JP2018128374A - 圧力センサーデバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐衝撃性および検出精度を発揮することのできる圧力センサーデバイス、電子機器および移動体を提供する。
【解決手段】本発明の圧力センサーデバイスは、基材と、前記基材に接続されているボンディングワイヤーと、前記ボンディングワイヤーを介して前記基材に支持されている圧力センサーと、前記ボンディングワイヤーの少なくとも一部を覆い、弾性を有する被覆部と、を有する。また、前記被覆部のゴム硬度は、１５以上３０以下であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサーデバイス、電子機器および移動体に関するものである。

従来から、圧力センサーデバイスとして、例えば、特許文献１に記載の構成が知られている。特許文献１の圧力センサーデバイスは、受圧により撓み変形するダイアフラムを有する圧力センサーと、この圧力センサーを収納するパッケージと、圧力センサーを覆うようにパッケージ内に充填されたゲルと、を有し、圧力がゲルを介してダイアフラムに伝達される構成となっている。このような構成によれば、ゲルによって、圧力センサーを衝撃から守ることができるため、優れた耐衝撃性を発揮することができる。

特開２０１６−３９９４号公報

しかしながら、特許文献１のようにパッケージにゲルを充填し、ゲルで圧力センサーを覆ってしまうと、出力のドリフトが発生するおそれが高まり、高い検出精度を発揮することができないという問題が生じる。なお、この問題は、圧力センサーデバイスの向きが変化することで、パッケージ内でゲルが流動し、このゲルの流動に伴って生じる力がダイアフラムに加わってしまうことが一因ではないかと推測される。

本発明の目的は、優れた耐衝撃性および検出精度を発揮することのできる圧力センサーデバイス、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デバイスは、基材と、
前記基材に接続されているボンディングワイヤーと、
前記ボンディングワイヤーを介して前記基材に支持されている圧力センサーと、
前記ボンディングワイヤーの少なくとも一部を覆い、弾性を有する被覆部と、を有することを特徴とする。
このような構成は、従来のような圧力センサーの周囲を覆うゲルを用いていない。そのため、出力のドリフトが発生し難い。また、被覆部がボンディングワイヤーの機械的強度を高める補強部として機能するため、圧力センサーデバイスの耐衝撃性を高めることもできる。また、被覆部によってボンディングワイヤーが変形し難くなり、圧力センサーの揺れを低減することができる。そのため、圧力センサーの揺れに起因する出力のドリフトを抑制することもできる。以上より、上記のような構成によれば、優れた耐衝撃性および検出精度を発揮することのできる圧力センサーデバイスが得られる。

本発明の圧力センサーデバイスでは、前記被覆部は、１５以上３０以下のゴム硬度を有することが好ましい。
これにより、被覆部にボンディングワイヤーの補強部としての機能を十分に発揮させることができる。また、ボンディングワイヤーが過度に硬くなって基材から圧力センサーへ応力が伝わり易くなってしまうことを抑制することができる。

本発明の圧力センサーデバイスでは、前記圧力センサーは、前記ボンディングワイヤーと接続されている端子を有し、
前記被覆部は、前記端子を覆っていることが好ましい。
これにより、端子を水分から保護することができ、圧力センサーの電気的な劣化（例えば、端子の腐食による断線、抵抗値の増加等）を抑制することができる。

本発明の圧力センサーデバイスでは、前記圧力センサーは、受圧により撓み変形するダイアフラムを有し、
前記ダイアフラムの受圧面上に配置され、前記受圧面に圧力を伝搬する圧力伝搬部を有していることが好ましい。
これにより、受圧面を水分から保護することができ、圧力センサーに防水性を付与することができる。

本発明の圧力センサーデバイスでは、前記圧力伝搬部は、液状またはゲル状をなし、１５０以上の針入度を有することが好ましい。
これにより、圧力伝搬部を十分に柔らかくすることができ、圧力伝搬部を介して、より効率的に、圧力を受圧面に伝搬することができる。

本発明の圧力センサーデバイスでは、前記圧力センサーは、前記ダイアフラム上に配置された圧力基準室を有し、
前記端子は、前記圧力基準室に対して前記ダイアフラムと反対側に配置されていることが好ましい。
これにより、圧力伝搬部および被覆部を互いに邪魔することなく配置することができる。

本発明の圧力センサーデバイスでは、前記基材は、前記圧力センサーを収納しているパッケージであることが好ましい。
これにより、圧力センサーデバイスの部品点数を削減することができる。そのため、圧力センサーデバイスの小型化を図ることができる。

本発明の圧力センサーデバイスでは、前記基材は、配線基板であることが好ましい。
これにより、パッケージによって、圧力センサーを保護することができると共に、配線基板によって、圧力センサーとの電気的な接続を容易に行うことができる。

