JP2008089412A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力センサに関する。 The present invention relates to a pressure sensor.
従来、パッケージ本体に形成された圧力導入孔としての貫通孔の一端を塞ぐようにセンサチップを取り付けた圧力センサが知られている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, a pressure sensor in which a sensor chip is attached so as to close one end of a through hole as a pressure introduction hole formed in a package body is known (for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示される圧力センサでは、樹脂材料からなるパッケージ本体にガラス台座を介してセンサチップが実装されている。このガラス台座は、所要の検出精度を確保すべく、パッケージ本体を補強して、センサチップの所要の検出精度を確保する機能を有している。
しかしながら、上記従来の圧力センサでは、ガラス台座を備える分だけ、大型化する上、重量も増大してしまうという問題があった。 However, the conventional pressure sensor has a problem that the size is increased and the weight is increased by the amount of the glass pedestal.
そこで、本発明は、より小型でより軽量な圧力センサを得ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain a smaller and lighter pressure sensor.
請求項1の発明にあっては、本体部に形成された貫通孔の途中または奥側に配置された圧力検出素子を有する圧力センサにおいて、上記本体部を、セラミックを所定形状に成形するとともに表面に導体パターンを形成した立体回路基板として構成したことを特徴とする。
In the invention of
請求項2の発明にあっては、上記圧力検出素子を本体部にフリップチップ実装したことを特徴とする。
The invention according to
請求項3の発明にあっては、上記本体部に底面と段差面とを有する凹部を形成するとともに、上記貫通孔を当該底面に開口するように形成し、上記底面に上記圧力検出素子を実装するとともに、上記段差面に当該圧力検出素子とは別の素子を実装したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, a concave portion having a bottom surface and a step surface is formed in the main body portion, the through hole is formed to open to the bottom surface, and the pressure detection element is mounted on the bottom surface. In addition, an element different from the pressure detecting element is mounted on the step surface.
請求項4の発明にあっては、上記本体部に凹部を形成するとともに、上記貫通孔を当該凹部の底面に開口するように形成し、上記底面に圧力検出素子を実装し、上記導体パターンを、上記凹部の開口縁部を跨いで凹部の内面と本体部の側壁面とを接続するように形成したことを特徴とする。
In the invention of
請求項5の発明にあっては、上記凹部を真空封止したことを特徴とする。
The invention according to
請求項1の発明によれば、本体部をセラミックによって成形したため、ガラス台座を設けずとも本体部自体で所要の剛性および強度を確保することができて、圧力検出素子の所要の検出精度を確保することができる。
According to the invention of
請求項2の発明によれば、圧力検出素子を本体部にフリップチップ実装したため、圧力検出素子をワイヤボンディングによって実装する場合に比べて製造の手間を省くことができ、製造タクトタイムを短縮することができる上、製造コストを低減することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the pressure detection element is flip-chip mounted on the main body, it is possible to save the manufacturing labor and shorten the manufacturing tact time compared to the case where the pressure detection element is mounted by wire bonding. In addition, the manufacturing cost can be reduced.
請求項3の発明によれば、段差付きの凹部の底面と段差面を利用して、圧力検出素子と当該別の素子とを多段に実装することができ、当該別の素子を備える圧力センサを、よりコンパクトな構成として得ることができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、凹部の開口縁部を跨ぐ導体パターンにより、素子の各電極の電位を本体部の側壁面から容易に取り出せるようになる。 According to the fourth aspect of the present invention, the potential of each electrode of the element can be easily taken out from the side wall surface of the main body by the conductor pattern straddling the opening edge of the recess.
請求項5の発明によれば、圧力検出素子の検出側の反対側(背面側)となる凹部を真空封止したため、絶対圧を計測することができるようになる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the concave portion on the side opposite to the detection side (back side) of the pressure detection element is vacuum-sealed, the absolute pressure can be measured.
