JP2018004463A - 物理量センサー、高度計、電子機器および移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的簡単な構成で、物理量センサー素子(機能素子)と回路素子の温度差(特に、環境温度が急激に変化した際の過渡的な温度差)を小さくすることのできる物理量センサー、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】内部空間を有するパッケージと、前記内部空間内に位置する内側部分および前記パッケージの外側に位置する外側部分を備える配線を有する支持基板と、前記内部空間内で前記支持基板に支持され、温度検知部を有する回路素子と、前記内部空間内で前記支持基板または前記回路素子に支持されている物理量センサー素子と、前記内部空間内で、前記配線と前記物理量センサー素子とを接続する接続部と、を有することを特徴とする物理量センサー。
【選択図】図1
【解決手段】内部空間を有するパッケージと、前記内部空間内に位置する内側部分および前記パッケージの外側に位置する外側部分を備える配線を有する支持基板と、前記内部空間内で前記支持基板に支持され、温度検知部を有する回路素子と、前記内部空間内で前記支持基板または前記回路素子に支持されている物理量センサー素子と、前記内部空間内で、前記配線と前記物理量センサー素子とを接続する接続部と、を有することを特徴とする物理量センサー。
【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には、水晶振動片(機能素子)と、水晶振動片を収容した振動片収容体と、熱伝導樹脂を介して振動片収容体の底面に配置され、水晶振動片の振動を制御する発振回路素子(回路素子)と、発振回路素子がフリップチップ実装された素子基板と、を有する圧電発振器が記載されている。このような圧電発振器では、発振回路素子の駆動により生じる熱が熱伝導樹脂を介して振動片収容体に伝わるようになっているため、短時間で発振回路素子と水晶振動片の温度差を小さくすることができる。そのため、発振回路素子によって水晶振動片に対する温度補正を適切に行うことができ、優れた発振特性を発揮することができる。
しかしながら、特許文献1の圧電発振器では発振回路素子を素子基板にフリップチップ実装しなければならなかったり、発振回路素子と振動片収容体との間に熱伝導樹脂を配置しなければならなかったり、振動片収容体に導電性樹脂と熱的に接続される導電材料を埋設しなければならなかったりと、装置構成が複雑になってしまう。
本発明の目的は、比較的簡単な構成で、物理量センサー素子(機能素子)と回路素子の温度差(特に、環境温度が急激に変化した際の過渡的な温度差)を小さくすることのできる物理量センサー、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。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の物理量センサーは、内部空間を有するパッケージと、
前記内部空間内に位置する内側部分および前記パッケージの外側に位置する外側部分を備える配線を有する支持基板と、
前記内部空間内で前記支持基板に支持され、温度検知部を有する回路素子と、
前記内部空間内で前記支持基板または前記回路素子に支持されている物理量センサー素子と、
前記内部空間内で、前記配線と前記物理量センサー素子とを接続する接続部と、を有することを特徴とする。
これにより、比較的簡単な構成で、物理量センサー素子と回路素子の温度差(特に、環境温度が急激に変化した際の過渡的な温度差)を小さくすることのできる物理量センサーが得られる。
前記内部空間内に位置する内側部分および前記パッケージの外側に位置する外側部分を備える配線を有する支持基板と、
前記内部空間内で前記支持基板に支持され、温度検知部を有する回路素子と、
前記内部空間内で前記支持基板または前記回路素子に支持されている物理量センサー素子と、
前記内部空間内で、前記配線と前記物理量センサー素子とを接続する接続部と、を有することを特徴とする。
これにより、比較的簡単な構成で、物理量センサー素子と回路素子の温度差(特に、環境温度が急激に変化した際の過渡的な温度差)を小さくすることのできる物理量センサーが得られる。
本発明の物理量センサーでは、前記配線は、前記回路素子と電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、装置構成の簡易化を図ることができる。
これにより、装置構成の簡易化を図ることができる。
本発明の物理量センサーでは、前記配線は、前記回路素子のグランド配線または電源配線であることが好ましい。
これにより、物理量センサー素子へのノイズの混入が低減される。
これにより、物理量センサー素子へのノイズの混入が低減される。
本発明の物理量センサーでは、前記物理量センサー素子は、前記支持基板に対して浮遊した状態で支持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に応力が伝わり難くなる。そのため、物理量検出精度が向上する。
これにより、物理量センサー素子に応力が伝わり難くなる。そのため、物理量検出精度が向上する。
本発明の物理量センサーでは、前記支持基板の平面視で、前記回路素子および前記物理量センサー素子は、並設されており、
前記回路素子および前記物理量センサー素子のうちの熱容量の小さい方が前記外側部分側に位置していることが好ましい。
これにより、回路素子と物理量センサー素子の温度差(特に、環境温度が急激に変化した際の過渡的な温度差)を小さくすることができる。
前記回路素子および前記物理量センサー素子のうちの熱容量の小さい方が前記外側部分側に位置していることが好ましい。
