JP4651763B2

JP4651763B2 - Semiconductor pressure sensor

Info

Publication number: JP4651763B2
Application number: JP32363999A
Authority: JP
Inventors: 正人安藤; 博之沢村
Original assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2019-11-15
Also published as: JP2001141587A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧力を半導体圧力センサ素子により検出して電気信号として出力する半導体圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、出願人の先願に係る特願平１１−９５７号で提案した半導体圧力センサ１００の縦断面図を示したものである。この半導体圧力センサ１００は、シリコン半導体基板を用いて形成されて測定すべき流体の圧力を検出する半導体圧力センサ素子１０１と、この半導体圧力センサ素子１０１を収納するセラミック製のセンサケース１０３と、半導体圧力センサ素子１０１に測定すべき流体を導く金属製の筒体１０５とを備えている。
【０００３】
半導体圧力センサ素子１０１は、抵抗ブリッジ回路（図示せず）が形成されたダイアフラム部１０７と、このダイアフラム部１０７の外周部を支持し且つ抵抗ブリッジ回路に接続された複数の接続用電極（図示せず）が形成されたダイアフラム支持部１０９ａ，１０９ｂとが一体に形成された構造になっている。
【０００４】
セラミック製のセンサケース１０３は、半導体圧力センサ素子１０１のダイアフラム部１０７に圧力測定の対象となる流体を導くための流体導入孔１１１を備え且つ上面に半導体圧力センサ素子１０１のダイアフラム支持部１０９ａ，１０９ｂが流体導入孔１１１の一方の開口端部を囲むようにして固定される壁部１１３と、半導体圧力センサ素子１０１の周囲を囲み壁部１１３に一体化された周壁部１１５とを備えている。この周壁部１１５と壁部１１３とにより囲まれた空間が素子収容凹部１１７を構成している。
【０００５】
筒体１０５は、センサケース１０３側の端部に筒体１０５の径方向外側に向かって延びる環状のフランジ部１１９を備えている。筒体１０５のフランジ部１１９は、壁部１１３の裏面上に流体導入孔１１１の他方の開口端部を囲むように形成された環状の被半田付け部１２１に半田付けにより固定されている。以下、詳細は特願平１１−９５７号に説明されているので省略する。
【０００６】
この半導体圧力センサ１００では、流体導入孔１１１に測定すべき流体が供給されて、その流体の圧力が半導体圧力センサ素子１０１のダイアフラム部１０７に作用すると、大気圧との差によりダイアフラム部１０７に物理的な歪みが生じ、この歪みに応じてダイアフラム部１０７に設けられている抵抗ブリッジ回路の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化を電気的な信号として出力する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
先に提案した構造の半導体圧力センサでも、要求される精度によっては、必要十分な性能を発揮している。しかしながらこの半導体圧力センサ１００では、要求される精度によっては、圧力測定の対象である流体の温度変化または周囲の温度変化に伴って出力に現れる出力の変化（温度特性）が問題となってくる。
【０００８】
発明者が研究した結果、温度特性が悪くなる原因の一つが，金属製の筒体１０５をセンサケース１０３の壁部１１３の裏面に形成した被半田付け部に半田付けしていることにあることが分かった。すなわち筒体のフランジ部とセンサケースの外面に形成されている被半田付け部との間に形成される半田付け部には、流体の温度変化により生じる筒体の熱膨張（線膨張係数）とセンサケースを構成しているセラミックの熱膨張（線膨張係数）との差から応力が発生する。そしてこの応力がセラミック製のセンサケースに及び、更にこのセラミック製のセンサケースに固定されている半導体センサ素子に及び、この応力が半導体センサ素子の出力に影響を与えることが分かった。センサケース１０３の壁部１１３の厚みを厚くすれば、このような応力の影響を小さくすることができる。しかしながらこのようにすることはセンサケースの材料費が高くなってセンサの価格を上げるだけでなく、センサの高さ寸法を大きくする原因となる。
【０００９】
本発明の目的は、温度特性が優れた半導体圧力センサを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、金属性の筒体が半田付け接続されるセンサケースの壁部の厚みを厚くすることなく、温度特性を改善することができる半導体圧力センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体圧力センサは、抵抗ブリッジ回路が形成されたダイアフラム部及びダイアフラム部の外周部を支持するダイアフラム支持部が一体に成形されてなる半導体圧力センサ素子と、表面に半導体圧力センサ素子のダイアフラム支持部が接合され且つ半導体圧力センサ素子のダイアフラム部に圧力測定の対象となる流体を導くための流体導入孔が形成された壁部を備えたセラミック製のセンサケースと、センサケースの壁部の裏面に流体導入孔の開口端部の周囲を囲むように形成された半田付けが可能な被半田付け部と、この被半田付け部に半田付けにより接続された金属製の筒体とを具備する半導体圧力センサを改良の対象とする。
