JP2020109353A

JP2020109353A - 圧力センサモジュール

Info

Publication number: JP2020109353A
Application number: JP2017072390A
Authority: JP
Inventors: 小杉　武史; Takeshi Kosugi; 武史小杉
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2020-07-16
Also published as: WO2018179997A1

Abstract

【課題】集積回路に対する遮光性を備えつつ、良品率が高い構造の圧力センサモジュールを提供する。【解決手段】圧力センサモジュール１０は、回路基板１２と、回路基板１２に設けられた集積回路１４と、集積回路１４に接続された圧力センサ素子１６と、集積回路１４および圧力センサ素子１６を覆うように回路基板１２に取り付けられた金属キャップ１８とを有する。金属キャップ１８が、金属キャップ１８の内部と外部とを連通する貫通孔としての圧力導入孔１８ｃと、集積回路１４と圧力導入孔１８ｃの両方を通過可能な直線上に設けられた舌片状の遮光部１８ｈとを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、圧力センサモジュールに関する。

従来より、特許文献１に記載するように、実装基板と、実装基板に搭載されている圧力センサ素子および集積回路素子と、圧力センサ素子と集積回路素子とを覆う蓋体とを備える圧力センサモジュールが知られている。

このような圧力センサモジュールの場合、蓋体外部の圧力変動を該蓋体内部に設けられた圧力センサ素子が検出するために、蓋体には貫通孔（圧力導入孔）が設けられている。

ところで、この圧力導入孔を介して蓋体の外部から内部に光が侵入し、その光が集積回路素子に直射されると、集積回路素子の内部で光起電力が発生し、それにより集積回路素子が誤動作する可能性がある。

そこで、特許文献１に記載された圧力センサモジュールの場合、蓋体の外部から圧力導入孔を介して内部の集積回路素子に光が直射しないように、その圧力導入孔は、その孔軸が屈曲するように蓋体に設けられている。これにより、圧力導入孔が集積回路素子のための遮光性を備える。

国際公開第２０１３／１２９４４４号

ところで、特許文献１に記載された圧力センサモジュールの場合、蓋体は、樹脂製であって、射出成形によって作製されている。このような作製方法の場合、上述したように圧力導入孔の孔軸が屈曲しているために、金型が複雑化する。それにより、蓋体を金型から抜くことが容易ではなく、また、圧力導入孔が部分的にまたは完全に埋まる場合があり得る。その結果、蓋体、すなわち圧力センサモジュールの良品率が低くなり得る。なお、圧力導入孔を大きくして金型から蓋体を抜きやすくすることが考えられるが、圧力導入孔を大きくすると圧力導入孔の遮光性が低下する恐れがある。

そこで、本発明は、集積回路のための遮光性を備えつつ、良品率が高い構造の圧力センサモジュールを提供することを課題とする。

上記技術的課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、
回路基板と、
前記回路基板に設けられた集積回路と、
前記集積回路に接続された圧力センサ素子と、
前記集積回路および前記圧力センサ素子を覆うように前記回路基板に取り付けられた金属キャップと、を有し、
前記金属キャップが、前記金属キャップの内部と外部とを連通する貫通孔としての圧力導入孔と、前記集積回路と前記圧力導入孔の両方を通過可能な直線上に設けられた舌片状の遮光部とを備える、圧力センサ素子が提供される。

本発明の第２の態様によれば、
前記遮光部が、前記圧力センサ素子と前記圧力導入孔の両方を通過可能な直線上に設けられている、第１の態様の圧力センサ素子が提供される。

本発明の第３の態様によれば、
前記金属キャップが切り起こし部を備え、
前記切り起こし部に、前記圧力導入孔と前記遮光部とが含まれる、第１または第２の態様の圧力センサ素子が提供される。

本発明の第４の態様によれば、
前記圧力導入孔の内側開口を含む平面と前記遮光部との間の角度が、９０度以下である、第１から第３の態様のいずれか一の圧力センサ素子が提供される。

本発明の第５の態様によれば、
前記角度が７０度以上９０度以下の範囲内の角度である、第４の態様の圧力センサモジュールが提供される。

本発明の第６の態様によれば、
前記圧力導入孔の開口形状が、三角形状、四角形状、角が丸い三角形状、角が丸い四角形状、または半円状である、第１から第５の態様のいずれか一の圧力センサモジュールが提供される。