これにより、回路素子と物理量センサー素子の温度差(特に、環境温度が急激に変化した際の過渡的な温度差)を小さくすることができる。
本発明の物理量センサーでは、前記物理量センサー素子は、前記接続部が接続されている端子を有し、
前記端子は、前記物理量センサー素子が有するセンサー部から電気的に絶縁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接続部との接合強度を高めることができると共に、配線とセンサー部との電気的な接続を防止することができる。
前記端子は、前記物理量センサー素子が有するセンサー部から電気的に絶縁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接続部との接合強度を高めることができると共に、配線とセンサー部との電気的な接続を防止することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記接続部は、ボンディングワイヤーであることが好ましい。
これにより、接続部の構成の簡易化を図ることができる。
これにより、接続部の構成の簡易化を図ることができる。
本発明の物理量センサーでは、前記回路素子および前記物理量センサー素子を覆う充填部を有することが好ましい。
これにより、回路素子および物理量センサー素子を衝撃や水分から保護することができる。
これにより、回路素子および物理量センサー素子を衝撃や水分から保護することができる。
本発明の高度計は、本発明の物理量センサーを有す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。
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、本発明の物理量センサーを有す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。
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、本発明の物理量センサーを有す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。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
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。
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
まず、本発明の第1実施形態に係る物理量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支持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および図7は、それぞれ、図1に示す圧力センサーの変形例を示す平面図である。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。
物理量センサーとしての圧力センサー1は、図1、図2に示すように、内部空間Sを有するパッケージ2と、内部空間S内に位置する内側部分331およびパッケージ2の外側に位置する外側部分332を備える配線33を有する支持基板3と、内部空間S内で支持基板3に支持され、温度検知部41を有する回路素子4と、内部空間S内で支持基板3に支持されている物理量センサー素子としての圧力センサー素子5と、内部空間S内で、配線33の内側部分331と圧力センサー素子5とを接続する接続部6と、回路素子4および圧力センサー素子5を覆うように内部空間Sに配置されている充填部7と、を有している。このような構成の圧力センサー1によれば、比較的簡単な構成で、圧力センサー素子5と回路素子4の温度差(特に、環境温度が急激に変化した際の過渡的な温度差)を小さくすることができる。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およびハウジング22を有し、ベース21およびハウジング22が支持基板3を挟み込むようにして互いに接着層23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、ハウジング22の上端部に形成された開口24と、開口24に連通する内部空間Sと、を有している。
図1に示すように、パッケージ2は、ベース21およびハウジング22を有し、ベース21およびハウジング22が支持基板3を挟み込むようにして互いに接着層23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、ハウジング22の上端部に形成された開口24と、開口24に連通する内部空間S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。
以上、パッケージ2について説明したが、パッケージ2の構成としては、その機能を発揮することができれば特に限定されない。
[支持基板]
図1に示すように、支持基板3は、ベース21およびハウジング22の間に挟まれており、内部空間S内からパッケージ2の外側に引き出されて配置されている。また、支持基板3は、回路素子4および圧力センサー素子5を支持すると共に、回路素子4および圧力センサー素子5を電気的に接続している。このような支持基板3は、図2に示すように、可撓性を有する基材31と、基材31に配置された複数の配線を備える配線群32と、を有している。