本発明の圧力センサーデバイスでは、前記圧力センサーと電気的に接続されている回路素子を有していることが好ましい。
これにより、圧力センサーの駆動をより容易に行うことができる。

本発明の電子機器は、本発明の圧力センサーデバイスを有することを特徴とする。
これにより、本発明の圧力センサーデバイスの効果を享受でき、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デバイスを有することを特徴とする。
これにより、本発明の圧力センサーデバイスの効果を享受でき、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デバイスの断面図である。 図１に示す圧力センサーデバイス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デバイスが有する圧力センサーの断面図である。 図３に示す圧力センサーが有するセンサー部の平面図である。 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。 出力ドリフトを示すグラフである。 図１に示す圧力センサーデバイス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デバイスの断面図である。 図８に示す圧力センサーデバイスが有する配線基板の平面図である。 図８に示す圧力センサーデバイスの変形例を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサーデバイスの断面図である。 本発明の第４実施形態に係る圧力センサーデバイスが有する圧力センサーの断面図である。 本発明の第５実施形態に係る電子機器としての高度計を示す斜視図である。 本発明の第６実施形態に係る電子機器としてのナビゲーションシステムを示す正面図である。 本発明の第７実施形態に係る移動体としての自動車を示す斜視図である。

以下、本発明の圧力センサーデバイス、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デバイスについて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサーデバイスの断面図である。図２は、図１に示す圧力センサーデバイス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デバイスが有する圧力センサーの断面図である。図４は、図３に示す圧力センサーが有するセンサー部の平面図である。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は、出力ドリフトを示すグラフである。図７は、図１に示す圧力センサーデバイスの変形例を示す断面図である。なお、以下の説明では、図１、図３および図７中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。また、図１中の上下方向から見た平面視を単に「平面視」とも言う。

図１に示す圧力センサーデバイス１００は、内部空間Ｓ１を有するパッケージ１１０と、パッケージ１１０に固定された配線基板１２０（基材）と、内部空間Ｓ１内においてボンディングワイヤーＢＷを介して配線基板１２０に支持された圧力センサー１と、圧力センサー１に配置された圧力伝搬部１４０と、ボンディングワイヤーＢＷの少なくとも一部を覆う被覆部１５０と、を有している。

（パッケージ）
図１に示すように、パッケージ１１０は、ベース１１１およびハウジング１１２を有し、ベース１１１およびハウジング１１２が配線基板１２０を挟んで互いに接着層１１３を介して接合されている。このようなパッケージ１１０は、その上端部に形成された開口１１０ａと、開口１１０ａに連通する内部空間Ｓ１と、を有している。そして、この内部空間Ｓ１に圧力センサー１が収納されている。このように、パッケージ１１０に圧力センサー１を収納することで、圧力センサー１を保護することができる。

ベース１１１およびハウジング１１２の構成材料としては、それぞれ、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、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１１０について説明したが、パッケージ１１０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。

（配線基板）
図１に示すように、配線基板１２０は、ベース１１１およびハウジング１１２に挟まれており、内部空間Ｓ１内からパッケージ１１０の外側に引き出されて配置されている。また、配線基板１２０は、圧力センサー１を支持すると共に、圧力センサー１と電気的に接続されている。このような配線基板１２０は、図２に示すように、可撓性を有する基材１２１と、基材１２１に配置された複数の配線１２９と、を有している。

また、基材１２１は、開口１２２ａを有する枠状の基部１２２と、基部１２２から延出する帯状の帯体１２３と、を有している。そして、基部１２２の外縁部がベース１１１とハウジング１１２とに挟まれ、帯体１２３がパッケージ１１０の外側に延出している。

このような配線基板１２０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１２１が可撓性を有しているが、基材１２１の全部または一部は、硬質であってもよい。すなわち、配線基板１２０として、リジッドフレキシブルプリント基板やリジッドプリント基板を用いてもよい。

圧力センサー１は、ボンディングワイヤーＢＷを介して基材１２１に吊られ、配線基板１２０およびパッケージ１１０から浮遊した状態で支持されている。このように、圧力センサー１を配線基板１２０に対して浮遊した状態で支持することで、配線基板１２０から圧力センサー１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、圧力センサー１は、ボンディングワイヤーＢＷを介して配線１２９と電気的に接続されている。

（圧力センサー）
図３に示すように、圧力センサー１は、受圧により撓み変形するダイアフラム２５を有する半導体基板２と、ダイアフラム２５の上面側に配置された圧力基準室Ｓと、半導体基板２と共に圧力基準室Ｓを形成する周囲構造体４と、ダイアフラム２５の上面側に配置されたセンサー部５と、を有している。

