JP2015075422A - Pressure sensor - Google Patents
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Description
本発明は、圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサ部が被搭載部材に接合部材を介して搭載された圧力センサに関するものである。 The present invention relates to a pressure sensor in which a sensor unit that outputs a sensor signal corresponding to pressure is mounted on a mounted member via a joining member.
従来より、この種の圧力センサとして、次のものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the following is proposed as this kind of pressure sensor (for example, refer to patent documents 1).
すなわち、この圧力センサでは、センサ部は、圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサチップと、台座とが接合されて構成されている。そして、台座のうちセンサチップ側と反対側の面が接合部材を介して被搭載部材に搭載されている。また、接合部材は、接着剤に当該接着剤の厚さを確保するための球状のビーズが混入されている。なお、接合部材は、接着剤の厚さが40μm以上となるように、ビーズの直径が適宜規定されている。 That is, in this pressure sensor, the sensor unit is configured by joining a sensor chip that outputs a sensor signal corresponding to pressure and a pedestal. And the surface on the opposite side to the sensor chip side among the pedestals is mounted on the mounted member via the joining member. In the joining member, spherical beads for ensuring the thickness of the adhesive are mixed in the adhesive. Note that the diameter of the beads of the joining member is appropriately defined so that the thickness of the adhesive is 40 μm or more.
これによれば、接着剤が厚くされているため、被搭載部材から印加される応力を接着剤にて緩和でき、検出精度が低下することを抑制できる。 According to this, since the adhesive is thickened, the stress applied from the mounted member can be relaxed by the adhesive, and the detection accuracy can be prevented from being lowered.
しかしながら、上記特許文献1では、接着剤の厚さについては規定されているが、接着剤のヤング率(弾性率)については1MPa以下と記載されているのみである。このため、接着剤の選択性が低く、ひいてはコストの増加に繋がる。
However, in
本発明は上記点に鑑みて、検出精度の低下を抑制しつつ、接着剤の選択性を高くできる圧力センサを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the pressure sensor which can raise the selectivity of an adhesive agent, suppressing the fall of a detection precision in view of the said point.
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(20a)側に薄肉のダイヤフラム(22)が形成されていると共にダイヤフラムにゲージ抵抗(23)が形成されたセンサ部(10)と、一面(40a)にセンサ部を搭載する被搭載部材(40)と、センサ部と被搭載部材との間に配置され、センサ部と被搭載部材とを接合する接合部材(50)とを備え、接合部材は、接着剤(51)に球状のビーズ(52)が複数混入されて構成され、接着剤は、厚さが20.7[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]より厚くされていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a sensor portion (10) in which a thin diaphragm (22) is formed on one surface (20a) side and a gauge resistance (23) is formed on the diaphragm. And a mounted member (40) for mounting the sensor portion on one surface (40a), and a joining member (50) disposed between the sensor portion and the mounted member for joining the sensor portion and the mounted member. The joining member is configured by mixing a plurality of spherical beads (52) in the adhesive (51), and the adhesive has a thickness of 20.7 [μm / MPa] × Young's modulus of the adhesive [MPa]. It is characterized by being thicker.
このように、接着剤は、厚さが20.7[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]より厚くなるのであれば、ヤング率が1MPaより高いものでも選択できるため、検出精度が低下することを抑制しつつ、接着剤の選択性を高くできる(図3参照)。 As described above, since the adhesive can be selected even if the thickness is 20.7 [μm / MPa] × Young's modulus [MPa] of the adhesive, even if the Young's modulus is higher than 1 MPa, the detection accuracy is high. The selectivity of the adhesive can be increased while suppressing the decrease (see FIG. 3).
また、請求項2に記載の発明のように、センサ部は、一面にゲージ抵抗と電気的に接続されるパッド(24)が形成されていると共にパッドにボンディングワイヤ(70)が接続されており、接着剤は、厚さが55.6[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]より薄くされているものとできる。
Further, as in the invention described in
これによれば、ワイヤボンディングを行う際にセンサ部が過大変位することを抑制できる(図3参照)。 According to this, it can suppress that a sensor part carries out an excessive displacement when performing wire bonding (refer FIG. 3).
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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(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、自動車用のエアコン冷媒圧センサや吸気圧センサ等に用いられると好適である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the pressure sensor of this embodiment is preferably used for an air conditioner refrigerant pressure sensor, an intake pressure sensor, or the like for an automobile.
