本发明涉及半导体传感器装置。
背景技术：
以往，已知有半导体传感器装置，其使半导体传感器元件根据压力介质(例如，气体等)的压力与大气压的差产生物理性的形变，通过检测随着变化的半导体传感器元件的电阻值，从而检测出压力介质的压力与大气压的差。这样的半导体传感器装置要求较高的气密性，以便压力介质不会漏出到外部。
例如，在下记的专利文献1中公开了以下技术：在通过传感器元件检测被测量压力与大气压的差的压力传感器中，在热膨胀率与传感器元件近似的金属制的压力导入筒的凸缘部通过粘接剂直接粘接传感器元件，将传感器元件的周围密闭，从而在传感器元件的表面背面之间不会泄漏气体。根据该技术，不仅能够极度提高对气密性的可靠性，而且因热形变而引起的应力几乎不会传导至传感器元件，能够进行准确的测量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000－171319号公报
技术实现要素：
发明所要解决的课题
但是，在如上述专利文献1公开的技术那样采用粘接半导体传感器元件的结构的情况下，若半导体传感器元件的粘接不充分，则存在以下问题：由于压力介质从该粘接部分漏出到外部，或者针对半导体传感器元件进行引线接合时得不到充分的耐性等，所以半导体传感器装置的可靠性降低。
本发明为了解决上述的现有技术的课题，目的在于通过提高半导体传感器元件的粘接性，能够提供可靠性较高的半导体传感器装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题，本发明的半导体传感器装置100，具备：陶瓷封装件110；半导体传感器元件112，其配置于上述陶瓷封装件110的开口空间111内的平面上，且检测压力介质的压力；以及喷嘴120，其以覆盖上述开口空间111的方式设置，且向上述开口空间111内引导上述压力介质，上述半导体传感器装置100的特征在于，在上述平面上的上述半导体传感器元件112的配置位置形成有台座115，上述半导体传感器元件112在载置于上述台座115上的状态下粘接于上述平面上。
此外，上述参照符号是为了使理解变得容易而标注的，只是一例，并非限定于图示的方案。
发明效果
根据本发明，能够提高半导体传感器元件的粘接性，因此能够提供可靠性较高的半导体传感器装置。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的半导体传感器装置的外观立体图。
图2是本发明的一实施方式的半导体传感器装置的分解立体图。
图3是图1所示的半导体传感器装置的剖视图。
图4是表示本发明的一实施方式的陶瓷封装件的具体的结构的图。
图5是图4所示的台座的x－x'剖视图。
图6是表示本发明的一实施方式的陶瓷封装件中的半导体传感器元件及集成电路的配置例的一部分放大剖视图。
图7是表示本发明的一实施方式(变形例)的陶瓷封装件的具体的结构的图。
图8是图7所示的台座的x－x'剖视图。
图9是表示本发明的一实施方式(变形例)的陶瓷封装件中的半导体传感器元件及集成电路的配置例的一部分放大剖视图。
图10是表示本发明的一实施方式的喷嘴的具体的结构的图。
图11是本发明的一实施方式的喷嘴的外观立体图。
图12是表示本发明的一实施方式的半导体传感器装置中的陶瓷封装件与喷嘴的粘接部分的结构的一部分放大剖视图。
图13使表示本发明的一实施方式的半导体传感器装置中的陶瓷封装件与喷嘴的粘接部分的结构(填充有粘接树脂的状态)的一部分放大剖视图。
图中：
100—半导体传感器装置，110、110x—陶瓷封装件，111—开口空间，112—半导体传感器元件，113—集成电路，114—贯通孔，115、117—台座，116、118—台座(第二台座)，119l、119r—凹陷部，120—喷嘴，121—基部，122—导入部，123—开口空间，124—贯通孔，125、126—插入部，127—突起部，128—阶差部，131—第一粘接树脂，132—第二粘接树脂，133—金属线，134—保护胶。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的一实施方式进行说明。
