JP2015158366A - 圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】センサチップと外部回路との電気的経路を確保する構成部材を削減することによって構造および製造工程を簡素化する。
【解決手段】ダイヤフラム11を有するステム10を用意し、ダイヤフラム11上にセンサ信号を出力するセンサチップ20を搭載する。そして、センサチップ20と第1接続部材75を介して接続される内部接続領域41、および外部回路と電気的に接続される外部接続領域43が外枠49bによって一体化された導電性部材40を用意し、内部接続領域41と外部接続領域43とを連結するようにモールド樹脂成形を行って第1モールド樹脂46を形成するモールド樹脂形成工程を行った後、内部接続領域41および外部接続領域43から外枠49bを切り離す。また、導電性部材40のうち内部接続領域41をステム10に配置する工程と、センサチップ20と内部接続領域41とを第1接続部材75を介して電気的に接続する工程とを行う。
【選択図】図3

Description

本発明は、ステムのダイヤフラムにセンサチップが配置さ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に次のようなものが提案されている。
すなわち、この圧力センサでは、ステムのダイヤフラムにセンサチップが搭載されており、センサチップはステムの周囲に配置された所定の処理を行うセラミック基板とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。また、セラミック基板は、外部回路と電気的に接続されるターミナルにピンを介して接続されている。
特開2010−32239号公報
しかしながら、上記圧力センサでは、センサチップと外部回路との電気的経路を確保するためのみにピンおよびターミナルという異なる構成部材を用いており、構造が複雑になると共に製造工程も複雑になるという問題がある。
本発明は上記点に鑑みて、センサチップと外部回路との電気的経路を確保する構成部材を削減することによって構造および製造工程を簡素化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、一端が開口部とされていると共に中空部を有する有底筒状とされ、底部が中空部に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム(11)とされているステム(10)を用意する工程と、ダイヤフラムのうち中空部側と反対側の部分にダイヤフラムの変形に応じてセンサ信号を出力するセンサチップ(20)を搭載する工程と、センサチップと第1接続部材(75)を介して接続される内部接続領域(41)、および外部回路と電気的に接続される外部接続領域(43)が外枠(49b)によって一体化された導電性部材(40)を用意する工程と、内部接続領域と外部接続領域とを連結するようにモールド樹脂成形を行って第1モールド樹脂(46〜48)を形成するモールド樹脂形成工程と、内部接続領域および外部接続領域から外枠を切り離す工程と、導電性部材のうち内部接続領域をステムに配置する工程と、センサチップと内部接続領域とを第1接続部材を介して電気的に接続する工程と、を行うことを特徴としている。
これによれば、内部接続領域および外部接続領域が一体化された導電性部材を用いて圧力センサを構成している。つまり、内部接続領域および外部接続領域が同じ材料を用いて構成されている。このため、センサチップと外部回路との電気的経路を確保する構成部材を削減することができ、製造工程を簡素化することができる。
この場合、請求項2に記載の発明のように、導電性部材を用意する工程では、内部接続領域と外部接続領域との間に搭載領域(42)を有するものを用意し、ステムに配置する工程の前に、搭載領域に所定の処理を行う回路素子(61、62)を搭載し、回路素子と内部接続領域とを第2接続部材(71)を介して電気的に接続すると共に、回路素子と外部接続領域とを第3接続部材(73)を介して電気的に接続する工程を行い、モールド樹脂形成工程では、搭載領域、回路素子、第2、第3接続部材を封止する第1モールド樹脂を形成することができる。
これによれば、回路素子を搭載する搭載領域も内部接続領域および外部接続領域を構成する導電性部材にて構成しており、回路素子を搭載するための新たな構成部材が増加することがない。
また、請求項9に記載の発明では、一端が開口部(12)とされていると共に中空部を有する有底筒状とされ、底部が中空部に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム(11)とされているステム(10)と、ダイヤフラムのうち中空部側と反対側の部分に搭載され、ダイヤフラムの変形に応じてセンサ信号を出力するセンサチップ(20)と、センサチップと第1接続部材(75)を介して接続され、導電性部材の一部によって構成される内部接続領域(41)と、外部回路と電気的に接続され、内部接続領域を構成する導電性部材の一部によって構成される外部接続領域(43)と、内部接続領域と外部接続領域とを連結する第1モールド樹脂(46〜48)と、内部接続領域に備えられ、ステムと接合されている第2モールド樹脂(44、45)と、を備えていることを特徴としている。
これによれば、内部接続領域および外部接続領域を同じ導電性部材を用いて構成しているため、センサチップと外部回路との電気的経路を確保する構成部材を削減することができ、構造を簡素化できる。
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断面図である。 構成部材の製造工程を示す断面図である。 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2(c)中のIV−IV線に沿った断面図である。 図3(b)中のA矢視図である。 本発明の第2実施形態における圧力センサの製造工程を示す平面図である。 図6に対応する断面図である。 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。 本発明の第4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り、(a)は図2(c)の工程に相当する断面図、(b)は図3(c)の工程に相当する断面図である。 本発明の第5実施形態における図2(c)の工程に相当する平面図である。 本発明の第6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り、(a)は図2(c)の工程に相当する断面図、(b)は図3(c)の工程に相当する断面図である。 本発明の第7実施形態におけるセンサチップおよび回路基板の回路構成を示す図である。 本発明の第7実施形態における圧力センサの断面図である。 本発明の第9実施形態における圧力センサの断面図である。 本発明の第10実施形態における圧力センサの断面図である。 本発明の第11実施形態における圧力センサの断面図である。 図16中のB矢視図である。 本発明の第12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図2(c)の工程に相当する断面図である。
