JP3449417B2 - 圧力検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体式圧力セン
サを備えた圧力検出装置に関し、前記半導体圧力センサ
と回路基板とをワイヤボンディングによるワイヤを用い
て良好に接続することが可能な圧力検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】気体や液体等の流体の圧力を検出する圧
力検出装置としては、特開平３−２３７３３２号公報に
開示され、圧力導入部の開口側に圧力を受ける状態で配
設され、半導体基板上にピエゾ抵抗効果を有する圧力検
出用の圧感素子をブリッジ状に構成してなる半導体式圧
力センサと、この半導体式圧力センサとワイヤボンディ
ングによるワイヤによって電気的に接続される回路基板
とを備えるものが知られている。

【０００３】このような構造の圧力検出装置に用いられ
る半導体式圧力センサは、シリコン等の半導体基板上に
エッチング等の適宜方法によって薄肉のダイアフラム部
を形成し、このダイアフラム部に対応する部位にボロン
等の不純物を拡散処理することによって、ピエゾ抵抗効
果を有する４つの感圧素子を形成し、この各感圧素子を
アルミ等の導電性材料を用いた配線パターンによってブ
リッジ回路を構成してなるものである。

【０００４】このような感圧素子は、前記不純物の拡散
処理や周囲温度等によって、各素子における抵抗値にば
らつきが生じ、前記ダイアフラム部に圧力が作用してい
ない状態であっても出力電圧が発生してしまうことか
ら、前記出力電力のオフセット量となるオフセット電圧
の調整を行う必要がある。このオフセット電圧を調整す
るものとしては、特開平１０−７０２８６号公報に開示
されるものがあり、出力電圧補正用の抵抗素子である複
数のラダー抵抗（前記感圧素子同様に不純物の拡散処理
により形成した抵抗）を前記ブリッジ回路に直列に接続
し、前記ブリッジ回路に対してラダー抵抗を選択するこ
とで出力電圧を調整するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように前記オフセ
ット電圧調整用の前記ラダー抵抗を備える半導体式圧力
センサは、出力電圧調整用抵抗となる前記各ラダー抵抗
を選択するためのラダー抵抗選択パッドを有している。
このラダー抵抗選択パッドと前記ワイヤボンディングに
よる前記ワイヤによって電気的に接続される前記回路基
板に設けられる電極部は、前記ブリッジ回路への入力電
圧（プラス，マイナス電圧）や前記ブリッジ回路からの
出力電圧を伝えるための他の電極部と同等な大きさで、
かつ前記回路基板における配設位置が固定されているた
め、前記ラダー抵抗選択パッドの選択位置によっては、
前記ワイヤの長さ及び前記ワイヤのループ形状が異なる
ため、前記ワイヤボンディング装置において、複数備え
られるラダー抵抗選択パッド単位で前記ワイヤの長さ及
びループ形状を設定しなければならず、圧力検出装置の
製造工程を煩雑にし、生産性を低下させてしまうといっ
た問題点を有していた。

【０００６】また、前記圧力検出装置を過酷な環境下で
使用される車両用の圧力検出装置として用いる場合が
り、このような圧力検出装置としては、耐振動性が高く
望まれている。前記圧力検出装置における前記半導体圧
力センサと前記回路基板との耐振動性に対する電気的接
続の信頼性は、前記回路基板及び前記半導体式圧力セン
サのケース体への配設構造に依存することになるが、前
記ラダー抵抗選択パッドと、前記ラダー抵抗選択パッド
に対応して前記回路基板に設けられる電極部との間の前
記ワイヤの電気的接続の信頼性は、前記ラダー抵抗選択
パッドの選択位置によって前記ワイヤの長さが短くな
り、十分なループ形状が得られなくなることがあり、振
動によって発生する前記回路基板の撓みに前記ワイヤの
弛みが追従できず断線してしまう恐れがあるため低下し
てしまう。そのため、前記ワイヤの断線を考慮した前記
回路基板の設計にあっては、前記ラダー抵抗選択パッド
の選択位置が変わっても前記ワイヤの長さとループ形状
を良好に保つ点を十分に考慮して前記電極部のレイアウ
トを決定しなければならず、前記回路基板の設計を煩雑
にしてしまうといった問題点を有していた。

