JP2008026080A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージの強度を保ったまま薄型化を図ることのできる圧力センサを提供する。
【解決手段】空気などの気体の圧力を検知するセンサチップ１と、一面が開口した偏平な矩形箱状に形成されたパッケージ２と、パッケージ２の開口面を覆う蓋体３とを備え、外部からの空気をパッケージ２内部に導入するための導入孔４が蓋体３の四隅に設けられ、蓋体３と対向するパッケージ２の底部に設けられた凹部２０にセンサチップ１を配設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気などの気体の圧力を検知する圧力センサに関する。

従来から、空気などの気体の圧力を検知する圧力センサが提供されており、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。この圧力センサは、シリコンから成る半導体基板、半導体基板の一方の面に設けられる薄肉のダイヤフラム、半導体基板の一方の面に設けられてダイヤフラムの撓み量に応じて抵抗値を変化させるピエゾ抵抗で構成されるセンサチップと、半導体基板の他方の面に接合されて外部の気体を導入するための導入孔が貫設された第一の台座と、半導体基板の一方の面に接合されてセンサチップの電極と相対する位置を基端として貫設された貫通孔に導電性材料を充填してなる配線及び配線の先端に設けられた微小導電突起を有する第二の台座とを備えたものであって、微小導電突起を介して外部の回路基板に実装される。上記のように構成された圧力センサは、導入孔より流入する気体の圧力に応じてダイヤフラムが撓み、ダイヤフラムの撓みに応じてピエゾ抵抗の抵抗値が変化する。このピエゾ抵抗の抵抗値の変化から気体の圧力を検知することができる。また、上記の圧力センサは、センサチップに第二の台座を設けることにより回路基板とセンサチップとの距離を長くして応力の伝達距離を長くすることで、センサチップでの応力の影響、即ちダイヤフラムが応力を受けることによる圧力検知特性の劣化を抑制して圧力感度を向上している。
特開２００５−９１１６６号公報

しかしながら、上記従来例では、第一の台座と第二の台座とでセンサチップを挟む形でセンサが形成されているため、センサの厚み方向の寸法が大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、パッケージの強度を保ったまま薄型化を図ることのできる圧力センサを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、空気などの気体の圧力を検知するセンサチップと、一面が開口された箱体から成りセンサチップを収納するパッケージと、パッケージの開口面を覆う蓋体とを備え、外部からの気体をパッケージ内部に導入するための導入孔が蓋体に設けられ、蓋体と対向するパッケージの底部に設けられた凹部にセンサチップが配設されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、導入孔は、蓋体からパッケージの底部に向かう方向から見てセンサチップと重ならない位置に設けられることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、蓋体は矩形状であって、導入孔は、蓋体の四隅をそれぞれ切り欠いて設けられることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項の発明において、パッケージはセラミックから成ることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか１項の発明において、蓋体はパッケージの開口面に接着されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、センサチップを凹部に配設することで凹部の深さの分だけパッケージの厚み方向の寸法を短くすることができ、したがってパッケージの強度を保ったままセンサの薄型化を図ることができる。

請求項２の発明によれば、導入孔を通して外部からパッケージ内部に入射する光がセンサチップに当たることがないので、半導体技術で形成されたセンサチップにおける光起電力の発生を防止することができる。

請求項３の発明によれば、四隅の何れの導入孔も用いることができるので、センサを基板に実装する際に導入孔の位置に応じて実装方向を定める必要が無く、したがって実装が容易となる。

請求項４の発明によれば、樹脂材料から成るパッケージと比較して剛性を高めることができるので、パッケージの強度を保ったまま凹部をより窪ませることが可能となり、したがってセンサの薄型化を図ることができる。