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、車両の燃料噴射系における燃料パイプ等に取り付けられ、燃料パイプ内における測定媒体の圧力の検出に用いられると好適である。
図1に示されるように、本実施形態の圧力センサは、ステム10を備えている。ステム10は、SUS430のようなステンレス鋼等で構成された中空部を有する有底円筒状とされ、底部の略中央部にて薄肉のダイヤフラム11が構成されており、ダイヤフラム11と反対側の他端部が中空の開口部12とされている。そして、開口部12から中空部に測定媒体が導入されると、測定媒体の圧力に応じてダイヤフラム11が変形するようになっている。
また、ステム10のうちダイヤフラム11と開口部12との間には、両端の外径より外径が大きくされた段付部13が形成されており、開口部12側の外周壁面には燃料パイプ等の被取付部材にネジ結合可能なネジ部14が形成されている。
そして、このようなステム10には、ダイヤフラム11のうち中空部側と反対側(以下では、ダイヤフラム11上という)に圧力検出用のセンサチップ20が図示しない低融点ガラス等を介して接合されている。センサチップ20は、例えば、矩形板状のシリコン基板を用いて構成され、薄肉のダイヤフラムに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、本実施形態のセンサチップ20は、ステム10の内部に導入された測定媒体の圧力によってダイヤフラム11が変形すると、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た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、ステム10には、ダイヤフラム11の法線方向(図1中紙面上下方向)に沿って回路素子等が封止された構成部材30が配置されている。以下に、本実施形態の構成部材30の構成について具体的に説明する。
構成部材30は、内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43を有し、各領域41〜43がエポキシ系樹脂等で構成されるモールド樹脂で一体化されて1つの部材とされている。なお、内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43は、後述するCuや42アロイ等の金属がエッチングやプレス等されたリードフレームの一部にて形成されている。つまり、内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43は、それぞれ形状は異なるが、同一の構成部材によって構成されている。
内部接続領域41は、複数の板状部材(本実施形態では4本)から構成されており、ダイヤフラム11上に配置されている。そして、各板状部材における一端部側の一面41aが図示しないボンディングワイヤを介してセンサチップ20と電気的に接続されており、他端部側はダイヤフラム11の法線方向と平行となるように折り曲げられている。
また、内部接続領域41には、一部が露出するようにモールド樹脂が形成されている。具体的には、一面41a側に一端部および他端部が露出するようにモールド樹脂にて搭載部44が形成されている。なお、内部接続領域41のうちボンディングワイヤと接続される部分も搭載部44から露出している。
また、他面41b側に、他端部が露出するようにモールド樹脂にて接合部45が形成されている。接合部45は、ステム10におけるダイヤフラム11側の外周壁面に沿った壁面を有する形状とされており、内部接続領域41の他面41bと反対側の先端面が段付部13と接着剤51を介して接合されている。
なお、本実施形態では、接合部45がステム10と接続されており、内部接続領域41とダイヤフラム11とは接触してないない。また、本実施形態では、搭載部44および接合部45が本発明の第2モールド樹脂に相当している。
搭載領域42は、2つの矩形板状部材を有し、一面42aがダイヤフラム11の法線方向と平行となるように配置されている。そして、一面42aに、所定の処理を行う回路基板61やコンデンサ等が配置されたセラミック基板62等が搭載されている。回路基板61は、内部接続領域41の他端部とボンディングワイヤ71を介して電気的に接続されていると共に、セラミック基板62とボンディングワイヤ72を介して電気的に接続されている。また、セラミック基板62は、外部接続領域43とボンディングワイヤ73を介して電気的に接続されている。
そして、搭載領域42は、内部接続領域41のうちボンディングワイヤ71と接続されている部分(他端部)および外部接続領域43のうちボンディングワイヤ73と接続されている部分、ボンディングワイヤ71〜73と共に、封止部46に封止されている。つまり、内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43は、封止部46によって連結されて一体化されている。
本実施形態の封止部46は、ダイヤフラム11の法線方向における両端部に、搭載領域42の一面42aにおける法線方向に突出した第1突出部47および第2突出部48を有する略U字状とされている。
そして、封止部46は、搭載部44上に第1突出部47が積層された状態で、第1突出部47の外側の側面が搭載部44と接着剤52を介して接合されることにより、搭載部44に固定されている。
外部接続領域43は、複数の棒状部材(本実施形態では2本)から構成されており、上記のように、ボンディングワイヤ73と接続されている一端部が封止部46に封止されている。そして、他端部側は封止部46における第2突出部48の外側の側面と接するように折り曲げられており、折り曲げられた部分にて外部回路との接続が図れるようになっている。
なお、本実施形態では、封止部46、第1、第2突出部47、48が本発明の第1モールド樹脂に相当している。また、回路基板61およびセラミック基板62が本発明の回路素子に相当している。そして、ボンディングワイヤ71が本発明の第2接続部材に相当し、ボンディングワイヤ73が本発明の第3接続部材に相当している。
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、上記圧力センサの製造方法について図2〜図5を参照しつつ説明する。まず、構成部材30の製造工程について説明する。