【０００７】そこで、本発明は前記問題点に着目し、半
導体圧力センサと回路基板とをワイヤボンディングによ
るワイヤによって電気的に接続する回転検出装置に関
し、ワイヤボンディング工程を簡素化することで生産性
に優れ、前記回路基板における電極部のレイアウト設計
を簡素化することが可能な圧力検出装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、半導体基板上にピエゾ抵抗効果を有する圧
力検出用の感圧素子を形成し、前記感圧素子を用いてブ
リッジ回路を構成するとともに、前記ブリッジ回路の出
力を補正する複数の抵抗素子を前記半導体基板上に形成
する半導体式圧力センサを備えた圧力検出装置であっ
て、前記各抵抗素子に応じた出力電圧を取り出すととも
に、前記各抵抗素子の選択用パッドとして前記半導体基
板上に列状に配列される複数の電極パッドと、前記半導
体式圧力センサとワイヤボンディングによるワイヤによ
って電気的に接続される回路基板に前記電極パッド群に
対し共通電極部として設けられ、前記電極パッド群の長
手方向に対向する長辺を有する電極部と、を備えてなる
ものである。

【０００９】また、流体の圧力を導入する圧力導入部上
にベース板を介し配設され、半導体基板上にピエゾ抵抗
効果を有する圧力検出用の感圧素子を形成し、前記感圧
素子を用いてブリッジ回路を構成するとともに、前記ブ
リッジ回路の出力を補正する複数の抵抗素子を前記半導
体基板上に形成する半導体式圧力センサを備えた圧力検
出装置であって、前記各抵抗素子に応じた出力電圧を取
り出すとともに、前記各抵抗素子の選択用パッドとして
前記半導体基板上に列状に配列される複数の電極パッド
と、前記半導体式圧力センサを取り巻くようにケース体
内に配設され、前記半導体式圧力センサとワイヤボンデ
ィングによるワイヤによって電気的に接続する回路基板
と、前記電極パッド群に対し共通電極部として前記回路
基板に設けられ、前記電極パッド群の長手方向に対向す
る長辺を有する電極部と、を備えてなるものである。

【００１０】

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づき本発明を説明する。

【００１２】図１において、圧力検出装置Ａは、下ケー
ス１と、上ケース２と、ベース板３と、半導体式圧力セ
ンサ（以下、圧力センサという）４と、回路基板５と、
シールド板６と、グロメット８とから主に構成されてい
る。

【００１３】下ケース１（ケース体）は、ＳＵＭ等の金
属材料からなる取付ねじ部を有する六角部材である圧力
導入部１ａにＰＢＴ等の樹脂材料からなるフランジ部１
ｂがアウトサート成形されてなるものである。圧力導入
部１ａには、圧力導入孔である圧力導入部１ｃが略中央
に形成されている。

【００１４】上ケース２は、ＰＢＴ等の樹脂材料から形
成され、上ケース２の開口端部を下ケース１のフランジ
部１ｂに対して熱加締めすることによって配設固定さ
れ、ベース板３，半導体式圧力センサ４，回路基板５等
を収納する。また、上ケース２は、後述する電極リード
を介して電源供給及び信号出力を行うためのコネクタ部
２ａを備えている。

【００１５】ベース板３は、コバール等の金属材料から
構成され、下ケース１における圧力導入部１ａの上端部
に抵抗溶接によって配設固定するためのフランジ部３ａ
が設けられ、このフランジ部３ａから一段高くなった位
置には、圧力センサ４を配設するための載置部３ｂが設
けられている。また載置部３ｂの略中央には、圧力セン
サ４に圧力を伝達するための孔部３ｃが設けられてい
る。