【００１２】
本発明では、被半田付け部に半田付けされる金属製の筒体の環状の半田付け端部にフランジ部を設けない。そしてフランジ部の無い半田付け端部の端面を被半田付け部に半田付け接続する。このようにすると、フランジ部を設けた場合と比べて、センサケースの壁部の裏面に形成された被半田付け部と筒体の半田付け端部とを半田付け接続する半田付け部の面積が小さくなる。その結果、流体の温度変化または周囲の温度変化により生じる筒体の熱膨張（線膨張係数）とセンサケースを構成しているセラミックの熱膨張（線膨張係数）との差から被半田付け部に発生する応力が小さくなる。なお本願明細書においては、半田とは加熱されると溶融し、自然に冷却さられると金属どうしを結合する機能を有する接合材料を言う。
【００１３】
筒体にフランジ部を設けずに、筒体を半田付け接続した場合でも、センサケースの壁部の厚みが薄くなると、半田付け部に発生する応力の影響が出力に現れる。そこでセンサケースの壁部の裏面に形成する被半田付け部が、所定の幅寸法を有する円形形状であるとすると、筒体の取付位置と半導体圧量センサ素子の取付位置とは、次のような関係にするのが好ましい。すなわち、被半田付け部の内接円と外接円との間に仮想した内接円及び外接円と同心をなす仮想中心円が、ダイアフラム支持部とセンサケースの壁部の接合領域内に流体導入孔を囲むように仮想した仮想環状中心線よりも外側に位置するように被半田付け部の位置を定める。ここで仮想環状中心線とは、ダイアフラム支持部の形状が円環状であれば、円形となり、またダイアフラム支持部の形状が矩形状であれば矩形状になるものであり、ダイアフラム支持部の形状によって形状が変わるものである。この場合、筒体としては、半田付け端部が、仮想中心円と同じまたはそれよりも大きな中心直径を有しているものを用いる。ここで中心直径とは、筒体の半田付け端部の内周面と外周面との間の中心に仮想され前記内周面と外周面と同心をなす仮想円の直径である。そして筒体の半田付け端部は、仮想中心円とほぼ同心的になるように被半田付け部に半田付け接続されている。このようにすると被半田付け部の半田付け部からセンサケースに加わった応力が、半導体センサ素子に加わり難くすることができる。上述した仮想中心円を仮想中心線から離せば離すほど、半導体センサ素子への応力の影響を低減できる。
【００１４】
特に、被半田付け部が壁部を間に介して接合領域と部分的に対向させるときに、接合領域と被半田付け部との間の壁部の厚み寸法を２．５ｍｍ以下とする場合には、筒体の半田付け端部の肉厚を０．２〜０．８ｍｍの範囲のものとする。このようにすると、壁部の厚みを薄くして、しかも半田付け部の面積をあまり大きくすることなく、筒体の固定に必要な半田付け強度を確保することできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１（Ａ）は本発明の半導体圧力センサの実施の形態の一部切り欠き平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。また図２は、後述する筒体３１を半田付け接続する前のセンサケースの裏面を示す図である。
【００１６】
本実施の形態の半導体圧力センサ１は、流体圧力を検出する半導体圧力センサ素子３と、この半導体圧力センサ素子３を支持するセラミック製のセンサケース５と、後述する筒体３１とを基本的な構成要件として備えている。半導体圧力センサ素子３は、図３に示すような拡散抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４からなるブリッジ回路７が形成されたダイアフラム部９と、このダイアフラム部９の外周部を支持するダイアフラム支持部１１ａ，１１ｂとが一体に成形された構造を有している。半導体圧力センサ素子３のダイアフラム部９は、矩形状のシリコンウェハーにエッチングを施して形成されたシリコンダイアフラムであり、ダイアフラム部９を形成することによりダイアフラム支持部１１が形成される。ダイアフラム部９の表面は、拡散抵抗Ｒ１からＲ４が形成された後に、保護用の絶縁膜１３で覆われる。
【００１７】
センサケース５は、表面に半導体圧力センサ素子３の環状のダイアフラム支持部１１ａが接合される壁部１７と周壁部１９とを備えている。壁部１７には、半導体圧力センサ素子３のダイアフラム部９に圧力測定の対象となる流体を導くための流体導入孔１５が形成されており、環状のダイアフラム支持部１１は、流体導入孔１５の一方の開口端部を囲むように壁部１７の表面に接合されている。また周壁部１９は、半導体圧力センサ素子３の周囲を囲む形状を有しており、周壁部１９の開口部は金属製の蓋板２０によって塞がれている。
【００１８】
半導体圧力センサ素子３の環状のダイアフラム支持部１１は、ダイアフラム支持部１１の線膨張係数と壁部１７の線膨張係数とに大きな差があっても両者間に剥離が生じないように、硬化しても撓み性のあるゲル状の接着剤を用いて壁部１７上の接合領域２１に固定されている。また、センサケース５の周壁部１９の輪郭形状は、４つの角部を有するほぼ矩形形状を呈している。
【００１９】
このようなセンサケース５は、壁部１７を含む第１のケース構成部分２３と、この第１のケース構成部分２３の上面に下面が接合されて周壁部１９の残部を構成し且つ内側に第１のケース構成部分２３の上面の一部を露出させるように形成された第２のケース構成部分２５とにより構成されている。そして第２のケース構成部分２５に蓋板２０が接合されている。