図2(a)に示されるように、内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43が順に配置され、これらがタイバー49aを介して外枠49bにて一体化されたリードフレーム40を用意する。なお、この状態では、内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43は、外枠49bにて一体化されているのみであり、直接は連結されていない。
そして、図2(b)に示されるように、搭載領域42に回路基板61およびセラミック基板62を図示しない接着剤を介して搭載する。次に、回路基板61と内部接続領域41の他端部とをボンディングワイヤ71を介して電気的に接続する。同様に、回路基板61とセラミック基板62とをボンディングワイヤ72を介して電気的に接続する。また、セラミック基板62と外部接続領域43の一端部とをボンディングワイヤ73を介して電気的に接続する。
なお、本実施形態では、回路基板61の特性検査等を行うため、回路基板61と、搭載領域42の周囲に配置されたタイバー49aともボンディングワイヤ74を介して電気的に接続する。
次に、図2(c)および図4に示されるように、リードフレーム40を図示しない金型に配置してモールド樹脂を金型内に注入し、上記形状の搭載部44、接合部45、封止部46、第1、第2突出部47、48を形成する。その後、特に図示しないが、タイバー49aおよび外枠49bを切り離した後、回路基板61の特性検査等を行う。なお、外枠49bが切り離された後も内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43は、封止部46によって連結されて一体化されている。以上のようにして、構成部材30を用意する。
そして、図2とは別工程において、図3(a)に示されるように、ステム10のダイヤフラム11上に低融点ガラス等を介してセンサチップ20を搭載する。
次に、図3(b)に示されるように、接合部45をステム10の段付部13に接着剤51を介して接合することにより、ステム10に構成部材30を配置する。なお、この工程の後では、構成部材30は、ダイヤフラム11の平面方向に延設された状態となっている。
そして、図5に示されるように、センサチップ20と、内部接続領域41の一面41aのうち搭載部44から露出している一端部側の部分とをボンディングワイヤ75を介して電気的に接続する。これにより、ボンディングワイヤ75、内部接続領域41、ボンディングワイヤ72、回路基板61、ボンディングワイヤ73、セラミック基板62、ボンディングワイヤ73、外部接続領域43を介して、センサチップ20と外部回路との電気的な接続が図れるようになる。
なお、本実施形態では、ボンディングワイヤ75が本発明の第1接続部材に相当している。
次に、図3(c)に示されるように、搭載領域42の一面42aがダイヤフラム11の法線方向と平行となるように、内部接続領域41のうち搭載部44(接合部45)と封止部46との間に位置する部分を折り曲げる。そして、封止部46における第1突出部47の側面を搭載部44上に積層しつつ、第1突出部47と搭載部44とを接着剤52を介して接合する。
その後、第2突出部48の外側の側面に接するように、外部接続領域43のうち封止部46から露出している部分を折り曲げることにより、上記図1に示す圧力センサが製造される。
なお、外部接続領域43を折り曲げる工程は、タイバー49aおよび外枠49bを切り離した後であればいつ行ってもよい。また、タイバー49aおよび外枠49bを切り離す工程は、構成部材30をステム10に配置した後に行ってもよい。
以上説明したように、センサチップ20は、リードフレーム40の一部にて構成される内部接続領域41および外部接続領域43を介して外部回路との電気的な接続が図れるようになっている。このため、センサチップ20と外部回路とを電気的に接続するための構成部材を削減することができ、ひいてはコストの低減を図ることができる。
また、本実施形態では、内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43を有するリードフレーム40を用意し、リードフレーム40の状態で、回路基板61およびセラミック基板62と内部接続領域41および外部接続領域43との電気的な接続を行っている。このため、構成部材30をステム10に配置した後には、センサチップ20と内部接続領域41とをボンディングワイヤ75を介して電気的に接続する工程と、折り曲げる工程とのみを行えばよい。つまり、構成部材30をステム10に配置した後に複雑な組み付け工程を行う必要がなく、製造工程を簡素化することができる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。上記第1実施形態では、図2(c)の工程において、モールド樹脂を金型内に注入して搭載部44、接合部45、封止部46、第1、第2突出部47、48を形成する例について説明した。しかしながら、モールド樹脂を金型内に注入して各部材44〜48をそのまま形造る場合には、金型の形状が複雑になり易く、ひいては製造工程が複雑になり易い。
すなわち、各部材44〜48は、金型内に形成されるキャビティ(空間)にモールド樹脂が注入されて形成されるが、搭載部44および接合部45と、封止部46および第1、第2突出部47、48とは、互いに離間していると共に、それぞれの大きさ(必要となる樹脂量)が異なる。このため、金型として、モールド樹脂の貯溜源となるポッドの形状、キャビティへの注入口となるゲートの形状、ポッドとゲートとを繋ぐランナーの形状等を適宜調整しなければならず、金型の形状が複雑になり易く、ひいては製造工程が複雑になり易い。
したがって、本実施形態では、第1実施形態に対して、金型の形状が複雑になることを抑制できるようにしたものであり、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、図6(a)および図7(a)に示されるように、図2(c)の工程を行う際、搭載部44および接合部45と、封止部46および第1、第2突出部47、48とが一体化されるようにモールド樹脂を形成する。
そして、図6(b)および図7(b)に示されるように、搭載部44および接合部45と、封止部46および第1、第2突出部47、48とを連結する部分のモールド樹脂にレーザを照射し、当該部分のモールド樹脂を除去する。これにより、内部接続領域41のうちの搭載部44(接合部45)と封止部46との間に位置する部分を露出させると共に、搭載部44および接合部45と、封止部46および第1、第2突出部47、48とを区画形成する。
なお、図7(a)は図6(a)中のVIIa−VIIaに相当する断面図であり、図7(b)は図6(b)中のVIIb−VIIbに相当する断面図である。
これによれば、金型を用いて各部材44〜48を形成する際、搭載部44および接合部45と、封止部46および第1、第2突出部47、48とが一体化されるようにモールド樹脂を形成している。言い換えると、リードフレーム40に対して1つのモールド成形品を形成している。このため、金型の形状が複雑になることを抑制でき、ひいては製造工程の簡略化を図ることができる。