【００１６】圧力センサ４は、図２〜図４に示すよう
に、シリコン等の半導体基板を薄肉に形成してなるダイ
アフラム部を有する半導体チップ４ａをガラス台座４ｂ
上に配設し、半導体チップ４ａとガラス台座４ｂとを陽
極接合法によって接合してなるものであって、ガラス台
座４ｂに設けられる圧力導入路４ｃから導入される流体
の圧力を前記ダイアフラム部によって受け、このダイア
フラム部の変位量を検出するものである。圧力センサ４
は、前記ダイアフラム部に対応する部位にボロン等の不
純物を拡散処理することによって、ピエゾ抵抗効果を有
する４つの感圧素子となる抵抗Ｒ１〜Ｒ４を形成し、こ
の各抵抗Ｒ１〜Ｒ４をアルミ等の導電性材料を用いた配
線パターン４ｄによってブリッジ回路を構成し、前記ダ
イアフラム部の変位に伴うブリッジ回路の出力電圧によ
って圧力を検出するものである。

【００１７】また、圧力センサ４は、ブリッジ回路をな
す抵抗Ｒ１〜Ｒ４に対するオフセット電圧調整用の複数
のラダー抵抗Ｒａ〜Ｒｈを備えており、前記ブリッジ回
路の抵抗Ｒ１，Ｒ２に対し４つのラダー抵抗Ｒａ，Ｒ
ｂ，Ｒｃ，Ｒｄが配線パターン４ｄによって直列接続さ
れ、また前記ブリッジ回路の抵抗Ｒ２，Ｒ４に対し４つ
のラダー抵抗Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈが配線パターン４
ｄによって直列接続される。

【００１８】また、圧力センサ４は、入力電圧の印加及
び出力電圧を得るための第１の電極パッド４ｆと、前記
ブリッジ回路のオフセット電圧を調整するためのラダー
抵抗を選択するラダー抵抗選択パッドである第２の電極
パッド４ｇとが半導体チップ４ａ上に設けられている。
また、複数の第２の電極パッド４ｇは、半導体チップ４
ａの辺に沿うように列状に配列される。

【００１９】尚、圧力センサ４は、ガラス基板４ａの裏
面側にメタライズ層を形成するとともに、半田を介して
ベース板３と接合する。

【００２０】回路基板５は、紙フェノール，ガラス繊維
入り樹脂及びセラミック等を支持材とし、所定の配線パ
ターン（図示しない）が形成されてなるもので、回路基
板５は、下ケース１のフランジ部１ｂの上方に設けられ
る載置部１ｄに配設される。回路基板５は、図２に示す
ように、圧力センサ４の出力電圧を増幅するための増幅
回路やノイズを除去するためのコンデン等の電子部品９
が実装される。

【００２１】また、回路基板５は、回路基板５の周縁部
が下ケース１の載置部１ｄに支持される配設構造であっ
て、回路基板５の略中央には、ベース板３に配設される
圧力センサ４の上方から回路基板５を下ケース１の載置
部１ｄに配設した際に、回路基板５が圧力センサ４を取
り巻くように配設するための収納用穴部５ａが形成され
ている。

【００２２】また、回路基板５の収納用穴部５ａの周辺
には、圧力センサ４に形成される第１，第２の電極パッ
ド４ｆ，４ｇに対応するとともに、第１，第２の電極パ
ッド４ｆ，４ｇと金等の導電材料からなるワイヤ１０を
介して電気的に接続される第１，第２の電極部５ｂ，５
ｃが設けられている。第１，第２の電極パッド４ｆ，４
ｇと第１，第２の電極部５ｂ，５ｃとのワイヤ１０によ
る接続は、ワイヤボンディング装置が用いられる。

【００２３】第１の電極部５ｂは、圧力センサ４の複数
箇所に形成される各第１の電極パッド４ｆに対応するよ
うに、正方形形状の圧力センサ４の２辺に対向する状態
で設けられ、各第１の電極部５ｂの回路基板５に対する
配設位置は、第１の電極パッド４ｆと、その第１電極パ
ッド４ｆに対応した第１の電極部５ｄとを接続する各ワ
イヤ１０が、長さ及びループ形状において略同等なもの
となるように設けられる。