半導体基板２は、第１シリコン層２１と、第１シリコン層２１の上側に配置された第２シリコン層２３と、第１、第２シリコン層２１、２３の間に配置された酸化シリコン層２２と、を有するＳＯＩ基板で構成されている。これにより、製造上取り扱い易く、優れた加工寸法精度を有する半導体基板２となる。ただし、半導体基板２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、半導体基板２は、シリコン以外の半導体材料、例えば、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム、炭化珪素等で構成された基板であってもよい。

また、半導体基板２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２５が設けられている。半導体基板２には、下方に開放する有底の凹部２４が形成されており、この凹部２４の上側（凹部２４によって半導体基板２が薄くなっている部分）がダイアフラム２５となっている。そして、ダイアフラム２５の下面が、圧力を受ける受圧面２５１となっている。なお、本実施形態では、ダイアフラム２５の平面視形状は、略正方形であるが、ダイアフラム２５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。

ここで、本実施形態では、凹部２４は、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されている。具体的には、半導体基板２の下面側から等方性エッチング、保護膜成膜および異方向性エッチングという工程を繰り返して、第１シリコン層２１を掘ることで凹部２４を形成する。この工程を繰り返し、エッチングが酸化シリコン層２２まで達すると酸化シリコン層２２がエッチングストッパーとなってエッチングが終了し、凹部２４が得られる。このような形成方法によれば、凹部２４の内壁側面が半導体基板２の主面に対して略垂直となるため、凹部２４の開口面積を小さくすることができる。そのため、半導体基板２の機械的強度の低下を抑制することができ、また、圧力センサー１の大型化を抑制することもできる。なお、図示しないが、前述した工程の繰り返しによって、凹部２４の内壁側面には掘り方向に周期的な凹凸が形成される。

ただし、凹部２４の形成方法としては、上記の方法に限定されず、例えば、ウェットエッチングによって形成してもよい。また、本実施形態では、ダイアフラム２５の下面側に酸化シリコン層２２が残っているが、この酸化シリコン層２２を除去してもよい。すなわち、ダイアフラム２５を第２シリコン層２３の単層で構成してもよい。これにより、ダイアフラム２５をより薄くすることができ、より撓み変形し易いダイアフラム２５が得られる。

ダイアフラム２５には、ダイアフラム２５に作用する圧力を検出し得るセンサー部５が設けられている。図４に示すように、センサー部５は、ダイアフラム２５に設けられた４つのピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４を有している。そして、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４は、配線５５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５０（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５０には駆動電圧ＡＶＤＣを供給（印加）する駆動回路が接続されている。そして、ブリッジ回路５０は、ダイアフラム２５の撓みに基づくピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４の抵抗値変化に応じた検出信号（電圧）を出力する。そのため、この出力された検出信号に基づいてダイアフラム２５が受けた圧力を検出することができる。

特に、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４は、ダイアフラム２５の外縁部に配置されている。受圧によりダイアフラム２５が撓み変形すると、ダイアフラム２５の中でも特にその外縁部に大きな応力が加わるため、外縁部にピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４を配置することで、前述した検出信号を大きくすることができ、圧力検知の感度が向上する。なお、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４の配置は、特に限定されず、例えば、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４がダイアフラム２５の外縁を跨いで配置されていてもよい。

ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４は、それぞれ、例えば、半導体基板２の第２シリコン層２３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５５は、例えば、半導体基板２の第２シリコン層２３に、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４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。

なお、センサー部５の構成としては、ダイアフラム２５が受けた圧力を検出することができれば、特に限定されない。例えば、ブリッジ回路５０を構成していない少なくとも１つのピエゾ抵抗素子がダイアフラム２５に配置されている構成であってもよい。また、センサー部５としては、本実施形態のようなピエゾ抵抗型の他にも、静電容量の変化に基づいて圧力を検出する静電容量型を用いてもよい。

また、図３に示すように、半導体基板２の上面には、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）からなる第１絶縁膜３１と、窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）からなる第２絶縁膜３２とが成膜されている。第１絶縁膜３１によって、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４の界面準位を低減してノイズの発生を抑制することができる。また、第２絶縁膜３２によって、センサー部５を水分、ガス等から保護することができる。

また、図３に示すように、ダイアフラム２５上（ダイアフラム２５の上側）には圧力基準室Ｓが設けられている。この圧力基準室Ｓは、半導体基板２と周囲構造体４とに囲まれることで形成されている。圧力基準室Ｓは、密閉された空間であり、圧力基準室Ｓ内の圧力が、圧力センサー１が検出する圧力の基準値となる。特に、圧力基準室Ｓ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１を、真空を基準として圧力を検出する「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１となる。ただし、圧力基準室Ｓ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４は、半導体基板２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４は、半導体基板２上に配置された層間絶縁膜４１と、層間絶縁膜４１上に配置された配線層４２と、配線層４２および層間絶縁膜４１上に配置された層間絶縁膜４３と、層間絶縁膜４３上に配置された配線層４４と、配線層４４および層間絶縁膜４３上に配置された表面保護膜４５と、配線層４４および表面保護膜４５上に配置された封止層４６と、表面保護膜４５上に配置された端子４７とを有している。

