JP2019174179A - 圧力センサー、圧力センサーモジュール、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】応力の影響を受け難く、小型化を図ることのできる圧力センサー、圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】圧力センサーは、受圧により撓み変形するダイアフラムと、前記ダイアフラムの平面視で、前記ダイアフラムの外側に位置し、互いに離間して配置されている複数の柱部と、を備え、前記複数の柱部を介して実装部材に接合される。また、圧力センサーは、前記ダイアフラムとして機能する第１基板と、前記第１基板の一方の主面側に位置し、前記第１基板の平面視で、前記ダイアフラムと重なる第２基板と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサー、圧力センサーモジュール、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の圧力センサーは、収納空間を有するパッケージと、パッケージに収納された圧力センサー素子と、圧力センサー素子を覆うように収納空間に充填された封止部材と、を有する。そして、圧力センサー素子は、ボンディングワイヤーによってパッケージから吊り下げられ、浮遊した状態となっている。このような構成とすることにより、圧力センサー素子に検出対象である圧力以外の応力が加わり難くなり、圧力検出精度が向上する効果がある。

特開２０１４−１２５４８１号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、ボンディングワイヤーによって圧力センサー素子および回路素子を吊り下げるためのスペースが必要となるため、小型化が難しいという課題があった。

本発明の圧力センサーは、受圧により撓み変形するダイアフラムと、
前記ダイアフラムの平面視で、前記ダイアフラムの外側に位置し、互いに離間して配置されている複数の柱部と、を備え、
前記複数の柱部を介して実装部材に接合されることを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサーを示す断面図である。 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２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が有する第２基板の下面図である。 第２基板の変形例を示す下面図である。 第２基板の変形例を示す下面図である。 圧力センサーの変形例を示す断面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 接合部材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を示す下面図である。 図１０中のＢ−Ｂ線断面図である。 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モジュールを示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係る圧力センサーモジュールを示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係る圧力センサーモジュールを示す断面図である。 本発明の第７実施形態に係る圧力センサーモジュールを示す断面図である。 本発明の第８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９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１０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、圧力センサーモジュール、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を示す断面図である。図２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３は、図２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４は、図１に示す圧力センサーが有する第２基板の下面図である。図５および図６は、第２基板の変形例を示す下面図である。図７は、圧力センサーの変形例を示す断面図である。図８は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図９は、接合部材の変形例を示す断面図である。

なお、各図には、互いに直交する３つの軸としてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、Ｚ軸方向マイナス側を「下」とも言う。また、基板１０の平面視、すなわち、Ｚ軸方向からの平面視を単に「平面視」とも言う。

図１に示す圧力センサー１は、受圧により撓み変形するダイアフラム２５と、平面視で、ダイアフラム２５の外側に位置する複数の柱部４２と、を有する基板１０を備え、複数の柱部４２の先端面４２１において接合部材８を介して実装部材９に接合される。このような構成によれば、実装部材９と圧力センサー１との熱膨張係数の差に起因して生じる応力を柱部４２の弾性変形により吸収・緩和することができ、ダイアフラム２５に検出対象である圧力以外の応力が生じ難くなる。そのため、優れた圧力検出精度を有する圧力センサー１が得られる。なお、実装部材９としては、特に限定されず、後述する実施形態でも述べるようなパッケージ、回路素子、支持基板等が挙げられる。以下、このような構成の圧力センサー１について、詳細に説明する。

基板１０は、ダイアフラム２５が形成された第１基板２と、第１基板２の下面２０に接合された第２基板４および複数の柱部４２と、を有する。なお、複数の柱部４２は、第２基板４をエッチングすることにより、第２基板４から分離して形成されている。そのため、以下では、説明の便宜上、複数の柱部４２が第２基板４に含まれるものとして説明する場合もある。このように、ダイアフラム２５を形成する基板と、柱部４２を形成する基板と、を分けることにより、圧力センサー１の機械的強度の低下を効果的に抑制することができる。ただし、これに限定されず、例えば、後述する第３実施形態でも説明するように、第１基板２にダイアフラム２５と柱部４２とを形成してもよい。

第１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シリコン層２１および第２シリコン層２３の間に配置された酸化シリコン層２２と、を有するＳＯＩ基板である。第１基板２としてＳＯＩ基板を用いることにより、製造上取り扱い易く、優れた加工寸法精度を発揮することができる。

なお、第１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、第１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（半導体基板）であってもよい。

第１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が形成されている。第１基板２には下面２０に開放する有底の凹部２４が形成され、この凹部２４によって薄くなっている部分がダイアフラム２５となる。また、ダイアフラム２５の上面側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、四隅が面取りされていてもよいし、円形、三角形、正方形以外の四角形、五角形以上の多角形等であってもよい。

