JP2012127781A - Dynamic quantity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、力学量センサに関するものである。 The present invention relates to a mechanical quantity sensor.
力学量センサは、センサチップが接着剤を介してケース等の被着体に接着されているが、被着体とセンサチップとの線膨張係数の違いから、温度変化によってセンサチップに熱応力がかかってしまう。このため、従来では、弾性変形によって熱応力を緩和させる弾性接着剤、特に、低弾性の接着剤(柔らかい接着剤)を用いている。 In a mechanical quantity sensor, a sensor chip is bonded to an adherend such as a case via an adhesive. However, due to a difference in linear expansion coefficient between the adherend and the sensor chip, thermal stress is applied to the sensor chip due to a temperature change. It will take. For this reason, conventionally, an elastic adhesive that relieves thermal stress by elastic deformation, in particular, a low-elasticity adhesive (soft adhesive) is used.
しかし、低弾性の接着剤は、硬化前の状態が液状のため、被着体に接着剤を塗布して、センサチップを載せた後、接着剤が硬化するまでの間に、センサチップが自重で沈むことで、熱応力を緩和するのに十分な接着剤の厚みを確保できなかったり、センサチップが傾いて接着剤の厚みが不均一になったりする恐れがある。 However, since the low-elasticity adhesive is in a liquid state before being cured, the sensor chip is self-weighted after the adhesive is applied to the adherend and the sensor chip is placed and before the adhesive is cured. The thickness of the adhesive may not be sufficient to relieve the thermal stress, or the sensor chip may be tilted and the thickness of the adhesive may become uneven.
そこで、従来では、低弾性の接着剤にビーズを混ぜることにより、ビーズをセンサチップと被着体との間隔を保つためのスペーサとして機能させて、熱応力を緩和するのに必要な接着剤の厚みを確保している。なお、低弾性の接着剤としては、例えば、シリコーン系接着剤が用いられ、ビーズとしては、例えば、PS(ポリスチレン)や、アルミナ、ガラス製のものが用いられている(例えば、特許文献1、2参照)。
Therefore, conventionally, by mixing the beads with a low-elasticity adhesive, the beads function as a spacer for keeping the distance between the sensor chip and the adherend, and the adhesive necessary for alleviating the thermal stress is used. The thickness is secured. As the low-elasticity adhesive, for example, a silicone-based adhesive is used, and as the beads, for example, PS (polystyrene), alumina, or glass is used (for example,
ところで、上述の従来技術では、被着体に接着剤を塗布して、センサチップを載せた後、接着剤が硬化するまでの間、センサチップと被着体との間隔を保ちながら、センサチップを保持するために、PS製等の高弾性、すなわち、比較的硬いビーズが用いられており、ビーズのヤング率が硬化後の接着剤よりも高かった。具体的には、PS製のビーズのヤング率は、シリコーン系接着剤のヤング率よりも三桁以上高かった。それに加えて、PS製ビーズの線膨張係数は、シリコーン系接着剤の線膨張係数よりも1/5程度と小さかった。 By the way, in the above-mentioned prior art, after applying an adhesive to an adherend and placing the sensor chip, the sensor chip is maintained while maintaining the distance between the sensor chip and the adherend until the adhesive is cured. In order to maintain the hardness, beads made of high elasticity such as PS, that is, relatively hard beads were used, and the Young's modulus of the beads was higher than that of the adhesive after curing. Specifically, the Young's modulus of PS beads was three orders of magnitude higher than that of silicone adhesives. In addition, the linear expansion coefficient of PS beads was about 1/5 smaller than that of the silicone adhesive.
また、特許文献1の段落0014に記載の通り、粒径がそろっているビーズを用いることが好ましいが、実際には、粒径がそろっているビーズを用いることは困難であり、ビーズには粒径のバラツキが存在してしまう。
Further, as described in paragraph 0014 of
このため、図11に示すような問題が生じてしまう。ここで、図11は、ビーズ30を混ぜた低弾性の接着剤2によって、センサチップ3と被着体とを接着した状態を示しており、図1と同様の構成部には図1と同一の符号を付している。
For this reason, the problem as shown in FIG. 11 will arise. Here, FIG. 11 shows a state in which the
すなわち、図11に示すように、接着剤2の硬化温度よりも環境温度が低い場合、接着剤2はビーズ30よりもより大きく収縮し、相対的に大きなビーズ30がセンサチップ3を押して歪を生じさせてしまう。さらに、接着剤2中のビーズ30の配置はコントロールできないため、相対的に大きなビーズ30の位置にバラツキがあることから、センサチップ3に生じる歪の大きさや分布にバラツキが生じてしまう。これが、センサチップ3の温度特性の悪化の要因となる。
That is, as shown in FIG. 11, when the environmental temperature is lower than the curing temperature of the
なお、温度特性が悪化するとは、センサの出力と温度との関係を示す温度特性図において、両者の関係を示す線に曲がりが生じ、線の傾きが一定の関係でなくなることを意味する。傾きが一定であれば、回路での出力特性の温度補正が可能であるが、傾きが一定でなくなると、高精度に温度補正するためには、回路チップの規模が大きくなってしまう。 The deterioration of the temperature characteristic means that in the temperature characteristic diagram showing the relationship between the output of the sensor and the temperature, the line indicating the relationship between the two is bent, and the inclination of the line is not constant. If the inclination is constant, the temperature correction of the output characteristics in the circuit is possible. However, if the inclination is not constant, the scale of the circuit chip becomes large in order to correct the temperature with high accuracy.
