JP2017173214A - 圧力センサー、高度計、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力の検出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】開口および前記開口と連通しているキャビティを備えているパッケージと、前記キャビティ内に配置される圧力センサー素子と、前記キャビティ内に配置され、前記圧力センサー素子の少なくとも一部を覆う充填材と、を有し、前記充填材の少なくとも一部が導電性を有していることを特徴とする圧力センサー。また、前記充填材は、前記圧力センサー素子の少なくとも一部を覆う絶縁性を有する第１充填材と、前記第１充填材の少なくとも一部を覆う導電性を有する第２充填材と、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体に関するものである。

従来から、圧力を検出可能な圧力センサー素子として、特許文献１に記載の構成が知られている。特許文献１の圧力センサー素子は、凹部を有し、凹部の底部が受圧により撓み変形するダイアフラムとなっているＳＯＩ基板と、凹部の開口を塞ぎ、そこに圧力基準室を形成するためにＳＯＩ基板に接合されているシリコン基板と、を有している。また、ダイアフラムにはピエゾ抵抗素子が配置されており、このピエゾ抵抗素子からダイアフラムの撓みに応じた検出信号を取り出し、この検出信号に基づいて受けた圧力を検出する構成となっている。また、特許文献２に記載されているように、このような圧力センサー素子をゲルで覆った状態でパッケージ内に配置することで、防水性を持たせた圧力センサーも知られている。

国際公開ＷＯ２００９／０４１４６３号公報 特開２０１２−４７４５１号公報

前述したゲルとしては、圧力センサーや圧力センサー素子の短絡を防止するために絶縁性のゲルを用いることが通常である。しかしながら、絶縁性のゲルを用いると、ゲルが帯電するおそれがある。ゲルが帯電すると、ゲル内に蓄えられた電荷（静電気）がピエゾ抵抗素子からの出力信号に悪影響を及ぼして、圧力の検出精度が悪化する。

本発明の目的は、圧力の検出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。

このような目的は、下記の本発明により達成される。

本発明の圧力センサーは、開口および前記開口と連通しているキャビティを備えているパッケージと、
前記キャビティ内に配置される圧力センサー素子と、
前記キャビティ内に配置され、前記圧力センサー素子の少なくとも一部を覆う充填材と、を有し、
前記充填材の少なくとも一部が導電性を有していることを特徴とする。
これにより、充填材の帯電を低減することができるため、圧力の検出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。

本発明の圧力センサーでは、前記充填材は、液状ゲル状であることが好ましい。
これにより、圧力センサー素子を水分から効果的に保護することができると共に、外圧を効率的に圧力センサー素子へ伝達することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記充填材は、前記圧力センサー素子の少なくとも一部を覆う絶縁性を有する第１充填材と、
前記第１充填材の少なくとも一部を覆う導電性を有する第２充填材と、を有していることが好ましい。
これにより、充填材の構成が簡単となる。

本発明の圧力センサーでは、前記第２充填材は、前記開口と前記圧力センサー素子との間に配置され、
前記第１充填材は、前記第２充填材と前記圧力センサー素子との間に配置されていることが好ましい。
これにより、第２充填材と圧力センサー素子とが接触し難くなる。そのため、短絡等の発生の可能性を効果的に低減することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記充填材の前記開口に臨む表面は、前記第２充填材で形成されていることが好ましい。
これにより、外部からのノイズを効果的に遮断することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記圧力センサー素子と電気的に接続されている少なくとも１つの配線を有する配線基板を備え、
前記充填材の導電性を有している部分は、前記配線基板に対して離間して配置されていることが好ましい。
これにより、短絡等の発生の可能性を効果的に低減することができる。

