JPH079995B2 - Manufacturing method of semiconductor stem - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は例えば圧力センサとして使用される半導体用ス
テムの製造法に関するものである。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor stem used as, for example, a pressure sensor.
（従来の技術） 圧力センサ等に使用される半導体用ステムは第３図に示
されるような構造のものであり、ダイヤフラムを有する
シリコンチップ（１）と、これと熱膨脹係数が近いガラ
ス、シリコン等からなる基台（２）と、ステム台座
（３）と、ピン（４）と、キャップ（５）とから構成さ
れている。(Prior Art) A semiconductor stem used in a pressure sensor or the like has a structure as shown in FIG. 3, and includes a silicon chip (1) having a diaphragm, glass, silicon, etc. having a thermal expansion coefficient close to that of the silicon chip (1). The base (2) is composed of a stem base (3), a pin (4), and a cap (5).
従来、このような半導体用ステムを製造するには、まず
シリコンチップ（１）と基台（２）とをガラス接合、陽
極接合、ハンダ接合、金共晶接合等の方法により接合し
て素子（７）を製造する。またこれとは別にステム台座
（３）にピン（４）を封着用ガラス（６）によりハーメ
チック接合しておき、このステム台座（３）に対して上
記の素子（７）をハンダ接合、有機接合、金共晶接合等
により接合し、更にキャップ（５）を接合するという方
法が取られていた。Conventionally, in order to manufacture such a stem for a semiconductor, first, a silicon chip (1) and a base (2) are bonded by a method such as glass bonding, anodic bonding, solder bonding, gold eutectic bonding, etc. 7) is manufactured. Separately from this, the pin (4) is hermetically joined to the stem pedestal (3) by the sealing glass (6), and the element (7) is soldered or organically joined to the stem pedestal (3). , Gold eutectic bonding and the like, and then the cap (5) is bonded.
ところがこのような従来の方法は、素子（７）とステム
台座（３）との有機接合が可能な絶対圧タイプの圧力セ
ンサ用の場合には特に大きい問題はないが、有機接合で
は気密性、接着強度、絶縁性等の点で問題がある差圧タ
イプの場合には加熱接合型のハンダ接合や金共晶接合を
行う必要があるため、素子（７）をステム台座（３）に
接合する際に素子（７）の基台（２）が不可避的に加熱
されて歪み、出力が不安定となり易い欠点があった。However, such a conventional method does not have a particularly big problem in the case of an absolute pressure type pressure sensor in which the element (7) and the stem pedestal (3) can be organically joined. In the case of the differential pressure type, which has a problem in terms of adhesive strength, insulation, etc., it is necessary to perform heat-bonding type soldering or gold eutectic bonding, so the element (7) is bonded to the stem pedestal (3). At this time, the base (2) of the element (7) is inevitably heated and distorted, and the output tends to be unstable.
またこのような従来の方法は、シリコンチップ（１）と
基台（２）との接合、ステム台座（３）とピン（４）と
の接合、素子（７）とステム台座（３）との接合、ステ
ム台座（３）とキャップ（５）との接合という４段階の
接合工程を必要とし、しかも素子（７）とステム台座
（３）という異質の材料どうしの接合には、まず素子
（７）にスパッタリングによりクロム、ニッケル、金の
皮膜を順次形成したうえでハンダ付けを行っており、接
合工程の工数が多いために製造コストが高くなることが
避けられないという欠点があった。In addition, such a conventional method involves joining the silicon chip (1) and the base (2), joining the stem pedestal (3) and the pin (4), and joining the element (7) and the stem pedestal (3). A four-step joining process of joining and joining the stem pedestal (3) and the cap (5) is required, and for joining the different materials of the element (7) and the stem pedestal (3), the element (7 ), The chromium, nickel, and gold coatings are sequentially formed by sputtering and then soldering is performed, and there is a drawback that the manufacturing cost is inevitably increased due to the large number of steps in the bonding step.
（発明が解決しようとする課題） 本発明はこのような従来の問題点を解決して、接合工程
の工数を減少でき、しかもセンサとして使用される素子
の出力の安定化をはかることができる半導体用ステムの
製造法を提供するために完成されたものである。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention solves the above-mentioned conventional problems, can reduce the number of steps in the bonding process, and can stabilize the output of an element used as a sensor. It has been completed to provide a manufacturing method of a stem for use.
（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するために完成された本発明は、ステ
ム台座にピンをハーメチック接合する際に、ステム台座
の上面に結晶化ガラス、セラミック、又はシリコンから
なる基台を同時にガラス接合し、その後にこの基台上に
シリコンチップを接合することを特徴とするものであ
る。(Means for Solving the Problems) The present invention completed to solve the above problems is made of crystallized glass, ceramic, or silicon on the upper surface of the stem pedestal when the pins are hermetically joined to the stem pedestal. It is characterized in that the base is simultaneously glass-bonded and then the silicon chip is bonded on the base.
