JP2016133398A - Pressure sensor, method of manufacturing pressure sensor, altimeter, electronic apparatus and moving body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体に関するものである。 The present invention relates to a pressure sensor, a pressure sensor manufacturing method, an altimeter, an electronic device, and a moving object.
従来から、圧力センサーとして、圧力を検出してその検出値に応じた電気信号を発生するセンサーチップと、センサーチップを収納するパッケージと、パッケージ内でセンサーチップを囲み、センサーチップに圧力を伝搬する不活性液体と、を備えた構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような圧力センサーでは、センサーチップが受圧によって撓むダイアフラムとダイアフラム上に設けられた圧力基準室とを備えており、パッケージ外の圧力は、不活性液体を介してダイアフラムに作用する。そして、ダイアフラムに圧力が加わることに起因するダイアフラムの撓み量から圧力センサーに加わった圧力が検出される。 Conventionally, as a pressure sensor, a sensor chip that detects pressure and generates an electrical signal corresponding to the detected value, a package that houses the sensor chip, and surrounds the sensor chip in the package and propagates the pressure to the sensor chip The structure provided with the inert liquid is known (for example, refer patent document 1). Such a pressure sensor includes a diaphragm in which a sensor chip bends by receiving pressure and a pressure reference chamber provided on the diaphragm, and pressure outside the package acts on the diaphragm via an inert liquid. Then, the pressure applied to the pressure sensor is detected from the amount of deflection of the diaphragm caused by the pressure applied to the diaphragm.
しかしながら、このような構成の圧力センサーでは、例えば、不活性液体をパッケージ内に充填する際に気泡が発生し易く、この気泡がダイアフラムの受圧面に接触してしまうと、圧力の検知精度が低下してしまう。 However, in the pressure sensor having such a configuration, for example, bubbles are easily generated when an inert liquid is filled in the package, and if the bubbles come into contact with the pressure receiving surface of the diaphragm, the pressure detection accuracy decreases. Resulting in.
本発明の目的は、ダイアフラムの受圧面に気泡が接触し難く、圧力検知精度の低下を低減することのできる圧力センサー、この圧力センサーの製造方法、この圧力センサーを備える高度計、電子機器および移動体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a pressure sensor that makes it difficult for bubbles to come into contact with the pressure receiving surface of a diaphragm and can reduce a decrease in pressure detection accuracy, a method for manufacturing the pressure sensor, an altimeter equipped with the pressure sensor, an electronic device, and a moving body Is to provide.
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。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples.
[適用例1]
本適用例の圧力センサーは、受圧面を有する圧力センサー素子と、
前記圧力センサー素子の周囲に配置されている硬化性樹脂と、を備え、
前記硬化性樹脂は、少なくとも前記受圧面に配置されている第1の部分と、前記第1の部分とは別の第2の部分とを有し、
前記第1の部分の硬化率が、前記第2の部分の硬化率よりも高いことを特徴とする。
これにより、受圧面に気泡が接触し難く、圧力検知精度の低下を低減することのできる圧力センサーが得られる。
[Application Example 1]
The pressure sensor of this application example includes a pressure sensor element having a pressure receiving surface,
A curable resin disposed around the pressure sensor element,
The curable resin has at least a first part disposed on the pressure-receiving surface and a second part different from the first part,
The curing rate of the first part is higher than the curing rate of the second part.
As a result, a pressure sensor can be obtained in which bubbles are unlikely to come into contact with the pressure receiving surface, and a reduction in pressure detection accuracy can be reduced.
[適用例2]
本適用例の圧力センサーでは、前記第1の部分および前記第2の部分は、それぞれ、同種の樹脂材料を含んでいることが好ましい。
これにより、第1の部分および第2の部分の硬化率(硬さ)の調節が容易となる。
[Application Example 2]
In the pressure sensor of this application example, it is preferable that the first part and the second part each contain the same kind of resin material.
Thereby, adjustment of the hardening rate (hardness) of the 1st part and the 2nd part becomes easy.
[適用例3]
本適用例の圧力センサーでは、前記圧力センサー素子は、底面が前記受圧面である凹部を有し、
前記第1の部分は、前記凹部内で前記底面と繋がっている内側面に接続して配置されていることが好ましい。
これにより、受圧面に気泡がより接触し難くなる。
[Application Example 3]
In the pressure sensor of this application example, the pressure sensor element has a recess whose bottom surface is the pressure receiving surface,
It is preferable that the first portion is disposed so as to be connected to an inner surface connected to the bottom surface in the recess.
This makes it more difficult for bubbles to contact the pressure receiving surface.
