JP2013164332A - 圧力センサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】温度補償型の圧力センサにおいて、温度補償部分と圧力センサ装置分とを２チップ化した場合であっても、温度センサ部が圧力センサ装置の温度を正確に測定することができ、ひいては温度補正が適切に行われ、正確な圧力値を出力することが可能な圧力センサモジュールを提供する。
【解決手段】本発明の圧力センサモジュールは、圧力検出部を有する圧力センサ装置と、温度測定部を有し前記温度測定部の測定値に基づいて前記圧力センサ装置の出力値を補償する温度補償装置と、を少なくとも備えてなる圧力センサモジュールであって、前記圧力センサ装置の上面に、伝熱パッドが配されており、該伝熱パッドと前記温度測定部とが、伝熱線を介して熱的に接続されていること、を特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度補償型の圧力センサモジュールに関する。より詳細には、温度測定部および温度補償部を備えた温度補償装置と、圧力検出部を備えた圧力センサ装置とが互いに別々の半導体基板に形成された場合においても、温度測定部が圧力センサ装置の温度を正確に測定し、適切に温度補償された圧力値を出力可能な温度補償型の圧力センサモジュールに関する。

温度補償型の圧力センサモジュールは、圧力センサ装置と、圧力センサ装置の出力値を温度補償する回路が形成された温度補償装置とを有する。
このように、温度補償型の圧力センサモジュールにおいて、温度補償装置と圧力センサ装置とをそれぞれ別のチップに分けることで（２チップ化）、組立時の歩留り低下によるコスト増を抑えることができる。また、温度補償装置をＩＣ化することで、温度補償をデジタル信号を介して行うことが可能となり、再補償や演算速度の向上など、様々なメリットが生まれる（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。

しかしながら、従来の温度補償型の圧力センサモジュールでは、２チップ化に係わる問題として、圧力を検出する圧力センサ装置上のゲージ抵抗部と、温度を検出する温度測定部とが離れて配置されている。このため、温度測定部は圧力検出部の温度を正確に測定することが困難である。したがって、従来の圧力センサモジュールは、正確な温度補償が困難であり、結果として正確な圧力値を出力することができないという問題があった。

特開２００４−２９４２９５号公報 特開２００２−３４０７１４号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、温度補償型の圧力センサモジュールにおいて、温度補償装置と圧力センサ装置とを別々の半導体基板に形成されていた場合であっても、温度測定部が圧力センサ装置の温度を正確に測定することができ、ひいては温度補償が適切に行われ、正確な圧力値を出力することが可能な圧力センサモジュールを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の圧力センサモジュールは、圧力検出部を有する圧力センサ装置と、温度測定部を有し前記温度測定部の測定値に基づいて前記圧力センサ装置の出力値を補償する温度補償装置と、を少なくとも備えてなる圧力センサモジュールであって、前記圧力センサ装置の上面に、伝熱パッドが配されており、該伝熱パッドと前記温度測定部とが、伝熱線を介して熱的に接続されていること、を特徴とする。
本発明の請求項２に記載の圧力センサモジュールは、請求項１において、前記温度測定部の上部に、該温度測定部を被覆するように金属層が配されており、前記金属層と前記伝熱パッドとが、前記伝熱線を介して熱的に接続されていること、を特徴とする。
本発明の請求項３に記載の圧力センサモジュールは、請求項１又は２において、前記圧力検出部は、ダイアフラムと該ダイアフラムに配された感圧素子とを有し、前記感圧素子上に、被覆パッドが配され、前記被覆パッドと前記伝熱パッドとが、伝熱パッド接続配線を介して熱的に接続されていること、を特徴とする。

本発明の圧力センサモジュールでは、前記圧力センサ装置の上面に、伝熱パッドが配されており、該伝熱パッドと前記温度測定部とが、伝熱線を介して熱的に接続されている。これにより効果的に伝熱がなされ、温度測定部は、従来よりも圧力検出部の温度を正確に測定することができ、ひいては温度補正が適切に行われる。その結果、本発明では、正確な圧力値を出力することが可能な圧力センサモジュールを提供することができる。

