JP2011107017A - ダイアフラム付電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ダイアフラム付電子デバイスを提供する。
【解決手段】パッケージ１４と、前記パッケージ１４の主面に形成され力を受けて変位するダイアフラム４０と、前記ダイアフラム４０に接続され、前記ダイアフラム４０の変位を受けて力を検知する感圧素子２４と、を有する圧力センサー１２と、前記圧力センサー１２が実装される実装部材５０と、界面張力により前記圧力センサー１２を保持し、前記ダイアフラム４０を露出した状態で前記圧力センサー１２を前記実装部材５０に保持させるゲル状の樹脂剤６０と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイアフラム付電子デバイスについて、特に実装部材への実装に伴うダイアフラムへの歪みを軽減したダイアフラム付電子デバイスに関する。

例えば、図１２に示すように、第１の従来技術として特許文献１には、パッケージ２０２と、前記パッケージ２０２の一面に形成され被検出圧力を受けて変位するダイアフラム２１６と、前記ダイアフラム２１６の前記パッケージ２０２内部側に形成された一対の支持部２１８と、感圧部２１０と前記感圧部２１０の両端に形成された一対の基部２１２とを備え前記一対の基部２１２がそれぞれ前記一対の支持部２１８に接続され前記変位により前記被検出圧力を検知する感圧素子２０８と、を有し、パッケージ２０２の下部を形成する第１層２０４、パッケージ２０２の上部とダイアフラム２１６等を形成する第２層２１４の積層構造により形成された圧力センサー素子２００が開示されている。この圧力センサー素子２００は被検出圧力を受圧したダイアフラム２１６が撓み変位すると、その変位を支持部２１８を介して双音叉振動子等の感圧素子２０８に伝える構造を有している。

また図１３に示すように、第２の従来技術として特許文献２には、ダイアフラム３１１にピエゾ抵抗が形成された半導体素子３０１ａ、３０１ｂを圧力導入孔３７１を有するパッケージ３０７に組み込んで形成され、圧力導入孔３７１から導入された圧力によるダイアフラム３１１の歪みに応じたピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出する半導体圧力センサー３００において、半導体素子３０１ａ、３０１ｂを設け、パッケージ３０７の内面に取り付け部３７２を突設し、取り付け部３７２の上下両方向から２つの半導体素子３０１ａ、３０１ｂを互いのダイアフラム３１１面を対向させてフェイスダウンボンディングすることにより半導体素子３０１ａ、３０１ｂの電極と外部端子３０４とを接続するとともに、半導体素子３０１ａ、３０１ｂを取り付け部３７２に密着固定し、一方の半導体素子３０１ａのダイアフラム３１１には圧力導入孔３７１からの圧力が直接印加され、他方の半導体素子３０１ｂのダイアフラムには取り付け部３７２に形成された空気孔３７３を介して圧力が印加される半導体圧力センサー３００が開示されている。２つの半導体素子の圧力に対応した出力電圧を直列に接続して出力されるようにしておけば、同じ圧力に対して、１つの半導体素子の場合に比べて２倍の出力が得られることになり、小さな圧力変化の検出を可能にした半導体圧力センサーを実現できるとされる。

ところで、特許文献１に開示されたような双音叉振動子を感圧素子に用いた圧力センサー素子２００の実装に特許文献２に開示されたパッケージ構造を適用しようとすると、圧力センサー素子２００の両端を実装（接合）することにより生じる応力や熱歪み（リードフレームと圧力センサー素子との熱膨張係数の差）が双音叉振動子の周波数特性に悪影響を与える、すなわち、被測定圧力を受圧したダイアフラムに撓み変形し、その変形が支持部を介して双音叉振動子に伝達されるとき、振動部に生じる引張応力や圧縮応力に余計な成分の応力が印加されることによって、感圧素子の周波数特性に悪影響を与えることになる。

そこで、図１４に示すように第３の従来技術として、特許文献３には、半導体チップ配置構造４００において、ダイアフラム領域４５５と周辺領域とを有する表面を備えた半導体チップ４０５が設けられており、周辺領域が実装領域ＭＢを有しており、切欠き４１１を有する表面を備えた基板４１０が設けられており、半導体チップ４０５の実装領域ＭＢがフリップチップ技術で基板４１０の表面に実装されており、切欠き４１１のエッジＫが実装領域ＭＢとダイアフラム領域４５５との間に位置するようになっており、実装領域ＭＢがアンダフィル４２８で充填されており、その際、切欠き４１１のエッジＫがアンダフィル４２８のための断絶領域として役立つので、アンダフィル４２８がダイアフラム領域４５５内に存在しないようになっており、半導体チップ４０５が実装領域ＭＢにおいて半田ボール４２６により片持ち支持状態で支持された構造が開示されている。このように半導体チップ４０５を片持ち支持することにより、半導体チップ４０５には自由端が形成されるため、半田ボール４２６側からの応力等を軽減することができる。よって特許文献１に記載の圧力センサー素子２００を特許文献３に記載されたように実装することによって実装部材側からの応力等を軽減できるとも思われる。

