JP2006090846A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 メタルダイアフラムで閉塞されオイルが封止されたオイル室内に圧力検出用のセンサチップを収納してなる圧力センサにおいて、センサチップにて発生した信号の信号処理を行う回路が、オイルの分極によって帯電するのを極力防止する。
【解決手段】 ケース１０の凹部１１にセンサチップ２０を収納するとともにオイル５１を充填し、凹部１１をメタルダイアフラム４４で閉塞してなる圧力センサ１００において、センサチップ２０からの信号を処理する回路を有する回路チップ３０を、センサチップ２０と凹部１１の底部との間に介在した形でセンサチップ２０と積層することにより、センサチップ２０によって回路チップ３０の表面がオイル５１から保護されている。それによって、回路チップ３０はオイル５１との接触を回避する位置に設けられた形となっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、メタルダイアフラムで閉塞されオイルが封止されたオイル室をケースに設け、当該オイル室内に圧力検出用のセンサチップを収納してなる液封ダイアフラム式の圧力センサに関する。

従来のこの種の液封ダイアフラム式の圧力センサとしては、一般に、一面に凹部を有するケースと、凹部に収納された圧力検出用のセンサチップと、凹部に充填されたオイルと、凹部を閉塞するメタルダイアフラムとを備えて構成されているものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

ここで、ケースの凹部は圧力伝達部材としてのオイルが充填され、この凹部はメタルダイアフラムによって閉塞されており、オイルが充填された凹部は、オイル室として構成されている。そして、このオイル室内にセンサチップが収納された形となっている。

そして、この圧力センサにおいては、メタルダイアフラムに圧力が印加されると、メタルダイアフラムが変形することにより、印加された圧力はオイルを介してセンサチップへ伝わる。そして、センサチップから、印加された圧力に応じたレベルの電気信号が出力されることにより、圧力検出がなされるようになっている。
特開平７−２４３９２６号公報

しかしながら、このような圧力センサを、たとえば数百Ｖ以上の高電圧が印加されるシステムに使用する場合には、次のような問題が生じる。

すなわち、圧力センサに高電圧が印加されると、金属製のメタルダイアフラムにも当該高電圧が印加され、その結果、オイルが分極し、オイル中に設けられているセンサチップが帯電する。

ここで、従来では、センサチップは、同一チップ内に、印加圧力に応じた電気信号を発生する歪みゲージと当該電気信号の増幅・調整などの信号処理を行う回路部とが形成された集積化センサチップであった。

そのため、センサチップがオイルにより帯電すると、センサチップにて発生した信号の信号処理を行う回路も帯電し、回路の動作不良に伴うセンサ出力の誤動作が発生する可能性がある。

本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、メタルダイアフラムで閉塞されオイルが封止されたオイル室をケースに設け、当該オイル室内に圧力検出用のセンサチップを収納してなる液封ダイアフラム式の圧力センサにおいて、センサチップにて発生した信号の信号処理を行う回路が、オイルによって帯電するのを極力防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面に凹部（１１）を有するケース（１０）と、凹部（１１）に収納された圧力検出用のセンサチップ（２０）と、凹部（１１）に充填されたオイル（５１）と、凹部（１１）を閉塞するメタルダイアフラム（４４）とを備える圧力センサにおいて、センサチップ（２０）からの信号を処理する回路チップ（３０）が、ケース（１０）のうちオイル（５１）との接触を回避する位置に設けられており、センサチップ（２０）と回路チップ（３０）とは電気的に接続されていることを特徴としている。

それによれば、信号処理を行う回路を回路チップ（３０）として、センサチップ（２０）とは別チップとし、さらに、この回路チップ（３０）を、ケース（１０）におけるオイル（５１）との接触を回避する位置に設けている。

そのため、本発明によれば、液封ダイアフラム式の圧力センサにおいて、センサチップ（２０）にて発生した信号の信号処理を行う回路が、オイル（５１）によって帯電するのを極力防止することができる。つまり、本発明によれば、当該回路を有する回路チップ（３０）がオイル（５１）の分極によって帯電するのを極力防止できる。

ここで、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の圧力センサにおいて、回路チップ（３０）は、センサチップ（２０）と凹部（１１）の底部との間に介在した形でセンサチップ（２０）と積層されていることを特徴としている。

それによれば、回路チップ（３０）の上にセンサチップ（２０）が載った形になり、センサチップ（２０）によって回路チップ（３０）の表面がオイル（５１）から保護された形になる。つまり、本発明によれば、回路チップ（３０）を、ケース（１０）のうちオイル（５１）との接触を回避する位置に適切に設けることができる。

さらに、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の圧力センサにおいて、積層されたセンサチップ（２０）と回路チップ（３０）とは、導電性を有する導電性接合部材（２６）を介して接合されており、回路チップ（３０）には、ＧＮＤ電位に設定されるＧＮＤ用パッド（３２ａ）が設けられており、このＧＮＤ用パッド（３２ａ）と導電性接合部材（２６）とは電気的に接続されていることを特徴としている。

それによれば、回路チップ（３０）の表面は、導電性接合部材（２６）を介してＧＮＤ用パッド（３２ａ）に電気的に接続した状態となるため、回路チップ（３０）の表面電位が安定し、回路チップ（３０）の帯電がより抑制しやすくなり、好ましい。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項２または請求項３に記載の圧力センサにおいては、積層されたセンサチップ（２０）と回路チップ（３０）とは、ボンディングワイヤ（１３）により電気的に接続されているものにできる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項１に記載の圧力センサにおいて、回路チップ（３０）は、ケース（１０）のうち凹部（１１）とは別部位に設けられており、ケース（１０）に設けられたリード部材（１２）を介して、センサチップ（２０）と回路チップ（３０）とが電気的に接続されていることを特徴としている。