[適用例4]
本適用例の圧力センサーでは、前記硬化性樹脂は、熱により硬化することが好ましい。
これにより、硬化性樹脂の硬化を簡単に行うことができる。
[Application Example 4]
In the pressure sensor of this application example, the curable resin is preferably cured by heat.
Thereby, hardening of curable resin can be performed easily.
[適用例5]
本適用例の圧力センサーでは、前記硬化性樹脂は、光により硬化することが好ましい。
これにより、硬化性樹脂の硬化を簡単に行うことができる。
[Application Example 5]
In the pressure sensor of this application example, the curable resin is preferably cured by light.
Thereby, hardening of curable resin can be performed easily.
[適用例6]
本適用例の圧力センサーでは、前記圧力センサー素子と前記硬化性樹脂とを収容するパッケージを有していること好ましい。
これにより、圧力センサー素子を保護することができるとともに、硬化性樹脂をパッケージ内に溜めることができる。
[Application Example 6]
The pressure sensor according to this application example preferably includes a package that accommodates the pressure sensor element and the curable resin.
Thereby, while being able to protect a pressure sensor element, curable resin can be collected in a package.
[適用例7]
本適用例の圧力センサーでは、前記パッケージは、開口を有し、
前記圧力センサー素子は、前記受圧面が前記開口とは異なる方向を向いて配置されていることが好ましい。
これにより、受圧面を保護することができる。
[Application Example 7]
In the pressure sensor of this application example, the package has an opening,
The pressure sensor element is preferably arranged such that the pressure-receiving surface faces a direction different from the opening.
Thereby, a pressure receiving surface can be protected.
[適用例8]
本適用例の圧力センサーでは、前記第1の部分は、脱泡処理が行われていることが好ましい。
これにより、受圧面に気泡がより接触し難くなる。
[Application Example 8]
In the pressure sensor of this application example, it is preferable that the first portion is subjected to a defoaming process.
This makes it more difficult for bubbles to contact the pressure receiving surface.
[適用例9]
本適用例の圧力センサーの製造方法は、受圧面を有する圧力センサー素子、パッケージ、第1の硬化性樹脂、および前記第1の硬化性樹脂と同じ成分を含む第2の硬化性樹脂を用意する工程と、
前記受圧面に前記第1の硬化性樹脂を配置する工程と、
前記第1の硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記パッケージ内に前記圧力センサー素子を配置する工程と、
前記パッケージ内に前記圧力センサー素子および前記第1の硬化性樹脂を囲むように前記第2の硬化性樹脂を配置する工程と、
前記パッケージに配置されている前記第1の硬化性樹脂および前記第2の硬化性樹脂を硬化させる工程と、
を含んでいることを特徴とする。
これにより、受圧面に気泡が接触し難く、圧力検知精度の低下を低減することのできる圧力センサーが得られる。
[Application Example 9]
The pressure sensor manufacturing method of this application example prepares a pressure sensor element having a pressure receiving surface, a package, a first curable resin, and a second curable resin containing the same components as the first curable resin. Process,
Disposing the first curable resin on the pressure-receiving surface;
Curing the first curable resin;
Disposing the pressure sensor element in the package;
Disposing the second curable resin so as to surround the pressure sensor element and the first curable resin in the package;
Curing the first curable resin and the second curable resin disposed in the package;
It is characterized by including.
As a result, a pressure sensor can be obtained in which bubbles are unlikely to come into contact with the pressure receiving surface, and a reduction in pressure detection accuracy can be reduced.
[適用例10]
本適用例の圧力センサーの製造方法では、前記第1の硬化性樹脂を硬化させる工程よりも前に、
前記受圧面に配置されている前記第1の硬化性樹脂を脱泡する工程を含んでいることが好ましい。
これにより、第1の硬化性樹脂中の気泡を除去することができるため、受圧面と気泡の接触をより効果的に低減することができる。
[Application Example 10]
In the manufacturing method of the pressure sensor of this application example, before the step of curing the first curable resin,
It is preferable that a step of defoaming the first curable resin disposed on the pressure receiving surface is included.
Thereby, since the bubbles in the first curable resin can be removed, the contact between the pressure receiving surface and the bubbles can be more effectively reduced.
[適用例11]
本適用例の高度計は、上記適用例の圧力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。
[Application Example 11]
An altimeter according to this application example includes the pressure sensor according to the application example.
Thereby, a highly reliable altimeter can be obtained.
[適用例12]
本適用例の電子機器は、上記適用例の圧力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。
[Application Example 12]
An electronic apparatus according to this application example includes the pressure sensor according to the application example described above.
As a result, a highly reliable electronic device can be obtained.
[適用例13]
本適用例の移動体は、上記適用例の圧力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。
[Application Example 13]
The moving body of this application example includes the pressure sensor of the above application example.