本発明は上記点に鑑みて、スペーサとして従来のビーズを用いた場合と比較して、センサチップの温度特性を改善することを目的とする。 In view of the above points, the present invention aims to improve the temperature characteristics of a sensor chip as compared with the case where conventional beads are used as spacers.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、弾性変形によって熱応力を緩和する第1の高分子接着剤(2)を介して、センサチップ(3)が被着体(4)に接着された力学量センサの製造方法において、
被着体(4)のセンサチップ(2)との接着予定領域の一部に、硬化後のヤング率が第1の高分子接着剤(2)と略同じである第2の高分子接着剤を硬化させることにより、センサチップ(3)と被着体(4)との間隔を保つためのスペーサ(12、13)を形成する工程と、
スペーサ(12)を形成した後、接着予定領域の全体に第1の高分子接着剤(2)を塗布する工程と、
接着剤(2)が塗布された接着予定領域にセンサチップ(3)を載せ、スペーサ(12、13)によってセンサチップ(3)を保持しながら、センサチップ(3)と被着体(4)との間の第1の高分子接着剤(2)を硬化させる工程とを有することを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, the sensor chip (3) is attached to the adherend (4) via the first polymer adhesive (2) that relieves thermal stress by elastic deformation. In the manufacturing method of the mechanical quantity sensor bonded to
A second polymer adhesive having a Young's modulus after curing substantially the same as that of the first polymer adhesive (2) in a part of a region to be bonded to the sensor chip (2) of the adherend (4) Forming a spacer (12, 13) for keeping the distance between the sensor chip (3) and the adherend (4) by curing
After forming the spacer (12), applying a first polymer adhesive (2) to the entire area to be bonded;
The sensor chip (3) and the adherend (4) are placed while the sensor chip (3) is placed on the planned bonding area where the adhesive (2) is applied and the sensor chip (3) is held by the spacers (12, 13). And a step of curing the first polymer adhesive (2) between the two.
なお、「硬化後のヤング率が第1の高分子接着剤(2)と略同じ」とは、硬化後のヤング率が第1の高分子接着剤(2)に対して0.1倍〜10倍の範囲内であることを意味する。 “The Young's modulus after curing is substantially the same as that of the first polymer adhesive (2)” means that the Young's modulus after curing is 0.1 times to that of the first polymer adhesive (2). It means that it is in the range of 10 times.
これによると、熱応力を緩和する第1の高分子接着剤と硬化後のヤング率が近い材料を用いてスペーサを形成するので、スペーサとして従来のビーズを用いた場合と比較して、温度変化による接着剤の収縮時にセンサチップがスペーサから受ける応力を低減でき、センサチップの温度特性を改善することができる。 According to this, since the spacer is formed using the first polymer adhesive that relaxes the thermal stress and the material having a similar Young's modulus after curing, the temperature change compared to the case where the conventional beads are used as the spacer. It is possible to reduce the stress that the sensor chip receives from the spacer when the adhesive contracts due to the above, and to improve the temperature characteristics of the sensor chip.
請求項2に記載の発明では、スペーサ(12)を形成する工程で、液滴の状態での第2の高分子接着剤の塗布と硬化とを行うことにより、所望厚さ(T1)のスペーサ(12)を形成することを特徴としている。 In the second aspect of the invention, in the step of forming the spacer (12), the second polymer adhesive is applied and cured in the form of droplets, whereby the spacer having a desired thickness (T1). (12) is formed.
ここで、熱応力を緩和する第1の高分子接着剤と硬化後のヤング率が近い高分子接着剤は、上述の通り、硬化前の状態が液状なので、ある程度の体積があると被着体の表面に濡れ広がってしまう。このため、所望厚さのスペーサを形成するまでの塗布回数が多くなり、時間がかかってしまうという問題が生じる。 Here, the first polymer adhesive that relieves thermal stress and the polymer adhesive having a similar Young's modulus after curing, as described above, are in a liquid state before curing. It spreads wet on the surface. For this reason, the frequency | count of application | coating until formation of the spacer of desired thickness increases, and the problem that it takes time arises.
これに対して、本発明では、液滴の状態で塗布するので、塗布した材料は、被着体の表面上で表面張力により濡れ広がらず、液滴の状態のままとなる。これにより、塗布した材料が濡れ広がる場合と比較して、所望厚さのスペーサを形成するまでの塗布回数および時間を減らすことができる。 On the other hand, in the present invention, since it is applied in the form of droplets, the applied material does not wet and spread on the surface of the adherend due to surface tension, and remains in the state of droplets. Thereby, compared with the case where the applied material spreads wet, it is possible to reduce the number of times of application and time until a spacer having a desired thickness is formed.