本発明の第１実施形態の圧力センサモジュールを示す模式図であり、（ａ）は要部断面側面図を、（ｂ）は平面図を示す。 感圧素子（ゲージ抵抗）の電気的な配線図である。 本発明の第２実施形態の圧力センサモジュールを示す模式図であり、（ａ）は要部断面側面図を、（ｂ）は平面図を示す。 本発明の第３実施形態の圧力センサモジュールを示す模式図であり、（ａ）は要部断面側面図を、（ｂ）は平面図を示す。 本発明の第４実施形態の圧力センサモジュールの平面図である。 本発明の第５実施形態の圧力センサモジュールを示す模式図であり、（ａ）は要部断面側面図を、（ｂ）は平面図を示す。

以下、本発明に係る圧力センサモジュールの好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態の圧力センサモジュール１Ａ（１）の一構成例を示す模式図であり、図１（ａ）は断面側面図、図１（ｂ）は平面図である。
この圧力センサモジュール１Ａ（１）は、圧力を検出する圧力検出部を有する圧力センサ装置１０と、温度測定部２２（温度センサ）を有し前記温度測定部２２の測定値に基づいて前記圧力センサ装置１０の出力値を補償する温度補償装置２０と、を少なくとも備えてなる。

圧力センサモジュール１Ａ（１）を構成する圧力センサ装置１０は、平板状の半導体基板１１を基材とし、この半導体基板１１の一面１１ａ側に圧力検出部が形成されている。半導体基板１１の一面１１ａの中央域αの板厚方向の内部に該一面１１ａと略平行して広がる空間１２（基準圧力室）を備え、該空間１２の上部に位置する薄板化された領域を、圧力を検知するダイアフラム部１３とする。また、ダイアフラム部１３の外縁領域には複数の感圧素子１４が配置されている。感圧素子１４は、ダイアフラム部１３の領域内であればどこに配されていても良い。さらに、前記一面１１ａにおいて、前記ダイアフラム部１３を除いた外縁域βには、感圧素子１４と電気的に接続された第一接続パッド１６が配置されている。

第一接続パッド１６は複数配されており、第一接続パッド１６は、パッド間接続線１７および感圧素子１４を介してそれぞれが接続されている。
圧力検出部は、以上に説明した空間１２、ダイアフラム部１３、感圧素子１４、第一接続パッド１６、パッド間接続線１７から構成される。

なお、図示のように、第一接続パッド１６を除く外縁域βは、パッシベーション膜、例えば、窒化膜、酸化膜のような薄い絶縁部１５によって覆われる形態が好ましい。絶縁部１５を設けることにより、感圧素子１４やパッド間接続線１７が絶縁部１５によって被覆した構成が得られる。
本実施形態の圧力センサモジュール１Ａ（１）においては、第一接続パッド１６以外の外縁域βは全て絶縁部１５によって被覆されているので、第一接続パッド１６を、例えば外部基板（不図示）と接続させる際に、外部基板に対して感圧素子１４やパッド間接続線１７の絶縁性を十分に確保できる。
また、絶縁部１５は、感圧素子１４やパッド間接続線１７が外気（大気）と接触するのを遮断するために、感圧素子１４やパッド間接続線１７に異物が付着することによる不具合を防止することができる。

半導体基板１１の一面１１ａには、感圧素子１４として機能するゲージ抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）が配置される。各ゲージ抵抗Ｒは、不図示のリード配線等を介して、ホイートストーンブリッジ（図２）を構成するように互いに電気接続されている。このような感圧素子１４は、ダイアフラム部１３の周縁部に配置することが好ましい。周縁部においては圧縮と引張の両応力が感圧素子１４に加わりやすいので、感度のよい圧力センサが得られるからである。

一方、圧力センサモジュール１Ａ（１）を構成する温度補償装置２０は、平板状の半導体基板２１を基材とし、この半導体基板２１の一面２１ａ上に温度測定部２２（温度センサ部）が配され、温度測定部２２とは異なる領域にデバイス部２３が配されている。
また、半導体基板２１の一面２１ａにおいて、前記温度測定部２２及びデバイス部２３を被覆するように、デバイス保護層２４が配されている。
さらにデバイス保護層２４上に第二接続パッド２５が設けられ、第一接続パッド１６と、第二接続パッド２５とは、接続線２６により互いに電気接続されている。