それによれば、ケース（１０）のうちオイル（５１）が充填されている凹部（１１）以外の部位に、回路チップ（３０）が設けられているため、回路チップ（３０）は、ケース（１０）のうちオイル（５１）との接触を回避する位置に適切に設けられた形となる。また、ケース（１０）に設けられたリード部材（１２）を介して、センサチップ（２０）と回路チップ（３０）とが適切に電気的に接続される。

ここで、請求項６に記載の発明のように、請求項５に記載の圧力センサにおいては、回路チップ（３０）は、リード部材（１２）とボンディングワイヤ（１３）を介して電気的に接続されているものにできる。

また、請求項７に記載の発明のように、請求項５に記載の圧力センサにおいては、回路チップ（３０）は、リード部材（１２）とバンプ（７０）を介して電気的に接続されているものにできる。

また、請求項８に記載の発明では、請求項５〜請求項７に記載の圧力センサにおいて、回路チップ（３０）および回路チップ（３０）とリード部材（１２）との接続部は、樹脂（６０）によりモールドされていることを特徴としている。

それによれば、回路チップ（３０）および回路チップ（３０）とリード部材（１２）との接続部の適切な保護がなされる。

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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る液封ダイアフラム式の圧力センサ１００の全体概略を示す断面図である。

また、図２は、図１中のセンサチップ２０および回路チップ３０の拡大図であり、図３（ａ）は図１に示される圧力センサ１００におけるセンサチップ２０および回路チップ３０の上面図、図３（ｂ）は同圧力センサ１００における回路チップ３０の上面図、（ｃ）は比較例として従来の圧力センサにおけるセンサチップ２０の上面図である。

［構成等］
ケースとしてのコネクタケース１０は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂を型成形することにより作られ、本例では略円柱状をなしている。この樹脂ケースとしてのコネクタケース１０の一面（図１中、下方側の端面）には、当該一面から凹んだ凹部１１が形成されている。

この凹部１１の内部には、圧力検出用のセンシング部としてのセンサチップ２０が収納されている。このセンサチップ２０は、印加された圧力に応じたレベルの電気信号を発生するものであれば、ピエゾ式、静電容量式など、特に限定されない。

本例のセンサ素子２０は、図２に示されるように、その表面に受圧面としてのダイアフラム２１およびこのダイアフラム２１に形成されたブリッジ回路（図示せず）などを有し、このダイアフラム２１が受けた圧力を電気信号に変換し、この電気信号をセンサ信号として出力する半導体ダイアフラム式のものである。

そして、センサチップ２０は、ガラスよりなるガラス台座２２に陽極接合等により一体化されており、センサチップ２０におけるダイアフラム２１の裏面の凹部とガラス台座２２との間には、気密に封止された真空室２３が形成されている。

さらに、センサチップ２０は、ガラス台座２２を介して回路チップ３０に積層されている。ここでは、図２に示されるように、センサチップ２０と回路チップ３０とは、接着剤や接着シートなどの接着部材２４を介して接合され固定されている。

そして、回路チップ３０は、コネクタケース１０の凹部１１の底部に対して、図１〜図３では図示しない接着剤などを介して接合され固定されている。なお、この回路チップ３０とコネクタケース１０との間の接着剤は、後述する図４（ａ）において、接着剤２５として示されている。

つまり、センサチップ２０と回路チップ３０の積層体が、凹部１１に収納されてケース１０に固定されている。そして、回路チップ３０は、センサチップ２０と凹部１１の底部との間に介在した形でセンサチップ２０と積層されている。

この回路チップ３０は、たとえばシリコン基板等に対してＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等が、周知の半導体プロセスを用いて形成され、これらの素子により回路が形成されているものである。

そして、この回路チップ３０に形成されている回路は、センサチップ２０にて発生した信号の信号処理を行う回路であり、具体的には、センサチップ２０へ電圧を印加したり、センサチップ２０からの電気信号を増幅・調整するなどの信号処理を行う等の機能を有するものである。

また、図２、図３に示されるように、回路チップ３０においては、その中央部の領域３１に上記信号処理を行う回路が配置されている。また、図示しないが、回路チップ３０の表面には、通常の回路チップと同様に、シリコン窒化膜やポリイミド膜などからなる保護膜が形成されており、この保護膜により上記回路は保護されている。

また、本実施形態の回路チップ３０においては、その外周部すなわち上記回路が形成されている領域３１の周辺部に、ワイヤボンド用や検査用のパッド３２が形成されている。このパッド３２は、スパッタなどにより成膜されたアルミニウムなどからなるものであり、上記保護膜から露出している。

また、図２、図３に示されるように、回路チップ３０における上記領域３１は、上記接着部材２４が配置され、その上にセンサチップ２０が積層され配置されるセンサチップ配置領域でもある。つまり、この領域３１に形成されている上記回路は、その上に積層されたセンサチップ２０により覆われて保護された形となっている。

そして、センサチップ２０と、このセンサチップ２０の外周囲に位置する回路チップ３０のパッド３２とは、ボンディングワイヤ１３を介して結線され、それにより両チップ２０、３０は電気的に接続されている。このボンディングワイヤ１３は、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などのワイヤを用いた通常のワイヤボンディング方法により形成することができる。

また、図１に示されるように、本実施形態の圧力センサ１００においては、コネクタケース１０には、センサチップ２０および回路チップ３０と外部の回路等とを電気的に接続するための複数個の金属製棒状のターミナルピン１２が貫通している。

本例では、ターミナルピン１２は黄銅（真鍮）にメッキ処理（例えばＮｉメッキ）を施した材料よりなり、インサートモールドによりコネクタケース１０と一体に成形されることによりコネクタケース１０内にて保持されている。

図１に示されるように、各ターミナルピン１２の一端側（図１中、上方端側）の端部は、センサチップ２０の搭載領域の周囲においてコネクタケース１０の凹部１１に突出し露出している。一方、各ターミナルピン１２の他端側（図１中、下方端側）の端部は、コネクタケース１０の他端側の開口部１５内に突出し露出している。

