JP2014035200A - 物理量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度に対する配線部の抵抗値変化量を小さくすることができる物理量センサを提供する。
【解決手段】配線部１４のうち、保護部材５０で覆われている第１領域１４ａの抵抗値を保護部材５０から露出している第２領域１４ｂの抵抗値より小さくする。これによれば、センサチップ１０と保護部材５０との熱膨張係数の違いによって熱応力が発生し、この熱応力が保護部材５０に覆われている第１領域１４ａに印加された場合、第１領域１４ａの抵抗値が第２領域１４ｂの抵抗値と等しくされている場合と比較して、抵抗値変化量を小さくすることができる。このため、配線部１４全体の抵抗値変化量を小さくすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、配線部を介してセンシング部と電気的に接続されるパッドにワイヤが接続され、パッドとワイヤとの接続部分が保護部材で覆われてなる物理量センサに関するものである。

従来より、センシング部が形成されたセンサチップが搭載部材の収容凹部に搭載されてなる物理量センサが提案されている。例えば、特許文献１には、表面に被検出流体の流量を検出するセンシング部が形成されたセンサチップが搭載部材の収容凹部に搭載されてなる流量センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、センサチップは、表面にセンシング部と共にセンシング部と電気的に接続されるパッドが形成され、センシング部とパッドとが配線部を介して電気的に接続されている。そして、パッドにはワイヤが電気的に接続されており、ワイヤを介してセンシング部にて検出された被検出流体の流量に応じたセンサ信号が出力されるようになっている。また、ワイヤとパッドとの接続部分は、腐食等を防止するために保護部材にて覆われている。

特開２０１２−１０３０７８号公報

しかしながら、上記流量センサでは、パッドとワイヤとの接続部分を覆う保護部材は、例えば、ポッティング等によって配置されるため、パッド近傍の配線部も覆う状態で配置される。

このため、流量センサの使用環境下の温度が変化すると、センサチップと保護部材との熱膨張係数の違いによって熱応力が発生し、この熱応力が配線部に印加されて配線部の抵抗値が熱応力（温度）によって変化する。そして、センサ信号は配線部およびワイヤを介して出力されるため、温度によって配線部の抵抗値が変化すると検出精度が低下してしまう。

なお、このような問題は、圧力、荷重、温度等を検出するセンシング部が形成されたセンサチップを用いた場合にも同様に発生する。

本発明は上記点に鑑みて、温度に対する配線部の抵抗値変化量を小さくすることができる物理量センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部（１１）およびセンシング部と配線部（１４）を介して電気的に接続されるパッド（１５）が形成されたセンサチップ（１０）と、センサチップを搭載する収容凹部（２１）が形成された搭載部材（２０）と、パッドと電気的に接続されるワイヤ（３０）と、センシング部を露出させつつ、パッドとワイヤとの接続部分を含む領域を覆う保護部材（５０）と、を備え、配線部は、保護部材で覆われている第１領域（１４ａ）の抵抗値が保護部材から露出している第２領域（１４ｂ）の抵抗値より小さくされていることを特徴としている。

これによれば、センサチップと保護部材との熱膨張係数の違いによって熱応力が発生し、この熱応力が保護部材に覆われている第１領域に印加された場合、第１領域の抵抗値が第２領域の抵抗値と等しい場合と比較して、第１領域の抵抗値変化量を小さくすることができる。このため、配線部全体の抵抗値変化量を小さくすることができ、検出精度が低下することを抑制することができる。

例えば、請求項２に記載の発明のように、配線部は、第１領域の幅が第２領域の幅より長くされているものとすることができる。

そして、請求項３に記載の発明のように、配線部は、第１領域の厚さが第２領域の厚さより厚くされているものとすることができる。

これら請求項２および３に記載の発明によれば、抵抗値は断面積が大きくなるほど小さくなるため、第１領域の抵抗値が第２領域の抵抗値より小さくなる。したがって、検出精度が低下することを抑制することができる。

また、請求項５および６に記載の発明のように、第１領域と保護部材との間に、保護部材よりヤング率が小さい材料で構成された緩和部材（７０）を配置することができる。

これによれば、第１領域に印加される熱応力を緩和部材にて緩和することができ、第１領域の抵抗値変化量を小さくすることができる。このため、配線部全体の抵抗値変化量を小さくすることができ、検出精度が低下することを抑制することができる。

