JP2008082903A - Sensor module - Google Patents

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雄一 内藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor module having a constitution for achieving miniaturization and allowing protection of a diaphragm part of a sensor element. <P>SOLUTION: The sensor element 1 and an IC chip 2 are mounted and arranged on a mounting substrate 3 made of glass epoxy resin or ceramics. The sensor element 1 has a shape having a recessed part 1b and a cross section of a U shape. The sensor element 1 is made of a semiconductor substrate (silicon substrate), and the diaphragm part 1a having a thin structure is formed and the recessed part 1b is formed by etching one main surface of the semiconductor substrate. The IC chip 2 is arranged in the space (recessed part 1b) formed of the recessed part 1b of the sensor element 1 and the mounting substrate 3, and flip-chip-mounted on the mounting substrate 3. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、センサモジュールに関するものである。   The present invention relates to a sensor module.

半導体基板(シリコン基板)の一主表面をエッチングすることにより、薄肉構造のダイヤフラム部を形成してセンサ素子を構成し、前記ダイヤフラム部の面に、撓みにより抵抗値が変化するピエゾ抵抗や金属からなる電極を形成して、外部からの圧力等によるダイヤフラム部の変位や撓み量を、抵抗値の変化や静電容量の変化として検知するセンサモジュールが知られている。   By etching one main surface of a semiconductor substrate (silicon substrate), a diaphragm portion having a thin structure is formed to constitute a sensor element. From the surface of the diaphragm portion, a piezoresistor whose resistance value changes due to bending or metal There is known a sensor module that forms an electrode to detect displacement or deflection of a diaphragm portion due to external pressure or the like as a change in resistance value or a change in capacitance.

図8は従来技術によるセンサモジュールの構成を示す断面図である。図8に示すセンサモジュールは、圧力を測定する半導体圧力センサモジュールである。16はボディ部であり、チップ搭載面16aに対して、半導体圧力センサ部17は、ダイヤフラム部17aが圧力導入孔16bからの圧力を受けて変位するように圧力導入孔16bを取り囲む形で搭載されている。前記半導体圧力センサ部17の上面には、信号処理用のIC部18が搭載されており、さらに前記IC部18の上面には、前記半導体圧力センサ部17の特性補正を行うトリミング機能を有したROM搭載部19が搭載されてた構成である。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a sensor module according to the prior art. The sensor module shown in FIG. 8 is a semiconductor pressure sensor module that measures pressure. Reference numeral 16 denotes a body portion, and the semiconductor pressure sensor portion 17 is mounted on the chip mounting surface 16a so as to surround the pressure introduction hole 16b so that the diaphragm portion 17a is displaced by receiving pressure from the pressure introduction hole 16b. ing. An IC unit 18 for signal processing is mounted on the upper surface of the semiconductor pressure sensor unit 17, and further, a trimming function for correcting characteristics of the semiconductor pressure sensor unit 17 is provided on the upper surface of the IC unit 18. The ROM mounting unit 19 is mounted.

IC部18の上下の両面には、金属からなる電極(不図示)及び電極と電気的接触がなされる配線パターン(不図示)が形成され、上下面を電気的に接続する貫通配線20が設けられている。   On both the upper and lower surfaces of the IC portion 18 are formed metal electrodes (not shown) and wiring patterns (not shown) that are in electrical contact with the electrodes, and through wirings 20 that electrically connect the upper and lower surfaces are provided. It has been.

半導体圧力センサ部17の電極(不図示)とIC部18の貫通配線20とは、バンプ21aにより電気的に接続されている。また、IC部18の配線パターン(不図示)とROM搭載部19の電極(不図示)とは、バンプ21bにより電気的に接続されており、半導体圧力センサ部17とIC部18とROM搭載部19との電気的な接続が行われている。IC部18の電極(不図示)と配線パターン22とは、バンプ21cとTAB(TAPE AUTOMATED BONDING)23により電気的に接続されている。   An electrode (not shown) of the semiconductor pressure sensor unit 17 and the through wiring 20 of the IC unit 18 are electrically connected by a bump 21a. Further, the wiring pattern (not shown) of the IC part 18 and the electrode (not shown) of the ROM mounting part 19 are electrically connected by the bump 21b, and the semiconductor pressure sensor part 17, the IC part 18 and the ROM mounting part. Electrical connection with 19 is made. An electrode (not shown) of the IC unit 18 and the wiring pattern 22 are electrically connected by a bump 21 c and a TAB (TAPE AUTOMATED BONDING) 23.

