JP2009075057A - 絶対圧測定用圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】小型で安価な耐環境性に優れた絶対圧測定用圧力センサを提供する。
【解決手段】絶対圧測定用圧力センサ１は、第２主面側にダイヤフラム部２を有するシリコン基板３と、シリコン基板３の第１主面側のダイヤフラム部２表面に配置された圧力検出回路４と、シリコン基板３の第１主面側のダイヤフラム部２表面に対し第１主面が間隔を空けて対向配置された多層基板５と、シリコン基板３の第１主面周縁部と多層基板５の第１主面周縁部とを接合し、シリコン基板３の第１主面と多層基板５の第１主面とにより気密空間Ｓを形成する封止部材６と、ダイヤフラム部２と多層基板５間に配置され、圧力検出回路４の出力信号を多層基板５を貫通する電気配線７ａ，８，７ｂに伝達する導電性部材９と、多層基板５の第２主面側に配置され、電気配線７ｂに伝達された出力信号を外部基板に伝達する実装パッド１０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、絶対圧測定用圧力センサに関する。

従来より、センサチップをガラス台座に搭載してパッケージ内に組み込み、パッケージに形成された導圧穴を通じてパッケージ内に被測定圧力を導いてセンサチップにより絶対圧を測定する絶対圧測定用圧力センサが知られている（特許文献１参照）。
特開平６−２１３７４２号公報

従来の絶対圧測定用圧力センサは、パッケージ内にセンサチップを組み込むことにより形成されているために、センサ自体が大型化すると共に安価に構成することが難しい。またセンサチップにワイヤボンディングを接続することによりセンサチップの出力信号を取り出す構成になっているために、振動や熱サイクル等によってワイヤボンディングがセンサチップから剥離することがあり、信頼性の面で問題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は小型で安価な耐環境性に優れた絶対圧測定用圧力センサを提供することにある。

本発明に係る絶対圧測定用圧力センサは、第２主面側をエッチング加工することにより形成されたダイヤフラム部を有するセンサチップと、センサチップの第１主面側のダイヤフラム部表面に配置され、ダイヤフラム部に加えられた圧力を検出する圧力検出回路と、センサチップの第１主面側のダイヤフラム部表面に対し第１主面が間隔を空けて対向配置された多層基板と、センサチップの第１主面周縁部と多層基板の第１主面周縁部とを接合し、センサチップの第１主面と多層基板の第１主面とにより気密空間を形成する封止部材と、圧力検出回路の出力信号を多層基板を貫通する電気配線に伝達する導電性部材と、多層基板の第２主面側に配置され、電気配線に伝達された出力信号を外部基板に伝達する実装パッドとを備える。

本発明に係る絶対圧測定用圧力センサによれば、パッケージやワイヤボンディングを用いることなくセンサを構成することができるので、小型で安価な耐環境性に優れた絶対圧測定用圧力センサを提供することができる。

以下、図１乃至図４を参照して、本発明の実施形態となる絶対圧測定用圧力センサの構成について説明する。なお図１は絶対圧測定用圧力センサの上面図、図２は絶対圧測定用圧力センサの下面図、図３は図１に示す線分ＡＡにおける絶対圧測定用圧力センサの高さ方向断面図、図４は図３に示す線分ＢＢにおける絶対圧測定用圧力センサの面内方向断面図を示す。

本発明の実施形態となる絶対圧測定用圧力センサ１は、第２主面側をエッチング加工することにより形成された矩形形状のダイヤフラム部２を有するシリコン基板３と、シリコン基板３の第１主面側のダイヤフラム部２表面に配置された歪みゲージからなる圧力検出回路４と、シリコン基板３の第１主面側のダイヤフラム部２表面に対し第１主面が間隔を空けて対向配置された基板５ａ，５ｂからなる多層基板５とを備える。

絶対圧測定用圧力センサ１は、シリコン基板３の第１主面周縁部と多層基板５の第１主面周縁部とを接合し、シリコン基板３の第１主面と多層基板５の第１主面とにより気密空間Ｓを形成する導電性ペーストからなる封止部材６と、ダイヤフラム部２と多層基板５間に配置され、圧力検出回路４の出力信号を多層基板５を貫通する電気配線７ａ，８，７ｂに伝達する導電性ペーストからなる導電性部材９と、多層基板５の第２主面側に配置され、電気配線７ｂに伝達された出力信号を外部基板（図示せず）に伝達する実装パッド１０とを備える。

この絶対圧測定用圧力センサ１では、圧力検出回路４が、気密空間Ｓ内の圧力とシリコン基板３の第１主面側のダイヤフラム部２表面側の圧力の差圧を絶対圧として検出し、導電性部材９，電気配線７ａ，８，７ｂ，及び実装パッド１０を介して検出信号を外部基板に出力する。このような構成によれば、パッケージやワイヤボンディングを用いることなくセンサを構成することができるので、小型で安価な耐環境性に優れた絶対圧測定用圧力センサを提供することができる。なお気密空間Ｓは略真空雰囲気に保たれていることが望ましい。このような構成によれば、外部環境の温度変化によって気密空間Ｓ内の圧力が変化することを防止できるので、差圧を精度高く検出することができる。

