JP2014085299A - 圧力センサ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃加速度による影響を低減し、かつ、ボンディングワイヤの信頼性を確保できる圧力センサ装置およびその製造方法を提供することである。
【解決手段】圧力センサ装置１０において、センシング部１７ａに対向する位置に備えられる筒状部１１ｂを備えるガイド部材１１を有し、筒状部１１ｂのある部位は、筒状部１１ｂのない部位よりも、保護部材１２の厚さが薄く成形される構成とした。この構成によれば、センサチップ１７上は保護部材１２の厚さが薄く成形されるので、衝撃加速度による影響を低減でき、センサチップ１７の誤検出を無くす（あるいは大幅に低減する）ことができる。また、ボンディングワイヤ１３は全体が保護部材１２で覆われる。よってボンディングワイヤ１３が露出する等の不具合を防止でき、信頼性を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサチップ、ボンディングワイヤ、保護部材、パッケージなどを有する圧力センサ装置と、当該圧力センサ装置の製造方法に関する。

従来では、環境中の薬品や水分による保護部材内の気泡発生を防止することを目的とする半導体圧力センサ装置に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この半導体圧力センサ装置は、導体部、センサチップ、ボンディングワイヤとともに、２０℃のガソリンに浸漬されたときの飽和膨潤率が７重量％以下のものである保護部材を備える。

特許第３８５８５７７号公報

しかし、特許文献１の技術を適用すると、センサチップおよびボンディングワイヤを保護するために保護部材を厚く成形せざるを得ない。ところが保護部材を厚くすると、衝突検知に用いる場合には外部要因による衝撃加速度（「衝撃Ｇ」とも呼ぶ。以下同じである。）による影響を受けて、センサチップが誤検出するという問題がある。

一方、衝撃加速度による影響を低減するためには、保護部材を薄く成形する必要がある。ところが保護部材を薄くすると、ボンディングワイヤが露出する等の不具合が生じるために信頼性が低下するという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、衝撃加速度による影響を低減し、かつ、ボンディングワイヤの信頼性を確保できる圧力センサ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、圧力を検出して対応する信号を発生するセンサチップ（１７）と、前記センサチップから前記信号を伝達するために前記センサチップと電気的に接続するボンディングワイヤ（１３）と、前記センサチップおよび前記ボンディングワイヤを覆って電気的な絶縁性を有する保護部材（１２）と、前記センサチップ，前記ボンディングワイヤおよび前記保護部材を収容するパッケージ（１５）とを備える圧力センサ装置（１０）において、前記センシング部（１７ａ）に対向する位置に備えられる筒状部（１１ｂ）を備えるガイド部材（１１）を有し、前記筒状部のある部位は、前記筒状部のない部位よりも、前記保護部材の厚さが薄く成形されることを特徴とする。

この構成によれば、筒状部のある部位、すなわちセンサチップ（特にセンシング部）上における保護部材の厚さは薄く成形される。一方、筒状部のない部位、すなわちセンサチップ以外の部位ではボンディングワイヤが埋まるように保護部材の厚さが厚く成形される。センサチップ上は保護部材の厚さが薄く成形されるので、衝撃加速度による影響を低減でき、センサチップの誤検出を無くす（あるいは大幅に低減する）ことができる。また、ボンディングワイヤは全体が保護部材で覆われる。よってボンディングワイヤが露出する等の不具合を防止でき、信頼性を確保することができる。

第２の発明は、前記筒状部のある部位にかかる前記保護部材の厚さは、前記筒状部の高さ寸法（Ｈ）に応じて調整されることを特徴とする。

この構成によれば、筒状部のある部位、すなわちセンサチップ上に成形される保護部材の厚さは、当該筒状部の高さ寸法に応じて調整される。物理的現象としては、注入される保護部材が筒状部を上昇しようとする圧力と、筒状部内の気圧（空気圧等）とが平衡する位置（高さ）で止まる。筒状部の高さ寸法を調整することで、センサチップ上の保護部材の厚さも調整できる。したがって、保護部材を所望の厚さで成形することができる。