本発明の第７の態様によれば、
前記圧力センサ素子がマイクである、第１から第６の態様のいずれか一の圧力センサモジュールが提供される。

本発明によれば、集積回路のための遮光性を備えつつ、良品率が高い構造の圧力センサモジュールを提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る圧力センサモジュールの斜視図圧力センサモジュールの内部を示す断面図金属キャップの裏側を示す斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る圧力センサモジュールの斜視図である。図２は、圧力センサモジュールの内部を示す断面図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態に係る圧力センサモジュール１０は、回路基板１２と、回路基板１２に搭載された集積回路チップ１４と、集積回路チップ１４に搭載された圧力センサ素子１６と、集積回路チップ１４と圧力センサ素子１６とを覆うように回路基板１２に取り付けられた金属キャップ１８とを有する。

回路基板１２は、例えばＰＣＢ基板であって、外部の装置（図示せず）と電気的に接続するための外部電極２０を裏面１２ｂに備える。外部電極２０は、例えば、回路基板１２を貫通するスルーホール導体などによって主面１２ａ上の配線パターン（図示せず）に接続されている。

集積回路チップ１４は、例えばＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）などの集積回路を備えるチップであって、回路基板１２の主面１２ａ上に搭載されている。例えば、集積回路チップ１４は、はんだ２２を介して回路基板１２に接着されている。代わって、接着剤や導電ペーストを介して、集積回路チップ１４は回路基板１２に接着されてもよい。また、集積回路チップ１４は、金属ワイヤ２４を介して、回路基板１２上の配線パターンに電気的に接続されている。

なお、本実施の形態の場合、集積回路は集積回路チップ１４として回路基板１２上に搭載されているが、これに代わって、回路基板１２上の配線パターンとして該回路基板１２に設けられてもよい。

圧力センサ素子１６は、例えば気圧などの圧力が印加されるダイヤフラムを備え、圧力によるダイヤフラムの変形量を検出し、その検出結果を信号として出力するように構成されている。ダイヤフラムの変形量を検出するために、圧力センサ素子１６は、例えば静電容量素子またはピエゾ抵抗素子を備える。なお、圧力センサ素子１６は、音圧を検出するマイクであってもよい。

本実施の形態の場合、圧力センサ素子１６はまた、集積回路チップ１４上に搭載されている、すなわち集積回路チップ１４を介して回路基板１２に設けられている。例えば、はんだ２６を介して、圧力センサ素子１６は、集積回路チップ１４に接着されている。代わって、接着剤や導電ペーストを介して、圧力センサ素子１６は集積回路チップ１４に接着されてもよい。さらに、金属ワイヤ２８を介して、圧力センサ素子１６は、集積回路チップ１４に電気的に接続されている。

圧力センサ素子１６の検出信号は集積回路チップ１４で処理され、処理された信号は回路基板１２の外部電極２０を介して外部の装置に出力される。

なお、圧力センサ素子１６を集積回路チップ１４上に搭載せずに、回路基板１２上に搭載することも可能である。

図１に示すように、本実施の形態の場合、金属キャップ１８は、金属材料から作製された概ね直方体形状のキャップである。具体的には、金属キャップ１８は、天板部１８ａと、天板部１８ａの外周縁から立設する環状の側壁部１８ｂとを備える。

また、図２に示すように、金属キャップ１８は、回路基板１２上に搭載された集積回路チップ１４と、その集積回路チップ１４上に搭載された圧力センサ素子１６を覆うように、回路基板１２の主面１２ａに取り付けられている。具体的には、金属キャップ１８の環状の側壁部１８ｂのおける頂端が、例えば接着剤、導電ペースト、はんだなどによって回路基板１２に接着されている。これにより、金属キャップ１８と回路基板１２とによって画定された圧力センサモジュール１０の内部空間１０ａ内に圧力センサ素子１６と集積回路チップ１４とが収容される。したがって、圧力センサ素子１６は、内部空間１０ａ内の圧力を検出する。

圧力センサ素子１６が気圧などの圧力、すなわち圧力センサモジュール１０の外部の圧力を測定するために、金属キャップ１８は、その金属キャップ１８の内部と外部とを連通する圧力導入孔１８ｃを備える。