【００２０】
図３に示すように、壁部１７を構成している第１のケース構成部分２３の裏面には、流体導入孔１５の他方の開口端部の周囲を囲むように所定の幅寸法を有する円形形状の被半田付け部２９と、複数の電極３０…とが形成されている。円形形状の被半田付け部２９と１つの電極３０とは、接続パターンを介して接続されている。これらの被半田付け部２９と電極３０…は、タングステン下地層とＮｉ下地メッキ層とＡｕ表面メッキ層とから構成されている。そしてこの被半田付け部２９には、半導体圧力センサ素子３のダイアフラム部９に圧力測定の対象となる流体を流体導入孔１５を介して導くための金属製の筒体３１の環状の端部３３（半田付け端部）の端面が半田３５により半田付け接続されている。環状の被半田付け部２９を形成する金属薄膜の幅寸法は、半田付け強度が著しく低下しない範囲で定められる。筒体３１の内部には、流体導入孔１５と連通する流体導入路３７が形成されている。
【００２１】
本例では、第１のケース構成部分２３によって構成される壁部１７の裏面に形成した被半田付け部２９は、被半田付け部２９の内接円３９と外接円４１との間に仮想した内接円３９及び外接円４１と同心の仮想中心円４３が、ダイアフラム支持部１１と壁部１７との接合領域２１内に仮想した流体流通孔１５を囲む仮想環状中心線ＣＬよりも外側に位置するように形成されている。筒体３１の環状の半田付け端部３３は仮想中心円４３と同じまたはそれよりも大きな中心直径を有している。そして筒体４１は、半田付け端部３３が仮想中心円４３とほぼ同心になるように、被半田付け部２９に半田付け接続されている。半田付け接続する場合には、被半田付け部２９上にクリーム半田を印刷し、乾燥処理した後に、その上に筒体１の端部３３を載せ、炉の中でこれらを加熱してクリーム半田を溶融させたのち、自然冷却させる。
【００２２】
この例のように、被半田付け部２９が壁部１７を間に介して接合領域２１と部分的に対向している場合には、壁部の厚み寸法を２．５ｍｍ以下の値まで薄くすることが可能である。そしてこの場合の筒体３１の端部３３（半田付け端部）の肉厚は０．２〜０．８ｍｍに設定するのが好ましい。半導体圧力センサ素子が大きくなった場合には、被半田付け部２９は、その仮想中心円４３が常に仮想環状中心線ＣＬよりも外に位置するように形成する。仮想中心円４３が、仮想環状中心線ＣＬよりも外側に離れれば離れるほど、筒体３１の半田付け部に温度変化で発生する応力の影響を少なくすることができる。
【００２３】
センサケース５には半導体圧力センサ素子３に設けられている複数の接続用電極４５…（図の右半分の電極は省略している）のうちの所要の接続用電極にボンディングワイヤ５１…により接続された複数のケース側接続用電極４７…が形成されている。ケース側接続用電極４７…はタングステン下地層とＮｉ下地メッキ層とＡｕ表面メッキ層とから構成されている。これらケース側接続用電極４７…は、第２のケース構成部分２５の内側に露出する第１のケース構成部分２５の上面の部分に形成されている。
【００２４】
第２のケース構成部分２５の下に位置する第１のケース構成部分２５の上面の部分には、それぞれ複数のケース側接続用電極４７…に接続されてセンサケース５の周壁部１９の外周面まで延びる複数の導電性引出パターン４９…（図１（Ａ）では示さず）が形成されている。これら複数の導電性引出パターン４９…は、ケース側接続用電極４７…を構成するタングステン下地層が延長されて構成されている。また第１のケース構成部分２３の下面及び第２のケース構成部分２５の上面には、複数の導電性引出パターン４９…とそれぞれ接続される複数の外部接続用電極５３ａ〜５３ｈと複数の外部接続用電極３０…とがそれぞれ形成されている。またセンサケース５の周壁部１９の外周面には、第１及び第３のケース構成部分２３，２５が積層される積層方向に向かって延びて積層方向両側に開口し且つ積層方向と直交し且つ外周面から離れる方向に開口する複数の溝部Ｃ１〜Ｃ８が形成されている。特に、溝部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、センサケース５のほぼ矩形形状をなす周壁部１９の４つの角部にそれぞれ形成されている。複数の導電性引出パターン４９…の外側端部は、それぞれ対応する複数の溝部Ｃ１〜Ｃ８内に露出している。
【００２５】
複数の外部接続用電極５３ａ〜５３ｈ，３０…のうち、第１のケース構成部分２３の下面に形成される第１グループに属する複数の外部接続用電極５３ａ〜５３ｄと、第２のケース構成部分２５の上面に形成される第２グループに属する複数の外部接続用電極５５ａ〜５５ｄは、それぞれ複数の溝部Ｃ１〜Ｃ８の積層方向両側の開口部に隣接して形成されている。これらの溝部Ｃ１〜Ｃ８内で、これら溝部の内部に露出する導電性引出パターン４９…の外側端部と、これら溝部の積層方向両側に位置する対になった複数の外部接続用電極５３ａ〜５３ｈ，５５ａ〜５５ｈとは、これら溝部内に沿って設けられた複数の接続用導電パターン４９により電気的に接続されている。
【００２６】