この凹部１１に露出する各ターミナルピン１２の一端部と回路チップ３０とは、上記両チップ２０、３０を結線するボンディングワイヤ１３と同様のボンディングワイヤ１３により結線されている。それにより、両チップ２０、３０とターミナルピン１２とは電気的に接続されている。

また、図１に示されるように、凹部１１内にはシリコン系樹脂等からなるシール剤１４が設けられており、このシール剤１４によって、凹部１１に突出するターミナルピン１２の根元部とコネクタケース１０との隙間が封止されている。

また、一方、図１において、コネクタケース１０の他端部（図１中、下方側の端部）側は開口部１５となっており、この開口部１５は、ターミナルピン１２の他端側を例えばワイヤハーネス等の外部配線部材（図示せず）を介して外部回路などに電気的に接続するためのコネクタ部となっている。

つまり、開口部１５内に露出する各ターミナルピン１２の他端側は、このコネクタ部によって外部と電気的に接続が可能となっている。こうして、センサチップ２０および回路チップ３０と外部との間の信号の伝達は、ボンディングワイヤ１３およびターミナルピン１２を介して行われるようになっている。

次に、本実施形態の圧力センサ１００においては、図１に示されるように、コネクタケース１０の一端面側の部位すなわち凹部１１側の部位には、圧力導入部材としてのハウジング３０が組み付けられている。

このハウジング４０は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料よりなるものであり、測定対象物からの測定圧力が導入される圧力導入４１と、圧力センサ１００を測定対象物に固定するためのネジ部４２とを有する。

さらに、薄い金属（たとえばＳＵＳ等）製のメタルダイアフラム４４と金属（たとえばＳＵＳ等）製の押さえ部材（リングウェルド）４５とがハウジング４０に全周溶接され、圧力導入孔４１の一端に気密接合されたものとなっている。

このハウジング４０は、図１に示されるように、その端部をコネクタケース１０の一端部にかしめることで、かしめ部４６を形成し、それによって、ハウジング４０とコネクタケース１０とを固定し一体化している。

こうして組み合わせられたコネクタケース１０とハウジング４０とにおいて、コネクタケース１０の凹部１１はメタルダイアフラム４４により閉塞されており、これら凹部１１とメタルダイアフラム４４との間で、圧力検出室５０が構成されている。

この圧力検出室５０には圧力伝達媒体であり封入液であるオイル（フッ素オイル等）５１が充填され封入されている。それにより、この圧力検出室５０は、オイル５１が充填封入されセンサチップ２０が収納されたオイル室として構成されている。

このオイル５１の封入により、凹部１１には両チップ２０、４０およびボンディングワイヤ１３等の電気接続部分を覆うようにオイル５１が充填され、さらに、オイル５１はメタルダイアフラム４４により覆われて封止された形となっている。

このような圧力検出室５０を構成することにより、圧力導入孔４１から導入された圧力は、メタルダイアフラム４４、オイル５１を介して、圧力検出室５０内のセンサチップ２０に印加されることになる。

また、コネクタケース１０のうち圧力検出室５０の外周囲の部位には、環状の溝（Ｏリング溝）５２が形成されており、この溝５２内には、圧力検出室５０を気密封止するためのＯリング５３が配設されている。

このＯリング５３は、たとえばシリコンゴム等の弾性材料よりなり、コネクタケース１０と押さえ部材４５とにより挟まれて押圧されている。こうして、メタルダイアフラム４４とＯリング５３とにより圧力検出室５０が封止され閉塞されている。

このような構成を有する本実施形態の圧力センサ１００における独自の構成は、次のようなものである。

まず、圧力検出用のセンサチップ２０とこのセンサチップ２０からの信号を処理する回路を有する回路チップ３０とを別体のチップとし、ボンディングワイヤ１３を介して電気的に接続している。

さらに、上述したように、回路チップ３０を、センサチップ２０と凹部１１の底部との間に介在した形でセンサチップ２０と積層することにより、回路チップ３０の上にセンサチップ２０が載った形になっている。

そのため、センサチップ２０によって回路チップ３０の表面がオイル５１から保護された形になっており、このような構成により、回路チップ３０、特に回路チップ３０における上記回路が、コネクタケース１０のうちオイル５１との接触を回避する位置に設けられている。

［製造方法等］
次に、上記圧力センサ１００の製造方法について述べる。ターミナルピン１２がインサート成形されたコネクタケース１０を用意する。

コネクタケース１０の凹部１１内に、回路チップ３０およびセンサチップ２０を積層した形で設置するとともに、ワイヤボンディングを行ってボンディングワイヤ１３により両チップ２０、３０およびターミナルピン１２の間を結線する。

そして、凹部１１側を上にしてコネクタケース１０を配置し、コネクタケース１０の上方から、ディスペンサ等によりフッ素オイル等よりなるオイル５１を、凹部１１へ一定量注入する。

続いて、メタルダイアフラム４４および押さえ部材４５が全周溶接され、圧力導入孔４１の一端に気密接合されたハウジング４０を用意し、このハウジング４０を上から水平を保ったまま、コネクタケース１０に嵌合するように降ろす。この状態のものを真空室に入れて真空引きを行い圧力検出室５０内の余分な空気を除去する。

その後、コネクタケース１０とハウジング４０側の押さえ部材４５とが十分接するまで押さえることによって、メタルダイアフラム４４とＯリング５３によってシールされた圧力検出室５０を形成する。

次に、ハウジング４０の端部をコネクタケース１０の一端側にかしめることにより、かしめ部４６を形成する。こうして、ハウジング４０とコネクタケース１０とを一体化することにより、かしめ部４６によるコネクタケース１０とハウジング４０との組み付け固定がなされる。こうして、圧力センサ１００が完成する。