〔半导体传感器装置100的概略结构〕
首先，参照图1～图3，对半导体传感器装置100的概略结构进行说明。图1是本发明的一实施方式的半导体传感器装置100的外观立体图。图2是本发明的一实施方式的半导体传感器装置100的分解立体图。图3是图1所示的半导体传感器装置100的剖视图。
图1～图3所示的半导体传感器装置100是检测压力介质(例如，气体等)的压力的装置。如图1～图3所示，半导体传感器装置100具备陶瓷封装件110和喷嘴120，通过陶瓷封装件110和喷嘴120相互粘接而构成。
此外，为了便于说明，以下的说明中，将图中z轴方向设为上下方向，特别是将陶瓷封装件110侧(图中z轴负侧)设为下侧，将喷嘴120侧(图中z轴正侧)设为上侧。另外，将图中x轴方向设为前后方向，将图中y轴方向设为左右方向。
陶瓷封装件110整体上呈长方体形状。在陶瓷封装件110的上表面110a形成有以矩形状开设的开口空间111。开口空间111构成为具有两阶段的空间形状，该两阶段空间为上侧的第一空间111a和下侧的第二空间111b。第一空间111a及第二空间111b均具有矩形状的开口形状。但是，第二空间111b具有比第一空间111a小的开口尺寸。
在开口空间111(第二空间111b部分)的底面111a并排配置有半导体传感器元件112和集成电路113。另外，如图3所示，在底面111a，在半导体传感器元件112的配置位置的中心形成有贯通至陶瓷封装件110的外部(下侧)的贯通孔114。
半导体传感器元件112检测压力介质的压力。具体而言，半导体传感器元件112具有作为压力检测面发挥功能的膜片。半导体传感器元件112使该膜片根据从喷嘴120导入的压力介质的压力与从贯通孔114导入的大气压的差产生变形，通过检测随之变化的电阻值，从而将压力介质的压力与大气压的差作为压力介质的压力而检测。半导体传感器元件112通过引线接合的金属线133与集成电路113及形成于陶瓷封装件110的配线图案连接。
集成电路113控制半导体传感器元件112。例如，集成电路113放大半导体传感器元件112的检测信号、根据由温度传感器检测到的温度补正半导体传感器元件112的检测信号。集成电路113通过引线接合的金属线133与半导体传感器元件112及形成于陶瓷封装件110的配线图案连接。来自集成电路113的输出信号经由金属线133、形成于陶瓷封装件110的配线图案以及外部连接端子(省略图示及说明)，向半导体传感器装置100的外部输出。
本实施方式中，作为半导体传感器元件112，使用了所谓的表压型的半导体传感器元件，其使用从外部经由贯通孔114导入的大气压，但不限于此，例如，也可以使用在半导体传感器元件内具有真空空间的所谓的绝对压力型的半导体传感器元件。即，本实施方式的陶瓷封装件110能够对表压型的半导体传感器元件和绝对压力型的半导体传感器元件通用。此外，在设为绝对压力型的半导体传感器元件专用的情况下，陶瓷封装件110也可以采用无贯通孔114的结构。
此外，如图3所示，本实施方式中，陶瓷封装件110构成为具有层叠了第一～第五层的层叠构造。第一、第二层是形成上述第一空间111a的部分。第三、第四层是形成上述第二空间111b的部分。第五层是形成上述底面111a的部分，即，配置半导体传感器元件112及集成电路113的部分。
另外，如图3所示，在配置了半导体传感器元件112及集成电路113，且连接了各金属线133的状态下，向开口空间111填充保护胶134(例如，硅胶、氟胶等)。由此，半导体传感器元件112、集成电路113以及各金属线133成为被保护胶134埋没的状态，以相对于压力介质不暴露的方式被保护胶134保护。即，半导体传感器元件112隔着保护胶134检测压力介质的压力。此外，也可以在半导体传感器元件112的上部局部地使用低粘度的保护胶134，从而提高半导体传感器元件112的检测灵敏度。此外，如图3所示，保护胶134因表面张力而被拉倒周边的壁面，因此成为凹构造。即，保护胶134的壁面侧最高，且中央周边部(半导体传感器元件112以及集成电路113的周边部)最低。
