JP2001330530A - 圧力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力検出用のセンサチップを、導体部材とし
てのピンがインサート成形された樹脂ケースに搭載し、
センサチップ及びピンを、熱硬化性の保護部材で被覆保
護するようにした圧力センサの製造方法において、保護
部材を硬化する際に、保護部材中に気泡が発生するのを
抑制する。 【解決手段】 樹脂ケース１０内にセンサチップ２０を
搭載し、センサチップ２０とピン３０とをワイヤボンデ
ィングした後、保護部材５０を樹脂ケース１０内へ充填
し、保護部材５０にてピン３０及びセンサチップ２０を
被覆した後、保護部材５０を、その外側から加圧しなが
ら熱硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力検出用のセン
サチップを、導体部材がインサート成形された樹脂ケー
スに搭載し、センサチップ及び導体部材を、電気的な絶
縁性を有する熱硬化性の保護部材で被覆保護するように
した圧力センサの製造方法に関し、特に、保護部材の配
設方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の圧力センサとして
は、特開平１１−３０４６１９号公報に記載のものが提
案されている。このものは、保護部材を弾性率（ヤング
率）の異なる２層構造としたものである。比較的高弾性
である第１の保護部材によって、センサチップのセンシ
ング部を露出させた状態で少なくとも導体部材及びその
周辺部を覆い、比較的低弾性である第２の保護部材によ
って、センサチップのセンシング部及び第１の保護部材
を覆うようにしている。

【０００３】そして、上記従来公報によれば、比較的高
弾性である第１の保護部材によって、導体部材及びその
周辺部が覆われている。そのため、負圧検出時におい
て、インサート成形された導体部材と樹脂ケースとの隙
間に存在する空気が、保護部材中に気泡となって発生す
ることを抑制できるとされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の検討によれば、従来の圧力センサにおいては、次
のような問題が生じることがわかった。一般に、上記の
保護部材は、熱硬化性のゴム材料やゲル材料を用いるた
め、保護部材は、樹脂ケースの所望部位に保護部材を配
設した後、加熱処理を行い、硬化させることで形成され
る。

【０００５】このとき、図４に示す様な問題が発生す
る。図４（ａ）に示す様に、保護部材５０を樹脂ケース
１０内に充填したとき、インサート成形された導体部材
３０と樹脂ケース１０との隙間等が完全に保護部材５０
によって埋まらず、空気層Ｋ１が残る場合がある。

【０００６】この状態で、保護部材５０を加熱処理する
と、保護部材の硬化途中で空気層Ｋ１が膨張し、図４
（ｂ）に示す様に、保護部材５０中に気泡Ｋ２が発生す
る。このとき、気泡Ｋ２はセンサチップ２０の近傍に残
った状態で硬化する場合がある。すると、圧力検出時の
圧力変化等によって、気泡Ｋ２がセンサチップ２０の近
傍で膨張収縮し、センサ特性に影響を与えたり、ワイヤ
４０が切断する等の不具合が発生する。

【０００７】本発明は上記問題に鑑み、圧力検出用のセ
ンサチップを、導体部材がインサート成形された樹脂ケ
ースに搭載し、センサチップ及び導体部材を、熱硬化性
の保護部材で被覆保護するようにした圧力センサの製造
方法において、保護部材を硬化する際に、保護部材中に
気泡が発生するのを抑制することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明においては、保護部材（５０）
で導体部材（３０）及びセンサチップ（２０）を被覆し
た後、保護部材（５０）を、その外側から加圧しながら
熱硬化させることを特徴としている。

【０００９】それによれば、保護部材（５０）を、その
外側から加圧しながら熱硬化させるため、インサート成
形された導体部材（３０）と樹脂ケース（１０）との隙
間等に空気層が残っていても、この空気層が保護部材
（５０）中へ膨張しようとするのを押さえ込むことがで
きる。よって、本発明によれば、保護部材を硬化する際
に、保護部材中に気泡が発生するのを抑制することがで
きる。ここで、保護部材の加圧は４４ｋＰａ以上の圧力
にて行うこと（請求項２の発明）が好ましい。