配線層４２は、圧力基準室Ｓを囲んで配置された枠状のガードリング４２１と、センサー部５の配線５５と接続された配線部４２９とを有している。また、配線層４４は、圧力基準室Ｓを囲んで配置された枠状のガードリング４４１と、配線５５と接続された配線部４４９とを有している。

また、配線層４４は、圧力基準室Ｓの天井に位置し、ガードリング４４１と一体形成された被覆層４４４を有している。また、この被覆層４４４には圧力基準室Ｓの内外を連通する複数の貫通孔４４５が形成されている。複数の貫通孔４４５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、ガードリング４２１、４４１は、前記リリースエッチング時のエッチングストッパーとして機能する。

そして、被覆層４４４上には封止層４６が配置されており、この封止層４６によって貫通孔４４５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４５は、周囲構造体４を水分、ガス、ゴミ、傷などから保護する機能を有している。表面保護膜４５は、被覆層４４４の貫通孔４４５を塞がないように、層間絶縁膜４３および配線層４４上に配置されている。また、表面保護膜４５上には配線部４２９、４４９を介してセンサー部５と電気的に接続されている複数の端子４７が設けられている。そして、各端子４７にボンディングワイヤーＢＷが接続されている。これにより、ボンディングワイヤーＢＷを介して圧力センサー１が配線基板１２０に吊り下げ支持されると共に、センサー部５と配線１２９とが電気的に接続される。

このような周囲構造体４のうち、層間絶縁膜４１、４３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４２、４４および端子４７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４６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４５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。

（被覆部１５０）
被覆部１５０は、弾性を有し、また、好ましくは、絶縁性および防水性（水分不透過性）を有している。図１および図３に示すように、被覆部１５０は、圧力センサー１の上面１２に設けられており、端子４７を覆っている。これにより、端子４７を水分から保護することができ、圧力センサー１の電気的な劣化（例えば、端子４７の腐食による断線、抵抗値の増加等）を抑制することができる。また、被覆部１５０は、封止層４６を覆っている。これにより、封止層４６を水分から保護することができる。また、圧力センサー１に防水性を付与することもできる。

また、被覆部１５０は、圧力センサー１の上面１２上から、ボンディングワイヤーＢＷに沿って延長され、ボンディングワイヤーＢＷの少なくとも一部（本実施形態では全部）を覆っている。これにより、ボンディングワイヤーＢＷを水分から保護することができる。また、隣り合うボンディングワイヤーＢＷ同士の接触（ショート）を抑制することもできる。また、被覆部１５０は、ボンディングワイヤーＢＷの機械的強度を高める補強部としても機能し、落下等の強い衝撃を受けた際のボンディングワイヤーＢＷの破損等を効果的に抑制することができる。すなわち、圧力センサーデバイス１００の耐衝撃性を高めることもできる。また、被覆部１５０によって、ボンディングワイヤーＢＷが変形し難くなり、パッケージ１１０内での圧力センサーの揺れを低減することができる。そのため、圧力センサー１の揺れに起因する出力のドリフトを抑制することができ、圧力の検出精度が向上する。

被覆部１５０の硬さとしては、特に限定されないが、例えば、ゴム硬度（ＪＩＳ Ｋ６２５３）が１５以上３０以下であることが好ましく、２０以上２５以下であることがより好ましい。これにより、被覆部１５０を、ボンディングワイヤーＢＷの補強部としての機能を十分に発揮させることができる。また、ボンディングワイヤーＢＷが過度に硬くなって配線基板１２０から圧力センサー１へ応力が伝わり易くなってしまうことを抑制することができる。一方で、被覆部１５０を十分に柔らかくすることができ、圧力センサー１と被覆部１５０の熱膨張差に起因する熱応力が発生し難く、当該熱応力によるダイアフラム２５の不本意な変形を抑制することができる。その結果、出力のドリフト等が発生し難くなり、圧力センサーデバイス１００の圧力検出特性が向上する。

被覆部１５０としては、特に限定されないが、例えば、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、天然ゴム等の各種ゴム材料を用いることができる。ただし、被覆部１５０としては、これらの中でも、シリコーンゴムを用いることが好ましい。これにより、上述のようなゴム硬度を実現し易くなると共に、被覆部１５０の構成がより簡単なものとなる。