特開２００７−３２７９２２号公報 特開平１０−１８５７１９号公報 特開２００５−２４９７９５号公報

しかし、上述の積層構造を有する圧力センサー素子において、積層間の接合部に実装に係る応力が作用し歪みが生じる。この歪みに起因した接合部に経時的な劣化により機密性が保てなくなり、パッケージのリークが発生する問題があった。さらにこの実装に係る応力による歪みがダイアフラムを通じて感圧素子の支持部を経て感圧部に作用し、実装に伴う歪みに起因した内部応力が感圧素子に掛かるので、それによって共振周波数に変動が生じる。その結果、圧力センサー素子に検出される圧力値に、前記歪みに起因した共振周波数の変動が重畳されることになるので、圧力検出値に誤差が生じることになる。
そこで、本発明は上記問題点に着目し、素子の基板への実装に係る素子への応力を軽減したダイアフラム付電子デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］パッケージと、前記パッケージの主面に形成され力を受けて変位するダイアフラムと、前記ダイアフラムに接続され、前記ダイアフラムの変位を受けて力を検知する力検出部と、を有する物理量センサーと、前記物理量センサーが実装される実装部材と、界面張力により前記物理量センサーを保持し、前記ダイアフラムを露出した状態で前記物理量センサーを前記実装部材に保持させるゲル状の樹脂剤と、を有することを特徴とするダイアフラム付電子デバイス。

上記構成により、物理量センサーは樹脂剤との間の界面張力により保持され、同様に樹脂剤は実装部材との間の界面張力により保持されるため、物理量センサーは実装部材に樹脂剤を介して保持される。よって物理量センサーは実装部材には固着されないので、実装部材からの応力が樹脂剤を介して物理量センサーに伝達することを軽減することができる。したがって、実装に伴う圧力検出値の誤差を抑制したダイアフラム付電子デバイスとなる。

［適用例２］前記パッケージの主面の反対面に設けられた凸部と前記実装部材に設けられ前記凸部を挿入可能な凹部と、を有し、前記物理量センサーは、前記凸部が前記凹部に挿入されるとともに前記樹脂剤を前記凸部と前記凹部との間に充填する態様で前記実装部材に保持されたことを特徴とする適用例１に記載のダイアフラム付電子デバイス。

上記構成により、物理量センサーは実装部材に直接当接することなく実装部材に嵌め込まれた態様となる。よって物理量センサーの実装部材に対する相対位置の変動を隙間に充填された樹脂剤の厚み方向の弾性力を利用して抑制することができる。したがって、物理量センサーの振動によるノイズを抑制することができる。

［適用例３］前記実装部材は、前記パッケージを収容可能な第２の凹部を有し、前記樹脂剤は、前記第２の凹部に充填され、前記パッケージは、前記ダイアフラムが前記樹脂剤から露出した状態で前記樹脂剤に埋設され、前記パッケージの側面と前記主面の反対面とが前記樹脂剤に保持されたことを特徴とする適用例１に記載のダイアフラム付電子デバイス。

上記構成により、樹脂剤の水平方向への変位が抑制されるため、これに保持された物理量センサーの水平方向の変位が抑制される。これにより物理量センサーからの信号の振動によるノイズを抑制することができる。

［適用例４］前記実装部材の前記第２の凹部を形成した面の反対側の面に形成された第３の凹部と、前記第３の凹部に取り付けられ、前記力検出部と電気的に接続して前記力検出部を駆動させる駆動回路と、を有することを特徴とする適用例３に記載のダイアフラム付電子デバイス。

上記構成により、駆動回路の実装位置が物理量センサーの実装部材を挟んだ反対側になるので、実装部材の小型化が可能となるため、全体的な形状の小型化を図ることができる。

［適用例５］前記実装部材には、前記パッケージの側面、および／もしくは、上面に当接して前記物理量センサーの位置ずれを防止するストッパーが設けられたことを特徴とする適用例１乃至４のいずれか１例に記載のダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、物理量センサー外部からの衝撃等により樹脂剤から外れること防止することができる。

［適用例６］前記パッケージの前記主面の反対面に設けられ、前記力検出部と電気的に接続する外部電極と、前記実装部材に設けられ、外部に接続する接続電極と、前記外部電極と前記接続電極とを界面張力により接合し、前記樹脂剤の一部を構成し前記外部電極及び前記接続電極に対応した位置に設けられたゲル状の導電性樹脂剤と、を有することを特徴とする適用例１乃至５のいずれか１例に記載のダイアフラム付電子デバイス。

上記構成により、樹脂剤により実装部材との機械的接続を行い、導電性樹脂剤により電気的接続を行なうので、配線用のスペースを設ける必要はなく、他の素子との干渉を防ぐことができる。

［適用例７］前記実装部材は、前記パッケージを挿通するとともに前記パッケージの側面が前記樹脂剤を介して接合される挿通孔と、前記実装部材の両面の前記挿通孔の開口部に形成され、前記パッケージの位置ずれを防止する第２のストッパーと、を有し、前記物理量センサーは、前記パッケージの前記主面の反対面に形成された第２のダイアフラムと、前記ダイアフラムと前記第２のダイアフラムとを連結し、一方のダイアフラムが受ける力を他方のダイアフラムに伝達する力伝達手段と、を有することを特徴とする適用例１に記載のダイアフラム付電子デバイス。

上記構成により、感圧素子は２つのダイアフラムが受ける力の差を検知することになるため、ダイアフラムと第２のダイアフラムとの間の相対物理量を測定するダイアフラム付電子デバイスとなる。さらに物理量センサーは樹脂剤を介して実装部材に挟まれた態様で保持されることになる。したがって実装部材からの応力の影響を軽減しつつ相対物理量を測定可能なダイアフラム付電子デバイスとなる。

