CN105679716B - 压力检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供一种在与水等的液体接触的环境下使用、具有液体不易浸透至压力传感器元件的安装部的构造的压力检测装置。在下部支承体(10)形成有凹部(11)，在凹部(11)的内部固定有压力传感器元件(31)和IC元件(32)，并通过连接线(32a、32b、32c、32d、32e)进行配线。在下部支承体(10)上固定有上部支承体(20)，在上部支承体20开有检测孔(21)。检测孔(21)的开口尺寸比凹部(11)的开口尺寸小，在下部支承体(10)和上部支承体(20)的接合部形成有阶梯部(22)。在凹部(11)和检测孔(21)的内部填充压力传递树脂(40)，在阶梯部(22)填充树脂，因此，防水性优越。

Description

压力检测装置
技术领域
本发明涉及压力传感器元件通过压力传递树脂覆盖的防水性的压力检测装置。
背景技术
专利文献1中记载了具有防水功能的压力传感器封装。
该压力传感器封装在形成于壳体的凹部的底部固定有压力传感器芯片。壳体以在内部包含引线框架的方式嵌件成型，引线框架的一部分露出于壳体的凹部内，压力传感器芯片与引线框架的一部分通过导电性线连接。在壳体的凹部填充有作为凝胶状浇注树脂的封固树脂，凹部内的压力传感器芯片通过封固树脂覆盖。
该压力传感器封装中，若液体与封固树脂接触，则液体的压力介由封固树脂传递至压力传感器芯片，对压力进行检测。
在专利文献1中所述的压力传感器封装中，凹部的内壁面与封固树脂的接合面以随着朝向底部而对置间隔逐渐变窄的方式倾斜。因此，若在凹部的开口部，有时在上述接合面的一部分产生缺陷且液体浸入，则此液体在凹部的内壁面传播，容易浸透到底部，有可能与电接合部接触。
在专利文献2中所述的传感器用封装中，在形成于下侧封装部件的上表面的中央部的凹部内固定有压力传感器元件，露出于下侧封装部件的上表面的引线与压力传感器元件通过接合线连接。在下侧封装部件上重叠地固定有上侧封装部件。在上侧封装部件形成有上下贯通的开口部，开口部的内径被形成为随着朝向下侧逐渐变大。
专利文献2中所述的传感器用封装中，形成于上侧封装部件的开口部的开口尺寸随着朝向下侧而逐渐变大，开口部的内壁面形成倾斜的锥面。因此，若在开口部，有时在封固树脂与内壁面的接合面的一部分产生缺陷，且液体浸入接合面，则液体随着上述接合面的倾斜，容易向下侧封装部件的方向浸透。上述接合面的倾斜方向与专利文献1的朝向相反，因此，在该传感器用封装中，与专利文献1中所述的内容相比，此液体不易向下方浸透。但是，由于上述接合面为锥面，所以很难完全阻止液体浸透至下侧封装部件。
此外，专利文献2中所述的装置中，在下侧封装部件形成有设置有压力传感器元件的凹部，但该凹部的开口面积比形成于上侧封装部件的开口部的开口面积窄。因此，在上述凹部与开口部之间不能够形成有效防止液体浸入的阶梯部。此外，接合线位于在下侧封装部件的上方露出的位置，并朝向设置有压力传感器芯片的凹部的外侧进行配线。因此，在液体浸透至封固树脂与内壁面的接合面时，该液体容易接触接合线、容易接触接合线与引线的连接部。
此外，接合线在下侧封装部件的上方露出，因此，在装配上侧封装部件前的状态下，接合线容易与工具或其他物品接触，线配线的可靠性降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO 2009/119349 A1
专利文献2：日本特开平7－38122号公报
发明内容
本发明是用于解决上述以往的课题的，其目的在于提供一种具有能够提高压力传递树脂与支承体的接合面的防水功能的构造的压力检测装置。
本发明的压力检测装置中，压力传感器元件被压力传递树脂覆盖，其特征在于：设有下部支承体和固定于该下部支承体之上的上部支承体，在形成于上述下部支承体的凹部收纳有上述压力传感器元件，上述压力传感器元件与设于上述凹部内的连接焊盘通过线连接，在上述上部支承体贯通地形成有检测孔，上述检测孔的开口面积比上述凹部的开口面积小，在上述下部支承体与上述上部支承体的接合边界部形成有从上述检测孔开始直至上述凹部为止的阶梯部，上述压力传递树脂填充于上述凹部和上述阶梯部，并且连续地填充于上述检测孔的至少一部分中。