【００２４】第２の電極部５ｃは、圧力センサ４に形成
される２組のラダー抵抗群（Ｒａ〜Ｒｄ及びＲｅ〜Ｒ
ｈ）の選択用パッドとして設けられ、２組の第２の電極
パッド４ｇ群に対しそれぞれ共通電極部として設けられ
るとともに、列状に配列された第２の電極パッド４ｇ群
の長手方向に対向する長辺５ｄを有している。第２の電
極部５ｃは、第２の電極パッド４ｇ群に対向する長辺５
ｄを備えることによって、オフセット電圧調整用の何れ
の第２の電極パッド４ｇが選択された場合であっても、
第２の電極部５ｃへのワイヤボンディング位置を長辺５
ｄに沿って自在に変更できることから、ワイヤボンディ
ング装置において、第１の電極パッド４ｆと、その第１
電極パッド４ｆに対応した第１の電極部５ｄとを接続す
る各ワイヤ１０と略同等な長さ及びループ形状に設定す
ることが可能となる。

【００２５】尚、ワイヤ１０の長さ及びループ形状は、
振動によって発生する回路基板５の撓みによってワイヤ
１０が断線しないように設定されるものである。

【００２６】また、回路基板５は、上ケース２のコネク
タ部２ａにグロメット８を介して配設される電極リード
１１と半田を介し電気的に接続するリードピン１２が実
装されている。このリードピン１２には、電源ライン及
び信号ラインに重畳した外来ノイズを吸収するため、貫
通コンデンサ１３が配設されている。

【００２７】シールド板６は、ＳＰＴＥ等の金属材料か
らなり、ホルダ部６ａと、下ケース１と上ケース２との
間に狭持状態にて配設するためのフランジ部６ｂとが設
けられている。

【００２８】ホルダ部６ａは、グロメット８の載置面よ
りも一段高くなる位置に設けられ、貫通コンデンサ１３
を配設するための配設部６ｃが形成されるとともに、こ
の配設部６ｃには、複数の孔部が形成され、この各孔部
に各貫通コンデンサ１３が半田を介し配設固定される。

【００２９】グロメット８は、ニトリルゴム等の弾性部
材によって構成され、電極リード１１がインサート形成
されてなる。グロメット８は、上ケース２のコネクタ部
２ａに設けられる凹部２ｂに嵌め込まれるとともに、シ
ールド板１４のホルダ部１４ａから一段低くなった前記
載置面に配設される。

【００３０】以上の各部によって圧力検出装置Ａが構成
されている。この圧力検出装置Ａは、圧力センサ４と回
路基板５とのワイヤボンディングによるワイヤ１０を用
いた接続において、下ケース１に圧力センサ４を取り巻
くように回路基板５を配設するとともに、この回路基板
５に、圧力センサ４に形成されるオフセット電圧調整用
のラダー抵抗Ｒａ〜Ｒｈに対応して設けられ、列状に配
列された第２の電極パット４ｇ群の長手方向に対向する
長辺５ｄを有する第２の電極部５ｃを形成することに特
徴を有するものである。

【００３１】この第２の電極部５ｃは、圧力センサ４に
形成される列状に配列された第２の電極パッド４ｇ群の
長手方向に対向する長辺５ｄを有するとともに、ラダー
抵抗Ｒａ〜Ｒｄ及びラダー抵抗Ｒｅ〜Ｒｈにそれぞれ対
応して設けられる各第２の電極パッド４ｇ群に対しそれ
ぞれ共通に設けられ、ワイヤ１０によって接続される他
の電極部である第１の電極部５ｂに比べ大きく形成する
ことから、オフセット電圧調整用の何れの第２の電極パ
ッド４ｇが選択された場合であっても、第２の電極部５
ｃへのワイヤボンディング位置を長辺５ｄに沿って自在
に変更できることから、第１の電極パッド４ｆとその第
１電極パッド４ｆに対応した第１の電極部５ｄとを接続
する各ワイヤ１０と略同等な長さ及びループ形状に設定
することが可能となるため、ワイヤボンディング装置に
おいて、ラダー抵抗選択パッドとなる第２の電極パッド
４ｇ単位でワイヤ１０の長さ及びループ形状を設定しな
くとも良く、圧力検出装置のワイヤボンディング工程を
簡素化し、生産性を向上させることが可能となる。