本発明の圧力センサーでは、少なくとも１つの前記配線は、基準電位に接続される基準電位配線であり、
前記充填材の導電性を有している部分は、前記基準電位配線と電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、簡単な構成で充填材に帯電した電荷を除去することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記パッケージは、導電性を有する部分を備え、
前記充填材の導電性を有する部分は、前記パッケージの導電性を有する部分と電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、簡単な構成で充填材に帯電した電荷を除去することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記圧力センサー素子は、受圧面を有するダイアフラムと、
前記ダイアフラムの一方の面側に配置されている圧力基準室と、
前記ダイアフラムに配置されているピエゾ抵抗素子と、を有していることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成の圧力センサー素子となる。

本発明の高度計は、本発明の圧力センサーを有してい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。

本発明の電子機器は、本発明の圧力センサーを有してい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。

本発明の移動体は、本発明の圧力センサーを有してい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。

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１に示す圧力センサーが有する配線基板の平面図である。 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１に示す圧力センサーが有するセンサー部を示す平面図である。 図４に示すセンサー部を含むブリッジ回路を示す図である。 図１に示す圧力センサーの変形例を示す断面図である。 図１に示す圧力センサーの変形例を示す断面図である。 図１に示す圧力センサーの変形例を示す断面図である。 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。 図９に示す圧力センサーの変形例を示す断面図である。 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。 図１１に示す圧力センサーの変形例を示す断面図である。 図１１に示す圧力センサーの変形例を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る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。 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、本発明の圧力センサー、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。

＜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。

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１に示す圧力センサーが有するセンサー部を示す平面図である。図５は、図４に示すセンサー部を含むブリッジ回路を示す図である。図６ないし図８は、それぞれ、図１に示す圧力センサーの変形例を示す断面図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。

図１に示す圧力センサー１は、開口２ａおよびこの開口２ａと連通しているキャビティ２ｂを備えているパッケージ２と、キャビティ２ｂ内に配置される圧力センサー素子３およびＩＣ４と、キャビティ２ｂ内に配置され、圧力センサー素子３の少なくとも一部を覆う充填材５と、を有している。そして、充填材５の少なくとも一部が導電性を有している。このように、充填材５が導電性を有する部分を有することで、当該部分から充填材５に蓄えられる電荷（静電気）を逃がすことができるため、充填材５の帯電を低減することができる。そのため、前記電荷が圧力センサー素子３の出力に影響を与える可能性（出力異常の可能性）が低減される。そのため、圧力センサー１の圧力検出精度の低下を低減することができる。以下、このような圧力センサー１について詳細に説明する。

［パッケージ］
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、配線基板２３と、を有している。そして、ベース２１とハウジング２２とで配線基板２３を挟み込むようにして互いに接着剤層２８を介して接合されている。このようにして形成されているパッケージ２は、上端部に位置する開口２ａと、開口２ａに連通するキャビティ２ｂと、を有している。

ベース２１は、パッケージ２の底部を構成し、箱状をなしている。一方、ハウジング２２は、パッケージ２の蓋部を構成し、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上端に向かって漸減する第１の部位と、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。これらベース２１およびハウジング２２の構成材料としては、特に限定されず、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、窒化アルミニウム、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、各種セラミックスを用いることが特に好ましい。これにより、優れた機械的強度を有するパッケージ２が得られる。

図１に示すように、配線基板２３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ＩＣ４を支持していると共に、圧力センサー素子３およびＩＣ４と電気的に接続されている。図２に示すように、配線基板２３は、可撓性を有する基材２４と、基材２４に配置され、圧力センサー素子３と電気的に接続されている少なくとも１つの配線２５１を備えている配線群２５と、を有している。

基材２４は、開口２４１ａを有する枠状の基部２４１と、基部２４１から延出している帯状の帯体２４２と、を有している。そして、基部２４１の外縁部においてベース２１とハウジング２２とに挟まれ、帯体２４２がパッケージ２の外側に飛び出している。このような基材２４としては、可撓性を有していれば特に限定されず、例えば、一般的なフレキシブルプリント基板を用いることができる。