Thereby, a mobile body with high reliability is obtained.
以下、本発明の圧力センサー、圧力センサーの製造方法、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。 Hereinafter, a pressure sensor, a pressure sensor manufacturing method, an altimeter, an electronic device, and a moving body according to the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
<First Embodiment>
First, the pressure sensor according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧力センサーの断面図である。図2は、図1に示す圧力センサーが有する可撓性配線基板の平面図である。図3は、図1に示す圧力センサーが有する圧力センサー素子の断面図である。図4は、図3に示す圧力センサー素子が有する圧力センサー部を示す平面図である。図5は、図4に示す圧力センサー部を含むブリッジ回路を示す図である。図6および図7は、それぞれ、図1に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、図3中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of a flexible wiring board included in the pressure sensor shown in FIG. FIG. 3 is a sectional view of a pressure sensor element included in the pressure sensor shown in FIG. 4 is a plan view showing a pressure sensor unit included in the pressure sensor element shown in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a bridge circuit including the pressure sensor unit illustrated in FIG. 4. 6 and 7 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the pressure sensor shown in FIG. In the following description, the upper side in FIG. 3 is also referred to as “upper” and the lower side is also referred to as “lower”.
図1に示す圧力センサー1は、圧力センサー素子3と、圧力センサー素子3と電気的に接続されているICチップ4と、圧力センサー素子3およびICチップ4を共に収納するパッケージ2と、パッケージ2内で圧力センサー素子3およびICチップ4を囲む充填材9と、を有する。以下、これら各部について順に説明する。
A
≪パッケージ≫
パッケージ2は、圧力センサー素子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。このようなパッケージ2によって圧力センサー素子3が保護されると共に、充填材9を圧力センサー素子3の周囲に配置し易くなる。
≪Package≫
The package 2 has a function of accommodating and fixing the
図1に示すように、パッケージ2は、ベース21と、ハウジング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。
As shown in FIG. 1, the package 2 includes a
ベース21は、パッケージ2の底面を構成し、箱状(升状)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。
The
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の部位とを有している。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、特に限定されない。
The
可撓性配線基板25は、ベース21とハウジング22との間に位置し、圧力センサー素子3およびICチップ4をパッケージ2内で支持するとともに、圧力センサー素子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。このような可撓性配線基板25は、可撓性を有する基材23と、基材23の上面側に形成された配線24とで構成される。
The
また、図2に示すように、基材23は、略四角形の枠状をなし中心部に開口部233を有する枠部231と、枠部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、を有している。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。
In addition, as shown in FIG. 2, the
配線24は、導電性を有し、図2に示すように、枠部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、圧力センサー素子3を支持すると共に、圧力センサー素子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。そして、4つの配線部245がそれぞれ帯体232を介してパッケージ2の外部に引き出されている。
The
4つの配線部241は、それぞれ、圧力センサー素子3側の端部がフライングリード241aとなっており、同様に、ICチップ4側の端部もフライングリード241bとなっている。また、4つのフライングリード241aは、その先端側が開口部233内に突出するように設けられており、先端部において、導電性の固定部材14を介して圧力センサー素子3と電気的に接続されている。また、このフライングリード241aによって、圧力センサー素子3が枠部231から離間して支持されている。同様に、4つのフライングリード241bは、その先端側が開口部233内に突出するように設けられており、先端部において、導電性の固定部材15を介してICチップ4と電気的に接続されている。以上のような構成とすることで、4つの配線部241を介して圧力センサー素子3とICチップ4とが電気的に接続され、これらの間の通信が可能となっている。なお、固定部材14、15としては、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。