図1に示されるように、圧力センサは、センサ部10がケース40に接合部材50を介して搭載されて構成されている。
As shown in FIG. 1, the pressure sensor is configured such that the
センサ部10は、圧力に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ20に台座30が接合された構成とされている。
The
センサチップ20は、図1および図2に示されるように、矩形板状であり、表面20aが(100)面であるシリコン基板を用いて構成されている。そして、表面20aと反対側の裏面20bに断面矩形状の窪み部21が形成されることで構成される薄肉のダイヤフラム22を有し、このダイヤフラム22にブリッジ回路を構成するようにゲージ抵抗23が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
すなわち、本実施形態のセンサチップ20は、ダイヤフラム22に圧力が印加されるとゲージ抵抗23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。
That is, in the
なお、窪み部21は、断面矩形状でなくてもよく、例えば、断面台形状とされていてもよい。また、図1中におけるセンサチップ20は、図2中のI−I断面に相当している。
In addition, the
また、センサチップ20の表面20aには、ダイヤフラム22の外側の領域に図示しない拡散抵抗等を介してゲージ抵抗23と電気的に接続される4個のパッド24が形成されている。本実施形態では、各パッド24は、センサ部10の表面20aの中心に対して点対称となるように形成されている。
Further, on the
台座30は、センサチップ20と同じ大きさの矩形板状のシリコン基板等で構成され、図1に示されるように、センサチップ20との間に基準圧力室60が構成されるように、表面30aがセンサチップ20の裏面20bと接合されて一体化されている。本実施形態では、基準圧力室60が真空圧となるように、センサチップ20と台座30とが接合されている。
The
なお、特に図示していないが、センサチップ20と台座30との間には絶縁膜が配置され、センサチップ20と台座30とは電気的に分離されている。また、本実施形態では、センサチップ20の表面20aが本発明のセンサ部の一面に相当し、台座30の裏面30bが本発明のセンサ部の他面に相当している。
Although not particularly illustrated, an insulating film is disposed between the
そして、このようなセンサ部10は、台座30の裏面30bがケース40の一面40aと対向するように、ケース40の一面40aに接合部材50を介して搭載されている。そして、センサ部10は、パッド24がケース40の一面40aに形成された配線パターン等とボンディングワイヤ70を介して電気的に接続されている。
The
なお、ケース40は、例えば、樹脂が型成形されて構成されたものであり、本実施形態では本発明の被搭載部材に相当している。また、本実施形態の接合部材は、シリコーン系接着剤等の接着剤51に樹脂等の弾性を有する材料で構成された球状のビーズ52が混入されて構成されている。
Note that the
以上が本実施形態における圧力センサの基本的な構成である。次に、本実施形態の特徴点である接合部材50の具体的な構成について、図3を参照しつつ説明する。
The above is the basic configuration of the pressure sensor in the present embodiment. Next, a specific configuration of the joining
このような圧力センサでは、ケース40の影響によるセンサ信号の出力誤差は、接着剤51のヤング率が高くなるほど大きくなると共に接着剤51の厚さが薄くなるほど大きくなる。そして、センサ信号の出力誤差を現状求められる2.5%FS以下にするためには、実験的に次の数式1を満たせばよいことを本発明者らは見出した。
In such a pressure sensor, the output error of the sensor signal due to the influence of the
(数1)接着剤の厚さ[μm]>20.7[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]
なお、出力誤差の単位である%FSとは、センサ部10の出力電圧誤差を出力電圧のフルスケールにて除算した値である。また、図3は、センサチップ20として、1辺が3.0mmである正方形状であって厚さが0.3mmであり、表面20aが(100)面であるシリコン基板を用い、台座30として、1辺が3.0mmである正方形状であって厚さが0.7mmであるシリコン基板を用いた結果である。
(Equation 1) Adhesive thickness [μm]> 20.7 [μm / MPa] × Adhesive Young's modulus [MPa]
The unit of output error% FS is a value obtained by dividing the output voltage error of the
また、このような圧力センサは、センサ部10をケース40の一面40aに接合部材50を介して搭載した後、センサ部10にワイヤボンディングを行ってボンディングワイヤ70を形成することにより、製造される。
Further, such a pressure sensor is manufactured by mounting the
ここで、センサ部10にワイヤボンディングを行う際には、ボンディング時にセンサ部10が過大変位を起こさないことが好ましい。そして、ワイヤボンディング性は、接着剤51のヤング率が高くなるほど高くなると共に接着剤51の厚さが薄くなるほど高くなる。このため、センサ部10の過大変位を起こさずにワイヤボンディングを行うためには、実験的に次の数式2を満たせばよいことを本発明者らは見出した。
Here, when wire bonding is performed on the
(数2)接着剤の厚さ[μm]<55.6[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]
なお、過大変位とは、ワイヤボンディングを行うことができないほどセンサ部10が変位することである。また、図3は、周波数を120kHzとしてワイヤボンディングを行ったときの結果である。
(Equation 2) Adhesive thickness [μm] <55.6 [μm / MPa] × Adhesive Young's modulus [MPa]
The excessive displacement is that the
つまり、図3中のハッチングを施した部分では、2.5%FSを満たしつつ、ワイヤボンディングを行う際にセンサ部10が過大変位を起こすことを抑制できる。このため、本実施形態の接着剤51の厚さは、20.7[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]より厚く、55.6[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]より薄くされている。