そして、特に本発明の圧力センサモジュール１Ａ（１）では、前記圧力センサ装置１０の上面に、伝熱パッド３０が配されており、該伝熱パッド３０と前記温度測定部２２（温度センサ部）とが、伝熱線３１を介して熱的に接続されている。これにより温度測定部２２は、従来よりも圧力センサ装置１０（特にダイアフラム部１３近傍）の温度を正確に測定することができ、ひいては温度補正が適切に行われる。その結果、圧力センサモジュール１Ａ（１）では、正確な圧力値を出力することが可能である。

伝熱パッド３０および伝熱線３１は、熱伝導性の良好な金属、例えば、銀、銅、アルミ、およびそれらの合金から形成されている。これにより、ダイアフラム部１３近傍から伝わる熱を、熱伝導性の良好な伝熱線３１を介して、温度測定部２２（温度センサ領域γ）に伝熱することが可能となる。
なお、伝熱線３１とデバイス保護層２４とは電気的に絶縁されているため、第一接続パッド１６と温度補償装置２０は電気的に絶縁されている。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の圧力センサモジュールの第２実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と異なる部分について主に説明し、第一実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
図３は、本実施形態の圧力センサモジュール１Ｂ（１）の一構成例を示す模式図であり、図３（ａ）は断面側面図、図３（ｂ）は平面図である。

本実施形態の圧力センサモジュール１Ｂ（１）では、温度測定部２２の上部に、該温度測定部２２（温度センサ領域γ）を被覆するように金属層４０が配されており、前記金属層４０と前記伝熱パッド３０とが、前記伝熱線３１を介して熱的に接続されている。

金属層４０は、熱伝導性の良好な金属、例えば、銀、銅、アルミ、およびそれらの合金、もしくはデバイス保護層２４との密着性が良好な金属、例えば、クロム、チタン、ニッケル、およびそれらの合金から形成されている。これにより、伝熱パッド３０から伝わる熱を、熱伝導性の良好な金属層４０を介して、温度測定部２２（温度センサ領域γ）に伝熱することが可能となる。

これにより圧力センサモジュール１Ｂ（１）において、圧力センサ装置１０と温度測定部２２との間でより正確に伝熱がなされ、前記温度測定部２２は、圧力センサ装置１０（特にダイアフラム部１３近傍）の温度をより正確に測定することができ、ひいては温度補正が適切に行われる。その結果、本実施形態の圧力センサモジュール１Ｂ（１）では、より正確な圧力値を出力することが可能となる。
なお、金属層５０の形成方法としては特に限定されるものではないが、層の厚さをより均一に制御して形成することが可能な、スパッタ法などを用いることが好ましい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の圧力センサモジュールの第３実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と異なる部分について主に説明し、第一実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
図４は、本実施形態の圧力センサモジュール１Ｃ（１）の一構成例を示す模式図であり、図４（ａ）は断面側面図、図４（ｂ）は平面図である。

本実施形態の圧力センサモジュール１Ｃ（１）では、前記伝熱線３１が２本以上配されている。これにより、伝熱パッド３０から伝わる熱を、複数本の伝熱線３１を介して、温度測定部２２（温度センサ領域γ）に伝熱することが可能となる。

これにより圧力センサモジュール１Ｃ（１）において、圧力センサ装置１０と温度測定部２２との間でより正確に伝熱がなされ、前記温度測定部２２は、圧力センサ装置１０（特にダイアフラム部１３近傍）の温度をより正確に測定することができ、ひいては温度補正が適切に行われる。その結果、本実施形態の圧力センサモジュール１Ｃ（１）では、より正確な圧力値を出力することが可能となる。
なお、図４では、複数の伝熱線３１を積層した構造を示しているが、複数の伝熱線３１を伝熱パッド３０の上面に並べて載置してもかまわない。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の圧力センサモジュールの第４実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と異なる部分について主に説明し、第一実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
図５は、本実施形態の圧力センサモジュール１Ｄ（１）の一構成例を模式的に示す平面図である。

本実施形態の圧力センサモジュール１Ｄ（１）では、前記圧力センサ装置１０の上面に複数の前記伝熱パッド３０が配されており、前記複数の伝熱パッド３０のそれぞれと前記温度測定部２２とが、１本以上の前記伝熱線３１を介して熱的に接続されている。これにより、複数の伝熱パッド３０から伝わる熱を、複数本の伝熱線３１を介して、温度測定部２２（温度センサ領域γ）に伝熱することが可能となる。

