JP2001509890A - 管接続装置を備えた圧力センサ構成部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、基体（２）と圧力接続部材（８）とを備える圧力センサ構成部材（１）に関する。基体はチップ支持体（３）を有し、チップ支持体上には集積化圧力センサを持つ半導体チップ（４）が取付けられている。半導体チップは接続部材（５）と接触接続されており、接続部材は媒体から横方向に導き出されている。基体（２）は片側で開放されており、かつこの開口（７）はチップ支持体（３）の側方部分（１４）によって制限されている。圧力接続部材（８）は側方部分（１４）の上端部（１３）上に収容されている。本発明は、基体（２）の内室を充填し、かつ半導体チップ（４）を覆う充填剤（６）が同時に圧力接続部材（８）と基体（２）とを結合し、かつシールするために使用されることを特徴とする。圧力接続部材（８）の端部（１２）は、有利に、充填剤（６）が毛管力によって側方部分（１４）と圧力接続部材（８）との間の空隙内へまで引入れられるように配置されている。特に有利には、圧力接続部材（８）は直径の異なる管部材をその上に配置し得るように形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 管接続装置を備えた圧力センサ構成部材 k)、特に管接続部材を備えた圧力センサ構成部材に関し、圧力接続部材はプリン ト配線板の実装表面へ取付け可能である。このような構成部材はスペース節約上 有利には表面実装される（いわゆるＳＭＤ型：Surface Mounted Design）。圧力 計測は通常ピエゾ抵抗原理によって行われる。あるいは容量型計測原理に従って 作動せしめられる。圧力センサとして通常半導体チップが使用され、これは一般 にケイ素から製作される。ピエゾ抵抗計測の場合にはチップ表面上に薄いケイ素 ダイヤフラムが配置され、これが圧力依存性抵抗と電気的に結合されており、該 抵抗はまたケイ素基板内に形成され、かつブリッジ回路内に接続されている。半 導体チップは同様にセンサに配設される、信号の増幅および補正およびセンサの 整合および補償のための回路を包含する。 圧力の計測には被計測媒質と圧力センサとの間に接触接続が形成されなければ ならない、すなわち被計測媒質はセンサへ接近案内されるかもしくは支配的な圧 力がセンサへ伝達されなければならない。したがって圧力センサは片側で開いた ケーシング内に配置され、 センサの圧力に敏感な表面が直接的または間接的に被計測媒質と接触接続し得る ようになっている。圧力センサを媒質による損傷から守るために、半導体チップ の表面に流動性の充填剤、一般にはプラスチックゲルを被覆するのが普通である 。充填剤は、圧力を変造せずにセンサへ送るように選択される。 被計測媒質が圧力センサ構成部材を包囲する媒質である場合、開放形圧力セン サ構成部材はそのまま使用することができる。被計測媒質が周囲媒質と同じでな い場合には被計測媒質は周囲媒質とは別にセンサへ接近案内されなければならな い。通常そのためにはセンサ構成部材と結合された管装置が使用される。 従来このような場合管接続装置を備えた特別なケーシング内に埋設された圧力 センサを使用するのが一般的であった。このケーシングは普通管接続装置を備え ない同一センサ用の対応するケーシングよりもかなり大形である。このことはコ スト上もまたこの構成部材の後の使用の点で不都合である。従来の管接続装置を 備えた圧力センサ構成部材は更に予め決められた所定の接続装置直径を持つので 、圧力センサの使用者には使用される管結合に関して選択性がなかった。 公知の管接続装置を備える圧力センサ構成部材の別の欠点は構成部材の製造に ある。管接続装置の取付けが開放圧力センサが完全に仕上げられ、かつ半導体チ ップが充填剤で覆われた後に初めて行われる。引続き 管接続装置が圧力センサ構成部材上へ接着される。つまり製造には付加的な工程 、すなわち管接続装置の接着固定が必要である。更には接着結合については密閉 度(Dichtigkeit)を試験しなければならない。この付加的な工程は時間とコスト 集中的である。 ドイツ国特許第４３１７３１２号（ＤＥ−Ａ−４３１７３１２）にはプラスチ ックケーシング内に配置された圧力室を備える圧力センサが記載されている。圧 力室は管接続部を有し、これがケーシングカバーの接続管内へ係合している。低 圧では管接続部と接続管との間のシールはセラミックチップコンデンサの被覆に 使用される封止用コンパウンドで行うのに十分であろうと記載されている。 本発明の課題は、簡単かつコスト上有利に製作可能である管接続装置を備えた 圧力センサ構成部材を見出すことである。