第３の発明は、圧力を検出して対応する信号を発生するセンサチップ（１７）と、前記センサチップから前記信号を伝達するために前記センサチップと電気的に接続するボンディングワイヤ（１３）と、前記センサチップおよび前記ボンディングワイヤを覆って電気的な絶縁性を有する保護部材（１２）と、前記センサチップ，前記ボンディングワイヤおよび前記保護部材を収容するパッケージ（１５）とを備える圧力センサ装置（１０）の製造方法において、前記センシング部（１７ａ）に対向する位置に所定の隙間（Ｇｐ）を確保する筒状部（１１ｂ）を備えるガイド部材（１１）を設置する部材設置工程と、前記ガイド部材以外の部位から前記保護部材を注入し、前記センサチップおよび前記ボンディングワイヤを覆う保護部材被覆工程とを有することを特徴とする。

この構成によれば、保護部材被覆工程が実行されると、筒状部のある部位、すなわちセンサチップ（特にセンシング部）上は保護部材の厚さが薄く成形される。一方、筒状部のない部位、すなわちセンサチップ以外の部位はボンディングワイヤが埋まるように保護部材の厚さが厚く成形される。センサチップ上は保護部材の厚さが薄く成形されるので、衝撃加速度による影響を低減でき、センサチップの誤検出を無くす（あるいは大幅に低減する）ことができる。また、ボンディングワイヤは全体が保護部材で覆われる。よってボンディングワイヤが露出する等の不具合を防止でき、信頼性を確保することができる。

なお「センサチップ」は、圧力（特に空気を含む気体の圧力）を検出できれば、任意の圧力センサを適用してよい。「保護部材」は、加熱処理することによってゲル化する材料であればよい。ゲル化には固化を含み、材料には樹脂を含み、以下同じである。同一材料を適用してもよく、異なる材料を適用してもよい。「筒状部」は、センサチップ（特にセンシング部）を囲むように、筒状に成形されていれば形状を問わない。「パッケージ」は、センサチップ、ボンディングワイヤ、保護部材などを収容できれば、形態（形状，構造，材料等）を問わない。

圧力センサ装置の構成例を模式的に示す断面図である。 部材設置工程の一例を模式的に示す断面図である。 ガイド部材の構成例を模式的に示す平面図である。 ガイド部材が位置決めされた状態の一例を模式的に示す断面図である。 キャップ取り付け工程の一例を模式的に示す断面図である。 保護部材被覆工程の一例を模式的に示す断面図である。 キャップ取り外し工程の一例を模式的に示す断面図である。 圧力センサ装置を車両に取り付けた例を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。同様に、「絶縁性」という場合には電気的な絶縁性を意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。

本形態は図１〜図８を参照しながら説明する。図１に示す圧力センサ装置１０は、ガイド部材１１，保護部材１２，ボンディングワイヤ１３，リード１４（リードフレームを含む），パッケージ１５，回路チップ１６（集積回路を含む），センサチップ１７などを有する。以下では、各構成要素について説明する。

ガイド部材１１は、位置決め部１１ａ，筒状部１１ｂ，支持部１１ｄ（図２，図３を参照）などを有する。位置決め部１１ａは、当該ガイド部材１１をパッケージ１５の所定部位に位置決めする部位である。本形態では、位置決め部１１ａの端部１１ｃをパッケージ１５の端部１５ａに接触（点接触，線接触，面接触を含む。以下同じである。）させて位置決めする（図２を参照）。言い換えれば、位置決め部１１ａは端部１５ａの形状に合わせて成形される。筒状部１１ｂは、センサチップ１７のセンシング部１７ａに対向する位置になるように成形される。本形態では円筒形状を適用する（図２，図３を参照）。支持部１１ｄは、筒状部１１ｂを所定位置に支持する（図２，図３を参照）。

