductors. An insulating plate joined in a flexible state so as to form a sealed space between one electrode and the other main surface of the insulating base and a central portion of the main surface, and an inner main surface of the insulating plate A pressure sensing device package comprising a second electrode for forming a capacitance that is deposited opposite to the first electrode and electrically connected to the other one of the wiring conductors has been proposed. According to this pressure detection device package, the first electrode for forming a capacitance is provided on the other main surface of the insulating base having the mounting portion on which the semiconductor element is mounted on one main surface. Since the insulating plate having the second electrode for forming the opposing capacitance on the inner surface is joined in a flexible state so as to form a sealed space between the other main surface of the insulating base, A pressure-sensitive element is integrally formed in a package that houses a semiconductor element. As a result, the pressure detection device can be reduced in size, and the wiring for connecting the pressure detection electrode and the semiconductor element can be shortened. Unnecessary capacitance generated between the wirings can be reduced. In the pressure detection device package proposed in Japanese Patent Application No. 2000-178618, a frame made of ceramics or metal is provided on the outer peripheral portion of the other main surface of the insulating base so as to surround the first electrode. The insulating plate was joined to the insulating base by brazing the outer peripheral portion of the second electrode onto the frame through a brazing material such as silver-copper brazing.
[0005]
However, according to the package for a pressure detection device proposed in Japanese Patent Application No. 2000-178618, the outer peripheral portion of the second electrode of the insulating plate is placed on a frame made of ceramic or metal via a brazing material such as silver-copper brazing. When brazing, a part of the brazing material tends to flow out to the center of the second electrode, and the static material formed between the first electrode and the second electrode by the brazing material flowing out in this way. As a result, the electric capacity varies greatly, which makes it difficult to accurately detect the external pressure.
[0006]
The present invention has been completed in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a pressure detection device that is small in size and high in sensitivity and can accurately detect external pressure without variation. There is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The package for a pressure detection device of the present invention has an insulating base having a mounting portion on which a semiconductor element is mounted on one main surface, and is disposed on and inside the surface of the insulating base. A plurality of wiring conductors to be connected, a first electrode for forming a capacitance that is attached to the center of the other main surface of the insulating base and is electrically connected to one of the wiring conductors, and the other A frame-shaped first bonding metallization layer that is attached to the outer peripheral portion of the main surface so as to surround the first electrode and is electrically connected to the other one of the wiring conductors, and the central portion. An insulating plate joined to the insulating substrate in a flexible state so as to form a sealed space; a second electrode attached to the inner main surface of the insulating plate opposite the first electrode; and the inner main surface Is attached so as to surround the second electrode, and is bonded to the first bonding metallization layer via a brazing material. A frame-shaped second bonding metallization layer, and a connection metallized conductor that is attached to the inner and outer main surfaces of the insulating plate and electrically connects the second electrode to the second bonding metallization layer. It is characterized by this.
[0008]
According to the pressure sensing device package of the present invention, the first electrode for forming a capacitance is provided at the center of the other main surface of the insulating base having the mounting portion on which the semiconductor element is mounted on one main surface. Since the insulating plate having the second electrode for forming the capacitance facing the first electrode is joined in a flexible state so as to form a sealed space between the insulating substrate and the semiconductor element, As a result, the pressure sensing element can be made compact, and the wiring for connecting the pressure sensing electrode and the semiconductor element can be made short, and the space between these wirings can be reduced. Unnecessary capacitance generated in the circuit can be reduced. Further, a frame-like second bonding metallization layer brazed to the first bonding metallization layer is provided on the inner surface of the insulating plate so as to surround the second electrode, and the second bonding metallization layer and the second electrode Is electrically connected via the connecting metallized conductor provided on the inside and on the surface of the insulating plate, the brazing material for bonding the first bonding metallized layer and the second bonding metallized layer to the second electrode. As a result, the capacitance formed between the first electrode and the second electrode does not vary due to the brazing material outflow.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a pressure detection device package according to the present invention, in which 1 is an insulating substrate, 2 is an insulating plate, and 3 is a semiconductor element.
[0010]
The insulating substrate 1 is a laminated body made of a ceramic material such as an aluminum oxide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, a silicon carbide sintered body, a silicon nitride sintered body, or glass-ceramics. For example, in the case of an aluminum oxide sintered body, an appropriate organic binder, solvent, plasticizer, and dispersant are added to and mixed with ceramic raw material powder such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, and calcium oxide. Then, it is made into a mud shape and formed into a sheet shape by adopting a conventionally known doctor blade method, and then a plurality of ceramic green sheets are obtained. -A green ceramic molded body for the insulating substrate 1 is obtained by cutting, and the green ceramic molded body. It is manufactured by firing at a temperature of about 1600 ° C..