［適用例８］前記実装部材の端面には、中間基板が取り付けられ、前記中間基板は、その主面の法線が前記ダイアフラムの法線に対して垂直に向くように取り付けられたことを特徴とする適用例１乃至７のいずれか１例に記載のダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、ダイアフラムの法線が実装面の法線に対して垂直になるため、実装形態に応じて物理量センサーの配置角度を変更することができる。

［適用例９］前記実装部材が実装される実装基板と、前記実装基板に形成され前記実装部材を収容可能な第４の凹部と、前記第４の凹部に充填されたゲル状の第２の樹脂剤と、を有し、前記実装部材は、前記第２の樹脂剤に埋設されたことを特徴とする適用例１乃至６のいずれか１例に記載のダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、実装部材自体も第２の樹脂剤により保持されることになるので、物理量センサーへの応力の影響をさらに低減することができる。

［適用例１０］前記樹脂剤は、熱硬化性のシリコーン系樹脂であることを特徴とする適用例１乃至９のいずれか１例に記載のダイアフラム付電子デバイス。
熱硬化前のシリコーン系樹脂は液状である。よって樹脂剤は実装部材と物理量センサーとの間に浸入することができ、この状態で熱硬化させることにより物理量センサーを保持することができる。よって樹脂剤は界面張力を利用して物理量センサー及び実装部材との隙間全体を充填することができるので、物理量センサーの保持力を高めることができる。

第１実施形態に係るダイアフラム付電子デバイスの模式図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図である。 樹脂剤による接着工程を示す模式図であり、図２（ａ）は樹脂剤の塗布直後の様子、図２（ｂ）は樹脂剤がパッケージと実装基板との隙間に進入した様子、図２（ｃ）は樹脂剤の硬化後の様子を示す。 第１実施形態の第１の変形例を示す模式図である。 第２実施形態に係るダイアフラム付電子デバイスの模式図であり、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は平面図である。 第１実施形態の第２の変形例を示す模式図であり、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は平面図、図５（ｃ）は第１実施形態の第１の変形例に適用した場合の正面図である。 第２実施形態の第１の変形例を示す模式図であり、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は平面図である。 第１実施形態の第３の変形例を示す模式図であり、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は平面図である。 第３実施形態に係るダイアフラム付電子デバイスの模式図であり、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は平面図である。 第１実施形態の第４の変形例を示す模式図であり、図９（ａ）は側面図、図９（ｂ）は正面図である。 第２実施形態の第２の変形例を示す模式図であり、図１０（ａ）は側面図、図１０（ｂ）は正面図である。 第２実施形態の第３の変形例を示す模式図である。 第１の従来技術に係る圧力センサーの模式図である。 第２の従来技術に係る圧力センサーの模式図である。 第３の従来技術に係る圧力センサーの模式図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

図１に、第１実施形態に係るダイアフラム付電子デバイスを示す。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図である。第１実施形態に係るダイアフラム付電子デバイス１０は、パッケージ１４と、前記パッケージ１４の主面（上面）に形成され力を受けて変位するダイアフラム４０と、前記ダイアフラム４０に接続され、前記ダイアフラム４０の変位を受けて力を検知する力検出部である感圧素子２４と、を有する物理量センサー（圧力センサー１２）と、前記物理量センサーが実装される実装部材５０と、界面張力により前記物理量センサーを保持し、前記ダイアフラム４０を露出した状態で前記物理量センサーを前記実装部材５０に保持させるゲル状の樹脂剤６０と、を有するものである。

物理量センサーである圧力センサー１２は、パッケージ１４の下部を形成する第１層１６、力検出素子である感圧素子２４を形成する第２層２２、パッケージ１４の上部、ダイアフラム４０及び感圧素子２４に接続する支持部４２を形成する第３層３６からなる積層構造を有している。また各層は水晶等の圧電材料を用い、エッチング工程、またはサンドブラスト工程により外形が形成され、各層の平面視した外形はほぼ同一の寸法となるように設計されている。

第１層１６は、第２層２２の感圧素子２４等に干渉しないように形成された凹部１８と、凹部１８の周縁にある周縁部２０を有する。
第２層２２は、感圧素子２４、連結部３０、支持枠３２とから形成され、感圧素子２４は振動腕２６、一対の基部２８から形成される。振動腕２６はシングルビームまたは双音叉型の振動子である。振動腕２６には振動腕２６を所定の共振周波数で振動させる励振電極（不図示）がスパッタ等により形成され、さらに励振電極（不図示）に接続する引き出し電極３４が基部２８および連結部３０、支持枠３２の所定位置にまで延びて形成されている。

第３層３６は、第２層２２の感圧素子２４等に干渉しないように形成された凹部３８と、凹部３８の形成により薄肉に形成されたダイアフラム４０と、ダイアフラム４０に形成された一対の支持部４２と、凹部３８の周縁に形成された厚肉の周縁部４４と、を有する。さらに第３層３６の周縁部４４の所定位置には第３層３６の上面と下面（第２層２２の引出し電極３４）とを電気的に接続する貫通電極４６が形成され、周縁部４４の上面の貫通電極４６と接続する位置に外部電極４８が形成されている。