配線群２５は、複数の配線２５１を備えている。これら複数の配線２５１は、それぞれ、パッケージ２の内外に引き回されている。また、複数の配線２５１は、それぞれ、キャビティ２ｂ内においてボンディングワイヤーＢＷ１を介してＩＣ４と電気的に接続されている。ＩＣ４は、配線基板２３の平面視で、開口２４１ａと重なって位置し、ボンディングワイヤーＢＷ１によってパッケージ２から浮遊した状態で配線基板２３に支持されている。

［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、受圧面３１５ａを有するダイアフラム３１５と、ダイアフラム３１５の一方の面側に配置されている圧力基準室Ｓと、ダイアフラム３１５に配置されているピエゾ抵抗素子３２１、３２２、３２３、３２４と、を有している。これにより、比較的簡単な構成の圧力センサー素子３となる。以下、圧力センサー素子３について具体的に説明するが、圧力センサー素子３の構成としては、圧力を検出することができれば、下記の構成に限定されない。

圧力センサー素子３は、基板３１と、基板３１に配置されているセンサー部３２と、基板３１に接合されているベース基板３３と、基板３１とベース基板３３との間に形成されている圧力基準室Ｓと、を有している。

図３に示すように、基板３１は、ＳＯＩ基板３１１（すなわち、第１シリコン層３１１ａ、酸化シリコン層３１１ｂおよび第２シリコン層３１１ｃがこの順で積層されている基板）と、ＳＯＩ基板３１１の上面に配置され、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成されている第１絶縁膜３１２と、第１絶縁膜３１２の上面に配置され、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で構成されている第２絶縁膜３１３と、を有している。第１絶縁膜３１２は、ピエゾ抵抗素子３２１、３２２、３２３、３２４の界面順位を安定化し、第２絶縁膜３１３は、センサー部３２を水分や埃から保護する。

なお、ＳＯＩ基板３１１に替えて、例えば、シリコン基板を用いてもよい。また、第１絶縁膜３１２や第２絶縁膜３１３は、同様の効果を発揮することができれば、異なる材料（例えば、ＳｉＯＮ等）で構成されていてもよい。また、第１絶縁膜３１２および第２絶縁膜３１３は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。

また、基板３１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３１５が設けられている。ＳＯＩ基板３１１にはその下面に開放する有底の凹部３１６が形成されており、この凹部３１６の底部としてダイアフラム３１５が形成されている。そして、ダイアフラム３１５の上面（外表面）が受圧面３１５ａとなる。なお、特に限定されないが、凹部３１６は、例えば、シリコンディープエッチング装置を用いたドライエッチングで形成することができる。また、本実施形態では、ダイアフラム３１５の平面視形状が略正方形であるが、ダイアフラム３１５の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、円形であってもよい。

図４に示すように、センサー部３２は、ダイアフラム３１５に設けられている４つのピエゾ抵抗素子３２１、３２２、３２３、３２４を有している。また、ピエゾ抵抗素子３２１、３２２、３２３、３２４は、配線３２５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３２０（ホイートストンブリッジ回路）を構成している。ブリッジ回路３２０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。ブリッジ回路３２０は、ダイアフラム３１５の撓みに基づくピエゾ抵抗素子３２１、３２２、３２３、３２４の抵抗値変化に応じた検出信号（電圧）を出力する。出力された検出信号はＩＣ４に送られ、ＩＣ４が検出信号に基づいてダイアフラム３１５が受けた圧力を検出する。

ピエゾ抵抗素子３２１、３２２、３２３、３２４は、それぞれ、例えば、ＳＯＩ基板３１１の上面（第２シリコン層３１１ｃの表面）にリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで形成されている。また、配線３２５は、例えば、ＳＯＩ基板３１１の上面（第２シリコン層３１１ｃの表面）に、ピエゾ抵抗素子３２１、３２２、３２３、３２４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）することで形成されている。