[0011]
The insulating base 1 is formed with a recess 1a for accommodating the semiconductor element 3 at the center of the lower surface thereof, thereby functioning as a container for accommodating the semiconductor element 3. The central portion of the bottom surface of the recess 1a is a mounting portion 1b on which the semiconductor element 3 is mounted. The semiconductor element 3 is mounted on the mounting portion 1b and the resin sealing such as an epoxy resin is provided in the recess 1a. The semiconductor element 3 is sealed by filling the material 4. In this example, the semiconductor element 3 is sealed by filling the recess 1a with a resin sealing material 4. However, the semiconductor element 3 has a lid made of metal or ceramics on the lower surface of the insulating base 1 to form the recess 1a. It may be sealed by bonding so as to block.
[0012]
Also, a plurality of metallized wiring conductors 5 connected to the respective electrodes of the semiconductor element 3 are led out to the mounting portion 1b. The metallized wiring conductor 5 and the respective electrodes of the semiconductor element 3 are connected to a conductive material such as a solder bump 6 or the like. The electrodes of the semiconductor element 3 and the metallized wiring conductors 5 are electrically connected to each other through the conductive bonding member made of the semiconductor element 3 and the semiconductor element 3 is fixed to the mounting portion 1b. In this example, the electrode of the semiconductor element 3 and the metallized wiring conductor 5 are connected via the solder bumps 6. However, the electrode of the semiconductor element 3 and the metalized wiring conductor 5 are connected to other types of electric wires such as bonding wires. It may be connected by a general connection means.
[0013]
The metallized wiring conductor 5 functions as a conductive path for electrically connecting each electrode of the semiconductor element 3 to an external electric circuit and a first electrode 7 and a second electrode 9 to be described later. It leads to the outer peripheral lower surface, and another part is electrically connected to the first electrode 7 and the second electrode 9. Each electrode of the semiconductor element 3 is electrically connected to these metallized wiring conductors 5 through a conductive bonding material and the semiconductor element 3 is sealed with a resin sealing material 4. The part led out to the lower surface of the outer periphery of the insulating substrate 1 is joined to the wiring conductor of the external electric circuit board via a conductive bonding material such as solder, so that the semiconductor element 3 accommodated therein is electrically connected to the external electric circuit. The Rukoto.
[0014]
Such a metallized wiring conductor 5 is made of metal powder metallization such as tungsten, molybdenum, copper, and silver, and is obtained by adding and mixing an appropriate organic binder, solvent, plasticizer, dispersant, and the like to metal powder such as tungsten. The metallized paste is printed and applied in a predetermined pattern on a ceramic green sheet for the insulating substrate 1 using a well-known screen printing method, and is fired together with a green ceramic molded body for the insulating substrate 1 to thereby form the insulating substrate 1. A predetermined pattern is formed inside and on the surface. In order to prevent the metallized wiring conductor 5 from being oxidized and corroded on the exposed surface of the metallized wiring conductor 5 and to improve the bonding between the metallized wiring conductor 5 and a conductive bonding material such as solder, If so, a nickel plating layer having a thickness of about 1 to 10 μm and a gold plating layer having a thickness of about 0.1 to 3 μm are sequentially deposited.
[0015]
Further, a frame body 1c made of the same material as that of the insulating substrate 1 and having a height of about 0.01 to 5 mm is provided on the outer peripheral portion of the upper surface of the insulating substrate 1, whereby a recess 1d having a substantially flat bottom surface is formed at the center of the upper surface. Is formed. As will be described later, the recess 1d is for forming a sealed space with the insulating plate 2, and a first electrode 7 for forming a capacitance is attached to the bottom surface of the recess 1d. Yes.
[0016]
The first electrode 7 is for forming a capacitance for a pressure sensitive element together with a second electrode 9 described later, and is formed in a substantially circular pattern, for example. The first electrode 7 is connected to one of the metallized wiring conductors 5a, whereby the electrode of the semiconductor element 3 is connected to the metallized wiring conductor 5a via a conductive bonding material such as a solder bump 6. Then, the electrode of the semiconductor element 3 and the first electrode 7 are electrically connected.