請求項2に記載の発明においては、請求項3に記載のように、スペーサ(12)を形成する工程で、液滴の状態での塗布と硬化とを複数回行うことにより、所望厚さのスペーサを形成しても良い。 In the second aspect of the present invention, as described in the third aspect, in the step of forming the spacer (12), application and curing in a droplet state are performed a plurality of times, so that a desired thickness is obtained. A spacer may be formed.
また、請求項1〜3に記載の発明においては、請求項4に記載のように、第2の高分子接着剤として、例えば、第1の高分子接着剤(2)と同じ材料を用いることが好ましい。これにより、硬化後の第1の高分子接着剤とスペーサとのヤング率および線膨張係数を同じにできるので、温度変化による接着剤の収縮時にセンサチップがスペーサから受ける応力をより低減でき、センサチップの温度特性をより改善することができる。
Moreover, in invention of Claims 1-3, as described in
請求項5に記載の発明では、スペーサ(13)を形成する工程で、所定間隔(T2)とされた接着剤塗布用ノズル(10)の先端面(21)と被着体(4)との間で、接着剤塗布用ノズル(10)から塗布した第2の高分子接着剤(2)を硬化させるとともに、第2の高分子接着剤として、第1の高分子接着剤(2)と同じ材料を用い、
第1の高分子接着剤(2)を塗布する工程で、スペーサを形成する工程で使用した接着剤塗布用ノズル(10)から第1の高分子接着剤(2)を追加塗布することを特徴としている。
In the invention according to
In the step of applying the first polymer adhesive (2), the first polymer adhesive (2) is additionally applied from the adhesive application nozzle (10) used in the step of forming the spacer. It is said.
これによると、請求項4に記載の発明と同様に、第1の高分子接着剤と同じ材料を用いてスペーサを形成するので、硬化後の第1の高分子接着剤とスペーサとのヤング率および線膨張係数を同じにでき、センサチップの温度特性をより改善することができる。
According to this, since the spacer is formed using the same material as the first polymer adhesive, as in the invention described in
請求項5に記載の発明においては、請求項6、7、8に記載のように、スペーサ(13)を形成する工程で、接着剤塗布用ノズル(20)から塗布した第2の高分子接着剤を部分的に硬化させることができる。 In the fifth aspect of the invention, as in the sixth, seventh, and eighth aspects, the second polymer adhesion applied from the adhesive application nozzle (20) in the step of forming the spacer (13). The agent can be partially cured.
また、請求項5〜8に記載の発明においては、スペーサ(13)を形成する工程で、接着剤塗布用ノズル(20)として、先端面(21)よりも被着体(4)側に突出するとともに、先端面(21)を基準とした突出高さ(T3)が所定間隔(T2)と同じである突出部(23、24)を設けたものを用いることが好ましい。これによれば、接着剤塗布用ノズルの突出部を被着体に当てることで、自動的に、接着剤塗布用ノズルの先端面と被着体との距離を所定間隔とすることができるからである。
In the inventions according to
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
(第1実施形態)
本実施形態は、車両に搭載される圧力センサに本発明を適用したものである。図1に本実施形態における圧力センサの断面構成を示す。
(First embodiment)
In the present embodiment, the present invention is applied to a pressure sensor mounted on a vehicle. FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of the pressure sensor in the present embodiment.
本実施形態の圧力センサ1は、接着剤(第1の高分子接着剤)2を介して、センサチップ3がセラミックステム4と接着されており、このセラミックスステム4が図示しない樹脂ケースに接着されたものである。本実施形態では、セラミックステム4がセンサチップ3と接着される被着体である。
In the
本実施形態の圧力センサ1は、車両に搭載されるため、外気温変化や、エンジンの作動と停止による温度変化に曝される。そこで、接着剤2として、センサチップ3とセラミックステム4との線膨張係数の違いから生じる熱応力を弾性変形によって緩和させるために、低弾性の高分子接着剤が用いられている。この低弾性とは、ヤング率が0.3〜10MPaの範囲を意味する。
Since the
接着剤2としては、一般的なシリコーン系接着剤、フロロシリコーン系接着剤等を用いることができる。フロロシリコーン系接着剤を用いる場合では、例えば、信越化学工業株式会社製の製品名「X−32−1619」を用いることができ、この場合の硬化後のヤング率は1MPa前後である。 As the adhesive 2, a general silicone adhesive, fluorosilicone adhesive, or the like can be used. In the case of using a fluorosilicone adhesive, for example, the product name “X-32-1619” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. can be used, and the Young's modulus after curing in this case is about 1 MPa.