以下に本発明を図面を参照しつつ更に詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
本発明においては、第１図に示すようにコバール等の合
金からなるステム台座（３）に同材質のピン（４）を封
着用ガラス（６）によりハーメチック接合する際に、結
晶化ガラス、セラミック（ジルコニア、コージライ
ト）、又はシリコンからなる基台（２）を同じ封着用ガ
ラス（６）により同時にステム台座（３）の上面にガラ
ス接合する。In the present invention, as shown in FIG. 1, when a pin (4) of the same material is hermetically joined to a stem pedestal (3) made of an alloy such as Kovar by a sealing glass (6), a crystallized glass or a ceramic is used. A base (2) made of (zirconia, cordierite) or silicon is simultaneously glass-bonded to the upper surface of the stem pedestal (3) by the same sealing glass (6).
基台（２）の材料として結晶化ガラス、セラミック、又
はシリコンを選択したのは、これらの熱膨脹係数が25〜
35×10-7／℃でありシリコンチップ（１）の熱膨脹係数
とよく一致することと、例えば硼珪酸ガラス系の封着用
ガラス（６）によるガラス接合の温度に対して十分な耐
熱性を持つためである。βスポジウメン系の結晶化ガラ
スは29.5×10-7／℃の熱膨脹係数を持つ。またセラミッ
クとしては熱膨脹係数の点で特にジルコニアやコージラ
イトが好適である。なお硼珪酸ガラス系の封着用ガラス
（６）によるガラス接合は例えば980℃×15分の条件で
行われる。Crystallized glass, ceramics, or silicon was selected as the material of the base (2) because the thermal expansion coefficient of these is 25 to
35 × 10 -7 / ° C, which is in good agreement with the coefficient of thermal expansion of the silicon chip (1), and has sufficient heat resistance against the temperature of glass bonding with sealing glass (6) made of borosilicate glass, for example. This is because. β-Spodium-based crystallized glass has a thermal expansion coefficient of 29.5 × 10 -7 / ° C. Further, as the ceramic, zirconia and cordierite are particularly preferable in terms of the coefficient of thermal expansion. The glass bonding with the borosilicate glass-based sealing glass (6) is performed, for example, at 980 ° C. for 15 minutes.
このようにステム台座（３）に対するピン（４）及び基
台（２）の接合は同一の封着用ガラス（６）により同時
に行われるため、各接合部の気密性や接合強度は十分に
優れたものとなる。なお、シリコン製の基台（２）を用
いる場合にはその表面に500Å程度の酸化膜を形成して
おいた方が接合性が良好となる。As described above, since the pin (4) and the base (2) are joined to the stem pedestal (3) at the same time by the same sealing glass (6), the airtightness and the joining strength of each joining portion are sufficiently excellent. Will be things. When the silicon base (2) is used, it is better to form an oxide film of about 500 Å on the surface of the base (2) for better bonding.
その後、第２図に示されるように、ステム台座（３）に
ガラス接合された基台（２）上にシリコンチップ（１）
を接合する。シリコンチップ（１）の接合は従来と同様
に例えばガラス接合、陽極接合、金共晶接合等の方法に
よって行われる。本発明においては基台（２）が耐熱性
のある結晶化ガラス又はシリコンにより形成されている
ので、シリコンチップ（１）の接合の際に基台（２）に
歪が生ずることはない。Then, as shown in FIG. 2, the silicon chip (1) is placed on the base (2) which is glass-bonded to the stem pedestal (3).
To join. Bonding of the silicon chip (1) is performed by a method such as glass bonding, anodic bonding, gold eutectic bonding or the like as in the conventional method. In the present invention, since the base (2) is made of heat-resistant crystallized glass or silicon, the base (2) is not distorted when the silicon chip (1) is bonded.
そしてシリコンチップ（１）とピン（４）との間を金、
アルミニウム等のリード線（９）でワイヤボンドした後
に、従来と同様にステム台座（３）に対してキャップ
（５）の接合が行われ、第３図に示されるような半導体
用ステムが完成することとなる。And gold between the silicon chip (1) and the pin (4),
After wire bonding with a lead wire (9) of aluminum or the like, the cap (5) is joined to the stem pedestal (3) as in the conventional case, and the semiconductor stem as shown in FIG. 3 is completed. It will be.