これにより圧力センサモジュール１Ｄ（１）において、圧力センサ装置１０と温度測定部２２との間でより正確に伝熱がなされ、前記温度測定部２２は、圧力センサ装置１０（特にダイアフラム部１３近傍）の温度をより正確に測定することができ、ひいては温度補正が適切に行われる。その結果、本実施形態の圧力センサモジュール１Ｄ（１）では、より正確な圧力値を出力することが可能となる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の圧力センサモジュールの第５実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と異なる部分について主に説明し、第一実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
図６は、本実施形態の圧力センサモジュール１Ｅ（１）の一構成例を示す模式図であり、図６（ａ）は断面側面図、図６（ｂ）は平面図である。

本実施形態の圧力センサモジュール１Ｅ（１）では、圧力センサ装置１０の圧力検出部において、ダイアフラム１３の周囲に配された感圧素子１４（ゲージ抵抗Ｒ）上に、該感圧素子１４を被覆するように絶縁部１５を挟んでゲージ抵抗被覆パッド５０が配され、前記ゲージ抵抗被覆パッドと前記伝熱パッド３０とが、表面接続配線５１を介して熱的に接続されている。
感圧素子１４（ゲージ抵抗Ｒ）の上方に絶縁部１５を挟んでゲージ抵抗被覆パッド５０が形成されており、伝熱パッド３０とゲージ抵抗被覆パッド５０が、第二の伝熱路として伝熱パッド接続配線５１を介して接続されている。

そして、ゲージ抵抗被覆パッド５０と伝熱パッド接続配線５１は、熱伝導性の良好な金属、例えば、銀、銅、アルミ、およびそれらの合金から形成されている。これにより、伝熱パッド３０とゲージ抵抗Ｒとを、熱伝導性の良好な金属を介して効果的に伝熱することが可能となる。

これにより圧力センサモジュール１Ｅ（１）において、圧力センサ装置１０と温度測定部２２との間でより効果的に伝熱がなされ、前記温度測定部２２は、圧力センサ装置１０（特にダイアフラム部１３近傍）の温度をより正確に測定することができ、ひいては温度補正が適切に行われる。その結果、本実施形態の圧力センサモジュール１Ｅ（１）では、より正確な圧力値を出力することが可能となる。

以上、本発明の圧力センサモジュールについて説明してきたが、本発明は上述した例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施形態は例示であって、仕様等によりゲージ抵抗又はリード抵抗等の配置が変わっても良いことは言うまでもない。

１Ａ〜１Ｅ（１） 圧力センサモジュール、１０ 圧力センサ装置、１１ 半導体基板、１２ 空間（基準圧力室）、１３ ダイアフラム部、１４ 感圧素子、１５ 絶縁部、１６ 第一接続パッド、１７ パッド間接続線、２０ 温度補償装置、２１ 半導体基板、２２ 温度測定部、２３ デバイス部、２４ デバイス保護層、２５ 第二接続パッド、２６ 接続線、３０ 伝熱パッド、３１ 伝熱線、４０ 金属層、５０ ゲージ抵抗被覆パッド、５１ 伝熱パッド接続配線、γ 温度センサ領域。

Claims (3)

1. 圧力検出部を有する圧力センサ装置と、温度測定部を有し前記温度測定部の測定値に基づいて前記圧力センサ装置の出力値を補償する温度補償装置と、を少なくとも備えてなる圧力センサモジュールであって、
   前記圧力センサ装置の上面に、伝熱パッドが配されており、該伝熱パッドと前記温度測定部とが、伝熱線を介して熱的に接続されていること、を特徴とする圧力センサモジュール。
2. 前記温度測定部の上部に、該温度測定部を被覆する金属層が配されており、
   前記金属層と前記伝熱パッドとが、前記伝熱線を介して熱的に接続されていること、を特徴とする請求項１に記載の圧力センサモジュール。
3. 前記圧力検出部は、ダイアフラムと該ダイアフラムの周囲に配された感圧素子とを有し、
   前記感圧素子上に、該感圧素子を被覆するように被覆パッドが配され、前記被覆パッドと前記伝熱パッドとが、伝熱パッド接続配線を介して熱的に接続されていること、を特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサモジュール。

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