喷嘴120以覆盖陶瓷封装件110的开口空间111的方式设于陶瓷封装件110的上部。喷嘴120构成为具有呈长方体形状的基部121和竖立设置于基部121的上表面121a的中心的呈圆筒形状的导入部122。基部121是组合地粘接于陶瓷封装件110的上部的部分。如图3所示，在基部121的底面121b形成有以圆形状开口的开口空间123。开口空间123是在相互组合喷嘴120和陶瓷封装件110时，形成与陶瓷封装件110的开口空间111连续的空间的部分。导入部122是从外部导入压力介质的部分。在喷嘴120形成有将导入部122及基部121内沿上下方向贯通且用于向开口空间123内引导压力介质的贯通孔124。如图3所示，贯通孔124具有内径随着靠近开口空间123而变小的锥形形状。但是，不限于此，贯通孔124也可以具有笔直形状。
如图1所示，这样构成的半导体传感器装置100在喷嘴120和陶瓷封装件110上下组合并相互粘接的状态下使用。该半导体传感器装置100中，压力的检测对象的压力介质从外部经由形成于喷嘴120的贯通孔124引导至半导体传感器装置100内部的半导体传感器元件112。另一方面，大气从外部经由形成于陶瓷封装件110的底部的贯通孔114引导至半导体传感器元件112。于是，在半导体传感器装置100的内部，通过半导体传感器元件112将压力介质的压力与大气压的差作为压力介质的压力而检测，并将与该压力值相应的检测信号经由集成电路113输出至半导体传感器装置100的外部。
〔半导体传感器元件112的配置结构〕
接下来，参照图4～图6，对半导体传感器元件112的配置结构进行说明。
(陶瓷封装件110的具体的结构)
图4是表示本发明的一实施方式的陶瓷封装件110的具体的结构的图。图4(a)是陶瓷封装件110的俯视图。图4(b)是陶瓷封装件110的右侧视图。图4(c)是陶瓷封装件110的后视图。图4(d)是陶瓷封装件110的仰视图。
如图4(a)所示，在陶瓷封装件110的开口空间111(第二空间111b部分)的底面111a设有半导体传感器元件112的配置位置和集成电路113的配置位置。在半导体传感器元件112的配置位置，在与半导体传感器元件112的四个角对应的位置分别形成有台座115。另外，在半导体传感器元件112的配置位置的中心形成有贯通至陶瓷封装件110的背面侧的具有圆形状的开口的形状的贯通孔114。该贯通孔114是为了从外部向半导体传感器元件112的底面侧导入大气从而在半导体传感器元件112检测大气压而设置。
另外，在集成电路113的配置位置，在与集成电路113的四个角对应的位置分别形成有台座116。如图4(a)所示，本实施方式的台座115、116具有矩形状的平面形状。另外，台座115、116由氧化铝涂层形成。
另外，如图4所示，在陶瓷封装件110的左侧面110l及右侧面110r形成有具有沿上下方向延伸且向内侧凹陷的形状的凹陷部119l、119r。凹陷部119l、119r的上端贯通上表面110a而开放。另一方面，凹陷部119l、119r的下端通过底面119la、119ra而封闭。凹陷部119l、119r是在喷嘴120和陶瓷封装件110相互组合时，从其上部插入形成于喷嘴120的底面侧的插入部125、126(参照图10及图11)从而通过粘接树脂粘接插入部125、126的部分。
(台座115的结构)
图5是图4所示的台座115的x－x'剖视图。如图5所示，台座115通过层叠两层氧化铝涂层而形成。由此，能够形成具有充分的高度h1的台座115。在台座115中，上层和下层具有相同的矩形状的平面形状。但是，上层具有比下层小的平面形状。例如，在台座115中，在将下层的一边的长度w1设为0.3mm且将上层的一边的长度w2设为0.2mm的情况下，能够将整体的高度h1设置成30μm左右。台座116具有与台座115相同的结构，因此省略对于其具体的结构的图示及说明。