かかる圧力センサ１００の基本的な圧力検出動作について述べる。

圧力センサ１００は、ハウジング４０のネジ部４２を介して、測定対象物の適所に取り付けられる。そして、測定対象物からの測定圧力がハウジング４０の圧力導入孔４１より圧力センサ１００内に導入される。

すると、導入された圧力がメタルダイアフラム４４から圧力検出室５０内のオイル５１を介して、センサチップ２０の表面すなわち受圧面としての上記ダイアフラム２１に印加される。そして、印加された圧力に応じた電気信号がセンサ信号として、センサチップ２０から出力される。

このセンサ信号は、センサチップ２０からボンディングワイヤ１３を介して回路チップ３０へ送られ、ここで信号処理されて、ボンディングワイヤ１３からターミナルピン１２を介して、上記外部回路へ出力される。このようにして、圧力センサ１００における圧力検出が行われる。

［効果等］
ところで、本実施形態によれば、一面に凹部１１を有するケース１０と、凹部１１に収納された圧力検出用のセンサチップ２０と、凹部１１に充填されたオイル５１と、凹部１１を閉塞するメタルダイアフラム４４とを備える圧力センサにおいて、センサチップ２０からの信号を処理する回路を有する回路チップ３０が、ケース１０のうちオイル５１との接触を回避する位置に設けられており、センサチップ２０と回路チップ３０とは電気的に接続されていることを特徴とする圧力センサ１００が提供される。

それによれば、センサチップ２０にて発生した信号の信号処理を行う回路を回路チップ３０として構成して、センサチップ２０とは別チップとするとともに、さらに、この回路チップ３０を、ケース１０におけるオイル５１との接触を回避する位置に設けているため、液封ダイアフラム式の圧力センサ１００において、信号処理用の回路が、オイル５１の分極によって帯電するのを極力防止することができる。

また、本実施形態では、上記図１〜図３に示されるように、回路チップ３０は、センサチップ２０と凹部１１の底部との間に介在した形でセンサチップ２０と積層されていることも特徴の一つである。

それにより、回路チップ３０を、コネクタケース１０のうちオイル５１との接触を回避する位置に適切に設けることができている。

また、本実施形態によれば、このように、センシング部と回路部とを別々のチップとし、回路チップ３０の上にセンサチップ２０を積層するスタック構成を採用することにより、センサチップ２０および回路チップ３０を含めたチップの平面方向のサイズを小型化することができる。

上述したように、従来では、センサチップは、同一チップ内に、印加圧力に応じた電気信号を発生する歪みゲージと当該電気信号の増幅・調整などの信号処理を行う回路部とが形成された集積化センサチップであった。

この従来のセンサチップ２０の平面形状が上記図３（ｃ）に示されている。この従来のセンサチップ２０においては、その中央部に歪みゲージが形成されているダイアフラム２１が設けられ、このダイアフラム２１の周囲部に回路部が形成されている。つまり、従来のセンサチップ２０では、同一のチップ内にセンシング部とともに回路部も形成する分、チップサイズが大きくなる。

そのため、図３（ａ）と図３（ｃ）との比較からわかるように、従来のセンサチップ２０は、本実施形態のセンサチップ２０に比べて平面サイズが大きくなる。その結果、本実施形態によれば、積層された両チップ２０、３０の平面サイズを従来のセンサチップ２０に比べて、小さくすることが可能になる。

また、本実施形態のように、回路チップ３０の上にセンサチップ２０を積層するスタック構成を採用することにより、センサチップ２０および回路チップ３０を含めたチップの平面方向のサイズだけでなく、高さ方向すなわちチップ積層方向のサイズも小型化することができる。

図４は、本実施形態の圧力センサ１００におけるチップの高さ方向の小型化について説明するための断面図であり、（ａ）は本実施形態のチップ構成、（ｂ）は比較例として従来のチップ構成を示す図である。

図４（ｂ）に示されるように、従来においては、コネクタケース１０の上に１層の接着部材２４を介してガラス台座２２、センサチップ２０が順次積層されている。ここで、樹脂よりなるケース１０とその上の構成部品との間の熱膨張係数の差による歪みが、センサチップ２０に加わるのを抑制するために、ガラス台座２２を厚くすることで当該歪みを吸収していた。

それに対して、本実施形態では、図４（ａ）に示されるように、積層方向において、樹脂よりなるケース１０とセンサチップ２０との間には、樹脂よりなる接着部材２４および接着剤２５を２層設けることができる。

そのため、本実施形態においては、上記熱膨張係数の差による歪みを、これらの２つの樹脂層２４、２５によって吸収することが可能になり、その結果として、ガラス台座２２を従来ほどには厚いものにする必要がなくなる。

単純に、従来のサイズのセンサチップ２０およびガラス台座２２を、本実施形態のスタック構造に適用したとすれば、センサチップ２０から回路チップ３０を含めたチップの高さは従来よりも高くなってしまう。

しかし、本実施形態では、ガラス台座を薄くしたり、上述したようにチップ平面サイズを小型化することによるチップ厚さの小型化が可能になるため、従来に比べて、チップの高さ方向のサイズを同等もしくはより小型化することができる。

［変形例］
次に、本第１実施形態の各種の変形例について、図５〜図９を参照して述べる。図５、図６、図７、図８、図９は、それぞれ本実施形態の第１、第２、第３、第４、第５の変形例を示す図である。

図５は、第１の変形例に用いられる回路チップ３０の上面図である。この第１の変形例では、上記図２に示されるスタック構造において、センサチップ２０と回路チップ３０との間に介在してこれら両チップを接続する接着部材として、導電性を有する導電性接合部材２６を採用したものである。

図５では、回路チップ３０の上面すなわちセンサチップ２０が積層される表面に、導電性接合部材２６が配置された状態を示している。なお、以下の各図に示される導電性接合部材２６においても同様であるが、図中、導電性接合部材２６には斜線ハッチングが施してあるが、これは識別のためであり、断面ではない。