なお、上記では、搭載部44および接合部45と、封止部46および第1、第2突出部47、48とを区画形成するために、この部分を連結するモールド樹脂にレーザを照射して除去する方法について説明した。しかしながら、搭載部44および接合部45と、封止部46および第1、第2突出部47、48とを連結する部分のモールド樹脂を除去する方法はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態では、モールド樹脂がエポキシ系樹脂で構成されているため、マスクを適宜形成した後に発煙硝酸等を用いたエッチングによって当該モールド樹脂を除去するようにしてもよい。
(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実施形態に対してステム10に内部接続領域41を直接配置するようにしたものであり、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8(a)に示されるように、本実施形態では、ステム10のダイヤフラム11上にセンサチップ20を搭載した後、ステム10にリードフレーム40を直接配置する。具体的には、ステム10のうちセンサチップ20が配置されている部分の周囲に内部接続領域41の他面41bを接着剤等を介して接合することにより、ステム10にリードフレーム40を直接配置する。
なお、図8は、リードフレーム40に沿った断面を示しており、図3とは別断面の図であってステム10にはセンサチップ20が配置されている。また、内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43は、図8(a)とは別断面において、タイバー49aを介して外枠49bにて一体化されている。
その後、上記図5と同様に、センサチップ20と内部接続領域41の一面41aとをボンディングワイヤ75を介して電気的に接続する。
次に、図8(b)に示されるように、ステム10にリードフレーム40が接合されたものを図示しない金型に配置してモールド樹脂を金型内に注入し、搭載部44、接合部45、封止部46、第1、第2突出部47、48を形成する。このとき、センサチップ20、内部接続領域41のうちボンディングワイヤ75と接続されている部分、ボンディングワイヤ75が覆われるように、搭載部44を形成する。
その後は、図8(c)に示されるように、上記図3(c)の工程と同様に、搭載部44と第1突出部47とを接合することにより、圧力センサが製造される。
このように、ステム10にリードフレーム40を配置した後、搭載部44、接合部45、封止部46、第1、第2突出部47、48を形成するようにしても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、センサチップ20と内部接続領域41の一面41aとをボンディングワイヤ75を介して電気的に接続した後に搭載部44、接合部45、封止部46、第1、第2突出部47、48を形成している。このため、センサチップ20、内部接続領域41のうちボンディングワイヤ75と接続されている部分、ボンディングワイヤ75も封止することができ、耐環境性を向上させることもできる。
(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実施形態に対して搭載部44に凹部を形成すると共に第1突出部47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。
図9(a)に示されるように、本実施形態では、図2(c)の工程を行う際、凹部44aを有する搭載部44を形成すると共に、側面に凸部47aを有する第1突出部47を形成する。そして、図9(b)に示されるように、図3(c)の工程を行う際、凸部47aを凹部44aに嵌合させつつ、搭載部44と第1突出部47とを接着剤52を介して接合する。
これによれば、搭載部44と第1突出部47とを接合する際の位置ずれを抑制しつつ、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、凹部44aおよび凸部47aが本発明の一対の嵌合手段に相当している。また、上記において、凸部47aにさらに爪部を形成すると共に凹部44aにさらに窪み部を形成し、爪部を窪み部に係合させるいわゆるスナップフィット接合としてもよい。この場合、スナップフィット接合によって搭載部44と第1突出部47とが固定されるため、接着剤52はなくてもよい。
さらに、図9(a)の工程において、凸部を有する搭載部44を形成すると共に凹部を有する第1突出部47を形成するようにしてもよく、凹部および凸部は搭載部44および第1突出部47のどちらに形成されていてもよい。
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して内部接続領域41の剛性を部分的に低くしたものであり、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10に示されるように、本実施形態では、内部接続領域41のうち搭載部44(接合部45)と封止部46との間に位置する部分であって折り曲げられる部分、および外部接続領域43のうち封止部46から突出(露出)する部分であって折り曲げられる部分の剛性が他の部分より低くされているものを用意する。なお、本実施形態では、幅が狭くされることによって剛性が低くされている。
これによれば、図3(c)の工程において、内部接続領域41および外部接続領域43を折り曲げることを容易にしつつ、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、幅が狭くされることによって剛性が低くされているものを説明したが、厚さが薄くされることによって剛性が低くされていてもよい。
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して封止部46の形状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、図11(a)に示されるように、図2(c)の工程を行う際、第1突出部47のみを有するL字状の封止部46を形成する。つまり、第2突出部48を有さない封止部46を形成する。そして、外部接続領域43の一面に、第2突出部48に相当する接合部48aを形成する。
そして、図11(b)に示されるように、接合部48aのうち外側の側面を封止部46の表面に図示しない接着剤を介して接合する。
このように、外部接続領域43に接合部48aを形成し、封止部46と接合部48aとを接合するようにしても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第7実施形態)
本発明の第7実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してセンサチップ20と回路基板61とを熱的に接続するゲルを備えるものであり、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。