That is, in the hatched portion in FIG. 3, it is possible to prevent the
以上説明したように、本実施形態では、接着剤51の厚さは、20.7[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]より厚くされている。つまり、接着剤51は、厚さが20.7[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]より厚くなるのであれば、ヤング率が1MPaより高いものでも選択できる。このため、検出精度が低下することを抑制しつつ、接着剤51の選択性を高くできる。 As described above, in the present embodiment, the thickness of the adhesive 51 is greater than 20.7 [μm / MPa] × Young's modulus [MPa] of the adhesive. That is, the adhesive 51 having a Young's modulus higher than 1 MPa can be selected as long as the thickness is greater than 20.7 [μm / MPa] × Young's modulus [MPa] of the adhesive. For this reason, it is possible to increase the selectivity of the adhesive 51 while suppressing a decrease in detection accuracy.
また、接着剤51の厚さは、55.6[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]より薄くされている。このため、ワイヤボンディングを行う際にセンサ部10が過大変位することを抑制できる。
Moreover, the thickness of the adhesive 51 is made thinner than 55.6 [μm / MPa] × Young's modulus [MPa] of the adhesive. For this reason, it is possible to prevent the
(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実施形態に対して台座30の裏面30bに凸部を形成したものであり、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。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a convex portion is formed on the
図4に示されるように、本実施形態では、台座30の裏面30bに凸部31が形成されている。具体的には凸部31は、図4および図5に示されるように、台座30の裏面30bのうちの各パッド24と対向する部分において、裏面30bの中心に対して点対称となるように形成されている。言い換えると、凸部31は、センサ部10の中心を通り、センサチップ20と台座30との積層方向に延びる軸に対して点対称となるように形成されている。
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, a
なお、凸部31は、本実施形態では突出方向先端面に向かって先細り形状となるテーパ状とされており、パッド24と対向する部分と異なる部分をエッチングして凹部32を形成することによって構成される。また、本実施形態では、凸部31が本発明の押し潰し手段に相当している。
In this embodiment, the
そして、接合部材50に含まれるビーズ52の一部は、凸部31とケース40の一面40aとの間で押し潰されて弾性変形した状態で配置されている。なお、接合部材50に含まれるビーズ52の残部は、接着剤51の厚さが上記数式1を満たすように、台座30の裏面30bとケース40の一面40aとの間で押し潰されることなく配置されている。つまり、本実施形態では、台座30のうちの凸部31が形成されている部分と異なる部分と、ケース40の一面40aとの間隔が接着剤51の厚さとなる。
A part of the
これによれば、パッド24の下方に位置するビーズ52は、凸部31とケース40の一面40aとの間で押し潰されて弾性変形した状態で配置されている。このため、接合部材50におけるこの部分の見かけ上のヤング率を高くできる。したがって、ワイヤボンディングを行う際、センサ部10が過大変位することをさらに抑制できる。
According to this, the
また、本実施形態では、凸部31は、台座30の裏面30bの中心に対して点対称に形成されている。このため、センサ部10がケース40の一面40aに対して傾いて搭載されることを抑制できる。
In the present embodiment, the
(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実施形態に対して台座30に第1、第2窪み部を形成したものであり、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。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the first and second depressions are formed on the
図6に示されるように、本実施形態では、台座30の裏面30bに第1、第2窪み部33、34が形成されている。具体的には、第1窪み部33は、台座30の裏面30bのうちの各パッド24と対向する部分において、裏面30bの中心に対して点対称となるように形成されている。第2窪み部34は、台座30の裏面30bのうちのパッド24と対向する部分と異なる部分に形成され、第1窪み部33より深さが深くされている。
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, first and second recessed
そして、接合部材50に含まれるビーズ52は、第1、第2窪み部33、34にはめ込まれた状態で配置されている。具体的には、第1窪み部33には、ビーズ52がケース40の一面40aとの間で押し潰されて弾性変形した状態で配置されている。また、第2窪み部34には、ビーズ52がケース40の一面40aとの間で押し潰されないように配置されている。つまり、本実施形態では、台座30のうちの第1、第2窪み部33、34が形成されている部分と異なる部分と、ケース40の一面40aとの間隔が接着剤51の厚さとなる。なお、本実施形態では、第1窪み部33が本発明の押し潰し手段に相当している。
And the
これによれば、ビーズ52が第1、第2窪み部33、34にはめ込まれて配置されているため、ビーズ52の分布がばらつくことを抑制できる。このため、センサ部10がケース40の一面40aに対して傾くことを抑制できる。