また、本実施形態では、ダイアフラム２５に酸化シリコン層２２が残っているが、酸化シリコン層２２は、除去してもよい。すなわち、ダイアフラム２５が第２シリコン層２３の単層で構成されていてもよい。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。また、凹部２４が第１シリコン層２１の途中まで形成され、第１シリコン層２１、酸化シリコン層２２および第２シリコン層２３の３層でダイアフラム２５が構成されていてもよい。

ダイアフラム２５の幅としては、特に限定されず、ダイアフラム２５の厚さ等によっても異なるが、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましい。これにより、過度な大型化を抑制しつつ、十分に撓み易いダイアフラム２５とすることができる。また、ダイアフラム２５の厚さとしては、特に限定されず、ダイアフラム２５の幅によっても異なるが、前述したように、ダイアフラム２５の幅が１００μｍ以上５００μｍ以下の場合には、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。これにより、機械的な強度を十分に保ちつつ、十分に薄く、受圧に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、受圧面２５１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２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を有する。そして、ピエゾ抵抗素子５１〜５４は、配線５５を介して互いに電気的に接続され、図３に示すブリッジ回路５０を構成している。このようなブリッジ回路５０は、ダイアフラム２５の撓みに基づくピエゾ抵抗素子５１〜５４の抵抗値変化に応じた検出信号を出力する。したがって、ブリッジ回路５０から出力された検出信号に基づいて受圧面２５１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５１〜５４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。そのため、外縁部にピエゾ抵抗素子５１〜５４を配置することにより、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５１〜５４の配置は、特に限定されず、例えば、ダイアフラム２５の外縁を跨いで配置されていてもよいし、ダイアフラム２５の中央部に配置されていてもよい。

ピエゾ抵抗素子５１〜５４は、第２シリコン層２３にリン、ボロン、砒素等の不純物をドープ（拡散または注入）することにより形成されている。また、配線５５は、第２シリコン層２３に、ピエゾ抵抗素子５１〜５４よりも高濃度でリン、ボロン、砒素等の不純物をドープ（拡散または注入）することにより形成されている。

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１に示すように、第１基板２の上面には酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）で構成された第１絶縁膜３１が成膜され、第１絶縁膜３１の上面には窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）で構成された第２絶縁膜３２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５１〜５４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。なお、第１、第２絶縁膜３１、３２の少なくとも１つは、省略してもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。

また、第２絶縁膜３２上には、配線５５と電気的に接続された複数の端子５６が設けられている。そのため、端子５６を介してセンサー部５と外部装置とを電気的に接続することができる。本実施形態では、実装部材９の端子９１と端子５６とがボンディングワイヤーＢＷを介して電気的に接続されている。

図１に示すように、第１基板２の下面２０には第２基板４が接合されている。第２基板４によって凹部２４の開口が塞がれ、ダイアフラム２５と第２基板４との間に圧力基準室Ｓとして機能する空洞部が形成される。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。すなわち、圧力センサー１は、絶対圧センサーとして機能する。圧力基準室Ｓは、減圧状態、特に真空状態または真空状態により近い状態（１０Ｐａ以下）であることが好ましい。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。

第２基板４は、シリコン基板である。これにより、製造上取り扱い易く、優れた加工寸法精度を発揮することができる第２基板４となる。特に、柱部４２を精度よく形成することができる。また、第２基板４をシリコン基板とすることにより、第１基板２と第２基板４との熱膨張係数の差を小さくでき、基板１０に生じる熱応力を効果的に低減することができる。そのため、圧力センサー１の圧力検出精度の低下を効果的に抑制することができる。ただし、第２基板４としては、シリコン基板に限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス基板等を用いることもできる。

第２基板４は、凹部２４の開口を塞いで圧力基準室Ｓを形成する基部４１と、基部４１の周囲に位置する複数の柱部４２と、を有する。そして、各柱部４２の自由端面である先端面４２１が接合部材８を介して実装部材９に接合されている。このような構成とすることにより、実装部材９と圧力センサー１との熱膨張係数の差に起因して生じる応力を複数の柱部４２の弾性変形により吸収・緩和することができ、ダイアフラム２５に検出対象である圧力以外の応力が生じ難くなる。そのため、優れた圧力検出精度を有する圧力センサー１が得られる。つまり、複数の柱部４２は、実装部材９と圧力センサー１との熱膨張係数の差に起因して生じる応力を吸収・緩和する応力緩和部として機能する。