此外，台座115、116不限于具有两层的层叠构造，例如，也可以具有三层以上的层叠构造，另外，也可以不具有层叠构造。另外，台座115、116只要是至少能够确保充分的密封厚度而且能够得到引线接合时的充分的耐性的结构即可，台座115、116的配置位置、配置数量、形状以及原料不限定于上述内容。
(半导体传感器元件112及集成电路113的配置例)
图6是表示本发明的一实施方式的陶瓷封装件110中的半导体传感器元件112及集成电路113的配置例的一部分放大剖视图。如图6所示，半导体传感器元件112在其底面的四个角部分被载置于在底面111a上形成的台座115上。在该状态下，半导体传感器元件112通过粘接树脂粘接于底面111a上。同样地，集成电路113在其四个角部分被载置于在底面111a上形成的台座116上。在该状态下，集成电路113通过粘接树脂粘接于底面111a上。此外，用于粘接半导体传感器元件112及集成电路113的粘接树脂优选使用具有耐药性的树脂，例如，可以使用氟类树脂。
这样，在本实施方式中，通过半导体传感器元件112载置于台座115上，从而在半导体传感器元件112与底面111a之间形成具有某程度的厚度的间隙。然后，向该间隙内填充粘接树脂，将半导体传感器元件112的底面的外周部粘接于底面111a，从而能够在半导体传感器元件112与底面111a之间确保充分的密封厚(粘接树脂厚)。由此，能够牢固地固定半导体传感器元件112，并且能够防止压力介质漏出到半导体传感器元件112的底面侧(用于导入大气压的贯通孔114侧)。即，能够提高半导体传感器装置100的内部空间的气密度。另外，能够提高对半导体传感器元件112进行引线接合时的耐性。因此，能够提高半导体传感器装置100的可靠性。
特别地，本实施方式中，作为配置半导体传感器元件112的基材采用了陶瓷封装件110，从而能够确保高刚性、防湿性、耐药品性、耐变形性。因此，本实施方式的半导体传感器装置100能够广泛地用于各种压力介质，此外，而且能够既抑制压力介质、外力对半导体传感器元件112的影响，又维持半导体传感器元件112的良好的粘接状态。因此，能够进一步提高半导体传感器装置100的可靠性。
而且，在本实施方式中，采用陶瓷封装件110，难以对半导体传感器元件112施加外力，从而能够将台座115的数量设置成比较少的数(四个)，并且能够增大各台座115的表面积。其结果，如图5所示，能够将各台座115做成层叠构造而得到充分的高度h1，能够在半导体传感器元件112与底面111a之间确保充分的密封厚。
而且，本实施方式中，不仅半导体传感器元件112，而且集成电路113也载置于台座116上。由此，能够使半导体传感器元件112和集成电路113的高度位置一致，提高引线接合的容易性。但是，将集成电路113载置于台座116上的结构并非必须。
〔半导体传感器元件112的配置结构的变形例〕
在此，参照图7～图9，对半导体传感器元件112的配置结构的变形例进行说明。
(陶瓷封装件110x的具体的结构)
图7是表示本发明的一实施方式(变形例)的陶瓷封装件110x的具体的结构的图。图7(a)是陶瓷封装件110x的俯视图。图7(b)是陶瓷封装件110x的右侧视图。图7(c)是陶瓷封装件110x的后视图。图7(d)是陶瓷封装件110x的仰视图。
图7所示的陶瓷封装件110x是图4所示的陶瓷封装件110的变形例。陶瓷封装件110x与图4所示的陶瓷封装件110的不同点在于，在底面111a上的半导体传感器元件112的配置位置取代台座115而形成有比台座115小型且数量多的台座117。另外，陶瓷封装件110x与图4所示的陶瓷封装件110的不同点在于，在底面111a上的集成电路113的配置位置取代台座116而形成于比台座116小型且数量多的台座118。