ベース基板３３は、凹部３１６の開口を塞ぐように、基板３１の下面（第１シリコン層３１１ａの表面）に接合されている。これにより、ダイアフラム３１５とベース基板３３との間に気密的な空間が形成され、当該空間が圧力基準室Ｓとなっている。このようにして形成されている圧力基準室Ｓは、真空（例えば、１０Ｐａ以下程度）であることが好ましい。これにより、圧力センサー１を、真空を基準として圧力を検出する所謂「絶対圧センサー」として用いることができる。そのため、利便性の高い圧力センサー１となる。ただし、圧力基準室Ｓ内の圧力は、真空に限定されない。

以上のような圧力センサー素子３では、前述したように、ピエゾ抵抗素子３２１、３２２、３２３、３２４が圧力センサー素子３の表面近傍に配置されているため、充填材５に帯電した電荷（静電気）の影響を特に受けやすい構造となっている。したがって、このような圧力センサー素子３を、充填材５に帯電した電荷を除去できるように構成されている圧力センサー１に組み込むことで、本発明の効果（圧力センサー素子３の出力異常の低減）をより顕著に発揮することができる。

［ＩＣ］
ＩＣ４は、前述したように、ボンディングワイヤーＢＷ１によって浮遊した状態で配線基板２３に支持されていると共に、配線２５１と電気的に接続されている。また、ＩＣ４の上側には圧力センサー素子３がダイアフラム３１５（受圧面３１５ａ）を上側に向けた姿勢で配置されている。そして、圧力センサー素子３は、ボンディングワイヤーＢＷ２を介してＩＣ４と電気的に接続されていると共に、ＩＣ４から浮遊した状態でＩＣ４に支持されている。このような構成とすることで、圧力センサー１に作用した外部応力（圧力以外の応力）が圧力センサー素子３に伝わり難くなる。

このようなＩＣ４には、例えば、ブリッジ回路３２０に電圧を供給するための駆動回路や、ブリッジ回路３２０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受け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形成されている。

［充填材］
図１に示すように、充填材５は、キャビティ２ｂ内に配置され、圧力センサー素子３およびＩＣ４を囲っている。このような充填材５により、圧力センサー素子３およびＩＣ４を保護（防塵および防水）すると共に、圧力センサー１に作用した外部応力（圧力以外の応力）が圧力センサー素子３に伝わり難くなる。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２ａおよび充填材５を介して、圧力センサー素子３の受圧面３１５ａに作用する。

充填材５は、液状またはゲル状であることが好ましく、特にゲル状であることが好ましい。これにより、圧力センサー素子３およびＩＣ４を水分から効果的に保護することができると共に、圧力を効率的に圧力センサー素子３へ伝達することができる。

前述したように、このような充填材５は、少なくとも一部が導電性を有しており、これにより、充填材５の帯電を低減している。本実施形態では、充填材５は、圧力センサー素子３の少なくとも一部を覆う絶縁性を有する第１充填材５１と、第１充填材５１の少なくとも一部を覆う導電性を有する第２充填材５２と、を有しており、第２充填材５２が前述した「導電性を有する部分」を構成している。このような構成とすることで、充填材５の構成が簡単なものとなる。また、充填材５は、ディスペンサー等によってキャビティ２ｂ内に配置されるが、この際に、第１、第２充填材５１、５２を順に配置することで、キャビティ２ｂ内での第１、第２充填材５１、５２の配置を高精度に制御することができる。

導電性を有する第２充填材５２は、開口２ａと圧力センサー素子３との間に配置され、絶縁性を有する第１充填材５１は、第２充填材５２と圧力センサー素子３との間に配置されている。特に、本実施形態では、第１充填材５１が圧力センサー素子３、ＩＣ４、ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２および配線基板２３を覆うように配置されており、その上に第２充填材５２が配置されている。そのため、第２充填材５２（充填材５の導電性を有している部分）が、圧力センサー素子３、ＩＣ４、ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２および配線基板２３に対して離間して配置されている。このように、第２充填材５２と圧力センサー素子３、ＩＣ４、ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２および配線基板２３とを離間させることで、第２充填材５２を介した短絡の発生の可能性を効果的に低減することができる。なお、短絡の発生のおそれが無い限り、第２充填材５２が圧力センサー素子３、ＩＣ４、ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２および配線基板２３の一部と接触していてもよい。