平面視で、基部４１は、ダイアフラム２５と重なって配置されており、各柱部４２は、ダイアフラム２５と重ならないように、ダイアフラム２５の外側に位置している（図４参照）。このように、平面視で、ダイアフラム２５の外側に複数の柱部４２を配置することにより、基部４１を凹部２４の開口と重ねて配置することができ、より確実にかつ容易に圧力基準室Ｓを形成することができる。また、ダイアフラム２５と柱部４２との離間距離を大きくすることができ、実装部材９で生じた応力がダイアフラム２５に伝わり難くなる。特に、本実施形態では、複数の柱部４２が第２基板４の外縁部に配置されているため、ダイアフラム２５と柱部４２との離間距離をさらに大きくすることができる。そのため、上述した効果をより顕著に発揮することができる。

図４に示すように、基部４１は、平面視で、四隅に切り欠き４１１を有する十字形状となっており、Ｘ軸方向の両端およびＹ軸方向の両端が、それぞれ、第１基板２の外縁まで延びている。そして、４つの切り欠き４１１には、それぞれ、複数の柱部４２が設けられている。各切り欠き４１１には４つの柱部４２が設けられており、４つの柱部４２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って２×２の行列状に互いに離間して配列されている。このように、基部４１を十字形状とし、切り欠き４１１に柱部４２を配置することにより、柱部４２の配置スペースを確保しつつ、基部４１をより大きく形成することができる。そのため、基板１０全体の剛性を高めることができる。また、複数の柱部４２を第２基板４の外縁部にバランスよく配置することができるため、圧力センサー１をより安定した姿勢で実装部材９に実装することができる。

ただし、基部４１の形状や柱部４２の配置は、特に限定されない。例えば、図５に示すように、各切り欠き４１１に配置される柱部４２の数が１つであってもよい。各切り欠き４１１内に配置される柱部４２の数は、図４に示す４つであっても、図５に示す１つであっても、それ以外の２つまたは３つ、さらには、５つ以上であってもよい。また、１つの切り欠き４１１に複数の柱部４２が配置されている場合、複数の柱部４２の配置は、行列状に限定されず、例えば、一直線上に配置されていてもよいし、ランダムに配置されていてもよい。また、図６に示すように、基部４１の全周を囲むようにして複数の柱部４２が配置されていてもよい。すなわち、複数の柱部４２が第２基板４の外縁部の全周に亘って配置されていてもよい。この場合、切り欠き４１１は、基部４１の外縁部の全周に亘って形成されている。また、基部４１は、切り欠き４１１を有さない形状であってもよい。

また、図４に示すように、各柱部４２は、その横断面がＸ軸方向およびＹ軸方向に沿った正方形状の柱となっており、Ｘ軸方向の長さＷｘとＹ軸方向の長さＷｙとが等しい。このように、Ｘ軸方向の長さＷｘとＹ軸方向の長さＷｙとを等しくすることにより、各柱部４２がＸ軸方向およびＹ軸方向の両方向に弾性変形し易くなり、中心軸まわりに捩じれ易くもなる。そのため、実装部材９と圧力センサー１との熱膨張係数の差に起因して生じる応力をより効果的に吸収・緩和することができる。長さＷｘ、Ｗｙとしては、特に限定されず、圧力センサー１のサイズ等によっても異なるが、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。このような長さＷｘ、Ｗｙとすることにより、機械的な強度を保ちつつ、弾性変形し易い柱部４２となる。なお、「長さＷｘ、Ｗｙが等しい」とは、Ｗｘ、Ｗｙが一致している場合の他、例えば、製造上生じ得るばらつき等、長さＷｘ、Ｗｙが若干異なる場合も含む意味である。例えば、０．９≦Ｗｘ／Ｗｙ≦１．１の範囲を、長さＷｘ、Ｗｙが等しいと言うことができる。

また、図１に示すように、各柱部４２は、その長さＷｘ（＝Ｗｙ）よりも大きい高さＴ（Ｚ軸方向の長さ）を有する。そのため、各柱部４２が、幅方向すなわちＸ軸方向およびＹ軸方向に弾性変形し易くなり、より効果的に、実装部材９と圧力センサー１との熱膨張係数の差に起因して生じる応力を吸収・緩和することができる。高さＴとしては、特に限定されないが、例えば、１０≦Ｔ／Ｗｘ≦５０であることが好ましく、１５≦Ｔ／Ｗｘ≦４０であることがより好ましく、２０≦Ｔ／Ｗｘ≦３０であることがさらに好ましい。これにより、各柱部４２の高さＴが過度に大きくなるのを抑制しつつ、十分に高い高さＴとすることができ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に十分に弾性変形し易い柱部４２となる。

ただし、柱部４２の形状は、特に限定されない。例えば、長さＷｘが長さＷｙよりも長くてもよいし、反対に、長さＷｙが長さＷｘよりも長くてもよい。また、柱部４２の平面視形状（横断面形状）としては、正方形に限定されず、円形、半円形、楕円形、長円形、三角形、正方形以外の四角形、五角形以上の多角形、異形等であってもよい。特に、柱部４２を円形することにより、ＸＹ面内のどの方向へも等しく弾性変形することができる柱部４２となる。