センサチップ3は、Si半導体基板5とガラス台座6とが積層された構成である。Si半導体基板5は、その裏面側に設けられた凹部5bによって、表面側にダイアフラム5aが形成されている。ダイアフラム5aとガラス台座6との間の空間5cは密閉されており、基準圧力室としての真空室となっている。
The
また、図示しないが、ダイアフラム5aには、ダイアフラム5aの歪みに基づく電気信号を発生するゲージ拡散抵抗(歪みゲージ)が、ブリッジ回路を構成するように形成されている。この圧力センサ1においては、ダイアフラム5aの表面側から圧力が印加されると、ダイアフラム5aが歪み、このダイアフラム5aの歪みに基づいてゲージ拡散抵抗の抵抗値が変化し、ブリッジ回路における電圧値が変化する。この変化した電圧値が電気信号として回路部にて検出されることにより、印加圧力が検出されるようになっている。本実施形態の圧力センサにおいては、ダイアフラム5aの表面にかかる圧力と真空室5c内との圧力差、すなわち絶対圧が検出される。
Although not shown, the
次に、図1に示す構造の圧力センサ1の製造方法について説明する。図2に圧力センサ1の製造工程を示す。
Next, a method for manufacturing the
図2(a)に示すように、セラミックステム4の表面のうちセンサチップ3との接着予定領域の一部に、複数のスペーサ12を形成する工程を行う。
As shown in FIG. 2A, a step of forming a plurality of
具体的には、ピエゾインジェクタ10によって、低弾性の接着剤(第1の高分子接着剤)2と同じ材料(第2の高分子接着剤)を塗布し、熱風で硬化させる。この塗布と硬化とを複数回繰り返し行うことで、低弾性の接着剤2と同じ材料(第2の高分子接着剤)からなる層11を積層印刷して、所望厚さT1のスペーサ12を形成する。
Specifically, the same material (second polymer adhesive) as the low-elasticity adhesive (first polymer adhesive) 2 is applied by the piezo injector 10 and cured with hot air. By repeating this coating and curing a plurality of times, a
ピエゾインジェクタは、硬化前の液状の接着剤を微小な液滴の状態で塗布するものであり、市販のインクジェットプリンタと同じ機構を有するものである。 The piezo injector applies a liquid adhesive before curing in the form of fine droplets, and has the same mechanism as a commercially available inkjet printer.
スペーサ12の所望厚さT1とは、図1に示す製造後の圧力センサ1において、熱応力を緩和するのに十分な接着剤2の所望厚さと同じ厚さである。スペーサ12の形成位置は、セラミックステム4の表面に対して平行に、センサチップ3を保持できる位置である。
The desired thickness T1 of the
ここで、低弾性の接着剤2は、硬化前の状態が液状のため、ある程度の体積があると濡れ広がってしまう。このため、所望厚さのスペーサを形成するまでの塗布回数が多くなり、時間がかかってしまうという問題が生じる。
Here, since the low-
しかし、ピエゾインジェクタで微小液滴を塗布すると、セラミックステム4の表面上で、表面張力により濡れ広がらず、液滴の状態のままとなる。これにより、塗布した接着剤が濡れ広がる場合と比較して、所望厚さT1のスペーサ12を形成するまでの塗布回数および時間を減らすことができる。
However, when a micro droplet is applied with a piezo injector, the surface of the
続いて、図2(b)に示すように、セラミックステム4の表面のうちセンサチップ3との接着予定領域の全体に、接着剤2を塗布する工程を行う。このとき用いる接着剤塗布用ノズルは、一般的なものを用いれば良く、スペーサ12の形成のときとは異なるものを用いる。接着剤2は、接着剤2を所望厚さとするために必要な量が塗布される。また、塗布後の接着剤12は、スペーサ12を包含している。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (b), a step of applying the adhesive 2 to the entire region to be bonded to the
その後、図2(c)に示すように、セラミックステム4の表面のうち接着剤2が塗布された接着予定領域にセンサチップ3を載せ、センサチップ3とセラミックステム4との間 の接着剤2を硬化させる工程を行う。この工程は、従来と同様の条件にて行えば良い。例えば、熱風を吹付けることで、接着剤を硬化させる。
Thereafter, as shown in FIG. 2 (c), the
この工程では、スペーサ12によってセンサチップ3を保持しながら、接着剤2を硬化させるので、接着剤2が硬化するまでの間に、センサチップ3が自重で沈んだり、傾いたりすることを防止できる。この結果、硬化後の接着剤2の厚みを、均一にでき、熱応力を緩和するのに十分な厚みとすることができる。
In this step, since the adhesive 2 is cured while the
このようにして、図1に示す構造の圧力センサ1が製造される。
In this way, the
以上の説明の通り、本実施形態では、熱応力を緩和する低弾性の接着剤2と同じ材料を用いてスペーサ12を形成するので、接着剤2の硬化後においては、スペーサ12のヤング率および線膨張係数は低弾性の接着剤2と同じである。
As described above, in this embodiment, since the
よって、本実施形態によれば、スペーサとして従来のビーズ30を用いた場合と比較して、温度変化による接着剤2の収縮時にセンサチップ3がスペーサから受ける応力を低減でき、センサチップ3の温度特性を改善することができる。
Therefore, according to this embodiment, compared with the case where the
なお、本実施形態では、塗布と硬化とを複数回繰り返したが、比較的大きな液滴が形成でき、1回の塗布と硬化で所望の厚さが得られるのであれば、塗布と硬化の回数は1回でも良い。 In this embodiment, coating and curing are repeated a plurality of times. However, if a relatively large droplet can be formed and a desired thickness can be obtained by one coating and curing, the number of times of coating and curing. May be once.