具体而言，在底面111a上的半导体传感器元件112的配置位置沿半导体传感器元件112的底面的外周部形成有多个(十二个)台座117。另外，在底面111a上的集成电路113的配置位置沿集成电路113的底面的外周部形成有多个(十二个)台座118。如图7(a)所示，台座117、118具有圆形状的平面形状。另外，台座117、118由氧化铝涂层形成。
(台座117的结构)
图8是图7所示的台座117的x－x'剖视图。如图8所示，台座117由一层氧化铝涂层形成。由此，能够形成具有十分的高度h2的台座117。例如，在台座117中，在将直径w3设为0.15mm的情况下，能够将高度h2做成20μm左右。台座118具有与台座117相同的结构，因此省略对其具体的结构的图示及说明。
此外，台座117、118不限于一层，例如，也可以具有两层以上的层叠构造。另外，台座117、118只要是至少能够确保充分的密封厚且能够得到引线接合时的充分的耐性的结构即可，台座117、118的配置位置、配置数量、形状以及原料不限定于上述内容。
(半导体传感器元件112及集成电路113的配置例)
图9是表示本发明的一实施方式(变形例)的陶瓷封装件110x中的半导体传感器元件112及集成电路113的配置例的一部分放大剖视图。如图9所示，半导体传感器元件112在其底面的外周部分被载置于在底面111a上形成的台座117上。在该状态下，半导体传感器元件112通过粘接树脂粘接于底面111a上。同样地，集成电路113在其底面的外周部分被载置于在底面111a上形成的台座118上。在该状态下，集成电路113通过粘接树脂粘接于底面111a上。
在该变形例中，也通过半导体传感器元件112配置于台座117上，从而在半导体传感器元件112与底面111a之间形成具有某程度的厚度的间隙。然后，向该间隙内填充粘接树脂，将半导体传感器元件112的底面的外周部粘接于底面111a，从而能够在半导体传感器元件112与底面111a之间确保充分的密封厚(粘接树脂厚)。由此，能够牢固地固定半导体传感器元件112，并且能够防止压力介质漏出到半导体传感器元件112的底面侧(用于导入大气压的贯通孔114侧)。即，能够提高半导体传感器装置100的内部空间的气密度。另外，能够提高对半导体传感器元件112进行引线接合时的耐性。因此，能够提高半导体传感器装置100的可靠性。
〔陶瓷封装件110与喷嘴120的粘接结构〕
接下来，参照图10～图12，对陶瓷封装件110与喷嘴120的粘接结构进行说明。
(喷嘴120的具体的结构)
图10是表示本发明的一实施方式的喷嘴120的具体的结构的图。图10(a)是喷嘴120的俯视图。图10(b)是喷嘴120的右侧视图。图10(c)是喷嘴120的后视图。图10(d)是喷嘴120的仰视图。图11是本发明的一实施方式的喷嘴120的外观立体图。
如图10及图11所示，在喷嘴120的底面121b上的左右两端部形成有向下方(陶瓷封装件110方向)突出的板状的插入部125、126。插入部125、126是在喷嘴120和陶瓷封装件110相互组合时，插入在陶瓷封装件110的左右两侧面形成的凹陷部119l、119r(参照图4)并通过粘接树脂粘接于凹陷部119l、119r的部分。
另外，在喷嘴120的底面121b的四个角形成有具有圆形状的平面形状的薄板状的突起部127。突起部127是为了在喷嘴120和陶瓷封装件110相互组合时，通过与陶瓷封装件110的上表面110a抵接，在喷嘴120的底面121b与陶瓷封装件110的上表面110a之间形成间隙而设置。此外，突起部127的配置位置、配置数量以及形状不限定于上述记载的内容。另外，在本实施方式中，在喷嘴120侧设置突起部127，但是只要至少能够在与陶瓷封装件110的上表面110a之间形成间隙即可，例如，也可以在陶瓷封装件110侧设置同样的突起部。
另外，在喷嘴120的底面121b的中央部形成有包围开口空间123的周围的凸状的阶差部128。阶差部128是相比其周围提高了表面的高度位置的部分，其表面具有矩形状的平面形状。该阶差部128是在喷嘴120和陶瓷封装件110相互组合时无间隙地嵌入在陶瓷封装件110的上表面形成的开口空间111的部分。即，阶差部128的外周面和开口空间111(第一空间111a部分)的内周面紧贴。因此，阶差部128的平面形状与开口空间111的开口形状为大致相同的形状且大致相同的尺寸。
