JP2018136210A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサにおける封止部材を保護する。【解決手段】被測定空間における圧力を検出するセンサチップと、センサチップを封止する封止部と、センサチップと電気的に接続され、上面の一部が封止部により封止された配線部と、センサチップを囲むように設けられ、且つ、少なくとも一部が配線部の上面の封止部により封止されていない領域に形成された第１壁部とを備え、第１壁部と封止部との間の少なくとも一部の領域には内部空間が設けられ、配線部および第１壁部の接続部分が内部空間に接している圧力センサを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサに関する。

従来、圧電素子等を用いた圧力センサにおいて、圧電素子の上面を樹脂等で封止した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２０１４−２５７７０号公報

圧電素子の周囲には、リードフレーム等の配線部が設けられる。リードフレームの上面の一部も樹脂で封止される。封止樹脂の周囲には、封止樹脂を収容する窪みを形成するための壁部が設けられている。壁部の少なくとも一部は、リードフレームの上面に形成される。

当該壁部の封止樹脂側と、逆側とでは圧力差が発生し得る。このため、リードフレームと壁部との接続部分に隙間が生じて、当該隙間から封止樹脂側に空気が侵入する場合がある。

本発明の第１の態様においては、圧力センサを提供する。圧力センサは、被測定空間における圧力を検出するセンサチップを備えてよい。圧力センサは、センサチップを封止する封止部を備えてよい。圧力センサは、センサチップと電気的に接続され、上面の一部が封止部により封止された配線部を備えてよい。圧力センサは、第１壁部を備えてよい。第１壁部は、センサチップを囲むように設けられてよい。第１壁部は、少なくとも一部が配線部の上面の封止部により封止されていない領域に形成されてよい。第１壁部と封止部との間の少なくとも一部の領域には内部空間が設けられてよい。配線部および第１壁部の接続部分が内部空間に接していてよい。

圧力センサは、第２壁部を備えてよい。第２壁部は、配線部の上面において封止部を囲んでよい。第２壁部は、封止部と隣接して設けられてよい。第２壁部は、第１壁部との間に内部空間が設けられてよい。

第１壁部と第２壁部との間の内部空間は、被測定空間に接続していてよい。配線部の上面を基準として、第２壁部が、第１壁部よりも低く形成されていてよい。第２壁部の上端よりも上方の空間を介して、内部空間が被測定空間に接続されていてよい。第２壁部には、内部空間と被測定空間とを接続する貫通孔が設けられていてよい。

圧力センサは、第１壁部と接続されて、第１壁部に対して内部空間とは逆側の領域を密閉する外側パッケージ部を備えてよい。外側パッケージ部は、第１壁部と対向する面に凹部が形成されてよい。第１壁部の上端は、凹部に挿入されていてよい。

凹部は、第２壁部と対向する領域にも形成されていてよい。第２壁部の先端は、凹部に挿入されていなくてよい。第２壁部の先端は、凹部に挿入されてよい。第２壁部の先端は、凹部の底面と離れていてよい。外側パッケージ部には、内部空間と被測定空間とを接続する接続孔が形成されていてよい。

本発明の第２の態様においては、圧力センサを提供する。圧力センサは、被測定空間における圧力を検出するセンサチップを備えてよい。圧力センサは、センサチップを封止する封止部を備えてよい。圧力センサは、センサチップと電気的に接続され、上面の一部が封止部により封止された配線部を備えてよい。圧力センサは、壁部を備えてよい。壁部は、配線部の上面において、封止部を囲んでよい。壁部は、封止部と隣接して設けられてよい。圧力センサは、壁部と接続されて、壁部に対して封止部とは逆側の領域を含む空間を囲む外側パッケージ部を備えてよい。外側パッケージ部には、外側パッケージで囲まれる空間と、被測定空間とを接続する接続孔が形成されていてよい。

