JP2015179001A - 物理量センサー、高度計、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた検出精度を有する物理量センサー、この物理量センサーを備えた信頼性の高い高度計、電子機器および移動体を提供する。
【解決手段】物理量センサー１は、圧力を検出する圧力センサーチップ３と、温度を検知する温度センサー４４を備えるＩＣチップ４と、圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４を囲んでいる液状またはゲル状の充填材１１と、圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４の間に設けられ、充填材１１よりも熱伝導率の高い熱伝導部１２と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量センサー、高度計、電子機器および移動体に関するものである。

例えば、特許文献１に記載の圧力センサーは、圧力検出部を有する圧力センサー装置と、温度測定部を有し、この温度測定部の測定値に基づいて圧力センサー装置の出力値を補償する温度補償装置と、を有し、圧力センサー装置と温度補償装置の温度測定部とが伝熱線を介して熱的に接続されている。しかしながら、このような構成では、圧力センサー装置の熱を十分に温度測定部に伝達することができず、温度測定部によって圧力センサー装置の温度を高精度に測定することができない。したがって、温度補償装置による補償精度が低く、圧力センサー装置が受けた圧力を精度よく検出することができない。

特開２０１３−１６４３３２号公報

本発明の目的は、優れた検出精度を有する物理量センサー、この物理量センサーを備えた信頼性の高い高度計、電子機器および移動体を提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例の物理量センサーは、物理量を検出する物理量センサー素子と、
温度を検知する温度センサー素子と、
前記物理量センサー素子および前記温度センサー素子を囲んでいる液状またはゲル状の充填材と、
前記物理量センサー素子および前記温度センサー素子の間に設けられ、前記充填材よりも熱伝導率の高い熱伝導部と、
を有していることを特徴とする。

これにより、物理量センサーと温度センサー素子とを熱伝導部を介して熱的に接続することができ、また、熱伝導部を比較的広く配置することができるので、物理量センサー素子の熱が温度センサー素子に伝達され易い。したがって、温度センサー素子によって物理量センサー素子の温度を精度よく検知することができ、物理量センサー素子からの出力を精度よく温度補償することができる。そのため、優れた検出精度を有する物理量センサーとなる。

［適用例２］
本適用例の物理量センサーでは、前記熱伝導部は、樹脂を主材料として構成されていることが好ましい。

これにより、熱伝導部を十分に柔らかくすることができる。そのため、例えば、物理量センサー素子に不要な応力が加わってしまうことを防止することができる。

［適用例３］
本適用例の物理量センサーでは、前記熱伝導部は、熱伝導性フィラーを有していることが好ましい。
これにより、熱伝達部の熱伝導率を高めることができる。

［適用例４］
本適用例の物理量センサーでは、前記充填材の粘度は、前記熱伝導部の粘度よりも低いことが好ましい。
これにより、物理量センサー素子の物理量の検出精度を高めることができる。

［適用例５］
本適用例の物理量センサーでは、前記物理量センサー素子および前記温度センサー素子は、平面視で重なるように配置されていることが好ましい。

これにより、物理量センサー素子と温度センサー素子とを近接することができる。また、その分、物理量センサーの小型化を図ることができる。

［適用例６］
本適用例の物理量センサーでは、前記物理量センサー素子は、撓み変形可能なダイアフラムを有し、前記ダイアフラムの受圧面を前記温度センサー素子側に向けて配置されていることが好ましい。

これにより、物理量センサー素子の物理量を検出する部分であるダイアフラムを温度センサーにより近設することができるため、温度センサー素子によって、物理量センサー素子の温度を精度よく検知することができる。

［適用例７］
本適用例の物理量センサーでは、前記物理量センサー素子は、撓み変形可能なダイアフラムを有し、前記ダイアフラムの受圧面を前記温度センサー素子と反対側に向けて配置されていることが好ましい。

これにより、ダイアフラムに熱伝達部よりも柔らかい充填材が配置されるため、物理量が充填材を介してダイアフラムに効果的に作用し、物理量センサー素子の検出精度を高めることができる。

［適用例８］
本適用例の物理量センサーでは、開口を備え、前記充填材に囲まれている前記物理量センサー素子および前記温度センサー素子を収容しているパッケージを有していることが好ましい。

これにより、パッケージによって、物理量センサー素子および温度センサー素子を保護することができる。

［適用例９］
本適用例の物理量センサーでは、物理量センサー素子は、圧力を検出する圧力センサー素子であることが好ましい。
これにより、圧力を検出することができる。

［適用例１０］
本適用例の高度計は、上記適用例の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い高度計が得られる。