また、本実施形態では、図2(a)に示すスペーサ12を形成する工程や、図2(c)に示す接着剤2を硬化させる工程で、接着剤を熱風で硬化させたが、レーザ加熱等の他の加熱方法によって、接着剤を硬化させても良く、接着剤の種類に応じて、UV照射等の他の硬化方法によって接着剤を硬化させても良い。
In this embodiment, the adhesive is cured with hot air in the step of forming the
また、本実施形態では、熱硬化性の接着剤を加熱しないために、ピエゾインジェクタ10を用いているが、接着剤が硬化、変性しないように、液滴の状態で塗布できれば、他の塗布手段を用いても良い。 In this embodiment, the piezo injector 10 is used in order not to heat the thermosetting adhesive. However, other application means can be used as long as the adhesive can be applied in a droplet state so that the adhesive is not cured or denatured. May be used.
また、本実施形態では、スペーサ12を形成する材料(第2の高分子接着剤)として、図1中の低弾性の接着剤2と同じ材料を用いたが、図1中の低弾性の接着剤2と異なる材料を用いても良い。ただし、硬化後のヤング率が図1中の低弾性の接着剤2と略同じ、すなわち、低弾性の接着剤2に対して0.1倍〜10倍である高分子接着剤を用いる。このような材料としては、一般的な高分子接着剤の中から任意に選択して用いることができる。ちなみに、高分子接着剤は、高分子の架橋度を変えたり、添加する高分子オイルの添加量を変えたりすることで、ヤング率(硬さ)を制御することが可能である。
In the present embodiment, the same material as the low-
ここで、上述の通り、従来のPS製のビーズは、そのヤング率がシリコーン系接着剤のヤング率よりも三桁以上高く、線膨張係数が1/5程度と小さかったことが、温度変化により接着剤が収縮したときにセンサチップがスペーサから応力を受ける原因であった。 Here, as described above, the conventional PS beads have a Young's modulus three or more orders of magnitude higher than the Young's modulus of the silicone-based adhesive and a linear expansion coefficient of about 1/5, which is due to temperature changes. This was the cause of the sensor chip receiving stress from the spacer when the adhesive contracted.
そこで、スペーサ12の形成材料として、硬化後のヤング率が、従来のPS製のビーズよりも図1中の低弾性の接着剤2に近い高分子接着剤の材料を用いることで、スペーサとして従来のビーズを用いた場合と比較して、接着剤の収縮時にセンサチップがスペーサから受ける応力を低減できる。
Therefore, as a material for forming the
なお、低弾性の接着剤2と異なる高分子接着剤を用いる場合では、ヤング率が近ければ、センサチップがスペーサから受ける応力を低減できるので、線膨張係数は異なっていても良いが、低弾性の接着剤2と略同じである線膨張係数を有することが好ましい。例えば、図1中の低弾性の接着剤2がシリコーン系接着剤である場合、材料としては異なるが、同じシリコーン系の接着剤を用いれば、線膨張係数は略同じとなる。
When a polymer adhesive different from the low-
また、低弾性の接着剤2と異なる高分子接着剤を用いる場合では、さらに、ピエゾインジェクタでの塗布性に優れること、硬化時間や硬化手法に優れることの少なくとも一方を満たすことが好ましい。低弾性の接着剤2よりも硬化時間が短いものを用いれば、製造時間を短縮できる。
Further, when a polymer adhesive different from the low-
(第2実施形態)
本実施形態は、スペーサの形成方法が第1実施形態と異なるものであり、以下では、本実施形態における圧力センサの製造方法について説明する。
(Second Embodiment)
The present embodiment is different from the first embodiment in the method of forming the spacer, and the method for manufacturing the pressure sensor in the present embodiment will be described below.