保護部材１２は、パッケージ１５に収容される部品や部材等を覆う。具体的には、ボンディングワイヤ１３，リード１４，回路チップ１６，センサチップ１７などを覆う。この保護部材１２は加熱処理することによってゲル化する絶縁性材料である。本形態ではシリコーンゲルを適用するが、他の材料（例えばフッ素ゲルなど）を適用してもよい。

ボンディングワイヤ１３は、センサチップ１７から出力される信号をリード１４や回路チップ１６等に伝達するために用いる導線である。リード１４は、圧力センサ装置１０内の配線や、圧力センサ装置１０の外部に信号や情報等を伝達する端子などに用いられる導体である。回路チップ１６は、センサチップ１７から出力される信号を受けて、所要の処理（例えばＡＤ変換処理など）を行う。

パッケージ１５は、ボンディングワイヤ１３、保護部材１２、リード１４、回路チップ１６、センサチップ１７など収容する。パッケージ１５の形状や材料は任意に設定してよい。本形態では、樹脂を用いて、一面が開口する箱形状（すなわち桝形状）に成形される。

センサチップ１７は、本形態において、気圧（特に空気圧）を検出できる圧力センサ（例えばピエゾ式圧力センサなど）を適用する。そのため、気圧の変化に伴って発生（出力）する信号も変化する。

上述のように構成される圧力センサ装置１０の製造方法の一例について、図２〜図７を参照しながら説明する。当該製造方法は、部材設置工程、キャップ取り付け工程、保護部材被覆工程、キャップ取り外し工程などを有する。これらの工程のうち、キャップ取り付け工程とキャップ取り外し工程は「キャップ着脱工程」に相当する。部材設置工程とキャップ取り付け工程とは順不同で行ってよい。以下では、各工程について説明する。なお、予めパッケージ１５内にリード１４，回路チップ１６，センサチップ１７などが収容され、所要の接続点相互間をボンディングワイヤ１３で接続されていることを前提とする。

（部材設置工程）
部材設置工程は、ガイド部材１１をパッケージ１５に設置する工程である。具体的には、図２に示すようにガイド部材１１を所定方向（矢印Ｄ１方向）に移動させ、位置決め部１１ａの端部１１ｃとパッケージ１５の端部１５ａとを接触させて位置決めする。位置決めするだけでなく、ガイド部材１１をパッケージ１５に取り付けて固定してもよい。

位置決め部１１ａ，筒状部１１ｂ，支持部１１ｄなどを有するガイド部材１１は、図２の断面図や図３の平面図で示す形状で成形される。位置決め部１１ａは、上述したパッケージ１５における開口側の端部１５ａの形状に合わせて成形される。筒状部１１ｂは筒形状であれば任意に設定してよく、本形態では円筒形状で成形する。支持部１１ｄは、筒状部１１ｂがセンサチップ１７（特にセンシング部１７ａ）に対応する位置となるように支持する。本形態では図３に示すように４本の支持部１１ｄで筒状部１１ｂを支持するが、支持部１１ｄの数や形状等は任意に設定してよい。

ガイド部材１１の位置決めを行うと、図４に示すような状態になる。すなわち、筒状部１１ｂの端面とセンシング部１７ａの面との間に隙間Ｇｐが確保される。隙間Ｇｐによって、保護部材１２を筒状部１１ｂの内側（内筒側）に流入させることができる。

（キャップ取り付け工程）
キャップ取り付け工程は、図５に矢印Ｄ２で示すように、筒状部１１ｂの片側（図面上側）にキャップ１１ｅを取り付けて塞ぐ工程である。上述した部材設置工程と同時に行ってもよく、部材設置工程に前後して行ってもよい。この取り付けは、後述するように筒状部１１ｂ内に流入する保護部材１２の上昇を調整するために行う。キャップ１１ｅを取り付けた後は、図６に示すような状態になる。