【００１０】また、請求項３の発明は、保護部材の具体
的な配設形態を提供するものであり、保護部材（５０）
を、第１の保護部材（５１）の外側に、第１の保護部材
（５１）よりも低弾性である第２の保護部材（５２）を
積層した２層構造より構成し、第１の保護部材（５１）
を、センサチップ（２０）のセンシング部を露出させた
状態で少なくとも導体部材（３０）及びその周辺部を覆
うように設けることを特徴とするものである。

【００１１】ここで、第１の保護部材（５１）としては
ゴム系材料を用い、第２の保護部材（５２）としてはゲ
ル状物質を用いること（請求項４の発明）ができる。

【００１２】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は本実施形態に係る圧力センサ
１００の概略断面図である。この圧力センサ１００は、
例えば、自動車のインテークマニホールドに取り付けら
れ吸気圧（負圧）を検出する吸気圧センサ等に適用する
ことができる。

【００１４】樹脂ケース１０は、例えば、ＰＰＳ（ポリ
フェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレ
フタレート）やエポキシ樹脂等の樹脂材料を型成形して
なる。樹脂ケース１０の上面には、後述するセンサチッ
プ２０を搭載するための開口した凹部１１が形成されて
いる。

【００１５】樹脂ケース１０には、銅などの導電材料よ
りなる複数本のピン（本発明でいう導体部材）３０がイ
ンサート成形により一体的に設けられている。これらピ
ン３０の一端３１は、上記凹部１１の底面にて露出した
状態となるように配置されている。そして、該露出部分
は金メッキが施されることにより、ボンディングパッド
として機能するように構成されている。また、ピン３０
の他端３２は、外部機器（外部の配線部材等）に接続可
能となっている。

【００１６】樹脂ケース１０の凹部１１に搭載されたセ
ンサチップ２０は、圧力を検出してその検出値に応じた
レベルの電気信号を発生する半導体基板（シリコン基板
等）２１と、この半導体基板２１を保持するガラス台座
２２と、により構成されている。半導体基板２１は、ピ
エゾ抵抗効果を利用した周知構成のもので、その上面に
センシング部としてのダイヤフラム２１ａ及び図示しな
い拡散抵抗などを備えた構成となっている。

【００１７】この半導体基板２１は、上記凹部１１の底
面にガラス台座２２を介して、例えばシリコーンゴム等
の接着剤によりダイボンディングされている。また、半
導体基板２１の各入出力端子（図示せず）は、ピン３０
の一端３１に対し金やアルミニウム等のワイヤ４０を介
して電気的に接続されている。こうして、センサチップ
２０は、樹脂ケース１０の凹部１１に搭載された状態で
ピン３０と電気的に接続されている。

【００１８】また、上記凹部１１内には、耐薬品性を有
する電気絶縁材料製の保護部材５０が、センサチップ２
０及びワイヤ４０を埋めるように充填されている。この
保護部材５０により、センサチップ２０、ピン３０、ワ
イヤ４０、半導体基板２１とワイヤ４０との接続部、及
び、ピン３０とワイヤ４０との接続部が被覆され、異物
からの保護、電気的な絶縁性の確保、並びに防食などが
図られている。

【００１９】ここで、保護部材５０は、第１の保護部材
５１の上に、この第１の保護部材５１よりも低弾性であ
る第２の保護部材５２を積層した２層構造より構成され
ている。この２層構造は、基本的には「従来技術」の欄
にて記載した特開平１１−３０４６１９号公報に示され
ている２層構造と同様の構成を適用することができる。

【００２０】即ち、下層の第１の保護部材５１は、半導
体基板２１のセンシング部及びワイヤ４０の上部を露出
させた状態で、センサチップ２０、ワイヤ４０とピン３
０との接続部、ピン３０及びその周辺部を覆うように設
けられている。上層の第２の保護部材５２は、第１の保
護部材５１から露出するセンサチップ２０のセンシング
部及びワイヤ４０を被覆している。