また、本実施形態では、各柱部４２は、その高さ方向（Ｚ軸方向）に沿って横断面の形状が一定であるが、これに限定されず、その高さ方向に沿って形状が変化してもよい。例えば、基端側から先端側に向けて横断面積が漸減するテーパー状となっていてもよい。反対に、基端側から先端側に向けて横断面積が漸増するテーパー状となっていてもよい。また、基端側が正方形の横断面形状なのに対して先端側が円形の横断面形状であるというように、基端側と先端側とで横断面形状が異なっていてもよい。また、隣接する柱部４２の上端部同士が結合または一体化している構造であってもよい。また、本実施形態では、全ての柱部４２が互いに同じ形状となっているが、これに限定されず、少なくとも１つの柱部４２が他の柱部４２と異なる形状となっていてもよい。

ここで、図１に示すように、各柱部４２の高さＴ（Ｚ軸方向の長さ）は、基部４１の高さＴ１よりも大きい。すなわち、Ｔ＞Ｔ１の関係を満足している。したがって、基部４１の下面４１０は、柱部４２の先端面４２１よりも上側に位置する。これにより、圧力センサー１を実装部材９に実装した際に、基部４１と実装部材９との接触を効果的に抑制することができる。したがって、実装部材９で生じた応力が基部４１を介してダイアフラム２５に伝達されてしまうことを効果的に抑制することができる。高さＴ１としては、特に限定されないが、例えば、０．５≦Ｔ１／Ｔ≦０．９５であることが好ましく、０．８≦Ｔ１／Ｔ≦０．９であることがより好ましい。このような高さＴとすることにより、基部４１の機械的強度を十分に保ちつつ、基部４１と実装部材９との接触をより効果的に抑制することができる。ただし、高さＴ１としては、特に限定されず、例えば、図７に示すように、Ｔ＝Ｔ１であってもよい。また、Ｔ＜Ｔ１であってもよい。

以上のような柱部４２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されている。このような形成方法によれば、柱部４２の側面が第２基板４の主面に対して略垂直となり、高いアスペクト比を有する柱部４２を容易に形成することができる。

なお、本実施形態では、第２基板４の厚さ方向の全域から柱部４２が形成されているが、これに限定されず、厚さ方向の一部から柱部４２が形成されていてもよい。言い換えると、本実施形態では、ドライエッチングによって第２基板４を貫通する孔を形成することにより柱部４２を形成しているが、第２基板４の途中で閉じた孔を形成することにより柱部４２を形成してもよい。

図８に示すように、接合部材８は、４つの切り欠き４１１（４１１ａ〜４１１ｄ）に対応して４つ設けられている。具体的には、接合部材８は、切り欠き４１１ａに対応する第１接合部材８１と、切り欠き４１１ｂに対応する第２接合部材８２と、切り欠き４１１ｃに対応する第３接合部材８３と、切り欠き４１１ｄに対応する第４接合部材８４と、を有する。そして、切り欠き４１１ａに配置された４つの柱部４２がそれぞれ第１接合部材８１を介して実装部材９に接合され、切り欠き４１１ｂに配置された４つの柱部４２がそれぞれ第２接合部材８２を介して実装部材９に接合され、切り欠き４１１ｃに配置された４つの柱部４２がそれぞれ第３接合部材８３を介して実装部材９に接合され、切り欠き４１１ｄに配置された４つの柱部４２がそれぞれ第４接合部材８４を介して実装部材９に接合されている。

第１〜第４接合部材８１〜８４としては、特に限定されないが、ヤング率が低いことが好ましい。第１〜第４接合部材８１〜８４のヤング率を低くすることにより、第１〜第４接合部材８１〜８４が変形容易となって、各柱部４２が弾性変形し易くなる。このような第１〜第４接合部材８１〜８４としては、例えば、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系、ウレタン系、アミド系等の各種樹脂材料を用いることができる。

ここで、本実施形態では、切り欠き４１１ａに配置された４つの柱部４２がそれぞれ第１接合部材８１を介して実装部材９に接合されているが、これに限定されず、例えば、図９に示すように、第１接合部材８１が４つに分割されており、切り欠き４１１ａに配置された４つの柱部４２がそれぞれ独立して第１接合部材８１を介して実装部材９に接合されていてもよい。第２〜第４接合部材８２〜８４についても同様である。

