JP2001201415A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサ素子を固定する接着剤によって外部応
力を充分に吸収でき、ノイズを防止することで高い検出
精度を有する半導体圧力センサを提供する。 【解決手段】 本発明の半導体圧力センサは、センサ素
子６と、センサ素子６を収容する内部空間を有し、その
底面にセンサ外部と連通する圧力導入孔１０が設けられ
たパッケージとを備えている。そして、圧力導入孔１０
の縁部に第１の凸部１１が設けられたことにより接着剤
溜め１２が形成されており、第１の凸部１１上にセンサ
素子６が配置され、接着剤溜め１２に接着剤１３が充填
された状態でセンサ素子６がパッケージ内に固定されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体圧力センサ
に関し、特に、半導体材料で形成したダイヤフラム等の
構造体の歪みを検出することによって圧力を検出するタ
イプの半導体圧力センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン等の半導体材料からなるダイヤ
フラム等の構造体を備え、圧力を受けた際に生じる構造
体の歪みから圧力の大きさを検出する半導体センサが従
来から知られている。この種の半導体センサは、シリコ
ン構造体の歪みに伴う電気抵抗の変化を電気信号として
取り出すものであり、半導体圧力センサとして自動車や
家電製品等に応用されている。

【０００３】図２１は、従来の半導体圧力センサの一例
の要部を示す図である。一般に、この種の半導体圧力セ
ンサは、センサ素子が例えばＰＰＳ（Poly-Phenylene S
ulfide）等の樹脂からなるパッケージ内に収容されて使
用されることが多い。センサ素子１０１はダイヤフラム
１０２、抵抗体（図示せず）を有するＳｉ（シリコン）
センサチップ１０３がガラス台座１０４に接合された構
成となっており、シリコーンゴム、エポキシ樹脂等から
なる接着剤１０５によってパッケージ１０６の底面１０
６ａに固定されている。また、パッケージ１０６には電
気信号を取り出すための複数のリード１０７が設けら
れ、Ｓｉセンサチップ１０３上のパッド（図示せず）と
リード１０７とが金ワイヤー１０８によって接続されて
いる。

【０００４】この半導体圧力センサにおいては、パッケ
ージ１０６の底面にセンサ外部と連通する圧力導入孔１
０９が設けられており、センサが設置された環境の圧力
はこの圧力導入孔１０９を通じてセンサ内部に導入さ
れ、Ｓｉセンサチップ１０３に加わる。そして、その圧
力に応じてダイヤフラム１０２が歪み、歪みによって生
じるＳｉセンサチップ１０３上の抵抗体の抵抗変化をリ
ード１０７を通じて電気信号として取り出す構成となっ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の従来の半導体圧力センサには、以下のような問題点
があった。この半導体圧力センサを他の回路基板等に実
装して使用する際に、例えば何らかの外力により回路基
板が歪んだ場合などにパッケージ自体に過大な曲げ応力
が発生することがある。また、リードを通じてパッケー
ジに曲げ応力が発生する場合もある。その場合、この応
力がＳｉセンサチップに加わると、圧力変動以外の要因
によりダイヤフラムが歪むことになるので、この歪みが
ノイズとなってセンサの出力信号が変動してしまい、検
出精度が低下するという問題が生じていた。

【０００６】この対策として、パッケージとセンサ素子
との間に介在している接着剤の厚みを厚くし、接着剤に
よって応力を吸収することも検討された。ところが、一
般に使用されている接着剤では、粘度等の物性の関係か
らむやみに厚くしても圧力導入孔に流れ出してしまった
り、センサ素子が自重で接着剤に沈み込んだりするた
め、ある程度の厚み以上にすることはできなかった。さ
らに、応力吸収に最適な接着剤の厚みを見いだしたとし
ても、そのような厚みに制御することが困難であった。

【０００７】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、センサ素子を固定する接着剤によ
りパッケージから伝わる外部応力を充分に吸収でき、ノ
イズの発生を防止することで高い検出精度を有する半導
体圧力センサを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体圧力センサは、センサ素子と、セ
ンサ素子を収容する内部空間を有し、その底面にセンサ
外部と連通する圧力導入孔が設けられたパッケージとを
備え、圧力導入孔の縁部に内部空間に向けて突出する第
１の凸部が設けられたことにより接着剤溜めが形成さ
れ、第１の凸部上にセンサ素子が配置されて接着剤溜め
に接着剤が充填された状態でセンサ素子がパッケージ内
に固定されたことを特徴とする。