［適用例１１］
本適用例の電子機器は、上記適用例の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。

［適用例１２］
本適用例の移動体は、上記適用例の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。

物理量センサーの第１実施形態を示す断面図である。 図１に示す物理量センサーの平面図である。 図１に示す物理量センサーが有する物理量センサー素子を示す断面図である。 図３に示す物理量センサー素子が有する圧力センサーを示す平面図である。 図４に示す圧力センサーを含んだ回路を示す図である。 図１に示す物理量センサーが有する回路素子および物理量センサー素子を示す断面図である。 物理量センサーの第２実施形態の断面図である。 図７に示す物理量センサーが有する可撓性基板の平面図である。 図７に示す物理量センサーが有する回路素子および物理量センサー素子を示す断面図である。 物理量センサーの第２実施形態を示す断面図である。 図１０に示す物理量センサーが有する回路素子および物理量センサー素子を示す断面図である。 物理量センサーの第４実施形態を示す断面図である。 図１２に示す物理量センサーが有する回路素子および物理量センサー素子を示す断面図である。 物理量センサーの第５実施形態を示す断面図である。 本発明の高度計の一例を示す斜視図である。 本発明の電子機器の一例を示す正面図である。 本発明の移動体の一例を示す斜視図である。

以下、本発明の物理量センサー、高度計、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．物理量センサー
＜第１実施形態＞
図１は、物理量センサーの第１実施形態を示す断面図である。図２は、図１に示す物理量センサーの平面図である。図３は、図１に示す物理量センサーが有する物理量センサー素子を示す断面図である。図４は、図３に示す物理量センサー素子が有する圧力センサーを示す平面図である。図５は、図４に示す圧力センサーを含んだ回路を示す図である。図６は、図１に示す物理量センサーが有する回路素子および物理量センサー素子を示す断面図である。なお、以下の説明では、図１、図３、図６中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

図１に示す物理量センサー１は、圧力を検出することのできる圧力センサーである。このように、物理量センサー１を圧力センサーとすることで、種々の電子機器に搭載することのできる物理量センサーとなる。

このような物理量センサー１は、図１に示すように、圧力を検出することのできる圧力センサーチップ（物理量センサー素子）３と、ＩＣチップ（温度センサー素子）４と、圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４を収納するパッケージ２と、パッケージ２内で圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４を囲っている（覆っている）充填材１１と、圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４の間に設けられている熱伝導部１２と、を有している。

以下、これら各部について順に説明する。
≪パッケージ≫
パッケージ２は、圧力センサーチップ３を、その内部に形成された内部空間２８に収納するとともに、固定する機能を有するものである。

図１に示すように、パッケージ２は、ベース（底部）２１と、ハウジング（蓋体）２２と、可撓性配線基板２５と、を有し、ベース２１とハウジング２２とで可撓性配線基板２５を挟み込むようにして、これらを互いに接合して構成されている。ベース２１と可撓性配線基板２５との接合、および、ハウジング２２と可撓性配線基板２５との接合は、それぞれ、接着剤で構成される接着剤層２６を介して行われている。この接着剤としては、特に限定されず、例えば、シリコーン系、エポキシ系の接着剤等を用いることができる。なお、ベース２１、可撓性配線基板２５およびハウジング２２における、これら同士間の接合は、接着剤層を介することなく、ベース２１、可撓性配線基板２５およびハウジング２２の構成材料等によっては、陽極接合や、直接接合等の各種接合方法により行われていてもよい。

ベース２１は、パッケージ２の底面を構成し、本実施形態では、全体形状が平板状をなし、その平面視形状は、正方形状となっている。ベース２１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックスのような各種セラミックスや、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂のような各種樹脂材料等の絶縁性材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、各種セラミックスであることが好ましい。これにより、優れた機械的強度を有するパッケージ２を得ることができる。なお、ベース２１の平面視形状としては、その他、例えば、円形状、長方形状、五角形以上の多角形状等をなすものであってもよい。

ハウジング２２は、パッケージ２の蓋部を構成し、本実施形態では、全体形状が筒状をなし、その平面視形状は、その下側おいて正方形状となり、上側において円形状となっている。また、ハウジング２２は、その外径および内径が、下端から上端に向かってパッケージ高さの途中まで漸減する第１の部位と、この途中から上端に向かってほぼ一定となる第２の部位とで構成され、第１の部位において平面視形状が正方形状をなし、第２の部位において平面視形状が円形状をなしている。ハウジング２２の構成材料としては、ベース２１の構成材料として挙げたのと同様のものを用いることができる。なお、ハウジング２２の形状としては、その他、例えば、その全体形状が、円筒状をなすもの等であってもよい。

可撓性配線基板２５は、パッケージ２の厚さ方向において、ベース２１とハウジング２２との間に位置し、圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４をパッケージ２内で固定するとともに、圧力センサーチップ３やＩＣチップ４からの電気信号をパッケージ２の外部に取り出す機能を有している。この可撓性配線基板２５は、可撓性を有する基材２３と、基材２３の下面側に形成された配線２４とで構成される。