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ものである。

本発明の第１実施形態における流量センサの断面構成を示す図である。 図１に示すセンサチップの平面模式図である。 パッド近傍の配線部を示す平面模式図である。 配線部のセンシング部に対する抵抗値比と、抵抗値変化量を示す図である。 本発明の第２実施形態におけるパッド近傍の配線部を示す断面模式図である。 本発明の第３実施形態におけるパッド近傍の配線部を示す断面模式図である。 本発明の第４実施形態におけるパッド近傍の配線部を示す断面模式図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では本発明の物理量センサを内燃機関の吸入空気流量の測定等に用いられる流量センサに適用した例を説明する。

図１に示されるように、流量センサは、センサチップ１０と、当該センサチップ１０が搭載される搭載部材２０と、センサチップ１０とボンディングワイヤ３０を介して電気的に接続される接続端子４０と、センサチップ１０と接続端子４０との接続部分を封止する保護部材５０とを備えている。

センサチップ１０は、本実施形態では被検出流体の流量を検出するための一般的なものである。簡単に説明すると、センサチップ１０は、シリコン等からなる矩形板状の半導体基板を用いて構成され、半導体基板の表面に絶縁膜が形成されている。そして、図２に示されるように、この絶縁膜上のうち長手方向の一端部側（図２中紙面右側）にセンシング部１１としての流量検出部が形成されている。なお、センシング部１１は、図２では模式的に１つの抵抗で示してあるが、実際にはブリッジ回路を形成する発熱素子と感温素子とにより構成されている。

また、センサチップ１０は、裏面から異方性エッチングされた四角錘形状の凹部１２が形成されることにより絶縁膜からなる薄膜部１３が形成されている。そして、上記センシング部１１を構成する発熱素子は薄膜部１３上に形成されている。すなわち、センサチップ１０のうち発熱素子が形成された部位の裏面に凹部１２が形成されている。またセンシング部１１を構成する感温素子は薄膜部１３を除く領域に形成されており、発熱素子と感温素子とは熱的に分離されている。

このようなセンサチップ１０では、発熱素子の熱が被検出流体の流量によって移動するため、ブリッジ回路の中点電位差が変化する。このため、この中点電位差から被検出流体の流量が検出される。つまり、この中点電位差が本発明のセンサ信号となる。

また、センサチップ１０には、センシング部１１が形成される一端部側と反対側の他端部側（図２中紙面左側）に配線部１４を介してセンシング部１１と電気的に接続されるパッド１５が形成されている。なお、図２中では、簡易的にパッド１５を２個のみ図示しているが、実際はさらに複数形成されてセンシング部１１と電気的に接続されている。

搭載部材２０は、例えば、エポキシ等の樹脂がモールド成形されて構成されており、一面にセンサチップ１０を搭載する収容凹部２１が形成されている。そして、収容凹部２１の底面に接着剤６０を介してセンサチップ１０が搭載されている。

具体的には、センサチップ１０は、他端部側の裏面、つまり、パッド１５が形成される側の裏面が接着剤６０を介して搭載部材２０に搭載され、片持ち支持状態とされている。

接続端子４０は、複数本（図１中では１本のみ図示）備えられており、インサートモールドにより搭載部材２０と一体に成形されることによって搭載部材２０に保持されている。そして、センサチップ１０に形成されたパッド１５とボンディングワイヤ３０を介して電気的に接続されている。

保護部材５０は、エポキシ樹脂等で構成され、ボンディングワイヤ３０を封止すると共に、ボンディングワイヤ３０とパッド１５および接続端子４０との接続部分を覆うように配置されている。また、このような保護部材は、ポッティングによって配置されるため、パッド１５近傍の配線部１４も保護部材５０にて覆われている、
以上が本実施形態における流量センサの基本的な構成である。次に、本実施形態における配線部１４の構成について説明する。

図３に示されるように、配線部１４は、配線部１４の延設方向（図３中紙面左右方向）と垂直方向であってセンサチップ１０の平面方向と平行な方向の長さを幅とすると、保護部材５０で覆われている第１領域１４ａの幅が保護部材５０から露出している第２領域１４ｂの幅より長くされている。つまり、配線部１４は、抵抗値は断面積が大きくなるにつれて小さくなるため、保護部材５０で覆われている第１領域１４ａの抵抗値が保護部材５０から露出している第２領域１４ｂの抵抗値より小さくされている。