そして積層時には、第１層１６の周縁部２０の上面と第２層２２の支持枠３２の下面とを接着し、第２層２２の支持枠３２の上面（引出し電極３４が形成された面）と第３層３６の周縁部４４の下面とを接着する。また第２層２２の一対の基部２８の上面と第３層３６の一対の支持部４２の下面とを接着する。層間の接着は、各層を真空チャンバ等に導入し真空下で低融点ガラス等を用いて接着している。このため、積層により形成されるパッケージ１４は、内部を真空封止することになる。さらにこの積層により、引出し電極３４と貫通電極４６とが電気的に接続される。よって外部電極に感圧素子２４を駆動する駆動回路（不図示）を接続することにより感圧素子２４は所定の共振周波数で振動することができる。

一方、ダイアフラム４０は薄肉に形成されているため、外部から印加される圧力に応じてパッケージ１４の内側に変位する。このとき支持部４２間の距離はダイアフラム４０の変位に対応して互いに離れることになる。

したがって一対の支持部４２に接続された感圧素子２４の基部２８間の距離もダイアフラム４０の変位に対応して互いに離れることになる。よって振動腕２６にはダイアフラム４０の変位に対応した引張応力が印加され、この引張応力により共振周波数が高くなる。したがってこの共振周波数の変化によりダイアフラム４０に印加される圧力を検出することができる。もちろん圧力センサー１２の外部が真空である場合は、ダイアフラム４０の変位はない。したがって圧力センサー１２は真空を基準とした絶対圧を測定するものとなる。

なお連結部３０は、積層前の感圧素子２４を支持するものであるが、細身に形成されているため、支持枠３２との接続位置を中心として支持枠３２の長辺方向に湾曲可能となっている。よって積層後において感圧素子２４の基部２８の動きに対して干渉することはなく、感圧素子２４の感度劣化を抑制している。

実装部材５０は、圧力センサー１２が実装される基板であって、プラスティック、セラミック、ポリイミド等の絶縁体によって形成されている。実装部材５０の上面の所定位置には接続電極５２が形成され、実装部材５０の下面であって接続電極５２と対向する位置に実装電極５６が形成され、接続電極５２と実装電極５６とは貫通電極５４により電気的に接続される。実装電極５６は実装先の電極（不図示）と接続される。また圧力センサー１２の外部電極４８と接続電極５２とはＡｕ等のワイヤー線５８により接続されている。よって実装先の電極（不図示）が感圧素子２４を駆動する駆動回路（不図示）に接続されることにより、励振電極（不図示）は、引出し電極３４、貫通電極４６、外部電極４８、ワイヤー線５８、接続電極５２、貫通電極５４、実装電極５６を介して駆動回路（不図示）に接続され、所定の共振周波数で振動する。

樹脂剤６０は、実装部材５０に圧力センサー１２を固定するものである。本実施形態において、樹脂剤６０として粘性の高いシリコーン系樹脂（ポッティング剤・耐寒性ゲル）が適用される。シリコーン系樹脂は、通常液体であるが１３０度で３０分加熱することによりゲル状に硬化する。

図２に樹脂剤６０による接着工程を示す。図２（ａ）は樹脂剤の塗布直後の様子、図２（ｂ）は樹脂剤がパッケージと実装基板との隙間に進入した様子、図２（ｃ）は樹脂剤の硬化後の様子を示す。図２（ａ）に示すように実装部材５０上の圧力センサー１２を載置し、ワイヤー線５８により外部電極４８と接続電極５２とを接続する。次に液状のシリコーン系樹脂の樹脂剤６１を実装部材５０と圧力センサー１２の周りに塗布する。すると図２（ｂ）に示すように、樹脂剤６１は界面張力により圧力センサー１２の底面と実装部材５０の上面との間に浸入し、圧力センサー１２は実装部材５０から浮いた状態となる。このとき圧力センサー１２の底面と側面は樹脂剤６０の界面張力により保持される。その後図２（ｃ）に示すように樹脂剤６１を加熱して硬化させ樹脂剤６０とすることにより圧力センサー１２の実装部材５０との位置関係はある程度固定されるが硬化後の樹脂剤６０はゲル状なので樹脂剤６０の界面張力は消失しない。よって圧力センサー１２と樹脂剤６０との間に空気が入り込むことはなく、圧力センサー１２は界面張力により樹脂剤６０が吸着した状態で保持される。一方樹脂剤６０と実装部材５０との間も同様に界面張力が発生しているので空気が入り込むことはなく、樹脂剤６０は実装部材５０に吸着した状態で保持されることになる。したがって圧力センサー１２は樹脂剤６０を介して実装部材５０に保持される。また、水晶のヤング率は７２ＧＰａ程度であるが、硬化後でもシリコーン系樹脂のヤング率は１ＭＰａ以下であるため、硬化剤のヤング率は水晶のヤング率より充分小さい。よって樹脂剤６０の変形に係る応力が圧力センサー１２に及ぶことは殆どなく、そのためダイアフラム４０に樹脂剤６０からの応力は掛かることはなく、これにより感圧素子２４が樹脂剤６０からの応力を圧力として誤検知することを防止できる。

図３に第１実施形態の第１の変形例を示す。図３に示すように、第１実施形態のダイアフラム付電子デバイス１０において、パッケージ１４の主面（上面）の反対面（底面）に設けられた凸部６２と実装部材５０の上面に設けられ凸部６２を挿入可能な凹部６４と、有し、圧力センサー１２は、凸部６２が凹部６４に挿入されるとともに樹脂剤６０を凸部６２と凹部６４との間に充填する態様で実装部材５０に保持された構成とすることができる。凸部６２は第３層３６に対してエッチングやサンドブラストを行うことにより形成することができる。これにより、圧力センサー１２は実装部材５０に直接当接することなく実装部材５０に嵌め込まれた態様となる。よって圧力センサー１２の実装部材５０に対する相対位置の変動を隙間に充填された樹脂剤６０の厚み方向の弾性力を利用して抑制することができる。したがって、圧力センサー１２からの信号の振動によるノイズを抑制することができる。なお図３において、凸部６２及び凹部６４をそれぞれ３つ形成しているが、１つでも、２つ以上でもよい。