また、図２に示すように、基材２３は、その平面視形状が正方形の枠状をなし中心部に開口部２３３を有する枠体２３１と、枠体２３１の一辺において突出するように一体的に形成された帯状をなす帯体２３２と、で構成されている。基材２３の構成材料としては、可撓性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

配線２４は、導電性を有し、図２に示すように、枠体２３１と帯体２３２にかけて設けられ（引き回され）ている。このような配線２４は、圧力センサーチップ３を支持するとともに、圧力センサーチップ３とＩＣチップ４とを電気的に接続する４つの配線部２４１と、ＩＣチップ４を支持するとともに、ＩＣチップ４に電気的に接続される４つの配線部２４５と、を有している。

４つの配線部２４１は、それぞれ、その基端側が枠体２３１に設けられ、先端側が開口部２３３内に突出するように設けられている。そして、これら配線部２４１の開口部２３３内に突出している部分でフライングリード（タブテープ）２７が構成されている。フライングリード２７の先端部（配線部２４１の先端部）は、枠体２３１から離間して、圧力センサーチップ３を固定する固定部を構成するとともに、圧力センサーチップ３の接続端子７４ｂ’を電気的に接続する端子を構成する。また、配線部２４１の基端部は、ＩＣチップ４を固定する固定部を構成するとともに、ＩＣチップ４の接続端子４２４ａを電気的に接続する端子を構成する。

一方、４つの配線部２４５は、それぞれ、その基端側が帯体２３２に設けられ、先端側が枠体２３１に設けられている。これら配線部２４５の先端部は、ＩＣチップ４を固定する固定部を構成するとともに、ＩＣチップ４の実装端子４２４ｂを電気的に接続する端子を構成する。そのため、配線部２４５の端部に、例えば、後述する電子機器または移動体のマザーボード等を電気的に接続することで、圧力センサーチップ３やＩＣチップ４からの電気信号をパッケージ２の外部に取り出すことができる。なお、配線２４が有する配線部の数は、特に限定されず、圧力センサーチップ３に設けられている接続端子７４ｂ’の数や、ＩＣチップ４に設けられている実装端子４２４ｂの数に合わせて適宜設定すればよい。

このような配線２４の構成材料としては、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ａｌ等の金属、これらを含むＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ、ＣｕＬｉ等の合金、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂等の酸化物等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

≪物理量センサー素子≫
図３に示すように、圧力センサーチップ３は、基板５と、圧力センサー６と、素子周囲構造体７と、空洞部８と、半導体回路９と、を有している。以下、これら各部について順に説明する。

基板５は、板状をなし、ＳＯＩ基板（第１のＳｉ層５１１、ＳｉＯ_２層５１２、第２のＳｉ層５１３がこの順で積層している基板）で構成された半導体基板５１上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成された第１絶縁膜５２と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で構成された第２絶縁膜５３と、をこの順に積層することで構成されている。ただし、半導体基板５１としては、ＳＯＩ基板に限定されず、例えば、シリコン基板を用いることができる。

また、半導体基板５１には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイアフラム５４が設けられている。このダイアフラム５４は、半導体基板５１の下面に有底の凹部５５を設けることで形成され、その下面（凹部５５の底面）が受圧面５４１となっている。

このような半導体基板５１上およびその上方には半導体回路（回路）９が作り込まれている。この半導体回路９には、必要に応じて形成されたＭＯＳトランジスタ９１等の能動素子、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオードおよび配線等の回路要素が含まれている。なお、図３では、説明の便宜上、半導体回路９のＭＯＳトランジスタ９１のみを図示している。

圧力センサー６は、図４に示すように、ダイアフラム５４に設けられている４つのピエゾ抵抗素子（撓み量検出素子）６１、６２、６３、６４を有している。これら４つのピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４は、それぞれ、平面視で四角形をなすダイアフラム５４の各辺に対応して設けられている。

ピエゾ抵抗素子６１、６２は、ダイアフラム５４の外縁部に設けられているピエゾ抵抗部６１１、６２１と、ピエゾ抵抗部６１１、６２１の両端部に接続されている配線６１３、６２３と、を有している。一方、ピエゾ抵抗素子６３、６４は、ダイアフラム５４の外縁部に設けられている１対のピエゾ抵抗部６３１、６４１と、１対のピエゾ抵抗部６３１、６４１同士を接続している接続部６３２、６４２と、１対のピエゾ抵抗部６３１、６４１の他端部に連結されている配線６３３、６４３と、を有している。

ピエゾ抵抗部６１１、６２１、６３１、６４１は、それぞれ、例えば、半導体基板５１の第１のＳｉ層５１１にリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。また、配線６１３、６２３、６３３、６４３および接続部６３２、６４２は、それぞれ、例えば、第１のＳｉ層５１１に、ピエゾ抵抗部６１１、６２１、６３１、６４１よりも高濃度でリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。