まず、本実施形態のセンサチップ20および回路基板61の構成について図12を参照しつつ説明する。
センサチップ20は、上記および図12に示されるように、ブリッジ回路を構成するゲージ抵抗20a〜20dを有している。本実施形態では、各ゲージ抵抗20a〜20dは、温度に応じても抵抗値が変化する感温抵抗とされている。そして、センサ信号と共に、温度に応じた温度検出信号も出力する。
回路基板61は、本実施形態では、ゲージ駆動抵抗61a、第1、第2増幅器61b、61c、第1、第2抵抗61d、61e、第1、第2フィルタ回路61f、61g、第1、第2AD変換回路61h、61i、補正回路61jを備えている。なお、このような回路基板61は、駆動されると自己発熱によって温度が上昇する。
ゲージ駆動抵抗61aは、センサチップ20が定電圧駆動されるように、電源61kとゲージ抵抗20a、20dの中点とに接続されている。なお、このゲージ駆動抵抗61aは、ポリシリコン等によって構成され、回路基板61が自己発熱すると、温度に応じて抵抗値が変化する。
ここで、図13に示されるように、本実施形態では、センサチップ20と回路基板61とが熱的に接続されるように、センサチップ20および回路基板61が熱伝導性の高いシリコーン系等のゲル80にて被覆されている。
すなわち、本実施形態では、センサチップ20と回路基板61とがほぼ同じ温度とされている。つまり、各ゲージ抵抗20a〜20dおよびゲージ駆動抵抗61aに対してほぼ同じ温度変化が発生するようになっており、各ゲージ抵抗20a〜20dおよびゲージ駆動抵抗61aは、ほぼ同じ温度に対する抵抗値変化が発生するようになっている。なお、本実施形態では、ゲル80が本発明の熱伝導部材に相当している。
そして、図12に示されるように、第1増幅器61bは、電源61kに接続された第1、第2抵抗61d、61eの中点に接続されている。また、第2抵抗61eのうちの第1抵抗61dと反対側の部分とグランドとの間には、ゲージ抵抗20b、20cの中点が接続されている。これにより、第1増幅器61bは、センサチップ20(ゲージ抵抗20a〜20d)の温度に応じた温度検出信号が入力される。そして、第1増幅器61bは、当該温度検出信号を所定倍に増幅して出力する。
なお、第1、第2抵抗61d、61eもゲージ駆動抵抗61aと同様にポリシリコン等で構成され、回路基板61の自己発熱によって抵抗値が変化する。しかしながら、第1増幅器61bには、第1、第2抵抗61d、61eの中点が接続されているため、第1、第2抵抗61d、61eの抵抗値の変化は、ほぼキャンセルされる。
第2増幅器61cは、ゲージ抵抗20a、20bの中点と、ゲージ抵抗20c、20dの中点とに接続されている。これにより、第2増幅器61cは、センサチップ20(ゲージ抵抗20a〜20d)の圧力に応じたセンサ信号が入力され、センサ信号を所定倍に差動増幅して出力する。
第1フィルタ回路61fは、第1増幅器61bと接続され、第2フィルタ回路61gは、第2増幅器61cと接続されている。これら第1、第2フィルタ回路61f、61gは、ローパスフィルタ等を備えており、所定周波数以上の成分(ノイズ)をカットする。
第1AD変換回路61hは、第1フィルタ回路61fと接続され、第2AD変換回路61iは、第2フィルタ回路61gと接続されている。これら第1、第2AD変換回路61h、61iは、第1、第2フィルタ回路61f、61gから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。
補正回路61jは、第1、第2AD変換回路61h、61iから入力されたデジタル信号(センサ信号および温度検出信号)を用い、センサ信号の温特補正を行う。これにより、センサ信号から温度に対するオフセットを除去することができ、検出精度が低下することを抑制できる。
以上説明したように、本実施形態では、センサチップ20を定電圧駆動している。このため、回路基板61自体を駆動する電圧をそのまま利用できる。つまり、センサチップ20を定電流駆動する場合と比較して、電流を安定化させる回路を不要とできる。
また、センサチップ20を定電圧駆動させるためのゲージ駆動抵抗61aは、回路基板61の自己発熱によって抵抗値が変化するが、センサチップ20と回路基板61とをゲル80を介して熱的に接続している。このため、各ゲージ抵抗20a〜20dおよびゲージ駆動抵抗61aにほぼ同じ温度に対する抵抗値変化が発生する。そして、補正回路61jにて、温度検出信号に基づいてセンサ信号の温特補正を行っている。このため、回路基板61の自己発熱による出力変動を抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。
さらに、ゲージ抵抗20a〜20dを感温抵抗とし、センサチップ20から出力される温度検出信号を温特補正に用いている。このため、回路基板61にゲージ駆動抵抗61aと別に感温抵抗を備える場合と比較して、回路基板61が大型化することを抑制できる。
なお、上記において、第1、第2フィルタ回路61f、61gは、片方または両方とも備えられていなくてもよい。その場合には、第1、第2増幅器61b、61cは、それぞれ第1、第2AD変換回路61h、61iにそのまま接続される。また、上記では、アナログ信号(センサ信号および温度検出信号)をデジタル信号に変換した後に温特補正を行う例について説明したが、アナログ信号をそのまま利用してもよい。
そして、図13では、コンデンサ等が搭載されたセラミック基板62もゲル80で封止するものを図示しているが、セラミック基板62はゲル80で封止されていなくてもよい。すなわち、本実施形態では、回路基板61が本発明の回路素子に相当している。
(第8実施形態)
本発明の第8実施形態について説明する。本実施形態は、第7実施形態に対して内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43およびボンディングワイヤ71、75の材質を変更したものであり、その他に関しては第7実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態は、基本的な構成は第7実施形態と同様であるが、内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43が銀、銅、金等の熱伝導性の高い材質で構成されている。すなわち、内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43は、銀、銅、金等の熱伝導性の高い材質のリードフレーム40を用いて構成されている。また、ボンディングワイヤ71、75が銀、銅、金等の熱伝導性の高い材質で構成されている。
つまり、本実施形態では、内部接続領域41およびボンディングワイヤ71、75を介してもセンサチップ20と回路基板61とが熱的に接続されている。