【０００９】本発明の半導体圧力センサにおいては、パ
ッケージの底面に第１の凸部を設け、その上にセンサ素
子を配置する構成としたことにより、第１の凸部に対し
て凹んだ部分が接着剤溜めとなり、この中に接着剤を充
填することができる。よって、パッケージを製作する際
に第１の凸部の高さ（換言すると、凹部（接着剤溜め）
の深さ）を所望の寸法に設定することによって、接着剤
の厚みを任意に設定することができる。これにより、パ
ッケージに加わる外部応力を充分に吸収することがで
き、圧力変動以外の要因によるダイヤフラムの歪みが抑
制されるので、従来に比べて検出精度を向上させること
ができる。さらに、第１の凸部は圧力導入孔の縁部に内
部空間に向けて突出するように形成されており、第１の
凸部が圧力導入孔の延長のような形状となっている。よ
って、第１の凸部が圧力変動に対して抵抗となるような
こともなく、センサ外部の圧力がセンサ内部に円滑に導
入される。

【００１０】さらに、第１の凸部に加えて、センサ素子
を裏面側から支持する第２の凸部をパッケージ内部の底
面上に設けてもよい。この構成によれば、センサ素子を
第１の凸部の上に載置するだけでは不安定な場合であっ
ても、第１の凸部と第２の凸部が協働してセンサ素子を
安定して支持することができる。

【００１１】本発明の他の半導体圧力センサは、センサ
素子と、センサ素子を収容する内部空間を有するパッケ
ージとを備え、内部空間の底面に内部空間に向けて突出
するとともにその形状もしくは形成位置がセンサ素子の
中心に対して点対称とされた第１の凸部が設けられたこ
とにより接着剤溜めが形成され、第１の凸部上にセンサ
素子が支持されて接着剤溜めに接着剤が充填された状態
でセンサ素子がパッケージ内に固定されたことを特徴と
するものである。

【００１２】本発明の他の半導体圧力センサは、センサ
素子の裏面側から圧力導入孔を通じて圧力を導入するも
のではなく、センサ素子の表面側から加圧されるタイプ
のものである。この種の半導体圧力センサにおいても、
上記本発明の半導体圧力センサと同様、パッケージ内に
第１の凸部を設けたことにより接着剤の厚みを任意に設
定でき、接着剤により外部応力を充分に吸収することが
できるので、検出精度の向上を図ることができる。さら
に、第１の凸部の形状もしくは形成位置がセンサ素子の
中心に対して点対称とされているので、第１の凸部の上
にセンサ素子を載置した際にセンサ素子を安定して支持
することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発
明の第１の実施の形態を図１〜図３を参照して説明す
る。図１は本実施の形態の半導体圧力センサの全体形状
を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図で
ある。本実施の形態の半導体圧力センサは、圧力導入パ
イプを有するセンサの例である。

【００１４】図１および図２は半導体圧力センサ１の全
体形状を示しているが、蓋（図示略）を取った状態のパ
ッケージ２の部分のみを示している。ＰＰＳ等の樹脂か
らなるパッケージ本体３の下方に突出する圧力導入パイ
プ４がパッケージ本体３と一体に形成されている。パッ
ケージ本体３には段状に掘り込まれた内部空間５が形成
されており、この内部空間５の最下部のセンサ素子実装
部５ａに後述するセンサ素子６が収容される。本実施形
態の半導体圧力センサ１の場合、外部回路との間で信号
のやり取りを行うためのリード７を６本有しており、６
本のリード７はパッケージ本体３下部の第１の段部５ｂ
上に片側３本ずつ取り付けられている。なお、パッケー
ジ本体３上部の第２の段部５ｃは、蓋を落とし込むため
の段部である。