また、ピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４は、自然状態における抵抗値が互いに等しくなるように構成されている。そして、これらのピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４は、配線６１３、６２３、６３３、６４３等を介して、互いに電気的に接続され、図５に示すように、ブリッジ回路６０（ホイートストンブリッジ回路）を構成し、半導体回路９と接続されている。このブリッジ回路６０には、駆動電圧ＡＶＤＣを供給する駆動回路（図示せず）が接続されている。そして、ブリッジ回路６０は、ピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４の抵抗値に応じた信号（電圧）を出力する。

素子周囲構造体７は、空洞部８を画成するように形成されている。この素子周囲構造体７は、図３に示すように、層間絶縁膜７１と、層間絶縁膜７１上に形成された配線層７２と、配線層７２および層間絶縁膜７１上に形成された層間絶縁膜７３と、層間絶縁膜７３上に形成された配線層７４と、配線層７４および層間絶縁膜７３上に形成された表面保護膜７５と、封止層７６とを有している。配線層７４は、空洞部８の内外を連通する複数の細孔７４２を備えた被覆層７４１を有しており、被覆層７４１上に配置されている封止層７６が細孔７４２を封止している。なお、配線層７２、７４は、空洞部８を囲むように形成されている配線層７２ａ、７４ａと、半導体回路９の配線を構成する配線層７２ｂ、７４ｂと、を含んでいる。したがって、半導体回路９は、配線層７２ｂ、７４ｂによって物理量センサー１の上面に引き出され、配線層７４ｂの一部が接続端子７４ｂ’となっている。

層間絶縁膜７１、７３としては、特に限定されないが、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）等の絶縁膜を用いることができる。また、配線層７２、７４としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム膜等の金属膜を用いることができる。また、封止層７６としては、特に限定されないが、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜を用いることができる。また、表面保護膜７５としは、特に限定されないが、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜など、素子を水分、ゴミ、傷などから保護するための耐性を有するものを用いることができる。

基板５と素子周囲構造体７とで画成された空洞部８は、密閉された空間であり、圧力センサーチップ３が検出する圧力の基準値となる圧力基準室として機能する。また、空洞部８は、ダイアフラム５４と重なるように配置されており、ダイアフラム５４が空洞部８を画成する壁部の一部を構成している。空洞部８内の状態は、特に限定されないが、真空状態（例えば１０Ｐａ以下）であることが好ましい。これにより、圧力センサーチップ３を、真空状態を基準として圧力を検出する所謂「絶対圧センサー素子」として用いることができる。ただし、空洞部８内の状態は、真空状態でなくてもよく、例えば、大気圧状態であってもよいし、大気圧よりも気圧が低い減圧状態であってもよいし、大気圧よりも気圧が高い加圧状態であってもよい。また、空洞部８内には窒素ガス、希ガス等の不活性ガスが封入されていてもよい。

≪ＩＣチップ≫
ＩＣチップ４は、多層配線基板であり、図６に示すように、基板４１と、基板４１上に形成された多層配線層４２と、半導体回路４３と、を有している。

基板４１は、例えば、シリコン基板等の半導体基板４１１上に、シリコン酸化膜４１２を積層することにより構成されている。また、基板４１上には、半導体回路９に電気的に接続されている半導体回路４３が作り込まれている。

半導体回路４３は、少なくとも、圧力センサーチップ３（特にピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４）の温度を検知するための温度センサー４４を有している。また、半導体回路４３は、その他、必要に応じて、ＭＯＳトランジスタ等の能動素子、コンデンサ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線等の回路要素を含んでいる。なお、図６では、説明の便宜上、半導体回路４３のＭＯＳトランジスタ４３１のみを図示している。

ここで、半導体回路４３および半導体回路９には、例えば、圧力センサー６を駆動するための駆動回路や、ブリッジ回路６０からの出力を温度センサー４４で検知した温度に基づいて温度補償するための温度補償回路等が形成されている。なお、駆動回路や温度補償回路の配置は、特に限定されず、例えば、半導体回路９に駆動回路が形成され、半導体回路４３に温度補償回路が形成されていてもよいし、半導体回路９に駆動回路の一部と温度補償回路の一部が形成され、半導体回路４３に駆動回路の残りの部分と温度補償回路の残りの部分が形成されていてもよい。

温度センサー４４は、ピエゾ抵抗素子（温度検知素子）４４１を有している。ピエゾ抵抗素子４４１は、例えば、半導体基板４１１に、ホウ素、リン、ヒ素等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。ピエゾ抵抗素子４４１は、温度によって抵抗値が変化する性質を有しているため、温度センサー４４は、ピエゾ抵抗素子４４１の抵抗値に基づいて、周囲の温度（すなわち、圧力センサーチップ３の温度）を検知することができる。