ケーシングの寸法はできる限り小形に 保持されるべきであり、有利には管接続装置を備えない対応する開放形センサ構 成部材と同一の基本ケーシング形が使用されるべきである。更には圧力センサ構 成部材は異なる直径の管を接続するのに適していなければならない。 この課題の解決は請求項１による圧力センサ構成部材でもって得られる。他の 実施形は従属請求項から得られる。 本発明による圧力センサ構成部材は、原則的に通常 使用される開放形圧力センサ構成部材、すなわち管接続装置を備えない構成部材 に相当し得る基体とこの基体に適合する圧力接続部材とを包含する。 本発明は、基体と圧力接続部材とが流動性の充填剤によって互いにシールされ ており、充填剤が同様にチップ支持体の充填および半導体チップの被覆にも使用 されていることを特徴とする。基体は有利に片側で開いた構成を有し、かつチッ プ支持体上へ取付けられた半導体チップとこれと接触接続された接続装置とを包 含する。圧力接続部材は有利に基体上へ嵌込まれ、かつ半導体チップが存在する 基体内の開口を包囲する。これは、チップ支持体の充填、これとともに半導体チ ップの被覆と基体と圧力接続部材との間のシールとを一緒に行うことができると いう利点を持つ。 流動性の充填剤としては圧力を計測結果を変更することなく圧力センサへ送る のに十分に弾性であるものが使用される。充填剤は普通計測されるべき媒質に対 して化学的に十分に不活性でなければならず、かつ取扱いが容易でなければなら ない。充填剤は有利にプラスチックゲル、特にシリコンベースのゲルである。 既に述べたように、圧力センサ構成部材の基体は原則的にそれぞれプリント配 線板上へ実装可能な圧力センサ構成部材で通常使用される形状と構成とを持って いてもよい。有利に基体はプレスチック、特に熱可塑性プラスチック製のチップ 支持体を包含し、チップ支 持体は集積化圧力センサを持つ半導体チップが配置されるほぼ平らなチップ支持 面を持っている。複数の接続部材がプラスチックコンパウンド内へ埋設されてお り、これらはチップ支持体から側方へ突出している。半導体チップと接続部材と は常用の形式で、例えば結合線材によって互いに接触接続されている。あるいは チップは集積化接続部材を備えた金属の接続フレーム（リードフレーム）上に配 置され得る。有利にチップ支持体は縁部にチップ表面よりも突出する高さの側壁 を有し、側壁はチップ支持体を包囲する。この側壁は、被計測媒質がそこを通っ て圧力計測のために圧力センサへ供給される基体の開口を制限する。基体の側壁 は有利に上端で平らに終っている。この側壁上に圧力接続部材が嵌込まれる。 本発明による圧力接続部材は、その基体の側壁上へ載置する端部領域がフォー ク形になるように構成されている。別に表現すると、圧力接続部材の外壁の基体 側の端部は側壁の上端部領域を包囲係合する。この場合圧力接続部材の外壁の基 体側の端部の一方の終端領域または部分領域は基体の側壁の外面に沿って延び、 圧力接続部材の外壁の基体側の端部の他方の終端領域または部分領域は基体の側 壁の内面に沿って延びる。 基体と圧力接続部材との間で良好なシールを得るためには、圧力接続部材の基 体側の端部と基体の側壁の圧力接続部材側の端部領域との間に存在する空間が有 利にはできる限り完全に流動性の充填剤で充填されており、そのようにして基体 と圧力接続部材との間に気密のシールが形成される。 空間の充填は特に有利には半導体チップの被覆と同時に行われる。そのために は圧力接続部材を基体上へ嵌込み、かつ固定の後に流動性の充填剤が圧力接続部 材内の開口を通って基体中空室内へ導入される。圧力接続部材の内側の端部領域 の充填高さと長さとは、充填剤が毛管力によって圧力接続部材と基体の側方部と の間の空間内へ引入れられるように互いに適合せしめられる。したがって基体の 内室に充填剤を設け、かつ基体と圧力接続部材とを互いに対してシールするため には単に１充填過程が必要であるにすぎない。本発明による圧力センサ構成部材 の製造はしたがってきわめて簡単に、かつコスト上有利に可能である。 開放形圧力センサ構成部材の製作には有利に基体の側壁の内面に沿って一巡し た流れ停止縁を持つチップ支持体が使用される。この流れ停止縁は、充填剤が注 入時にこの縁を越えて充填剤で汚染されてはいけない基体領域内へ侵入しないよ うに働く。このような基体も本発明の範囲内で使用することができる。基体の側 壁の端部領域と嵌込まれた圧力接続部材の端部との間の空間が十分に充填される ことを保証するためには、基体側方部の内側の壁に沿って延びた圧力接続部材の 端部領域が、これが流れ停止縁よりも突出し、かつこ れを覆うような長さに設計される。