図４に第２実施形態に係るダイアフラム付電子デバイス７０を示す。図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は平面図である。第２実施形態に係るダイアフラム付電子デバイス７０において、圧力センサー１２は第１実施形態のものと共通する。一方、実装部材７２の上面には、パッケージ１４を収容可能な第２の凹部７６を有し、樹脂剤７８は、第２の凹部７６に充填され、パッケージ１４は、ダイアフラム４０が樹脂剤７８から露出した状態で樹脂剤７８に埋設され、パッケージ１４の側面と前記主面（上面）の反対面（下面）とが樹脂剤７８に保持された構成を有している。また実装部材７２の第２の凹部７６を形成した面（上面）の反対側の面（底面）に形成された第３の凹部８０と、第３の凹部８０に取り付けられ、感圧素子２４と電気的に接続して前記感圧素子２４を駆動させる駆動回路９２と、を有するものである。

実装部材７２は、断面がＨ型の形状を有し、上側に第２の凹部７６を有し、下側に第３の凹部８０を有する。第２の凹部７６には樹脂剤７８が充填され、圧力センサー１２がダイアフラム４０を露出させた状態で樹脂剤７８に埋設されている。また接続電極８２は実装部材７２の上端に配置され、実装電極８６は実装部材７２の下端に配置されている。ここで接続電極８２はワイヤー線５８により圧力センサー１２の外部電極４８と接続され、実装電極８６は実装先（不図示）に接続される。

駆動回路９２は、感圧素子２４と電気的に接続する第１の電極９４と、実装先（不図示）と電気的に接続する第２の電極９６と、を有する。第１の電極９４は、接続電極８２と貫通配線８８を介して電気的に接続され、第２の電極９６は、実装電極８６と貫通配線９０を介して電気的に接続される。

第２実施形態のダイアフラム付電子デバイス７０の組み立ては、ワイヤー線５８により接続電極８２と外部電極４８を接続し、硬化前の液状の樹脂剤７８を第２の凹部７６に充填し、圧力センサー１２を把持可能なマニピュレータ（不図示）により、圧力センサー１２の側面と底面とを樹脂剤７８に浸漬した状態で圧力センサー１２の位置を固定し、樹脂剤７８を加熱してゲル状に硬化させることにより行なう。

このような構成とすることにより、樹脂剤７８は第２の凹部７６に充填されているため樹脂剤７８の水平方向への変位が抑制され、これに保持された圧力センサー１２の水平方向の変位も抑制される。これにより圧力センサー１２からの信号の振動によるノイズを抑制することができるとともに、駆動回路９２の実装位置が圧力センサー１２の実装部材７２を挟んだ反対側になるので、実装部材７２の小型化が可能となるため、全体的な形状の小型化を図ることができる。

図５に第１実施形態の第２の変形例、図６に第２実施形態の第１の変形例を示す。図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は平面図、図５（ｃ）は第１実施形態の第１の変形例に適用した場合の正面図、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は平面図である。第１実施形態及び第２実施形態の共通の変形例としてワイヤー線５８により圧力センサー１２と実装部材５０、７２とを接続しない構成が挙げられる。すなわち、パッケージ１４の主面（上面）の反対面（底面）に設けられ、感圧素子２４ａと電気的に接続する外部電極４８ａと、実装部材５０ａの外部電極４８ａに対応する位置に形成された接続電極５２ａ、８２ａと、外部電極４８ａと接続電極５２ａ、８２ａとを界面張力により接合し、樹脂剤６０の一部を構成し外部電極４８ａ及び接続電極５２ａ、８２ａに対応した位置に設けられたゲル状の導電性樹脂剤６０ａ、７８ａを有する。

第１実施形態及び第２実施形態で共通に用いられる圧力センサー１２は、外部電極をダイアフラム４０が形成されたパッケージ１４の上面に形成していたが、この変形例の圧力センサー１２ａにおいては、外部電極４８ａをパッケージ１４の底面に形成している。そして貫通電極４６ａは第１層１６ａに形成している。このとき感圧素子２４ａがある第２層２２ａは、引出し電極３４ａを第１層側に形成している。一方、実装部材５０ａ、７２ａにおいても外部電極４８ａに対応する位置に接続電極５２ａ、８２ａが形成されている。また図５においては、実装電極５６ａが接続電極５２ａに対向するように形成され、貫通電極５４ａにより電気的に接続されている。図６においては、貫通配線８８ａが接続電極８２ａと駆動回路９２の第１の電極９４とを接続するように形成されている。

導電性樹脂剤６０ａ、７８ａは、上述の樹脂剤６０、７８に先立って外部電極４８ａと接続電極５２ａ、８２ａとを界面張力により接合し、外部電極４８ａと接続電極５２ａ、８２ａとを電気的に接続するものである。