Each of the four
一方、4つの配線部245は、それぞれ、基端側が帯体232に設けられ、先端側が枠部231に設けられている。また、4つの配線部245の先端部は、フライングリード245aとなっている。4つのフライングリード245aは、それぞれ、その先端側が開口部233内に突出するように設けられており、先端部において、導電性の固定部材15を介して、ICチップ4と電気的に接続されている。また、このフライングリード245aおよび前述したフライングリード241bによって、ICチップ4が枠部231から離間して支持されている。
On the other hand, each of the four
このような構成のパッケージ2によれば、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、圧力センサー素子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。
According to the package 2 having such a configuration, for example, an electronic device described later or a mother board of a moving body is electrically connected to the end portion of the
なお、配線24が有する配線部の数は、特に限定されず、圧力センサー素子3に設けられている後述する接続端子743の数や、ICチップ4に設けられている後述する接続端子42の数に合わせて適宜設定すればよい。また、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。
The number of wiring portions included in the
≪圧力センサー素子≫
図3に示すように、圧力センサー素子3は、基板5と、圧力センサー部6と、素子周囲構造体7と、空洞部8と、図示しない半導体回路と、を有している。以下、これら各部について順に説明する。
≪Pressure sensor element≫
As shown in FIG. 3, the
基板5は、板状をなし、SOI基板(第1のSi層511、SiO2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(SiO2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。
The substrate 5 has a plate shape and is formed on a
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。
Further, the
このような半導体基板51上およびその上方には図示しない半導体回路(回路)が作り込まれている。この半導体回路には、必要に応じて形成されたMOSトランジスタ等の能動素子、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。
A semiconductor circuit (circuit) (not shown) is formed on and above the
圧力センサー部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61、62、63、64を有している。また、ピエゾ抵抗素子61〜64は、配線等を介して、互いに電気的に接続され、図5に示すブリッジ回路60(ホイートストンブリッジ回路)を構成して半導体回路と接続されている。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、ダイアフラム54の撓みに基づくピエゾ抵抗素子61、62、63、64の抵抗値変化に応じた信号(電圧)を出力する。なお、ピエゾ抵抗素子61、62、63、64は、それぞれ、例えば、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、これらピエゾ抵抗素子61〜64を接続する配線は、例えば、第1のSi層511に、ピエゾ抵抗素子61〜64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。
As shown in FIG. 4, the
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。また、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。また、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と、半導体回路の配線を構成する配線層と、を含んでいる。半導体回路は、配線層72、74によって圧力センサー素子3の上面に引き出され、配線層74の一部が接続端子743となっている。そして、この接続端子743が、固定部材14を介してフライングリード241aと電気的に接続されている(図2参照)。
The
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(SiO2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としては、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。
The
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、圧力センサー素子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。このような空洞部8は、ダイアフラム54の受圧面541とは反対側に位置し、また、ダイアフラム54と重なるように配置されている。また、空洞部8は、真空状態(例えば10Pa以下)となっている。これにより、圧力センサー素子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。
A
以上のような構成の圧力センサー素子3は、図1に示すように、ダイアフラム54の受圧面541をパッケージ2の底部側に向けた姿勢でパッケージ2内に収容されている。このような配置とすることで、例えば、パッケージ2の開口を介して侵入してきた異物から受圧面541を保護することができる。また、第1の部分91が凹部55からはみ出して湾曲凸形状の表面911を有しているため、パッケージ2内に第2の硬化性樹脂92Aを充填する際において、圧力センサー素子3の下面に気泡が残り難くなる(気泡が表面911に導かれて自然に除去される)。そのため、充填材9中の気泡をより抑えることができる。
As shown in FIG. 1, the
≪ICチップ≫