以上、圧力センサー１について説明した。このような圧力センサー１は、前述したように、受圧により撓み変形するダイアフラム２５と、ダイアフラム２５の平面視で、ダイアフラム２５の外側に位置し、互いに離間して配置されている複数の柱部４２と、を備えている。そして、圧力センサー１は、複数の柱部４２を介して実装部材９に接合される。このような構成によれば、実装部材９と圧力センサー１との熱膨張係数の差に起因して生じる応力を柱部４２が弾性変形することにより吸収・緩和することができ、ダイアフラム２５に検出対象である圧力以外の応力が生じ難くなる。そのため、優れた圧力検出精度を有する圧力センサー１が得られる。また、このような圧力センサー１によれば、従来のようにボンディングワイヤーによって吊り下げなくても、十分に応力の影響を受け難くすることができるため、圧力センサー１を組み込んだ装置にボンディングワイヤーを配置するためのスペースが不要となり、その分、装置の小型化を図ることができる。

また、前述したように、基板１０は、ダイアフラム２５を有する第１基板２と、第１基板２の下面（一方の主面）側に位置し、第１基板２の平面視で、ダイアフラム２５と重なる第２基板４と、を備えている。このように、第１基板２と第２基板４と、を積層することにより、圧力センサー１の製造が容易となる。また、ダイアフラム２５と柱部４２とを異なる基板に形成することができるため、例えば、ダイアフラム２５と柱部４２とを同じ基板に形成する場合と比較して、圧力センサー１の機械的強度を十分に確保することができる。

また、前述したように、第１基板２は、下面（一方の主面）に開口する凹部２４を有し、凹部２４と重なる部分がダイアフラム２５となっている。一方、第２基板４（基部４１）は、凹部２４の開口を塞ぐように第１基板２に接合されている。そして、複数の柱部４２は、第２基板４の平面視で、第２基板４（基部４１）の外側に配置されている。このように、第２基板４によって凹部２４の開口を塞ぐことにより、ダイアフラム２５の下側に、気密な圧力基準室Ｓを形成することができる。そのため、圧力センサー１を、圧力基準室Ｓ内の圧力を基準とする絶対圧センサーとして利用することができる。

また、前述したように、柱部４２の第２基板４の厚さ方向の長さ（高さＴ）は、第２基板４の厚さ方向の長さ（高さＴ１）よりも大きい。すなわち、基部４１の下面４１０は、柱部４２の先端面４２１よりも第１基板２側に位置している。これにより、圧力センサー１を実装部材９に実装した際に、基部４１と実装部材９との接触を効果的に抑制することができる。したがって、実装部材９で生じた応力が基部４１を介してダイアフラム２５に伝達されてしまうことを効果的に抑制することができる。

また、前述したように、複数の柱部４２は、第２基板４の平面視で、第２基板４の外側に設けられている。そのため、ダイアフラム２５と柱部４２との距離を大きくすることができ、実装部材９からの応力がダイアフラム２５により伝わり難くなる。

また、前述したように、第２基板４の平面視で、互いに直交する方向をＸ軸方向（第１方向）およびＹ軸方向（第２方向）としたとき、柱部４２のＸ軸方向の長さＷｙと柱部４２のＹ軸方向の長さＷｙとが等しい。このように、Ｘ軸方向の長さＷｘとＹ軸方向の長さＷｙとを等しくすることにより、各柱部４２がＸ軸方向およびＹ軸方向の両方向に弾性変形し易くなる。そのため、実装部材９と圧力センサー１との熱膨張係数の差に起因して生じる応力をより効果的に吸収・緩和することができる。

＜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１０は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーを示す下面図である。図１１は、図１０中のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施形態に係る圧力センサー１は、柱部４２の配置および端子５６の配置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１とほぼ同様である。以下、第２実施形態の圧力センサー１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１０に示すように、本実施形態の圧力センサー１では、前述した図５に示したように、基部４１の各切り欠き４１１に１つの柱部４２が配置されている。すなわち、圧力センサー１は、合計４つの柱部４２を有する。そして、これら４つの柱部４２の先端面４２１にそれぞれセンサー部５と電気的に接続された端子５６が設けられている。なお、センサー部５と端子５６は、図１１示すように、柱部４２内に形成されたビアである貫通配線５７を介して電気的に接続されている。

このような構成の圧力センサー１によれば、接合部材８として導電性の接合部材を用いることにより、実装部材９との機械的な接続と電気的な接続とを行うことができる。すなわち、接合部材８によって柱部４２と実装部材９とを接合することができる共に、端子５６と実装部材９の端子９１とを電気的に接続することができる。したがって、例えば、前述した第１実施形態のようなボンディングワイヤーＢＷを用いる必要がなくなるため、圧力センサー１を組み込んだ装置の小型化を図ることができる。