【００１５】図３（ａ）はセンサ素子６が収容されたパ
ッケージ本体３の最下部を拡大した断面図、図３（ｂ）
は平面図である。センサ素子６はダイヤフラム７、抵抗
体（図示せず）を有するＳｉセンサチップ８がガラス台
座９に接合されてなるものである。これらの図に示すよ
うに、パッケージ本体３の底面３ａの中央には圧力導入
パイプ４の中心を長手方向に貫通する圧力導入孔１０が
設けられ、圧力導入孔１０を通じてセンサの内部と外部
とが連通している。圧力導入孔１０の縁に沿って上方
（センサの内部空間）に向けて突出する環状の第１の凸
部１１が設けられており、第１の凸部１１の周囲の、第
１の凸部１１の上面に対して凹んだ部分が接着剤溜め１
２となっている。そして、接着剤溜め１２の内部に接着
剤１３が充填された状態でガラス台座９とパッケージ本
体３の底面３ａとが接着されたことにより、センサ素子
６がパッケージ２に固定されている。

【００１６】本実施の形態の場合、例えば、接着剤１３
に熱硬化性のシリコーン系接着剤を用いるものとして、
第１の凸部１１の高さｈ（接着剤溜め１２の深さ）は５
０μｍ程度に設定されている。これにより、センサ素子
６とパッケージ本体３との間に介在する接着剤１３の厚
みをほぼ５０μｍ程度にすることができる（実際には、
第１の凸部１１の上面上にも若干の接着剤１３が載るた
め、接着剤１３の厚みは厳密には第１の凸部１１の高さ
より大きくなる）。また、平面視した際の第１の凸部１
１の面積は極力小さい方が望ましい。なぜならば、この
部分は応力の吸収にはほとんど寄与しないからである。

【００１７】本実施の形態の半導体圧力センサ１におい
ては、パッケージ本体３の底面に第１の凸部１１を設け
たことにより、第１の凸部１１に対して凹んだ部分が接
着剤溜め１２となり、この中に接着剤１３を充填するこ
とができる。よって、パッケージ製作時に第１の凸部１
１の高さを所望の寸法に設定することによって接着剤１
３の厚みを任意に設定することが可能になり、接着剤１
３自体の粘度等により自然に保持される厚み以上に厚く
することができる。このため、パッケージ２に加わる外
部応力を充分に吸収することができ、圧力変動以外の要
因によるダイヤフラム７の歪みが抑制されるので、従来
に比べて圧力の検出精度を向上させることができる。ま
た、第１の凸部１１は圧力導入孔１０の縁部に内部空間
５に向けて突出するように形成されており、第１の凸部
１１が圧力導入孔１０の延長のような形状となってい
る。よって、第１の凸部１１が圧力変動に対して抵抗と
なるようなこともなく、センサ外部の圧力がセンサ内部
に円滑に導入される。

【００１８】［第２の実施の形態］以下、本発明の第２
の実施の形態を図４〜図１３を参照して説明する。本実
施の形態の半導体圧力センサの基本構成は第１の実施の
形態と全く同様であり、異なる点は、パッケージ内に第
１の凸部に加えて第２の凸部を設けた点である。よっ
て、以下の例ではセンサ全体の図示は省略し、センサ素
子が実装されるパッケージの下部のみを図示する。以下
の図面は全て（ａ）が平面図、（ｂ）が断面図である。
また、図１〜図３に示した第１の実施の形態と共通の構
成要素には同一の符号を付す。

【００１９】本実施の形態の半導体圧力センサは、図４
（ａ）、（ｂ）に示すように、圧力導入孔１０の縁部に
設けた環状の第１の凸部１１に加えて、矩形状のセンサ
素子実装部５ａの対角線上にあたる圧力導入孔１０の周
囲の４箇所に円柱状の第２の凸部１６が設けられてい
る。第２の凸部１６は第１の凸部１１と同じ高さに形成
されている。

【００２０】本発明の半導体圧力センサでは第１の凸部
の上にセンサ素子を配置する形となるため、第１の実施
の形態のような構成では、センサ素子６を第１の凸部１
１の上に載置した際にセンサ素子６が若干不安定にな
り、センサ素子６が傾いて固定される恐れがある。これ
に対して、本実施の形態の場合、センサ素子６は第１の
凸部１１と第２の凸部１６の双方に支持されるため、セ
ンサ素子６が傾いて固定されたりすることがない。