上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る圧力センサ１００の一例を示す断面図である。 内部空間３０の近傍を拡大した断面図の一例である。 内部空間３０の近傍を拡大した断面図の他の例を示す。 内部空間３０の近傍を拡大した断面図の他の例を示す。 内部空間３０の近傍を拡大した断面図の他の例を示す。 内部空間３０の近傍を拡大した断面図の他の例を示す。 圧力センサ１００の実装例を示す図である。 内部空間３０の近傍を拡大した断面図の他の例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る圧力センサ１００の一例を示す断面図である。圧力センサ１００は、被測定空間１１０に存在する気体の圧力を検出する。圧力センサ１００は、センサチップ１０を備える。

センサチップ１０は、印加される圧力に応じた電圧を生成する圧電素子が形成されたチップである。一例として圧電素子は、シリコン等の半導体基板に形成されたピエゾ抵抗素子である。

本例の圧力センサ１００は、内側パッケージ部１４、外側パッケージ部２６、第１配線部２０および第２配線部２４を備える。内側パッケージ部１４には、センサチップ１０が固定される。一例として内側パッケージ部１４は樹脂で形成されている。センサチップ１０と内側パッケージ部１４との間には、支持部１２が設けられてよい。支持部１２は、一方の面が内側パッケージ部１４に固定されており、他方の面にセンサチップ１０が固定される。支持部１２は、例えばガラスで形成される。

内側パッケージ部１４には、センサチップ１０および支持部１２を収容する凹部が形成されてよい。本明細書では、センサチップ１０の主面と直交する方向のうち、内側パッケージ部１４とは逆側の方向を「上」、内側パッケージ部１４に向かう方向を「下」とする。チップ、パッケージまたはその他の部材の面のうち、上方向に向いた面を上面、下方向に向いた面を下面と称する。本明細書における「上」、「下」の方向は、重力方向または圧力センサ１００の実装時における方向を指すものではない。図１の例におけるセンサチップ１０は、内側パッケージ部１４の上面側に配置されている。

内側パッケージ部１４の上面には、第１配線部２０が設けられる。一例として第１配線部２０は金属材料で形成された板形状のリードフレームであるが、第１配線部２０はこれに限定されない。第１配線部２０は、プリント基板等であってもよい。第１配線部２０は、センサチップ１０と電気的に接続される。本例では、アルミニウム、金、または銅等のワイヤ１６により、第１配線部２０およびセンサチップ１０が電気的に接続される。

内側パッケージ部１４の上面側には、センサチップ１０を封止する封止部１８が設けられる。封止部１８は、ゲル等の樹脂であってよい。封止部１８は、センサチップ１０の上面と、第１配線部２０の上面の一部とを封止する。センサチップ１０の上面は、封止部１８を介して被測定空間１１０に面している。センサチップ１０の上面に圧電素子が形成される。本例の封止部１８は、内側パッケージ部１４の凹部内と、ワイヤ１６も封止する。

内側パッケージ部１４の上面側には、センサチップ１０を囲むように第１壁部２１が設けられる。本例の第１壁部２１は、樹脂で形成される。第１壁部２１は、内側パッケージ部１４と一体に形成されてよい。第１壁部２１の一部は、図４に示すように、第１配線部２０の上面の封止部１８により封止されていない領域に形成される。一例として、第１配線部２０は、センサチップ１０の周囲の一部に設けられる。第１壁部２１は、センサチップ１０の周囲において、第１配線部２０が設けられている領域においては第１配線部２０の上面に接して設けられ、第１配線部２０が設けられていない領域においては内側パッケージ部１４と接続されている。

外側パッケージ部２６は、第１壁部２１と接続される。内側パッケージ部１４、外側パッケージ部２６および第１壁部２１により密閉空間２８が形成される。密閉空間２８には、第１配線部２０のうち、第１壁部２１よりも外側（すなわち、第１壁部２１に対して封止部１８とは逆側）の部分が露出する。また、密閉空間２８には、内側パッケージ部１４の下面が露出している。本例の密閉空間２８は、被測定空間１１０とは分離されている。封止部１８は、密閉空間２８には露出しない。