ICチップ4には、例えば、ブリッジ回路60に電圧を供給するための駆動回路や、ブリッジ回路60からの出力を温度補償するための温度補償回路や、温度補償回路からの出力から加わった圧力を求める圧力検出回路や、圧力検出回路からの出力を所定の出力形式(CMOS、LV−PECL、LVDS等)に変換して出力する出力回路等が含まれている。このようなICチップ4は、前記回路に接続されている接続端子42を有し、この接続端子42が、固定部材15を介してフライングリード245aと電気的に接続されている(図2参照)。なお、駆動回路、温度補償回路、圧力検出回路、出力回路等の配置は特に限定されず、例えば、これらのうちの一部(例えば、駆動回路)が圧力センサー素子3内の半導体回路に形成されていてもよい。
≪IC chip≫
For example, a drive circuit for supplying a voltage to the bridge circuit 60, a temperature compensation circuit for temperature compensation of the output from the bridge circuit 60, and a pressure applied from the output from the temperature compensation circuit are applied to the
≪充填材≫
図1に示すように、充填材9は、パッケージ2の内部空間28内に充填され、内部空間28内に収納された圧力センサー素子3およびICチップ4を囲っている。この充填材9により、圧力センサー素子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、圧力センサー1に作用した外部応力(圧力以外の応力)を低減することができる。なお、圧力センサー1に加わった圧力は、パッケージ2の開口および充填材9を介して、圧力センサー素子3の受圧面541に作用する。
≪Filler≫
As shown in FIG. 1, the
このような充填材9は、硬化性樹脂を主成分としている。前記硬化性樹脂としては、特に、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂(特に、紫外線硬化性)であることが好ましい。これにより、硬化性樹脂の硬化をより簡単に行うことができる。
Such a
また、このような充填材9としては、硬化性を有し、圧力センサー素子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いる。このような充填材9の具体的な例としては、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。なお、充填材9には、例えば、熱伝導性を高める目的や粘度を調整する目的等で各種フィラーが混合されていてもよい。
Moreover, as such a
また、充填材9は、硬化率(樹脂硬化度)の異なる2つの部分(領域)を有している。具体的には、充填材9は、圧力センサー素子3の受圧面541と、凹部55内で受圧面541の周囲と繋がっている内側面とに接触し、凹部55を埋めるように配置されている第1の部分91と、第1の部分91の周囲に位置し、第1の部分91および圧力センサー素子3を囲む第2の部分92と、を有している。そして、第1の部分91の硬化率の方が第2の部分92の硬化率よりも高くなっている。すなわち、第1の部分91の方が第2の部分92よりも硬く(針入度が低く)なっている。なお、第1の部分91および第2の部分92は、互いに同種の樹脂材料を主成分としており、実質的に硬化率(硬さ)だけが異なっている。
The
このような構成とすることで、受圧面541に気泡が接触し難くなり、圧力検出精度の変動や低下を低減することができる。そのため、優れた圧力検出精度を発揮することのできる圧力センサー1となる。具体的には、充填材9を内部空間28に充填する際に充填材9内に気泡が発生する場合があり、この気泡が充填材9内を移動して受圧面541に接触してしまうと、気泡がクッションのように作用して、その部分において圧力が適切に受圧面541に伝達されなくなる。そのため、受圧面541に気泡が接触してしまうと、圧力検出精度の変動や低下が発生する。
By adopting such a configuration, it is difficult for bubbles to come into contact with the
これに対して、本実施形態の圧力センサー1では、受圧面541を覆っている第1の部分91の硬化率が第2の部分92の硬化率よりも高いため、例えば、第2の部分92から第1の部分91への気泡の侵入や、第1の部分91内での気泡の移動が効果的に抑制されている。そのため、受圧面541に気泡が接触し難くなり、圧力検出精度の変動や低下を低減することができる。
On the other hand, in the
第1の部分91および第2の部分92の硬化率としては、第1の部分91の硬化率が第2の部分92の硬化率よりも高ければ、特に限定されず、材料によっても異なるが、例えば、第1の部分91の硬化率は、40%以上、90%以下の範囲内であることが好ましく、50%以上、80%以下の範囲内であることがより好ましい。また、第2の部分92の硬化率は、10%以上、60%以下の範囲内であることが好ましく、20%以上、40%以下の範囲内であることがより好ましい。第1の部分91および第2の部分92の硬化率をこのような範囲とすることで、第2の部分92をパッケージ2の開口から流出しない程度の粘度にすることができると共に、第1の部分91をその内部を気泡が移動しない程度の粘度とすることができる。
The curing rate of the
また、第1の部分91および第2の部分92の粘度としては、第1の部分91の粘度が第2の部分92の粘度よりも高ければ、特に限定されないが、例えば、第1の部分91の針入度が50以上、200以下の範囲内であることが好ましく、150以上、200以下の範囲内であることがより好ましい。また、第2の部分92の針入度が100以上、250以下の範囲内であることが好ましく、200以上、250以下の範囲内であることがより好ましい。これにより、充填材9を十分に柔らかくすることができ、圧力センサー1に加わった圧力が受圧面541に効率的に作用すると共に、第1の部分91についてはその内部での気泡の移動を効果的に抑えることができる。なお、硬化率の測定は、FT−IRを用いた測定や蛍光測定などにより行うことができる。また、針入度は、JIS K 2207に規定の試験方法に準拠した方法で測定することができる。
Further, the viscosity of the