（圧力伝搬部）
図１および図３に示すように、圧力伝搬部１４０は、ダイアフラム２５へ圧力を伝搬し得るものであり、圧力センサー１の受圧面２５１を覆うように凹部２４内に充填されている。また、圧力伝搬部１４０は、好ましくは防水性（水分不透過性）を有している。これにより、受圧面２５１（酸化シリコン層２２）を水分から保護することができる。また、圧力センサー１に防水性を付与することもできる。ここで、前述したように、凹部２４の内壁側面には掘り方向に周期的な凹凸が形成されており、この凹凸によって効果的に圧力伝搬部１４０を保持することができる。

また、本実施形態では、圧力伝搬部１４０は、凹部２４のみならず、その外周まで広がって、圧力センサー１の下面１１（半導体基板２の下面）をも覆うように配置されている。

ここで、圧力センサー１では、ダイアフラム２５が下面１１側に位置しており、端子４７が上面１２側に位置している。言い換えると、圧力基準室Ｓに対してダイアフラム２５（凹部２４）と端子４７とが反対側に位置している。そのため、被覆部１５０および圧力伝搬部１４０を互いに邪魔することなく配置することができる。

また、圧力センサー１の側面および上面１２には、それぞれ、圧力伝搬部１４０が設けられていない。製造工程の順では、圧力センサー１に圧力伝搬部１４０を配置した後に、被覆部１５０を配置する。そのため、圧力センサー１の上面１２に圧力伝搬部１４０が存在しない状態とすることで、被覆部１５０の配置が容易となる。さらには、圧力センサー１に配置される圧力伝搬部１４０の量を少なくすることができ、圧力伝搬部１４０が圧力センサー１上で流動し難くなる。そのため、圧力以外の応力（圧力伝搬部１４０の流動により生じる応力）が受圧面２５１に作用し難くなり、出力のドリフト等が発生し難くなる。したがって、圧力センサーデバイス１００の圧力検出特性が向上する。

また、図１に示すように、圧力伝搬部１４０は、パッケージ１１０と非接触で設けられている。これにより、パッケージ１１０内に配置される圧力伝搬部１４０の量を少なくすることができ、圧力伝搬部１４０がパッケージ１１０内で流動し難くなる。そのため、圧力以外の応力（圧力伝搬部１４０の流動により生じる応力）が受圧面２５１に作用し難くなり、出力のドリフト等が発生し難くなる。したがって、圧力センサーデバイス１００の圧力検出特性が向上する。さらには、従来のように、パッケージ１１０内において圧力センサー１が変位した状態で維持されることがなくなり、ボンディングワイヤーＢＷへの負担が低減する。そのため、機械的強度の高い圧力センサーデバイス１００となる。

圧力伝搬部１４０は、液状またはゲル状の充填材で構成することができ、柔軟性に富むものであることが好ましい。具体的には、圧力伝搬部１４０は、針入度が１５０以上であることが好ましく、２００以上であることがより好ましい。これにより、圧力伝搬部１４０を十分に柔らかくすることができ、圧力伝搬部１４０を介して、より効率的に、圧力を受圧面２５１に伝搬することができる。なお、針入度の上限値としては、特に限定されないが、例えば、３００以下とすることが好ましい。これにより、圧力伝搬部１４０が柔らか過ぎず、圧力伝搬部１４０を凹部２４内および下面１１に、より確実に保持することができる。すなわち、圧力伝搬部１４０の液垂れや側面への流出を抑制することができる。そのため、凹部２４内の圧力伝搬部１４０が減ってしまい、圧力伝搬部１４０から受圧面２５１が露出してしまうことを効果的に抑制することができる。

ここで、針入度とは、一定温度（２５℃）に保った試料に規定の針が垂直に侵入した長さ（ｍｍ）の１０倍で表した値である。針入度が大きい試料ほど軟質（柔軟性に富む）ということになる。この針入度は、ＪＩＳ Ｋ２２０７、Ｋ２２３５に準じた試験方法で測定することができる。

圧力伝搬部１４０を構成する材料（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。

以上、圧力センサーデバイス１００について説明した。このような圧力センサーデバイス１００は、基材としての配線基板１２０と、配線基板１２０に接続されているボンディングワイヤーＢＷと、ボンディングワイヤーＢＷを介して配線基板１２０に支持されている圧力センサー１と、ボンディングワイヤーＢＷの少なくとも一部を覆い、弾性を有する被覆部１５０と、を有している。このような構成は、従来のような圧力センサー１の周囲を覆うゲルを用いていないため、出力のドリフトが発生し難い。また、被覆部１５０がボンディングワイヤーＢＷの機械的強度を高める補強部として機能するため、圧力センサーデバイス１００の耐衝撃性を高めることもできる。また、被覆部１５０によってボンディングワイヤーＢＷが変形し難くなり、圧力センサーの揺れを低減することができる。そのため、圧力センサー１の揺れに起因する出力のドリフトを抑制することもできる。以上より、上記のような構成によれば、優れた耐衝撃性および検出精度を発揮することのできる圧力センサーデバイス１００が得られる。