ここで、ピエゾ抵抗素子４４１の配置としては、特に限定されないが、平面視で、ダイアフラム５４と重なるように配置されていることが好ましい。これにより、ピエゾ抵抗素子４４１をピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４に近づけることができ、温度センサー４４によるピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４の温度検知をより正確に行うことができる。なお、温度センサー４４の構成としては、圧力センサーチップ３の温度を検知することができれば、特に限定されない。

多層配線層４２は、基板４１上に形成された層間絶縁膜４２１と、層間絶縁膜４２１上に形成された配線層４２２と、配線層４２２および層間絶縁膜４２１上に形成された層間絶縁膜４２３と、層間絶縁膜４２３上に形成された配線層４２４と、配線層４２４および層間絶縁膜４２３上に形成された表面保護膜４２５と、で構成されている。ただし、層間絶縁膜と配線層の積層数は、これに限定されない。これら層のうち、配線層４２２、４２４が半導体回路４３の配線となっている。そして、半導体回路４３は、配線層４２２、４２４を介してＩＣチップ４の上面へ引き出されており、配線層４２４の一部が圧力センサーチップ３と接続するための接続端子４２４ａ、配線部２４５と接続するための実装端子４２４ｂとなっている。

以上、圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４について説明した。圧力センサーチップ３は、導電性を有する固定部材１３を介して配線部２４１に接合され、固定部材１３を介して接続端子７４ｂ’が配線部２４１に電気的に接続されている。一方、ＩＣチップ４は、導電性を有する固定部材１５を介して配線部２４１に接合され、固定部材１５を介して接続端子４２４ａが配線部２４１に電気的に接続されている。これにより、圧力センサーチップ３とＩＣチップ４とが配線部２４１を介して電気的に接続される。また、ＩＣチップ４は、導電性を有する固定部材１４を介して配線部２４５に接合され、この固定部材１４を介して実装端子４２４ｂが配線部２４５に電気的に接続されている。なお、固定部材１３、１４、１５としては、それぞれ、導電性を有していれば、特に限定されず、例えば、半田等の金属ろう材、金バンプ等の金属バンプ、導電性接着剤等を用いることができる。

このようにして固定された圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４は、図１に示すように、パッケージ２の内部空間２８内で浮いた状態（内壁と接触していない状態）となっている。これにより、振動等がパッケージ２を介して圧力センサーチップ３やＩＣチップ４に伝わり難くなるため、物理量センサー１による圧力検出精度の低下を抑制することができる。また、本実施形態では、圧力センサーチップ３とＩＣチップ４とが平面視で重なるように配置（上下に重なって配置）されている。これにより、物理量センサー１の広がりを抑え、物理量センサー１の小型化を図ることができる。

また、図１に示すように、圧力センサーチップ３は、ダイアフラム５４の受圧面５４１を上側（すなわちＩＣチップ４と反対側）に向けて配置されている。これにより、受圧面５４１をパッケージ２の開口に向けるとともに、パッケージ２の開口に近づけることができるので、物理量センサー１に加わった圧力は、効率的に受圧面５４１に作用する。これにより、物理量センサー１の圧力検出精度が向上する。また、圧力センサーチップ３の接続端子７４ｂ’が配置されている面（能動面）と、ＩＣチップ４の接続端子４２４ａが配置されている面（能動面）とが対向するため、配線部２４１を介した両者の接続を簡単に行うことができる。

≪充填材≫
図１に示すように、充填材１１は、パッケージ２内に形成された内部空間２８内に充填され、これにより、内部空間２８内に収納された圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４を覆って封止している。この充填材１１により、圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４を保護（防塵および防水）するとともに、物理量センサー１（パッケージ２）に作用した外部応力を低減させることができる。なお、物理量センサー１に加わった圧力は、ハウジング２２の開口および充填材１１を介して、圧力センサーチップ３の受圧面５４１に作用する。

このような充填材１１は、圧力センサーチップ３、ICチップ４、およびパッケージ２よりも軟らかい特性を有する物質であればよく、例えば液状またはゲル状をなしており、具体的な一例としては、シリコーンオイル、フッ素系オイル、シリコーンゲル等を用いることができる。言い換えれば、充填材１１は、圧力センサーチップ３、ＩＣチップ４、およびパッケージ２よりもヤング率の小さい物質でもよい。また、充填材１１の粘度としては、特に限定されないが、例えば、針入度が５０以上、２５０以下の範囲内であることが好ましく、１５０以上、２５０以下の範囲内であることがより好ましい。また、充填材１１の粘度は、熱伝導部１２の粘度よりも低いことが好ましい。これにより、充填材１１が十分に柔らかくなり、物理量センサー１に加わった圧力が受圧面５４１に効率的に作用する。