図1に示すように、支持基板3は、ベース21およびハウジング22の間に挟まれており、内部空間S内からパッケージ2の外側に引き出されて配置されている。また、支持基板3は、回路素子4および圧力センサー素子5を支持すると共に、回路素子4および圧力センサー素子5を電気的に接続している。このような支持基板3は、図2に示すように、可撓性を有する基材31と、基材31に配置された複数の配線を備える配線群32と、を有している。
基材31は、開口311aを有する枠状の基部311と、基部311から延出する帯状の帯体312と、を有している。そして、基部311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312がパッケージ2の外側に延出している。このような基材31としては、例えば、一般的に用いられているフレキシブルプリント基板を用いることができる。なお、本実施形態では基材31が可撓性を有しているが、基材31の全部または一部は、硬質であってもよい。
基材31の平面視で、回路素子4および圧力センサー素子5は、開口311aの内側に位置し、さらには、基材31のパッケージ2の外側への引出し方向(図2中横方向)に沿って並設されている。また、回路素子4は、ボンディングワイヤーBW1、BW2を介して基材31に吊られ、支持基板3から浮遊した状態で支持基板3に支持されており、圧力センサー素子5は、ボンディングワイヤーBW3、BW4を介して基材31に吊られ、支持基板3に対して浮遊した状態で支持基板3に支持されている。このように、回路素子4および圧力センサー素子5が支持基板3に対して浮遊した状態で支持されることで、支持基板3から回路素子4や圧力センサー素子5に応力が伝わり難くなり、圧力センサー1の圧力検知精度が向上する。また、支持基板3、回路素子4および圧力センサー素子の電気的な接続が容易となる。なお、ボンディングワイヤーBW1、BW2、BW3、BW4は、それぞれ、例えば、金、アルミニウム、銅等の金属材料で構成することができる。
配線群32は、回路素子4と電気的に接続され、パッケージ2の外側まで引き出された複数の配線33と、回路素子4と圧力センサー素子5とを電気的に接続する複数の配線34と、を有している。これら配線33、34は、例えば、ニッケル、アルミニウム等の下地層に、金、銀、銅等のめっき層を積層した構成とすることができる。
複数の配線33は、それぞれ、内部空間S内に位置する内側部分331およびパッケージ2の外側に位置する外側部分332を備えており、内側部分331の端部において、ボンディングワイヤーBW1を介して回路素子4と電気的に接続されている。このような複数の配線33の外側部分332において外部装置と電気的な接続を行うことで、簡単に、前記外部装置と回路素子4とを電気的に接続することができる。一方、複数の配線34は、それぞれ、内部空間S内で引き回されており、一端部において、ボンディングワイヤーBW2を介して回路素子4と電気的に接続され、他端部において、ボンディングワイヤーBW3を介して圧力センサー素子5と電気的に接続されている。
[圧力センサー素子]
図3に示すように、圧力センサー素子5は、受圧により撓み変形するダイアフラム515を有する基板51と、ダイアフラム515の上面(一方の面)側に配置されている圧力基準室S1と、基板51と共に圧力基準室S1を形成する周囲構造体52と、ダイアフラム515に配置されているセンサー部53と、を有している。
図3に示すように、圧力センサー素子5は、受圧により撓み変形するダイアフラム515を有する基板51と、ダイアフラム515の上面(一方の面)側に配置されている圧力基準室S1と、基板51と共に圧力基準室S1を形成する周囲構造体52と、ダイアフラム515に配置されているセンサー部53と、を有している。
基板51は、第1シリコン層511と、第1シリコン層511の上側に配置された第2シリコン層513と、第1、第2シリコン層511、513の間に配置された酸化シリコン層512と、を有するSOI基板で構成されている。ただし、基板51としては、SOI基板に限定されず、例えば、単層のシリコン基板を用いることもできる。
また、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515が設けられている。このダイアフラム515は、その下面に開放する有底の凹部を設けることで形成されている。そして、ダイアフラム515の下面が受圧面515aとなっている。
このような基板51の上面には、シリコン酸化膜(SiO2膜)で構成された第1絶縁膜551と、シリコン窒化膜(SiN膜)で構成された第2絶縁膜552と、ポリシリコンで構成された第3絶縁膜553と、がこの順で積層されている。
センサー部53は、図4に示すように、ダイアフラム515の上面に配置された4つのピエゾ抵抗素子531、532、533、534を有している。そして、ピエゾ抵抗素子531、532、533、534は、配線535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530(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530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530は、ダイアフラム515の撓みに基づくピエゾ抵抗素子531、532、533、534の抵抗値変化に応じた信号(電圧)を出力する。そのため、この出力された信号に基づいてダイアフラム515が受けた圧力を検出することができる。
このようなピエゾ抵抗素子531、532、533、534は、それぞれ、例えば、第2シリコン層513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535は、例えば、第2シリコン層513に、ピエゾ抵抗素子531、532、533、534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。