この導電性接合部材２６としては、たとえば、銀や銅などの導電性フィラーがエポキシ樹脂などの樹脂に含有されてなる導電性接着剤や、導電性接着シートなどを採用することができる。

また、図５に示される回路チップ３０においては、当該回路チップ３０の上面に形成されているパッド３２の一部が、ＧＮＤ用パッド３２ａとして構成されている。このＧＮＤ用パッド３２ａは、ここに接続されるボンディングワイヤ１３を介して圧力センサ１００におけるＧＮＤ電位となる部位に電気的に接続される。

そして、回路チップ３０の上面において、導電性接合部材２６は、上記図３に示される接着部材２４と同様に、信号処理用の回路が形成されている領域３１の上に配置されているが、さらに、本例では、導電性接合部材２６は、領域３１から大きくはみ出してＧＮＤ用パッド３２ａの一部分の上に重なった状態で配置されている。

このように、本第１の変形例によれば、本実施形態の圧力センサ１００において、積層されたセンサチップ２０と回路チップ３０とは、導電性を有する導電性接合部材２６を介して接合されており、回路チップ３０には、ＧＮＤ電位に設定されるＧＮＤ用パッド３２ａが設けられており、このＧＮＤ用パッド３２ａと導電性接合部材２６とは電気的に接続されていることを特徴とする圧力センサが提供される。

それによれば、回路チップ３０の表面は、導電性接合部材２６を介してＧＮＤ用パッド３２ａに電気的に接続した状態となるため、回路チップ３０の表面電位が安定し、回路チップ３０の帯電がより抑制しやすくなり、好ましい。

図６は、第２の変形例に用いられる回路チップ３０の上面図であり、回路チップ３０の上面すなわちセンサチップ２０が積層される表面に、導電性接合部材２６が配置された状態を示している。本第２の変形例は、上記図５に示される第１の変形例のさらなる変形である。

この図６に示される回路チップ３０においても、当該回路チップ３０の上面に形成されているパッド３２の一部がＧＮＤ用パッド３２ａとして構成されている。

しかしながら、図６においては、信号処理用の回路が形成されている領域３１の上に、導電性接合部材２６の接続用のパッド３２ｂが設けられ、さらに、このパッド３２ｂとＧＮＤ用パッド３２ａとを接続するためのアルミニウムなどからなる配線３２ｃが設けられている。

そして、図６においては、導電性接合部材２６は、導電性接合部材２６の接続用のパッド３２ｂとは重なるが、上記図５とは異なり、ＧＮＤ用パッド３２ａには重ならないように配置されている。

この場合、導電性接合部材２６は、上記パッド３２ｂと電気的に接続されて、上記配線３２ｃ、ＧＮＤ用パッド３２ａ、さらにＧＮＤ用パッド３２ａに接続されるボンディングワイヤ１３を介して、ＧＮＤ電位に設定されることになる。

そして、上記図５に示される第１の変形例と同様に、回路チップ３０の表面は、導電性接合部材２６を介してＧＮＤ用パッド３２ａに電気的に接続した状態となるため、回路チップ３０の表面電位が安定し、回路チップ３０の帯電がより抑制しやすくなる。

図７は、第３の変形例に用いられる回路チップ３０の上面図であり、回路チップ３０の上面すなわちセンサチップ２０が積層される表面に、導電性接合部材２６が配置された状態を示している。本第３の変形例は、上記図５に示される第１の変形例のさらなる変形である。

この図７に示される例においても、上記図５に示される第１の変形例と同様に、回路チップ３０の上面において、導電性接合部材２６は領域３１の上に配置されるとともに、領域３１から大きくはみ出してＧＮＤ用パッド３２ａの一部分の上に重なった状態で配置されている。

ここで、図７に示される回路チップ３０においては、当該回路チップ３０の上面に形成されているパッド３２の一部が、回路チップ３０の内部回路を検査するための検査用パッド３２ｄとして構成されている。

この検査用パッド３２ａは、検査用のプローブなどが宛てられることにより、回路チップ３０の回路を検査するためのもので、検査後は、使用されず、ボンディングワイヤなどは接続されない。

本例では、導電性接合部材２６が上記領域３１を大きくはみ出しているため、この検査用パッド３２ｄの上まで重なって配置されている。この場合、この検査用パッド３２と導電性接合部材２６とが電気的に導通してしまうと、回路チップ３０の回路が機能しなくなってしまう。

そこで、本例では、図７に示されるように、検査用パッド３２ｄの上に樹脂などの絶縁膜３３を形成し、この絶縁膜３３により検査用パッド３２ｄを被覆する。そして、その上に導電性接合部材２６を配置している。そのため、導電性接合部材２６と検査用パッド３２ｄとは絶縁膜３３によって電気的に絶縁され、回路チップ３０の回路は正常に機能することができる。

図８は、第４の変形例に用いられる回路チップ３０の上面図である。図８に示されるように、本例では、回路チップ３０の上面において、センサチップ２０が配置される上記領域３１の周辺部に、トリム抵抗３４が設けられている。

このトリム抵抗３４は、回路チップ３０の回路の抵抗値を調整するための調整用の抵抗であり、たとえば、このトリム抵抗３４をレーザ照射により焼き切ったりすることで、抵抗値を調整するものである。

図８に示される回路チップ３０においては、この上にセンサチップ２０を積層した後であっても、センサチップ２０の周囲にトリム抵抗３４を露出させた状態にすることが可能である。

そのため、センサチップ２０の積層後においても、トリム抵抗３４にレーザ照射を行って抵抗値の調整を行うことができる。なお、抵抗のトリミングを電気トリムで行う場合には、本例のようなトリム抵抗の配置を採用しなくても後調整が可能である。

図９は、第５の変形例としてのセンサチップ２０と回路チップ３０との積層構造を示す概略断面図である。図９に示されるように、センサチップ２０はガラス台座を省略した状態で直接、回路チップ３０の上に積層してもよい。

