JP2014126507A - 圧力センサモジュール - Google Patents

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JP2014126507A
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pressure sensor
electronic circuit
circuit board
sensor module
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English (en)
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Masayuki Nakahira
真幸 中平
Koji Moriyasu
功治 守安
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Bosch Corp
Original Assignee
Bosch Corp
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Abstract

【課題】接合部にアンダーフィルを塗布する場合であっても、アンダーフィルのダイヤフラム部への侵入を確実に防ぎ、かつ製造コストの安い圧力センサモジュールを提供する。
【解決手段】圧力を検知するダイヤフラム部１２を有するシリコン製圧力センサチップ１０と、圧力センサチップ１０をフリップチップ実装する電子回路基板２０と、からなり、圧力センサチップ１０および電子回路基板２０の電気的接続箇所にアンダーフィル３０が塗布されている圧力センサモジュール１において、アンダーフィル３０がダイヤフラム部１２へ侵入することを防ぐための突起部２２を電子回路基板２０の上に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサチップをＦａｃｅ−ｄｏｗｎで電子回路基板に実装する圧力センサモジュールであって、圧力センサチップと電子回路基板の電気的接続信頼性を向上した圧力センサモジュールに関する。
一般的なシリコン半導体製圧力センサチップは一方の面にダイヤフラム部を有し、圧力が加わることによりダイヤフラム部が変形し、これを圧力センサチップ上に配置された電子回路で電気的な信号に変換し出力する。圧力センサチップは小さくそのままでは取り扱いが難しいので、電子回路基板等にマウントされ、圧力センサモジュールとして使われる場合が多い。圧力センサモジュールは、例えばエンジン制御用の制御装置に実装され、大気圧等を測定するセンサとして利用される。
圧力センサチップを電子回路基板上にマウントする際の方法として、ダイヤフラム部を電子回路基板側に向けるＦａｃｅ−ｄｏｗｎと、逆側に向けてマウントするＦａｃｅ−ｕｐがある。圧力センサチップ上の電子回路および外部と電気的に接続するためのランド部は通常ダイヤフラム部と同じ面に配置されるので、圧力センサチップをＦａｃｅ−ｕｐで電子回路基板にマウントする場合に、電気的にこれらを接続するためには、ボンディングワイヤ等での接続が必要となる。しかしながら、ボンディングワイヤは振動に対して弱く、振動条件の厳しいエンジンやこれが搭載される車両においては、ボンディングワイヤの破断のおそれがある。
一方、圧力センサチップをＦａｃｅ−ｄｏｗｎで電子回路基板にマウントする場合には、これらをフリップチップ実装で接合することができる。フリップチップ実装においては、振動によりボンディングワイヤが破断するおそれは無いが、圧力センサチップと電子回路基板間の熱膨張係数の違いによって接合部に応力が集中し、著しい場合にはクラックが発生するおそれがある。これを緩和するためにはアンダーフィルの塗布が有効である。アンダーフィルにより応力が分散されるからである。しかしながら、このケースでアンダーフィルを塗布すると、フリップチップでの接合部とダイヤフラム部が近接しているため、ダイヤフラム部にアンダーフィルが侵入し、ダイヤフラム部が圧力に対して適正に変形しなくなってしまうおそれがある。すなわち、圧力センサモジュールの出力精度が低下してしまうことになる。
例えば、特表２００８−５１７２８８号公報（特許文献１）等には、アンダーフィルがダイヤフラム部へ侵入することを防ぐために切り欠きを設けることが開示されている。しかしながらこのような切り欠きでは、アンダーフィルを塗布する工程において、アンダーフィルが切り欠きからたれ落ち、基板や製造装置に付着してしまうというおそれがある。また、塗布量、塗布方法の管理が難しく、塗布後においてもアンダーフィルが一定の硬さになるまでは取り扱いづらいという問題がある。この結果、製造にかかる時間が長くなり、また、より高い精度のアンダーフィルの塗布装置が必要になり、圧力センサモジュールの製造コストを高いものとしていた。
特表２００８−５１７２８８号公報
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、圧力センサチップをＦａｃｅ−ｄｏｗｎで電子回路基板にマウントした圧力センサモジュールにおいて、接合部にアンダーフィルを塗布する場合であっても、アンダーフィルのダイヤフラム部への侵入を確実に防ぎ、かつ製造コストの安い圧力センサモジュールを提供することを目的とする。
本発明によれば、圧力を検知するダイヤフラム部を有するシリコン製圧力センサチップと、圧力センサチップをフリップチップ実装する電子回路基板と、からなり、圧力センサチップおよび電子回路基板の電気的接続箇所にアンダーフィルが塗布されている圧力センサモジュールにおいて、アンダーフィルがダイヤフラム部へ侵入することを防ぐための突起部が電子回路基板上に設けられていること特徴とする圧力センサモジュールが提供され、上述した問題を解決することができる。
また、本発明にかかる圧力センサモジュールにおいて、圧力センサチップ上でダイヤフラム部が設けられている面におけるダイヤフラム部の外側の領域を、電子回路基板の基板面に垂直な方向で電子回路基板上に投影した範囲に突起部が設けられていることが好ましい。
また、本発明にかかる圧力センサモジュールにおいて、電子回路基板は貫通孔を有するとともに、突起部が貫通孔を取り囲むように設けられており、アンダーフィルが突起部に沿って一周塗布されていることが好ましい。
また、本発明にかかる圧力センサモジュールにおいて、圧力センサチップが電子回路基板にフリップチップ実装され、アンダーフィルが突起部に沿って一周塗布された後に、少なくとも圧力センサチップにおいてダイヤフラム部が設けられていない面を取り囲むように樹脂モールドされることが好ましい。
また、本発明にかかる圧力センサモジュールにおいて、電子回路基板はガラスエポキシを材料とする多層基板であり、突起部は電子回路基板をエッチング処理することにより形成されることが好ましい。
本発明の圧力センサモジュールにおいては、電子回路基板上に設けられた突起部で、接合部に塗布されたアンダーフィルがダイヤフラム部へ侵入することを防ぐので、製造工程において取り扱いがしやすく、安価な圧力センサモジュールを提供することができる。
本発明の圧力センサモジュールにおいて、圧力センサチップ上でダイヤフラム部が設けられている面におけるダイヤフラム部の外側の領域を、電子回路基板の基板面に垂直な方向で電子回路基板上に投影した範囲に突起部が設けられている場合には、ダイヤフラム部へのアンダーフィルの侵入を確実に防ぐことができる。
本発明の圧力センサモジュールにおいて、電子回路基板が貫通孔を有するとともに、突起部が貫通孔を取り囲むように設けられており、アンダーフィルが突起部に沿って一周塗布されている場合には、ダイヤフラム部へのアンダーフィルの侵入を確実に防ぎ、かつ、ダイヤフラム部が貫通孔を通して圧力を感知できる。
本発明の圧力センサモジュールにおいて、圧力センサチップのダイヤフラム部が設けられていない面を取り囲むように樹脂モールドされている場合には、厳しい環境条件下でも劣化しづらく、取り扱いがしやすい。
本発明の圧力センサモジュールにおいて、電子回路基板が、ガラスエポキシを材料とする多層基板であり、突起部は電子回路基板をエッチング処理することにより形成されている場合には、安価で、位置精度の良い突起部を設けることができ、アンダーフィルがダイヤフラム部へ侵入することを確実に阻止できる。
本発明にかかる圧力センサモジュールの構造図である。 図１の圧力センサモジュールに使用される電子回路基板の平面図である。 本発明にかかる電子回路基板に貫通孔を有する圧力センサモジュールの構造図である。 図３の圧力センサモジュールに使用される電子回路基板の平面図である。 本発明にかかる樹脂モールドされた圧力センサモジュールの構造図である。
以下、本発明にかかる圧力センサモジュールの実施例について図面を用いて説明する。 なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
図１は本発明にかかる圧力センサモジュールの実施例の構造図であり、模式的な断面図にて表したものである。
圧力センサモジュール１は、主な構成要素として、圧力センサチップ１０と、圧力センサチップ１０と接合する電子回路基板２０と、接合用ボール３２と、接合箇所に塗布するアンダーフィル３０からなる。
圧力センサチップ１０はシリコン半導体からなり、一方の面にダイヤフラム部１２を有する。ダイヤフラム部１２が外部の圧力と内部に形成された基準圧力室１４内の基準圧力との差圧によって変形すると、ダイヤフラム部１２上に形成された複数個の拡散抵抗の電気抵抗が変化する。これらの拡散抵抗はブリッジ接続されており、ブリッジ回路からの出力は圧力センサチップ１０上に設けられた電子回路で増幅等をされ、圧力信号として出力される。電子回路基板２０と電気的に接続するためのランド部１６は、ダイヤフラム部１２と同じ面に形成される。これは、拡散抵抗、電子回路と同じ面にランド部１６を設けることにより、これらの電気的接続を容易にするためである。
電子回路基板２０は、例えばガラスエポキシの多層基板からなり、圧力センサチップ１０をフリップチップ実装するためのランド部２４を有する。また、フリップチップ実装した後アンダーフィルを塗布した際に、アンダーフィル３０がダイヤフラム部１２へ侵入することを阻止するための突起部２２を有する。突起部２２は、圧力センサチップ１０上でダイヤフラム部１２が設けられている面におけるダイヤフラム部１２の外側の領域を、電子回路基板２０の基板面に垂直な方向で電子回路基板２０上に投影した範囲に設けられている。図２は電子回路基板２０の平面図である。点線で表した略四角形１５は圧力センサチップ１０上のダイヤフラム部１２の外形を電子回路基板２０の基板面に垂直な方向で電子回路基板２０上に投影した投影線である。突起部２２はこの投影した略四角形１５の外側の領域でかつランド部２４とランド部１６の接合部にアンダーフィル３０を塗布した場合に、略四角形１５の内側の領域にアンダーフィル３０が侵入するのを妨げるように設けられている。図２において突起部２２は二つの直線状の形状を成しているがこれに限られるものではなく、例えば、円弧状等様々な形状が可能である。また、本実施例においては、ダイヤフラム部１２の外形を略四角形としたが、現実には円形等様々な形状が可能である。 突起部２２は電子回路基板２０をエッチング処理することにより形成することができる。例えば、電子回路基板２０の最上面の一部を残すようにエッチング処理することにより、突起部２２を形成することができる。このようにエッチング処理を使うことにより安価で位置精度の高い突起部２２を形成することができる。
ランド部１６に接合用ボール３２を備えた圧力センサチップ１０を電子回路基板２０上に置き、これをフリップチップ実装する。接合後、アンダーフィル３０を接合箇所で、二つの突起部２２にそれぞれ沿って適量塗布する。アンダーフィル３０は、圧力センサチップ１０の外側からディスペンサ等により塗布され、圧力センサチップ１０と電子回路基板２０との接合部を覆うが、突起部２２によりアンダーフィル３０がダイヤフラム部１２へ侵入するのを確実に防ぐことができる。
このように製造時において、アンダーフィル３０がダイヤフラム部１２へ侵入するのを容易に防ぐことができるので、取り扱いがし易く、その結果製造コストが安価で、かつ熱膨張係数の違いに起因する応力にも耐えうる圧力センサモジュールを供給することができる。尚、二つの突起部２２の間が外部に開放しているので、ここを通して外部の圧力がダイヤフラム部１２に伝達される。
図３は図１の実施例に対する変形例であり、電子回路基板７０に貫通孔７６を有する圧力センサモジュール５１の構造図である。その主な特徴は、突起部７２が、圧力センサチップ６０上でダイヤフラム部６２が設けられている面におけるダイヤフラム部６２の外側の領域を、電子回路基板７０の基板面に垂直な方向で電子回路基板７０上に投影した範囲で、かつ電子回路基板７０上に設けられた貫通孔７６を取り囲むように設けられていることである。図４は電子回路基板７０の平面図である。点線で表した略四角形６５は圧力センサチップ６０上のダイヤフラム部６２の外形を電子回路基板７０の基板面に垂直な方向で電子回路基板７０上に投影した投影線である。突起部７２はこの投影した略四角形６５の外側の領域で、かつ電子回路基板７０上に設けられた貫通孔７６を取り囲むように設けられている。アンダーフィル８０は圧力センサチップ６０の外側からディスペンサ等により塗布される。アンダーフィル８０は圧力センサチップ６０と電子回路基板７０との接合部を覆うが、突起部７２によりアンダーフィル８０がダイヤフラム部６２へ侵入するのを確実に防ぐことができる。