（保護部材被覆工程）
保護部材被覆工程は、センサチップ１７やボンディングワイヤ１３を含め、パッケージ１５に収容される部品や部材等を覆う工程である。具体的には、図６に示すように注入装置２０から液体の保護部材１２をパッケージ１５の内側に注入する。保護部材１２は液体であるので、パッケージ１５に収容される部品や部材等を覆う。注入量に応じて、パッケージ１５内の保護部材１２の高さも変化する。筒状部１１ｂ内にも流入して上昇するが、筒状部１１ｂ内の高さは筒状部１１ｂ外の高さと同じではない。

筒状部１１ｂは、片側がキャップ１１ｅで塞がれており、もう片側（隙間Ｇｐ側）から保護部材１２が流入する。そのため、筒状部１１ｂ内の気体（空気）は、保護部材１２の流入量に応じて圧力が変化する。この圧力変化は、保護部材１２が筒状部１１ｂ内を上昇しようとする圧力と、筒状部１１ｂ内の気圧（空気圧）とが平衡する位置で止まる。よって、筒状部１１ｂ内に流入して上昇する高さ（保護部材１２の厚さＴｈ）は、筒状部１１ｂの高さ寸法Ｈで調整することができる。このことは、センサチップ１７上に成形される保護部材１２の厚さＴｈを調整できることを意味する。ボンディングワイヤ１３の全体が確実に覆われるように保護部材１２を注入した後、当該保護部材１２を液体からゲルに変化させるために加熱処理を行う。一定時間が経過すると、保護部材１２はゲル化する。一定時間は、保護部材１２の高さ（厚さ）や加熱温度等に応じて変わる。

（キャップ取り外し工程）
キャップ取り外し工程は、保護部材１２がゲル化した後に行われ、筒状部１１ｂからキャップ１１ｅを取り外す工程である。筒状部１１ｂの片側にキャップ１１ｅを取り付けたままでは、センサチップ１７が圧力検出を行えない。そのため図７に矢印Ｄ３示すように、筒状部１１ｂからキャップ１１ｅを取り外す。キャップ１１ｅを取り外した後は図１のようになり、圧力センサ装置１０が製造される。

上述した圧力センサ装置１０の搭載例を図８に示す。図８には、車両３０に備えるドア３１，３２の内部にそれぞれ圧力センサ装置１０を搭載する例を示す。こうすれば、側面衝突時にドア３１，３２が受ける変形によって生じる圧力の変化を圧力センサ装置１０（特にセンサチップ１７）が検出し、サイドエアバッグおよびカーテンシールドエアバッグを展開することが可能になる。なおドア３１，３２以外の部位であっても、衝突等によって気圧変化が起きる部位や部品等に搭載してもよい。

図１に示す構造をもつ圧力センサ装置１０において、センサチップ１７のセンシング部１７ａを覆う保護部材１２は厚さＴｈにとどまり、筒状部１１ｂ以外の部位よりも薄い。何らかの要因でドア３１，３２に側面衝突が発生すると、ドア３１，３２が個別に受ける衝撃による圧力変動分のみをセンサチップ１７が検出する。センシング部１７ａが受ける側面衝突による衝撃加速度は、厚さＴｈの質量分にとどまる。センシング部１７ａを覆う厚さは薄いので、衝撃加速度による影響を低減して圧力検出を行うことができる。ドア３１，３２の内部にある空気の圧力検出が可能になるので、ドア３１，３２ごとに１つの圧力センサ装置１０のみを搭載すればよい。

一方、センシング部１７ａ以外の部位は、センサチップ１７よりも厚く保護部材１２で覆われる。特に、ボンディングワイヤ１３は確実に保護部材１２によって覆われる。したがって、ボンディングワイヤ１３が露出する等の不具合は回避され、信頼性を維持することができる。

上述した実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）圧力センサ装置１０において、センシング部１７ａに対向する位置に備えられる筒状部１１ｂを備えるガイド部材１１を有し、筒状部１１ｂのある部位は、筒状部１１ｂのない部位よりも、保護部材１２の厚さが薄く成形される構成とした（図１を参照）。この構成によれば、センサチップ１７上は保護部材１２の厚さが薄く成形されるので、衝撃加速度による影響を低減でき、センサチップ１７の誤検出を無くす（あるいは大幅に低減する）ことができる。また、ボンディングワイヤ１３は全体が保護部材１２で覆われる。よってボンディングワイヤ１３が露出する等の不具合を防止でき、信頼性を確保することができる。