(第1実施形態)図1は、本実施形態にかかる圧力センサの斜視図、図2は、圧力センサを裏面側(圧力検出素子による検出側の反対側)から見た平面図、図3は、図2のIII−III断面図、図4は、図2のIV−IV断面図、図5は、圧力センサを裏面側から見た平面図であって、封止剤による圧力検出素子の封止領域を示す図、図6は、圧力センサを実装した状態を示す側面図である。 (First Embodiment) FIG. 1 is a perspective view of a pressure sensor according to the present embodiment, FIG. 2 is a plan view of the pressure sensor viewed from the back side (opposite side to the detection side by the pressure detection element), and FIG. 2 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 2, FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 2, and FIG. 5 is a plan view of the pressure sensor as viewed from the back side. FIG. 6 is a side view showing a state where the pressure sensor is mounted.
本実施形態にかかる圧力センサ1は、略直方体状の外観を呈する基体部2の一平面(シール面)2e上に略円柱状の突起部3を設けた構成を備えている。本実施形態では、これら基体部2および突起部3が本体部に相当する。
The
本体部(基体部2および突起部3)は、立体回路部品(立体回路基板;MID:Molded Interconnect Device)として構成される。本実施形態では、本体部は、セラミック材料を例えば射出成形等によって所定形状に成形し、表面に導体パターン6を形成して得ることができ、MIDの公知の各種手法(例えば、UV露光法(サブトラクティブ法、セミアディティブ法、アディティブ法等)、レーザーイメージング法、IVOND法等の1回成形法や、SKW法等の2回成形法等)によって得ることが可能である。
The main body (
この本体部は、セラミック射出成形(セラミックスの粉体を原料とする粉体射出成形法;CIM)によって成形することができ、具体的には、セラミックスの粉体にバインダ(金型への充填流動性および賦形性を役目とし、ワックス等の低分子量成分、熱可塑性合成樹脂等の高分子量成分、その他を適宜の割合で配合したもの)を混合し、金型を搭載した射出成型機にて所謂グリーン体を成形し、その後、前記バインダを除去する脱脂と粉末を融点以下の温度で熱処理して粉末粒子の間に結合が生じる焼結にて所定形状の製品を得る手法である。この場合、バインダとしては、成形材料を成形可能とし、過熱脱脂により分解揮発するものであれば良いが、一例としては、ポリスチレン60%(質量%)、パラフィンワックス20%、ステアリン酸20%の組成を有するものを用いることができる。また、バインダの使用量は、例えば、セラミックス粉末100%に対してバインダを15〜25%(質量%)程度とするのが好適である。なお、セラミックス粉末に、シリカやジルコニアを混入することで靭性を高めることが可能となる。
This main body can be molded by ceramic injection molding (powder injection molding method using ceramic powder as a raw material; CIM). Specifically, the ceramic powder is filled with a binder (filling flow into a mold). In the injection molding machine equipped with a mold, mixing low-molecular-weight components such as wax, high-molecular-weight components such as thermoplastic synthetic resin, etc. in an appropriate ratio) This is a technique of forming a so-called green body, and then degreasing to remove the binder and heat-treating the powder at a temperature below the melting point to obtain a product having a predetermined shape by sintering in which bonding occurs between the powder particles. In this case, the binder may be any material that can be molded and can be decomposed and volatilized by overheating degreasing. As an example, a composition of polystyrene 60% (mass%),
また、この本体部は、セラミックの圧縮成形(プレス成形)によって成形することも可能である。この場合のバインダは、例えばアクリル系ポリマー100%(質量%)や、PVA(ポリビニルアルコール)100%の組成を有するものを用いることができ、バインダの使用量としては、セラミクス粉末100%に対してバインダを4〜6%(質量%)程度とするのが好適である。 Further, the main body can be formed by ceramic compression molding (press molding). In this case, for example, a binder having a composition of 100% acrylic polymer (mass%) or 100% PVA (polyvinyl alcohol) can be used as the binder. The amount of the binder used is 100% of the ceramic powder. The binder is preferably about 4 to 6% (mass%).