≪熱伝導部≫
図１に示すように、熱伝導部１２は、圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４の間に設けられている。また、熱伝導部１２は、圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４のそれぞれに接触して設けられている。このような熱伝導部１２は、充填材１１よりも高い熱伝導率を有し、圧力センサーチップ３の熱をＩＣチップ４に伝達する機能を有している。これにより、ＩＣチップ４に設けられている温度センサー４４により、圧力センサーチップ３の温度を精度よく検知することができる。特に、熱伝導部１２は、圧力センサーチップ３の下面とＩＣチップ４の上面とが対向している領域の大半に広がって設けられているため、より効率的に、圧力センサーチップ３の熱をＩＣチップ４に伝達することができる。

熱伝導部１２の熱伝導率としては、特に限定されないが、０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましい。これにより、上記の効果がより顕著となる。

また、熱伝導部１２の状態としては、上記の効果を発揮することができれば特に限定されないが、液状またはゲル状であることが好ましい。これにより、熱伝導部１２を十分に柔らかくすることができ、例えば、熱伝導部１２を介した圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４間の応力の伝達が抑制される。そのため、圧力センサーチップ３およびＩＣチップ４の不本意な変形をそれぞれ抑制することができ、物理量センサー１の圧力検出精度が向上する。なお、熱伝導部１２の粘度としては、特に限定されないが、例えば、針入度が３０以上、１５０以下の範囲内であることが好ましく、５０以上、１５０以下の範囲内であることがより好ましい。

本実施形態の熱伝導部１２は、シリコーン樹脂等の樹脂１２１と、樹脂１２１中に分散された熱伝導性フィラー１２２と、を有している。これにより、熱導電性に優れ、さらには十分に柔らかい熱伝導部１２を得ることができる。樹脂１２１としては、例えば、シリコーンオイル、フッ素系オイル、シリコーンゲル等を用いることができる。また、熱伝導性フィラー１２２としては、例えば、金属粉末、グラファイト、カーボンブラック等の導電性を有するものや、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ等の絶縁性を有するものを用いることができる。なお、樹脂１２１中の熱伝導性フィラー１２２の含有量を高めていくと、熱伝導部１２の熱伝導性が高まるが、それとともに、熱伝導部１２の粘度も高まってしまう。そのため、熱伝導性と粘度とのバランスを考慮して熱伝導性フィラー１２２の含有量を調整するのが良い。また、熱伝導部１２は、複数の固定部材１３、１４、１５と接触して設けられているため、導電性を有する熱伝導性フィラー１２２を用いる場合には、例えば、複数の固定部材１４間で短絡が起こらないように、熱伝導性フィラー１２２の含有量を調節するのが良い。
以上、物理量センサー１の構成について説明した。

このような物理量センサー１は、ダイアフラム５４の受圧面５４１が受ける圧力に応じてダイアフラム５４が撓み変形し、これにより、ピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４が歪み、その撓み量に応じてピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４の抵抗値が変化する。それに伴って、ブリッジ回路６０の出力が変化する。ここで、ピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４は、自身の撓みのほかにも、自身の温度（環境温度）によっても抵抗値が変化する性質を有している。そのため、ブリッジ回路６０の出力の変化は、ピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４の撓みとピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４の温度とに起因したものとなる。そこで、半導体回路４３は、温度センサー４４によって検知された圧力センサーチップ３の温度に基づいて、ブリッジ回路６０から得られる信号を補正し、補正後の信号に基づいて、受圧面５４１で受けた圧力の大きさを求め、その情報を外部へ出力する。

＜第２実施形態＞
次に物理量センサーの第２実施形態について説明する。

図７は、物理量センサーの第２実施形態の断面図である。図８は、図７に示す物理量センサーが有する可撓性基板の平面図である。図９は、図７に示す物理量センサーが有する回路素子および物理量センサー素子を示す断面図である。

以下、物理量センサーの第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第２実施形態は、圧力センサーチップ３、ＩＣチップ４および配線２４の接続状態が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。

図７および図８に示すように、本実施形態の物理量センサー１では、配線２４は、４つの配線部２４１を有している。すなわち、前述した第１実施形態と比較して、配線２４は、配線部２４５が省略された構成となっている。また、各配線部２４１の基端部は、帯体２３２まで延長されている。

このような物理量センサー１では、図９に示すように、ＩＣチップ４が、固定部材１４によって配線部２４１に接合され、この固定部材１４を介して実装端子４２４ｂが配線部２４１に電気的に接続されている。一方、圧力センサーチップ３は、固定部材１３によってＩＣチップ４に接合され、この固定部材１３を介して接続端子７４ｂ’が接続端子４２４ａに電気的に接続されている。これにより、固定部材１３を介して圧力センサーチップ３とＩＣチップ４とが電気的に接続される。また、フライングリード２７に吊り下がるようにＩＣチップ４が固定され、ＩＣチップ４上に圧力センサーチップ３が載置されたような状態となっている。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に物理量センサーの第３実施形態について説明する。