[0017]
The first electrode 7 is made of metal powder metallization such as tungsten, molybdenum, copper, and silver, and is obtained by adding and mixing an appropriate organic binder, solvent, plasticizer, and dispersant to metal powder such as tungsten. The paste is printed and applied to a ceramic green sheet for the insulating substrate 1 using a conventionally known screen printing method, and is fired together with a green ceramic molded body for the insulating substrate 1 to thereby form a predetermined surface on the bottom surface of the recess 1d of the insulating substrate 1. The pattern is formed. In order to prevent the first electrode 7 from being oxidatively corroded, a nickel plating layer having a thickness of about 1 to 10 μm is usually applied to the exposed surface of the first electrode 7.
[0018]
Further, a frame-shaped first bonding metallization layer 8 is attached to the entire upper surface of the frame 1c of the insulating substrate 1, and the bonding metallization layer 8 has a second electrode 9 and a lower surface on the lower surface. The insulating plate 2 having the second bonding metallization layer 10 electrically connected to the second electrode 9 is connected to the second bonding metallization layer 10 and the first bonding metallization layer 8 by brazing a silver-copper brazing material or the like. It is attached by brazing through the material.
[0019]
One metallized wiring conductor 5b is connected to the first metallizing layer 8 for bonding, whereby the electrode of the semiconductor element 3 is connected to the metallized wiring conductor 5b via a conductive bonding material such as a solder bump 6. When electrically connected, the electrode of the semiconductor element 3 and the second electrode 9 are electrically connected.
[0020]
The first bonding metallization layer 8 is made of metal powder metallization such as tungsten, molybdenum, copper, or silver, and is obtained by adding and mixing an appropriate organic binder, solvent, plasticizer, or dispersant to metal powder such as tungsten. The paste is printed and applied to a ceramic green sheet for the insulating substrate 1 by adopting a conventionally known screen printing method, and this is fired together with a green ceramic molded body for the insulating substrate 1 to thereby form an upper surface of the frame 1c of the insulating substrate 1. It is formed in a frame-shaped predetermined pattern. The exposed surface of the first bonding metallization layer 8 prevents the first bonding metallization layer 8 from being oxidatively corroded and strengthens the bonding between the first bonding metallization layer 8 and the brazing material. Therefore, usually, a nickel plating layer having a thickness of about 1 to 10 μm is applied.
[0021]
The insulating plate 2 attached to the upper surface of the insulating substrate 1 is made of an aluminum oxide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, a silicon nitride sintered body, or a silicon carbide sintered body. A substantially flat plate having a thickness of 0.01 to 5 mm made of a ceramic material such as glass-ceramics, and functions as a so-called pressure detection diaphragm that bends toward the insulating base 1 in response to external pressure.
[0022]
In addition, since the mechanical strength of the insulating plate 2 is less than 0.01 mm when the thickness is less, there is a greater risk of being destroyed when a large external pressure is applied thereto. On the other hand, when it exceeds 5 mm, it becomes difficult to bend at a small pressure, and it becomes unsuitable as a diaphragm for pressure detection. Therefore, the thickness of the insulating plate 2 is preferably in the range of 0.01 to 5 mm.
[0023]
If such an insulating plate 2 is made of, for example, an aluminum oxide sintered body, a suitable organic binder, solvent, plasticizer, dispersion for ceramic raw material powder such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, calcium oxide, etc. A ceramic green sheet is obtained by adding an agent and mixing it into a mud and forming it into a sheet using the well-known doctor blade method, and then punching or cutting the ceramic green sheet appropriately. The raw ceramic molded body for the insulating plate 2 is obtained by processing, and the raw ceramic molded body is manufactured by firing at a temperature of about 1600 ° C.
[0024]
Further, a substantially circular second electrode 9 for forming capacitance and a substantially circular frame-shaped second bonding metallization layer 10 surrounding the second electrode 9 are deposited on the lower surface of the insulating plate 2. In addition, a connection metallized conductor 11 for electrically connecting the second electrode 9 and the second bonding metallized layer 10 is deposited.
[0025]
The second electrode 9 functions as an electrode for forming a capacitance for the pressure sensitive element together with the first electrode 7 described above, and the second bonding metallization layer 10 bonds the insulating plate 2 to the insulating substrate 1. Function as a base metal layer for bonding. Then, the second bonding metallization layer 10 is bonded to the first bonding metallization layer 8 via a brazing material such as a silver-copper brazing material, so that a sealed space is formed between the upper surface of the insulating substrate 1 and the lower surface of the insulating plate 2. Is formed, and the first bonding metallization layer 8 and the second electrode 9 are electrically connected.