上述した構造による半導体圧力センサ１では、測定対象である流体は筒体３１の流体導入路３７から流体導入孔１５に供給される。その流体の圧力が半導体圧力センサ素子３のダイアフラム部９に作用すると、大気圧との差によりダイアフラム部９に物理的な歪みが生じ、この歪みに応じてダイアフラム部９に設けられている抵抗ブリッジ回路７の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化を出力として取出す。温度変化があるとセラミック製のセンサケース５と金属製（真鍮）の筒体３１との熱膨張係数の違いにより、センサケース５と筒体３１との接合部分である被半田付け部２９に応力が発生する。本例の半導体圧力センサ１では、筒体３１の半田付け端部がフランジ部を有しておらず、また筒体３１の仮想中心円４３がダイアフラム支持部１１の仮想環状中心線ＣＬよりも外側に位置するようにして、筒体３１が被半田付け部２９に半田付け接続されているので、半田付け部に発生する応力が小さくなる上、半田付け部に発生した応力がセンサケース５の壁部１７を介して半導体圧力センサ素子３に伝わるのを抑制できる。その結果、本発明によれば，温度特性が大幅に改善される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、セラミック製のセンサケースの壁部の裏面の被半田付け部に半田付け接続される金属製の筒体にフランジ部を設けないので、被半田付け部と筒体の半田付け端部とを接続する半田付け部が小さくなり、半田付け部に発生する応力を小さくすることができ。そのため筒体が接合されるセンサケースの壁部の厚みを薄くしたとしても、温度変化により半田付け部に発生する応力が半導体圧力センサ素子まで及び難くなって、温度特性を改善できる。
【００２８】
特に、被半田付け部を、被半田付け部の内接円と外接円との間に仮想した内接円及び外接円と同心をなす仮想中心円が、ダイアフラム支持部とセンサケースの壁部の接合領域内に流体導入孔を囲むように仮想した仮想環状中心線よりも外側に位置するようにする形成し、筒体としてその半田付け端部が仮想中心円と同じまたはそれよりも大きな中心直径を有するものを用い、筒体の半田付け端部を仮想中心円とほぼ同心的に配置されるように被半田付け部に半田付け接続すると、半田付け部で発生する応力の影響を大幅に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の半導体圧力センサの一実施の形態の一部切り欠き平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】図１の実施の形態において、筒体をセンサケースに半田付けする前のセンサケースの底面図である。
【図３】本発明の実施の形態の半導体圧力センサのダイアフラム部に形成されているブリッジ回路の回路図である。
【図４】従来の半導体圧力センサの一例の構造の縦断端面図である。
【符号の説明】
１半導体圧力センサ
３半導体圧力センサ素子
５センサケース
９ダイアフラム部
１１，１１ａ，１１ｂダイアフラム支持部
１５流体導入孔
１７壁部
１９周壁部
２１接合領域
２９被半田付け部
３１筒体
３３半田付け端部
３５半田
３７流体導入路
３９内接円
４１外接円
４３仮想中心円
ＣＬ仮想環状中心線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor pressure sensor that detects a fluid pressure by a semiconductor pressure sensor element and outputs it as an electrical signal.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the semiconductor pressure sensor 100 proposed in Japanese Patent Application No. 11-957 related to the applicant's prior application. The semiconductor pressure sensor 100 includes a semiconductor pressure sensor element 101 that is formed using a silicon semiconductor substrate and detects the pressure of a fluid to be measured; a ceramic sensor case 103 that houses the semiconductor pressure sensor element 101; and a semiconductor And a metal cylinder 105 that guides the fluid to be measured to the pressure sensor element 101.
[0003]
The semiconductor pressure sensor element 101 includes a diaphragm 107 in which a resistance bridge circuit (not shown) is formed, and a plurality of connection electrodes (not shown) that support the outer periphery of the diaphragm 107 and are connected to the resistance bridge circuit. ) Is formed integrally with the diaphragm support portions 109a and 109b.