この変形例は、導電性樹脂剤６０ａ、７８ａを接続電極５２ａ、８２ａ上に塗布し、マニピュレータ（不図示）により圧力センサー１２ａを、圧力センサー１２ａの外部電極４８ａが接続電極５２ａ、８２ａ上に塗布された導電性樹脂剤６０ａ、７８ａに触れる位置に固定し、導電性樹脂剤６０ａ、７８ａを加熱して硬化させ、圧力センサー１２ａと実装部材５０ａ、７２ａとの間に樹脂剤６０、７８を充填させ、樹脂剤６０、７８を加熱して硬化させることにより得られる。

このような変形例の構成とすることにより、樹脂剤６０、７８により実装部材との機械的接続を行い、導電性樹脂剤６０ａ、７８ａにより電気的接続を行なうので、配線用のスペースを設ける必要はなく、他の素子との干渉を防ぐことができる。

図７に第１実施形態の第３の変形例を示す。図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は平面図である。第１実施形態の第３の変形例として、実装部材５０には、パッケージ１４の側面、および／もしくは、上面に当接して圧力センサー１２の位置ずれを防止するストッパー９８が設けられている。

ストッパー９８は、圧力センサー１２側面方向、及び上面方向にある程度の隙間９８ａを形成した状態で配置している。ストッパー９８は、通常は圧力センサー１２に当接することはないが、外部からの衝撃等により圧力センサー１２が樹脂剤６０とともに水平方向及び垂直方向に変位したときに当接して、圧力センサー１２の変位を制止する。

このように構成することにより、圧力センサー１２外部からの衝撃等により樹脂剤６０から外れることを防止することができる。このストッパー９８は第２実施形態における第２の凹部７６に形成することが可能なので、この変形例は第２実施形態にも適用可能である。

図８に第３実施形態に係るダイアフラム付電子デバイスを示す。図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は平面図である。第３実施形態に係るダイアフラム付電子デバイス１００は、パッケージ１４と、パッケージ１４の主面（上面）に形成され力を受けて変位するダイアフラム４０と、ダイアフラム４０に接続され、ダイアフラム４０の変位を受けて力を検知する力検出部である感圧素子２４と、を有する圧力センサー１２ｂと、圧力センサー１２ｂが実装される実装部材１０２と、界面張力により圧力センサー１２ｂを保持し、ダイアフラム４０を露出した状態で圧力センサー１２を実装部材１０２に保持させるゲル状の樹脂剤１０８と、を有するものである。そして、実装部材１０２は、パッケージ１４を挿通するとともにパッケージ１４の側面が樹脂剤１０８を介して接合される挿通孔１０４と、実装部材１０２の両面の挿通孔１０４の開口部に形成され、パッケージ１４の位置ずれを防止する第２のストッパー１０６と、を有し、圧力センサー１２ｂは、パッケージ１４の主面（上面）の反対面（下面）に形成された第２のダイアフラム１１０と、ダイアフラム４０と第２のダイアフラム１１０とを連結し、一方のダイアフラムが受ける力を他方のダイアフラムに伝達する力伝達手段１１２と、を有するものである。

圧力センサー１２ｂは、第１実施形態、第２実施形態の圧力センサー１２と類似するが、パッケージ１４のダイアフラム４０に対向する反対側には第２のダイアフラム１１０が形成され、ダイアフラム４０と第２のダイアフラム１１０とは力伝達手段１１２により接続されている。

第２のダイアフラム１１０はダイアフラム４０と同一の圧力に対する応答特性を有するものとする。力伝達手段１１２は感圧素子２４等と同様に水晶等で形成され、その端部が感圧素子２４、連結部３０と干渉しない位置において、ダイアフラム４０、第２のダイアフラム１１０に低融点ガラス等により接続されている。

ここでダイアフラム４０側の圧力が第２のダイアフラム１１０の圧力より大きいときは、ダイアフラム４０がパッケージ１４の内側に変位し、第２のダイアフラム１１０は力伝達手段１１２を介してダイアフラム４０からの力を受けパッケージ１４の外側に変位する。このとき感圧素子２４の振動腕２６は引張応力を受け、共振周波数が高くなる。逆に第２のダイアフラム１１０側の圧力がダイアフラム４０側の圧力より大きいときは、第２のダイアフラム１１０がパッケージ１４の内側に変位し、ダイアフラム４０は力伝達手段１１２を介して第２のダイアフラム１１０からの力を受けパッケージ１４の外側に変位する。このときダイアフラム４０に設けられた支持部４２間の距離は互いに接近するため、感圧素子２４の基部２８は互いに接近する。したがって、感圧素子２４の振動腕２６は圧縮応力を受け、共振周波数が低くなる。したがって圧力センサー１２ｂは共振周波数が基準周波数より高いか低いかによりダイアフラム４０が受ける圧力と第２のダイアフラム１１０が受ける圧力との相対圧を測定することができる。

実装部材１０２は圧力センサー１２ｂの厚みより大きな厚みに設計されている。実装部材１０２に形成された挿通孔１０４は断面が矩形に形成され、挿通孔１０４の短辺１０４ａは圧力センサー１２ｂのパッケージ１４を平面視した短辺１４ａとほぼ同一の寸法を有し、挿通孔１０４の長辺１０４ｂはパッケージ１４の平面視した長辺１４ｂよりやや短い寸法を有する。そして、挿通孔１０４の短辺１０４ａの壁面であって実装部材１０２の厚み方向の中央領域にはパッケージ１４の短辺１４ａ側が挿入可能な一対の凹部１１４が形成される。この凹部１１４により凹部１１４の上端及び下端に第２のストッパー１０６が形成される。ここで凹部１１４は、一対の凹部１１４の互いに対向する２つの側面のうちの一方と、２つの側面のうちの他方側の挿通孔１０４の短辺１０４ａの壁面までの距離Ａがパッケージ１４の長辺方向の長さＢより大きくなるように形成している。