【００２１】例えば、これら両保護部材５１、５２は、
共に、フッ素系材料を熱硬化させたものである。そし
て、第１の保護部材５１は、ピン３０と樹脂ケース１０
との隙間等からの気泡の発生を抑制するために高弾性率
を持ち且つ耐薬品性を有するフッ素系のゴム材料であ
る。一方、第２の保護部材５２は、センサチップ２０及
びワイヤ４０へ応力を与えないような低弾性率を持ち且
つ耐薬品性を有するフッ素系のゲル材料である。

【００２２】かかる圧力センサ１００は、次のように製
造される。まず、センサチップ２０を樹脂ケース１０へ
搭載し、半導体基板２１とピン３０とをワイヤボンディ
ングにより結線する。続いて、この状態のものを密閉容
器内に配置した後、硬化前の第１の保護部材５１、第２
の保護部材５２を順次、真空中にて凹部１１内へ充填す
る。

【００２３】次に、図２に示す様に、密閉容器内へ圧縮
空気や不活性ガス等の気体を導入して、密閉容器内を加
圧状態（例えば４４ｋＰａ）とする。これにより、図３
中の矢印に示されるように、圧力センサ１００の周囲全
体が加圧される。この加圧状態を維持したまま、密閉容
器内の温度を、両保護部材５１、５２が硬化可能な硬化
温度（例えば１５０℃）とする。こうして、両保護部材
５１、５２が熱硬化されて、圧力センサ１００が完成す
る。

【００２４】そして、圧力センサ１００は、上記した吸
気圧センサに適用される場合、その凹部１１が自動車に
おけるエンジン吸気路と連通した状態で配置される。こ
れにより、印加圧力に応じた電気信号がセンサチップ２
０からワイヤ４０、ピン３０を経て出力され、吸気圧
（負圧）の検出がなされる。

【００２５】ところで、本実施形態の製造方法では、保
護部材５０（５１及び５２）でピン（導体部材）３０及
びセンサチップ２０を被覆した後、保護部材５０を、そ
の外側から加圧しながら熱硬化させることを特徴として
いる。それにより、ピン３０と樹脂ケース１０との隙間
やセンサチップ２０と凹部１１の底面との接合界面の隙
間等に、空気層（図２ではピン３０と樹脂ケース１０と
の隙間に存在）Ｋ１が残っていても、硬化中に、空気層
Ｋ１は圧縮される。そのため、空気層Ｋ１へ熱が加わっ
ても、これら隙間の外まで空気層Ｋ１の体積が増加する
ことなく、保護部材５０の硬化が行われる。

【００２６】こうして、硬化中に、空気層Ｋ１が第１の
保護部材５１中へ膨張しようとするのを押さえ込むこと
ができるため、保護部材５０の硬化後は、空気層Ｋ１は
元の位置に止まり、第１の保護部材５１中へは上がって
こない。よって、本製造方法によれば、保護部材５０を
硬化する際に、保護部材５０中に気泡が発生するのを抑
制することができる。そして、センサチップ２０の近傍
に気泡が存在するのを防止できるため、センサ特性の安
定化、ワイヤ４０の断線防止等が図れる。

【００２７】ここで、上記製造方法における保護部材の
加圧は４４ｋＰａ以上の圧力にて行うことが好ましい。
これは、本実施形態では保護部材５０の硬化温度が１５
０℃程度であり、硬化温度が１５０℃である場合、空気
層Ｋ１の圧力は、４４ｋＰａ（１００×（４２３［Ｋ］
−２９３［Ｋ］）÷２９３［Ｋ］［ｋＰａ］、Ｋは絶対
温度を示す）上昇することによる。そのため、４４ｋＰ
ａ以上の圧力にて加圧すれば、空気層Ｋ１の膨張を好適
に抑制することができる。

【００２８】なお、樹脂ケース１０へ充填する際の保護
部材５０の粘度が十分高く、保護部材５０が加圧によっ
て、ピン３０と樹脂ケース１０との隙間からピン３０の
他端３２側へ漏れることがないならば、図３に示す様
に、センサチップ設置部である凹部１１上方のみを加圧
しても良い。この場合、例えば、凹部１１の上方に圧力
導入可能な治具を配置し、この治具から圧縮空気等を加
えることにより、凹部１１上方のみを加圧することが可
能である。