特に、本実施形態では、第1の部分91と第2の部分92が同種の材料(同じ樹脂材料)で構成されているため、充填材9の構成がより簡単なものとなると共に、第1の部分91および第2の部分92の硬化率の調整がより容易となる。また、本実施形態では、第1の部分91が凹部55の全域を埋めるように配置されているため、第2の部分92を十分に受圧面541から遠ざけることができる。そのため、受圧面541に気泡がより接触し難くなり、圧力検出精度の変動や低下をより低減することができる。また、本実施形態では、第1の部分91が凹部55の全域を埋めることができる最小限に留められているため(図3に示すように、基板5の下面の全域を覆っていないため、すなわち、下面の縁部を除く凹部55の周囲だけを覆っているため)、圧力が受圧面541へ伝達され難くなることが低減されている。
In particular, in the present embodiment, since the
また、第1の部分91は、脱泡処理が行われていることが好ましい。これにより、第1の部分91内の気泡を除去することができる。そのため、もともと第1の部分91内にある気泡が受圧面541に接触してしまうことを効果的に低減することができる。なお、脱泡処理としては、特に限定されないが、例えば、後述する製造方法でも説明するような真空引きを行う方法が挙げられる。
以上、圧力センサー1の構成について説明した。
Moreover, it is preferable that the
The configuration of the
次に、圧力センサー1の製造方法について説明する。
圧力センサー1の製造方法は、圧力センサー素子3、パッケージ2、第1の硬化性樹脂91Aおよび第2の硬化性樹脂92Aを用意する工程と、圧力センサー1の受圧面541に第1の硬化性樹脂91Aを配置する工程と、第1の硬化性樹脂91Aを硬化(半硬化)させる工程と、パッケージ2内に圧力センサー素子3を配置する工程と、パッケージ2内に圧力センサー素子3および第1の硬化性樹脂91Aを囲むように第2の硬化性樹脂92Aを配置する工程と、パッケージ2に配置されている第1の硬化性樹脂91Aおよび第2の硬化性樹脂92Aを硬化(半硬化)させる工程と、を含んでいる。
Next, a manufacturing method of the
The manufacturing method of the
以下、詳細に説明するが、説明の便宜上、第1の硬化性樹脂91Aおよび第2の硬化性樹脂92Aとしては、それぞれ、同じ熱硬化性樹脂を用いるものとし、製造に供する前の硬化率も互いに等しいものとする。
Hereinafter, for the sake of convenience of explanation, as the first
まず、図6(a)に示すように、圧力センサー素子3およびICチップ4を可撓性配線基板25に接続する。
First, as shown in FIG. 6A, the
次に、図6(b)に示すように、受圧面541(凹部55の開口)を鉛直方向上側に向けた状態で凹部55内に凹部55を埋め尽くす程度に第1の硬化性樹脂91Aを供給する。次に、受圧面541(凹部55の開口)を鉛直方向上側に向けた状態で圧力センサー素子3を真空チャンバー内に配置して、真空引きすることで、第1の硬化性樹脂91Aを脱泡する。これにより、第1の硬化性樹脂91A内から気泡が除去される。次に、第1の硬化性樹脂91Aに熱を加えて第1の硬化性樹脂91Aを半硬化させる。例えば、第1の硬化性樹脂91Aがシリコーンオイル(硬化率0%)の場合には、例えば、150°×30分の条件で半硬化させることが好ましい。また、このときの第1の硬化性樹脂91Aの硬化率としては、特に限定されないが、例えば、20%以上、40%以下程度とすることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 6 (b), the first
次に、図6(c)に示すように、可撓性配線基板25をベース21とハウジング22とで挟み込み、これらを接着材で互いに接合する。これにより、パッケージ2内に、圧力センサー素子3およびICチップ4が収容された状態となる。
Next, as shown in FIG. 6C, the
次に、図7(a)に示すように、パッケージ2の内部空間28内に第2の硬化性樹脂92Aを充填し、第2の硬化性樹脂92Aによって圧力センサー素子3およびICチップ4が囲まれた状態とする。
Next, as shown in FIG. 7A, the
次に、第1の硬化性樹脂91Aおよび第2の硬化性樹脂92Aに同条件で熱を加えて第1の硬化性樹脂91Aおよび第2の硬化性樹脂92Aを半硬化させる。第1の硬化性樹脂91Aおよび第2の硬化性樹脂92Aがシリコーンオイルである場合、例えば、150°×30分の条件で半硬化させる。このときの第1の硬化性樹脂91Aの硬化率としては特に限定されないが、例えば、40%以上、90%以下程度であり、第2の硬化性樹脂92Aの硬化率としては、例えば、10%以上、60%以下程度である。なお、第1の硬化性樹脂91Aと第2の硬化性樹脂92Aは、同種の樹脂材料であるため、硬化時間の長い(硬化を2度行っている)第1の硬化性樹脂91Aの方が、硬化時間の短い(硬化を1度しか行っていない)第2の硬化性樹脂92Aよりも硬化率が高くなる。これにより、第1の硬化性樹脂91Aからなる第1の部分91と、第2の硬化性樹脂92Aからなる第2の部分92と、を有する充填材9が得られる。
以上により、図7(b)に示すように、圧力センサー1が製造される。
Next, the first
As described above, as shown in FIG. 7B, the
このような製造方法によれば、比較的簡単な方法で、圧力センサー1を製造することができる。特に、第1の硬化性樹脂91Aを硬化させる前に、第1の硬化性樹脂91Aを脱泡する工程を含んでいるため、第1の部分91内の気泡が除去され、より圧力検出精度の高い圧力センサー1となる。なお、前述した製造方法において、第1の硬化性樹脂91Aと第2の硬化性樹脂92Aとを硬化させるのに先立って、第2の硬化性樹脂92Aの脱泡を行ってもよい。これにより、充填材9中の気泡を十分に減らすことができる。
According to such a manufacturing method, the
なお、本実施形態では、第1の硬化性樹脂91Aおよび第2の硬化性樹脂92Aとして熱硬化性樹脂を用いているが、第1の硬化性樹脂91Aおよび第2の硬化性樹脂92Aとしては、光硬化性樹脂を用いてもよい。この場合には、熱に替えて光(例えば、紫外線)を照射することで硬化させることができる。
In the present embodiment, thermosetting resins are used as the first
上述した実施形態では、硬化性樹脂の硬化率が100%未満(例えば半硬化)であっても「硬化する」と記述した。 In the above-described embodiment, it is described that “curing” is performed even when the curing rate of the curable resin is less than 100% (for example, semi-cured).