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実施形態に係る圧力センサーについて説明する。

図１２は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサーを示す断面図である。

本実施形態に係る圧力センサー１は、基板１０から第２基板４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１とほぼ同様である。以下、第２実施形態の圧力センサー１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１２に示すように、本実施形態の圧力センサー１では、基板１０が第１基板２で構成されている。そして、第１基板２に複数の柱部４２が形成されている。具体的には、複数の柱部４２は、凹部２４と同様に、第１シリコン層２１から形成されている。このような圧力センサー１では、凹部２４の開口が塞がれていないため、例えば、図示しない実装部材９によって、凹部２４内の空間Ｓ１とダイアフラム２５の受圧面２５１側の空間Ｓ２とを分離し、圧力センサー１を空間Ｓ１、Ｓ２の差圧を検出する差圧センサーとして用いることができる。

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、前述した第１実施形態の圧力センサー１の基部４１に圧力基準室Ｓの内外を連通する貫通孔を形成することでも、本実施形態と同様の差圧センサーとして用いることができる。

＜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モジュールについて説明する。

図１３は、本発明の第４実施形態に係る圧力センサーモジュールを示す断面図である。

以下、第４実施形態の圧力センサーモジュールについて、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。

図１３に示す圧力センサーモジュール１００は、収納空間Ｓ３を有するパッケージ７と、収納空間Ｓ３に収納されている圧力センサー１と、パッケージ７と圧力センサー１とを接合する接合部材８と、を有する。また、パッケージ７は、ベース７１と、ベース７１に接合された防水部材７２と、を有する。なお、本実施形態では、圧力センサー１として、前述した第１実施形態のものを用いている。ただし、圧力センサー１の構成としては、これに限定されず、前述した他の実施形態のものや、それ以外のもの等を用いることができる。

ベース７１は、その上面に開口する凹部７１１を有する。また、ベース７１は、凹部７１１の底面に設けられた複数の内部端子７３と、下面に配置された複数の外部端子７４と、を有する。各内部端子７３は、ベース７１内に形成された図示しない内部配線を介して、対応する外部端子７４と電気的に接続されている。このようなベース７１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を用いることができる。

防水部材７２は、ベース７１の上面に接合され、凹部７１１の開口を塞いでいる。防水部材７２は、パッケージ７の外側から収納空間Ｓ３内への水（液体）の通過を阻止すると共に空気（気体）の通過を許容する。そのため、収納空間Ｓ３内の圧力センサー１を水分から保護することができると共に、圧力センサー１によって圧力センサーモジュール１００が受ける圧力を検出することができる。防水部材７２によって防水性を発揮することにより、従来のようなゲルを用いる必要がなくなるため、圧力センサーモジュール１００の製造工程が簡素化される。さらには、収納空間Ｓ３を小さくすることができるため、パッケージ７の小型化を図ることができる。

防水部材７２は、板状をなし、その上下面を貫通する複数の貫通孔７２１が形成されている。各貫通孔７２１は、水の通過を阻止すると共に空気の通過を許容する程度に小さい径を有する。防水部材７２としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板を用いることができる。シリコン基板を用いることにより、防水部材７２の加工精度が優れたものとなり、貫通孔７２１の形成が容易となる。貫通孔７２１の形成方法としては、特に限定されないが、防水部材７２としてシリコン基板を用いる場合には、例えば、メタルアシストエッチングにより形成することができる。なお、防水部材７２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ず、例えば、ＨｆＯｘ膜（酸化ハフニウム膜）を用いた構成としてもよい。

また、圧力センサー１は、柱部４２を凹部７１１の底面側に向けて配置されている。そして、圧力センサー１は、柱部４２の先端面４２１において接合部材８を介して凹部７１１の底面に接合されている。このように、柱部４２を介して圧力センサー１とベース７１とを接合することにより、ベース７１と圧力センサー１との熱膨張係数の差に起因して生じる応力を柱部４２の弾性変形により吸収・緩和することができ、ダイアフラム２５に検出対象である圧力以外の応力が生じ難くなる。そのため、優れた圧力検出精度を有する圧力センサーモジュール１００が得られる。

また、圧力センサー１の端子５６は、ボンディングワイヤーＢＷを介してベース７１の内部端子７３と電気的に接続されている。このように、ボンディングワイヤーＢＷを用いることにより、端子５６と内部端子７３との電気的な接続を容易に行うことができる。

以上、圧力センサーモジュール１００について説明した。このような圧力センサーモジュール１００は、前述したように、圧力センサー１と、実装部材９としてのベース７１と、柱部４２とベース７１とを接合する接合部材８と、を有する。このような構成によれば、ベース７１と圧力センサー１との熱膨張係数の差に起因して生じる応力を柱部４２の弾性変形により吸収・緩和することができ、ダイアフラム２５に検出対象である圧力以外の応力が生じ難くなる。そのため、優れた圧力検出精度を有する圧力センサーモジュール１００が得られる。また、このような圧力センサーモジュール１００によれば、従来のように圧力センサー１をボンディングワイヤーによって吊り下げなくても、十分に応力の影響を受け難くすることができるため、圧力センサー１を吊り下げるためのボンディングワイヤーを配置するためのスペースが不要となり、その分、小型化を図ることができる。

