JP2012150121A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体などの流体の圧力を検知する圧力センサに関する。 The present invention relates to a pressure sensor that detects the pressure of a fluid such as a gas.
従来から、シリコンの優れた弾性体としての性質を利用し、マイクロマシニング技術によりダイアフラム部と呼ばれる薄膜部をシリコン基板に形成して圧力変化を電気信号に変換するようにした圧力センサ(半導体圧力センサ)が提供されている(例えば、特許文献
1参照)。この種の半導体圧力センサの一例を図10に示す。この従来例は、半導体基板(シリコン基板)を加工して薄膜のダイアフラム部1a及びダイアフラム部1aの圧力による撓みを検出する検出素子であるピエゾ抵抗(図示せず)が形成されたセンサチップ1と、センサチップ1を収納するパッケージ10とを備えている。パッケージ10は、合成樹脂材料の成型品であって、一面が開口する略函形に形成されたボディ11と、このボディ11の底面中央より外向きに突出する筒状の導入管12とが一体に形成されたものである。センサチップ1は、ガラス製の台座(ガラス台座)9を介してボディ11の底面に取り付けられる。このガラス台座9には表裏両面に開口する貫通孔9aが設けられており、貫通孔9aの表側の開口を塞ぐ形でセンサチップ1がガラス台座9の表面に接合され、導入管12の開口(導入口)12aと貫通孔9aとを連通させるようにガラス台座9の裏面がボディ11の底面に接着される。また、ボディ11には複数の端子5がインサートされており、これら複数の端子5とセンサチップ1のピエゾ抵抗とがボンディングワイヤ8で電気的に接続されている。ここで、センサチップ1とガラス台座9とは陽極接合によって接合されており、また、ガラス台座9とボディ11とはシリコーン系の接着剤(ダイボンド剤)によって接着されている。
Conventionally, a pressure sensor (semiconductor pressure sensor) that utilizes the properties of silicon as an excellent elastic body and forms a thin film part called a diaphragm part on a silicon substrate by micromachining technology to convert pressure changes into electrical signals. ) Is provided (see, for example, Patent Document 1). An example of this type of semiconductor pressure sensor is shown in FIG. This conventional example includes a
しかしながら、上記従来例では、ボディ11と導入管12が一体に形成されているために、導入管12の形状のみを変更したいという要望に対して、ボディ11と導入管12が一体となった新規の金型を必要とするため、コストが増大するという問題があった。
However, in the above-described conventional example, the
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、コストを増大することなく導入管の形状を容易に変更することができる圧力センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor that can easily change the shape of the introduction pipe without increasing the cost.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、半導体基板を加工して薄膜のダイアフラム部及び該ダイアフラム部の圧力による撓みを検出する検出素子が形成されたセンサチップと、センサチップを収納する一面を開口した略箱形のボディ並びにボディに取り付けられて被圧力検出流体をボディ内部に導入する導入口を有する導入管から成るパッケージとを備え、前記導入管には、その一端部の周方向に沿って外側に向けて突出する鍔部が一体に設けられ、該鍔部は、円形状に形成され、ボディの前記開口が設けられた端部の外周縁に係止され且つボディの前記開口を塞ぐとともに、封止材で封止されることでボディに取り付けられることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 houses a sensor chip in which a semiconductor substrate is processed to form a thin film diaphragm portion and a detection element for detecting a deflection due to pressure of the diaphragm portion, and the sensor chip is accommodated. A substantially box-shaped body having an opening on one side thereof, and a package comprising an introduction pipe attached to the body and having an introduction port for introducing the pressure detection fluid into the body, and the introduction pipe has a peripheral portion at one end thereof. A flange portion protruding outward in the direction is integrally provided, the flange portion is formed in a circular shape, locked to the outer peripheral edge of the end portion where the opening of the body is provided, and the body portion The opening is closed, and it is attached to the body by being sealed with a sealing material.
本発明によれば、導入管の鍔部をボディの開口が設けられた端部の外周縁に係止するとともに、該鍔部を封止材で封止することでボディに取り付けるようにしたことで、導入管をボディに着脱自在に取り付けることができるので、導入管の形状のみを変更したい場合には共通のボディを利用して導入管のみを取り替えればよいので、ボディと導入管が一体となった新規の金型を必要とせず、したがってコストを増大することなく導入管の形状を容易に変更することができる。また、導入管をボディに封止材で封止する際に、封止材を注入するためのノズルの位置を一点に固定し、導入管を回動させながら封止材を注入することができるので、封止材の注入作業が容易になる。 According to the present invention, the flange portion of the introduction pipe is locked to the outer peripheral edge of the end portion provided with the opening of the body, and is attached to the body by sealing the flange portion with the sealing material. Since the introduction pipe can be detachably attached to the body, if you only want to change the shape of the introduction pipe, you only need to replace the introduction pipe using a common body, so the body and the introduction pipe are integrated. Therefore, the shape of the introduction pipe can be easily changed without increasing the cost. Further, when sealing the introduction tube to the body with the sealing material, the position of the nozzle for injecting the sealing material can be fixed at one point, and the sealing material can be injected while rotating the introduction tube. Therefore, the sealing material injection operation is facilitated.