本发明的压力检测装置优选在上述阶梯部，上述上部支承体的下表面相对于上述检测孔的中心线垂直。
本发明的压力检测装置中，在形成于下部支承体的凹部与形成于上部支承体的检测孔之间形成有阶梯，因此，即使有时在检测孔的内面与压力传递树脂的接合面产生缺陷等且液体浸入，该液体可靠地通过阶梯部被阻止，能够提高收纳有压力传感器元件的下侧支承体的凹部内的防水性。
本发明的压力检测装置优选在上述凹部内收纳有IC元件，上述压力传感器元件与上述IC元件通过线连接，上述IC元件也被上述压力传递树脂覆盖。
而且，本发明的压力检测装置优选连接上述压力传感器与上述连接焊盘的上述线以及/或者连接上述压力传感器与上述IC元件的上述线位于上述凹部内，且被上述压力传递树脂覆盖。
本发明中，下部支承体的凹部内的防水性高，因此，通过将线的配线部配置于下侧支承体的凹部内，不易产生液体浸透于线与连接焊盘的连接部的情况。
本发明的压力检测装置中，例如，上述凹部的开口形状为矩形形状，上述检测孔的剖面形状为圆形。
在该情况下，优选在上述检测孔的全周形成有上述阶梯部。但是，在本发明中，即使在检测孔的周围的一部分存在未形成阶梯部的位置，只要至少在周围的2/3以上的范围形成有阶梯部，则通过该阶梯部便能够发挥防水功能。
本发明的压力检测装置优选在上述凹部设有在第一方向对置的一对内壁面，在与上述第一方向正交的第二方向形成有形成得比上述凹部的底部浅的架部，在上述架部配置有上述连接焊盘。
上述构造中，在液体状的压力传递树脂从上侧支承体的检测孔注入，并到达比检测孔大的凹部内时，树脂抵至在第一方向对置的内壁面，沿着第一内壁面向第二方向流动，浸透至形成有架部的区域，易于使树脂浸透至容积大的凹部内。另外，在树脂被填充至凹部和检测孔后，进行真空脱泡处理，使树脂固化并形成软质的压力传递树脂。
本发明优选上述下部支承体由陶瓷形成。
发明效果
本发明的压力检测装置中，上侧支承体的检测孔的开口尺寸比收纳有压力传感器元件的下侧支承体的凹部小，在凹部与检测孔的边界部形成有阶梯部。因此，即使有时液体浸入检测孔的内壁面与压力传递树脂的边界面，该液体也难于浸透至凹部内，能够提高收纳有压力传感器元件和连接线的凹部的防水性。
附图说明
图1为本发明的实施方式的压力检测装置的立体图。
图2为表示举起图1所示的压力检测装置的上部支承体的状态的分解立体图。
图3为以III－III线剖切图1的压力检测装置的剖面图。
图4为以IV－IV线剖切图1的压力检测装置的剖面图。
图中：
1 压力检测装置
10 下部支承体
10a 上表面
10b 下表面
11 凹部
12 底面
13a、13b、14a、14b 内壁面
15、16a、16b 架部
17a、17b、17c 连接焊盘
20 上部支承体
20b 下表面
21 检测孔
21a 内周面
22 阶梯部
31 压力传感器元件
32a、32b、32c、32d、32e 连接线
32 IC元件
40 压力传递树脂
具体实施方式
本发明的实施方式的压力检测装置1被用作潜水用手表、潜水用计算机、其他用途的水压计。
压力检测装置1中，下部支承体10与上部支承体20重叠地固定。下部支承体10通过包含SiO2或Al2O3的陶瓷材料形成。上部支承体20通过与下部支承体10相同的陶瓷材料形成，或通过Si基板等形成。
在下部支承体10形成有在其上表面10a开口的凹部11。下部支承体10的平面形状是矩形形状(长方形)，凹部11的开口形状也是矩形形状(长方形)。
如图2以及图3和图4所示，凹部11的底面12与下部支承体10的上表面10a平行。在凹部11形成有在第一方向(X方向)对置且向第二方向(Y方向)延伸的内壁面13a、13b。内壁面13a、13b为从底面12垂直立起的平坦面。
在凹部11的内部，在作为第二方向的Y1侧形成有内壁面14a，同样在作为第二方向的Y2侧形成有内壁面14b。在Y1侧的内壁面14a的内侧形成有架部15。架部15位于比底面12接近上表面10a的位置，并沿着内壁面14a遍及X方向的全长地形成，架部15与内壁面14a垂直。在Y2侧的内壁面14b的内侧也形成架部16a、16b。架部16a和架部16b在X方向隔开间隔地形成。内壁面14b与各架部16a、16b垂直。