本実施の形態の場合、図２に示すように、圧力導入孔１８ｃは、天板部１８ａを貫通する貫通孔であって、天板部１８ａの外側表面１８ｄで開口する外側開口１８ｅと内側表面１８ｆで開口する内側開口１８ｇとを備える。本実施の形態の場合、図１に示すように、外側開口１８ｅと内側開口１８ｇの形状は、角が丸い四角形状である。この圧力導入孔１８ｃにより、圧力センサモジュール１０の内部空間１０ａ内の圧力が、外部の圧力と同一にされる。その結果、圧力センサ素子１６は、圧力センサモジュール１０の外部の圧力を検出することができる。

また、金属キャップ１８は、舌片状の遮光部１８ｈを備える。

遮光部１８ｈを金属キャップ１８に設ける理由について説明する。金属キャップ１８の圧力導入孔１８ｃを介して、圧力センサモジュール１０の内部空間１０ａ内に外部から光が侵入する。その侵入した光が集積回路チップ１４に直射されると、集積回路チップ１４内で光起電力が発生する可能性がある。光起電力が発生すると、集積回路チップ１４が誤動作する可能性がある。

その対処として、圧力導入孔１８ｃを介して外部の光が集積回路チップ１４に直射しないように、舌片状の遮光部１８ｈが金属キャップ１８に設けられている。具体的には、遮光部１８ｈは、集積回路チップ１４と圧力導入孔１８ｃの両方を通過可能な直線（仮想直線）上に設けられている。換言すれば、遮光部１８ｈは、集積回路チップ１４と圧力導入孔１８ｃの外側開口１８ｅとの間に存在し、外側開口１８ｅを通過して集積回路チップ１４に向かう任意の直線光の進行方向と交差するように立設している。すなわち、圧力導入孔１８ｃを介して集積回路チップ１４が見えないように、遮光部１８ｈが設けられている。

本実施の形態の場合、金属キャップ１８の裏側を示す図３に示すように、舌片状の遮光部１８ｈは、金属キャップ１８の内側表面１８ｆから立設している。換言すれば、遮光部１８ｈは片持ち梁状である。

この舌片状の遮光部１８ｈが上述したように、あたかも日よけとして機能することにより、外部から圧力導入孔１８ｃを介して集積回路チップ１４に向かう直射光が遮られる。これにより、外部からの光の直射による集積回路チップ１４の誤動作が抑制される。

なお、本実施の形態の場合、図２に示すように、舌片状の遮光部１８ｈは、圧力センサ素子１６と圧力導入孔１８ｃの両方を通過可能な直線（仮想直線）上にも設けられている。これにより、外部から圧力センサ素子１６への光の直射を抑制している。

例えば、高精度な圧力センサ素子は、ダイヤフラムの変形が温度に依存する場合、周囲の温度を検出する温度センサ（図示せず）を内蔵している。そして、温度センサの検出結果に基づいて、圧力出力値を補正するように構成されている。したがって、直射光の強度の変動によって圧力センサ素子の温度が変化しないように、遮光部１８ｈは、圧力センサ素子１６への光の直射そのものを抑制している。なお、圧力センサ素子１６の出力値が温度に依存しない場合、遮光部１８ｈは、圧力センサ素子１６と圧力導入孔１８ｃとの間に存在する必要はない。

本実施の形態の場合、金属キャップ１８はプレス成型によって作製されている。薄い金属板を雄型と雌型とで挟持するようにプレスすることにより、金属キャップ１８は図１や図３に示すような所定の形状に作製されている。その圧力導入孔１８ｃと遮光部１８ｈは、プレス成型時にパンチを介する切り曲げ加工により、いわゆる切り起こしによって形成されている。すなわち、図１に示すように、切り曲げ加工によって形成された切り起こし部１８ｊに、圧力導入孔１８ｃと遮光部１８ｈとが含まれる。切り起こしによって圧力導入孔１８ｃと遮光部１８ｈとを同時に且つ容易に形成することができる。圧力導入孔１８ｃと遮光部１８ｈを容易に形成することができるため、金属キャップ１８を高い良品率で作製することができ、その結果として圧力センサモジュール１０を高い良品率で作製することができる。

なお、このような金属キャップ１８は、プレス成型以外の方法でも作製可能である。例えば、鋳造によっても金属キャップ１８を容易に作製することができる。そのため、鋳造でも、金属キャップ１８を高い良品率で作製することができる。