このようにして流れ停止縁の領域内において も毛管力が有効となることができ、毛管力は充填剤を圧力接続部材と基体側壁と の間の空間内へ引き入れる。圧力接続部材を適切に適合させると、流れ停止縁を 持つ通常の開放形圧力センサ構成部材も変更せずに本発明による接続装置を備え た圧力センサ構成部材に使用することができる。 基体への圧力接続部材の特に確実な固定は、圧力接続部材内に２つ以上の固定 突起が形成されており、固定突起は基体内の対応する固定開口または固定切欠内 へ係止し得る場合に達成される。使用される固定突起が２つだけである場合には これらは圧力接続部材の互いに対向する側に位置していると有利である。固定突 起は有利に圧力接続部材の外端の領域内に形成される。この外端は組立状態で基 体の外側の側壁に沿って延びる。固定突起が圧力接続部材の外端の端面側の端部 領域において基体の方へ突出していると特に有利である。あるいはもちろん、固 定突起を基体内に取付け、かつ対応配置される固定開口または切欠を圧力接続部 材内に設けることも可能である。 配設の固定開口または切欠内への固定突起の係合を軽減するために固定突起は 縁領域内で傾斜部または丸味部を形成されていてもよい。 本発明による圧力接続部材は有利に管を接続するために設計されており、この 管によって計測すべき媒質 が基体内の圧力センサへ供給され得る。異なる管直径の使用を可能にするために は使用する管直径だけが異なる圧力接続部材のセットを使用することができる。 しかし有利には異なる直径を持つ管の取付けに適する圧力接続部材が使用される 。例えば円錐形状に延びる管片を持つ圧力接続部材が挙げられる。この管片に異 なる直径の管を差嵌めることができる。この場合には適当な管直径はその都度の 用途に応じて選択され得る。 本発明が以下で図面の参照下に詳説される。図１は本発明による圧力センサ構 成部材の略示断面図、図２は図１に示された本発明による圧力センサ構成部材の 基体の略示図、図３は本発明による圧力センサ構成部材の別の実施形の略示断面 図である。 具体的には図１は本発明による圧力センサ構成部材１を示し、これは基体２と 圧力接続部材８とを備える。基体２はプリント配線板１０の実装側９へ配置され ている。基体は熱可塑性プラスチック製のチップ支持体３を有し、チップ支持体 の中央領域内に半導体チップ４が設けられている。半導体チップ４は集積化圧力 センサとこれに配設された電気回路とを備える。両部材は概観し易いように省略 されている。圧力センサはピエゾ抵抗系によって動作する。半導体チップ４は結 合線材１９を介して金属の接続部材５と導電結合されている。接続部材５はその 主要部分がチップ支持体３ 内に埋設されている。単に端部だけが互いに対向位置した下方の側方領域で基体 から外部へ案内されている。図２から、本発明による圧力センサ構成部材が各４ つの接続部材をチップ支持体３の２つの対向位置した側に備えていることが認め られる。基体２とプリント配線板１０との間の応力をできる限り小さく保持する ためには接続部材５は最外側の端部だけでもってプリント配線板上に載置される 。基体下面の屋根形の構成も応力の低減に役立つ。基体２の中央領域のプリント 配線板１０までの間隔により基体へ伝えられるプリント配線板の屈曲は僅かな程 度である。 基体はプリント配線板側とは反対の側１１に片側の開口７を有し、開口は基体 ２の側方部分（側壁）１４によって区切られている。この開口７から計測すべき 媒質が圧力センサへ供給される。この媒質から保護するために基体の開口７の内 室は一部流動性の充填剤６、特にシリコンベースのゲルで充填されている。ゲル は半導体チップ４、結合線材１９と内室内にある接続部材５の部分とを完全に覆 う。更にゲルは側方部分１４の上方端部領域１３と側方部分上に載置した圧力接 続部材８との間の空間も殆ど埋める。 圧力接続部材８は媒体２内の開口７を完全に包囲する。圧力接続部材８の媒体 ２側の端部１２はフォーク形に形成されており、そのため端部１２の内側の壁１ ２ａと外側の壁１２ｂが形成されている。外側と内側 の壁は側壁１４の上方の端部領域１３を包囲係合している。圧力接続部材８の基 体２側の端部１２の内側の壁１２ａは、これが基体の側壁１４の内面１５に沿っ て形成された流れ停止縁１６上を覆う長さに構成されている。この構成は媒体２ の内室と側壁１４と圧力接続部材８との間の空間の充填剤６での同時充填を可能 にする。充填には充填剤６が圧力接続部材８の開口、この場合には管のための接 続管部を通して基体２の内室内へ導入される。充填高さは、充填剤６が下方から チップ支持体３の内壁１５と圧力接続部材８の内側の端部１２ａとの間の間隙内 へ侵入し得るように選択される。