図3に本実施形態における圧力センサの製造工程を示す。図3(a)に示すように、セラミックステム4の表面のうちセンサチップ3との接着予定領域の一部に、スペーサ13を形成する工程を行う。
FIG. 3 shows a manufacturing process of the pressure sensor in this embodiment. As shown in FIG. 3A, a step of forming a
具体的には、先端面21が平らな構造である接着剤塗布用ノズル20を用いて、接着剤塗布用ノズル20の先端面21とセラミックステム4との間隔を所定間隔T2とした状態で、吐出口20aから接着剤2を少量吐出する。この所定間隔T2は、図1に示す製造後の圧力センサ1において、熱応力を緩和するのに十分な接着剤2の所望厚さと同じ厚さである。本実施形態では、コンピュータ制御等によって接着剤塗布用ノズル20の図中上下方向での位置を規定することで、接着剤塗布用ノズル20の先端面21とセラミックステム4との間隔を所定間隔T2とする。
Specifically, using the
そして、接着剤塗布用ノズル20の外側から硬化手段としてのUV照射手段によって、塗布後の接着剤2のうち外側部分のみをUV照射して部分的に硬化させることで、スペーサ13を形成する。このとき、UV照射時間等の硬化条件を、塗布後の接着剤2が半硬化する条件とすることで、塗布後の接着剤2を、完全に硬化させるのではく、半生状態となるように硬化させる。この半硬化とは、接着剤2がセンサチップ3を保持できる程度に硬さを有しつつ、後述のように、半生状態の接着剤2が追加塗布した接着剤2と反応して硬化できる程度に硬化することを意味する。
And the
なお、図示しないが、接着剤塗布用ノズル20は略円柱形状であり、形成されたスペーサ13の平面形状は環状となる。
Although not shown, the
その後、図3(b)に示すように、スペーサ13の形成時に使用した接着剤塗布用ノズル20をセラミックステム4から離しながら、セラミックステム4の表面の接着予定領域に、接着剤塗布用ノズル20から接着剤2を追加塗布する。
Thereafter, as shown in FIG. 3B, the
続いて、図3(c)に示すように、セラミックステム4の表面のうち接着剤2が塗布された接着予定領域にセンサチップ3を載せ、図3(d)に示すように、センサチップ3とセラミックステム4との間の接着剤2を本硬化させる工程を行う。このとき、例えば、熱風を吹付けて接着剤2を硬化させるが、熱風温度、熱風吹付け時間等の硬化条件を、塗布後の接着剤2が完全に硬化する条件とする。これにより、半生状態のスペーサ13は、追加塗布された接着剤2と反応して硬化し、追加塗布された接着剤2と一体化する。
Subsequently, as shown in FIG. 3 (c), the
以上の説明の通り、本実施形態では、スペーサを形成する材料(第2の高分子接着剤)として、熱応力を緩和する低弾性の接着剤(第1の高分子接着剤)2と同じ材料を用いてスペーサ12を形成し、追加塗布した接着剤2の硬化後において、スペーサ13を接着剤2と一体化させている。
As described above, in the present embodiment, the material forming the spacer (second polymer adhesive) is the same material as the low-elasticity adhesive (first polymer adhesive) 2 that relieves thermal stress. The
これにより、製造後の圧力センサ1では、接着剤2は全体が完全に同一物性の材料で構成され、接着剤2の内部にヤング率および線膨張係数が異なる部材が存在しないので、スペーサとして従来のビーズ30を用いた場合と比較して、温度変化による接着剤2の収縮時にセンサチップ3がスペーサから受ける応力を低減でき、センサチップ3の温度特性を改善することができる。
As a result, in the
なお、本実施形態では、スペーサ13を半生状態とすることで、スペーサ13と追加塗布された接着剤2とを本硬化によって一体化させたが、スペーサ13と追加塗布された接着剤2とを一体化させなくても良い。この場合であっても、接着剤2の硬化後においては、スペーサ13は接着剤2と同じヤング率なので、スペーサとしてビーズ30を用いた場合と比較して、センサチップ3がスペーサから受ける応力を低減できる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、図3(a)に示す工程で、紫外線照射により、塗布後の接着剤2の外側部分を硬化させたが、熱風吹付け手段を用いて、接着剤塗布用ノズル20の外側からの熱風吹付けにより、塗布後の接着剤2の外側部分を硬化させても良い。
Further, in the present embodiment, the outer portion of the adhesive 2 after application is cured by ultraviolet irradiation in the step shown in FIG. 3A, but the
(第3実施形態)
図4に本実施形態における圧力センサの製造工程の一部を示す断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the pressure sensor in the present embodiment.
本実施形態では、第2実施形態で説明した図3(a)に示すスペーサを形成する工程において、図4に示すように、先端側に加熱部22を設けた接着剤塗布用ノズル20を用いる。これにより、接着剤塗布用ノズル20の加熱部22によって、接着剤塗布用ノズル20から塗布した接着剤2を局所的に加熱し部分的に硬化させることで、スペーサ13を形成する。
In this embodiment, in the step of forming the spacer shown in FIG. 3A described in the second embodiment, as shown in FIG. 4, an
具体的には、加熱部22をニクロム線等の電気ヒータで構成し、電力によって加熱部22を発熱させたり、加熱部22を電磁波吸収して発熱する発熱材料で構成し、電磁波照射によって加熱部22を発熱させたりすることが可能である。
Specifically, the
なお、第2実施形態では、接着剤塗布用ノズル20の外側から接着剤硬化手段によって、塗布後の接着剤2の外側部分を硬化させたが、本実施形態では、塗布後の接着剤2の外側ではなく、内側の部分を硬化させても良い。ただし、硬化後の接着剤2の厚みを均一にするために、セラミックステム4の表面に対して平行に、センサチップ3を保持するという観点では、塗布後の接着剤2の外側の部分を硬化させることが好ましい。
In the second embodiment, the outer portion of the adhesive 2 after application is cured by the adhesive curing means from the outside of the
(第4実施形態)
図5に本実施形態における圧力センサの製造工程で用いる接着剤塗布ノズルの断面図を示す。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the adhesive application nozzle used in the manufacturing process of the pressure sensor in the present embodiment.