また、充填材５の開口２ａに臨む表面（上面）は、第２充填材５２で形成されている。言い換えると、充填材５の開口２ａに臨む表面に位置するように、第２充填材５２が配置されている。これにより、第２充填材５２によって、電磁波等の外乱を効果的に遮断することができる。そのため、前記外乱に起因した圧力検出精度の低下を低減することができる。

ここで、複数の配線２５１の中の少なくとも１つの配線は、基準電位（例えばグランド電位）に接続される基準電位配線２５１ａである。そして、第２充填材５２（充填材５の導電性を有している部分）は、基準電位配線２５１ａと電気的に接続されている。これにより、ＩＣ４用の配線を、充填材５に蓄えられた電荷（静電気）を逃がす経路として利用することができる。そのため、簡単な構成で充填材５に帯電した電荷（静電気）を除去することができる。

具体的には、図１に示すように、一端部が基準電位配線２５１ａと接触し、他端部が第２充填材５２と接触する接続配線２９が設けられており、この接続配線２９を介して第２充填材５２と基準電位配線２５１ａとが電気的に接続されている。このような接続配線２９は、基準電位配線２５１ａに固定され、上方へ突出するように設けられた比較的硬質な部材（充填材５の充填によっても実質的に変形しない程度に硬質な部材）で構成されている。そのため、第２充填材５２と基準電位配線２５１ａとをより確実に電気的に接続することができる。

以上、充填材５について説明した。第１、第２充填材５１、５２としては、特に限定されず、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、例えば、第２充填材５２に導電性を付与するためには、上述した材料に導電性粒子（例えば、Ａｕ粒子、Ｃｕ粒子等の金属系導電性粒子、グラファイト等のカーボン系導電性粒子）を混入すればよい。また、第１、第２充填材５１、５２には、例えば、熱膨張率、熱伝導性、粘度等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。また、第１充填材５１が有する「絶縁性」とは、第１充填材５１を介して短絡が生じない程度の絶縁性を意味している。

以上のような構成の圧力センサー１によれば、充填材５の帯電を低減することができるため、圧力センサー１の圧力検出精度の低下（圧力センサー素子３の出力異常）を低減することができる。

なお、本実施形態では、圧力センサー１がＩＣ４を有しているが、ＩＣ４は、省略してもよい。すなわち、図６に示すような構成としてもよい。また、本実施形態では、ＩＣ４がボンディングワイヤーＢＷ１によって配線基板２３に対して浮遊した状態となっているが、配線基板２３の基部２４１から開口２４１ａを無くし、図７に示すように、基部２４１上にＩＣ４を配置（固定）してもよい。また、本実施形態では、圧力センサー素子３がボンディングワイヤーＢＷ２によってＩＣ４に対して浮遊した状態となっているが、図８に示すように、ＩＣ４上に圧力センサー素子３を配置（固定）してもよい。また、本実施形態では、充填材５の最外周に第２充填材５２が位置し、第２充填材５２で充填材５の表面が形成されているが、さらに、この第２充填材５２を覆うように第１充填材５１を配置してもよい。すなわち、第１充填材５１に挟まれるようにして第２充填材５２を配置してもよい。また、充填材５の配置方法としては、前述した方法に限定されず、例えば、まず、絶縁性の充填材を充填し、その後、充填を終えた充填材の一部に導電性フィラーを注入することで、導電性を有する部分を形成してもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーについて説明する。

図９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。図１０は、図９に示す圧力センサーの変形例を示す断面図である。