外側パッケージ部２６は、密閉空間２８を囲む箱形状を有してよい。本例の外側パッケージ部２６は、所定の領域を囲む縁部４０を有する。縁部４０により囲まれた領域に開口が形成されている。当該開口により、封止部１８が被測定空間１１０に露出する。縁部４０は、外側パッケージ部２６において、外側（上方向）に突出して形成されてよい。縁部４０は、外側パッケージ部２６の他の部分に比べて厚く形成されてよい。本例では、第１壁部２１の上端が縁部４０の下面に接続される。

第１壁部２１と、封止部１８との間の少なくとも一部の領域には内部空間３０が設けられる。つまり、第１壁部２１と封止部１８との間の少なくとも一部の領域には、樹脂等が設けられていない空間が形成される。内部空間３０は、被測定空間１１０に接続されていてよい。

密閉空間２８と被測定空間１１０との間には、被測定空間１１０における圧力に応じて圧力差が生じる。このため、第１配線部２０と第１壁部２１との密着性が低下して、第１配線部２０と第１壁部２１との接続部分を気体が通過する場合がある。例えば、被測定空間１１０の圧力が、密閉空間２８における圧力よりも低い場合、第１配線部２０と第１壁部２１との接続部分を介して、密閉空間２８から被測定空間１１０側に空気が流れる場合がある。

ここで、第１壁部２１と、封止部１８とが接触していると、第１配線部２０と第１壁部２１との接続部分を通過した空気が、封止部１８側に侵入する。例えば、封止部１８と第１配線部２０との境界部分に空気が侵入してしまう場合がある。

本例の圧力センサ１００においては、内部空間３０が、第１壁部２１と第１配線部２０との接続部分に接している。本例では、第１配線部２０の上面に接して内部空間３０が形成されている。このため、第１壁部２１と第１配線部２０との接続部分から侵入した空気が封止部１８に到達することを抑制できる。例えば、内部空間３０が被測定空間１１０に接続されていれば、侵入した空気は被測定空間１１０に排出される。これにより、封止部１８を保護できる。なお内部空間３０は、被測定空間１１０より圧力の低い空間に接続されていてよく、他の空間に接続されていてもよい。

本例の圧力センサ１００は、封止部１８と第１壁部２１との間に第２壁部２２を備える。本例の第２壁部２２は、樹脂で形成されている。第２壁部２２の一部は、第１配線部２０の上面に接して設けられ、他の一部は内側パッケージ部１４と接続されている。第２壁部２２は、内側パッケージ部１４と一体に形成されてよい。第２壁部２２は、封止部１８を囲むように、封止部１８と隣接して設けられる。本例の第２壁部２２の内壁は、封止部１８を収容する凹部を形成している。第２壁部２２が形成した凹部内に封止部１８が充填されている。

第２壁部２２と、第１壁部２１との間に、内部空間３０が設けられる。つまり、第２壁部２２は、封止部１８と接して設けられ、且つ、第１壁部２１と離れて設けられている。このような構造により、第１壁部２１と第１配線部２０との接続部分を通過した空気が、封止部１８に接することを抑制できるので、封止部１８を保護することができる。

本例の圧力センサ１００は、第２配線部２４を更に備える。第２配線部２４は、密閉空間２８の内部において第１配線部２０と電気的に接続されている。第２配線部２４は、密閉空間２８とは異なる外部空間５０まで延伸して設けられている。第２配線部２４は、外側パッケージ部２６を貫通して設けられる。

第２配線部２４は、ピン、ケーブルまたはリードフレーム等である。外部空間５０は、外側パッケージ部２６に囲まれた空間であってよく、外側パッケージ部２６に囲まれていない空間であってもよい。第２配線部２４は、圧力センサ１００が実装される基板等に電気的に接続されてよい。

図２は、内部空間３０の近傍を拡大した断面図の一例である。上述したように、第１配線部２０の上面３８の一部は、封止部１８により封止されている。第１配線部２０の下面には内側パッケージ部１４が接続されている。第１配線部２０と内側パッケージ部１４との境界を接続部分３６とする。