係る半導体圧力センサモジュールにあっては、半導体圧力センサ部17上に、IC部18とROM搭載部19を立体的に配置した構成である。   The semiconductor pressure sensor module has a configuration in which the IC portion 18 and the ROM mounting portion 19 are three-dimensionally arranged on the semiconductor pressure sensor portion 17.

また、図示しないが、センサモージュールの構成部品となる前記IC部18や前記ROM搭載部19等の電子部品を、前記半導体圧力センサ部17のチップ搭載面16a上に隣接して実装配置する形態も、ごく一般的に用いられている。   Further, although not shown, the electronic parts such as the IC part 18 and the ROM mounting part 19 that are components of the sensor module are mounted and disposed adjacent to the chip mounting surface 16a of the semiconductor pressure sensor part 17. Are also very commonly used.

前述の構成の半導体圧力センサモジュールは、例えば、特許文献1により開示されている。   The semiconductor pressure sensor module having the above-described configuration is disclosed, for example, in Patent Document 1.

特開2002−168716号公報JP 2002-168716 A

前記したセンサモジュールは、携帯端末等にも多く用いられており、当該携帯端末の小型化に伴い、それに搭載されるセンサモジュール等の部品に対する小型化要求も強まっている。しかしながら、前記センサモジュールは、センサ素子とその他ICチップ部品によって構成されるもので、ICチップの実装領域を確保する必要がある。   The sensor modules described above are often used in mobile terminals and the like, and with the miniaturization of the mobile terminals, there is an increasing demand for miniaturization of components such as sensor modules mounted thereon. However, the sensor module is composed of a sensor element and other IC chip components, and it is necessary to secure a mounting area for the IC chip.

前記センサモジュールでは、ICチップ等の部品をセンサ素子上に積層配置しているため、モジュール高さが増してしまい薄型化に対して不利である。また、同一搭載面にセンサ素子と隣接して実装した場合は、センサ素子及びICチップ両者の実装領域が必要となり実装面積が拡大してしまう。いずれの実装形態をにおいても、薄型、小型化に対しては不利な構成である。   In the sensor module, since components such as an IC chip are stacked on the sensor element, the height of the module increases, which is disadvantageous for thinning. Further, when mounting on the same mounting surface adjacent to the sensor element, a mounting area for both the sensor element and the IC chip is required, and the mounting area is enlarged. Any of the mounting forms is disadvantageous for thinning and miniaturization.

また、前記センサ素子は薄肉構造のダイアフラム部の変位、撓みをもって検出動作させるため、ダイアフラム部にクラック等の機械的ダメージを与えてしまう可能性がある。したがって、ダイアフラム部の保護が必要となる。しかしながら、従来構成のセンサモジュールにおいては、その目的を達成すべき構成が確立されていない。   In addition, since the sensor element performs a detection operation with displacement and deflection of the thin-walled diaphragm portion, there is a possibility that the diaphragm portion may be mechanically damaged such as a crack. Therefore, it is necessary to protect the diaphragm portion. However, the sensor module having the conventional configuration has not yet been configured to achieve the object.

そこで、本発明は、前記問題点に鑑み、小型化を実現すると共に、センサ素子のダイアフラム部を保護できる構成のセンサモジュールを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sensor module having a configuration capable of realizing downsizing and protecting a diaphragm portion of a sensor element.

少なくとも、ダイアフラム部を有するセンサ素子と、信号処理用のICチップと、前記センサ素子及び前記ICチップを搭載する基板で構成され、前記センサ素子の前記ダイアフラム部の撓み量を電気的に検出するセンサモジュールであって、
前記ICチップは、前記センサ素子のダイアフラム部と前記基板との対向部間に形成される空間内に配置され成るセンサモジュールとする。
A sensor that includes at least a sensor element having a diaphragm part, an IC chip for signal processing, and a substrate on which the sensor element and the IC chip are mounted, and that electrically detects the amount of deflection of the diaphragm part of the sensor element. A module,
The IC chip is a sensor module that is disposed in a space formed between the diaphragm portion of the sensor element and the facing portion of the substrate.

前記センサ素子は凹部を有する断面コ字形状を成し、前記ICチップが配置される空間は、前記センサ素子の凹部と前記基板によって形成された空間であるセンサモジュールとする。   The sensor element has a U-shaped cross section having a recess, and a space in which the IC chip is disposed is a sensor module formed by the recess of the sensor element and the substrate.

前記センサ素子は薄板形状を成し、当該センサ素子が搭載される前記基板の、前記センサ素子のダイアフラム部との対向部位には凹部が形成されており、前記ICチップが配置される空間は、前記センサ素子と前記基板の凹部によって形成された空間であるセンサモジュールとする。   The sensor element has a thin plate shape, a concave portion is formed in a portion of the substrate on which the sensor element is mounted facing the diaphragm portion of the sensor element, and a space in which the IC chip is disposed is The sensor module is a space formed by the sensor element and the concave portion of the substrate.