圧力基準室S1は、ダイアフラム515の上側に位置しており、基板51と周囲構造体52とに囲まれることで形成されている。このような圧力基準室S1は、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、圧力センサー素子5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、利便性の高い圧力センサー素子5となる。ただし、圧力基準室S1は、一定の圧力に保たれていれば、真空状態でなくてもよい。
周囲構造体52は、基板51との間に圧力基準室S1を形成している。このような周囲構造体52は、基板51上に配置された層間絶縁膜521と、層間絶縁膜521上に配置された配線層522と、配線層522および層間絶縁膜521上に配置された層間絶縁膜523と、層間絶縁膜523上に配置された配線層524と、配線層524および層間絶縁膜523上に配置された表面保護膜525と、配線層524および表面保護膜525上に配置された封止層526と、を有している。
配線層522は、圧力基準室S1を囲んで配置された枠状の配線部5221と、センサー部53の配線535と接続された配線部5229と、を有している。同様に、配線層524は、圧力基準室S1を囲んで配置された枠状の配線部5241と、配線535と接続された配線部5249と、を有している。そして、センサー部53は、これら配線部5229、5249によって周囲構造体52の上面に引き出されている。
また、配線層524は、圧力基準室S1の天井に位置し、配線部5241と一体形成された被覆層5244を有している。また、この被覆層5244には圧力基準室S1の内外を連通する複数の貫通孔5245が配置されている。複数の貫通孔5245は、製造途中まで圧力基準室S1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。
そして、被覆層5244上には封止層526が配置されており、この封止層526によって貫通孔5245が封止され、気密的な圧力基準室S1が形成されている。
表面保護膜525は、周囲構造体52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525は、被覆層5244の貫通孔5245を塞がないように、層間絶縁膜523および配線層524上に配置されている。
また、表面保護膜525上には複数の端子54が設けられている。図2に示すように、複数の端子54には、センサー部53と電気的に接続され、かつ、ボンディングワイヤーBW3が接続された4つの接続端子541と、センサー部53と電気的に接続されておらず(すなわち、センサー部53と電気的に絶縁されており)、かつ、ボンディングワイヤーBW4を介して配線33に接続された1つのダミー端子542と、が含まれている。すなわち、圧力センサー素子5は、ボンディングワイヤーBW4(接続部)が接続されているダミー端子542(端子)を有し、ダミー端子542は、圧力センサー素子5が有するセンサー部53から電気的に絶縁されている。このようなダミー端子542を設けることで、圧力センサー素子5とボンディングワイヤーBW4との接合強度を高めることができる。なお、前述したように、ダミー端子542はセンサー部53と電気的に絶縁されているため、ボンディングワイヤーBW4およびダミー端子542を介する配線33とセンサー部53との導通が防止されている。
このような周囲構造体52のうち、層間絶縁膜521、523としては、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522、524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526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525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。
このような構成の圧力センサー素子5は、ダイアフラム515の受圧面515aを下側(開口24と反対側)に向けて配置されている。
以上、圧力センサー素子5について説明したが、圧力センサー素子5は、圧力を検出することができれば、特に限定されない。
[回路素子]
回路素子4には、例えば、ブリッジ回路530に電圧を供給するための駆動回路や、ブリッジ回路530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(SPI、I2C等)に変換して出力する出力回路等が形成されている。
回路素子4には、例えば、ブリッジ回路530に電圧を供給するための駆動回路や、ブリッジ回路530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(SPI、I2C等)に変換して出力する出力回路等が形成されている。
また、図1に示すように、回路素子4は、ブリッジ回路530からの出力を温度補償するための温度検知部41(温度センサー)を有している。温度検知部41の構成としては、特に限定されず、例えば、温度により抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を有する構成とすることができる。
[充填部]
図1に示すように、充填部7は、内部空間S内に位置し、回路素子4および圧力センサー素子5を覆っている。このような充填部7により、回路素子4および圧力センサー素子5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(例えば、落下衝撃などの圧力以外の応力)が回路素子4および圧力センサー素子5に伝わり難くなる。