なお、図３は、図示していないが、配線部１４は紙面左側の部分でパッド１５と接続され、紙面右側の部分でセンシング部１１と接続されている。

また、配線部１４は、図４に示されるように、配線部１４のセンシング部１１に対する抵抗値比が小さくなるほど抵抗値変化量が小さくなる。このため、配線部１４のセンシング部１１に対する抵抗値比は小さくすることが好ましく、例えば、０．１以下程度にするのがよい。なお、図４中の配線部１４の抵抗値は、第１、第２領域１４ａ、１４ｂの合成抵抗である。

以上が本実施形態における流量センサの構成である。次に、上記流量センサの製造方法について簡単に説明する。

まず、収容凹部２１が形成されていると共に接続端子４０を保持している搭載部材２０を用意する。そして、接着剤６０を介して収容凹部２１にセンサチップ１０を搭載する。その後、センサチップ１０のパッド１５と接続端子４０とをボンディングワイヤ３０を介して電気的に接続する。次に、ボンディングワイヤ３０、ボンディングワイヤ３０とパッド１５および接続端子４０との接続部分を封止するように保護部材５０をポッティングして配置する。これにより、上記流量センサが製造される。

なお、センサチップ１０は、配線部１４のうちのどの部分が保護部材５０に覆われるかを予め調査しておき、保護部材５０に覆われる第１領域１４ａの幅を上記のように長くしておけばよい。

以上説明したように、本実施形態の流量センサは、保護部材５０で覆われている第１領域１４ａの幅が保護部材５０から露出している第２領域１４ｂの幅より長くされており、第１領域１４ａの抵抗値が第２領域１４ｂの抵抗値より小さくされている。このため、センサチップ１０と保護部材５０との熱膨張係数の違いによって熱応力が発生し、この熱応力が保護部材５０に覆われている第１領域１４ａに印加されても、第１領域１４ａの抵抗値が第２領域１４ｂの抵抗値と等しい場合と比較して、第１領域１４ａの抵抗値変化量を小さくすることができる。

すなわち、第１領域１４ａの抵抗値変化量は、抵抗値変化量をΔＲ、第１領域１４ａに印加される熱応力をΔσ、第１領域１４ａの基準抵抗値をＲとすると、次式で示される。

（数１）ΔＲ＝Δσ×Ｒ
このため、第１領域１４ａの抵抗値を予め小さくしておくことにより、第１領域１４ａに熱応力が印加されたとしても抵抗値変化量が小さくなる。したがって、配線部１４全体の抵抗値変化量を小さくすることができ、検出精度が低下することを抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して配線部１４の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図５に示されるように、本実施形態では、配線部１４は、保護部材５０で覆われている第１領域１４ａの厚さが保護部材５０から露出している第２領域１４ｂの厚さより厚くされている。なお、図５は、図示していないが、配線部１４は紙面左側の部分でパッド１５と接続され、紙面右側の部分でセンシング部１１と接続されている。

このような流量センサとしても、配線部１４は、第１領域１４ａの抵抗値が第２領域１４ｂの抵抗値より小さくなるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して配線部１４の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図６に示されるように、本実施形態では、配線部１４は、第１領域１４ａがＡｌやＡｌＣｕ等で構成され、第２領域１４ｂがＡｌやＡｌＣｕより抵抗率の大きいＰｔやＳｉ等で構成されている。なお、図６は、図示していないが、配線部１４は紙面左側の部分でパッド１５と接続され、紙面右側の部分でセンシング部１１と接続されている。

このような流量センサとしても、配線部１４は、第１領域１４ａの抵抗値が第２領域１４ｂの抵抗値より小さくなるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して配線部１４と保護部材５０との間に緩和部材を追加したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図７に示されるように、本実施形態では、第１領域１４ａと保護部材５０との間に、保護部材５０よりヤング率が小さいポリイミド等で構成される緩和部材７０が配置されている。なお、図７は、図示していないが、配線部１４は紙面左側の部分でパッド１５と接続され、紙面右側の部分でセンシング部１１と接続されている。

このような流量センサでは、緩和部材７０にて保護部材５０から第１領域１４ａに印加される熱応力が緩和されるため、第１領域１４ａの抵抗値変化量を小さくすることができる。したがって、配線部１４全体の抵抗値変化量を小さくすることができ、検出精度が低下することを抑制することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、本発明を流量センサに適用した例を説明したが、本発明を圧力、荷重、温度等を検出するセンシング部１１が形成されたセンサチップ１０を用いた物理量センサに適用することも可能である。