請求項５の発明によれば、一般的に用いられるシーム溶接と比較して蓋体取付時にセンサチップにかかる応力を小さくすることができ、したがって応力による圧力検出の特性変化を小さくすることができる。また、シーム溶接の際に用いられるリング状の溶接用の金属部材をパッケージの開口周縁に配設する必要がないため、コストを削減できるとともにセンサの薄型化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。但し、以下の説明では、図１（ｂ）における上下左右を上下左右方向と定める。本実施形態は、図１（ｂ）に示すように、空気などの気体の圧力を検知するセンサチップ１と、一面が開口した偏平な矩形箱状に形成されたパッケージ２と、パッケージ２の開口面を覆う蓋体３とから成る。

センサチップ１は、図２に示すように、略矩形状のシリコン基板から成り、略中央において半導体微細加工技術によって薄膜状に形成されたダイヤフラム１０と、ダイヤフラム１０の周囲に厚肉に形成された枠部１１とを有する。ダイヤフラム１０の上面には４つのピエゾ抵抗（図示せず）が形成されており、これらピエゾ抵抗は、図示しない拡散配線によってブリッジ接続され、枠部１１上面に設けられた複数（図示では４つ）の金属製のパッド１４と各々接続されている。パッド１４は、一部は後述する処理部５に設けられたパッド５０とボンディングワイヤ７を介して直接接続され、残りのパッド１４は後述する端子部６とボンディングワイヤ７でそれぞれ接続され、該端子部６とパッド５０とをボンディングワイヤ７でそれぞれ接続することでパッド１４とパッド５０とが間接的に接続される。而して、後述する導入孔４からパッケージ２内部に流入する外部からの空気の圧力によってダイヤフラム１０が撓むとピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に応じたピエゾ抵抗から成るブリッジ回路の出力信号をパッド１４、パッド５０、並びに端子部６を介して処理部５に出力する。

枠部１１下面には、センサチップ１と略同等の大きさに形成された台座１２が例えば陽極接合等により固着されている。台座１２は、例えば耐熱ガラスから形成され、該台座１２とダイヤフラム１０及び枠部１１に囲まれた空間は、外部から導入される空気の圧力との比較のための圧力基準室１３として真空状態になっている。

パッケージ２は、セラミックの多層基板にて形成された略四角箱状の成形体で、上面が略矩形状に開口している。パッケージ２内部における左側の下底部には、下方向に所定の深さだけ窪んだ略直方体状の凹部２０が形成されている。この凹部２０は、底面がセンサチップ１の底面よりも大きい面積で形成され、該凹部２０の内底面に台座１２が例えば陽極接合等によって固着されることでセンサチップ１及び台座１２が凹部２０内側に配設される。ここで、凹部２０の上下方向における深さは、パッケージ２の強度に影響を及ぼさない程度にできる限り深いことが望ましい。

パッケージ２内部における右側の下底部には、センサチップ１からの電気信号を処理する処理部５が配設されている。処理部５は、略矩形状のＩＣチップから成り、ピエゾ抵抗から成るブリッジ回路の出力信号を増幅する増幅回路及び該増幅回路の出力を調整する調整抵抗等により構成される信号処理回路を形成している。この信号処理回路において、ピエゾ抵抗から成るブリッジ回路の出力信号に適宜処理を施して後述する外部の基板へ出力する。

尚、パッケージ２を構成するセラミック多層基板は、複数枚のセラミックグリーンシート（図示せず）の所定位置にビアホール（図示せず）をパンチング加工した後、各グリーンシートのビアホール内にメタルマスク（図示せず）を用いて印刷タイプの導電性ビアペースト（図示せず）を充填し、次に各グリーンシートの表面に導電性ペースト（図示せず）をスクリーン印刷し配線パターンを作製し、その後各グリーンシートを積層して加熱圧着し、これを焼成して形成されるものである。セラミック多層基板で形成されたパッケージ２は、合成樹脂材料で形成される場合と比較してパッケージ２の強度を高めることができるので、凹部２０の上下方向における深さを更に深くすることができる。したがって、センサチップ１及び台座１２を凹部２０に配設した際にセンサチップ１の凹部２０からの突出量を抑えることができるため、センサの更なる薄型化を図ることができる。