金属キャップ１８の作製をさらに容易にするために、図２に示すように舌片状の遮光部１８ｈと天板部１８ａ（すなわち内側表面１８ｆ）との間の角度θは、９０度以下が好ましい。プレス成型（切り起こし）の場合、９０度以上に起こす（曲げる）と、遮光部１８ｈの根元が破断しやすくなる。また、鋳造の場合、成形後の金属キャップ１８を金型から抜くことが容易ではない（金型が複雑化する）。

さらに好ましくは、舌片状の遮光部１８ｈと天板部１８ａとの間の角度θは、９０度に近い角度、例えば７０度以上９０度以下の範囲内の角度が好ましい。この角度θが小さすぎると、圧力導入孔１８ｃの実質的な流路断面積が小さくなりすぎる。この場合、金属キャップ１８の外部の圧力が急激に変化した場合、内部空間１０ａの圧力が外部の圧力と同一の圧力になるまでに時間がかかる。したがって、圧力センサ素子１６が外部の圧力変動を高精度に検出するためには、角度θは７０度以上９０度以下の範囲内の角度が好ましい。

以上のような本実施の形態によれば、集積回路のための遮光性を備えつつ、良品率が高い構造の圧力センサモジュールを提供することができる。

以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明の実施の形態はこれに限らない。

例えば、上述の実施の形態の場合、図１に示すように、金属キャップ１８に設けられた圧力導入孔１８ｃの外側開口１８ｅと内側開口１８ｇそれぞれの形状は角が丸い四角形状であるが、本発明はこれに限らない。例えば、これらの開口の形状は、四角形状、三角形状、角が丸い三角形状、または半円状などであってもよい。

また、上述の実施の形態の場合、図１に示すように、金属キャップ１８は、概ね直方体形状であって、その天板部１８ａに圧力導入孔１８ｃが設けられている。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限定されない。例えば、概ね立方体形状の金属キャップであって、その側壁部に圧力導入孔が設けられてもよい。また例えば、金属キャップは、ドーム形状であってもよい。

すなわち、本発明に係る実施の形態の圧力センサモジュールは、広義には、回路基板と、前記回路基板に設けられた集積回路と、前記集積回路に接続された圧力センサ素子と、前記集積回路および前記圧力センサ素子を覆うように前記回路基板に取り付けられた金属キャップと、を有し、前記金属キャップが、前記金属キャップの内部と外部とを連通する貫通孔としての圧力導入孔と、前記集積回路と前記圧力導入孔の両方を通過可能な直線上に設けられた舌片状の遮光部とを備える。

以上、複数の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、ある実施の形態に対して少なくとも１つの実施の形態を全体としてまたは部分的に組み合わせて本発明に係るさらなる実施の形態とすることが可能であることは、当業者にとって明らかである。

本発明は、圧力センサ素子が圧力導入孔を備えるキャップに覆われている圧力センサモジュールに適用可能である。

１０圧力センサモジュール
１２回路基板
１４集積回路（集積回路チップ）
１６圧力センサ素子
１８金属キャップ
１８ｃ圧力導入孔
１８ｅ外側開口
１８ｈ遮光部

Claims

回路基板と、
前記回路基板に設けられた集積回路と、
前記集積回路に接続された圧力センサ素子と、
前記集積回路および前記圧力センサ素子を覆うように前記回路基板に取り付けられた金属キャップと、を有し、
前記金属キャップが、前記金属キャップの内部と外部とを連通する貫通孔としての圧力導入孔と、前記集積回路と前記圧力導入孔の両方を通過可能な直線上に設けられた舌片状の遮光部とを備える、圧力センサモジュール。
前記遮光部が、前記圧力センサ素子と前記圧力導入孔の両方を通過可能な直線上に設けられている、請求項１に記載の圧力センサモジュール。
前記金属キャップが切り起こし部を備え、
前記切り起こし部に、前記圧力導入孔と前記遮光部とが含まれる、請求項１または２に記載の圧力センサモジュール。
前記圧力導入孔の内側開口を含む平面と前記遮光部との間の角度が、９０度以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力センサモジュール。
前記角度が７０度以上９０度以下の範囲内の角度である、請求項４に記載の圧力センサモジュール。
前記圧力導入孔の開口形状が、三角形状、四角形状、角が丸い三角形状、角が丸い四角形状、または半円状である、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧力センサモジュール。
前記圧力センサ素子がマイクである、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧力センサモジュール。