【００２１】本実施の形態における第２の凸部の形状
は、図４（ａ）、（ｂ）に示したもの以外にも様々なも
のが考えられる。例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、図４に示す第２の凸部１６の上部をＲ加工して丸
め、センサ素子６との接触面積を最小にした第２の凸部
１７を有するもの、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、
センサ素子実装部５ａの４つの角に３角形状の第２の凸
部１８を設けたもの、図７（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、センサ素子実装部５ａ内の第１の凸部１１から縦横
４方向に張り出す第２の凸部１９を設けたもの、図８
（ａ）、（ｂ）に示すように、図７に示す第２の凸部１
９をパッケージの内壁部まで延在させた第２の凸部２０
を有するもの、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第１
の凸部１１の外側に環状の第２の凸部２１を設けたも
の、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、センサ素子実
装部５ａ内の第１の凸部１１から対角線に沿う４方向に
張り出す第２の凸部２２を設けたもの、図１１（ａ）、
（ｂ）に示すように、センサ素子実装部５ａの縁に沿っ
て第２の凸部２３を設けたもの、図１２（ａ）、（ｂ）
に示すように、図１０に示す第２の凸部２２と図１１に
示す第２の凸部２３とを組み合わせた形状の第２の凸部
２４を設けたもの、図１３（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、センサ素子実装部５ａ内の第１の凸部１１の周囲に
矩形状の第２の凸部２５を設けたもの、等が挙げられ
る。いずれの形状のものも、センサ素子６を安定して支
持できる、という図４のセンサと同様の効果を得ること
ができる。

【００２２】［第３の実施の形態］以下、本発明の第３
の実施の形態を図１４〜図２０を参照して説明する。第
１，第２の実施の形態では圧力導入パイプを有するセン
サの例を挙げたが、本実施の形態では表面加圧型の半導
体圧力センサの例を挙げる。このセンサにおいても基本
構成は大きく変わらないため、以下ではセンサ素子実装
部の平面図のみを図示する。

【００２３】本実施の形態の半導体圧力センサにおいて
は、図１４に示すように、センサ素子実装部５ａの４つ
の角に３角形状の第１の凸部３１が設けられている。本
例の場合、これら第１の凸部３１は、その形状もしくは
形成位置がセンサ素子の中心（重心）に対して点対称と
されている。そして、第１の凸部３１により接着剤溜め
が形成され、第１の凸部３１上にセンサ素子が支持され
て接着剤溜めに接着剤が充填された状態でセンサ素子が
パッケージ内に固定されている。

【００２４】本実施の形態の半導体圧力センサの場合、
第１の凸部３１は接着剤溜めを形成すると同時にセンサ
素子を支持する役目を果たすものである。この場合も、
第１の凸部３１の高さを制御することにより接着剤の厚
みを任意に設定でき、接着剤により外部応力を充分に吸
収できるので、検出精度の向上を図ることができる。さ
らに、第１の凸部３１の形状もしくは形成位置がセンサ
素子の中心に対して点対称とされているので、第１の凸
部３１の上にセンサ素子を載置した際にセンサ素子を安
定して支持することができる。

【００２５】本実施の形態のおける第１の凸部の形状
は、図１４に示したもの以外にも様々なものが考えられ
る。例えば、図１５に示すように、センサ素子実装部５
ａの対角線上に４つの円形の第１の凸部３２を設けたも
の、図１６に示すように、センサ素子実装部５ａを縦横
に４等分する線分上に４つの円形の第１の凸部３３を設
けたもの、図１７に示すように、センサ素子実装部５ａ
の中心を中心とした環状の第１の凸部３４を設けたも
の、図１８に示すように、センサ素子実装部５ａの縁に
沿って第１の凸部３５を設けたもの、図１９に示すよう
に、センサ素子実装部５ａを縦横に４等分する線分に沿
って延びる第１の凸部３６を設けたもの、図２０に示す
ように、センサ素子実装部５ａの中心から対角線に沿っ
て延びる第１の凸部３７を設けたもの、等が挙げられ
る。いずれの形状のものも、第１の凸部の存在によりセ
ンサ素子を安定して支持できるとともに外部応力を吸収
して検出精度を向上できる、という図１４のセンサと同
様の効果を得ることができる。

【００２６】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば第１の凸部、第２の凸部、パッケージ、センサ素子
の材料、形状、寸法等の具体的な記載に関しては、上記
実施の形態に限ることなく、適宜変更が可能なことは勿
論である。また、第１の凸部、第２の凸部に関しては、
パッケージと一体成形したものでも良いし、別体で形成
したものを取り付けても良い。