第１配線部２０の上面３８には、第２壁部２２が接続されている。上面３８と第２壁部２２との境界を接続部分３４とする。また、第１配線部２０の上面３８と、第１壁部２１との境界を接続部分３２とする。第１壁部２１および第２壁部２２は、樹脂で形成されてよい。

一例として、第１配線部２０は、内側パッケージ部１４、第１壁部２１および第２壁部２２を樹脂成型するときに、インサート成型される。つまり、内側パッケージ部１４、第１壁部２１および第２壁部２２を成型する金型に対して、第１配線部２０を所定の位置に配置して、金型に樹脂を注入する。これにより、各接続部分３２、３４、３６において、第１配線部２０と各樹脂部材を密着させる。本例においては、各接続部分３２、３４および３６には、接着剤等の封止剤は設けられていない。

本例の第１壁部２１の上端は、外側パッケージ部２６の縁部４０に接続されている。一例として、縁部４０の第１壁部２１と対向する下面には凹部４２が形成されている。凹部４２の形状は、第１壁部２１の上端の形状とほぼ同一である。第１壁部２１の上端は、凹部４２に挿入されている。本例の第１壁部２１の上端は、凹部４２の底面と接触する。第１壁部２１と凹部４２との隙間には、樹脂または接着剤等が充填されていてよい。第１壁部２１は、外側パッケージ部２６と一体に成形されていてもよい。このような構造により、密閉空間２８を形成できる。

本例の内部空間３０は、被測定空間１１０と接続される。一例として、第２壁部２２の上端よりも上方の空間４４を介して、内部空間３０と被測定空間１１０とが接続されている。第１配線部２０の上面３８を基準として、第２壁部２２は、第１壁部２１よりも低く形成されてよい。第２壁部２２の上端と、外側パッケージ部２６（本例では縁部４０）との間に、空間４４が形成される。空間４４は、第１配線部２０の上面３８と平行な面内における第２壁部２２の周方向において、全周に渡って形成されていてよく、離散的に形成されていてもよい。

内部空間３０を設けることで、接続部分３２および接続部分３４を接着剤等で封止せずとも、封止部１８側に空気が侵入することを抑制できるので、製造工程を簡略化し、また、使用する部材点数を低減できる。また、第２壁部２２を第１壁部２１よりも低く形成することで、内部空間３０と被測定空間１１０とを容易に接続することができる。

図３は、内部空間３０の近傍を拡大した断面図の他の例を示す。本例の外側パッケージ部２６（図３の例では縁部４０）においては、凹部４２が、第２壁部２２と対向する領域にも形成されている。第１壁部２１と対向する凹部４２と、第２壁部２２と対向する凹部４２は連続に形成されている。

第１壁部２１の上端と凹部４２との隙間は、樹脂または接着剤等で充填されている。第２壁部２２と凹部４２との間には、空間４４が設けられている。本例では、第２壁部２２の上端は、凹部４２の内部には挿入されていない。つまり、第２壁部２２の上端は、縁部４０の下面よりも下側に配置されている。これにより、空間４４を大きくでき、内部空間３０から被測定空間１１０に空気を容易に逃がすことができる。

図４は、内部空間３０の近傍を拡大した断面図の他の例を示す。本例の圧力センサ１００は、第２壁部２２の上端が凹部４２に挿入されている点で、図３の例とは相違する。他の構造は、図３の例と同一である。本例においても、第２壁部２２と縁部４０との間には、空間４４が設けられる。つまり、第２壁部２２の上端は、凹部４２の底部とは離れて設けられる。

このような構造によっても、内部空間３０と被測定空間１１０とを接続することができる。また、第２壁部２２の上端が凹部４２に挿入されていることで、被測定空間１１０から内部空間３０に向けて、異物が侵入することを抑制できる。例えば、水分等から接続部分３２および接続部分３４を保護することができる。