According to this, since the
(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。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
例えば、上記各実施形態において、センサチップ20は表面20aが(100)面であるシリコン基板を用いて構成されているため、回路部が集積されていてもよい。
For example, in each of the embodiments described above, the
また、上記第2実施形態では、台座30の裏面30bに凸部31を形成する例を説明したが、ケース40の一面40aに凸部を形成し、この凸部と台座30の裏面30bとの間でビーズ52が押し潰されて弾性変形するようにしてもよい。この場合は、ケース40の一面40aに形成された凸部が本発明の押し潰し手段に相当する。また、台座30の裏面30bおよびケース40の一面40aに凸部を形成するようにしてもよい。
Moreover, in the said 2nd Embodiment, although the example which forms the
さらに、上記各実施形態を組み合わせてもよい。例えば、上記第3実施形態を上記第2実施形態に組み合わせ、第1窪み部33を形成する代わりに凸部31を形成してもよい。また、ケース40の一面40aに窪み部を形成してビーズ52の分布がばらつくことを抑制してもよい。
Further, the above embodiments may be combined. For example, the third embodiment may be combined with the second embodiment, and the
10 センサ部
20a 一面
22 ダイヤフラム
23 ゲージ抵抗
40 ケース(被搭載部材)
50 接合部材
51 接着剤
52 ビーズ
10
50
Claims (8)
一面(40a)に前記センサ部を搭載する被搭載部材(40)と、
前記センサ部と被搭載部材との間に配置され、前記センサ部と被搭載部材とを接合する接合部材(50)と、を備え、
前記接合部材は、接着剤(51)に球状のビーズ(52)が複数混入されて構成され、
前記接着剤は、厚さが20.7[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]より厚くされていることを特徴とする圧力センサ。 A sensor part (10) in which a thin diaphragm (22) is formed on one surface (20a) side and a gauge resistance (23) is formed on the diaphragm;
A mounted member (40) for mounting the sensor unit on one surface (40a);
A bonding member (50) disposed between the sensor unit and the mounted member, for bonding the sensor unit and the mounted member;
The joining member is configured by mixing a plurality of spherical beads (52) in the adhesive (51),
The pressure sensor is characterized in that the adhesive is thicker than 20.7 [μm / MPa] × Young's modulus [MPa] of the adhesive.
前記接着剤は、厚さが55.6[μm/MPa]×接着剤のヤング率[MPa]より薄く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。 The sensor part has a pad (24) electrically connected to the gauge resistor on the one surface and a bonding wire (70) connected to the pad.
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the adhesive has a thickness smaller than 55.6 [μm / MPa] × Young's modulus [MPa] of the adhesive.
複数の前記ビーズは、弾性を有する材料で構成され、一部が前記押し潰し手段によって弾性変形した状態で配置されていることを特徴とする請求項2に記載の圧力センサ。 Crushing means (31, 33) is provided on at least one of a portion facing the pad of the other surface (30b) opposite to the one surface of the sensor unit and a portion facing the pad of one surface of the mounted member. ) Is formed,
The pressure sensor according to claim 2, wherein the plurality of beads are made of an elastic material, and a part of the beads is arranged in an elastically deformed state by the crushing means.
複数の前記ビーズは、前記第1、第2窪み部にそれぞれはめ込まれていることを特徴とする請求項3に記載の圧力センサ。 On the other surface of the sensor portion, a first dent portion is formed as the crushing means (33), and a depth different from the portion facing the pad is deeper than the first dent portion. A second recessed portion (34) is formed,
The pressure sensor according to claim 3, wherein the plurality of beads are fitted into the first and second recesses, respectively.
The pressure sensor according to claim 7, wherein the sensor unit is integrated with a circuit unit.
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