以下、第２実施形態の圧力センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第２実施形態の圧力センサーは、第２充填材の電気的な接続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。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図９に示すように、本実施形態の圧力センサー１は、前述した第１実施形態の圧力センサー１から接続配線２９を省略した構成となっている。また、本実施形態の圧力センサー１では、パッケージ２が導電性を有する部分を備えており、この導電性を有する部分に、第２充填材５２（充填材５の導電性を有する部分）が電気的に接続されている。具体的には、パッケージ２のハウジング２２が導電性を有しており、このハウジング２２と第２充填材５２とが接触している。そして、例えば、ボンディングワイヤーＢＷ３を介してハウジング２２を基準電位（例えばグランド）に接続すれば、充填材５に帯電した電荷を逃がす電気経路を形成することができる。このような構成によれば、前述した第１実施形態のような接続配線２９を用いる必要がないため、例えば、第１実施形態と比べて、簡単な構成で充填材５に帯電した電荷を除去することができる。また、ハウジング２２によって、電磁波等の外乱を効果的に遮断することができ、前記外乱に起因した圧力検出精度の低下を低減することができる。

なお、ハウジング２２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、銀、銅、アルミニウム、ニッケル等の金属材料を用いることができる。

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。なお、本実施形態では、ボンディングワイヤーＢＷ３を介してハウジング２２を基準電位に接続しているが、例えば、図１０に示すように、導電性バンプＢ（導電性部材）をハウジング２２と配線基板２３との間（すなわち、接着剤層２８内）に配置し、この導電性バンプＢを介してハウジング２２と基準電位配線２５１ａとを電気的に接続してもよい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る圧力センサーについて説明する。

図１１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。図１２および図１３は、それぞれ、図１１に示す圧力センサーの変形例を示す断面図である。

以下、第３実施形態の圧力センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第３実施形態の圧力センサーは、パッケージの構成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。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図１１に示すように、本実施形態のパッケージ２は、上面に開放する凹部２６１を有するベース２６で構成されている。また、凹部２６１の底面には内部端子２６２が配置されており、ベース２６の下面には外部端子２６３が配置されている。そして、各内部端子２６２は、ベース２６に配置されている図示しない内部配線を介して対応する外部端子２６３と電気的に接続されている。

また、凹部２６１の底面にはＩＣ４が配置（固定）されており、ＩＣ４の上面には圧力センサー素子３が受圧面３１５ａを上側に向けた姿勢で配置（固定）されている。そして、ボンディングワイヤーＢＷ１を介してＩＣ４と内部端子２６２とが電気的に接続されており、ボンディングワイヤーＢＷ２を介してＩＣ４と圧力センサー素子３とが電気的に接続されている。なお、凹部２６１へのＩＣ４の固定や、ＩＣ４への圧力センサー素子３の固定は、接着剤を用いて行うことができる。

また、充填材５は、圧力センサー素子３、ＩＣ４、ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２および内部端子２６２を覆うように配置されている絶縁性の第１充填材５１と、第１充填材５１を覆うように配置されている導電性の第２充填材５２と、を有している。ここで、凹部２６１には基準電位（例えば、グランド）に接続される端子２６４が配置されており、この端子２６４が第２充填材５２と接触している。これにより、充填材５に帯電した電荷を逃がす電気経路を形成することができる。

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。なお、本実施形態では、ベース２６が凹部２６１を有する箱状をなしているが、ベース２６の形状としては特に限定されず、例えば、板状であってもよい。また、本実施形態では、圧力センサー１がＩＣ４を備えている構成について説明したが、ＩＣ４を省略してもよい。また、図１２に示すように、ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２によってＩＣ４や圧力センサー素子３を浮遊させてもよい。また、図１３に示すように、パッケージ２が凹部２６１の開口を覆うリッド２７を有していてもよい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る圧力センサーについて説明する。

図１４は、本発明の第４実施形態に係る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。

以下、第４実施形態の圧力センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第４実施形態の圧力センサーは、圧力センサー素子の構成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。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図１４に示す圧力センサー素子３Ａは、基板３１と、センサー部３２と、周囲構造体３７と、圧力基準室Ｓ（空洞部）と、を有している。基板３１、センサー部３２および圧力基準室Ｓの構成は、それぞれ、前述した第１実施形態と同様であるため、以下では、主に、周囲構造体３７について説明する。