前記空間内には、前記センサ素子のダイアフラム部の撓み量を規制するためのストッパー部材が設けられているセンサモジュールとする。   In the space, the sensor module is provided with a stopper member for restricting the amount of deflection of the diaphragm portion of the sensor element.

前記ストッパー部材が、前記ICチップと前記基板を電気的に接続するワイヤーであるセンサモジュールとする。   The stopper member is a sensor module that is a wire that electrically connects the IC chip and the substrate.

前記ストッパー部材が、前記ICチップを保護するために充填された保護樹脂であるセンサモジュールとする。   The stopper member is a sensor module that is a protective resin filled to protect the IC chip.

前記保護樹脂は、シリコン系樹脂であるセンサモジュールとする。   The protective resin is a sensor module made of silicon resin.

前記ICチップを、前記センサ素子のダイアフラム部と前記基板との対向部間に形成される空間内に配置したことにより、実装面積が最小限に抑えられるのでセンサモジュールが小型化できる。   By disposing the IC chip in a space formed between the diaphragm portion of the sensor element and the substrate, the mounting area can be minimized, and the sensor module can be miniaturized.

さらに、前記空間内には、前記センサ素子のダイアフラム部の撓み量を規制するためのストッパー部材を設けたことにより、ダイアフラム部の撓み量を一定の位置に規制でき、ダイアフラム部の極度な変位、変形を抑えることができるので前記ダイアフラムの保護が可能になる。   Furthermore, in the space, by providing a stopper member for restricting the amount of deflection of the diaphragm portion of the sensor element, the amount of deflection of the diaphragm portion can be restricted to a fixed position, and the diaphragm portion can be extremely displaced, Since the deformation can be suppressed, the diaphragm can be protected.

また、前記ストッパー部材は、前記ICチップと前記基板を電気的に接続するワイヤーや、前記ICチップを保護するために充填された保護樹脂でその機能を兼用する構成にすれば、前記ストッパー部を別部材として用いる必要がなく容易にダイアフラムの保護目的が達成でき、コスト面でも優位な構成になる。   In addition, the stopper member can be configured such that a wire that electrically connects the IC chip and the substrate or a protective resin filled to protect the IC chip can also serve as the stopper member. There is no need to use it as a separate member, and the purpose of protecting the diaphragm can be easily achieved, resulting in an advantageous configuration in terms of cost.

少なくとも、ダイアフラム部を有するセンサ素子と、信号処理用のICチップと、前記センサ素子及び前記ICチップを搭載する基板で構成され、前記ダイアフラムの撓み量を電気的に検出するセンサモジュールであって、前記ICチップを、前記センサ素子のダイアフラム部と前記基板との対向部間に形成される空間内に配置した構成とする。該構成によって、センサ素子とICチップの実装面積を最小限にし、薄型・小型化したセンサモジュールを実現する。   A sensor module comprising at least a sensor element having a diaphragm portion, an IC chip for signal processing, and a substrate on which the sensor element and the IC chip are mounted, and electrically detecting a deflection amount of the diaphragm; The IC chip is arranged in a space formed between opposing portions of the diaphragm portion of the sensor element and the substrate. With this configuration, the mounting area of the sensor element and the IC chip is minimized, and a thin and small sensor module is realized.