<第2実施形態>
図8は、本発明の第2実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
Second Embodiment
FIG. 8 is a sectional view of a pressure sensor according to the second embodiment of the present invention.
以下、圧力センサーの第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。 Hereinafter, the second embodiment of the pressure sensor will be described. However, the difference from the above-described embodiment will be mainly described, and the description of the same matters will be omitted.
第2実施形態は、パッケージ内での圧力センサー素子の向きが異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。 The second embodiment is the same as the first embodiment described above except that the direction of the pressure sensor element in the package is different.
図8に示すように、本実施形態の圧力センサー1では、圧力センサー素子3は、ダイアフラム54の受圧面541をパッケージ2の開口側に向けた姿勢でパッケージ2内に収容されている。このような配置とすることで、受圧面541をパッケージ2の開口に近づけることができるので、圧力センサー1に加わった圧力は、より効率的に受圧面541に作用する。
As shown in FIG. 8, in the
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。 Also according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
<第3実施形態>
図9は、本発明の第3実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to a third embodiment of the present invention.
以下、圧力センサーの第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。 Hereinafter, the third embodiment of the pressure sensor will be described, but the difference from the above-described embodiment will be mainly described, and the description of the same matters will be omitted.
第3実施形態は、パッケージ内での圧力センサー素子およびICチップの配置が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。 The third embodiment is the same as the first embodiment described above except that the arrangement of the pressure sensor element and the IC chip in the package is different.
図9に示すように、本実施形態の圧力センサー1では、圧力センサー素子3とICチップ4とが厚さ方向に重なって配置されている。これにより、圧力センサー1の平面的な広がりを抑えることができ、圧力センサー1の小型化を図ることができる。なお、本実施形態では、圧力センサー素子3をICチップ4の上側に配置しているが、反対に、圧力センサー素子3をICチップ4の下側に配置してもよい。
As shown in FIG. 9, in the
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。 Also according to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
[高度計]
次に、本発明の圧力センサーを備える高度計の一例について説明する。
[Altimeter]
Next, an example of an altimeter provided with the pressure sensor of the present invention will be described.
図10は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
図10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、圧力センサー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。
FIG. 10 is a perspective view showing an example of the altimeter of the present invention.
As shown in FIG. 10, the
[電子機器]
次に、本発明の圧力センサー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。
[Electronics]
Next, a navigation system to which an electronic device including the pressure sensor of the present invention is applied will be described.
図11は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
図11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、圧力センサー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。
FIG. 11 is a front view showing an example of an electronic apparatus of the present invention.
As shown in FIG. 11, the
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、高度情報を圧力センサー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。
According to this navigation system, altitude information can be acquired in addition to the acquired position information. By obtaining altitude information, for example, when traveling on an elevated road that shows approximately the same position as a general road, if you do not have altitude information, you are traveling on an ordinary road or on an elevated road The navigation system was unable to determine whether or not the vehicle was being used, and the general road information was provided to the user as priority information. Therefore, in the
なお、本発明の圧力センサーを備える電子機器としては、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。 The electronic device provided with the pressure sensor of the present invention is not limited to the above-described ones. For example, a personal computer, a mobile phone, a medical device (for example, an electronic thermometer, a blood pressure meter, a blood glucose meter, an electrocardiogram measuring device, an ultrasonic diagnosis) The present invention can be applied to apparatuses, electronic endoscopes), various measuring instruments, instruments (for example, vehicles, aircraft, and ship instruments), flight simulators, and the like.
[移動体]
次いで、本発明の圧力センサーを備える移動体について説明する。
[Moving object]
Next, a moving body including the pressure sensor of the present invention will be described.
図12は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
図12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(圧力センサー1)が内蔵されている。
FIG. 12 is a perspective view showing an example of the moving body of the present invention.