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実施形態に係る圧力センサーモジュールについて説明する。

図１４は、本発明の第５実施形態に係る圧力センサーモジュールを示す断面図である。

本実施形態に係る圧力センサーモジュール１００は、実装部材９としての回路素子６を有すること以外は、前述した第４実施形態の圧力センサーモジュール１００とほぼ同様である。以下、第５実施形態の圧力センサーモジュール１００について、前述した第４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１４に示す圧力センサーモジュール１００は、圧力センサー１と共に収納空間Ｓ３に収納された回路素子６をさらに有する。回路素子６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からの出力に基づいて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。

回路素子６は、能動面６０を上側（防水部材７２側）に向けて配置され、接合部材８０を介して凹部７１１の底面に接合されている。なお、接合部材８０としては、特に限定されず、例えば、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系、ウレタン系、アミド系等の各種樹脂材料を用いることができる。

また、圧力センサー１は、回路素子６の能動面６０側に位置し、柱部４２を能動面６０側に向けて配置されている。そして、圧力センサー１は、柱部４２の先端面４２１において接合部材８を介して回路素子６の能動面６０に接合されている。すなわち、本実施形態では、回路素子６が実装部材９を構成している。このように、柱部４２を介して圧力センサー１と回路素子６とを接合することにより、回路素子６と圧力センサー１との熱膨張係数の差に起因して生じる応力を柱部４２の弾性変形により吸収・緩和することができ、ダイアフラム２５に検出対象である圧力以外の応力が生じ難くなる。そのため、優れた圧力検出精度を有する圧力センサーモジュール１００が得られる。

また、回路素子６の能動面６０には、複数の第１端子６１と複数の第２端子６２とが設けられている。複数の第１端子６１は、それぞれ、第１ボンディングワイヤーＢＷ１を介して対応する端子５６と電気的に接続されている。一方、複数の第２端子６２は、それぞれ、第２ボンディングワイヤーＢＷ２を介して対応する内部端子７３と電気的に接続されている。

このような第５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６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る圧力センサーモジュールについて説明する。

図１５は、本発明の第６実施形態に係る圧力センサーモジュールを示す断面図である。

本実施形態に係る圧力センサーモジュール１００は、パッケージ７が支持基板７９を有すること以外は、前述した第４実施形態の圧力センサーモジュール１００とほぼ同様である。以下、第６実施形態の圧力センサーモジュール１００について、前述した第４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１５に示す圧力センサーモジュール１００では、パッケージ７が収納空間Ｓ３の内部からパッケージ７外に引き出された支持基板７９を有する。ベース７１は、下面側を構成する第１ベース７１Ａと上面側を構成する第２ベース７１Ｂとを有し、第１ベース７１Ａと第２ベース７１Ｂとが支持基板７９を挟み込むようにして互いに接着層を介して接合されている。なお、本実施形態では、ベース７１から内部端子７３および外部端子７４が省略されている。

支持基板７９は、第１ベース７１Ａと第２ベース７１Ｂとの間に挟まれており、収納空間Ｓ３内からパッケージ７の外側に引き出されて配置されている。また、支持基板７９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。支持基板７９は、可撓性を有する基材７９１と、基材７９１に配置された複数の配線７９９と、を有する。

基材７９１は、基部７９２と、基部７９２から延出する帯状の帯体７９３と、を有する。そして、基部７９２の外縁部において第１ベース７１Ａと第２ベース７１Ｂとに挟まれ、帯体７９３がパッケージ７の外側に延出している。このような基材７９１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（ＦＰＣ）を用いることができる。なお、本実施形態では基材７９１が可撓性を有しているが、基材７９１の全部または一部は、硬質であってもよい。

また、圧力センサー１は、基部７９２の上面側に位置し、柱部４２を基部７９２の上面側に向けて配置されている。そして、圧力センサー１は、柱部４２の先端面４２１において接合部材８を介して基部７９２に接合されている。すなわち、本実施形態では、支持基板７９が実装部材９を構成している。このように、柱部４２を介して圧力センサー１と支持基板７９とを接合することにより、支持基板７９と圧力センサー１との熱膨張係数の差に起因して生じる応力を柱部４２の弾性変形により吸収・緩和することができ、ダイアフラム２５に検出対象である圧力以外の応力が生じ難くなる。そのため、優れた圧力検出精度を有する圧力センサーモジュール１００が得られる。

また、圧力センサー１の端子５６は、ボンディングワイヤーＢＷを介して配線７９９と電気的に接続されている。

このような第６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７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係る圧力センサーモジュールについて説明する。