ここで、図６に、圧力センサー１がゲルで覆われている従来の構成および圧力センサー１がゲルで覆われていない本実施形態の構成の経時的な出力のドリフトを測定したグラフを示す。このグラフから、本実施形態によれば、出力のドリフトが低減されていることが明らかである。

また、前述したように、圧力センサー１は、ボンディングワイヤーＢＷと接続されている端子４７を有し、被覆部１５０は、端子４７を覆っている。これにより、端子４７を水分から保護することができ、圧力センサー１の電気的な劣化（例えば、端子４７の腐食による断線、抵抗値の増加等）を抑制することができる。

また、前述したように、被覆部１５０は、１５以上３０以下のゴム硬度を有することが好ましい。これにより、被覆部１５０にボンディングワイヤーＢＷの補強部としての機能を十分に発揮させることができる。また、ボンディングワイヤーＢＷが過度に硬くなって配線基板１２０から圧力センサー１へ応力が伝わり易くなってしまうことを抑制することができる。一方で、被覆部１５０を十分に柔らかくすることができ、圧力センサー１と被覆部１５０の熱膨張差に起因する熱応力が発生し難く、当該熱応力によるダイアフラム２５の不本意な変形を抑制することができる。その結果、出力のドリフト等が発生し難くなり、圧力センサーデバイス１００の圧力検出特性が向上する。

また、前述したように、圧力センサー１は、受圧により撓み変形するダイアフラム２５を有し、圧力センサーデバイス１００は、ダイアフラム２５の受圧面２５１上に配置され、受圧面２５１に圧力を伝搬する圧力伝搬部１４０を有している。これにより、受圧面２５１を水分から保護することができ、圧力センサー１に防水性を付与することができる。

また、前述したように、圧力伝搬部１４０は、液状またはゲル状をなし、１５０以上の針入度を有することが好ましい。これにより、圧力伝搬部１４０を十分に柔らかくすることができ、圧力伝搬部１４０を介して、より効率的に、圧力を受圧面２５１に伝搬することができる。

また、前述したように、圧力センサー１は、ダイアフラム２５上に配置された圧力基準室Ｓを有し、端子４７は、圧力基準室Ｓに対してダイアフラム２５と反対側に配置されている。これにより、圧力伝搬部１４０および被覆部１５０を互いに邪魔することなく配置することができる。

また、前述したように、圧力センサーデバイス１００では、基材としての配線基板１２０を有している。すなわち、圧力センサーデバイス１００では、基材は、配線基板１２０である。これにより、配線基板１２０によって、圧力センサー１との電気的な接続を容易に行うことができる。また、配線基板１２０の一部がパッケージ１１０内に位置しているため、パッケージ１１０によって、圧力センサー１を保護することができる。

以上、本実施形態の圧力センサーデバイス１００について説明した。なお、本実施形態では、圧力センサー１の上面１２に被覆部１５０が配置されているが、例えば、図７に示すように、被覆部１５０は、ボンディングワイヤーＢＷを覆うが、上面１２から省略してもよい。また、別の構成として、圧力伝搬部１４０の全部または一部を省略してもよい。

また、本実施形態に対して、配線基板１２０を圧力センサー１と共に上下反対向きに配置してもよい。

＜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デバイスについて説明する。

図８は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーデバイスの断面図である。図９は、図８に示す圧力センサーデバイスが有する配線基板の平面図である。図１０は、図８に示す圧力センサーデバイスの変形例を示す平面図である。

本実施形態に係る圧力センサーデバイス１００は、さらに回路素子１３０を有していること以外は、前述した第１実施形態の圧力センサーデバイス１００とほぼ同様である。

以下、第２実施形態の圧力センサーデバイス１００について、前述した第１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。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デバイス１００は、さらに、回路素子１３０を有している。回路素子１３０は、ブリッジ回路５０に電圧を供給するための駆動回路、ブリッジ回路５０からの出力を温度補償するための温度補償回路、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、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を有している。

図９に示すように、配線基板１２０の平面視で、回路素子１３０は、圧力センサー１と共に開口１２２ａの内側に位置し、圧力センサー１と並んで配置されている。ただし、回路素子１３０の配置としては、特に限定されない。

また、回路素子１３０は、ボンディングワイヤーＢＷを介して基材１２１に吊られ、配線基板１２０から浮遊した状態で支持されている。また、回路素子１３０は、ボンディングワイヤーＢＷを介して配線１２９と電気的に接続されている。そして、配線１２９を介して、回路素子１３０と圧力センサー１とが電気的に接続されている。