よって、圧力センサー１２ｂの一方の短辺側を凹部１１４の一方に挿入して圧力センサー１２ｂの一方の短辺側を凹部１１４の側面側に追いやることにより、圧力センサー１２ｂの他方の短辺側を挿通孔１０４に入れ込むことが可能となり、これにより圧力センサー１２ｂを挿通孔１０４に配置することができる。さらにダイアフラム４０、第２のダイアフラム１１０が露出した状態で圧力センサー１２ｂと凹部１１４との間に樹脂剤１０８を充填し、熱硬化させることにより圧力センサー１２ｂを挿通孔１０４において接合することができる。

よって第３実施形態において、感圧素子２４は２つのダイアフラムが受ける力の差を検知することになるため、ダイアフラム４０と第２のダイアフラム１１０との間の相対圧を測定するダイアフラム付電子デバイスとなる。さらに圧力センサー１２ｂは樹脂剤１０８を介して実装部材１０２に挟まれた態様で保持されることになる。したがって実装部材１０２からの応力の影響を軽減しつつ相対圧を測定可能なダイアフラム付電子デバイスとなる。

図９に第１実施形態の第４の変形例、図１０に第２実施形態の第２の変形例を示す。図９（ａ）は側面図、図９（ｂ）は正面図、図１０（ａ）は側面図、図１０（ｂ）は正面図である。第１実施形態の第４の変形例、第２実施形態の第２の変形例において、実装部材５０、７２ａの端面には、中間基板１１８が取り付けられ、中間基板１１８は、その主面の法線がダイアフラム４０の法線に対して垂直に向くように取り付けられている。そして中間基板１１８は実装基板１１６に実装される。図１０においては、図６の変形例を元に構成し、中間基板１１８が実装部材７２ａに一体に組み込まれている。

図９、１０において、圧力センサー１２、１２ａは、その長辺方向が板状の中間基板１１８の主面の法線に対して垂直となるように配置されている。そして図９において、外部電極４８はワイヤー線５８、５９により接続電極１２０、１２１に接続され、接続電極１２０、１２１は貫通配線１２２、１２３を介して中間基板１１８の下面に形成された実装電極１２４、１２５に接続されている。そして実装電極１２４は実装基板１１６の電極（不図示）に接続されている。

また図１０において、第２の電極９６は、貫通配線９０ａ、９１ａを介して実装電極１２４、１２５に接続される。
このような配置とすることにより、ダイアフラム４０の法線が実装基板１１６の法線に対して垂直になるため、実装形態に応じて圧力センサー１２の配置角度を変更することができる。なおこの中間基板１１８は実装部材１０２の端面に接合することが可能であるので第３実施形態にも適用できる。

図１１に第２実施形態の第３の変形例を示す。図１１は、図６の変形例を元に構成したものである。図１１に示すように第２実施形態の第３の変形例は、実装部材７２ａが実装される実装基板１３０と、実装基板１３０に形成され実装部材７２ａを収容可能な第４の凹部１２６と、第４の凹部１２６に充填されたゲル状の第２の樹脂剤１２８と、を有し、実装部材７２ａは、第２の樹脂剤１２８に埋設されたものである。ここで、第２の樹脂剤１２８は樹脂剤６０、７８と同様の材料であり、樹脂剤７８と同様の方法で第４の凹部１２６に充填する。実装電極１３２は実装部材７２ａの上部に配置され、接続電極８２ａとは貫通配線９０ｂを介して電気的に接続される。また実装電極１３２はワイヤー線５８により実装基板１３０に形成され実装先に電気的に接続された電極１３４に接続される。

このように構成することにより、実装部材７２ａ自体も第２の樹脂剤１２８により保持されることになるので、圧力センサー１２への応力の影響をさらに低減することができる。なおこの変形例は第１実施形態にも適用可能である。

なお、いずれの実施形態においても物理量センサーは、圧力を検出する圧力センサーであることを前提として述べてきたが、これに限定されず、加速度を検知したり、ダイアフラムに係る風圧を利用して風の速度を検知するセンサーとして実施することが可能である。

なお、図１、図３、図７、図９に示すように、第１実施形態及びその変形例において、外部電極４８を接続電極５２、１２０、１２１にワイヤー線５８、５９により接続しているが、外部電極４８を接続電極を介さずに実装先（不図示）にワイヤー線により電気的に接続しても良い。さらに、図４、図６、図１０、図１１に示すように、第２実施形態及びその変形例において、実装基板７２、７２ａ中に貫通配線８８、８８ａ、９０、１２２、１２３が形成されているが、外部電極４８、４８ａと第１の電極９４との電気的な接続をワイヤー線で行っても良い。また第２の電極９６と実装先（不図示）との電気的な接続を実装電極８６、１２４、１２５を介さずにワイヤー線で行っても良い。