図1に示すように、充填部7は、内部空間S内に位置し、回路素子4および圧力センサー素子5を覆っている。このような充填部7により、回路素子4および圧力センサー素子5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(例えば、落下衝撃などの圧力以外の応力)が回路素子4および圧力センサー素子5に伝わり難くなる。
また、充填部7は、液状またはゲル状の充填材で構成することができ、回路素子5および圧力センサー素子5の過剰な変位を抑制することができる点で、特にゲル状の充填材で構成するのが好ましい。このような充填部7によれば、回路素子4および圧力センサー素子5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5へ伝達することができる。このような充填部7を構成する充填材としては、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。なお、このような充填部7は、軟質であるため、支持基板3から回路素子4および圧力センサー素子5への前述した応力伝達抑制効果には悪影響を与えない。
[接続部]
図2に示すように、接続部6は、前述したボンディングワイヤーBW4で構成されており、支持基板3が有する複数の配線33のうちの1本と、圧力センサー素子5のダミー端子542と、に接続されている。そのため、ダミー端子542と1本の配線33とがボンディングワイヤーBW4を介して電気的かつ熱的に接続されている。このように、接続部6をボンディングワイヤーBW4とすることで、接続部6の構成の簡易化を図ることができると共に、ワイヤーボンディング技術によって、接続部6を比較的簡単に配置することができる。また、ダミー端子542と配線33とを直接かつより短い距離で接続することができ、ダミー端子542と配線33との間の熱の移動をより効率的に行うことができる。
図2に示すように、接続部6は、前述したボンディングワイヤーBW4で構成されており、支持基板3が有する複数の配線33のうちの1本と、圧力センサー素子5のダミー端子542と、に接続されている。そのため、ダミー端子542と1本の配線33とがボンディングワイヤーBW4を介して電気的かつ熱的に接続されている。このように、接続部6をボンディングワイヤーBW4とすることで、接続部6の構成の簡易化を図ることができると共に、ワイヤーボンディング技術によって、接続部6を比較的簡単に配置することができる。また、ダミー端子542と配線33とを直接かつより短い距離で接続することができ、ダミー端子542と配線33との間の熱の移動をより効率的に行うことができる。
上述のように、配線33とダミー端子542(圧力センサー素子5)とをボンディングワイヤーBW4で熱的に接続することで次の効果を発揮することができる。圧力センサー1では、各配線33がパッケージ2の外側に露出している。回路素子4は、これら複数の配線33と接続されているため、圧力センサー1が配置されている雰囲気の熱が伝わり易い。一方、圧力センサー素子5は、配線33と接続されていないため、圧力センサー1が配置されている雰囲気の熱が回路素子4と比較して伝わり難い。そのため、例えば、雰囲気の温度が急峻に変化すると、回路素子4の温度が圧力センサー素子5の温度よりも短時間で変化し、回路素子4および圧力センサー素子5の過渡的な温度差(雰囲気温度と釣り合う温度まで変化している最中の温度差)が大きくなるおそれがある。このように過渡的な温度差が大きくなってしまうと、圧力センサー素子5からの検出信号を回路素子4によって精度よく温度補償することができなくなり、圧力検出精度が悪化するおそれがある。そこで、本実施形態では、配線33とダミー端子542とをボンディングワイヤーBW4を介して熱的に接続し、雰囲気の熱を圧力センサー素子5に伝わり易くすることで、前述した過渡的な温度差を小さく抑えている。これにより、圧力検知精度の低下を低減することができ、信頼性の高い圧力センサー1が得られる。
ここで、前述したように本実施形態では、回路素子4と電気的に接続された配線33にボンディングワイヤーBW4を接続している。そのため、例えば、圧力センサー素子5に熱を伝えるための配線を配線33と別途設ける必要がなく、圧力センサー1の装置構成の簡易化を図ることができる。ただし、ボンディングワイヤーBW4を接続する配線としては、これに限定されず、配線33とは別に、内部空間Sの内側とパッケージ2の外側とに跨り、回路素子4とは絶縁した状態で配置された配線であってもよい。
また、複数の配線33のうちボンディングワイヤーBW4が接続される配線33は、回路素子4のグランド配線(グランドに接続される配線)または電源配線(電源電圧が印加される配線)であることが好ましい。これにより、ダミー端子542を安定した電位にすることができ、ダミー端子542からセンサー部53へのノイズの混入を低減することができる。
また、前述したように本実施形態では、支持基板3の平面視で(支持基板3の一方の面の法線方向から見て)、回路素子4および圧力センサー素子5が並設されている。より具体的には、回路素子4および圧力センサー素子5が配線33の内側部分331と外側部分332の並び方向(図2中横方向)に沿って並んで配置されている。さらには、回路素子4および圧力センサー素子5のうちの熱容量の小さい方が配線33の外側部分332側(帯体312側)に位置している。すなわち、本実施形態では、圧力センサー素子5の熱容量が回路素子4の熱容量よりも小さく、圧力センサー素子5が回路素子4よりも配線33の外側部分332側(帯体312側)に位置している。これにより、圧力センサー素子5とパッケージ2の外部との間の熱経路を短くすることができ、圧力センサー素子5が雰囲気温度によって温度変化し易くなる。そのため、回路素子4と圧力センサー素子5の過渡的な温度差を小さくすることができる。