図５は、内部空間３０の近傍を拡大した断面図の他の例を示す。本例の圧力センサ１００は、第２壁部２２の構造が図３の例と異なる。他の構造は、図３の例と同一である。本例の第２壁部２２には、内部空間３０と被測定空間１１０とを接続する貫通孔４６が設けられている。貫通孔４６は、第２壁部２２の上端と下端との間において、内部空間３０側の面から、被測定空間１１０側の面まで貫通する。貫通孔４６は、第１配線部２０の上面３８と平行な面内における第２壁部２２の周方向において、離散的に形成されてよい。このような構造においても、内部空間３０と被測定空間１１０とを接続することができる。

図５の例においては、第２壁部２２の上方に、空間４４が設けられていてよく、設けられていなくともよい。図５では、第２壁部２２の上端が凹部４２の底面に接続されている例を示している。この場合、第２壁部２２は、第１壁部２１と同一の高さで形成されてよい。

図６は、内部空間３０の近傍を拡大した断面図の他の例を示す。本例の外側パッケージ部２６には、内部空間３０と被測定空間１１０とを接続する接続孔４８が形成されている。接続孔４８は、縁部４０に設けられてよい。接続孔４８以外の構造は、図１から図５に関連して説明したいずれかの態様の圧力センサ１００と同一である。

本例の縁部４０には凹部４２が設けられる。第１壁部２１および第２壁部２２は凹部４２に挿入される。凹部４２の底面において、内部空間３０と対向する位置には、接続孔４８が設けられる。接続孔４８は、凹部４２の底面から、縁部４０の上面まで貫通している。このような構造によっても、内部空間３０と被測定空間１１０とを接続することができる。

図６の例では接続孔４８は直線形状を有しているが、縁部４０の内部において屈曲していてもよい。この場合、接続孔４８の一方の端部は凹部４２の底面において開口しており、他方の端部は、縁部４０の上面と下面との間の側面４１に開口してもよい。第２壁部２２の上方には、空間４４が設けられてよい。また、第２壁部２２には、貫通孔４６が設けられてもよい。

図７は、圧力センサ１００の実装例を示す図である。圧力センサ１００は、配管２００の内部の被測定空間１１０の圧力を検出する。配管２００は、例えば自動車等における吸気系の配管である。吸気系の配管においては、被測定空間１１０の圧力が、密閉空間２８の圧力よりも低くなりやすい。図１から図６に説明した圧力センサ１００によれば、被測定空間１１０の圧力が、密閉空間２８の圧力よりも低くなっても、内部空間３０の空気を被測定空間１１０等に逃がすことができるので、封止部１８を保護することができる。

圧力センサ１００の縁部４０が、配管２００の外壁に設けられた開口に挿入される。これにより、センサチップ１０の測定面を封止する封止部１８が被測定空間１１０に露出して、被測定空間１１０の圧力を検出することができる。なお、図６に示した接続孔４８の一つの端部は、縁部４０の表面のうち、被測定空間１１０に露出する面に開口する。

図８は、内部空間３０の近傍を拡大した断面図の他の例を示す。本例の外側パッケージ部２６（図８の例では縁部４０）には、密閉空間２８と被測定空間１１０とを接続する接続孔６２が形成されている。他の構造は、図１から図７に示したいずれかの例と同一であってよく、異なっていてもよい。図８に示す圧力センサ１００においては、第１壁部２１および第２壁部２２に代えて壁部６０を備える。

壁部６０は、第２壁部２２と同様に、第１配線部２０の上面において封止部１８を囲むように設けられ、且つ、封止部１８と接触している。ただし、壁部６０の上端は、縁部４０に接続されている。つまり、壁部６０と縁部４０との間には、空間４４が形成されていない。本例では、密閉空間２８と被測定空間１１０との間に圧力差が生じないので、壁部６０と第１配線部２０との接続部分に空気が侵入しない。このような構造によっても、封止部１８を保護することができる。