１０………ダイアフラム付電子デバイス、１２………圧力センサー、１４………パッケージ、１６………第１層、１８………凹部、２０………周縁部、２２………第２層、２４………感圧素子、２６………振動腕、２８………基部、３０………連結部、３２………支持枠、３４………引出し電極、３６………第３層、３８………凹部、４０………ダイアフラム、４２………支持部、４４………周縁部、４６………貫通電極、４８………外部電極、５０………実装部材、５２………接続電極、５４………貫通電極、５６………実装電極、５８………ワイヤー線、６０………樹脂剤、６０ａ………導電性樹脂剤、６１………樹脂剤、６２………凸部、６４………凹部、７０………ダイアフラム付電子デバイス、７２………実装部材、７６………第２の凹部、７８………樹脂剤、７８ａ………導電性樹脂剤、８０………第３の凹部、８２………接続電極、８６………実装電極、８８………貫通配線、９０………貫通配線、９２………駆動回路、９４………第１の電極、９６………第２の電極、９８………ストッパー、１００………ダイアフラム付電子デバイス、１０２………実装部材、１０４………挿通孔、１０４ａ………短辺、１０４ｂ………長辺、１０６………第２のストッパー、１０８………樹脂剤、１１０………第２のダイアフラム、１１２………力伝達手段、１１４………凹部、１１６………実装基板、１１８………中間基板、１２０………接続電極、１２２………貫通配線、１２４………実装電極、１２６………第４の凹部、１２８………第２の樹脂材、１３０………実装基板、１３２………実装電極、１３４………電極、２００………圧力センサー素子、２０２………パッケージ、２０４………第１層、２０８………感圧素子、２１０………感圧部、２１２………基部、２１４………第２層、２１６………ダイアフラム、２１８………支持部、３００………半導体圧力センサー、３０１ａ………半導体素子、３０１ｂ………半導体素子、３０４………外部端子、３０７………パッケージ、３１１………ダイアフラム、３７１………圧力導入孔、３７２………取り付け部、４００………半導体チップ配置構造、４０５………半導体チップ、４１０………基板、４１１………切欠き、４２６………半田ボール、４２８………アンダフィル、４５５………ダイアフラム領域。

Claims (10)

1. パッケージと、前記パッケージの主面に形成され力を受けて変位するダイアフラムと、前記ダイアフラムに接続され、前記ダイアフラムの変位を受けて力を検知する力検出部と、を有する物理量センサーと、
   前記物理量センサーが実装される実装部材と、
   界面張力により前記物理量センサーを保持し、前記ダイアフラムを露出した状態で前記物理量センサーを前記実装部材に保持させるゲル状の樹脂剤と、を有することを特徴とするダイアフラム付電子デバイス。
2. 前記パッケージの主面の反対面に設けられた凸部と
   前記実装部材に設けられ前記凸部を挿入可能な凹部と、を有し、
   前記物理量センサーは、前記凸部が前記凹部に挿入されるとともに前記樹脂剤を前記凸部と前記凹部との間に充填する態様で前記実装部材に保持されたことを特徴とする請求項１に記載のダイアフラム付電子デバイス。
3. 前記実装部材は、前記パッケージを収容可能な第２の凹部を有し、
   前記樹脂剤は、前記第２の凹部に充填され、
   前記パッケージは、前記ダイアフラムが前記樹脂剤から露出した状態で前記樹脂剤に埋設され、前記パッケージの側面と前記主面の反対面とが前記樹脂剤に保持されたことを特徴とする請求項１に記載のダイアフラム付電子デバイス。
4. 前記実装部材の前記第２の凹部を形成した面の反対側の面に形成された第３の凹部と、
   前記第３の凹部に取り付けられ、前記力検出部と電気的に接続して前記力検出部を駆動させる駆動回路と、を有することを特徴とする請求項３に記載のダイアフラム付電子デバイス。
5. 前記実装部材には、前記パッケージの側面、および／もしくは、上面に当接して前記物理量センサーの位置ずれを防止するストッパーが設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のダイアフラム付電子デバイス。
6. 前記パッケージの前記主面の反対面に設けられ、前記力検出部と電気的に接続する外部電極と、
   前記実装部材に設けられ、外部に接続する接続電極と、
   前記外部電極と前記接続電極とを界面張力により接合し、前記樹脂剤の一部を構成し前記外部電極及び前記接続電極に対応した位置に設けられたゲル状の導電性樹脂剤と、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のダイアフラム付電子デバイス。
7. 前記実装部材は、
   前記パッケージを挿通するとともに前記パッケージの側面が前記樹脂剤を介して接合される挿通孔と、
   前記実装部材の両面の前記挿通孔の開口部に形成され、前記パッケージの位置ずれを防止する第２のストッパーと、を有し、
   前記物理量センサーは、
   前記パッケージの前記主面の反対面に形成された第２のダイアフラムと、
   前記ダイアフラムと前記第２のダイアフラムとを連結し、一方のダイアフラムが受ける力を他方のダイアフラムに伝達する力伝達手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載のダイアフラム付電子デバイス。
8. 前記実装部材の端面には、中間基板が取り付けられ、
   前記中間基板は、その主面の法線が前記ダイアフラムの法線に対して垂直に向くように取り付けられたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のダイアフラム付電子デバイス。
9. 前記実装部材が実装される実装基板と、
   前記実装基板に形成され前記実装部材を収容可能な第４の凹部と、
   前記第４の凹部に充填されたゲル状の第２の樹脂剤と、を有し、
   前記実装部材は、前記第２の樹脂剤に埋設されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のダイアフラム付電子デバイス。
10. 前記樹脂剤は、熱硬化性のシリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のダイアフラム付電子デバイス。