ここで、回路素子１３０は、その上面１３２にボンディングワイヤーＢＷと接続される端子１３１を有している。また、回路素子１３０の上面１３２には被覆部１５０が設けられており、被覆部１５０によって、端子１３１が覆われている。これにより、端子１３１を水分から保護することができ、回路素子１３０の電気的な劣化（例えば、端子１３１の腐食による断線、抵抗値の増加等）を抑制することができる。

また、被覆部１５０は、回路素子１３０と配線基板１２０とを接続するボンディングワイヤーＢＷの少なくとも一部（本実施形態では全部）を覆っている。これにより、ボンディングワイヤーＢＷを水分から保護することができる。また、隣り合うボンディングワイヤーＢＷ同士の接触（ショート）を抑制することもできる。また、被覆部１５０は、ボンディングワイヤーＢＷの機械的強度を高める補強部としても機能し、落下等の強い衝撃を受けた際のボンディングワイヤーＢＷの破損等を効果的に抑制することができる。すなわち、圧力センサーデバイス１００の耐衝撃性を高めることもできる。また、ボンディングワイヤーＢＷが変形し難くなり、パッケージ１１０内での回路素子１３０の揺れを低減することができる。そのため、例えば、回路素子１３０と圧力センサー１との接触を抑制することができる。

以上、本実施形態の圧力センサーデバイス１００について説明した。このような圧力センサーデバイス１００は、前述したように、圧力センサー１と電気的に接続されている回路素子１３０を有している。このように、圧力センサー１と回路素子１３０とをユニット化することで、圧力センサー１の駆動をより容易に行うことができる。

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、圧力センサー１の上面１２および回路素子１３０の上面１３２に被覆部１５０が配置されているが、例えば、図１０に示すように、上面１２および上面１３２から被覆部１５０を省略してもよい。

また、本実施形態では、回路素子１３０がボンディングワイヤーＢＷを介して配線基板１２０に吊られているが、回路素子１３０の実装方法としては、特に限定されない。例えば、リードフレームを介して配線基板１２０に接続されていてもよいし、配線基板１２０上に配置されていてもよいし、ベース１１１の底面に配置されていてもよい。

＜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デバイスについて説明する。
図１１は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサーデバイスの断面図である。

本実施形態に係る圧力センサーデバイス１００は、配線基板１２０が省略されていること以外は、前述した第１実施形態の圧力センサーデバイス１００とほぼ同様である。

以下、第３実施形態の圧力センサーデバイス１００について、前述した第１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。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デバイス１００では、ベース１１１に内部端子１１４が設けられており、この内部端子１１４にボンディングワイヤーＢＷの一端部が接続されている。そのため、圧力センサー１は、ボンディングワイヤーＢＷを介してベース１１１（パッケージ１１０）に吊り下げ支持されている。また、ベース１１１の下面には、ベース１１１内に設けられた図示しない内部配線を介して内部端子１１４と電気的に接続された外部端子１１５が設けられている。なお、被覆部１５０および圧力伝搬部１４０の配置、構成、特性等については、前述した第１実施形態で述べたのと同様である。

このような圧力センサーデバイス１００では、本発明における基材として、パッケージ１１０を用いている。すなわち、圧力センサーデバイス１００では、基材は、圧力センサー１を収納しているパッケージ１１０である。これにより、例えば、前述した第１実施形態と比較して、圧力センサーデバイス１００の部品点数を削減することができる。そのため、圧力センサーデバイス１００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実施形態に係る圧力センサーデバイスについて説明する。

図１２は、本発明の第４実施形態に係る圧力センサーデバイスが有する圧力センサーの断面図である。

本実施形態の圧力センサーデバイス１００は、圧力センサー１の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の圧力センサーデバイス１００と同様である。

以下、第４実施形態の圧力センサーデバイスについて、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。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１２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１は、ダイアフラム２５を有する半導体基板２と、ダイアフラム２５に配置されたセンサー部５と、半導体基板２の上面に積層された第１絶縁膜３１および第２絶縁膜３２と、第２絶縁膜３２上に配置され、センサー部５と電気的に接続された端子４７と、半導体基板２の下面に接合され、半導体基板２との間に圧力基準室Ｓを形成するベース基板６と、を有している。なお、ベース基板６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。

また、被覆部１５０は、ダイアフラム２５と重ならないように設けられ、端子４７およびボンディングワイヤーＢＷを覆っている。

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実施形態に係る電子機器について説明する。
図１３は、本発明の第５実施形態に係る電子機器としての高度計を示す斜視図である。