充填物質は毛管力によってこの間隙内へ更に高 く引上げられ、流れ停止縁１６を乗り越え（圧力接続部材８が嵌込まれていない 場合には充填剤６の流れを制限する筈である）、かつ圧力接続部材８と媒体側壁 １４との間の空間を殆ど完全に埋める。このようにして媒体２の内室の充填およ び圧力接続部材８と基体２との間のシールを１工程で実施することが可能である 。付加的なシール工程は不要である。基体と圧力接続部材とは有利に予め接着、 溶接または相互の係合（クランプ）によって互いに固定的に結合される。 圧力接続部材が２つ以上の固定突起を備え、これらが基体内の対応する固定開 口または切欠内へ係合すると、圧力接続部材の特に確実な固定が達成され得る。 この例が図３に示されている。図３には本発明による 圧力センサ構成部材の可能な実施形の略示横断面図が示されている。基体２およ び圧力接続部材８はきわめて単純化されて示されている。それというのも単に固 定突起および固定開口の可能な配置が示されればいいからである。横断面軸線は 図１のものに対して９０°回転されている。 圧力接続部材８は下方の端面領域内に２つの固定突起１７を有し、これらは基 体２の方向へ突出している。基体の下方の縁領域内には２つの対向位置の外面に 固定切欠１８が存在しており、本発明による圧力センサ構成部材の組立て状態で この固定切欠内へ固定突起１７が係合する。係合を軽減するために固定突起の固 定切欠に面した側に図３の左側の固定突起の例で認められるように丸味または傾 斜部を設けることができる。固定突起１７は基体の側壁の全長にわたってまたは この側壁の多少大きな部分領域にわたってだけ延びていてよい。後者の場合には 固定突起は基体の圧力接続部材の離脱のみならず圧力接続部材の側方向のスリッ プをも阻止する。圧力接続部材と基体のシールはこの場合も上記の形式で行われ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. プリント配線板（１０）の実装表面（９）上へ取付け可能な圧力センサ構成 部材（１）であって、基体（２）と基体（２）上へ嵌込まれた管形の圧力接続部 材（８）とを備えており、基体がチップ支持体（３）上に取付けられた半導体チ ップ（４）を包含しており、半導体チップが基体（２）から導き出された接続部 材（５）と導電的に結合され、かつ流動性の充填剤（６）で完全に覆われた形式 のものにおいて、圧力接続部材（８）の基体（２）に面した端部（１２）が特に 接着、溶接またはクランプによって基体（２）へ固定されており、かつ圧力接続 部材（８）の基体（２）へ向いた端部と基体（２）との間の空間が充填剤（６） によって少なくとも部分的に充填されることにより基体（２）と圧力接続部材（ ８）との間の気密なシールが行われていることを特徴とする、圧力センサ構成部 材。 2. 基体（２）が側壁（１４）を有しており、側壁がチップ支持体（３）と半導 体チップ（４）とを包含しており、かつ圧力接続部材（８）の基体（２）に向い た端部が基体（２）の側壁（１４）の圧力接続部材（８）に面した端部領域（１ ３）に両側で係合しており、かつ基体（２）と圧力接続部材（８）との間のシー ルが流動性の充填剤（６）で行われてい る、請求項１記載の圧力センサ構成部材。 3. 圧力接続部材（８）の基体（２）に向いた端部（１２）の内側の壁（１２） が、この内面（１５）の領域内に一巡するように形成された充填剤（６）のため の流れ停止縁（１６）がこの内側の壁（１２ａ）によって覆われるまで基体（２ ）の側壁（１４）の内面（１５）に沿って延びている、請求項２記載の圧力セン サ構成部材。 4. 圧力接続部材（８）に少なくとも１つの固定突起（１７）が形成されており 、固定突起が基体（２）内の対応配置された固定開口または固定切欠（１８）内 へ係合している、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力センサ構成部材 。 5. 基体（２）の側方部分（１４）の領域内に少なくとも１つの固定突起が形成 されており、固定突起が圧力接続部材（８）に対応配置された固定開口または固 定切欠へ係合する、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力センサ構成部 材。 6. 圧力接続部材（８）が直径の異なる管を嵌込むために円錐形状に延びる管片 を持つ、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力センサ構成部材。 7. 流動性の充填剤（６）がゲル、特にシリコン樹脂ベースのゲルである、請求 項１から６までのいずれか１項記載の圧力センサ構成部材。