図１０は、物理量センサーの第２実施形態を示す断面図である。図１１は、図１０に示す物理量センサーが有する回路素子および物理量センサー素子を示す断面図である。

以下、物理量センサーの第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第３実施形態は、圧力センサー素子の向きが異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。

図１０および図１１に示すように、本実施形態の物理量センサー１では、圧力センサーチップ３が、ダイアフラム５４の受圧面５４１を下側（すなわちＩＣチップ４側）に向けて配置されており、受圧面５４１とＩＣチップ４とが対向配置されている。そして、ダイアフラム５４とＩＣチップ４との間に熱伝導部１２が設けられている。圧力センサーチップ３をこのように配置することで、受圧面５４１をＩＣチップ４に接近させることができ、さらには、受圧面５４１を熱伝導部１２に接触させることができる。そのため、温度センサー４４によって、ダイアフラム５４の温度を検知することができる。ダイアフラム５４にピエゾ抵抗素子６１〜６４が設けられているため、ダイアフラム５４の温度を検知することで、ピエゾ抵抗素子６１〜６４の温度をより正確に検知することができる。

なお、本実施形態では、圧力センサーチップ３の接続端子７４ｂ’が上側を向いてしまう関係で、接続端子７４ｂ’とＩＣチップ４の接続端子４２４ａとの電気的な接続をボンディングワイヤー１６を介して行っている。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
次に物理量センサーの第４実施形態について説明する。

図１２は、物理量センサーの第４実施形態を示す断面図である。図１３は、図１２に示す物理量センサーが有する回路素子および物理量センサー素子を示す断面図である。

以下、物理量センサーの第４実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第４実施形態は、圧力センサー素子、ＩＣチップおよびフライングフレームの接合状態が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。

図１２および図１３に示すように、本実施形態の物理量センサー１では、ＩＣチップ４から実装端子４２４ｂが省略されており、その替りに、圧力センサーチップ３に実装端子７４ｂ”が形成されている。そして、実装端子７４ｂ”が固定部材１４を介してフライングリード２７と電気的に接続されている。なお、実装端子７４ｂ”は、配線層７４ｂの一部で形成されている。

このような物理量センサー１では、圧力センサーチップ３は、固定部材１３によってＩＣチップ４と接合され、この固定部材１３を介して接続端子７４ｂ’がＩＣチップ４の接続端子４２４ａに電気的に接続されている。また、圧力センサーチップ３は、固定部材１４によって配線部２４１（フライングリード２７）に接合され、この固定部材１４を介して実装端子７４ｂ”が配線部２４１に電気的に接続されている。また、フライングリード２７上に載置されるように圧力センサーチップ３が配置され、圧力センサーチップ３に吊り下がるようにしてＩＣチップ４が固定された状態となっている。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
次に物理量センサーの第５実施形態について説明する。
図１４は、物理量センサーの第５実施形態を示す断面図である。

以下、物理量センサーの第５実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第５実施形態は、ＩＣチップがパッケージの底部に固定されている以外は、前述した第１実施形態と同様である。

図１４に示すように、本実施形態の物理量センサー１では、ＩＣチップ４が接着剤１７によってパッケージ２の底部に固定されている。これにより、前述した第１実施形態と比較して、ＩＣチップ４および圧力センサーチップ３がパッケージ２に強固に固定され、その結果、物理量センサー１の機械的強度が向上する。

このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

２．高度計
次に、物理量センサー（本発明の物理量センサーチップ）を備える高度計の一例について説明する。図１５は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。

図１５に示すように、高度計２００は、腕時計のように、手首に装着することができる。また、高度計２００の内部には、物理量センサー１が搭載されており、表示部２０１に現在地の海抜からの高度、または、現在地の気圧等を表示することができる。

なお、この表示部２０１には、現在時刻、使用者の心拍数、天候等、様々な情報を表示することができる。

３．電子機器
次に、物理量センサー（本発明の物理量センサーチップ）を備える電子機器を適用したナビゲーションシステムについて説明する。図１６は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。

図１６に示すように、ナビゲーションシステム３００には、図示しない地図情報と、ＧＰＳ（全地球測位システム：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサーと車速データとによる自立航法手段と、物理量センサー１と、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部３０１とを備えている。

このナビゲーションシステムによれば、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。高度情報を得ることにより、例えば、一般道路と位置情報上は略同一の位置を示す高架道路を走行する場合、高度情報を持たない場合には、一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかナビゲーションシステムでは判断できず、優先情報として一般道路の情報を使用者に提供してしまっていた。そこで、本実施形態に係るナビゲーションシステム３００では、高度情報を物理量センサー１によって取得することができ、一般道路から高架道路へ進入することによる高度変化を検出し、高架道路の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。