これによれば、センサチップ20と回路基板61との温度差をさらに小さくでき、温特補正の精度を向上しつつ、上記第7実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上記のように、内部接続領域41およびボンディングワイヤ71、75を介してセンサチップ20と回路基板61とを熱的に接続する場合には、ゲル80が配置されていなくてもよい。
(第9実施形態)
本発明の第9実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して内部接続領域41の一部をステム10に接合したものであり、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、内部接続領域41は5本の板状部材から構成されており、図14に示されるように、内部接続領域41を構成する板状部材のうち1つの板状部材の他端部がステム10と電気的に接続されている。具体的には、内部接続領域41を構成する板状部材のうちの1つは、センサチップ20と接続されておらず、ボディグランドと接続されている。なお、他の4本の板状部材は、上記第1実施形態と同様に、センサチップ20と接続されている。
これによれば、外来ノイズをステム10から放出することができ、ノイズ耐性(EMC特性)を向上させつつ、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第10実施形態)
本発明の第10実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してメタルカバーを備えるものであり、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、図15に示されるように、両端が開口部とされた中空部を有する筒状のメタルカバー90がステム10に備えられている。具体的には、メタルカバー90は、SUS430のようなステンレス鋼等で構成され、中空部内にセンサチップ20および構成部材30が収容されるように、一端部がステム10の段付部13と溶接接合されることでステム10に備えられている。
これによれば、センサチップ20および構成部材30を保護しつつ、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、メタルカバー90を挟持することによって圧力センサを搬送することができるため、搬送の簡略化を図ることもできる。
なお、ここでは、メタルカバー90をステム10に溶接接合する例を説明したが、メタルカバー90とステム10との接合はこれに限定されるものではない。例えば、メタルカバー90およびステム10に一対の凹部および凸部を形成し、これらを嵌合することによってメタルカバー90をステム10に固定するようにしてもよい。また、メタルカバー90とステム10との間に導電性接着剤を配置し、導電性接着剤を介してメタルカバー90とステム10とを接合するようにしてもよい。
(第11実施形態)
本発明の第11実施形態について説明する。本実施形態は、第10実施形態に対して外部接続領域の一部をメタルカバー90に接続したものであり、その他に関しては第10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、図16および図17に示されるように、外部接続領域43は、外部回路との電気的な接続が図られる2本の板状部材43aと、これら板状部材43aの間に配置された板状部材43bとを有している。そして、板状部材43bは、板状部材43aと同様に、一端部がボンディングワイヤ73を介してセラミック基板62と接続されていると共に封止部46に封止されている。また、板状部材43bは、他端部がメタルカバー90と溶接接合されている。つまり、板状部材43bは、メタルカバー90を介してステム10と電気的に接続されることでボディグランドと接続されている。
これによれば、上記第9実施形態と同様に、ノイズ耐性(EMC特性)を向上させつつ、上記第10実施形態と同様の効果を得ることができる。また、外部接続領域43における板状部材43bの他端部がメタルカバー90に接合されている。つまり、構成部材30のうちのステム10と反対側の端部側がメタルカバー90に固定されている。このため、構成部材30のうちのステム10と反対側の端部がぐらつくことを抑制でき、外部回路と外部接続領域43(板状部材43a)とを接続する際の位置合わせを容易に行うことができる。
なお、本実施形態では、搭載部44上の封止部46および第1、第2突出部47、48は、外部接続領域43における板状部材43bがメタルカバー90と溶接接合されることによって機械的に固定されている。このため、第1突出部47の外側の側面と搭載部44との間に接着剤52を配置しない構成としてもよい。これによれば、第1突出部47の外側の側面と搭載部44との間に配置する接着剤52を削減できる。
また、本実施形態では、板状部材43aの間に板状部材43bが配置された例を説明したが、板状部材43a、43bの配置は適宜変更可能である。
(第12実施形態)
本発明の第12実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して構成部材30の形状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18に示されるように、本実施形態では、構成部材30は、ダイヤフラム11の平面方向に沿って配置されている。つまり、内部接続領域41の他端部が折り曲げられていない。
このように、本発明はダイヤフラム11の平面方向に沿って構成部材30が配置された圧力センサに適用することもできる。なお、このような圧力センサは、ダイヤフラム11の法線方向に長さの制約があるような場合に用いられると好適である。また、本実施形態の圧力センサは、図3(c)の工程において、内部接続領域41を折り曲げないことにより、製造される。
(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、上記各実施形態では、内部接続領域41、搭載領域42、外部接続領域43を有する導電性部材としてリードフレーム40を説明したが、例えば、導電性部材として導電性フィルムやフレキシブル基板等を用いてもよい。
また、上記第1〜第6、第8〜第12実施形態において、搭載領域42、回路基板61およびセラミック基板62が備えられていなくてもよい。
さらに、上記第第1〜第5、第7〜第12実施形態において、外部接続領域43の他端部側が第2突出部48の側面に接するように折り曲げられていなくてもよい。例えば、外部接続領域43のうち封止部46から露出する部分をバネ状にし、外部回路とバネ接触することによって電気的に接続されるようにしてもよい。