以下、本発明に係る圧力センサの実施形態について図面を用いて説明する。但し、従来例と共通する部位については同じ番号を付す。また、以下の説明では、特に断りの無い限り図1(e)における上下左右を上下左右方向と定めるものとする。本実施形態は、図1(a)〜(e)に示すように、半導体基板(シリコン基板)を加工して薄膜のダイアフラム部1a及びダイアフラム部1aの圧力による撓みを検出する検出素子である複数のピエゾ抵抗(図示せず)が形成されたセンサチップ1と、センサチップ1を収納するパッケージ10とを備える。
Hereinafter, embodiments of a pressure sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the same number is attached | subjected about the site | part which is common in a prior art example. Further, in the following description, unless otherwise specified, the vertical and horizontal directions in FIG. As shown in FIGS. 1A to 1E, the present embodiment is a plurality of detection elements that process a semiconductor substrate (silicon substrate) to detect a
パッケージ10は、合成樹脂材料の成型品であって、図1(e)に示すように、上面が開口する略箱形に形成されたボディ11と、ボディ11の開口を塞いで上向きに突出する略円筒状の導入管12とから成る。ボディ11には、下方向に所定の深さだけ窪んだ略直方体状に形成されてセンサチップ1及び後述する信号処理部3が収納される収納部11aと、収納部11aの内壁から内側に向かって突設される段部11bとが設けられている。導入管12には、上下方向に貫通して圧力検出対象の流体を外部からボディ11内部に導く導入口12aが設けられ、導入管12の下端部周縁には、外側に向けて突出する略矩形状の鍔部12bが全周に亘って一体に形成されている。
The
ボディ11の段部11bと導入管12の鍔部12bとの間には、図1(e)に示すように、略矩形平板状の金属製の補助板4が配設されている。補助板4は、その下面の周縁部が段部11bの上面に載置されるとともに、その上面に鍔部12bの下面が載置される。この時、鍔部12bはボディ11の内側で且つボディ11の開口を塞ぐように配設される。この状態で、ボディ11の開口周縁から例えばエポキシ樹脂等の封止材6を注入することで、段部11b及び鍔部12b及び補助板4が一体に接着固定される。また、補助板4の略中央には略円形状の連通孔4aが貫設されており、該連通孔4aを介して外部から圧力検出対象の流体が収納部11aに流入するようになっている。
Between the
上記のように、補助板4を段部11bと鍔部12bとの間に配設することで、段部11bと鍔部12bとの接触面積を拡げることができ、導入管12をボディ11に接着固定する際に接着強度を高めるとともに封止材6がボディ11内部に流れ込むのを防止することができる。
As described above, by arranging the
図2(a)に示すように、収納部11aの同図における下側にはセンサチップ1が、同図における上側には信号処理部3が配設され、センサチップ1は、収納部11aの底面にダイボンド剤2を塗布することによって接着固定されている。ダイボンド剤2は、例えば高い柔軟性を有するシリコーン系樹脂にフィラーを混入させて成り、上記のようにセンサチップ1と収納部11aの底面とを該ダイボンド剤2で接着固定することにより、パッケージ10の外部から加わる力の応力がセンサチップ1に伝わるのを緩和することができる。
As shown in FIG. 2 (a), the
収納部11aの底面においてダイアフラム部1aと対向する部位には、外部から大気をボディ11内部に流入させるための外気導入口11cが上下方向に貫設されている。而して、ダイアフラム部1aの下部には、外部から外気導入口11cを介して大気が流入するため、ダイアフラム部1aの下部は導入口12aから流入する圧力検出対象の流体の圧力と大気圧とを比較するための圧力基準室となる。
An outside
ここで、本実施形態では、図2(a)〜(c)に示すように、収納部11aの底面における外気導入口11cの周縁には、上方向に突出する上下方向から見て略正方形状の突台部11dが外気導入口11aの周方向に亘ってボディ11と一体に設けられている。硬化する前のダイボンド剤2は柔軟性を有するので、外気導入口11cから外部に流出する虞があるが、上記のように突台部11dを設けることで、ダイボンド剤2が外気導入口11cを介して外部に流出するのを防ぐことができる。
Here, in the present embodiment, as shown in FIGS. 2A to 2C, the peripheral edge of the outside
ところで、センサチップ1への応力の緩和を考慮すると、ダイボンド剤2の厚み寸法は大きい方が好ましいが、ダイボンド剤2の厚み寸法が十分に大きいかどうかを確認することは困難である。そこで、本実施形態では、上記突台部11dをダイボンド剤2の厚み寸法を確認する手段として用いている。即ち、センサチップ1の厚み寸法とダイボンド剤2の厚み寸法の和が突台部11dの厚み寸法よりも小さければ、突台部11dがダイアフラム部1aと接触することを利用して、突台部11dの厚み寸法を適当な大きさに設定すれば、ダイボンド剤2の厚み寸法が適切な寸法であるかどうかを容易に確認することができる。尚、突台部11dがダイアフラム部1aと接触している場合には、ダイアフラム部1aが撓み難くなるために正常な検出出力を得られないことから、試験的に圧力検出対象の流体を導入し、その検出出力が正常であるかどうかを確認することで、突台部11dがダイアフラム部1aと接触しているかどうかを確認することができる。