パッケージ２上面の開口周縁及び下面の周縁には、それぞれ銀やニッケル等のメッキから成る複数の端子部６が設けられている。パッケージ２上面に設けられた端子部６は、センサチップ１のパッド１４及び処理部５のパッド５０とボンディングワイヤ７で接続されている（図２参照）。また、パッケージ２下面に設けられた端子部６は、外部の基板（図示せず）にセンサを表面実装する際に外部の基板に設けられた回路パターンと物理的且つ電気的に接続される。而して、処理部５で処理された電気信号が外部の基板に設けられた回路に出力されるようになっている。

蓋体３は、図１（ａ）に示すように、例えばアルミニウム等の金属から略矩形状に形成され、四隅にはそれぞれ略四分の一円状に切り欠いて形成された切り欠き３０が設けられている。これらの切り欠き３０は、それぞれ蓋体３がパッケージ２の上面に取り付けられた際に外部からの空気をパッケージ２内部に導入するための導入孔４となる。このように導入孔４を蓋体３の四隅に設けることで、センサを外部の基板に実装する際に導入孔４の位置に応じて実装方向を選ぶ必要が無く、実装が容易となる。また、センサチップ１は、センサを上から見た時にセンサチップ１が導入孔４から見えないようにパッケージ２の凹部２０に配設されることが望ましい。このようにセンサチップ１を配設することで、導入孔４を介して外部からパッケージ２内部に入射する光がセンサチップ１に当たるのを防ぐことができ、半導体技術で形成されたセンサチップ１において光起電力が発生して誤動作するのを防止することができる。

ところで、本実施形態では、耐熱性のある樹脂材料で接着することで蓋体３をパッケージ２に取り付けている。一般に、蓋体３をパッケージ２に取り付ける際には、パッケージ２の開口周縁にリング状の溶接用の金属部材を載置し、シーム溶接によって溶接することで行うが、溶接時にセンサチップ１に応力がかかってしまいセンサチップ１の圧力検出の特性が変化する虞があった。これに対して、本実施形態のように蓋体３とパッケージ２とを樹脂材料で接着することでセンサチップ１にかかる応力を小さくすることができ、したがってセンサチップ１の圧力検出の特性が変化するのを防止することができる。更に、溶接用の金属部材を載置する必要が無いので、コストの削減とともにセンサの薄型化を図ることができる。

上述のように、パッケージ２下底部に設けられた凹部２０にセンサチップ１を配設したので、凹部２０の深さの分だけパッケージ２の上下方向における寸法を短くすることができ、したがってパッケージ２の強度を保ったままセンサの薄型化を図ることができる。

尚、本実施形態ではピエゾ型のセンサチップを用いた圧力センサを例示しているが、本発明の技術思想は静電容量型のセンサチップ等の他の構成のセンサチップを用いた圧力センサにも適用することができる。

本発明の実施形態の圧力センサを示す図で、（ａ）は断面図で、（ｂ）は上面図である。 同上の蓋体を外した状態を示す正面図である。 同上のパッケージを示す図で、（ａ）は側面図で、（ｂ）は裏面図である。

符号の説明

１ センサチップ
２ パッケージ
２０ 凹部
３ 蓋体
４ 導入孔

Claims (5)

1. 空気などの気体の圧力を検知するセンサチップと、一面が開口された箱体から成りセンサチップを収納するパッケージと、パッケージの開口面を覆う蓋体とを備え、外部からの気体をパッケージ内部に導入するための導入孔が蓋体に設けられ、蓋体と対向するパッケージの底部に設けられた凹部にセンサチップが配設されることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記導入孔は、蓋体からパッケージの底部に向かう方向から見てセンサチップと重ならない位置に設けられることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
3. 前記蓋体は矩形状であって、導入孔は、蓋体の四隅をそれぞれ切り欠いて設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。
4. 前記パッケージはセラミックから成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の圧力センサ。
5. 前記蓋体はパッケージの開口面に接着されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の圧力センサ。
   
   

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