JP3562294B2 - Sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサ、加速度センサ、速度センサ、衝撃センサ、その他、これに類するセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のセンサのうち、例えば半導体圧力センサと称される圧力センサについて図21ないし図23を参照して説明する。図21はその圧力センサのキャップを取り外した状態の外観斜視図、図22はその側面断面図、図23はキャップを取り外した状態での平面図である。これらの図を参照して、プラスチック製のパッケージ100は、平面矩形形状の底部102とその4周縁それぞれから立ち上がる側部104とで上部が開口した底浅の箱型に形成され、かつ、その底部102外面の中央に圧力導入孔106付きの圧力導入部108を一体に有するとともに、その底部102内面上中央にセンサチップ110が実装され、前記各側部104上にキャップ112が被されている。そして、このパッケシージ100内の底部102に一端側が固定された複数のリードフレーム114が対向する両側部104を介してパッケシージ100外にその他端側を突出配備されている。
【0003】
こうした圧力センサは図示していない圧力検出処理回路が搭載された基板の配線パターン上に前記リードフレーム114他端側が半田付け固定される。
【0004】
センサチップ110は、圧力導入孔106に導入されるガスとか流体から受ける圧力を検出し、その検出信号をそのチップ110上の電極パッド116に出力するとともに、その電極パッド116に一端側が固定されたワイヤー118、このワイヤ118の他端側が接続されたリードフレーム114、およびこのリードフレーム114他端側が半田付けされる基板上の配線パターンを介して前記回路に入力され、その圧力検出処理が行われる。
【0005】
なお、上記圧力センサはそのリードフレーム114他端が外向きに折り曲げられているが、図24および図25で示すようにリードフレーム114他端を内向きに折り曲げた構造の圧力センサもある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
いずれの半導体圧力センサにあってもセンサチップの数倍以上の大型形状となっている。これは、上記構造の場合では、
(1)リードフレームを用いていること、
(2)センサチップとリードフレームとが別々の位置に離れて実装されるているために、まず、ワイヤを介してセンサチップとリードフレームとを接続するために、リードフレームには広い面積のワイヤボンディング用パッドが必要となること、
(3)ワイヤボンディングのためのキャピラリーチューブがパッケシージ内にボンディング作業のためのスペースが必要となるのでパッケシージサイズを大きくする必要があること、
(4)パッケシージそのものの肉厚分があること、
(5)リードフレームを基板に半田付け実装するためにリードフレーム他端側をパッケージ外に突出させる必要があること、
などによる。
【0007】
従来のこの種の圧力センサの形状サイズについて具体的な数値例を挙げると、パッケージ寸法が11.9mm(横)×13.7mm(縦)、センサチップ寸法が2.5mm(横)×2.5mm(縦)、パッケージ横方向における両側リードフレーム他端側間距離が22.0mmであり、この圧力センサの平面の実装面積は22.0mm(横)×13.7mm(縦)=301.4mm2となっている。
【0008】
したがって、本発明においては、上述した圧力センサのようなセンサにおける上記小型化を阻害する原因を除去することで、従来よりも大幅に小型化が可能とすることを解決しようとする課題としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のセンサにおいては、物理量の印加に応答して電気特性が変化するとともに、この電気特性の変化の取り出し可能なセンサチップを具備しており、前記センサチップは、物理量の印加に対応した前記電気特性の変化を取り出すための電極パッドを有し、かつ、前記電極パッドは、当該センサが基板上に搭載された状態で該基板上の対応する電極に接続可能に設けられている構成として上述の課題を解決している。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明はその実施の形態を圧力センサに適用して説明するが、これに限定されるものではなく、他の形態のセンサ、例えば、加速度センサ、速度センサ、衝撃センサ、その他のセンサにも同様に適用できるものである。
【0011】
(実施の形態1)
図1ないし図6を参照して本実施の形態1の圧力センサについて説明する。図1は圧力センサの正面から見た断面図であり、図2は図1で示される圧力センサの正面から見た分解図であり、図3は図1で示される圧力センサを正面斜め上方の位置から見た分解斜視図であり、図4は図1で示される圧力センサを正面斜め下方の位置から見た分解斜視図である。なお図5および図6については図1ないし図4を参照して説明する途中で説明する。また、本実施の形態1で説明する上側、下側などの位置関係は相対的なものであり、あくまで図面を参照して理解を容易にするうえでの単なる関係にすぎない。
【0012】