在Y1侧的架部15的上表面设有3个连接焊盘(pad)17a。在Y2侧的架部16a的上表面设有2个连接焊盘17b，在架部16b的上表面设有2个连接焊盘17c。在陶瓷制的下部支承体的内部，通过电镀工序埋入金或铜等低电阻金属材料，其一部分出现于上述架部15、16a、16b的上表面，形成上述连接焊盘17a、17b、17c。此外，低电阻金属材料的一部分出现于下部支承体10的下表面10b，成为多个外部端子部，外部端子部与连接焊盘17a、17b、17c以一对一的关系导通。
下部支承体10的构造为：其主体部分通过陶瓷材料形成，形成连接焊盘17a、17b、17c和外部端子部的低电阻金属材料埋入陶瓷材料。因此，下部支承体10的主体部分与低电阻金属材料的紧密性良好，几乎不会有液体从陶瓷材料与低电阻金属材料的接合部浸入凹部11的内部的情况。关于这一点，连接焊盘和外部端子部通过引线框架形成，与以包含引线框架的方式通过合成树脂材料嵌件成型的支承体相比防水性优越。
如图2和图3所示，在下部支承体10的凹部11的内部，架部16a和架部16b在X方向隔开间隔地形成于Y2侧的内壁面14b的内侧，在架部16a与架部16b之间配置有压力传感器元件31。压力传感器元件31通过芯片焊接固定于凹部11的底面12。此外，在Y1侧的架部15与Y2侧的架部16a、16b之间配置有IC元件32，IC元件32通过芯片焊接固定于凹部11的底面12。
压力传感器元件31通过MEMS元件构成，具有检测压力的变形部和检测该变形部的变形量(挠曲量)的压电元件。IC元件32是形成构成ASIC的集成电路的裸芯片或者收纳了裸芯片的IC封装。
如图2所示，通过引线接合工序，IC元件32与连接焊盘17a通过连接线32a连接，IC元件32与压力传感器元件31通过连接线32b连接。此外，IC元件32与连接焊盘17b通过连接线32c连接，IC元件32与连接焊盘17c通过连接线32d连接，压力传感器元件31与连接焊盘17b、17c通过连接线32e连接。
上部支承体20的平面形状为矩形形状(长方形)。在上部支承体20的中央部形成有上下贯通的检测孔21。检测孔21的开口形状为正圆形，内径在其厚度方向是均匀的。检测孔21的内径尺寸比上述凹部11的X方向的开口尺寸和Y方向的开口尺寸的任一尺寸短。
在下部支承体10的内部固定有压力传感器元件31和IC元件32，并在通过引线接合进行配线后，在下部支承体10上设置上部支承体20并通过粘接装置等进行固定。形成于上部支承体20的检测孔21的内径比形成于下部支承体10的凹部11的开口部的X方向和Y方向的开口尺寸小，因此，如图3和图4所示，在下部支承体10与上部支承体20的接合部形成阶梯部22。上部支承体20的下表面20b以从上方覆盖凹部11的一部分的方式出现于阶梯部22。
检测孔21的内周面21a为朝向与X－Y方向正交的上下方向的垂直面，因此，面从内周面21a向下表面20b变为垂直，在阶梯部22，检测孔21的空间朝凹部11的内部扩展。即，与检测孔21的中心线垂直的下表面20b与凹部11的上方对置。但是，也可以在内周面21a和下表面20b的角部形成倒角等。
上述阶梯部22优选在检测孔21的周围的全周连续形成，也可以不形成该阶梯部22的一部分。该情况下，优选在检测孔21的周围的2/3以上的范围形成阶梯部22。
如图3和图4所示，下部支承体10和上部支承体20被组合固定之后，在凹部11的内部和检测孔21的至少一部分填充压力传递树脂40。
压力传递树脂40为液状的硅树脂等，从检测孔21注入到凹部11后，进行真空脱泡处理，去除液体内的气泡，之后使其固化。固化处理为2液混合处理和热固化处理等。如图3和图4所示，压力传递树脂40从凹部11的内部的整个区域连续填充至检测孔21的至少一部分，在阶梯部22也是以与凹部11的内壁面13a、13b、14a、14b以及上部支承体20的下表面20b紧密接触的方式填充压力传递树脂40。
上述构造的压力检测装置1装备于水压计或液压计等，设于下部支承体10的下表面10b的外部端子部焊接于基板的触点部(日文原文：ランド部)。
压力检测装置1在检测孔21与水等的液体接触的环境下被使用，水等的液体与检测孔21内的压力传递树脂40接触，其压力介由软质的合成树脂即压力传递树脂40作用于压力传感器元件31，对压力进行检测。