(粘接部分的结构)
图12是表示本发明的一实施方式的半导体传感器装置100中的陶瓷封装件110与喷嘴120的粘接部分的结构(未填充粘接树脂的状态)的一部分放大剖视图。
如图12所示，在将喷嘴120和陶瓷封装件110相互组合时，首先，将形成于喷嘴120的底面121b的插入部125、126插入在陶瓷封装件110的左右两侧面形成的凹陷部119l、119r内。
同时，将形成于喷嘴120的底面121b的阶差部128嵌入陶瓷封装件110的开口空间111内。
此时，喷嘴120的形成于底面121b的四个角的突起部127(参照图10及图11)与陶瓷封装件110的上表面110a抵接。由此，如图12所示，在喷嘴120的底面121b与陶瓷封装件110的上表面110a之间形成用于填充粘接树脂的间隙。
另外，如图12所示，插入部125、126的横向宽度方向(图中y轴方向)的厚度比凹陷部119l、119r的横向宽度方向(图中y轴方向)的进深深度小。由此，在相互对置的插入部125、126的内侧表面与凹陷部119l、119r的内表面之间形成用于填充粘接树脂的间隙。
图13是表示本发明的一实施方式的半导体传感器装置100中的表示陶瓷封装件110与喷嘴120的粘接部分的结构(填充有粘接树脂的状态)的一部分放大剖视图。
如图13所示，在形成于喷嘴120的底面121b与陶瓷封装件110的上表面110a之间的间隙(以下，表示为“第一间隙”)填充第一粘接树脂131。第一粘接树脂131主要是用于保持半导体传感器装置100的内部空间的气密性的比较软质的粘接树脂。例如，对第一粘接树脂131使用具有耐药性的氟类树脂等。在此，仅使底面121b和上表面110a紧贴是难以确保充分的密封厚的，因此通过在两者之间形成第一间隙，能够确保由第一粘接树脂131形成的足够的密封厚。特别地，通过使用比较软质的第一粘接树脂131，能够提高第一间隙的密封性。而且，如图13所示，第一间隙的开口空间111、123侧被阶差部128的外周面遮断。由此，第一粘接树脂131不会溢出至开口空间111、123内，能够在第一间隙内均匀地扩展。
另一方面，在形成于插入部125、126的内侧表面与凹陷部119l、119r的内表面之间的间隙(以下，表示为“第二间隙”)填充第二粘接树脂132。第二粘接树脂132主要是用于提高陶瓷封装件110与喷嘴120的粘接强度的比较硬质的(至少比第一粘接树脂131硬质的)粘接树脂。例如，对第二粘接树脂132使用硅系树脂、环氧系树脂等。在此，仅使插入部125、126和凹陷部119l、119r紧贴是难以确保充分的密封厚度的，因此通过在两者之间形成第二间隙，能够确保由第二粘接树脂132形成的足够的密封厚。特别地，通过使用比较硬质的第二粘接树脂132，从而能够用由该第二粘接树脂132形成的粘接部分挡住对喷嘴120施加的外力。即，能够降低第一粘接树脂131的负载，因此能够抑制第一粘接树脂131破损等问题的发生。而且，如图13所示，凹陷部119l、119r的下端通过底面119la、119ra而封闭。由此，第二粘接树脂132不会滴到陶瓷封装件110的下方，能够在第二间隙内均匀扩展。但是，底面119la、119ra不是必须的结构，凹陷部119l、119r也可以是贯通至陶瓷封装件110的下方的形状。
这样，本实施方式将陶瓷封装件110和喷嘴120在第一间隙使用比较软质的第一粘接树脂131相互粘接，在第二间隙使用比较硬质的第二粘接树脂132相互粘接。由此，能够既提高半导体传感器装置100的内部空间的气密度，又提高对外力的耐性。即，能够提高喷嘴120的粘接部分的密封性及耐性，因此能够进一步提高半导体传感器装置100的可靠性。
以上，对于本发明的优选的实施方式详细地进行了叙述，但是本发明不限定于这些实施方式，在技术方案记载的本发明的宗旨的范围内，能够进行各种变形或变更。