図1は、本発明の第1実施形態を示すセンサモジュールの断面図である。1はセンサ素子、2は信号処理用のICチップである。前記センサ素子1及びICチップ2は、ガラスエポキシ樹脂やセラミックスからなる実装基板3上に実装配置される形態である。前記センサ素子1は凹部1bを有する断面コ字形状を成している。前記センサ素子1は半導体基板(シリコン基板)からなり、前記半導体基板の一主表面をエッチングすることにより、薄肉構造のダイヤフラム部1aを形成すると共に、凹部1bを形成している。前記ICチップ2は、前記センサ素子1の凹部1bと前記実装基板3によって形成された空間(凹部1b)内に配置される形態で、前記実装基板3上にフリップチップ実装されている。尚、4は金又はアルミニウムからなるワイヤーで、センサ素子1上のパッド部(不図示)と実装基板3上の配線パターン(不図示)とを接続し、信号ラインを形成している。当該構成によるセンサモジュールによれば、前記ICチップ2をセンサ素子1の凹部1b内部に配置する構成となるので、従来技術に示したようなセンサ素子上にICチップ部品を積層、若しくは実装基板の同一面上にセンサ素子と隣接するようにしてICチップ部品を配置搭載しないので、薄型化、小型化が可能となる。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a sensor module showing a first embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a sensor element, and 2 denotes an IC chip for signal processing. The sensor element 1 and the IC chip 2 are mounted on a mounting substrate 3 made of glass epoxy resin or ceramics. The sensor element 1 has a U-shaped cross section having a recess 1b. The sensor element 1 is made of a semiconductor substrate (silicon substrate), and by etching one main surface of the semiconductor substrate, a diaphragm portion 1a having a thin structure is formed and a concave portion 1b is formed. The IC chip 2 is flip-chip mounted on the mounting substrate 3 so as to be disposed in a space (recessed portion 1 b) formed by the recess 1 b of the sensor element 1 and the mounting substrate 3. Reference numeral 4 denotes a wire made of gold or aluminum, which connects a pad portion (not shown) on the sensor element 1 and a wiring pattern (not shown) on the mounting substrate 3 to form a signal line. According to the sensor module having this configuration, the IC chip 2 is arranged inside the recess 1b of the sensor element 1, so that an IC chip component is stacked on the sensor element as shown in the prior art or mounted on the mounting substrate. Since IC chip components are not arranged and mounted on the same surface so as to be adjacent to the sensor element, it is possible to reduce the thickness and size.

ところで、本発明のセンサモジュールは、外部からの圧力等によって生ずるセンサ素子1のダイアフラム部1aの変位、撓み量を、前記ダイヤフラム部1aの表面に形成した、ピエゾ抵抗や金属からなる電極を介して、抵抗値の変化や静電容量の変化として電気的に検知するものである。本発明のセンサモジュールを、例えば、圧力を測定する圧力センサとして用いる場合には、図1に示す矢印方向からの圧力を受ける構成となる。この場合、前記ダイアフラム部1aは、前記センサ素子1の凹部1b内部に配置されたICチップ側へ撓みを生じることとなる。前記ダイアフラム部1aは薄肉構造であるため極度の撓みに対して機械的に脆い部分である。また、前記ダイアフラム部1aの撓み方向、つまり前記センサ素子1の凹部1b側にはICチップ2が配置されているため、前記ダイアフラム部1aの撓みによるICチップ2への接触は、両者の機械的、電気的な破壊を招く虞れがあるためこのような状況は避けなければならない。そこで、前記センサ素子1の凹部1b空間内に、前記センサ素子1のダイアフラム部1aの撓み量を規制するためのストッパー部材を形成すると良い。以下に、前記ストッパー部材を設けた本発明のセンサモジュールを説明する。   By the way, the sensor module of the present invention detects displacement and deflection of the diaphragm portion 1a of the sensor element 1 caused by external pressure or the like through an electrode made of piezoresistor or metal formed on the surface of the diaphragm portion 1a. This is electrically detected as a change in resistance value or a change in capacitance. When the sensor module of the present invention is used as, for example, a pressure sensor for measuring pressure, the pressure from the arrow direction shown in FIG. 1 is received. In this case, the diaphragm portion 1a is bent toward the IC chip disposed inside the concave portion 1b of the sensor element 1. Since the diaphragm 1a has a thin-walled structure, it is a mechanically fragile part with respect to extreme bending. In addition, since the IC chip 2 is disposed in the bending direction of the diaphragm portion 1a, that is, on the concave portion 1b side of the sensor element 1, the contact with the IC chip 2 due to the bending of the diaphragm portion 1a is mechanically This situation must be avoided because it may cause electrical breakdown. Therefore, a stopper member for regulating the amount of deflection of the diaphragm portion 1a of the sensor element 1 may be formed in the recess 1b space of the sensor element 1. Below, the sensor module of this invention which provided the said stopper member is demonstrated.