[0026]
At this time, the first electrode 7 and the second electrode 9 are opposed to each other with a space formed between the insulating base 1 and the insulating plate 2 interposed therebetween. A predetermined capacitance is formed according to the area of the two electrodes 9 and the distance between the first electrode 7 and the second electrode 9. When an external pressure is applied to the upper surface of the insulating plate 2, the insulating plate 2 bends toward the insulating base 1 in accordance with the pressure, and the interval between the first electrode 7 and the second electrode 9 changes. Since the capacitance between the first electrode 7 and the second electrode 9 changes, it functions as a pressure-sensitive element that senses a change in external pressure as a change in capacitance. Then, the change in electrostatic capacity is transmitted to the semiconductor element 3 accommodated in the recess 1a through the metallized wiring conductors 5a and 5b, and this is processed by the semiconductor element 3 so as to know the magnitude of the external pressure. be able to.
[0027]
Thus, according to the package for a pressure detection device of the present invention, the first electrode 7 for forming a capacitance is provided on the other main surface of the insulating base 1 on which the semiconductor element 3 is mounted on one main surface. In addition, the insulating plate 2 having the second electrode 9 for forming a capacitance facing the first electrode 7 on the inner surface is joined in a flexible state so as to form a sealed space with the insulating base 1. Therefore, the container for housing the semiconductor element 3 and the pressure sensitive element are integrated, and as a result, the pressure detection device can be miniaturized. Further, since the first electrode 7 and the second electrode 9 for forming the capacitance are connected to the semiconductor element 3 through the metallized wiring conductors 5a and 5b provided on the insulating base 1, the first electrode 7 and the second electrode 9 are formed. The electrode 9 can be connected to the semiconductor element 3 at a short distance, and as a result, a highly sensitive pressure detecting device is provided by reducing unnecessary capacitance generated between the metallized wiring conductors 5a and 5b. Can do.
[0028]
In addition, when the space | interval of the 1st electrode 7 and the 2nd electrode 9 is less than 0.01 mm in 1 atmosphere, when a big pressure is applied to the insulating board 2, the 1st electrode 7 and the 2nd electrode 9 will contact. On the other hand, if the pressure exceeds 5 mm, the capacitance formed between the first electrode 7 and the second electrode 9 becomes small, and the pressure is reduced. The detection sensitivity tends to be low. Therefore, the distance between the first electrode 7 and the second electrode 9 is preferably in the range of 0.01 to 5 mm in 1 atmosphere.
[0029]
Further, the second bonding metallization layer 10 has a frame shape surrounding the second electrode 9 and is connected to the second electrode 9 by the connection metallization layer 11 provided on the upper surface and inside of the insulating plate 2. Therefore, when the second bonding metallization layer 10 is brazed to the first bonding metallization layer 8, the first bonding metallization layer 8 and the second bonding metallization layer 10 are bonded to each other. The brazing filler metal is effectively prevented from flowing out to the second electrode 9. Therefore, in the pressure detection device package of the present invention, the brazing material does not flow out to the second electrode 9, and the capacitance between the first electrode 7 and the second electrode 9 is caused by the outflow of the brazing material. And do not vary greatly.
[0030]
When the distance w between the second electrode 9 and the second metallization layer 10 is less than 0.1 mm, the brazing material is second when the second metallization layer 10 is brazed to the first metallization layer 8. On the other hand, if there is a risk of flowing out to the electrode 9, if it exceeds 2 mm, the area of the second electrode 9 facing the first electrode 7 becomes narrow, and the sensitivity for detecting the pressure tends to be low. Therefore, the distance w between the second electrode 9 and the second bonding metallization layer 10 is preferably in the range of 0.1 to 2 mm.
[0031]
The second electrode 9, the second bonding metallization layer 10 and the connection metallization conductor 11 are made of metal powder metallization of tungsten, molybdenum, copper, silver or the like, and are suitable organic binders / solvents for metal powder such as tungsten.・ The metallized paste obtained by adding and mixing plasticizer and dispersant is printed on the ceramic green sheet for the insulating plate 2 using a conventionally known screen printing method, and this is a green ceramic molded body for the insulating plate 2 By baking together, the insulating plate 2 is formed in a predetermined pattern on the upper and lower surfaces and inside thereof. The second electrode 9, the second bonding metallization layer 10, and the connection metallized conductor 11 are subject to oxidative corrosion on the exposed surfaces of the second electrode 9, the second bonding metallization layer 10, and the connection metallization conductor 11. In order to prevent and improve the bonding between the metallization layer 10 for second bonding and the brazing material, a nickel plating layer with a thickness of about 1 to 10 μm is usually applied, and further a metallized conductor for connection On the surface of 11, a gold plating layer having a thickness of about 0.1 to 3 μm is applied.