また、上記各実施形態を適宜組み合わせた流量センサとすることも可能である。例えば、上記第１実施形態を上記第２〜第４実施形態に組み合わせ、第１領域１４ａの幅を第２領域１４ｂの幅より長くしてもよい。同様に、上記第２実施形態を第３、第４実施形態に組み合わせ、第１領域１４ａの厚さを第２領域１４ｂの厚さより厚くしてもよい。さらに、上記第３実施形態を上記第４実施形態に組み合わせ、第１領域１４ａをＡｌやＡｌＣｕ等で構成し、第２領域１４ｂをＡｌやＡｌＣｕ等より抵抗率の大きいＰｔやＳｉ等で構成するようにしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態を組み合わせ、第１領域１４ａの幅を第２領域１４ｂの幅より長くしつつ、第１領域１４ａの厚さを第２領域１４ｂの厚さより厚くし、さらに、第１領域１４ａをＡｌやＡｌＣｕ等で構成し、第２領域１４ｂをＡｌやＡｌＣｕ等より抵抗率の大きいＰｔやＳｉ等で構成するようにしてもよい。そして、このような流量センサにさらに第４実施形態を組み合わせ、緩和部材７０を配置するようにしてもよい。

さらに、上記各実施形態では、パッド１５と接続端子４０とをボンディングワイヤ３０を介して電気的に接続する例を説明したが、例えば、次のようにしてもよい。すなわち、搭載部材２０に回路チップを搭載し、パッド１５と回路チップとをボンディングワイヤ３０を介して電気的に接続するようにし、接続端子４０と回路チップとを別のボンディングワイヤで電気的に接続するようにしてもよい。このような流量センサとしても、パッド１５近傍の配線部１４は保護部材５０で覆われるため、上記第１〜第３実施形態のように第１領域１４ａの抵抗値を第２領域１４ｂの抵抗値より小さくしたり、上記第４実施形態のように緩和部材７０を備えることにより、配線部１４の抵抗値変化量を小さくすることができる。

１０ センサチップ
１１ センシング部
１４ 配線部
１４ａ 第１領域
１４ｂ 第２領域
１５ パッド
２０ 搭載部材
３０ ボンディングワイヤ（ワイヤ）
４０ 接続端子
５０ 保護部材

Claims (8)

1. 一面に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部（１１）および前記センシング部と配線部（１４）を介して電気的に接続されるパッド（１５）が形成されたセンサチップ（１０）と、
   前記センサチップを搭載する収容凹部（２１）が形成された搭載部材（２０）と、
   前記パッドと電気的に接続されるワイヤ（３０）と、
   前記センシング部を露出させつつ、前記パッドと前記ワイヤとの接続部分を含む領域を覆う保護部材（５０）と、を備え、
   前記配線部は、前記保護部材で覆われている第１領域（１４ａ）の抵抗値が前記保護部材から露出している第２領域（１４ｂ）の抵抗値より小さくされていることを特徴とする物理量センサ。
2. 前記配線部は、前記第１領域の幅が前記第２領域の幅より長くされていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
3. 前記配線部は、前記第１領域の厚さが前記第２領域の厚さより厚くされていることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量センサ。
4. 前記配線部は、前記第１領域を構成する材料の抵抗率が前記第２領域を構成する材料の抵抗率より小さくされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の物理量センサ。
5. 前記第１領域と前記保護部材との間には、前記保護部材よりヤング率が小さい材料で構成された緩和部材（７０）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の物理量センサ。
6. 一面に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部（１１）および前記センシング部と配線部（１４）を介して電気的に接続されるパッド（１５）が形成されたセンサチップ（１０）と、
   前記センサチップを搭載する収容凹部（２１）が形成された搭載部材（２０）と、
   前記パッドと電気的に接続されるワイヤ（３０）と、
   前記センシング部を露出させつつ、前記パッドと前記ワイヤとの接続部分を含む領域を覆う保護部材（５０）と、を備え、
   前記配線部は、前記保護部材で覆われている第１領域（１４ａ）と前記保護部材から露出している第２領域（１４ｂ）とを有し、
   前記第１領域と前記保護部材との間には、前記保護部材よりヤング率が小さい材料で構成された緩和部材（７０）が配置されていることを特徴とする物理量センサ。
7. 前記搭載部材は、前記ワイヤと電気的に接続される接続端子（４０）を備えており、
   前記保護部材は、前記接続端子と前記ワイヤとの接続部分も封止していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の物理量センサ。
8. 前記センサチップは、前記一面に前記センシング部としての流量検出部が形成されており、被検出流体の流量に応じて前記センサ信号を出力することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の物理量センサ。
   

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