図2は、本発明の第1実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの断面図である。本図において、センサ素子1のダイアフラム部1aは、図2中の矢印方向からの圧力を受け、撓んだ状態を示している。5は前記ダイアフラム部1aの撓み量を規制するためのストッパー部材である。当該ストッパー部材5は、絶縁性の樹脂で形成された枠状体であり、ICチップ2の外周を取囲むようにして配置されている。該構成によれば、前記ストッパー部材5の上端部が前記ダイアフラム部1aの撓みに対する規制位置となり、それ以上の撓みを制限することとなるので、前記ダイアフラム部1aの機械的ダメージを防止できる。また、ICチップ2への接触を防止できるので、両者の機械的、電気的破壊を防止できる。尚、前記ダイアフラム部1aの撓みに対する規制位置は、前記ストッパー部材の高さを調整することにより任意に設定することが可能である。また、前記ストッパー部材5は、枠状に限定されるものではなく、ポール状に形成したものを少なくとも2本用い、前記ICチップ2の外周位置で、各辺の中央若しくは隅部の位置に対向配置する構成でも良い。   FIG. 2 is a cross-sectional view of a sensor module provided with a stopper member in the first embodiment of the present invention. In this figure, the diaphragm part 1a of the sensor element 1 receives the pressure from the arrow direction in FIG. Reference numeral 5 denotes a stopper member for regulating the amount of deflection of the diaphragm portion 1a. The stopper member 5 is a frame-like body formed of an insulating resin, and is disposed so as to surround the outer periphery of the IC chip 2. According to this structure, since the upper end part of the said stopper member 5 becomes a control position with respect to the bending of the said diaphragm part 1a, and the bending beyond it will be restrict | limited, the mechanical damage of the said diaphragm part 1a can be prevented. Further, since contact with the IC chip 2 can be prevented, mechanical and electrical destruction of both can be prevented. In addition, the restriction position with respect to the bending of the diaphragm portion 1a can be arbitrarily set by adjusting the height of the stopper member. Further, the stopper member 5 is not limited to a frame shape, and at least two pieces formed in a pole shape are used so as to face the center or corner position of each side at the outer peripheral position of the IC chip 2. The arrangement may be arranged.

図3は、本発明の第1実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図である。センサ素子1のダイアフラム部1aは、図3中の矢印方向からの圧力を受け、撓んだ状態を示している。6はICチップ2を保護するために充填された保護樹脂である。当該保護樹脂6を設けることにより、保護樹脂6の表面部が、前記ダイアフラム部1aの撓みに対する規制位置となりストッパーとしての役割をなし、それ以上の撓みを制限することとなる。よって、前記ダイアフラム部1aの機械的ダメージを防止できる。また、ICチップ2への直接の接触を防止できるので、両者の機械的、電気的破壊を防止できる。さらに、前記保護樹脂に、硬化後においても軟らかいシリコン系樹脂を採用することで緩衝作用が向上する。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of a sensor module provided with a stopper member in the first embodiment of the present invention. The diaphragm portion 1a of the sensor element 1 receives a pressure from the arrow direction in FIG. Reference numeral 6 denotes a protective resin filled to protect the IC chip 2. By providing the protective resin 6, the surface portion of the protective resin 6 becomes a restriction position for the bending of the diaphragm portion 1 a, serves as a stopper, and restricts further bending. Therefore, mechanical damage to the diaphragm 1a can be prevented. Further, since direct contact with the IC chip 2 can be prevented, mechanical and electrical destruction of both can be prevented. Furthermore, the buffering effect is improved by adopting a soft silicone resin as the protective resin even after curing.

図4は、本発明の第1実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図である。センサ素子1のダイアフラム部1aは、図4中の矢印方向からの圧力を受け、撓んだ状態を示している。7はICチップで、前述のICチップ2とは異なる実装形態で、電気的接続をワイヤー8によって行うワイヤーボンディング手法によるものである。本構成のセンサモジュールは、前記ワイヤー8を利用し、ワイヤー8のループ頂点を前記ダイアフラム部1aの撓みに対する規制位置としてストッパーとしての役割を兼用させた構成である。当該構成によれば、それ以上の撓みを制限することとなり、前記ダイアフラム部1aの機械的ダメージを防止できる。また、ICチップ2への直接の接触を防止できるので、両者の機械的破壊を防止できる。また、電気的には、前記ダイアフラム部1aとワイヤー8との接触によるショートを防止する必要があるが、前記ダイアフラム部1aの前記ワイヤー8との接触面に絶縁膜を形成しておけば問題はない。尚、前記ダイアフラム部1aの撓みに対する規制位置は、前記ワイヤー8のループ高さを調整することにより任意に設定することが可能である。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of a sensor module provided with a stopper member in the first embodiment of the present invention. The diaphragm portion 1a of the sensor element 1 receives a pressure from the direction of the arrow in FIG. Reference numeral 7 denotes an IC chip, which has a different mounting form from the above-described IC chip 2 and is based on a wire bonding technique in which electrical connection is made by wires 8. The sensor module of this configuration uses the wire 8 and has a configuration in which the loop apex of the wire 8 is also used as a stopper as a restriction position for the deflection of the diaphragm portion 1a. According to the said structure, the further bending will be restrict | limited and the mechanical damage of the said diaphragm part 1a can be prevented. Further, since direct contact with the IC chip 2 can be prevented, mechanical destruction of both can be prevented. In addition, it is necessary to prevent a short circuit due to contact between the diaphragm portion 1a and the wire 8, but if an insulating film is formed on the contact surface of the diaphragm portion 1a with the wire 8, there is a problem. Absent. It should be noted that the restriction position for the deflection of the diaphragm portion 1a can be arbitrarily set by adjusting the loop height of the wire 8.