压力传感器元件31和IC元件32以及连接线32a、32b、32c、32d、32e全部收于下部支承体10的凹部11的内部，这些部件不从下部支承体10的上表面10a向上方突出。因此，在引线接合工序之后的工序中，对下部支承体10进行操作时，连接线32a、32b、32c、32d、32e不易与工具或夹具接触，不易产生工作中的断线等。
形成于上部支承体20的检测孔21的开口尺寸(开口面积)比形成于下部支承体10的凹部11的开口尺寸(开口面积)小，因此，压力传递树脂40以被封入下部支承体10的凹部11的内部的方式被充填。因此，即使有时在检测孔21的内周面21a与压力传递树脂40的接合面的一部分产生由缺陷或损伤形成的间隙，且液体浸入该接合面，该液体也不易向相对于阶梯部22的下侧浸透，能够有效地阻止液体浸入凹部11的内部。特别是，在阶梯部22，从检测孔21的内周面21a朝向上部支承体20的下表面20b垂直(直角)地形成阶梯，因此，即使液体浸透于上述接合面，也几乎不会进入凹部11的内部。
如图3和图4所示，形成于上部支承体20的检测孔21的上下的厚度尺寸形成得比形成于下部支承体10的凹部11的最大深度尺寸大，检测孔21的内容积充分变大。由此，在将液态硅等填充至凹部11时，能够以足够其液体表面位于检测孔31的内部的程度的量进行填充，并能够以在凹部11的内部的整个区域大面积扩散且可靠地进入阶梯部22的方式来填充液态的硅树脂。此外，在填充液体时或进行真空脱泡处理时，易于防止液体从检测孔21向外部溢出。由于能够防止硅等液体漏到外部，所以，能够避免压力检测装置1粘接于本来不应该安装的位置等的工序上的问题。
此外，在上述实施方式中，对压力传感器元件31和IC元件32进行配线的连接线32a、32b、32c、32d、32e全部存在于凹部11的内部，因此，液体不会接触这些配线部，即使长时间使用，也不易产生连接不良。
如图3所示，连接线32a等延伸至与凹部11的内壁面14a接近的位置，形成阶梯部22的下表面20b与连接线32a和连接焊盘17a的连接部的上方对置，因此，不易产生液体到达该连接部的情况。因此，能够使通过连接线32a形成的配线区域与凹部11的内壁面14a接近，易于将整个装置小型化。
工业上的可利用性
本发明的压力检测装置被用作潜水用手表、潜水用计算机、其他用途的水压计、以及内燃机的吸气压计等。

Claims (9)

1.一种压力检测装置，压力传感器元件被压力传递树脂覆盖，其特征在于，
设有下部支承体和固定于该下部支承体之上的上部支承体，
在形成于上述下部支承体的凹部收纳有上述压力传感器元件，上述压力传感器元件与设于上述凹部内的连接焊盘通过线连接，
在上述上部支承体贯通地形成有检测孔，上述检测孔的开口面积比上述凹部的开口面积小，在上述下部支承体与上述上部支承体的接合边界部形成有从上述检测孔开始直至上述凹部为止的阶梯部，
上述压力传递树脂填充于上述凹部和上述阶梯部，并且连续地填充于上述检测孔的至少一部分中，
上述压力传递树脂以将由上述凹部和朝向上述凹部的上述上部支承体的面所划定的空间充满、进而覆盖上述检测孔的内周面的至少一部分的方式连续地填充。
2.根据权利要求1所述的压力检测装置，其中，
在上述阶梯部，上述上部支承体的下表面形成为相对于上述检测孔的中心线垂直。
3.根据权利要求1或2所述的压力检测装置，其中，
连接上述压力传感器与上述连接焊盘的上述线位于上述凹部内，且被上述压力传递树脂覆盖。
4.根据权利要求1所述的压力检测装置，其中，
在上述凹部内收纳有IC元件，上述压力传感器元件与上述IC元件通过线连接，上述IC元件也被上述压力传递树脂覆盖。
5.根据权利要求4所述的压力检测装置，其中，
连接上述压力传感器与上述IC元件的上述线位于上述凹部内，且被上述压力传递树脂覆盖。
6.根据权利要求1所述的压力检测装置，其中，
上述凹部的开口形状为矩形形状，上述检测孔的剖面形状为圆形。
7.根据权利要求6所述的压力检测装置，其中，
在上述检测孔的全周形成有上述阶梯部。
8.根据权利要求1所述的压力检测装置，其中，
在上述凹部设有在第一方向上对置的一对内壁面，在与上述第一方向正交的第二方向上形成有架部，该架部形成得比上述凹部的底部浅，在上述架部配置有上述连接焊盘。
9.根据权利要求1所述的压力检测装置，其中，
上述下部支承体由陶瓷形成。
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