以上、第1実施形態の圧力センサー1について説明した。なお、上述の構成ではボンディングワイヤーBW4が1本であったが、ボンディングワイヤーBW4の数としては、特に限定されず、2本以上であってもよい。この場合、例えば、ボンディングワイヤーBW4の数に合わせてダミー端子542を配置し、図6に示すように、全てのボンディングワイヤーBW4を1本の配線33と接続してもよいし、図7に示すように、異なる配線33と接続してもよい。また、図7に示す構成の場合は、ボンディングワイヤーBW4を接続する配線として、グランド配線と電源配線とを用いることが好ましい。なお、ボンディングワイヤーBW4の本数は、圧力センサー素子5への熱の伝達具合に応じて適宜設定すればよい。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図8は、本発明の第2実施形態に係る圧力センサーが有する支持基板の平面図である。
次に、本発明の第2実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図8は、本発明の第2実施形態に係る圧力センサーが有する支持基板の平面図である。
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、支持基板が有する配線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8に示すように、本実施形態の圧力センサー1では、回路素子4と圧力センサー素子5とを電気的に接続する複数の配線34のうちの1本が、内部空間S内に位置に位置する内側部分341およびパッケージ2の外側に位置する外側部分342を備えている。そして、この配線34の内側部分341と圧力センサー素子5のダミー端子542とがボンディングワイヤーBW4を介して接続されている。なお、ボンディングワイヤーBW4を接続する配線34としては、ブリッジ回路530のグランド配線(グランドに接続される配線)または電源配線(駆動電圧AVDCが印加される配線)であることが好ましい。これにより、ダミー端子542を安定した電位にすることができ、ダミー端子542からセンサー部53へのノイズの混入を低減することができる。
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。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
次に、本発明の第3実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
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。図10は、図9に示す圧力センサーが有する支持基板の平面図である。
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、圧力センサー素子の支持方法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および図10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5は、内部空間S内で回路素子4に支持されている。具体的には、圧力センサー素子5は、平面視(ダイアフラム515の受圧面515aの法線方向から見て)で、回路素子4と重なって位置し、ボンディングワイヤーBW3を介して回路素子4から浮遊した状態で回路素子4に支持されている。このように、回路素子4と圧力センサー素子5とを重ねて配置することで、圧力センサー1の小型化を図ることができる。
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。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
次に、本発明の第4実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図11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11に示すように、本実施形態の圧力センサー1が有する圧力センサー素子5は、ダイアフラム515を有する基板51と、ダイアフラム515に配置されたピエゾ抵抗素子を有するセンサー部53と、基板51の下面に接合され、基板51との間に圧力基準室S1を形成するベース基板59と、を有している。なお、ベース基板59としては、例えば、シリコン基板、ガラス基板、セラミックス基板等を用いることができる。なお、ベース基板59は、圧力基準室S1を介してダイアフラム515と対向している部分が差圧(圧力基準室S1の圧力と環境圧力との差)で変形しないように、ダイアフラム515に対して十分に厚くなっている。
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、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12は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
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12は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