図5は、本発明の第2実施形態を示すセンサモジュールの断面図である。9はセンサ素子で、薄板形状に形成されたものである。前記センサ素子9は、その中心から外周部の一部を除く部位にダイアフラム部9aを有している。10は信号処理用のICチップである。前記センサ素子9及びICチップ10は、ガラスエポキシ樹脂やセラミックスからなる実装基板11上に実装配置される形態である。前記実装基板11には凹部11aが形成されており、前記センサ素子9が前記凹部11aを覆うようにして搭載されている。前記凹部11aは、前記センサ素子9のダイアフラム部9aとの対向部位に位置し、図5中の矢印方向からの圧力を受け、前記凹部11aの空間方向へ撓む構成である。前記ICチップ10が配置される空間は、前記センサ素子9と前記実装基板11の凹部11aによって形成された空間である。前記ICチップ10は、前記空間内の実装基板11上にフリップチップ実装されている。尚、12は金又はアルミニウムからなるワイヤーで、センサ素子9上のパッド部(不図示)と実装基板11上の配線パターン(不図示)とを接続し、信号ラインを形成している。また、前記センサ素子9は、フリップチップ実装することも可能である。当該構成によるセンサモジュールによれば、センサ素子9を薄板状に形成し、前記ICチップ10を実装基板11に設けた凹部11a内部に配置する構成となるので、従来技術に示したようなセンサ素子にICチップ部品を積層、若しくは実装基板の同一面上にセンサ素子と隣接するようにしてICチップ部品を配置搭載しないので、薄型化、小型化が可能となる。   FIG. 5 is a cross-sectional view of a sensor module showing a second embodiment of the present invention. A sensor element 9 is formed in a thin plate shape. The sensor element 9 has a diaphragm portion 9a at a portion excluding a part of the outer peripheral portion from the center. Reference numeral 10 denotes an IC chip for signal processing. The sensor element 9 and the IC chip 10 are mounted on a mounting substrate 11 made of glass epoxy resin or ceramics. The mounting substrate 11 is formed with a recess 11a, and the sensor element 9 is mounted so as to cover the recess 11a. The concave portion 11a is located at a position facing the diaphragm portion 9a of the sensor element 9, and is configured to bend in the spatial direction of the concave portion 11a upon receiving pressure from the arrow direction in FIG. The space in which the IC chip 10 is disposed is a space formed by the sensor element 9 and the recess 11 a of the mounting substrate 11. The IC chip 10 is flip-chip mounted on a mounting substrate 11 in the space. Reference numeral 12 denotes a wire made of gold or aluminum, which connects a pad portion (not shown) on the sensor element 9 and a wiring pattern (not shown) on the mounting substrate 11 to form a signal line. The sensor element 9 can also be flip-chip mounted. According to the sensor module having this configuration, the sensor element 9 is formed in a thin plate shape, and the IC chip 10 is disposed inside the recess 11a provided in the mounting substrate 11, so that the sensor element as shown in the prior art In addition, since the IC chip components are not stacked or mounted so as to be adjacent to the sensor element on the same surface of the mounting substrate, the thickness and size can be reduced.

また、本第2実施形態においても、前記ダイアフラム部9aの保護及びICチップ10との接触防止目的のため、前記実装基板11の凹部11a空間内に、前記センサ素子9のダイアフラム部9aの撓み量を規制するためのストッパー部材を形成すると良い。以下に、前記ストッパー部材を形成した本発明のセンサモジュールを説明する。   Also in the second embodiment, for the purpose of protecting the diaphragm portion 9 a and preventing contact with the IC chip 10, the amount of deflection of the diaphragm portion 9 a of the sensor element 9 in the recess 11 a space of the mounting substrate 11. It is preferable to form a stopper member for regulating the above. Hereinafter, the sensor module of the present invention in which the stopper member is formed will be described.