By the way, considering relaxation of stress to the
また、突台部11dの形状は、上記のように上下方向から見て略正方形状に限定されるものではなく、例えば図3(a),(b)に示すように、上下方向から見て左右方向に幅広の略矩形状、即ちセンサチップ1の形状と略相似形状に構成しても構わない。この場合、センサチップ1と収納部11aの底面との接触面積が狭くなることから、より精密にダイボンド剤2の塗布位置を定めることができるとともに、必要なダイボンド剤2の塗布量を少なくすることができる。もちろん、ダイボンド剤2の塗布量に問題が無ければ、突台部11dの形状を略円形状にしても構わない。
Further, the shape of the
信号処理部3は、略矩形状のICチップから成り、センサチップ1のピエゾ抵抗から成る回路の出力信号を増幅する増幅回路及び該増幅回路の出力を調整する調整抵抗等により構成される信号処理回路を形成している。この信号処理回路において、センサチップ1からの出力信号に適宜処理を施して後述する外部の基板(図示せず)へ出力する。
The
ボディ11には、図2(a)に示すように、同図における上下の外壁に各々複数(図示では4つずつ)の長尺の端子5が一端をボディ11の外側に露出させる形でインサート成形されており、これらの端子5は外部の基板にセンサを実装する際に外部の基板に設けられた回路パターンと物理的且つ電気的に接続される。これら複数の端子5と信号処理部3に設けられた複数の金属製のパッド3aとが金属製の極細線から成るボンディングワイヤ8で電気的に接続されており、また、センサチップ1に設けられてピエゾ抵抗と接続される複数の金属製のパッド1bと信号処理部3の複数のパッド3aとがボンディングワイヤ8で接続されている。
As shown in FIG. 2 (a), a plurality of (four in the figure)
而して、導入口12aからボディ11内部に流入する外部からの流体の圧力によってダイアフラム部1aが撓むと、ピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に応じたピエゾ抵抗からの出力信号が信号処理部3で処理され、処理された電気信号が端子5を介して外部の基板に設けられた回路に出力することで、圧力検出対象の流体の圧力と大気圧との差分を検出するようになっている。
Thus, when the
尚、図1(e),図2(c)に示すように、ボンディングワイヤ8により信号処理部3がグランドに接続されている状況で、信号処理部3をセンサのグランドに接続された端子5の上面に直接搭載するように構成することで、センサのグランドと信号処理部3のグランドを共通にすることができ、電気的特性を一層安定化させることができる。
As shown in FIGS. 1 (e) and 2 (c), in a situation where the
収納部11aには、図1(e)に示すように、センサチップ1及び信号処理部3を覆うように樹脂材料から成るJCR(ジャンクションコーティングレジン)7が充填されている。このようにJCR7を充填することで、センサチップ1や信号処理部3を保護するとともに、端子5がインサート成形される部位の隙間を埋めることができ、隙間から圧力検出対象の流体が外部に漏れるのを防ぐことができる。
As shown in FIG. 1 (e), the
ボディ11の下面には、図1(d)に示すように、ボディ11内部と連通する凹所11eが設けられている。凹所11eは、図2(c)に示すように、その下端部がボディ11の外側に貫通するとともに、上端部が端子5の配設方向において各端子5を互いに隔離するように櫛歯状に形成されている。この凹所11eは、ボディ11の樹脂成形時に端子5が移動しないように端子5を押さえる櫛歯状の金型(図示せず)によって形成される。
As shown in FIG. 1 (d), a
従来では、図9に示すように、ボディ11を樹脂成形する時には、先端部が略円錐状の棒状の金型(図示せず)で各端子5の厚み方向両側を押さえることで、端子5が成形時の圧力によって移動するのを防いでいた。このような金型を用いた場合、端子5とボディ11との間に隙間が生じて気密性を保つことができない虞があるため、金型によって形成された凹所11fを樹脂等によって封止することで気密性を確保していた。しかしながら、各端子5がボディ11の中央部から離れた位置に配設されることから、樹脂等を凹所11fに充填する作業が困難であるという問題があった。
Conventionally, as shown in FIG. 9, when the
これに対して、本実施形態では、上記のように櫛歯状の金型を用いて各端子5を押さえているので、各端子5がボディ11を成す樹脂材料で覆われるために気密性を確保することができ、また、各端子5を互いに隔離することができるので、端子5の移動を防ぐとともに端子5同士が接触するのを防ぐことができる。尚、凹所11eは、図4に示すように、端子5のボディ11内部における先端側に配置されるのが好ましい。このように凹所11eを配置することで、ボディ11の樹脂成形時にぶれが生じ易い端子5の先端側を押さえることができるので、端子5の位置がずれるのを好適に修正することができる。
On the other hand, in the present embodiment, since each terminal 5 is pressed using the comb-shaped mold as described above, each