この場合、センサチップ２０と回路チップ３０とは、たとえば陽極接合などにより接合固定することができる。ここで、両チップ２０、３０を陽極接合する場合、その接合部は、回路チップ３０に形成されている信号処理用の回路部３０ａを避けるようにする。

また、本例では、センサチップ２０におけるダイアフラム２１の裏面の凹部と回路チップ３０との間に、上記真空室２３が形成されるが、この真空室２３は真空ではなく大気圧であってもよい。

本例によれば、ガラス台座を省略しているため、コストダウンや小型化を図ることができる。また、本例によれば、チップの高さ方向において両チップ２０、３０間のワイヤボンディング面が近づくため、ワイヤボンディングが行いやすく、ボンディングの信頼性が向上するという利点もある。

（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態に係る液封ダイアフラム式の圧力センサ２００の全体概略を示す断面図である。

また、図１１（ａ）は、図１０に示される圧力センサ２００における回路チップ３０の拡大図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）中に示されるターミナルピン１２の側面図である。

本実施形態の圧力センサ２００も、センサチップ２０と回路チップ３０とを別体のチップとし、回路チップ３０をコネクタケース１０のうちオイル５１との接触を回避する位置に設けたことは、上記第１実施形態と同様である。

しかし、本実施形態では、図１０に示されるように、回路チップ３０は、コネクタケース１０のうち凹部１１とは別部位に設けられており、コネクタケース１０に設けられたリード部材としてのターミナルピン１２を介して、センサチップ２０と回路チップ３０とが電気的に接続されている。以下、この相違点を中心に述べる。

［構成等］
本圧力センサ２００では、図１０に示されるように、センサチップ２０は、ガラス台座２２を介して、コネクタケース１０の凹部１１の底部に接着剤などを介して接合され固定されている。つまり、本実施形態では、上記図４（ｂ）に示されるような形態でセンサチップ２０が凹部１１内に収納固定されている。

そして、センサチップ２０と凹部１１に露出する各ターミナルピン１２の一端部とが、ボンディングワイヤ１３を介して電気的に接続されている。なお、このようなセンサチップ２０のコネクタケース１０への設置形態および電気的な接続の形態は、上記した特許文献１に記載されている圧力センサと同様である。

また、図１０に示されるように、本例の圧力センサ２００においては、回路チップ３０は、コネクタケース１０の開口部１５内に収納されており、この回路チップ３０は、接着剤などによりコネクタケース１０に接合され固定されている。

そして、回路チップ３０は、コネクタケース１０の開口部１５内に露出するターミナルピン１２の部分に電気的に接続されている。本例では、回路チップ３０と複数本のターミナルピン１２とは、ボンディングワイヤ１３を介して電気的に接続されている。

ここで、図１１に示されるように、コネクタケース１０の開口部１５内に露出する各ターミナルピン１２の部分は、曲げ部１２ａを有した構成となっている。この曲げ部１２ａは、ターミナルピン１２の長手方向から突出し、さらにこの突出部が曲げられた形状をなすものである。

そして、このような曲げ部１２ａを形成することによってボンディングワイヤ１３が接続される面積が曲げ部１２ａにおいて確保されており、この曲げ部１２ａと回路チップ３０との間でワイヤボンディングが行われている。

このように、本例の圧力センサ２００においては、センサチップ２０と回路チップ３０とは、ボンディングワイヤ１３、各ターミナルピン１２、ボンディングワイヤ１３を介して電気的に接続されている。

［製造方法等］
次に、上記図１０に示される圧力センサ２００の製造方法や検出動作について、上記第１実施形態と相違点を中心に述べる。

まず、製造方法を述べる。ターミナルピン１２がインサート成形されたコネクタケース１０を用意する。ここで、コネクタケース１０においては、あらかじめ開口部１５に、回路チップ３０を設置し、ワイヤボンディングを行い、回路チップ３０とターミナルピン１２とを結線しておく。

次に、コネクタケース１０の凹部１１内に、センサチップ２０をガラス台座２２を介して設置するとともに、ワイヤボンディングを行ってボンディングワイヤ１３によりセンサチップ２０とターミナルピン１２との間を結線する。

そして、上記実施形態と同様にして、凹部１１へのオイル５１の注入、メタルダイアフラム４４が接合されたハウジング４０とコネクタケース１０との組み付けおよび圧力検出室５０の形成を行う。

こうして、圧力センサ１００が完成する。なお、コネクタケース１０の開口部１５における回路チップ３０の固定および電気的接続は、ハウジング４０とコネクタケース１０との組み付け後に行ってもよい。

かかる圧力センサ２００の基本的な圧力検出動作は、次の通りである。上記第１実施形態と同様に、圧力導入孔４１より導入された圧力がメタルダイアフラム４４からオイル５１を介して、センサチップ２０の上記ダイアフラム２１に印加されると、センサ信号がセンサチップ２０から出力される。

本実施形態では、このセンサ信号は、センサチップ２０からボンディングワイヤ１３、ターミナルピン１２、ボンディングワイヤ１３を介して回路チップ３０へ送られ、ここで信号処理される。

そして、この処理された信号は、ボンディングワイヤ１３からターミナルピン１２を介して、上記外部回路へ出力される。このようにして、本実施形態では、圧力センサ２００における圧力検出が行われる。

［効果等］
以上のように、本実施形態においても、液封ダイアフラム式の圧力センサにおいて、センサチップ２０からの信号を処理する回路チップ３０が、ケース１０のうちオイル５１との接触を回避する位置に設けられ、センサチップ２０と回路チップ３０とは電気的に接続されていることを特徴とする圧力センサ２００が提供される。

それによれば、上記第１実施形態と同様に、液封ダイアフラム式の圧力センサ２００において、回路チップ３０に設けられた信号処理用の回路が、オイル５１によって帯電するのを極力防止することができる。