周囲構造体３７は、基板３１との間に圧力基準室Ｓを形成している。このような周囲構造体３７は、基板３１上に配置されている層間絶縁膜３７１と、層間絶縁膜３７１上に配置されている配線層３７２と、配線層３７２および層間絶縁膜３７１上に配置されている層間絶縁膜３７３と、層間絶縁膜３７３上に配置されている配線層３７４と、配線層３７４および層間絶縁膜３７３上に配置されている表面保護膜３７５と、配線層３７４および表面保護膜３７５上に配置されている封止層３７６と、を有している。

配線層３７２は、圧力基準室Ｓを囲んで配置されている枠状の配線部３７２１と、センサー部３２の配線３２５と接続されている配線部３７２９と、を有している。同様に、配線層３７４は、圧力基準室Ｓを囲んで配置されている枠状の配線部３７４１と、配線３２５と接続されている配線部３７４９と、を有している。そして、センサー部３２は、配線部３７２９、３７４９によって周囲構造体３７の上面に引き出されている。

また、配線層３７４は、圧力基準室Ｓの天井に位置している被覆層３７４４を有している。また、この被覆層３７４４には圧力基準室Ｓの内外を連通する複数の貫通孔３７４５が配置されている。被覆層３７４４は、配線部３７４１と一体形成されている。なお、複数の貫通孔３７４５は、製造途中まで圧力基準室Ｓを埋めている犠牲層を除去する際のリリースエッチング用の孔である。また、被覆層３７４４上には封止層３７６が配置されており、この封止層３７６によって貫通孔３７４５が封止され、気密的な圧力基準室Ｓが形成されている。

表面保護膜３７５は、周囲構造体３７を水分、ゴミ、傷などから保護する機能を有している。このような表面保護膜３７５は、被覆層３７４４の貫通孔３７４５を塞がないように、層間絶縁膜３７３および配線層３７４上に配置されている。

このような周囲構造体３７のうち、層間絶縁膜３７１、３７３としては、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３７２、３７４としては、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３７６としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜、シリコン酸化膜等を用いることができる。また、表面保護膜３７５としては、例えば、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を用いることができる。

以上のような圧力センサー素子３Ａは、ダイアフラム３１５の受圧面３１５ａを下側（開口２ａと反対側）に向けて配置されている。

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、本発明の第５実施形態に係る高度計について説明する。
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、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、他にも現在時刻、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。このような高度計２００は、検出精度に優れる圧力センサー１を有しているため、高い信頼性を発揮することができる。なお、高度計２００は、圧力センサー１の替りに圧力センサー１Ａを備えていてもよい。

なお、このような高度計２００は、防水性を備えていれば、例えば、ダイビング、フリーダイビング用の水深計としても利用可能となる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る電子機器について説明する。
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に示す電子機器は、圧力センサー１を備えたナビゲーションシステム３００である。ナビゲーションシステム３００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。

このナビゲーションシステム３００によれば、取得した位置情報に加えて、圧力センサー１によって高度情報を取得することができる。そのため、一般道路から高架道路へ進入する（またはこの逆）ことによる高度変化を検出することで、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を判断でき、実際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。このようなナビゲーションシステム３００は、検出精度に優れる圧力センサー１を有しているため、高い信頼性を発揮することができる。なお、ナビゲーションシステム３００は、圧力センサー１の替りに圧力センサー１Ａを備えていてもよい。

なお、本発明の圧力センサーを備える電子機器は、上記のナビゲーションシステムに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、時計（スマートウォッチを含む）、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）、フライトシミュレーター等に適用することができる。

＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係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に示す移動体は、圧力センサー１を備えた自動車４００である。自動車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。このような自動車４００は、検出精度に優れる圧力センサー１を有しているため、高い信頼性を発揮することができる。なお、自動車４００は、圧力センサー１の替りに圧力センサー１Ａを備えていてもよい。

以上、本発明の圧力センサー、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、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。

１…圧力センサー、２…パッケージ、２ａ…開口、２ｂ…キャビティ、２１…ベース、２２…ハウジング、２３…配線基板、２４…基材、２４１…基部、２４１ａ…開口、２４２…帯体、２５…配線群、２５１…配線、２５１ａ…基準電位配線、２６…ベース、２６１…凹部、２６２…内部端子、２６３…外部端子、２６４…端子、２７…リッド、２８…接着剤層、２９…接続配線、３…圧力センサー素子、３Ａ…圧力センサー素子、３１…基板、３１１…ＳＯＩ基板、３１１ａ…第１シリコン層、３１１ｂ…酸化シリコン層、３１１ｃ…第２シリコン層、３１２…第１絶縁膜、３１３…第２絶縁膜、３１５…ダイアフラム、３１５ａ…受圧面、３１６…凹部、３２…センサー部、３２０…ブリッジ回路、３２１、３２２、３２３、３２４…ピエゾ抵抗素子、３２５…配線、３３…ベース基板、３７…周囲構造体、３７１…層間絶縁膜、３７２…配線層、３７２１…配線部、３７２９…配線部、３７３…層間絶縁膜、３７４…配線層、３７４１…配線部、３７４４…被覆層、３７４５…貫通孔、３７４９…配線部、３７５…表面保護膜、３７６…封止層、４…ＩＣ、５…充填材、５１…第１充填材、５２…第２充填材、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…自動車、４０１…車体、４０２…車輪、Ｂ…導電性バンプ、ＢＷ１、ＢＷ２、ＢＷ３…ボンディングワイヤー、Ｓ…圧力基準室

Claims (12)

1. 開口および前記開口と連通しているキャビティを備えているパッケージと、
   前記キャビティ内に配置される圧力センサー素子と、
   前記キャビティ内に配置され、前記圧力センサー素子の少なくとも一部を覆う充填材と、を有し、
   前記充填材の少なくとも一部が導電性を有していることを特徴とする圧力センサー。
2. 前記充填材は、液状またはゲル状である請求項１に記載の圧力センサー。
3. 前記充填材は、前記圧力センサー素子の少なくとも一部を覆う絶縁性を有する第１充填材と、
   前記第１充填材の少なくとも一部を覆う導電性を有する第２充填材と、を有している請求項１または２に記載の圧力センサー。
4. 前記第２充填材は、前記開口と前記圧力センサー素子との間に配置され、
   前記第１充填材は、前記第２充填材と前記圧力センサー素子との間に配置されている請求項３に記載の圧力センサー。
5. 前記充填材の前記開口に臨む表面は、前記第２充填材で形成されている請求項３または４に記載の圧力センサー。
6. 前記圧力センサー素子と電気的に接続されている少なくとも１つの配線を有する配線基板を備え、
   前記充填材の導電性を有している部分は、前記配線基板に対して離間して配置されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧力センサー。
7. 少なくとも１つの前記配線は、基準電位に接続される基準電位配線であり、
   前記充填材の導電性を有している部分は、前記基準電位配線と電気的に接続されている請求項６に記載の圧力センサー。
8. 前記パッケージは、導電性を有する部分を備え、
   前記充填材の導電性を有する部分は、前記パッケージの導電性を有する部分と電気的に接続されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧力センサー。
9. 前記圧力センサー素子は、受圧面を有するダイアフラムと、
   前記ダイアフラムの一方の面側に配置されている圧力基準室と、
   前記ダイアフラムに配置されているピエゾ抵抗素子と、を有している請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧力センサー。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧力センサーを有してい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項に記載の圧力センサーを有してい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項に記載の圧力センサーを有していることを特徴とする移動体。

Images