また、図5(a)〜(c)に示すように、凹所11eを端子5の長手方向に沿って複数(図示では2つ)設け、一端部がボディ11の下面側に貫通するものと、一端部がボディ11内部の底面側に貫通するものとで互い違いに形成されるようにしても構わない。このように凹所11eを形成する、即ち、複数の櫛歯状の金型で各端子5の上側及び下側から互い違いに押さえつけるようにすることで、端子5の厚み方向におけるずれを修正できるため、端子5の位置をより安定させることができる。
5A to 5C, a plurality of
上述のように、本実施形態のパッケージ10は、鍔部12bをボディ11の開口を塞ぐようにボディ11の内側に配設するとともに、該鍔部12bを封止材6で封止することで導入管12がボディ11に取り付けられる構成となっているので、ボディ11の仕様を変更することなく導入管12のみを着脱自在に取り付けることができる。このため、例えば図6(a)に示すような高さ寸法の小さい導入管12から、図6(b)に示すような高さ寸法の大きい導入管12に取り替えることも可能である。したがって、導入管12の形状のみを変更したい場合にボディ11と導入管12が一体となった新規の金型を必要とせず、コストを増大することなく導入管12の形状を容易に変更することができる。
As described above, the
ところで、パッケージ10の他の構成としては、図8に示すように、導入管12の鍔部12bの径寸法をボディ11の径寸法よりも大きくするとともに、鍔部12bの外周縁から下方に突出する係止部12cを一体に形成することで、鍔部12bをボディ11の上端外周縁に係止させる構成も考えられる。しかしながら、この構成では係止部12cとボディ11との間に封止材6を注入して鍔部12bをボディ11に接着固定するため、封止材6の注入状態を確認することができず、したがって導入管12とボディ11との間で気密不良を起こす虞がある。更に、導入管12に外部から力が加わると、封止材6の注入量のばらつきによっては導入管12がボディ11から外れる虞がある。以上のことから、パッケージ10の構成としては、鍔部12bをボディ11の内側に配設する本実施形態の構成が好ましい。
By the way, as another structure of the
尚、本実施形態では、導入管12の鍔部12bの形状が略矩形状であるが、この形状に限定される必要は無く、例えば図7(a)に示すように略円形状に形成されても構わない。この場合、鍔部12bをボディ11に封止材6で封止する際に、図7(b)に示すように、封止材6を注入するためのノズルの位置を一点に固定し、導入管12を回動させながら封止材6を注入することができるので、封止材6の注入作業が容易になるという利点がある。
In this embodiment, the shape of the
また、本実施形態では、センサチップ1を収納部11aの底面にダイボンド剤2を塗布することによって接着固定しているが、従来例と同様に、センサチップ1をガラス製の台座(ガラス台座)を介して収納部11aの底面に取り付けるようにしても構わない。この場合でも、上記と同様に、コストを増大することなく導入管12の形状を容易に変更するという効果を奏することができる。
In the present embodiment, the
1 センサチップ
1a ダイアフラム部
10 パッケージ
11 ボディ
12 導入管
12a 導入口
12b 鍔部
6 封止材
DESCRIPTION OF
Claims (1)
A sensor chip on which a semiconductor substrate is processed to form a thin film diaphragm portion and a detection element for detecting deflection due to the pressure of the diaphragm portion, a substantially box-shaped body that opens on one side for housing the sensor chip, and a body are attached to the body. And a package made of an introduction pipe having an introduction port for introducing the pressure detection fluid into the body, and the introduction pipe is integrally provided with a flange portion projecting outward along the circumferential direction of one end thereof. The flange portion is formed in a circular shape, is locked to the outer peripheral edge of the end portion where the opening of the body is provided, closes the opening of the body, and is sealed with a sealing material. A pressure sensor that is attached to a body.
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121218 |
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A521 | Written amendment |
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A711 | Notification of change in applicant |
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R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |