JP2014126515A - 圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサチップを覆う封止部材の厚さばらつきを抑制する。
【解決手段】基板１０の一面１０ａにセンサチップ２０を搭載し、両端が開口端６０ａ、６０ｂとされ、内部が空洞６０ｃとされた枠状の補助部材６０を用意する。そして、センサチップ２０を空洞６０ｃに収容し、かつ、基板１０の一面１０ａに対する法線方向から基板１０および補助部材６０を視たとき、基板１０と補助部材６０との間に隙間７０が形成されるように、補助部材６０の一部を基板１０から基板１０の平面方向に突出させた状態で基板１０の一面１０ａに配置する。その後、補助部材６０における他方の開口端６０ｂを閉塞部材９０、９１を用いて閉塞し、基板１０、補助部材６０、閉塞部材９０、９１にて囲まれる空間に、隙間７０から液状部材８０ａを充填する。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサチップが封止部材に覆われた圧力センサおよびその製造方法に関するものである。

従来より、この種の圧力センサとして、例えば、特許文献１には、有底箱状のケースに圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサチップが収容され、このセンサチップがゲル等で構成される封止部材に覆われた圧力センサが提案されている。

これによれば、センサチップが封止部材に覆われているため、センサチップが外部雰囲気に曝されない。したがって、センサチップが腐食することを抑制でき、センサチップの耐久性を向上させることができる。

このような圧力センサは、次のように製造される。すなわち、ケースにセンサチップを収容し、このセンサチップを覆うように、硬化されることで封止部材となる液状部材をディスペンサ等で所定量だけ注入する。そして、液状部材を硬化させて封止部材を構成することにより、圧力センサが製造される。

特表２００７−５３２８６５号公報

しかしながら、上記製造方法では、液状部材を所定量だけ注入しているが、実際には、製品毎に液状部材を注入する際の温度や粘土等が微妙に異なるため、液状部材の注入量も微妙に異なる。

このため、製品毎にセンサチップを覆う液状部材の量が異なり、この液状部材を硬化させて構成される封止部材の厚さも異なる。したがって、製品毎にセンサチップに封止部材から印加される力（質量）が異なり、検出精度がばらついてしまう。特に、封止部材の質量および加速度に依存する慣性力がセンサチップに印加される状態で圧力センサが使用される場合には、封止部材の厚さのばらつきが無視できないものとなる。

本発明は上記点に鑑みて、センサチップを覆う封止部材の厚さばらつきを抑制できる圧力センサおよびその製造方法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、基板（１０）を用意する工程と、基板の一面（１０ａ）にセンサチップ（２０）を搭載する工程と、両端が開口端（６０ａ、６０ｂ）とされ、内部が空洞（６０ｃ）とされた枠状の補助部材（６０）を用意する工程と、基板の一面に補助部材における一方の開口端を配置する工程と、液状部材（８０ａ）にてセンサチップを覆う工程と、液状部材を硬化させて封止部材（８０）を構成する工程とを行う。そして、一方の開口端を配置する工程では、センサチップを空洞に収容し、かつ、基板の一面に対する法線方向から基板および補助部材を視たとき、基板と補助部材との間に隙間（７０）が形成されるように、補助部材の一部を基板から基板の平面方向に突出させた状態で補助部材を基板の一面に配置し、一方の開口端を配置する工程の後であって、センサチップを覆う工程の前に、補助部材における一方の開口端と反対側の他方の開口端を閉塞部材（９０、９１）を用いて閉塞する工程を行い、センサチップを覆う工程では、基板、補助部材、閉塞部材にて囲まれる空間に、隙間から液状部材を充填すること特徴としている。

これによれば、センサチップ上に配置される液状部材の量（厚さ）は補助部材の高さに依存し、注入時の液状部材の温度や粘土等に依存しない。そして、液状部材が硬化されて構成される封止部材の厚さも補助部材の高さに依存する。したがって、製品毎に封止部材の厚さがばらつくことを抑制できる。

また、請求項５に記載の発明では、圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（２０）と、一面（１０ａ）にセンサチップが搭載される基板（１０）と、センサチップを覆う封止部材（８０）と、両端が開口端（６０ａ、６０ｂ）とされていると共に内部が空洞（６０ｃ）とされ、一方の開口端が基板の一面に配置される補助部材（６０）と、を備え、補助部材は、センサチップを空洞に収容し、かつ、基板の一面に対する法線方向から基板および補助部材を視たとき、基板と補助部材との間に隙間（７０）が形成されるように、一部が基板から基板の平面方向に突出した状態で基板の一面に配置されており、封止部材は、基板および補助部材にて囲まれる空間に充填されていることを特徴としている。

これによれば、補助部材を用いることによってセンサチップ上に配置される封止部材の厚さばらつきを抑制できる。

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実施形態における圧力センサの平面図である。 図１中のII−II線に沿った断面図である。 図１中のIII−III線に沿った断面図である。 図１に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。 図４に続く圧力センサの製造工程を示す断面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態における補助部材の断面図、（ｂ）は（ａ）に示す補助部材を基板に嵌合させたときの状態を示す図である。 本発明の第３実施形態における圧力センサの製造工程を示す断面図である。 本発明の他の実施形態における補助部材を基板に嵌合させたときの状態を示す図である。 本発明の他の実施形態における圧力センサの断面図である。 本発明の他の実施形態における圧力センサの断面図である。

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、本実施形態の圧力センサは、例えば、車両のドア内のスペースに取り付けられ、車両のドア内の圧力を検出するのに適用されると好適である。つまり、車両の衝突判定に用いられるドア内の圧力を検出するのに適用される好適である。

図１〜図３に示されるように、本実施形態の圧力センサは、一面１０ａおよび他面１０ｂを有する矩形板状の基板１０を備えている。基板１０は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、多層セラミック基板等の回路基板とされている。そして、一面１０ａにセンサチップ２０や回路チップ３０等が搭載され、他面１０ｂにコンデンサ等が形成されたＩＣチップ４０が搭載されている。

本実施形態のセンサチップ２０は、圧力検出素子２１とガラス等で構成される台座２２とによって構成されている。

圧力検出素子２１は、例えば、裏面に凹部２３が形成されることで構成される薄肉のダイヤフラム２４を有し、このダイヤフラム２４に図示しないブリッジ回路を構成するようにゲージ抵抗が形成されたものである。すなわち、圧力検出素子２１は、ダイヤフラム２４に圧力が印加されるとゲージ抵抗の抵抗値が変化してブリッジ回路の電圧が変化し、この電圧の変化に応じてセンサ信号を出力する半導体ダイヤフラム式のものである。

そして、台座２２は、凹部２３との間に基準圧力室２５が形成されるように、圧力検出素子２１の裏面に陽極接合されている。

また、センサチップ２０と回路チップ３０とはボンディングワイヤ５０を介して電気的に接続され、回路チップ３０と基板１０とはボンディングワイヤ５１を介して電気的に接続されている。

そして、基板１０の一面１０ａには、両端が開口端６０ａ、６０ｂとされていると共に内部が空洞６０ｃとされた矩形枠状の補助部材６０が、センサチップ２０や回路チップ３０を空洞６０ｃに収容するように接着剤（図示せず）を介して接合されている。具体的には、補助部材６０は、長手方向の長さが基板１０の短手方向の長さより長くされており、長手方向（図１中紙面上下方向）が基板１０の長手方向（図１中紙面左右方向）と直交し、長手方向の両端部が基板１０から基板１０の平面方向に突出するように、一方の開口端６０ａが基板１０の一面１０ａに接合されている。そして、基板１０の一面１０ａに対する法線方向から視たとき、基板１０と、補助部材６０のうち基板１０から突出している部分との間には隙間７０が形成されている。

なお、このような補助部材６０は、例えば、耐熱樹脂材料であるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂を型成形することによって形成されている。

また、基板１０および補助部材６０にて囲まれる空間には、センサチップ２０を覆うようにフッ素ゲルやシリコンゲル等からなる封止部材８０が配置されている。

以上が本実施形態における圧力センサの構成である。次に、このような圧力センサの製造方法について図４および図５を参照しつつ説明する。なお、図４および図５は、図１中のII−II線に対応する断面図である。

まず、図４（ａ）に示されるように、基板１０の他面１０ｂに図示しない導電性ペーストを介してＩＣチップ４０を搭載する。そして、図４（ｂ）に示されるように、基板１０の一面１０ａに図示しない接着剤を介してセンサチップ２０および回路チップ３０を搭載する。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）の工程は、いずれの工程を先に行ってもよい。

次に、図４（ｃ）に示されるように、ワイヤボンディングを行い、センサチップ２０と回路チップ３０、回路チップ３０と基板１０とをそれぞれボンディングワイヤ５０、５１を介して電気的に接続する。

なお、ボンディングワイヤ５０、５１の形成は、金やアルミニウム等のワイヤを用いたボールボンディング、ウェッジボンディング等のワイヤボンディングにより行うことができる。

その後、図４（ｄ）に示されるように、上記補助部材６０を用意する。そして、センサチップ２０および回路チップ３０を空洞６０ｃに収容し、かつ基板１０の一面１０ａに対する法線方向から基板１０および補助部材６０を視たとき、基板１０と補助部材６０との間に隙間７０が形成されるように、補助部材６０の一方の開口端６０ａを基板１０の一面１０ａに接合する。具体的には、本実施形態では、補助部材６０の長手方向が基板１０の長手方向と直交し、長手方向の両端部が基板１０から基板１０の平面方向に突出するように、補助部材６０を基板１０の一面１０ａに接着剤（図示せず）を介して接合する。

そして、図５（ａ）に示されるように、補助部材６０のうち基板１０側と反対側の他方の開口端６０ｂを閉塞部材としての治具９０に押し付けることにより、補助部材６０の他端の開口端６０ｂを閉塞する。なお、本実施形態の治具９０は、封止部材８０との接着性が低いテフロン等の材質を用いて構成されている。

続いて、図５（ｂ）に示されるように、基板１０、補助部材６０、治具９０で囲まれる空間に、硬化されることで上記封止部材８０となる液状部材８０ａをディスペンサ１００を用いて隙間７０から注入する。なお、本実施形態では、基板１０、補助部材６０、治具９０で囲まれる空間と補助部材６０の空洞６０ｃとが一致している。

そして、図５（ｃ）に示されるように、基板１０、補助部材６０、治具９０で囲まれる空間に液状部材８０ａを充填する。この場合、センサチップ２０上に配置される液状部材８０ａの量は、注入時の液状部材８０ａの温度や粘土に依存せず、補助部材６０の高さに依存する。続いて、液状部材８０ａを硬化させることで封止部材８０を形成する。

その後、図５（ｄ）に示されるように、補助部材６０の他方の開口端６０ｂおよび封止部材８０を治具９０から離間させることにより、上記図１に示す圧力センサが製造される。なお、治具９０は、上記のように封止部材８０との接着性が低くされているため、補助部材６０および封止部材８０を容易に治具９０から離間させることができる。

以上説明したように、本実施形態では、隙間７０が形成されるように基板１０に補助部材６０を配置し、補助部材６０のうち基板１０と反対側の他方の開口端６０ｂを治具９０にて閉塞している。そして、基板１０、補助部材６０、治具９０で囲まれる空間に隙間７０から液状部材８０ａを注入することにより、当該空間を液状部材８０ａで充填している。

このため、センサチップ２０上に配置される液状部材８０ａの量（厚さ）は補助部材６０の高さに依存し、注入時の液状部材８０ａの温度や粘土等に依存しない。そして、液状部材８０ａが硬化されて構成される封止部材８０の厚さも補助部材６０の高さに依存する。したがって、製品毎に封止部材８０の厚さがばらつくことを抑制できる。

また、このように基板１０、補助部材６０、治具９０で囲まれる空間に液状部材８０ａを充填することにより、液状部材８０ａを注入する際の温度や粘土等の厳密な工程管理が必要なくなり、製造工程の簡略化を図ることもできる。

（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実施形態に対して補助部材６０の構造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（ａ）に示されるように、本実施形態では、補助部材６０として、一方の開口端６０ａのうち長手方向に延びる部分に基板１０の短手方向の長さに対応する凹部６１が形成されたものを用意する。

そして、図６（ｂ）に示されるように、上記図４（ｄ）の工程を行う際、凹部６１を基板１０に嵌合させた状態で、補助部材６０を基板１０に配置する。つまり、補助部材６０を凹部６１および接着剤にて基板１０に配置する。なお、図６は、図１中のVI−VI線に相当する断面図である。

これによれば、補助部材６０が基板１０の短手方向にずれることを抑制しつつ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では上記のように補助部材６０に凹部６１が形成されているため、基板１０、補助部材６０、治具９０で囲まれる空間と補助部材６０の空洞６０ｃとは一致していない。つまり、本実施形態のような場合には、補助部材６０の空洞６０ｃのうち一方の開口端６０ａ側の部分に封止部材８０が配置されていなくてもよい。

（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実施形態に対して閉塞部材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。

本実施形態では、上記図４の工程を行った後、図７（ａ）に示されるように、補助部材６０の他方の開口端６０ｂに閉塞部材としてのフィルム部材９１を貼り付けることによって当該開口端６０ｂを閉塞する。

なお、このフィルム部材９１は、紫外線硬化性樹脂等で構成されており、封止部材８０と接触する領域（補助部材６０の他方の開口端６０ｂで囲まれた領域）は、予め紫外線が照射されて硬化され、封止部材８０との接着性が低くされている。

その後は、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示されるように、上記図５（ｂ）および図５（ｃ）と同様の工程を行うことにより、基板１０、補助部材６０、フィルム部材９１で囲まれる空間に封止部材８０を配置する。

そして、図７（ｄ）に示されるように、フィルム部材９１を補助部材６０の他方の開口端６０ｂから剥離することにより、上記図１に示す圧力センサが製造される。なお、フィルム部材９１のうち封止部材８０と接触する領域は、予め硬化されて封止部材８０との接着剤が低くされているため、フィルム部材９１を補助部材６０の他方の開口端６０ｂから容易に剥離することができる。

このように、閉塞部材としてフィルム部材９１を用いて補助部材６０の他方の開口端６０ｂを閉塞しても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１実施形態では、治具９０の全体がテフロン（テフロンは登録商標）の材質を用いて構成されたものを例に挙げて説明したが、治具９０は少なくとも封止部材８０と接触する領域（補助部材６０の他方の開口端６０ｂにて囲まれた領域）が封止部材８０との接着性が低くされていればよい。

また、上記第２実施形態において、図８に示されるように、凹部６１の深さを基板１０の厚さよりも深くし、図４（ｄ）の工程を行って補助部材６０を基板１０に嵌合させたとき、補助部材６０の一方の開口端６０ａが基板１０の他面１０ｂから突出するようにしてもよい。言い換えると、基板１０が凹部６１内に収容されるように、補助部材６０を基板１０に嵌合させてもよい。なお、図８は、図１中のVI−VI線に対応する断面図である。

これによれば、基板１０、補助部材６０、治具９０で囲まれた空間に液状部材８０ａを充填する際、液状部材８０ａの注入量が多くなっても液状部材８０ａが溢れることを抑制できる。言い換えると、液状部材８０ａの注入量を多めに設定することができ、基板１０、補助部材６０、治具９０で囲まれた空間が液状部材８０ａで充填されないことを抑制できる。

そして、上記第３実施形態において、フィルム部材９１は、例えば、所定厚さを有し、封止部材８０よりも剛性が低くなるポリオレフィンフィルム等を用いて構成してもよい。ポリオレフィンフィルム等の低弾性材料を用いてフィルム部材９１を構成した場合には、フィルム部材９１が圧力伝達を阻害しないため、図９に示されるように、補助部材６０の他方の開口端６０ｂにそのまま接合しておいてもよく、工程数の削減を図ることができる。

また、上記第１〜第３実施形態において、図４（ｄ）の工程を行う際、補助部材６０を長手方向における一端部のみが基板１０から突出するように基板１０の一面１０ａに接合してもよい。そして、補助部材６０は、枠状であればよく、環状であってもよい。すなわち、基板１０の一面１０ａに対する法線方向から基板１０および補助部材６０を視たとき、基板１０と補助部材６０との間に隙間７０が形成されるように、補助部材６０が基板１０の一面１０ａに接合して配置されることにより、本発明の効果を得ることができる。

そして、上記各実施形態を組み合わせることもできる。例えば、上記第３実施形態に上記第２実施形態を組み合わせ、補助部材６０の一方の開口端６０ａに凹部６１を形成してもよい。

さらに、図１０に示されるように、ＩＣチップ４０も封止部材８０に覆われた圧力センサに本発明を適用することも可能である。なお、この圧力センサでは、基板１０の他面１０ｂ側から液状部材８０ａを注入してＩＣチップ４０を覆う封止部材８０が形成されるため、ＩＣチップ４０を覆う封止部材８０の厚さはばらつく。しかしながら、ＩＣチップ４０は印加された圧力に応じたセンサ信号を出力するものではないため、検出精度が悪化するという問題はない。

１０ 基板
１０ａ 一面
２０ センサチップ
６０ 補助部材
７０ 隙間
８０ 封止部材
８０ａ 液状部材
９０ 治具（閉塞部材）
９１ フィルム部材（閉塞部材）

Claims (5)

1. 圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（２０）と、
   一面（１０ａ）に前記センサチップを搭載する基板（１０）と、
   前記センサチップを覆う封止部材（８０）と、を備える圧力センサの製造方法において、
   前記基板を用意する工程と、
   前記基板の一面に前記センサチップを搭載する工程と、
   両端が開口端（６０ａ、６０ｂ）とされ、内部が空洞（６０ｃ）とされた枠状の補助部材（６０）を用意する工程と、
   前記基板の一面に前記補助部材における一方の開口端を配置する工程と、
   液状部材（８０ａ）にて前記センサチップを覆う工程と、
   前記液状部材を硬化させて前記封止部材を構成する工程と、を行い、
   前記一方の開口端を配置する工程では、前記センサチップを前記空洞に収容し、かつ、前記基板の一面に対する法線方向から前記基板および前記補助部材を視たとき、前記基板と前記補助部材との間に隙間（７０）が形成されるように、前記補助部材の一部を前記基板から前記基板の平面方向に突出させた状態で前記補助部材を前記基板の一面に配置し、
   前記一方の開口端を配置する工程の後であって、前記センサチップを覆う工程の前に、前記補助部材における一方の開口端と反対側の他方の開口端を閉塞部材（９０、９１）を用いて閉塞する工程を行い、
   前記センサチップを覆う工程では、前記基板、前記補助部材、前記閉塞部材にて囲まれる空間に、前記隙間から前記液状部材を充填すること特徴とする圧力センサの製造方法。
2. 前記補助部材を用意する工程では、前記一方の開口端に凹部が形成されたものを用意し、
   前記一方の開口端を配置する工程では、前記補助部材の凹部を前記基板に嵌合させることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの製造方法。
3. 前記補助部材を用意する工程では、前記凹部の深さが前記基板の厚さよりも深いものを用意し、
   前記一方の開口端を配置する工程では、前記凹部内に前記基板を収容することを特徴とする請求項２に記載の圧力センサの製造方法。
4. 前記閉塞する工程では、前記閉塞部材（９１）として前記封止部材よりも剛性が低いフィルム部材を前記他方の開口端に配置し、
   前記封止部材を構成する工程の後、前記フィルム部材を残すことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力センサの製造方法。
5. 圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（２０）と、
   一面（１０ａ）に前記センサチップが搭載される基板（１０）と、
   前記センサチップを覆う封止部材（８０）と、
   両端が開口端（６０ａ、６０ｂ）とされていると共に内部が空洞（６０ｃ）とされ、一方の開口端が前記基板の一面に配置される補助部材（６０）と、を備え、
   前記補助部材は、前記センサチップを前記空洞に収容し、かつ、前記基板の一面に対する法線方向から前記基板および前記補助部材を視たとき、前記基板と前記補助部材との間に隙間（７０）が形成されるように、一部が前記基板から前記基板の平面方向に突出した状態で前記基板の一面に配置されており、
   前記封止部材は、前記基板および前記補助部材にて囲まれる空間に充填されていることを特徴とする圧力センサ。
   

Images