[0032]
In order to bond the insulating plate 2 to the insulating substrate 1, a nickel plating layer having a thickness of 1 to 10 μm is previously deposited on the surfaces of the first bonding metallization layer 8 and the second bonding metallization layer 10, respectively. At the same time, the insulating base 1 and the insulating plate 2 are overlapped with a brazing material foil made of silver-copper brazing having a thickness of about 10 to 200 μm between the first bonding metallization layer 8 and the second bonding metallization layer 10. In addition, a method of brazing the first bonding metallized layer 8 and the second bonding metallized layer 10 by heating them to a temperature of about 850 ° C. in a reducing atmosphere to melt the brazing material foil is employed. At this time, the second bonding metallization layer 10 is formed in a frame shape surrounding the second electrode 9, and is electrically connected to the second electrode 9 by the connection metallization conductor 11 provided on the upper surface and inside of the insulating plate 2. Therefore, it is separated from the second electrode, so that the brazing material is well prevented from flowing out to the second electrode 9.
[0033]
Thus, according to the above-described package for the pressure detection device, the semiconductor element 3 is mounted on the mounting portion 1b, and each electrode of the semiconductor element 3 and the metallized wiring conductor 5 are electrically connected. By sealing, the pressure detection device is small and highly sensitive, and can accurately detect external pressure without variation.
[0034]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the connection metallized conductor 11 for electrically connecting the second electrode 9 and the second bonding metallized layer 10 is provided on a part of the upper surface of the insulating plate 2. As shown in the sectional view of FIG. 2, the connecting metallized conductor 11 may be provided on the entire upper surface of the insulating plate 2. In this case, the connecting metallized conductor 11 provided on the entire upper surface of the insulating plate 2 functions effectively as a barrier for preventing cracks, and it is extremely difficult for the insulating plate 2 to be cracked or cracked due to external force or the like. It can be effectively prevented.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the pressure detection device package of the present invention, the first electrode for forming the capacitance is provided on the other main surface of the insulating base on which the semiconductor element is mounted on one main surface. Since the insulating plate having the second electrode for forming the electrostatic capacitance facing the first electrode is joined in a flexible state so as to form a sealed space between the insulating base and the semiconductor element, the semiconductor element is accommodated. As a result, the pressure detecting device can be reduced in size, and the wiring for connecting the pressure detecting electrode and the semiconductor element can be shortened and generated between these wirings. It is possible to provide a highly sensitive pressure detecting device with a small unnecessary capacitance. Further, a frame-shaped second bonding metallization layer brazed to the first bonding metallization layer is provided so as to surround the second electrode on the inner surface of the insulating plate, and the second bonding metallization layer and the second electrode are provided. Is electrically connected via the connecting metallized conductor provided on the inside and on the surface of the insulating plate, the brazing material for bonding the first bonding metallized layer and the second bonding metallized layer to the second electrode. As a result, the capacitance formed between the first electrode and the second electrode does not vary due to the brazing material outflow, and the external pressure can be accurately detected without variation. Therefore, it is possible to provide a pressure detecting device capable of performing
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a package for a pressure detection device of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of an embodiment of a package for a pressure detection device of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional pressure detection device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulation base | substrate 2 ... Insulation board 3 ... Semiconductor element 7 ... 1st electrode 8 ... Metallization layer 9 for 1st joining ...・ Second electrode
10 ・・・・・ Metalized layer for second bonding
11 ・・・・・ Metalized conductor for connection

Claims

An insulating base having a mounting portion on which a semiconductor element is mounted on one main surface; and a plurality of wiring conductors disposed on and inside the insulating base and electrically connected to the electrodes of the semiconductor element; A first electrode for forming a capacitance that is attached to a central portion of the other main surface of the insulating base and is electrically connected to one of the wiring conductors, and an outer peripheral portion of the other main surface. A sealed space is formed between the central portion and a frame-shaped first metallization layer for bonding which is deposited so as to surround the first electrode and is electrically connected to the other one of the wiring conductors. An insulating plate joined to the insulating substrate in a flexible state, a second electrode deposited on the inner main surface of the insulating plate so as to face the first electrode, and the first electrode on the inner main surface. It is deposited so as to surround the two electrodes, and is bonded to the first bonding metallization layer via a brazing material. A frame-shaped second bonding metallization layer; and a connection metallized conductor that is attached to the inner and outer main surfaces of the insulating plate and electrically connects the second electrode to the second bonding metallization layer. A package for a pressure detection device.