図１６は、本発明の第７実施形態に係る圧力センサーモジュールを示す断面図である。

本実施形態に係る圧力センサーモジュール１００は、防水部材７２を省略し、その代わりに充填材７８を用いたこと以外は、前述した第４実施形態の圧力センサーモジュール１００とほぼ同様である。以下、第７実施形態の圧力センサーモジュール１００について、前述した第４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１６に示す圧力センサーモジュール１００では、パッケージ７は、ベース７１で構成されている。そして、収納空間Ｓ３内には、圧力センサー１を覆うように充填材７８が充填されている。これにより、圧力センサー１が水分から保護され、防水性を有する圧力センサーモジュール１００となる。充填材７８は、液状またはゲル状であり、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。

このような第７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８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態に係る電子機器について説明する。

図１７は、本発明の第８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１７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。

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１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。

＜第９実施形態＞
次に、本発明の第９実施形態に係る電子機器について説明する。

図１８は、本発明の第９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１８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を判断できず、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１を搭載し、高度情報を圧力センサー１によって取得することにより、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１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。

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１０実施形態＞
次に、本発明の第１０実施形態に係る移動体について説明する。

図１９は、本発明の第１０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１９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（タイヤ）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１が内蔵されている。電子制御ユニット４０３は、圧力センサー１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１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１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、圧力センサーモジュール、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、ダイアフラム２５の下側に圧力基準室Ｓと柱部４２とが位置しているが、これに限定されず、ダイアフラムの一方の主面側に圧力基準室Ｓが位置し、他方の主面側に柱部４２が位置していてもよい。この場合、例えば、第１実施形態の構成から基部４１を省略し、それに代えて、ダイアフラム２５の上側に圧力基準室Ｓを形成するための構造体を配置すればよい。この場合、ダイアフラム２５の下面が受圧面２５１となる。

１…圧力センサー、１０…基板、２…第１基板、２０…下面、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…第２基板、４１…基部、４１０…下面、４１１、４１１ａ〜４１１ｄ…切り欠き、４２…柱部、４２１…先端面、５…センサー部、５０…ブリッジ回路、５１〜５４…ピエゾ抵抗素子、５５…配線、５６…端子、５７…貫通配線、６…回路素子、６０…能動面、６１…第１端子、６２…第２端子、７…パッケージ、７１…ベース、７１Ａ…第１ベース、７１Ｂ…第２ベース、７１１…凹部、７２…防水部材、７２１…貫通孔、７３…内部端子、７４…外部端子、７８…充填材、７９…支持基板、７９１…基材、７９２…基部、７９３…帯体、７９９…配線、８、８０…接合部材、８１…第１接合部材、８２…第２接合部材、８３…第３接合部材、８４…第４接合部材、９…実装部材、９１…端子、１００…圧力センサーモジュール、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、ＢＷ、ＢＷ１、ＢＷ２…第２ボンディングワイヤー、Ｓ…圧力基準室、Ｓ１、Ｓ２…空間、Ｓ３…収納空間、Ｔ、Ｔ１…高さ、Ｗｘ、Ｗｙ…長さ

Claims (9)

1. 受圧により撓み変形するダイアフラムと、
   前記ダイアフラムの平面視で、前記ダイアフラムの外側に位置し、互いに離間して配置されている複数の柱部と、を備え、
   前記複数の柱部を介して実装部材に接合されることを特徴とする圧力センサー。
2. 前記ダイアフラムとして機能する第１基板と、
   前記第１基板の一方の主面側に位置し、前記第１基板の平面視で、前記ダイアフラムと重なる第２基板と、を備えている請求項１に記載の圧力センサー。
3. 前記第１基板は、前記一方の主面に開口する凹部を有し、前記凹部と重なる部分が前記ダイアフラムとなっており、
   前記第２基板は、前記凹部の開口を塞ぐように前記第１基板に接合され、
   前記複数の柱部は、前記第２基板の平面視で、前記第２基板の外側に配置されている請求項２に記載の圧力センサー。
4. 前記柱部の前記第２基板の厚さ方向の長さは、前記第２基板の厚さ方向の長さよりも大きい請求項３に記載の圧力センサー。
5. 前記複数の柱部は、前記第２基板の平面視で、前記第２基板の外側に設けられている請求項３または４に記載の圧力センサー。
6. 前記第２基板の平面視で、互いに直交する方向を第１方向および第２方向としたとき、
   前記柱部の前記第１方向の長さと前記柱部の前記第２方向の長さとが等しい請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧力センサー。
7. 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と、
   実装部材と、
   前記柱部と前記実装部材とを接合する接合部材と、を有することを特徴とする圧力センサーモジュール。
8. 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を有することを特徴とする電子機器。
9. 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を有することを特徴とする移動体。

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