そして、上記第2実施形態において、搭載部44および接合部45と、封止部46および第1、第2突出部47、48とが一体化されるようにモールド樹脂を形成する際、内部接続領域41のうちの折り曲げる部分の一部が予め露出するようにしてもよい。例えば、図19に示されるように、内部接続領域41における折り曲げる部分のうちの他面41bが露出するようにモールド樹脂を形成してもよい。これによれば、図6(b)および図7(b)の工程を行う際、レーザを内部接続領域41の一面41a側から照射するのみで、搭載部44および接合部45と、封止部46および第1、第2突出部47、48とを連結する部分のモールド樹脂を除去することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
さらに、上記各実施形態を組み合わせることでもきる。例えば、第2実施形態を第3〜第12実施形態に組み合わせ、搭載部44および接合部45と、封止部46および第1、第2突出部47、48とが一体化されるようにモールド樹脂を形成するようにしてもよい。なお、第2実施形態を第12実施形態に組み合わせる場合には、内部接続領域41の他端部が折り曲げられないため、図6(b)および図7(b)の工程を行わなくてもよい。そして、第3実施形態を第4〜第12実施形態に組み合わせ、ステム10にリードフレーム40を直接接合するようにしてもよい。また、第4実施形態を第5〜第11実施形態に組み合わせ、凹部44aを有する搭載部44にすると共に凸部47aを有する第1突出部47としてもよい。さらに、第5実施形態を第6〜第11実施形態に組み合わせ、折り曲げる部分の剛性を低くしてもよい。そして、第6実施形態を第7〜11実施形態に組み合わせ、外部接続領域43に接合部48aを形成してもよい。また、第7、第8実施形態を第9〜第12実施形態に組み合わせ、センサチップ20と回路基板61とを熱的に接続するようにしてもよい。さらに、第9実施形態を第10〜第12実施形態に組み合わせ、内部接続領域41の一部をステム10に接合してもよい。なお、第9実施形態を第11実施形態に組み合わせる場合には、内部接続領域41の一部および外部接続領域43の一部がボディグランドと接続される構成となる。さらに、上記各実施形態を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせてもよい。
10 ステム
11 ダイヤフラム
12 開口部
20 センサチップ
30 構成部材
40 リードフレーム(導電性部材)
41 内部接続領域
42 搭載領域
43 外部接続領域
46 封止部(第1モールド樹脂)
49b 外枠
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、一端が開口部とされていると共に中空部を有する有底筒状とされ、底部が中空部に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム(11)とされているステム(10)を用意する工程と、ダイヤフラムのうち中空部側と反対側の部分にダイヤフラムの変形に応じてセンサ信号を出力するセンサチップ(20)を搭載する工程と、センサチップと第1接続部材(75)を介して接続される内部接続領域(41)、および外部回路と電気的に接続される外部接続領域(43)が外枠(49b)によって一体化された導電性部材(40)を用意する工程と、内部接続領域と外部接続領域とを連結するようにモールド樹脂成形を行って第1モールド樹脂(46〜48)を形成するモールド樹脂形成工程と、内部接続領域および外部接続領域から外枠を切り離す工程と、導電性部材のうち内部接続領域をステムに配置する工程と、センサチップと内部接続領域とを第1接続部材を介して電気的に接続する工程と、を行い、導電性部材を用意する工程では、内部接続領域と外部接続領域との間に搭載領域(42)を有するものを用意し、ステムに配置する工程の前に、搭載領域に所定の処理を行う回路素子(61、62)を搭載し、回路素子と内部接続領域とを第2接続部材(71)を介して電気的に接続すると共に、回路素子と外部接続領域とを第3接続部材(73)を介して電気的に接続する工程を行い、モールド樹脂形成工程では、搭載領域、回路素子、第2、第3接続部材を封止する第1モールド樹脂を形成することを特徴としている。
また、回路素子を搭載する搭載領域も内部接続領域および外部接続領域を構成する導電性部材にて構成しており、回路素子を搭載するための新たな構成部材が増加することがない。
また、請求項に記載の発明では、一端が開口部(12)とされていると共に中空部を有する有底筒状とされ、底部が中空部に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム(11)とされているステム(10)と、ダイヤフラムのうち中空部側と反対側の部分に搭載され、ダイヤフラムの変形に応じてセンサ信号を出力するセンサチップ(20)と、センサチップと第1接続部材(75)を介して接続され、導電性部材の一部によって構成される内部接続領域(41)と、外部回路と電気的に接続され、内部接続領域を構成する導電性部材の一部によって構成される外部接続領域(43)と、内部接続領域と外部接続領域とを連結する第1モールド樹脂(46〜48)と、内部接続領域に備えられ、ステムと接合されている第2モールド樹脂(44、45)と、を備えていることを特徴としている。

Claims (18)

  1. 一端が開口部(12)とされていると共に中空部を有する有底筒状とされ、底部が前記中空部に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム(11)とされているステム(10)を用意する工程と、
    前記ダイヤフラムのうち前記中空部側と反対側の部分に前記ダイヤフラムの変形に応じてセンサ信号を出力するセンサチップ(20)を搭載する工程と、
    前記センサチップと第1接続部材(75)を介して接続される内部接続領域(41)、および外部回路と電気的に接続される外部接続領域(43)が外枠(49b)によって一体化された導電性部材(40)を用意する工程と、
    前記内部接続領域と前記外部接続領域とを連結するようにモールド樹脂成形を行って第1モールド樹脂(46〜48)を形成するモールド樹脂形成工程と、
    前記内部接続領域および前記外部接続領域から前記外枠を切り離す工程と、
    前記導電性部材のうち前記内部接続領域を前記ステムに配置する工程と、
    前記センサチップと前記内部接続領域とを前記第1接続部材を介して電気的に接続する工程と、を行うことを特徴とする圧力センサの製造方法。
  2. 前記導電性部材を用意する工程では、前記内部接続領域と前記外部接続領域との間に搭載領域(42)を有するものを用意し、
    前記ステムに配置する工程の前に、前記搭載領域に所定の処理を行う回路素子(61、62)を搭載し、前記回路素子と前記内部接続領域とを第2接続部材(71)を介して電気的に接続すると共に、前記回路素子と前記外部接続領域とを第3接続部材(73)を介して電気的に接続する工程を行い、