このように製造時において、本変形例によれば、突起部７２によりアンダーフィル８０のダイヤフラム部６２への侵入を容易に防ぐことができるので、取り扱いがし易く、その結果製造コストが安価で、かつ熱膨張係数の違いに起因する応力にも耐えうる圧力センサモジュールを供給することができる。尚、アンダーフィル８０によって覆われることにより、この部分は密閉されるが、電子回路基板７０に設けられた貫通孔７６を通して外部の圧力がダイヤフラム部６２へ伝達される。
図５は図３の変形例に対するさらなる変形例であり、樹脂モールドされた圧力センサモジュール１０１の構造図である。 樹脂モールド前の構造は図３で説明した圧力センサモジュール５１と基本的には同じであるが、一部部品は樹脂モールドに適合した形状に見直される。例えば、電子回路基板１２０の外形は極力小さくすることが推奨される。電子回路基板１２０の外形が大きいと、これをセットするためのモールド型も大きくなってしまい、型費が高くなり、また樹脂モールド用の装置も大きなものが必要となるので、結果として圧力センサモジュール１０１のコストが高いものとなってしまうからである。本変形例の圧力センサモジュール１０１では、外部との接続のためのランド部１２８が、電子回路基板１２０において、圧力センサチップ１１０と逆側に設けられている。
樹脂１４０でモールドする範囲は、ランド部１２８及び貫通孔１２６の出口以外の全ての部分とすることもできるが、少なくとも、圧力センサチップ１１０のダイヤフラム部１１２以外の面を取り囲むように樹脂モールドすることにより、シリコン製の圧力センサチップ１１０を外部環境、例えば高い湿度等から保護することが可能となり、耐環境性に強い圧力センサモジュール１０１を提供することができる。
以上のように本発明にかかる圧力センサモジュールにより、電子回路基板上に設けられた突起部で、接合部に塗布されたアンダーフィルがダイヤフラム部へ侵入することを容易に防ぐことができるので、製造コストが安価で、かつ熱膨張係数の違いに起因する応力にも耐えうる圧力センサモジュールを供給することができる。
１、５１、１０１…圧力センサモジュール １０、６０、１１０…圧力センサチップ １２、６２、１１２…ダイヤフラム部 １４、６４、１１４…基準圧力室 １６、６６、１１６…ランド部 ２０、７０、１２０…電子回路基板 ２２、７２、１２２…突起部 ２４、７４、１２４…ランド部 ７６、１２６…貫通孔 ３０、８０、１３０…アンダーフィル ３２、８２、１３２…接合用ボール ７６、１２６…貫通孔 １４０…樹脂

Claims (5)

  1. 圧力を検知するダイヤフラム部を有するシリコン製圧力センサチップと、
    前記圧力センサチップをフリップチップ実装する電子回路基板と、からなり、前記圧力センサチップおよび前記電子回路基板の電気的接続箇所にアンダーフィルが塗布されている圧力センサモジュールにおいて、
    前記アンダーフィルが前記ダイヤフラム部へ侵入することを防ぐための突起部が前記電子回路基板上に設けられていること特徴とする圧力センサモジュール。
  2. 前記圧力センサチップ上で前記ダイヤフラム部が設けられている面における前記ダイヤフラム部の外側の領域を、前記電子回路基板の基板面に垂直な方向で前記電子回路基板上に投影した範囲に突起部が設けら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. 前記電子回路基板は貫通孔を有するとともに、前記突起部が前記貫通孔を取り囲むように設けられており、前記アンダーフィルが前記突起部に沿って一周塗布されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサモジュール。
  4. 前記圧力センサチップが前記電子回路基板にフリップチップ実装され、前記アンダーフィルが前記突起部に沿って一周塗布された後に、少なくとも前記圧力センサチップにおいてダイヤフラム部が設けられていない面を取り囲むように樹脂モールドされることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサモジュール。
  5. 前記電子回路基板はガラスエポキシを材料とする多層基板であり、前記突起部は前記電子回路基板をエッチング処理することにより形成されることを特徴とする請求項１から４に記載の圧力センサモジュール。
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