また、図3に示すように、突起部3の中心部には当該突起部3の軸方向に貫通する貫通孔5が形成されるとともに、その外周部には取付用の雄ねじ3aが形成されている。
Further, as shown in FIG. 3, a
一方、図3および図4に示すように、基体部2の突起部3が設けられる側の反対側となる部分には、平面視で略矩形状の凹部2aが形成されている。また、突起部3に形成した貫通孔5が、この凹部2aの底面2bのほぼ中央部に開口している。
On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, a
そして、図3〜図5に示すように、貫通孔5の底面2bでの開口端(貫通孔5の延伸方向の一端)を閉蓋する状態で圧力検出素子4が実装されている。この圧力検出素子4は、単結晶シリコン基板の片面に受圧面を形成したもので、ダイヤフラムや、歪みゲージ、電極等(いずれも図示せず)を備え、ピエゾ抵抗効果によって圧力を電気抵抗に変換するものである。貫通孔5は、圧力導入孔に相当する。
And as shown in FIGS. 3-5, the
本実施形態では、この圧力検出素子4は、図4に示すように、底面2b上に形成された導体パターン6に対してフリップチップ実装されている。なお、図中、8は導電性接着剤、9はアンダーフィル(樹脂製の絶縁性接着剤)、10は圧力検出素子4の各電極のバンプである。
In the present embodiment, the
このとき、アンダーフィル9は、図5中のAに示すように、圧力検出素子4の外縁に沿って略矩形環状に配置されており、このアンダーフィル9と圧力検出素子4とによって、貫通孔5から凹部2a内への検出対象流体(液体または気体)の進入(漏出)が抑制されている。すなわち、アンダーフィル9は、シール部材としても機能している。また、アンダーフィル9として放熱性の高い材料(例えばシリコン系の樹脂材料)を用いることで、圧力センサ1の耐熱性を高めるとともに、圧力検出素子4の温度による検出誤差を抑制することができる。
At this time, as shown by A in FIG. 5, the
導体パターン6は、物理蒸着、レーザ等の電磁波の照射による不要部の除去、電解メッキ処理による圧膜化等、各種の処理を用いて適宜に形成することができる。
The
ここで、導体パターン6は、図2〜図5に示すように、凹部2aの開口縁部2cを跨いで凹部2aの内面と本体部(基体部2)の側壁面2dとを接続するように形成されている。したがって、圧力検出素子4の検出結果を、側壁面2d上に露出した導体パターン6との導通を確立することで容易に取得することができる。
Here, as shown in FIGS. 2 to 5, the
そして、凹部2aは、平板状の蓋体7によって、突起部3の反対側で閉塞されている。上述したようにアンダーフィル9によるシールを確保しながら圧力検出素子4を実装した後、この蓋体7による閉塞作業を真空チャンバ内で行うことで、凹部2aを真空封止することができ、この場合には、圧力検出素子4によって絶対圧力を検出することが可能となる。なお、真空封止しない場合には、大気圧に対する相対的な圧力(ゲージ圧)が検出されることになる。
The
上記構成の圧力センサ1は、例えば図6に示すような状態で装備することができる。すなわち、この例では、検出対象となる流体の存在領域21の隔壁20(例えば管壁)に、突起部3の雄ねじ部3aに対応する雌ねじ孔20aが形成されており、この雌ねじ孔20aに突起部3を螺結することで、隔壁20の表面20bと基体部2の突起部3が形成される側の平面2eとで環状のシール部材12(ワッシャ、ガスケット、Oリング等)が挟持され、当該シール部材12によって流体のシールが確保されるようになっている。
The
以上の本実施形態によれば、本体部(基体部2および突起部3)をセラミックによって形成したため、ガラス台座を設けずとも本体部自体で剛性および強度を確保して、圧力検出素子4の所要の検出精度を確保することが容易になる。
According to the above embodiment, since the main body (
また、本実施形態によれば、圧力検出素子4を本体部にフリップチップ実装したため、圧力検出素子4をワイヤボンディングによって実装する場合に比べて製造の手間を省くことができ、製造タクトタイムを短縮することができる上、製造コストを低減することができる。
In addition, according to the present embodiment, since the
また、本実施形態によれば、凹部2aの開口縁部2cを跨ぐ導体パターン6により、圧力検出素子4の各電極の電位を本体部の側壁面2dから容易に取り出せるようになる。
Further, according to the present embodiment, the potential of each electrode of the
また、本実施形態において、圧力検出素子4の検出側の反対側(背面側)となる凹部2aを真空封止すれば、絶対圧を計測することができるようになる。
In the present embodiment, the absolute pressure can be measured by vacuum-sealing the
(第2実施形態)図7は、本実施形態にかかる圧力センサの縦断面図(図3に相当する断面図)である。なお、本実施形態にかかる圧力センサ1Aは、上記第1実施形態にかかる圧力センサ1と同様の構成要素を備えている。よって、以下では、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment) FIG. 7 is a longitudinal sectional view (cross-sectional view corresponding to FIG. 3) of a pressure sensor according to this embodiment. In addition, 1 A of pressure sensors concerning this embodiment are provided with the component similar to the
本実施形態では、基体部2Aに、底面2bと深さ方向の略中央部に形成された段差面2fとを有する段差付きの凹部2aを形成し、底面2bに圧力検出素子4を実装するとともに、段差面2fに圧力検出素子4とは別の素子(例えば、圧力検出素子4からの出力信号を処理(例えばフィルタリング、補正、演算、温度補償等)する回路を含む素子等)を実装したものであり、この点以外は、上記第1実施形態にかかる圧力センサ1と同様の構成を備えている。