    前記モールド樹脂形成工程では、前記搭載領域、前記回路素子、前記第2、第3接続部材を封止する前記第1モールド樹脂を形成す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. 前記回路素子を搭載する工程の後であって前記ステムに配置する工程の前に、前記モールド樹脂形成工程を行い、前記モールド樹脂形成工程では、前記第1モールド樹脂と共に、前記内部接続領域の一部が露出するように前記内部接続領域に第2モールド樹脂(44、45)を形成し、
    前記ステムに配置する工程では、前記第2モールド樹脂を前記ステムに接合することにより、前記内部接続領域を前記ステムに配置し、
    前記ステムに搭載する工程の後に前記電気的に接続する工程を行い、前記電気的に接続する工程では、前記センサチップと前記内部接続領域のうち前記第2モールド樹脂から露出する部分とを電気的に接続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. 前記ステムに配置する工程では、前記内部接続領域を直接前記ステムに接合し、
    前記電気的に接続する工程の後に前記モールド樹脂形成工程を行い、前記モールド樹脂形成工程では、前記第1モールド樹脂と共に、前記内部接続領域から前記ステムに渡り、前記センサチップと前記内部接続領域とを接続する前記第1接続部材を覆う第2モールド樹脂(44、45)を形成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。
  5. 前記電気的に接続する工程の後、前記第1モールド樹脂と前記第2モールド樹脂との間に位置する前記内部接続領域を折り曲げ、前記第1モールド樹脂上に前記第2モールド樹脂を積層しつつ、前記第1モールド樹脂と前記第2モールド樹脂とを接合することを特徴とする請求項3または4に記載の圧力センサの製造方法。
  6. 前記モールド樹脂形成工程では、前記第1モールド樹脂と前記第2モールド樹脂とが一体化されたものを形成し、
    前記モールド樹脂形成工程の後であって前記内部接続領域を折り曲げる前に、前記内部接続領域のうちの折り曲げる部分を覆うモールド樹脂を除去することにより、前記内部接続領域のうちの折り曲げる部分を前記モールド樹脂から露出させると共に、前記第1モールド樹脂と前記第2モールド樹脂とを区画形成することを特徴とする請求項5に記載の圧力センサの製造方法。
  7. 前記モールド樹脂形成工程では、前記第1、第2モールド樹脂に一対の嵌合手段(44a、47a)を形成し、
    前記接合する工程では、前記第1、第2モールド樹脂に形成された一対の嵌合手段を嵌合しつつ、前記第1モールド樹脂と前記第2モールド樹脂とを接合することを特徴とする請求項5または6に記載の圧力センサの製造方法。
  8. 前記導電性部材として、前記内部接続領域のうち前記第1モールド樹脂と前記第2モールド樹脂との間に位置する部分の剛性が前記第1モールド樹脂および前記第2モールド樹脂に封止される部分に対して低くされているものを用いることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1つに記載の圧力センサの製造方法。
  9. 一端が開口部(12)とされていると共に中空部を有する有底筒状とされ、底部が前記中空部に導入された圧力によって変形可能なダイヤフラム(11)とされているステム(10)と、
    前記ダイヤフラムのうち前記中空部側と反対側の部分に搭載され、前記ダイヤフラムの変形に応じてセンサ信号を出力するセンサチップ(20)と、
    前記センサチップと第1接続部材(75)を介して接続され、導電性部材の一部によって構成される内部接続領域(41)と、
    外部回路と電気的に接続され、前記内部接続領域を構成する前記導電性部材の一部によって構成される外部接続領域(43)と、
    前記内部接続領域と前記外部接続領域とを連結する第1モールド樹脂(46〜48)と、
    前記内部接続領域に備えられ、前記ステムと接合されている第2モールド樹脂(44、45)と、を備えていることを特徴とする圧力センサ。
  10. 前記内部接続領域と前記外部接続領域との間に配置されると共に前記導電性部材の一部によって構成され、所定の処理を行う回路素子(61、62)が搭載された搭載領域(42)を有し、
    前記回路素子は、前記内部接続領域と第2接続部材(71)を介して電気的に接続されていると共に前記外部接続領域と第3接続部材(73)を介して電気的に接続されており、
    前記第1モールド樹脂は、前記内部接続領域と前記搭載領域とを連結すると共に、前記搭載領域、前記回路素子、前記第2、第3接続部材を封止していることを特徴とする請求項9に記載の圧力センサ。
  11. 前記センサチップは、前記センサ信号を出力すると共に、温度に応じた温度検出信号を出力し、
    前記センサチップと前記回路素子(61)とは、熱伝達部材(80、41、71、75)を介して熱的に接続されており、
    前記回路素子は、前記センサチップを定電圧駆動するためのゲージ駆動抵抗(61a)と、前記温度検出信号に基づいて前記センサ信号の温特補正を行う補正回路(61j)と、を有していることを特徴とする請求項10に記載の圧力センサ。
  12. 前記センサチップと前記回路素子とは、前記熱伝達部材(80)としてのゲルにて被覆されていることを特徴とする請求項11に記載の圧力センサ。
  13. 前記熱伝達部材(41、71、75)は、前記内部接続領域、前記第1接続部材、前記第2接続部材によって構成されていることを特徴とする請求項11または12に記載の圧力センサ。
  14. 前記内部接続領域は、複数の板状部材から構成されており、前記複数の板状部材の1つが前記ステムと電気的に接合されることによってボディグランドと接続されていることを特徴とする請求項9ないし13のいずれか1つに記載の圧力センサ。
  15. 前記第1モールド樹脂は、前記第2モールド樹脂上に積層されていることを特徴とする請求項9ないし14のいずれか1つに記載の圧力センサ。
  16. 前記第1、第2モールド樹脂には、一対の嵌合手段(44a、47a)が形成されており、前記嵌合手段が嵌合されていることを特徴とする請求項15に記載の圧力センサ。
  17. 両端が開口部とされた中空部を有する筒状のメタルカバー(90)を有し、
    前記メタルカバーは、前記センサチップおよび前記第1、第2モールド樹脂を前記中空部に収容するように前記ステムに備えられていることを特徴とする請求項15または16に記載の圧力センサ。
  18. 前記外部接続領域は、複数の板状部材から構成されており、前記複数の板状部材の1つが前記メタルカバーと接合されることにより、前記メタルカバーを介して前記ステムと電気的に接続されることでボディグランドと接続されていることを特徴とする請求項17に記載の圧力センサ。
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