図6は、本発明の第2実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの断面図である。センサ素子9のダイアフラム部9aは、図6中の矢印方向からの圧力を受け、撓んだ状態を示している。13はICチップ10を保護するために充填された保護樹脂である。当該保護樹脂13を設けることにより、保護樹脂13の表面部が、前記ダイアフラム部9aの撓みに対する規制位置となりストッパーとしての役割をなし、それ以上の撓みを制限することとなる。よって、前記ダイアフラム部9aの機械的ダメージを防止できる。また、ICチップ2への直接の接触を防止できるので、両者の機械的、電気的破壊を防止できる。さらに、前記保護樹脂に、硬化後においても軟らかいシリコン系樹脂を採用することで緩衝作用が向上する。   FIG. 6 is a cross-sectional view of a sensor module provided with a stopper member in the second embodiment of the present invention. The diaphragm portion 9a of the sensor element 9 receives the pressure from the direction of the arrow in FIG. Reference numeral 13 denotes a protective resin filled to protect the IC chip 10. By providing the protective resin 13, the surface portion of the protective resin 13 becomes a restriction position for the bending of the diaphragm portion 9 a, serves as a stopper, and restricts further bending. Therefore, mechanical damage to the diaphragm portion 9a can be prevented. Further, since direct contact with the IC chip 2 can be prevented, mechanical and electrical destruction of both can be prevented. Furthermore, the buffering effect is improved by adopting a soft silicone resin as the protective resin even after curing.

図7は、本発明の第2実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図である。センサ素子9のダイアフラム部9aは、図7中の矢印方向からの圧力を受け、撓んだ状態を示している。14はICチップで、前述のICチップ10とは異なる実装形態で、電気的接続をワイヤー15によって行うワイヤーボンディングによるものである。本構成のセンサモジュールは、前記ワイヤー15を利用し、ワイヤー15のループ頂点を前記ダイアフラム部9aの撓みに対する規制位置としてストッパーとしての役割を兼用させた構成である。当該構成によれば、それ以上の撓みを制限することとなり、前記ダイアフラム部9a自体の負荷を軽減でき、ICチップ14への直接の接触を防止できるので、両者の機械的破壊を防止できる。また、電気的には、前記ダイアフラム部9aとワイヤー15との接触によるショートを防止する必要があるが、前記ダイアフラム部9aの前記ワイヤー15との接触面に絶縁膜を形成しておけばよい。尚、前記ダイアフラム部9aの撓みに対する規制位置は、前記ワイヤー8のループ高さを調整することにより任意に設定することが可能である。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of a sensor module provided with a stopper member in the second embodiment of the present invention. The diaphragm portion 9a of the sensor element 9 receives the pressure from the arrow direction in FIG. Reference numeral 14 denotes an IC chip having a mounting form different from that of the IC chip 10 described above, which is based on wire bonding in which electrical connection is made by a wire 15. The sensor module of this configuration is configured to use the wire 15 and also serve as a stopper, with the loop apex of the wire 15 serving as a restriction position for the deflection of the diaphragm portion 9a. According to this configuration, further bending is restricted, the load on the diaphragm portion 9a itself can be reduced, and direct contact with the IC chip 14 can be prevented, so that mechanical destruction of both can be prevented. Electrically, it is necessary to prevent a short circuit due to contact between the diaphragm portion 9a and the wire 15, but an insulating film may be formed on a contact surface of the diaphragm portion 9a with the wire 15. It should be noted that the restriction position for the deflection of the diaphragm portion 9a can be arbitrarily set by adjusting the loop height of the wire 8.

前述のストッパー部材は、ICチップを保護する保護樹脂やICチップと基板間を接続するワイヤーを利用したものであるが、前記第1実施形態の図2に示すごとく、全く別体の部材を配置しても良い。   The stopper member described above uses a protective resin that protects the IC chip and a wire that connects the IC chip and the substrate. However, as shown in FIG. 2 of the first embodiment, a completely separate member is disposed. You may do it.

また、本発明のセンサモジュールを前記した実施形態において、圧力測定用のセンサモジュールとして説明したが、センサ種別はこれに限定されるものではなく、ダイアフラム部を有するセンサ素子を用いた各種センサに広く適用できるものである。例えば、ダイアフラム部に重りを付加し、これに加わる応力により変位するダイアフラム部の変位量を検知するように構成した加速度センサなどがその一例である。   In the above-described embodiments, the sensor module of the present invention has been described as a sensor module for pressure measurement. However, the sensor type is not limited to this, and can be widely applied to various sensors using a sensor element having a diaphragm portion. Applicable. For example, an acceleration sensor configured to add a weight to the diaphragm portion and detect a displacement amount of the diaphragm portion that is displaced by a stress applied thereto is an example.