【００２９】また、保護部材５０の種類によっても異な
るが、上記製造方法における保護部材の加圧の上限は、
加圧の際にピン３０と樹脂ケース１０との隙間からピン
３０の他端３２側へ、保護部材５０（第１の保護部材５
１）が漏れ出さない程度とすることが好ましい。

【００３０】また、本実施形態では、保護部材５０を高
弾性である第１の保護部材５１の上に低弾性である第２
の保護部材５２を積層した２層構造としている。これ
は、樹脂ケース１０側から発生してくる気泡等は、硬い
ゴム系材料よりなる第１の保護部材５１で防止し、セン
サチップ２０のセンシング部は、応力影響の少ない軟ら
かいゲル状物質よりなる第２の保護部材５２で被覆する
ことを目的としたものである。

【００３１】そして、上層に軟らかい第２の保護部材５
２を採用しているが故に、もし、保護部材５０中に気泡
が発生すると、負圧を検出する場合、この気泡が軟らか
い第２の保護部材５２中にて成長し、保護部材５０の割
裂やワイヤ４０の断線を引き起こす可能性がある。しか
し、本実施形態では、上記製造方法による効果が発揮さ
れるため、そのような問題はない。つまり、加圧しなが
ら熱硬化させる方法は、特に、本実施形態のような２層
構造に好適であるといえる。

【００３２】（他の実施形態）なお、本発明の圧力セン
サは、比較的低い負圧を検出するものや正圧を検出する
ものに適用する場合には、保護部材として、硬いゴム系
材料を用いた上記のような２層構造を採用せずとも良
く、例えば、ゲル状物質だけを用いた単層構造としても
良い。

【００３３】また、本発明の圧力センサは、上記実施形
態のようなセンサチップが半導体ダイヤフラム式のもの
に限定されるものではなく、例えば、静電容量式のもの
等にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサの概略断面
図である。

【図２】図１の圧力センサの製造方法における加圧の様
子を示す概略断面図である。

【図３】上記実施形態の圧力センサの製造方法における
他の加圧方法を示す概略断面図である。

【図４】従来の圧力センサにおいて保護部材中に気泡が
発生する様子を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１０…樹脂ケース、２０…センサチップ、３０…ピン、
５０…保護部材、５１…第１の保護部材、５２…第２の
保護部材。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体部材（３０）がインサート成形され
   た樹脂ケース（１０）に、印加された圧力に基づく電気
   信号を発生するセンサチップ（２０）を、前記導体部材
   と電気的に接続した状態で搭載した後、前記導体部材及
   び前記センサチップを、電気的な絶縁性を有する熱硬化
   性の保護部材（５０）で被覆して保護するようにした圧
   力センサの製造方法において、 前記保護部材で前記導体部材及び前記センサチップを被
   覆した後、前記保護部材を、その外側から加圧しながら
   熱硬化させることを特徴とする圧力センサの製造方法。
2. 【請求項２】 前記保護部材の加圧は、４４ｋＰａ以上
   の圧力にて行うことを特徴とする請求項１に記載の圧力
   センサの製造方法。
3. 【請求項３】 前記保護部材（５０）は、第１の保護部
   材（５１）の外側に、前記第１の保護部材よりも低弾性
   である第２の保護部材（５２）を積層した２層構造より
   構成されたものであり、 前記第１の保護部材を、前記センサチップ（２０）のセ
   ンシング部を露出させた状態で少なくとも前記導体部材
   及びその周辺部を覆うように設けることを特徴とする請
   求項１または２に記載の圧力センサの製造方法。
4. 【請求項４】 前記第１の保護部材（５１）としてゴム
   系材料を用い、前記第２の保護部材（５２）としてゲル
   状物質を用いることを特徴とする請求項３に記載の圧力
   センサの製造方法。