[0004]
The sensor case 103 made of ceramic is provided with a fluid introduction hole 111 for guiding a fluid to be pressure-measured to the diaphragm portion 107 of the semiconductor pressure sensor element 101, and the diaphragm support portions 109a and 109b of the semiconductor pressure sensor element 101 on the upper surface. Includes a wall 113 fixed so as to surround one open end of the fluid introduction hole 111 and a peripheral wall 115 surrounding the semiconductor pressure sensor element 101 and integrated with the wall 113. A space surrounded by the peripheral wall portion 115 and the wall portion 113 constitutes an element housing recess 117.
[0005]
The cylindrical body 105 includes an annular flange portion 119 that extends toward the radially outer side of the cylindrical body 105 at the end on the sensor case 103 side. The flange portion 119 of the cylindrical body 105 is fixed by soldering to an annular soldered portion 121 formed on the back surface of the wall portion 113 so as to surround the other opening end portion of the fluid introduction hole 111. The details are described in Japanese Patent Application No. 11-957, and will be omitted.
[0006]
In the semiconductor pressure sensor 100, when a fluid to be measured is supplied to the fluid introduction hole 111 and the pressure of the fluid acts on the diaphragm portion 107 of the semiconductor pressure sensor element 101, the diaphragm portion 107 is physically caused by a difference from the atmospheric pressure. In response to this distortion, the resistance value of the resistance bridge circuit provided in the diaphragm unit 107 changes, and the change in resistance value is output as an electrical signal.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Even the semiconductor pressure sensor with the previously proposed structure exhibits necessary and sufficient performance depending on the required accuracy. However, in this semiconductor pressure sensor 100, depending on the required accuracy, a change in temperature (temperature characteristic) appearing in the output accompanying a change in temperature of the fluid whose pressure is measured or a change in ambient temperature becomes a problem.
[0008]
As a result of the inventor's research, one of the causes that the temperature characteristics are deteriorated is that the metal cylinder 105 is soldered to the soldered portion formed on the back surface of the wall portion 113 of the sensor case 103. I understood. That is, the soldering portion formed between the flange portion of the cylinder and the soldered portion formed on the outer surface of the sensor case has a thermal expansion (linear expansion coefficient) of the cylinder caused by the temperature change of the fluid. Stress is generated from the difference from the thermal expansion (linear expansion coefficient) of the ceramic constituting the sensor case. This stress is applied to the ceramic sensor case, and further to the semiconductor sensor element fixed to the ceramic sensor case, and it has been found that this stress affects the output of the semiconductor sensor element. If the thickness of the wall 113 of the sensor case 103 is increased, the influence of such stress can be reduced. However, doing this not only increases the material cost of the sensor case and increases the price of the sensor, but also increases the height of the sensor.
[0009]
An object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor having excellent temperature characteristics.
[0010]
Another object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor capable of improving temperature characteristics without increasing the thickness of a wall portion of a sensor case to which a metallic cylinder is soldered and connected.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor pressure sensor according to the present invention includes a diaphragm portion in which a resistance bridge circuit is formed and a diaphragm support portion that integrally supports an outer peripheral portion of the diaphragm portion, and a diaphragm of the semiconductor pressure sensor element on the surface. A ceramic sensor case having a wall portion in which a support portion is joined and a fluid introduction hole is formed in the diaphragm portion of the semiconductor pressure sensor element for introducing a fluid to be subjected to pressure measurement, and a wall portion of the sensor case. A solderable portion formed on the back surface so as to surround the periphery of the opening end portion of the fluid introduction hole and capable of being soldered; and a metal cylinder connected to the soldered portion by soldering. A semiconductor pressure sensor is an object of improvement.
[0012]
In the present invention, the flange portion is not provided at the annular soldering end of the metal cylinder to be soldered to the soldered portion. Then, the end face of the soldering end portion without the flange portion is soldered to the soldered portion. In this case, compared with the case where the flange portion is provided, the area of the soldering portion for soldering and connecting the soldered portion formed on the back surface of the wall portion of the sensor case and the soldering end portion of the cylindrical body is reduced. Get smaller. As a result, due to the difference between the thermal expansion (linear expansion coefficient) of the cylinder caused by the temperature change of the fluid or the surrounding temperature and the thermal expansion (linear expansion coefficient) of the ceramic constituting the sensor case, The generated stress is reduced. In the present specification, solder refers to a bonding material that melts when heated and has a function of bonding metals together when cooled naturally.