本発明の第1実施形態を示すセンサモジュールの断面図。Sectional drawing of the sensor module which shows 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態で、ストッパー部を設けたセンサモジュールの断面図。Sectional drawing of the sensor module which provided the stopper part in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other example of the sensor module which provided the stopper member in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other example of the sensor module which provided the stopper member in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態を示すセンサモジュールの断面図。Sectional drawing of the sensor module which shows 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの断面図。Sectional drawing of the sensor module which provided the stopper member in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other example of the sensor module which provided the stopper member in 2nd Embodiment of this invention. 従来技術によるセンサモジュールの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the sensor module by a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 センサ素子
1a ダイアフラム部
1b 凹部
2 ICチップ
3 実装基板
4 ワイヤー
5 ストッパー部材
6 保護樹脂
7 ICチップ
8 ワイヤー
9 センサ素子
9a ダイアフラム部
10 ICチップ
11 実装基板
11a 凹部
12 ワイヤー
13 保護樹脂
14 ICチップ
15 ワイヤー
16 ボディ
16a チップ搭載面
16b 圧力導入部
17 半導体圧力センサ部
18 IC部
19 ROM搭載部
20 貫通配線
21a バンプ
21b バンプ
21c バンプ
22 配線パターン
23 TAB
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor element 1a Diaphragm part 1b Recessed part 2 IC chip 3 Mounting board 4 Wire 5 Stopper member 6 Protective resin 7 IC chip 8 Wire 9 Sensor element 9a Diaphragm part 10 IC chip 11 Mounting board 11a Recessed part 12 Wire 13 Protective resin 14 IC chip 15 Wire 16 Body 16a Chip mounting surface 16b Pressure introduction part 17 Semiconductor pressure sensor part 18 IC part 19 ROM mounting part 20 Through wiring 21a Bump 21b Bump 21c Bump 22 Wiring pattern 23 TAB

Claims (7)

少なくとも、ダイアフラム部を有するセンサ素子と、信号処理用のICチップと、前記センサ素子及び前記ICチップを搭載する基板で構成され、前記センサ素子のダイアフラム部の撓み量を電気的に検出するセンサモジュールであって、
前記ICチップは、前記センサ素子のダイアフラム部と前記基板との対向部間に形成される空間内に配置されて成ることを特徴とするセンサモジュール。
A sensor module comprising at least a sensor element having a diaphragm portion, an IC chip for signal processing, and a substrate on which the sensor element and the IC chip are mounted, and electrically detecting a deflection amount of the diaphragm portion of the sensor element. Because
The IC module is arranged in a space formed between a diaphragm portion of the sensor element and a facing portion of the substrate.
前記センサ素子は凹部を有する断面コ字形状を成し、前記ICチップが配置される空間は、前記センサ素子の凹部と前記基板によって形成された空間であることを特徴とする請求項1に記載のセンサモジュール。   2. The sensor element according to claim 1, wherein the sensor element has a U-shaped cross section having a recess, and a space in which the IC chip is disposed is a space formed by the recess of the sensor element and the substrate. Sensor module. 前記センサ素子は薄板形状を成し、当該センサ素子が搭載される前記基板の、前記センサ素子のダイアフラム部との対向部位には凹部が形成されており、前記ICチップが配置される空間は、前記センサ素子と前記基板の凹部によって形成された空間であることを特徴とする請求項1に記載のセンサモジュール。   The sensor element has a thin plate shape, a concave portion is formed in a portion of the substrate on which the sensor element is mounted facing the diaphragm portion of the sensor element, and a space in which the IC chip is disposed is The sensor module according to claim 1, wherein the sensor module is a space formed by the sensor element and a concave portion of the substrate. 前記空間内には、前記センサ素子のダイアフラム部の撓み量を規制するためのストッパー部材が設けられていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1つに記載のセンサモジュール。   The sensor module according to any one of claims 1 to 3, wherein a stopper member for restricting a deflection amount of the diaphragm portion of the sensor element is provided in the space. 前記ストッパー部材が、前記ICチップと前記基板間を電気的に接続するワイヤーであることを特徴とする請求項4に記載のセンサモジュール。   The sensor module according to claim 4, wherein the stopper member is a wire that electrically connects the IC chip and the substrate. 前記ストッパー部材が、前記ICチップを保護するために充填された保護樹脂であることを特徴とする請求項4に記載のセンサモジュール。   The sensor module according to claim 4, wherein the stopper member is a protective resin filled to protect the IC chip. 前記保護樹脂は、シリコン系樹脂であることを特徴とする請求項6に記載のセンサモジュール。   The sensor module according to claim 6, wherein the protective resin is a silicon-based resin.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014170007A (en) * 2014-04-30 2014-09-18 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor pressure sensor
JP2017003365A (en) * 2015-06-08 2017-01-05 セイコーNpc株式会社 Pressure sensor
CN109768034A (en) * 2017-11-09 2019-05-17 罗伯特·博世有限公司 Pressure sensor module and pressure sensor apparatus with pressure sensor module

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