（２）筒状部１１ｂのある部位にかかる保護部材１２の厚さは、筒状部１１ｂの高さ寸法Ｈに応じて調整される構成とした（図７を参照）。この構成によれば、筒状部１１ｂのある部位、すなわちセンサチップ１７上に成形される保護部材１２の厚さは、当該筒状部１１ｂの高さ寸法Ｈに応じて調整される。筒状部１１ｂの高さ寸法Ｈを調整することで、センサチップ１７上の保護部材１２の厚さも調整できる。したがって、保護部材１２を所望の厚さＴｈで成形することができる。

（３）ガイド部材１１は、パッケージ１５の所定部位に位置決めする位置決め部１１ａを有し、位置決め部１１ａをパッケージ１５の端部１１ｃに位置決めした状態で、ガイド部材１１の端面とセンサチップ１７との間に所定の隙間Ｇｐを確保する構成とした（図４を参照）。この構成によれば、位置決め部１１ａをパッケージ１５の端部１１ｃに接触させて位置決めするだけで、確実に所定の隙間Ｇｐを確保することができる。この隙間Ｇｐにより、センサチップ１７（特にセンシング部１７ａ）を保護部材１２で確実に覆うことができる。

（４）保護部材１２は、加熱処理することによってゲル化する材料である構成とした。この構成によれば、加熱処理を行うだけでゲル化するので簡単に所望の部材を覆うことができる。

（５）圧力センサ装置１０の製造方法において、センシング部１７ａに対向する位置に所定の隙間Ｇｐを確保する筒状部１１ｂを備えるガイド部材１１を設置する部材設置工程（図２を参照）と、筒状部１１ｂ以外の部位から保護部材１２を注入し、センサチップ１７およびボンディングワイヤ１３を覆う保護部材被覆工程（図６を参照）とを有する構成とした。この構成によれば、センサチップ１７上は保護部材１２の厚さが薄く成形されるので、衝撃加速度による影響を低減でき、センサチップ１７の誤検出を無くす（あるいは大幅に低減する）ことができる。また、ボンディングワイヤ１３は全体が保護部材１２で覆われる。よってボンディングワイヤ１３が露出する等の不具合を防止でき、信頼性を確保することができる。

（６）保護部材被覆工程の前に筒状部１１ｂの片側にキャップ１１ｅを取り付けるキャップ取り付け工程（図５を参照）と、保護部材被覆工程の後にキャップ１１ｅを取り外すキャップ取り外し工程（図７を参照）とからなるキャップ着脱工程を有する構成とした。この構成によれば、筒状部１１ｂにキャップ１１ｅを取り付けた状態で保護部材１２を注入することで、筒状部１１ｂ内外で保護部材１２の厚さを変えることができる。特に、センサチップ１７上の厚さを薄く成形することができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態では、筒状部１１ｂの片側にキャップ１１ｅを取り付けてから保護部材１２を注入する構成とした（図６を参照）。この形態に代えて、キャップ１１ｅ以外の部材を筒状部１１ｂの片側に取り付けてから保護部材１２を注入する構成としてもよい。当該キャップ１１ｅ以外の部材は、筒状部１１ｂへの流入に伴う気圧の上昇に耐え得る（すなわち筒状部１１ｂ内の気体を密閉する）部材であればよい。例えば、粘着テープ、粘土、ゴム栓、板材、可撓性部材などが該当する。キャップ１１ｅ以外の部材を用いても、センサチップ１７上は保護部材１２の厚さが薄く成形される。したがって、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、キャップ１１ｅや上述したキャップ１１ｅ以外の部材は、いずれも筒状部１１ｂの片側を覆って筒状部１１ｂの気体を密閉する点で「気体密閉部材」に相当する。