図３に示すように、シリコン基板３の第２主面側のダイヤフラム部２表面をゲル状の保護部材１１により覆うことが望ましい。このような構成によれば、急激な圧力変化によってダイヤフラム部２が破損することを防止し、耐環境性をより向上させることができる。図４に示すように、絶対圧測定用センサ１を外部基板に固定すると共に実装パッド１０に伝達された出力信号を外部基板に伝達する半田バンプ１２を実装パッド表面１０上に備えることが望ましい。このような構成によれば、絶対圧測定用センサ１を外部基板に実装することが容易になると共に実装面積を最小にすることができる。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、多層基板５を構成する基板５ｂの側面に切り欠き部１３を形成し、電気配線８と実装パッド１０とを電気メッキにより電気的に接続する、又は電気配線８を基板５ｂの側壁部まで延伸させることにより、電気配線７ｂを形成せずに電気配線８と実装パッド１０とを直接電気的に接続してもよい。このような構成によれば、電気配線７ｂを形成するためのビアホールが不要になるので、気密空間Ｓの密閉度が向上し、信頼性及び耐環境性をより向上させることができる。

図７に示すように、多層基板５を基板５ａ，５ｂ，５ｃにより形成し、多層基板５内の一部領域において基板５ｃを挟持する電気配線８ａ，８ｂを形成することにより、多層基板５内にコンデンサを形成するようにしてもよい。このような構成にょれば、従来は外付け部品であったパスコンデンサやローパスフィルタ（インダクタや受動回路素子）をセンサ内部に取り込むことができるので、実装面積を小さくすることができる。

図８に示すように、シリコン基板３の第２主面側のダイヤフラム部２表面に外気を導入する外気導入孔１４を有するガラス基板１５をシリコン基板３の第２主面側に陽極接合してもよい。なおガラス基板１５として、シリコン基板３と線膨張係数が近いパイレックス（登録商標）材等を用いることが望ましい。このような構成によれば、絶対圧測定用センサ１の剛性を上げ、高い測定精度を実現することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

本発明の実施形態となる絶対圧測定用圧力センサの構成を示す上面図である。 本発明の実施形態となる絶対圧測定用圧力センサの構成を示す下面図である。 図１に示す線分ＡＡにおける絶対圧測定用圧力センサの高さ方向断面図である。 図３に示す線分ＢＢにおける絶対圧測定用圧力センサの面内方向断面図である。 本発明の実施形態となる絶対圧測定用圧力センサの変形例の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態となる絶対圧測定用圧力センサの変形例の構成を示す下面図と断面図である。 本発明の実施形態となる絶対圧測定用圧力センサの変形例の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態となる絶対圧測定用圧力センサの変形例の構成を示す断面図である。

符号の説明

１：絶対圧測定用圧力センサ
２：ダイヤフラム部
３：シリコン基板
４：圧力検出回路
５：多層基板
５ａ，５ｂ，５ｃ：基板
６：封止部材
７ａ，７ｂ，８，８ａ，８ｂ：電気配線
９：導電性部材
１０：実装パッド
１１：保護部材
１２：半田バンプ
１３：切り欠き部
１４：外気導入孔
１５：ガラス基板
Ｓ：気密空間

Claims (7)

1. 第２主面側をエッチング加工することにより形成されたダイヤフラム部を有するセンサチップと、
   前記センサチップの第１主面側のダイヤフラム部表面に配置され、ダイヤフラム部に加えられた圧力を検出する圧力検出回路と、
   前記センサチップの第１主面側のダイヤフラム部表面に対し第１主面が間隔を空けて対向配置された多層基板と、
   前記センサチップの第１主面周縁部と前記多層基板の第１主面周縁部とを接合し、センサチップの第１主面と多層基板の第１主面とにより気密空間を形成する封止部材と、
   前記圧力検出回路の出力信号を多層基板を貫通する電気配線に伝達する導電性部材と、
   前記多層基板の第２主面側に配置され、前記電気配線に伝達された出力信号を外部基板に伝達する実装パッドと
   を備えることを特徴とする絶対圧測定用圧力センサ。
2. 請求項１に記載の絶対圧測定用圧力センサにおいて、前記気密空間が略真空雰囲気に保たれていることを特徴とする絶対圧測定用圧力センサ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の絶対圧測定用圧力センサにおいて、前記センサチップの第２主面側のダイヤフラム部表面を覆うゲル状の保護部材を備えることを特徴とする絶対圧測定用圧力センサ。
4. 請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の絶対圧測定用圧力センサにおいて、絶対圧測定用センサを前記外部基板に固定すると共に前記実装パッドに伝達された出力信号を外部基板に伝達する半田バンプを実装パッド表面上に備えることを特徴とする絶対圧測定用圧力センサ。
5. 請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の絶対圧測定用圧力センサにおいて、前記多層基板の側面に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部に設けられ、前記電気配線と前記実装パッドとを電気的に接続する導通部材とを備えることを特徴とする絶対圧測定用圧力センサ。
6. 請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の絶対圧測定用圧力センサにおいて、前記多層基板内に形成されたインダクタ又は受動回路素子を備えることを特徴とする絶対圧測定用圧力センサ。
7. 請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の絶対圧測定用圧力センサにおいて、前記センサチップの第２主面に接合され、前記センサチップの第２主面側のダイヤフラム部表面に外気を導入する外気導入孔を有するガラス基板を備えることを特徴とする絶対圧測定用圧力センサ。

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