特に、図１０に示される圧力センサ２００では、回路チップ３０を、コネクタケース１０のうち凹部１１とは別部位である開口部１５に設け、コネクタケース１０に設けられたリード部材としてのターミナルピン１２を介して、センサチップ２０と回路チップ３０とを電気的に接続している。

それによれば、コネクタケース１０のうちオイル５１が充填されている凹部１１以外の部位に、回路チップ３０が設けられているため、回路チップ３０は、コネクタケース１０のうちオイル５１との接触を回避する位置に適切に設けられた形となる。

また、図１０に示される圧力センサ２００においては、回路チップ３０とリード部材としてのターミナルピン１２とはボンディングワイヤ１３を介して電気的に接続されていることも特徴の一つである。

さらに、図１０に示される圧力センサ２００では、回路チップ３０は、コネクタケース１０の開口部１５に設けられており、圧力センサ２００の完成後においても、当該開口部１５から回路チップ３０が見える形となっている。

そのため、上記図８に示される回路チップ３０のように、この圧力センサ２００においても回路チップ３０に上記トリム抵抗を設けた場合には、ハウジング４０とコネクタケース１０との組み付け後であっても、開口部１５から露出する上記トリム抵抗に対して、レーザ照射による抵抗値調整が可能になる。

［変形例］
次に、本第２実施形態の各種の変形例について、図１２〜図１５を参照して述べる。図１２、図１３、図１４、図１５は、それぞれ本実施形態の第１、第２、第３、第４の変形例を示す図である。

図１２は、第１の変形例としての回路チップ３０の配置形態を示す概略断面図である。図１２においても、上記図１０に示される例と同様に、回路チップ３０をコネクタケース１０の開口部１５に設け、コネクタケース１０に設けられたターミナルピン１２と回路チップ３０とをボンディングワイヤ１３を介して電気的に接続している。

ここにおいて、図１２に示される例では、回路チップ３０、ボンディングワイヤ１３、およびボンディングワイヤ１３と接続されているターミナルピン１２の部分は、樹脂６０によりモールドされ保護されている。この樹脂６０としては、エポキシ系樹脂など、通常のモールド樹脂材料を採用することができる。

つまり、本例によれば、上記図１０に示される圧力センサ２００において、さらに、回路チップ３０および回路チップ３０とリード部材であるターミナルピン１２との接続部が、樹脂６０によりモールドされていることを特徴とする圧力センサが提供される。

それによれば、回路チップ３０および回路チップ３０とリード部材１２との接続部、本例では、回路チップ３０、ボンディングワイヤ１３およびこのボンディングワイヤ１３と各部の接続部が外部から保護されるため、信頼性の向上や耐環境性の向上を適切に図ることができる。

図１３は、第２の変形例としての回路チップ３０の配置形態を示す概略断面図である。図１３においても、上記図１０に示される例と同様に、回路チップ３０をコネクタケース１０の開口部１５に設け、コネクタケース１０に設けられたターミナルピン１２と回路チップ３０とを電気的に接続しているが、本例では回路チップ３０をターミナルピン１２に対してフリップチップ接続している。

すなわち、この図１３に示される例では、回路チップ３０は、リード部材であるターミナルピン１２とバンプ７０を介して電気的に接続されている。このバンプ７０としては、はんだや金などの通常のバンプ材料を採用することができ、パンプ７０は、ターミナルピン１２の上記曲げ部１２ａに接続されている。

図１４は、第３の変形例としての回路チップ３０の配置形態を示す概略断面図である。本例は、上記図１３に示される第２の変形例のさらなる変形例である。

この図１４に示される回路チップ３０の配置形態においても、回路チップ３０は、リード部材であるターミナルピン１２とバンプ７０を介して電気的に接続されている。さらに、本例では、回路チップ３０、バンプ７０、およびバンプ７０と接続されているターミナルピン１２の部分が、樹脂６０によりモールドされ保護されている。

つまり、本例によっても、上記図１０に示される圧力センサ２００において、さらに、回路チップ３０および回路チップ３０とリード部材であるターミナルピン１２との接続部が、樹脂６０によりモールドされていることを特徴とする圧力センサが提供される。

それによれば、回路チップ３０および回路チップ３０とリード部材１２との接続部、本例では、回路チップ３０、バンプ７０およびこのバンプ７０と各部の接続部が外部から保護されるため、信頼性の向上や耐環境性の向上を適切に図ることができる。

図１５は、第４の変形例としての液封ダイアフラム式の圧力センサ２１０の全体概略を示す断面図である。

本例の圧力センサ２１０も、上記図１０に示される圧力センサ２００と同様に、センサチップ２０と回路チップ３０とを別体のチップとし、回路チップ３０をコネクタケース１０のうち凹部１１とは別部位に設けることにより、回路チップ３０をオイル５１との接触を回避する位置に配置している。

ここにおいて、図１５に示される例では、回路チップ３０が設けられるコネクタケース１０の部位を、開口部１５ではなく、コネクタケース１０内に設けられた空洞部１６としている。

そして、この空洞部１６内に回路チップ３０を配設し、ターミナルピン１２とボンディングワイヤ１３を介して電気的な接続を行っている。なお、ボンディングワイヤ１３の代わりに上記バンプ７０を用いてもよい。

この空洞部１６は、コネクタケース１０を分割されたものとすることにより形成することができる。図１５に示されるように、コネクタケース１０は、凹部１１と開口部１５との間で分割されたものとなっている。

具体的には、コネクタケース１０は、凹部１１を有する第１のケース部１０ａと、開口部１５および上記空洞部１６となる凹部を有する第２のケース部１０ｂとに分割されたものであり、これら両ケース部１０ａ、１０ｂが樹脂の溶着や接着などにより、一体に接合されたものとして構成されている。