上述した実施の形態では、４本の支持部１１ｄで筒状部１１ｂを支持する構成とした（図３を参照）。この形態に代えて、４本以外の本数からなる支持部１１ｄで筒状部１１ｂを支持する構成としてもよい。また、図３に示す位置決め部１１ａと支持部１１ｄとで囲まれる開口部は、注入装置２０から保護部材１２を注入できる形状であってもよい。要するに、保護部材をパッケージ１５の内側に注入できれば、支持部１１ｄの数や形状等は任意に設定してよい。いずれの構成にせよ保護部材１２を注入することができ、パッケージ１５内の部品や部材等を覆うことができる。したがって、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１では、ガイド部材１１は、筒状部１１ｂの端面とセンシング部１７ａの面との間に隙間Ｇｐが確保されるように構成とした（図４を参照）。この形態に代えて、筒状部１１ｂの端面がセンシング部１７ａの面とが接触する（すなわち隙間Ｇｐが無い）構成としてもよい。この場合は、筒状部１１ｂに切欠き，穴，スリット等を設ける。要するに、保護部材１２が筒状部１１ｂの内側に流入する構成であればよい。この構成でも、筒状部１１ｂの片側はキャップ１１ｅで塞がれるので、保護部材１２が筒状部１１ｂ内を上昇する高さが制限される。よって、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

１０ 圧力センサ装置
１１ ガイド部材
１１ｂ 筒状部
１２ 保護部材
１３ ボンディングワイヤ
１５ パッケージ
１７ センサチップ
１７ａ センシング部

Claims (6)

1. 圧力を検出して対応する信号を発生するセンサチップ（１７）と、前記センサチップから前記信号を伝達するために前記センサチップと電気的に接続するボンディングワイヤ（１３）と、前記センサチップおよび前記ボンディングワイヤを覆って電気的な絶縁性を有する保護部材（１２）と、前記センサチップ，前記ボンディングワイヤおよび前記保護部材を収容するパッケージ（１５）とを備える圧力センサ装置（１０）において、
   前記センシング部（１７ａ）に対向する位置に備えられる筒状部（１１ｂ）を備えるガイド部材（１１）を有し、
   前記筒状部のある部位は、前記筒状部のない部位よりも、前記保護部材の厚さが薄く成形されることを特徴とする圧力センサ装置。
2. 前記筒状部のある部位にかかる前記保護部材の厚さは、前記筒状部の高さ寸法（Ｈ）に応じて調整されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ装置。
3. 前記ガイド部材は、前記パッケージの所定部位に位置決めする位置決め部（１１ａ）を有し、
   前記位置決め部を前記パッケージの端部（１１ｃ）に位置決めした状態で、前記ガイド部材の端面と前記センサチップとの間に所定の隙間（Ｇｐ）を確保することを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ装置。
4. 前記保護部材は、加熱処理することによってゲル化する材料であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力センサ装置。
5. 圧力を検出して対応する信号を発生するセンサチップ（１７）と、前記センサチップから前記信号を伝達するために前記センサチップと電気的に接続するボンディングワイヤ（１３）と、前記センサチップおよび前記ボンディングワイヤを覆って電気的な絶縁性を有する保護部材（１２）と、前記センサチップ，前記ボンディングワイヤおよび前記保護部材を収容するパッケージ（１５）とを備える圧力センサ装置（１０）の製造方法において、
   前記センシング部（１７ａ）に対向する位置に所定の隙間（Ｇｐ）を確保する筒状部（１１ｂ）を備えるガイド部材（１１）を設置する部材設置工程と、
   前記ガイド部材以外の部位から前記保護部材を注入し、前記センサチップおよび前記ボンディングワイヤを覆う保護部材被覆工程と、
   を有することを特徴とする圧力センサ装置の製造方法。
6. 前記保護部材被覆工程の前に前記筒状部の片側にキャップ（１１ｅ）を取り付け、前記保護部材被覆工程の後に前記キャップを取り外すキャップ着脱工程を有することを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ装置の製造方法。

Images