[0013]
Even when the cylindrical body is soldered and connected without providing the flange portion, if the thickness of the wall portion of the sensor case becomes thin, the influence of the stress generated in the soldered portion appears in the output. Therefore, assuming that the soldered portion formed on the back surface of the wall of the sensor case has a circular shape having a predetermined width dimension, the mounting position of the cylinder and the mounting position of the semiconductor pressure sensor element are as follows. It is preferable that the relationship be In other words, a virtual inscribed circle between the inscribed circle and the circumscribed circle of the soldered portion and a virtual center circle concentric with the circumscribed circle introduces fluid into the junction region between the diaphragm support portion and the sensor case wall. The position of the part to be soldered is determined so as to be located outside the virtual annular center line that is virtual so as to surround the hole. Here, the virtual annular center line is circular if the shape of the diaphragm support portion is annular, and is rectangular if the shape of the diaphragm support portion is rectangular, depending on the shape of the diaphragm support portion. The shape changes. In this case, a cylindrical body having a soldered end portion having a center diameter equal to or larger than the virtual center circle is used. Here, the center diameter is a diameter of an imaginary circle that is hypothesized at the center between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the soldered end of the cylinder and is concentric with the inner peripheral surface and the outer peripheral surface. The soldering end of the cylinder is soldered to the soldered part so as to be substantially concentric with the virtual center circle. This makes it difficult for the stress applied to the sensor case from the soldered portion of the soldered portion to be applied to the semiconductor sensor element. The further away the virtual center circle is from the virtual center line, the more the influence of stress on the semiconductor sensor element can be reduced.
[0014]
In particular, when the soldered part is partially opposed to the joining region with the wall in between, the thickness of the wall part between the joining region and the soldered part is 2.5 mm or less. The thickness of the soldered end of the cylinder is in the range of 0.2 to 0.8 mm. If it does in this way, the thickness of a wall part can be made thin, and the soldering intensity | strength required for fixation of a cylinder can be ensured, without enlarging the area of a soldering part too much.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1A is a partially cutaway plan view of an embodiment of a semiconductor pressure sensor of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. FIG. 2 is a view showing the back surface of the sensor case before soldering and connecting a cylindrical body 31 to be described later.
[0016]
The semiconductor pressure sensor 1 according to the present embodiment basically includes a semiconductor pressure sensor element 3 that detects fluid pressure, a ceramic sensor case 5 that supports the semiconductor pressure sensor element 3, and a cylinder 31 that will be described later. It is provided as a configuration requirement. The semiconductor pressure sensor element 3 includes a diaphragm portion 9 in which a bridge circuit 7 including diffusion resistors R1, R2, R3, and R4 as shown in FIG. 3 is formed, and a diaphragm support portion 11a that supports the outer peripheral portion of the diaphragm portion 9. , 11b and has a structure that is integrally molded. The diaphragm portion 9 of the semiconductor pressure sensor element 3 is a silicon diaphragm formed by etching a rectangular silicon wafer, and the diaphragm support portion 11 is formed by forming the diaphragm portion 9. The surface of the diaphragm portion 9 is covered with a protective insulating film 13 after the diffusion resistors R1 to R4 are formed.
[0017]
The sensor case 5 includes a wall portion 17 and a peripheral wall portion 19 to which an annular diaphragm support portion 11a of the semiconductor pressure sensor element 3 is joined. The wall portion 17 is formed with a fluid introduction hole 15 for guiding a fluid to be subjected to pressure measurement to the diaphragm portion 9 of the semiconductor pressure sensor element 3, and the annular diaphragm support portion 11 is formed of the fluid introduction hole 15. It joins to the surface of the wall part 17 so that one opening edge part may be enclosed. The peripheral wall 19 has a shape surrounding the semiconductor pressure sensor element 3, and the opening of the peripheral wall 19 is closed by a metal lid plate 20.
[0018]
The annular diaphragm support portion 11 of the semiconductor pressure sensor element 3 is cured so that no separation occurs between the linear support coefficient of the diaphragm support portion 11 and the linear expansion coefficient of the wall portion 17 even if there is a large difference. However, it is fixed to the bonding region 21 on the wall portion 17 by using a gel-like adhesive having flexibility. Further, the contour shape of the peripheral wall portion 19 of the sensor case 5 has a substantially rectangular shape having four corner portions.
[0019]
Such a sensor case 5 includes a first case component 23 including a wall portion 17, and a lower surface joined to an upper surface of the first case component 23 to form a remaining portion of the peripheral wall portion 19 and a first inner portion. It is comprised by the 2nd case structural part 25 formed so that a part of upper surface of 1 case structural part 23 might be exposed. The lid plate 20 is joined to the second case component 25.