【００２７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
半導体圧力センサによれば、パッケージの底面に第１の
凸部を設けたことにより接着剤溜めを形成でき、パッケ
ージ製作時に第１の凸部の高さを適宜設定することによ
り接着剤の厚みを任意に設定できるため、接着剤の厚み
を厚くすることができる。このため、パッケージに加わ
る外部応力を充分に吸収することができ、圧力変動以外
の要因によるダイヤフラムの歪みが抑制されるので、従
来に比べて圧力の検出精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態の半導体圧力セン
サを示す平面図である。

【図２】 同、センサの断面構造を示す図であって、図
１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】 図３（ａ）はセンサ素子が収容されたパッケ
ージ本体の最下部を拡大した断面図、図３（ｂ）は平面
図である。

【図４】 本発明の第２の実施の形態の半導体圧力セン
サのセンサ実装部を示す（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）の
Ａ−Ａ’線に沿う断面図である。

【図５】 同、センサの第２の凸部の他の例を示す図で
あって、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ’線に沿
う断面図である。

【図６】 同、第２の凸部の他の例を示す図である。

【図７】 同、第２の凸部の他の例を示す図である。

【図８】 同、第２の凸部の他の例を示す図である。

【図９】 同、第２の凸部の他の例を示す図である。

【図１０】 同、第２の凸部の他の例を示す図である。

【図１１】 同、第２の凸部の他の例を示す図である。

【図１２】 同、第２の凸部の他の例を示す図である。

【図１３】 同、第２の凸部の他の例を示す図である。

【図１４】 本発明の第３の実施の形態の半導体圧力セ
ンサのセンサ実装部を示す平面図である。

【図１５】 同、センサの第２の凸部の他の例を示す平
面図である。

【図１６】 同、第１の凸部の他の例を示す図である。

【図１７】 同、第１の凸部の他の例を示す図である。

【図１８】 同、第１の凸部の他の例を示す図である。

【図１９】 同、第１の凸部の他の例を示す図である。

【図２０】 同、第１の凸部の他の例を示す図である。

【図２１】 従来の半導体圧力センサの一例の要部を示
す図である。

【符号の説明】

１…半導体圧力センサ、２…パッケージ、５…内部空
間、６…センサ素子、１０…圧力導入孔、１１，３１，
３２，３３，３４，３５，３６，３７…第１の凸部、１
２…接着剤溜め、１３…接着剤、１６，１７，１８，１
９，２０，２１，２２，２３，２４，２５…第２の凸
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 剛宏 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD04 EE13 FF23 FF43 GG13 4M112 AA01 BA01 CA15 DA18 EA02 EA13 EA14 GA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサ素子（６）と、該センサ素子を収
   容する内部空間（５）を有し、その底面にセンサ外部と
   連通する圧力導入孔（１０）が設けられたパッケージ
   （２）とを備え、前記圧力導入孔の縁部に前記内部空間
   に向けて突出する第１の凸部（１１）が設けられたこと
   により接着剤溜め（１２）が形成され、前記第１の凸部
   上に前記センサ素子が配置され前記接着剤溜めに接着剤
   （１３）が充填された状態で前記センサ素子が前記パッ
   ケージ内に固定されたことを特徴とする半導体圧力セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記第１の凸部（１１）に加えて、前記
   センサ素子（６）を裏面側から支持する第２の凸部（１
   ６〜２５）が前記パッケージ内部の底面上に設けられた
   ことを特徴とする請求項２に記載の半導体圧力センサ。
3. 【請求項３】 センサ素子と、該センサ素子を収容する
   内部空間を有するパッケージとを備え、前記内部空間の
   底面に該内部空間に向けて突出するとともにその形状も
   しくは形成位置が前記センサ素子の中心に対して点対称
   とされた第１の凸部（３１〜３７）が設けられたことに
   より接着剤溜めが形成され、前記第１の凸部上に前記セ
   ンサ素子が支持されて前記接着剤溜めに接着剤が充填さ
   れた状態で前記センサ素子が前記パッケージ内に固定さ
   れたことを特徴とする半導体圧力センサ。