本実施形態では、第2実施形態で説明した図3(a)に示すスペーサを形成する工程において、図5に示すように、接着剤塗布用ノズル20として、先端面21よりもセラミックステム4側に突出する突出部23が設けられたものを用いる。この突出部23は、先端面21の外周側に設けられており、先端面21を基準とした突出高さT3が、所定間隔T2と同じである。
In the present embodiment, in the step of forming the spacer shown in FIG. 3A described in the second embodiment, as shown in FIG. A projection provided with a protruding
これによれば、接着剤塗布用ノズル20の突出部23をセラミックステム4に押し当てることで、自動的に、接着剤塗布用ノズル20の先端面21とセラミックステム4との距離を所定間隔T2とすることができる。
According to this, by pressing the protruding
(第5実施形態)
図6に本実施形態における圧力センサの製造工程の一部を示す。また、図7(a)、(b)に、図6中の接着剤塗布ノズルの断面図およびノズル先端側から見た平面図を示し、図8に図6(b)に示す工程でスペーサ用に硬化された接着剤の平面図を示す。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 shows a part of the manufacturing process of the pressure sensor in the present embodiment. FIGS. 7A and 7B show a sectional view of the adhesive application nozzle in FIG. 6 and a plan view seen from the nozzle tip side, and FIG. 8 shows a spacer for the spacer in the step shown in FIG. Fig. 2 shows a plan view of the cured adhesive.
本実施形態では、第2実施形態で説明した図3(a)に示すスペーサを形成する工程において、図7(a)、(b)に示すように、接着剤塗布用ノズル20として、先端面21よりもセラミックステム4側に突出する突出部24が、吐出口20aの周縁部で環状に設けられたものを用いる。この突出部24の先端面21を基準とした突出高さT3は、所定間隔T2と同じである。
In the present embodiment, in the step of forming the spacer shown in FIG. 3A described in the second embodiment, as shown in FIG. 7A and FIG. The
そして、図6(a)に示すように、接着剤塗布用ノズル20をセラミックステム4に近づけて、接着剤2を少量吐出する。
Then, as shown in FIG. 6A, the
続いて、図6(b)に示すように、接着剤塗布用ノズル20の突出部24をセラミックステム4に押し当てる。これにより、接着剤2が突出部24の外側にはみ出して、接着剤塗布用ノズル20の先端面21とセラミックステム4との間に接着剤2が位置する。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, the protruding
その後、第2実施形態と同様に、突出部24の外側に位置する接着剤2を硬化させることで、スペーサ13を形成する。このとき、図8に示すように、形成されたスペーサ13の平面形状は、突出部24の外形に沿った環状となる。
Thereafter, similarly to the second embodiment, the
本実施形態によっても、第4実施形態と同様に、接着剤塗布用ノズル20の突出部23をセラミックステム4に押し当てることで、自動的に、接着剤塗布用ノズル20の先端面21とセラミックステム4との距離を所定間隔T2とすることができる。
Also in the present embodiment, as in the fourth embodiment, the
(第6実施形態)
図9(a)、(b)に、本実施形態の接着剤塗布ノズルの断面図およびノズル先端側から見た平面図を示し、図10にスペーサ用に硬化された接着剤の平面図を示す。
(Sixth embodiment)
9A and 9B show a sectional view of the adhesive application nozzle of the present embodiment and a plan view seen from the nozzle tip side, and FIG. 10 shows a plan view of the adhesive cured for the spacer. .
本実施形態では、第2実施形態で説明した図3(a)に示すスペーサを形成する工程において、第5実施形態で説明した図7に示す接着剤塗布ノズル20に対して、図9(b)に示すように、突起部24の一部に溝部25を設けたものを用いる。
In the present embodiment, in the step of forming the spacer shown in FIG. 3A described in the second embodiment, the
溝部25は、吐出口20aから突起部24の外側に接着剤2を導くためのものであり、吐出口20aから外側へ放射状に延びて形成されている。溝部25は、突起部24に対して複数箇所設けられており、本実施形態では、図9(b)に示すように、4箇所設けられている。溝25の底面は先端面21と同一平面となっている。
The
これにより、本実施形態では、接着剤塗布用ノズル20の突出部24をセラミックステム4に押し当てた状態で、接着剤2を少量吐出することで、突出部24の外側に位置する接着面21とセラミックステム4との間に接着剤24を配置させることができる。
Thereby, in this embodiment, the
そして、第2実施形態と同様に、突出部24の外側に位置する接着剤を硬化させることで、スペーサ13を形成する。このとき、図10に示すように、スペーサ13は吐出口20aの外側に4箇所形成される。
And the
本実施形態によっても、第5実施形態と同様に、接着剤塗布用ノズル20の突出部23をセラミックステム4に押し当てることで、自動的に、接着剤塗布用ノズル20の先端面21とセラミックステム4との距離を所定間隔T2とすることができる。
Also in the present embodiment, as in the fifth embodiment, the
(他の実施形態)
(1)上述の各実施形態では、センサチップ3がセラミックステム4に接着され、このセラミックステム4が樹脂ケースに接着された構成であったが、センサチップ3が樹脂ケースに接着された構成であっても良い。この場合、樹脂ケースがセンサチップ3と接着される被着体である。
(Other embodiments)
(1) In each of the embodiments described above, the
(2)上述の各実施形態では、センサチップ3は、Si半導体基板5とガラス台座6とが積層された構成であったが、Si半導体基板5のみによって構成されていても良い。
(2) In each of the embodiments described above, the
(3)上述の各実施形態では、本発明を、力学量としての圧力を検出する圧力センサの製造方法に適用したが、弾性変形によって熱応力を緩和する接着剤を介して、センサチップが被着体に接着された構造を有するものであれば、他の力学量センサの製造方法に適用することもできる。他の力学量センサとしては、力学量として加速度を検出する加速度センサが挙げられる。 (3) In each of the embodiments described above, the present invention is applied to a method for manufacturing a pressure sensor that detects pressure as a mechanical quantity, but the sensor chip is covered with an adhesive that relieves thermal stress by elastic deformation. As long as it has a structure bonded to the adherend, it can also be applied to other methods for manufacturing a mechanical quantity sensor. Examples of other mechanical quantity sensors include an acceleration sensor that detects acceleration as a mechanical quantity.