【００３２】また、オフセット電圧調整用の何れの第２
の電極パッド４ｇが選択された場合であっても、ワイヤ
１０の第２の電極部５ｃへのボンディング位置を長辺５
ｄに沿って自在に変更できることから、第１の電極パッ
ド４ｆと、その第１電極パッド４ｆに対応した第１の電
極部５ｄ（他の電極部）とを接続する各ワイヤ１０と略
同等な長さ及びループ形状に設定することが可能である
とともに、回路基板５における第１，第２の電極部５
ｂ，５ｃの配設位置を従来のように検討する必要がなく
なるため、回路基板５のレイアウト設計を簡素化するこ
とが可能となる。

【００３３】また、振動によって回路基板５の撓みが発
生した場合であっても、前記撓みに耐えうるワイヤ１０
の長さ及びループ形状を十分確保することが可能である
ことから、圧力検出装置Ａとして耐振動性を向上させる
ことが可能となる。

【００３４】尚、本発明の実施の形態では、下ケース１
を圧力導入部１ａとフランジ部１ｂとで別体で構成する
ものであったが、本発明のケース体にあっては、例えば
圧力導入部とフランジ部とが金属材料によって一体に形
成されるものであっても良い。

【００３５】また、本発明の実施の形態における第２の
電極部５ｃは、第２の電極パッド４ｇ群に対向する長辺
５ｄを有するように長方形形状をなすものであったが、
第２の電極パッド４ｇ群に対向する長辺を有する円弧状
であっても良く、本発明の電極部の形状は、本発明の実
施の形態の形状に限定されるものではない。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、半導体式圧力センサを備えた
圧力検出装置に関し、ワイヤボンディング工程を簡素化
するとともに生産性に優れ、かつ前記回路基板における
電極部のレイアウト設計を簡素化することが可能な圧力
検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の圧力検出装置を示す要部
断面図。

【図２】同上圧力検出装置の下ケースに配設される回路
基板を上方から見た状態を示す平面図。

【図３】同上圧力検出装置の回路基板の拡大平面図。

【図４】同上圧力検出装置における圧力センサの回路
図。

【符号の説明】

Ａ 圧力検出装置 １ 下ケース（ケース体） ３ ベース板 ４ 半導体圧力センサ ４ｇ 第２の電極パッド Ｒ１〜Ｒ４ 感圧素子 Ｒａ〜Ｒｈ ラダー抵抗（抵抗素子） ５ 回路基板 ５ｃ 第２の電極部 ５ｄ 長辺

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 9/04 101 H01L 29/84

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上にピエゾ抵抗効果を有する
   圧力検出用の感圧素子を形成し、前記感圧素子を用いて
   ブリッジ回路を構成するとともに、前記ブリッジ回路の
   出力を補正する複数の抵抗素子を前記半導体基板上に形
   成する半導体式圧力センサを備えた圧力検出装置であっ
   て、 前記各抵抗素子に応じた出力電圧を取り出すとともに、
   前記各抵抗素子の選択用パッドとして前記半導体基板上
   に列状に配列される複数の電極パッドと、 前記半導体式圧力センサとワイヤボンディングによるワ
   イヤによって電気的に接続される回路基板に前記電極パ
   ッド群に対し共通電極部として設けられ、前記電極パッ
   ド群の長手方向に対向する長辺を有する電極部と、 を備えてなることを特徴とする圧力検出装置。
2. 【請求項２】 流体の圧力を導入する圧力導入部上にベ
   ース板を介し配設され、半導体基板上にピエゾ抵抗効果
   を有する圧力検出用の感圧素子を形成し、前記感圧素子
   を用いてブリッジ回路を構成するとともに、前記ブリッ
   ジ回路の出力を補正する複数の抵抗素子を前記半導体基
   板上に形成する半導体式圧力センサを備えた圧力検出装
   置であって、 前記各抵抗素子に応じた出力電圧を取り出すとともに、
   前記各抵抗素子の選択用パッドとして前記半導体基板上
   に列状に配列される複数の電極パッドと、 前記半導体式圧力センサを取り巻くようにケース体内に
   配設され、前記半導体式圧力センサとワイヤボンディン
   グによるワイヤによって電気的に接続する回路基板と、前記電極パッド群に対し共通電極部として前記回路基板
   に設けられ、前記電極パッド群の長手方向に対向する長
   辺を有する電極部と、 を備えてなることを特徴とする圧力検出装置。