図１３に示すように、電子機器としての高度計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、圧力センサーデバイス１００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もできる。

このような電子機器の一例である高度計２００は、圧力センサーデバイス１００を有している。そのため、高度計２００は、前述した圧力センサーデバイス１００の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

＜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１４は、本発明の第６実施形態に係る電子機器としてのナビゲーションシステムを示す正面図である。

図１４に示すように、電子機器としての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、圧力センサーデバイス１００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高度情報を取得することができる。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、ナビゲーションシステム３００に圧力センサーデバイス１００を搭載し、高度情報を圧力センサーデバイス１００によって取得することで、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することができ、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。

このような電子機器の一例としてのナビゲーションシステム３００は、圧力センサーデバイス１００を有している。そのため、ナビゲーションシステム３００は、前述した圧力センサーデバイス１００の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、本発明の電子機器は、前述の高度計および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、デジタルスチールカメラ、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、ドローン、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１５は、本発明の第７実施形態に係る移動体としての自動車を示す斜視図である。

図１５に示すように、移動体としての自動車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。また、自動車４００は、車体４０１に搭載されている電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）４０３を有しており、この電子制御ユニット４０３に圧力センサーデバイス１００が内蔵されている。電子制御ユニット４０３は、圧力センサーデバイス１００が車体４０１の加速度や傾斜等を検出することにより、移動状態や姿勢等を把握し、車輪４０２等の制御を的確に行うことができる。これにより、自動車４００は、安全で安定した移動をすることができる。なお、圧力センサーデバイス１００は、自動車４００に備えられているナビゲーションシステム等に搭載されていてもよい。

このような移動体の一例としての自動車４００は、圧力センサーデバイス１００を有している。そのため、自動車４００は、前述した圧力センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

以上、本発明の圧力センサーデバイス、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。

１…圧力センサー、１１…下面、１２…上面、２…半導体基板、２１…第１シリコン層、２２…酸化シリコン層、２３…第２シリコン層、２４…凹部、２５…ダイアフラム、２５１…受圧面、３１…第１絶縁膜、３２…第２絶縁膜、４…周囲構造体、４１…層間絶縁膜、４２…配線層、４２１…ガードリング、４２９…配線部、４３…層間絶縁膜、４４…配線層、４４１…ガードリング、４４４…被覆層、４４５…貫通孔、４４９…配線部、４５…表面保護膜、４６…封止層、４７…端子、５…センサー部、５０…ブリッジ回路、５１、５２、５３、５４…ピエゾ抵抗素子、５５…配線、６…ベース基板、１００…圧力センサーデバイス、１１０…パッケージ、１１０ａ…開口、１１１…ベース、１１２…ハウジング、１１３…接着層、１１４…内部端子、１１５…外部端子、１２０…配線基板、１２１…基材、１２２…基部、１２２ａ…開口、１２３…帯体、１２９…配線、１３０…回路素子、１３１…端子、１３２…上面、１４０…圧力伝搬部、１５０…被覆部、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、４０３…電子制御ユニット、ＡＶＤＣ…駆動電圧、ＢＷ…ボンディングワイヤー、Ｓ…圧力基準室、Ｓ１…内部空間

Claims (11)

1. 基材と、
   前記基材に接続されているボンディングワイヤーと、
   前記ボンディングワイヤーを介して前記基材に支持されている圧力センサーと、
   前記ボンディングワイヤーの少なくとも一部を覆い、弾性を有する被覆部と、を有することを特徴とする圧力センサーデバイス。
2. 前記被覆部は、１５以上３０以下のゴム硬度を有する請求項１に記載の圧力センサーデバイス。
3. 前記圧力センサーは、前記ボンディングワイヤーと接続されている端子を有し、
   前記被覆部は、前記端子を覆っている請求項１または２に記載の圧力センサーデバイス。
4. 前記圧力センサーは、受圧により撓み変形するダイアフラムを有し、
   前記ダイアフラムの受圧面上に配置され、前記受圧面に圧力を伝搬する圧力伝搬部を有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力センサーデバイス。
5. 前記圧力伝搬部は、液状またはゲル状をなし、１５０以上の針入度を有する請求項４に記載の圧力センサーデバイス。
6. 前記圧力センサーは、前記ダイアフラム上に配置された圧力基準室を有し、
   前記端子は、前記圧力基準室に対して前記ダイアフラムと反対側に配置されている請求項５に記載の圧力センサーデバイス。
7. 前記基材は、前記圧力センサーを収納しているパッケージである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧力センサーデバイス。
8. 前記基材は、配線基板である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧力センサーデバイス。
9. 前記圧力センサーと電気的に接続されている回路素子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デバイス。
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デバイスを有することを特徴とする電子機器。
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デバイスを有することを特徴とする移動体。

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