1 圧力センサ(力学量センサ)
2 接着剤(第1の高分子接着剤)
3 センサチップ
4 セラミックステム(被着体)
11 接着剤2と同じ材料からなる層(第2の高分子接着剤からなる層)
12 スペーサ(第2の高分子接着剤からなるスペーサ)
13 スペーサ(第2の高分子接着剤からなるスペーサ)
20 接着剤塗布用ノズル
21 接着剤塗布用ノズルの先端面
22 接着剤塗布用ノズルの加熱部
23 接着剤塗布用ノズルの突出部
24 接着剤塗布用ノズルの突出部
1 Pressure sensor (mechanical quantity sensor)
2 Adhesive (first polymer adhesive)
3
11 Layer made of the same material as the adhesive 2 (layer made of the second polymer adhesive)
12 Spacer (Spacer made of second polymer adhesive)
13 Spacer (Spacer made of second polymer adhesive)
20
Claims (9)
前記被着体(4)の前記センサチップ(2)との接着予定領域の一部に、硬化後のヤング率が前記第1の高分子接着剤(2)と略同じである第2の高分子接着剤を硬化させることにより、前記センサチップ(3)と前記被着体(4)との間隔を保つためのスペーサ(12、13)を形成する工程と、
前記スペーサ(12)を形成した後、前記接着予定領域の全体に前記第1の高分子接着剤(2)を塗布する工程と、
前記接着剤(2)が塗布された前記接着予定領域に前記センサチップ(3)を載せ、前記スペーサ(12、13)によって前記センサチップ(3)を保持しながら、前記センサチップ(3)と前記被着体(4)との間の前記第1の高分子接着剤(2)を硬化させる工程とを有することを特徴とする力学量センサの製造方法。 In the manufacturing method of the mechanical quantity sensor in which the sensor chip (3) is bonded to the adherend (4) via the first polymer adhesive (2) that relaxes the thermal stress by elastic deformation,
In a part of a region where the adherend (4) is to be bonded to the sensor chip (2), a second high modulus whose Young's modulus after curing is substantially the same as that of the first polymer adhesive (2). Forming a spacer (12, 13) for maintaining a distance between the sensor chip (3) and the adherend (4) by curing a molecular adhesive;
After forming the spacer (12), applying the first polymer adhesive (2) to the entire area to be bonded;
The sensor chip (3) is placed on the planned bonding area where the adhesive (2) is applied, and the sensor chip (3) is held by the spacers (12, 13), and the sensor chip (3) And a step of curing the first polymer adhesive (2) between the adherend (4) and the method of manufacturing a mechanical quantity sensor.
前記第1の高分子接着剤(2)を塗布する工程では、前記スペーサを形成する工程で使用した前記接着剤塗布用ノズル(10)から前記第1の高分子接着剤(2)を追加塗布することを特徴とする請求項1に記載の力学量センサの製造方法。 In the step of forming the spacer (13), the adhesive is applied between the tip surface (21) of the adhesive application nozzle (10) and the adherend (4) at a predetermined interval (T2). The second polymer adhesive applied from the nozzle (10) is cured, and the same material as the first polymer adhesive (2) is used as the second polymer adhesive,
In the step of applying the first polymer adhesive (2), the first polymer adhesive (2) is additionally applied from the adhesive application nozzle (10) used in the step of forming the spacer. The method of manufacturing a mechanical quantity sensor according to claim 1.
In the step of forming the spacer (13), the adhesive application nozzle (20) protrudes toward the adherend (4) with respect to the tip surface (21), and the tip surface (21) is formed. 9. The apparatus according to claim 5, wherein a protrusion provided with a reference protrusion height (T 3) having the same distance as the predetermined interval (T 2) is used. Manufacturing method of mechanical quantity sensor.
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