[0020]
As shown in FIG. 3, the back surface of the first case component 23 constituting the wall portion 17 has a circular shape having a predetermined width dimension so as to surround the other opening end portion of the fluid introduction hole 15. A soldered portion 29 having a shape and a plurality of electrodes 30 are formed. The circular soldered portion 29 and one electrode 30 are connected via a connection pattern. The soldered portion 29 and the electrodes 30 are composed of a tungsten underlayer, a Ni undercoat layer, and an Au surface plating layer. And this to be soldered portion 29, the semiconductor pressure sensor element 3 of the diaphragm 9 to the pressure annular end portion of the metallic cylindrical body 31 of electrically Kutame through the fluid introduction hole 15 a fluid to be measured An end face of 33 (soldering end) is soldered and connected by solder 35. The width dimension of the metal thin film forming the annular soldered portion 29 is determined within a range in which the soldering strength is not significantly reduced. A fluid introduction path 37 communicating with the fluid introduction hole 15 is formed inside the cylindrical body 31.
[0021]
In this example, the soldered portion 29 formed on the back surface of the wall portion 17 constituted by the first case component 23 is virtually between the inscribed circle 39 and the circumscribed circle 41 of the soldered portion 29. A virtual center circle 43 concentric with the inscribed circle 39 and the circumscribed circle 41 is located outside the virtual annular center line CL surrounding the fluid flow hole 15 virtually in the joint region 21 between the diaphragm support portion 11 and the wall portion 17. It is formed to do. The annular soldering end 33 of the cylindrical body 31 has a center diameter that is the same as or larger than the virtual center circle 43. The cylindrical body 41 is soldered to the soldered portion 29 so that the soldering end portion 33 is substantially concentric with the virtual center circle 43. In the case of soldering connection, the cream solder is printed on the soldered portion 29 and dried, and then the end portion 33 of the cylindrical body 1 is placed thereon, and these are heated in a furnace to be cream solder. After melting, let it cool naturally.
[0022]
As in this example, when the soldered portion 29 partially faces the bonding region 21 with the wall portion 17 therebetween, the thickness dimension of the wall portion is reduced to a value of 2.5 mm or less. It is possible. In this case, the thickness of the end portion 33 (soldering end portion) of the cylindrical body 31 is preferably set to 0.2 to 0.8 mm. When the semiconductor pressure sensor element becomes large, the soldered portion 29 is formed so that the virtual center circle 43 is always located outside the virtual annular center line CL. The further away the virtual center circle 43 is from the virtual annular center line CL, the less the influence of the stress generated by the temperature change on the soldered portion of the cylindrical body 31 can be reduced.
[0023]
The sensor case 5 is connected to a required connecting electrode among a plurality of connecting electrodes 45 (not shown in the right half of the drawing) provided on the semiconductor pressure sensor element 3 by bonding wires 51. A plurality of case-side connection electrodes 47 are formed. The case side connection electrodes 47 are composed of a tungsten underlayer, a Ni undercoat layer, and an Au surface plating layer. These case side connection electrodes 47 are formed on the upper surface portion of the first case component 25 exposed inside the second case component 25.
[0024]
The outer surface of the peripheral wall 19 of the sensor case 5 is connected to a plurality of case-side connection electrodes 47 on the upper surface of the first case component 25 located below the second case component 25. A plurality of conductive lead patterns 49 (not shown in FIG. 1 (A)) are formed. The plurality of conductive lead patterns 49 are formed by extending a tungsten underlayer constituting the case side connection electrodes 47. A plurality of external connection electrodes 53a to 53h and a plurality of external connections are respectively connected to the lower surface of the first case component 23 and the upper surface of the second case component 25, respectively. The electrodes 30 are respectively formed. Further, the outer peripheral surface of the peripheral wall portion 19 of the sensor case 5 extends in the stacking direction in which the first and third case components 23 and 25 are stacked, opens on both sides in the stacking direction, and is orthogonal to the stacking direction. A plurality of grooves C1 to C8 that open in a direction away from the outer peripheral surface are formed. In particular, the groove portions C1, C2, C3, and C4 are respectively formed at four corners of the peripheral wall portion 19 that forms a substantially rectangular shape of the sensor case 5. The outer end portions of the plurality of conductive lead patterns 49 are exposed in the corresponding groove portions C1 to C8, respectively.
[0025]
Among the plurality of external connection electrodes 53a to 53h, 30..., The plurality of external connection electrodes 53a to 53d belonging to the first group formed on the lower surface of the first case component 23 and the second case component. The plurality of external connection electrodes 55a to 55d belonging to the second group formed on the upper surface of 25 are formed adjacent to the openings on both sides in the stacking direction of the plurality of groove portions C1 to C8, respectively. Within these groove portions C1 to C8, a plurality of external connection electrodes 53a to 53h that are paired on the outer end portions of the conductive lead patterns 49 ... exposed inside these groove portions and on both sides in the stacking direction of these groove portions. , 55a to 55h are electrically connected by a plurality of connection conductive patterns 49 provided along the groove portions.