As shown in FIG. 12, the moving
以上、本発明の圧力センサー、圧力センサーの製造方法、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。 As described above, the pressure sensor, the pressure sensor manufacturing method, the altimeter, the electronic device, and the moving body of the present invention have been described based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited thereto, and the configuration of each part is as follows. It can be replaced with any configuration having a similar function. Moreover, other arbitrary structures and processes may be added. Moreover, you may combine each embodiment suitably.
また、前述した実施形態では、圧力センサーが有する圧力センサー部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、圧力センサー部としては、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。 Further, in the above-described embodiment, the pressure sensor unit using the piezoresistive element is described as the pressure sensor unit, but the pressure sensor unit is not limited to this, for example, a flap type vibrator is used. The structure, other MEMS vibrators such as comb electrodes, and vibration elements such as crystal vibrators can also be used.
また、前述した実施形態では、配線部と圧力センサー素子およびICチップとをフライングリードで接続しているが、これらの接続方法としては、これに限定されず、例えば、ボンディングワイヤーを介して接続してもよい。 In the above-described embodiment, the wiring portion, the pressure sensor element, and the IC chip are connected by flying leads. However, the connection method is not limited to this, for example, the connection is made through a bonding wire. May be.
また、前述した実施形態では、圧力センサーがICチップを備えているが、ICチップは、省略してもよい。 In the above-described embodiment, the pressure sensor includes an IC chip, but the IC chip may be omitted.
1……圧力センサー
14、15……固定部材
2……パッケージ
21……ベース
22……ハウジング
23……基材
231……枠部
232……帯体
233……開口部
24……配線
241……配線部
241a、241b……フライングリード
245……配線部
245a……フライングリード
25……可撓性配線基板
26……接着剤層
28……内部空間
3……圧力センサー素子
4……ICチップ
42……接続端子
5……基板
51……半導体基板
511……第1のSi層
512……SiO2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……圧力センサー部
60……ブリッジ回路
61、62、63、64……ピエゾ抵抗素子
7……素子周囲構造体
71……層間絶縁膜
72……配線層
73……層間絶縁膜
74……配線層
741……被覆層
742……細孔
743……接続端子
75……表面保護膜
76……封止層
8……空洞部
9……充填材
91……第1の部分
911……表面
91A……第1の硬化性樹脂
92……第2の部分
92A……第2の硬化性樹脂
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
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記圧力センサー素子の周囲に配置されている硬化性樹脂と、を備え、
前記硬化性樹脂は、少なくとも前記受圧面に配置されている第1の部分と、前記第1の部分とは別の第2の部分とを有し、
前記第1の部分の硬化率が、前記第2の部分の硬化率よりも高いことを特徴とする圧力センサー。 A pressure sensor element having a pressure receiving surface;
A curable resin disposed around the pressure sensor element,
The curable resin has at least a first part disposed on the pressure-receiving surface and a second part different from the first part,
The pressure sensor, wherein a curing rate of the first portion is higher than a curing rate of the second portion.
前記第1の部分は、前記凹部内で前記底面と繋がっている内側面に接続して配置されている請求項1または2に記載の圧力センサー。 The pressure sensor element has a recess whose bottom surface is the pressure receiving surface,
3. The pressure sensor according to claim 1, wherein the first portion is connected to an inner surface connected to the bottom surface in the recess.
前記圧力センサー素子は、前記受圧面が前記開口とは異なる方向を向いて配置されている請求項6に記載の圧力センサー。 The package has an opening;
The pressure sensor according to claim 6, wherein the pressure sensor element is arranged such that the pressure receiving surface faces a direction different from the opening.
前記受圧面に前記第1の硬化性樹脂を配置する工程と、
前記第1の硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記パッケージ内に前記圧力センサー素子を配置する工程と、
前記パッケージ内に前記圧力センサー素子および前記第1の硬化性樹脂を囲むように前記第2の硬化性樹脂を配置する工程と、
前記パッケージに配置されている前記第1の硬化性樹脂および前記第2の硬化性樹脂を硬化させる工程と、
を含んでいることを特徴とする圧力センサーの製造方法。 Preparing a pressure sensor element having a pressure-receiving surface, a package, a first curable resin, and a second curable resin containing the same components as the first curable resin;
Disposing the first curable resin on the pressure-receiving surface;
Curing the first curable resin;
Disposing the pressure sensor element in the package;
Disposing the second curable resin so as to surround the pressure sensor element and the first curable resin in the package;
Curing the first curable resin and the second curable resin disposed in the package;
A method for producing a pressure sensor, comprising:
前記受圧面に配置されている前記第1の硬化性樹脂を脱泡する工程を含んでいる請求項9に記載の圧力センサーの製造方法。 Before the step of curing the first curable resin,
The method for manufacturing a pressure sensor according to claim 9, comprising a step of defoaming the first curable resin disposed on the pressure receiving surface.
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