接続孔６２は、壁部６０の近傍に設けられることが好ましい。これにより、壁部６０の近傍の密閉空間２８と、被測定空間１１０との圧力差を無くすことができる。本例では、縁部４０に接続孔６２が設けられる。また、図１から図６に示した例において、第１壁部２１よりも外側（密閉空間２８側）の縁部４０に、接続孔６２が設けられてもよい。図８の例では、接続孔６２は直線形状を有しているが、縁部４０の内部において屈曲していてもよい。この場合、接続孔６２の一方の端部は縁部４０の下面において開口しており、他方の端部は、縁部４０の上面と下面との間の側面４１において開口してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０・・・センサチップ、１２・・・支持部、１４・・・内側パッケージ部、１６・・・ワイヤ、１８・・・封止部、２０・・・第１配線部、２１・・・第１壁部、２２・・・第２壁部、２４・・・第２配線部、２６・・・外側パッケージ部、２８・・・密閉空間、３０・・・内部空間、３２、３４、３６・・・接続部分、３８・・・上面、４０・・・縁部、４１・・・側面、４２・・・凹部、４４・・・空間、４６・・・貫通孔、４８・・・接続孔、５０・・・外部空間、６０・・・壁部、６２・・・接続孔、１００・・・圧力センサ、１１０・・・被測定空間、２００・・・配管

Claims (12)

1. 被測定空間における圧力を検出するセンサチップと、
   前記センサチップを封止する封止部と、
   前記センサチップと電気的に接続され、上面の一部が前記封止部により封止された配線部と、
   前記センサチップを囲むように設けられ、且つ、少なくとも一部が前記配線部の前記上面の前記封止部により封止されていない領域に形成された第１壁部と
   を備え、
   前記第１壁部と前記封止部との間の少なくとも一部の領域には内部空間が設けられ、
   前記配線部および前記第１壁部の接続部分が前記内部空間に接している圧力センサ。
2. 少なくとも一部が前記配線部の前記上面に形成され、前記封止部を囲むように前記封止部と隣接して設けられ、且つ、前記第１壁部との間に前記内部空間が設けられた第２壁部を更に備える
   請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記第１壁部と前記第２壁部との間の前記内部空間は、前記被測定空間に接続している
   請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記配線部の前記上面を基準として、前記第２壁部が、前記第１壁部よりも低く形成されており、
   前記第２壁部の上端よりも上方の空間を介して、前記内部空間が前記被測定空間に接続されている
   請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記第２壁部には、前記内部空間と前記被測定空間とを接続する貫通孔が設けられている
   請求項３に記載の圧力センサ。
6. 前記第１壁部と接続されて、前記第１壁部に対して前記内部空間とは逆側の領域を密閉する外側パッケージ部を更に備える
   請求項２から５のいずれか一項に記載の圧力センサ。
7. 前記外側パッケージ部は、前記第１壁部と対向する面に凹部が形成され、
   前記第１壁部の上端は、前記凹部に挿入されている
   請求項６に記載の圧力センサ。
8. 前記凹部は、前記第２壁部と対向する領域にも形成されている
   請求項７に記載の圧力センサ。
9. 前記第２壁部の先端は、前記凹部に挿入されていない
   請求項８に記載の圧力センサ。
10. 前記第２壁部の先端は、前記凹部に挿入され、且つ、前記凹部の底面と離れている
    請求項８に記載の圧力センサ。
11. 前記外側パッケージ部には、前記内部空間と前記被測定空間とを接続する接続孔が形成されている
    請求項６から８のいずれか一項に記載の圧力センサ。
12. 被測定空間における圧力を検出するセンサチップと、
    前記センサチップを封止する封止部と、
    前記センサチップと電気的に接続され、上面の一部が前記封止部により封止された配線部と、
    前記配線部の前記上面において、前記封止部を囲み、且つ、前記封止部と隣接して設けられた壁部と、
    前記壁部と接続されて、前記壁部に対して前記封止部とは逆側の領域を含む空間を囲む外側パッケージ部と
    を備え、
    前記外側パッケージ部には、前記外側パッケージで囲まれる空間と、前記被測定空間とを接続する接続孔が形成されている圧力センサ。

Images