なお、表示部３０１は、例えば液晶パネルディスプレイや、有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）ディスプレイなど、小型かつ薄型化が可能な構成となっている。

なお、本発明の物理量センサーを備える電子機器は、上記のものに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。

４．移動体
次いで、物理量センサー（本発明の物理量センサーチップ）を備える移動体について説明する。図１７は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。

図１７に示すように、移動体４００は、車体４０１と、４つの車輪４０２とを有しており、車体４０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪４０２を回転させるように構成されている。このような移動体４００には、ナビゲーションシステム３００（物理量センサー１）が内蔵されている。

以上、本発明の物理量センサー、高度計、電子機器および移動体を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、前述した実施形態では、圧力センサー素子が有する圧力センサーとしてピエゾ抵抗素子を用いたものについて説明したが、圧力センサーとしては、これに限定されず、例えば、フラップ型の振動子を用いた構成や、櫛歯電極等の他のＭＥＭＳ振動子や、水晶振動子等の振動素子を用いることもできる。

また、前述した実施形態では、圧力センサー素子とＩＣチップとが圧力センサーを上側にして重なっている構成について説明したが、反対に、ＩＣチップを上側にして重なっていてもよい。また、圧力センサー素子とＩＣチップとが横方向に並んで配置されていてもよい。

１……物理量センサー
１１……充填材
１２……熱伝導部
１２１……樹脂
１２２……熱伝導性フィラー
１３、１４、１５……固定部材
１６……ボンディングワイヤー
１７……接着剤
２……パッケージ
２１……ベース
２２……ハウジング
２３……基材
２３１……枠体
２３２……帯体
２３３……開口部
２４……配線
２４１……配線部
２４５……配線部
２５……可撓性配線基板
２６……接着剤層
２７……フライングリード
２８……内部空間
３……圧力センサーチップ
４……ＩＣチップ
４１……基板
４１１……半導体基板
４１２……シリコン酸化膜
４２……多層配線層
４２１……層間絶縁膜
４２２……配線層
４２３……層間絶縁膜
４２４……配線層
４２４ａ……接続端子
４２４ｂ……実装端子
４２５……表面保護膜
４３……半導体回路
４３１……ＭＯＳトランジスタ
４４……温度センサー
４４１……ピエゾ抵抗素子
５……基板
５１……半導体基板
５１１……第１のＳｉ層
５１２……ＳｉＯ_２層
５１３……第２のＳｉ層
５２……第１絶縁膜
５３……第２絶縁膜
５４……ダイアフラム
５４１……受圧面
５５……凹部
６……圧力センサー
６０……ブリッジ回路
６１、６２、６３、６４……ピエゾ抵抗素子
６１１、６２１、６３１、６４１……ピエゾ抵抗部
６１３、６２３、６３３、６４３……配線
６３２、６４２……接続部
７……素子周囲構造体
７１、７３……層間絶縁膜
７２、７２ａ、７２ｂ、７４、７４ａ、７４ｂ……配線層
７４ｂ”……実装端子
７４ｂ’……接続端子
７４１……被覆層
７４２……細孔
７５……表面保護膜
７６……封止層
８……空洞部
９……半導体回路
９１……ＭＯＳトランジスタ
２００……高度計
２０１……表示部
３００……ナビゲーションシステム
３０１……表示部
４００……移動体
４０１……車体
４０２……車輪

Claims (12)

1. 物理量を検出する物理量センサー素子と、
   温度を検知する温度センサー素子と、
   前記物理量センサー素子および前記温度センサー素子を囲んでいる液状またはゲル状の充填材と、
   前記物理量センサー素子および前記温度センサー素子の間に設けられ、前記充填材よりも熱伝導率の高い熱伝導部と、
   を有していることを特徴とする物理量センサー。
2. 前記熱伝導部は、樹脂を主材料として構成されている請求項１に記載の物理量センサー。
3. 前記熱伝導部は、熱伝導性フィラーを有している請求項２に記載の物理量センサー。
4. 前記充填材の粘度は、前記熱伝導部の粘度よりも低い請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理量センサー。
5. 前記物理量センサー素子および前記温度センサー素子は、平面視で重なるように配置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量センサー。
6. 前記物理量センサー素子は、撓み変形可能なダイアフラムを有し、前記ダイアフラムの受圧面を前記温度センサー素子側に向けて配置されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量センサー。
7. 前記物理量センサー素子は、撓み変形可能なダイアフラムを有し、前記ダイアフラムの受圧面を前記温度センサー素子と反対側に向けて配置されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量センサー。
8. 開口を備え、前記充填材に囲まれている前記物理量センサー素子および前記温度センサー素子を収容しているパッケージを有している請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサー。
9. 物理量センサー素子は、圧力を検出する圧力センサー素子である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の物理量センサー。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする高度計。
11. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする電子機器。
12. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする移動体。

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