このように本発明においては、ステム台座（３）にピン
（４）をハーメチック接合すると同時に結晶化ガラス、
セラミック、又はシリコンからなる基台（２）を同時に
ガラス接合し、その後にこの基台（２）上にシリコンチ
ップ（１）を接合して素子（７）とする方法を採用した
ので、従来のように完成された素子をステム台座（３）
へ接合する方法とは異なり、接合のために素子（７）を
加熱する必要がない。このため、素子（７）の出力を安
定させることができる。Thus, in the present invention, the pin (4) is hermetically joined to the stem pedestal (3) and at the same time the crystallized glass,
Since the base (2) made of ceramic or silicon is simultaneously glass-bonded, and then the silicon chip (1) is bonded to the base (2) to form the element (7), the conventional method is adopted. The stem pedestal (3)
Unlike the bonding method, the element (7) does not need to be heated for bonding. Therefore, the output of the element (7) can be stabilized.
また本発明においては、ステム台座（３）と基台（２）
との間の接合強度を十分に大きくすることができる。例
えば、３×３×2.5tのシリコン製の基台（２）と、同寸
のβスポジウメン系の結晶化ガラス製の基台（２）とを
鏡面研摩し、硼珪酸ガラス系の封着用ガラス（６）によ
りコバール製のステム台座（３）に窒素雰囲気中でガラ
ス接合（980℃×15分）したところ、その接合強度は10
個の平均でシリコン製の基台の場合2.30kg/mm2、結晶化
ガラス製の基台の場合3.12kg/mm2であった。これに対し
て素子（７）のガラス製の基台にスパッタリングにより
クロム、ニッケル、金の皮膜を順次形成したうえでハン
ダ付けを行っていた従来のものの接合強度は1.47kg/mm2
であり、本発明の優位性が明らかであることが確認され
た。Further, in the present invention, the stem pedestal (3) and the base (2)
It is possible to sufficiently increase the bonding strength between the and. For example, a 3 × 3 × 2.5 t silicon base (2) and a β-spodiumene-based crystallized glass base (2) of the same size are mirror-polished to form a borosilicate glass-based sealing glass. When glass bonding (980 ° C x 15 minutes) was performed on the stem base (3) made of Kovar in (6) in a nitrogen atmosphere, the bonding strength was 10
Number average case made of silicon of the base at the 2.30 kg / mm 2, when the base made of the crystallized glass was 3.12 kg / mm 2. On the other hand, the bonding strength of the conventional one, in which chromium, nickel, and gold films were sequentially formed by sputtering on the glass base of element (7) and then soldered, was 1.47 kg / mm 2
It was confirmed that the superiority of the present invention is clear.
（発明の効果） 本発明は以上の説明から明らかなように、接合工程の工
数減少、素子の出力の安定化、接合強度の向上等を図る
ことができるものであるから、従来の問題点を解決した
半導体用ステムの製造法として、産業の発展に寄与する
ところは極めて大きいものがある。(Effects of the Invention) As is apparent from the above description, the present invention can reduce the number of steps in the bonding process, stabilize the output of the element, improve the bonding strength, etc. As a solved method for manufacturing a semiconductor stem, there is an extremely large contribution to industrial development.
なお、本発明は圧力センサ用の半導体用ステムのみなら
ず、その他の半導体用ステムの製造にも適用できること
はいうまでもないことである。It goes without saying that the present invention can be applied not only to the semiconductor stems for pressure sensors, but also to the manufacture of other semiconductor stems.
第１図、第２図、第３図はいずれも本発明の方法による
半導体用ステムの製造工程を説明する断面図である。 （１）：シリコンチップ、（２）：基台、（３）：ステ
ム台座、（４）：ピン、（５）：キャップ。1, 2, and 3 are sectional views for explaining the steps of manufacturing a semiconductor stem by the method of the present invention. (1): Silicon chip, (2): Base, (3): Stem pedestal, (4): Pin, (5): Cap.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 布施 英貞 岐阜県大垣市横曽根町５丁目145番地 株 式会社平井精密大垣工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hidesada Fuse 5-145 Yokosone Town, Ogaki City, Gifu Prefecture Hirai Seimitsu Ogaki Plant
Claims (1)
ック接合する際に、ステム台座（３）の上面に結晶化ガ
ラス、セラミック、又はシリコンからなる基台（２）を
同時にガラス接合し、その後にこの基台（２）上にシリ
コンチップ（１）を接合することを特徴とする半導体用
ステムの製造法。1. When hermetically bonding a pin (4) to a stem pedestal (3), a base (2) made of crystallized glass, ceramics or silicon is simultaneously glass-bonded to the upper surface of the stem pedestal (3). Then, a method for manufacturing a stem for semiconductor, characterized by bonding a silicon chip (1) on the base (2) after that.
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| JPH03106077A JPH03106077A (en) | 1991-05-02 |
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