[0026]
In the semiconductor pressure sensor 1 having the above-described structure, the fluid to be measured is supplied from the fluid introduction path 37 of the cylindrical body 31 to the fluid introduction hole 15. When the pressure of the fluid acts on the diaphragm portion 9 of the semiconductor pressure sensor element 3, a physical distortion occurs in the diaphragm portion 9 due to a difference from the atmospheric pressure, and a resistance bridge provided in the diaphragm portion 9 according to the distortion. The resistance value of the circuit 7 changes, and this change in resistance value is taken out as an output. If there is a change in temperature, stress is applied to the soldered portion 29 that is the joint between the sensor case 5 and the cylinder 31 due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic sensor case 5 and the metal (brass) cylinder 31. Will occur. In the semiconductor pressure sensor 1 of this example, the soldered end of the cylinder 31 does not have a flange, and the virtual center circle 43 of the cylinder 31 is outside the virtual annular center line CL of the diaphragm support 11. Since the cylindrical body 31 is soldered and connected to the soldered portion 29 so as to be located at the position of the sensor case 5, the stress generated in the soldered portion is reduced and the stress generated in the soldered portion is reduced to the wall of the sensor case 5. Transmission to the semiconductor pressure sensor element 3 via the part 17 can be suppressed. As a result, according to the present invention, the temperature characteristics are greatly improved.
[0027]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the flange portion is not provided in the metal cylinder that is soldered and connected to the soldered portion on the back surface of the wall portion of the ceramic sensor case, the soldered portion and the cylinder are soldered. The soldering part connecting the end part becomes smaller, and the stress generated in the soldering part can be reduced. Therefore, even if the thickness of the wall portion of the sensor case to which the cylindrical body is joined is reduced, the stress generated in the soldering portion due to the temperature change hardly reaches the semiconductor pressure sensor element, and the temperature characteristics can be improved.
[0028]
In particular, a virtual center circle concentric with the inscribed circle and the circumscribed circle between the inscribed circle and the circumscribed circle of the soldered portion is arranged between the diaphragm support portion and the sensor case wall. Formed so as to be positioned outside the virtual virtual center line so as to surround the fluid introduction hole in the joining region, and the soldered end of the cylinder as a center diameter is the same as or larger than the virtual center circle If the soldered end of the cylinder is soldered and connected to the soldered part so that it is arranged almost concentrically with the virtual center circle, the effect of the stress generated in the soldered part is greatly reduced. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a partially cutaway plan view of an embodiment of a semiconductor pressure sensor of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1A.
FIG. 2 is a bottom view of the sensor case before the cylinder is soldered to the sensor case in the embodiment of FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram of a bridge circuit formed in a diaphragm portion of the semiconductor pressure sensor according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal end view of a structure of an example of a conventional semiconductor pressure sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor pressure sensor 3 Semiconductor pressure sensor element 5 Sensor case 9 Diaphragm part 11, 11a, 11b Diaphragm support part 15 Fluid introduction hole 17 Wall part 19 Peripheral wall part 21 Joining area 29 Soldering part 31 Cylindrical body 33 Soldering end part 35 Solder 37 Fluid introduction path 39 Inscribed circle 41 circumscribed circle 43 Virtual center circle CL Virtual annular center line

Claims

A semiconductor pressure sensor element in which a diaphragm portion in which a resistance bridge circuit is formed and a diaphragm support portion that supports an outer peripheral portion of the diaphragm portion are integrally formed;
A ceramic having a wall portion on which a diaphragm supporting portion of the semiconductor pressure sensor element is bonded and a fluid introduction hole is formed in the diaphragm portion of the semiconductor pressure sensor element to guide a fluid to be measured. A sensor case made of
A solderable portion capable of being soldered so as to surround the periphery of the opening end portion of the fluid introduction hole on the back surface of the wall portion of the sensor case;
A semiconductor pressure sensor comprising a metal cylinder connected to the soldered portion by soldering,
The annular soldering end of the cylindrical body to be soldered to the soldered portion does not include a flange portion, and the end surface of the soldering end is soldered to the soldered portion ,
The soldered portion has a circular shape having a predetermined width dimension,
An imaginary center circle concentric with the inscribed circle and the circumscribed circle between the inscribed circle and the circumscribed circle of the soldered portion is within a junction region between the diaphragm support portion and the wall portion of the sensor case. The soldered portion is formed so as to be located outside the virtual annular center line that is virtual so as to surround the fluid introduction hole.
The soldering end of the cylindrical body has a center diameter that is the same as or larger than the virtual center circle, and the soldering end is disposed substantially concentrically with the virtual center circle. A semiconductor pressure sensor.

The soldered portion is partially opposed to the joining region with the wall portion in between,
The thickness dimension of the wall part between the joining region and the soldered part is 2.5 mm or less,
2. The semiconductor pressure sensor according to claim 1 , wherein a thickness of the soldering end portion of the cylindrical body is 0.2 to 0.8 mm.