図12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、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13は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
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13は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
図13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、本発明の物理量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14は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
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14は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
図14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。
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、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。
また、前述した実施形態では、物理量センサー素子として圧力センサー素子を用いた構成について説明したが、物理量センサー素子としては物理量を検出することができれば圧力センサー素子に限定されず、例えば、加速度センサー素子、角速度センサー素子等であってもよい。
また、前述した実施形態では、接続部がボンディングワイヤーで構成された構成について説明したが、接続部の構成としてはこれに限定されず、例えば、リード等で構成されていてもよい。
1…圧力センサー、2…パッケージ、21…ベース、22…ハウジング、23…接着層、24…開口、3…支持基板、31…基材、311…基部、311a…開口、312…帯体、32…配線群、33…配線、331…内側部分、332…外側部分、34…配線、341…内側部分、342…外側部分、4…回路素子、41…温度検知部、5…圧力センサー素子、51…基板、511…第1シリコン層、512…酸化シリコン層、513…第2シリコン層、515…ダイアフラム、515a…受圧面、52…周囲構造体、521…層間絶縁膜、522…配線層、5221…配線部、5229…配線部、523…層間絶縁膜、524…配線層、5241…配線部、5244…被覆層、5245…貫通孔、5249…配線部、525…表面保護膜、526…封止層、53…センサー部、530…ブリッジ回路、531、532、533、534…ピエゾ抵抗素子、535…配線、54…端子、541…接続端子、542…ダミー端子、59…ベース基板、551…第1絶縁膜、552…第2絶縁膜、553…第3絶縁膜、6…接続部、7…充填部、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、AVDC…駆動電圧、BW1、BW2、BW3、BW4…ボンディングワイヤー、S…内部空間、S1…圧力基準室
Claims (11)
- 内部空間を有するパッケージと、
前記内部空間内に位置する内側部分および前記パッケージの外側に位置する外側部分を備える配線を有する支持基板と、
前記内部空間内で前記支持基板に支持され、温度検知部を有する回路素子と、
前記内部空間内で前記支持基板または前記回路素子に支持されている物理量センサー素子と、
前記内部空間内で、前記配線と前記物理量センサー素子とを接続する接続部と、を有することを特徴とする物理量センサー。 - 前記配線は、前記回路素子と電気的に接続されている請求項1に記載の物理量センサー。
- 前記配線は、前記回路素子のグランド配線または電源配線である請求項2に記載の物理量センサー。
- 前記物理量センサー素子は、前記支持基板に対して浮遊した状態で支持されている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の物理量センサー。
- 前記支持基板の平面視で、前記回路素子および前記物理量センサー素子は、並設されており、
前記回路素子および前記物理量センサー素子のうちの熱容量の小さい方が前記外側部分側に位置している請求項4に記載の物理量センサー。 - 前記物理量センサー素子は、前記接続部が接続されている端子を有し、
前記端子は、前記物理量センサー素子が有するセンサー部から電気的に絶縁されている請求項1ないし5のいずれか1項に記載の物理量センサー。 - 前記接続部は、ボンディングワイヤーである請求項1ないし6のいずれか1項に記載の物理量センサー。
- 前記回路素子および前記物理量センサー素子を覆う充填部を有する請求項1ないし7のいずれか1項に記載の物理量センサー。
- 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を有することを特徴とする高度計。
- 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を有することを特徴とする電子機器。
- 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を有することを特徴とする移動体。
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