In the present embodiment, a stepped
かかる構成によれば、段差付きの凹部2aの底面2bと段差面2fを利用して、圧力検出素子4と当該別の素子4Aとを多段に実装することができ、当該別の素子4Aを備える圧力センサ1Aを、よりコンパクトな構成として得ることができる。
According to such a configuration, the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
例えば、上記実施形態では貫通孔の奥側に圧力センサを設けた場合を例示したが、貫通孔の途中に設けたフランジに圧力センサを実装してもよい。 For example, although the case where the pressure sensor was provided in the back side of the through-hole was illustrated in the said embodiment, you may mount a pressure sensor in the flange provided in the middle of the through-hole.
また、上記実施形態では、突起部に取付用の雄ねじを形成した場合を例示したが、これに替えて、貫通孔の内周面に取付用の雌ねじを形成してもよい。また、突起部を先細のテーパ状としてもよい。 Moreover, although the case where the external thread for attachment was formed in the projection part was illustrated in the said embodiment, it may replace with this and the internal thread for attachment may be formed in the internal peripheral surface of a through-hole. Further, the protruding portion may be tapered.
また、本体部の外表面等に、磁性材料によるコーティングや、導電性材料によるコーティング(例えばカーボンナノチューブとニッケルの複合メッキ等)を施すことにより、外来電磁波による影響(検出誤差の発生やノイズ混入等)を抑制することができる。 In addition, the outer surface of the main body is coated with a magnetic material or a conductive material (for example, composite plating of carbon nanotubes and nickel), so that the effects of external electromagnetic waves (occurrence of detection errors, noise mixing, etc.) ) Can be suppressed.
1,1A 圧力センサ
2,2A 基体部(本体部)
2a 凹部
2b 底面
2c 開口縁部
2d 側壁面
2f 段差面
3 突起部
4 圧力検出素子
4A 別の素子
5 貫通孔
6 導体パターン
1,
2a
Claims (5)
前記本体部を、セラミックを所定形状に成形するとともに表面に導体パターンを形成した立体回路基板として構成したことを特徴とする圧力センサ。 In the pressure sensor having a pressure detection element arranged in the middle or the back side of the through hole formed in the main body,
A pressure sensor characterized in that the main body portion is formed as a three-dimensional circuit board in which a ceramic is molded into a predetermined shape and a conductor pattern is formed on the surface.
前記底面に前記圧力検出素子を実装するとともに、前記段差面に当該圧力検出素子とは別の素子を実装した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。 Forming a recess having a bottom surface and a step surface in the main body, and forming the through-hole to open to the bottom surface;
The pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure detection element is mounted on the bottom surface, and an element different from the pressure detection element is mounted on the stepped surface.
前記底面に圧力検出素子を実装し、
前記導体パターンを、前記凹部の開口縁部を跨いで凹部の内面と本体部の側壁面とを接続するように形成した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。 Forming a recess in the main body, and forming the through hole so as to open to the bottom surface of the recess,
A pressure detection element is mounted on the bottom surface,
The pressure sensor according to claim 1, wherein the conductor pattern is formed so as to connect the inner surface of the recess and the side wall surface of the main body across the opening edge of the recess.
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