ここで、ターミナルピン１２は第１のケース部１０ａにはインサート成形されたものである。そして、第２のケース部１０ｂには、開口部１５から空洞部１６へと貫通する貫通穴１０ｃが設けられており、ターミナルピン１２はこの貫通穴１０ｃに挿入された形となっている。

本例の圧力センサ２１０の組み付け方法は、コネクタケース１０の組み付けに特徴点があり、第１のケース部１０ａに回路チップ３０を固定し、ワイヤボンディングやバンプなどにより、回路チップ３０とターミナルピン１２とを電気的に接続する。その後、第１のケース部１０ａと第２のケース部１０ｂとを接合する。

その他の部分については、上記実施形態に示した製造方法に準じて製造していくことにより、本例の圧力センサ２１０を作ることができる。また、この図１５に示される例においても、回路チップ３０および回路チップ３０とリード部材であるターミナルピン１２との接続部が、樹脂６０によりモールドされているものであってもよい。

なお、図１５に示される例では、コネクタケース１０の分割部分は、ハウジング４０のかしめ部４６とコネクタケース１０の開口部１５との中間部に設けているが、コネクタケース１０の分割部分は、メタルダイアフラム４４とかしめ部４６との中間部に設けてもよい。

このようにした場合、コネクタケース１０における両分割部１０ａ、１０ｂの接合部には、かしめ部４６によるかしめの固定力が作用することになる。そのため、両分割部１０ａ、１０ｂの接合強度が向上するという利点がある。

（他の実施形態）
なお、上記各図に示した圧力センサは、本発明の圧力センサの一実施形態を示したものであり、本発明は、これらの図に示される形態に限定されるものではない。

要するに、本発明は、一面に凹部を有するケースと、凹部に収納された圧力検出用のセンサチップと、凹部に充填されたオイルと、凹部を閉塞するメタルダイアフラムとを備える圧力センサにおいて、センサチップからの信号を処理する回路チップを、ケースのうちオイルとの接触を回避する位置に設け、センサチップと回路チップとを電気的に接続されたものにしたことを要部とするものであり、その他の細部については適宜、設計変更等が可能である。

本発明の第１実施形態に係る液封ダイアフラム式の圧力センサの全体概略を示す断面図である。 図１中のセンサチップおよび回路チップの拡大図である。 （ａ）は図１に示される圧力センサにおけるセンサチップおよび回路チップの上面図、（ｂ）は同圧力センサにおける回路チップの上面図、（ｃ）は比較例として従来の圧力センサにおけるセンサチップの上面図である。 上記第１実施形態の圧力センサにおけるチップの高さ方向の小型化について説明するための断面図である。 上記第１実施形態の第１の変形例に用いられる回路チップの上面図である。 上記第１実施形態の第２の変形例に用いられる回路チップの上面図である。 上記第１実施形態の第３の変形例に用いられる回路チップの上面図である。 上記第１実施形態の第４の変形例に用いられる回路チップの上面図である。 上記第１の実施形態の第５の変形例としてのセンサチップと回路チップとの積層構造を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液封ダイアフラム式の圧力センサの全体概略を示す断面図である。 （ａ）は図１０に示される圧力センサにおける回路チップの拡大図であり、（ｂ）は（ａ）中に示されるターミナルピンの側面図である。 上記第２実施形態の第１の変形例としての回路チップの配置形態を示す概略断面図である。 上記第２実施形態の第２の変形例としての回路チップの配置形態を示す概略断面図である。 上記第２実施形態の第３の変形例としての回路チップの配置形態を示す概略断面図である。 上記第２実施形態の第４の変形例としての液封ダイアフラム式の圧力センサの全体概略を示す断面図である。

符号の説明

１０…ケースとしてのコネクタケース、１１…コネクタケースの凹部、
１２…リード部材としてのターミナルピン、１３…ボンディングワイヤ、
２０…センサチップ、２６…導電性接合部材、３０…回路チップ、
３２ａ…ＧＮＤ用パッド、４４…メタルダイアフラム、５１…オイル、
６０…樹脂、７０…バンプ。

Claims (8)

1. 一面に凹部（１１）を有するケース（１０）と、
   前記凹部（１１）に収納された圧力検出用のセンサチップ（２０）と、
   前記凹部（１１）に充填されたオイル（５１）と、
   前記凹部（１１）を閉塞するメタルダイアフラム（４４）とを備える圧力センサにおいて、
   前記センサチップ（２０）からの信号を処理する回路チップ（３０）が、前記ケース（１０）のうち前記オイル（５１）との接触を回避する位置に設けられており、
   前記センサチップ（２０）と前記回路チップ（３０）とは電気的に接続されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記回路チップ（３０）は、前記センサチップ（２０）と前記凹部（１１）の底部との間に介在した形で前記センサチップ（２０）と積層されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 積層された前記センサチップ（２０）と前記回路チップ（３０）とは、導電性を有する導電性接合部材（２６）を介して接合されており、
   前記回路チップ（３０）には、ＧＮＤ電位に設定されるＧＮＤ用パッド（３２ａ）が設けられており、
   このＧＮＤ用パッド（３２ａ）と前記導電性接合部材（２６）とは電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 積層された前記センサチップ（２０）と前記回路チップ（３０）とは、ボンディングワイヤ（１３）により電気的に接続されていることを特徴とする請求項２または３に記載の圧力センサ。
5. 前記回路チップ（３０）は、前記ケース（１０）のうち前記凹部（１１）とは別部位に設けられており、
   前記ケース（１０）に設けられた前記リード部材（１２）を介して、前記センサチップ（２０）と前記回路チップ（３０）とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
6. 前記回路チップ（３０）は、前記リード部材（１２）とボンディングワイヤ（１３）を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
7. 前記回路チップ（３０）は、前記リード部材（１２）とバンプ（７０）を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
8. 前記回路チップ（３０）および前記回路チップ（３０）と前記リード部材（１２）との接続部は、樹脂（６０）によりモールドされていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の圧力センサ。

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