これらの図を参照して、本実施の形態1の圧力センサ1は、基本的には、センサチップ2と、このセンサチップ2の上側に位置するキャップ4と、このセンサチップ2の下側に位置してセンサチップ2を搭載するためのインターポーザー基板6とで構成されている。なお、本実施の形態1における基板はインターポーザー基板6のみならず後述するマザー基板8も含むものであり、センサチップ2を搭載する基板をマザー基板8とすると、インターポーザー基板6はその中間の基板と考えてもよい。インターポーザー基板6は、周知されるようにチップの下面に接着させるための基板であり、その基板の下面に半田や半田ボールなどを付着して、マザー基板に他の表面実装部品と同様に搭載できるようにするための基板である。
【0013】
以下、この圧力センサ1を構成する各部について詳しく説明する。
【0014】
センサチップ2は、シリコンなどの半導体材料からなり圧力印加で変位可能に形成された可動電極10と、ガラスなどからなり前記可動電極10と相対向配置された固定電極12とからなる。可動電極10は、圧力印加に応じて変位する薄肉でかつ平坦な感圧部分14と、その感圧部分14の変位を許容するようにその周縁を支持する厚肉の周縁部分16とで構成されている。
【0015】
センサチップ2は、可動電極10の感圧部分14が圧力で固定電極12との相対距離を変位させられることで電気特性の変化として両電極10,12間の電気容量(この容量は感圧部分14と固定電極12との互いの対向面と、その対向面の間隔と、その対向間の誘電率とで決まる)が変化し、これによって圧力に対応した電気信号を出力するようになっている。
【0016】
可動電極10の図で右側の周縁部分16は固定電極6の右側端部よりも図で右側に延長され、その延長部分18の下面に所定間隔隔てて対向する一対の電極パッド20a,20b(一方の電極パッドは可動電極に、他方の電極パッドは固定電極にそれぞれ接続される。)が形成されている。
【0017】
また可動電極10の周縁部分16の右側延長部分18と固定電極6の右側端面とで固定電極6の厚さに相当する段差22が形成されている。
【0018】
キャップ4は、内側に樹脂製であって可動電極10と同じ平面積のキャップ面24を有し、そのキャップ面24の周縁部分に下方に延びる係止爪26を有している。キャップ4を可動電極10上面に被せるときにその係止爪26でキャップ4は可動電極10に係止可能とされる。なお、この係止爪26によってキャップ4の位置合わせを容易にでき、かつ、内部の気密性向上にも好ましい。
【0019】
キャップ4は前記係止状態で可動電極10との接触箇所においてシリコン接着剤または樹脂製接着剤で接着されて可動電極10はキャップ4によって気密保持可能とされる。キャップ4はまた、その上面中央から垂直上方に延びる圧力導入部28を有している。したがって、このキャップ4を可動電極10に被せて取り付け、その圧力導入部28から可動電極10の感圧部分14に導入されたガスなどによる圧力がかかると、その感圧部分14がそれに応じて固定電極12に対して変位できるようになっている。
【0020】
なお、可動電極10と固定電極12との互いの対応面には導電性材料による薄膜が形成されて両電極10,12間の電気容量取り出しの電極(図示省略)が構成されている。
【0021】
インターポーザー基板6は、その上面が固定電極12の形状に対応して部分的に削除されることで固定電極12の載置が可能な平坦部分30と、この平坦部分30の右側で前記段差22の高さに対応して立ち上がっている立設部分32とで構成されている。なお、この削除構成によって、電極部分がチップの最上面または最下面に無いという圧力センサ特有の問題を克服可能となる。
【0022】
インターポーザー基板6の平坦部分30の裏面には、延長部分18の下面にある電極パッド20a,20bと同方向に所定距離を隔てて一対の電極パターン34a,34bが形成されている。インターポーザー基板6の立設部分32にはその上面に同じく延長部分18の下面にある電極パッド20a,20bと同方向に一対の電極パッド36a,36bが形成されているとともに、それぞれ内周に導電部分が形成された一対のスルーホール38a,38bが各電極パッド36a,36bのところを貫通し、また平坦部分30下面の電極パターン34a,34bのところを貫通するようにして形成されている。
【0023】
これによって、立設部分32上面の各電極パッド36a,36bそれぞれと、平坦部分30下面の電極パターン34a,34bそれぞれとはこのスルーホール38a,38bを介して電気的に接続されることになる。このスルーホール構成によって、安価なコストでの前記接続が可能となる。
【0024】
インターポーザー基板6の平坦部分30上面ならびに立設部分32側面それぞれとセンサチップ2の固定電極12下面ならび側面それぞれとの接着には、樹脂製、シリコン製接着剤、導電性接着剤、異方導電性接着剤、異方導電性フィルム、その他の接着剤、接着フィルムが用いられる。
【0025】
この場合、導電性または異方導電性の接着剤は、センサチップ2の可動電極10下面の電極パッド20a,20bから可動電極10と固定電極12との対向距離に対応した容量の取り出しに影響しないようにする場合に使用されるようになっている。
【0026】
センサチップ2の可動電極10の電極パッド20a,20bそれぞれと、インターポーザー基板6の立設部分32の電極パッド36a,36bそれぞれとの接続は、導電性または異方導電性の接着剤、あるいは異方導電性フィルムが用いられる。異方導電性接着剤または異方導電性フィルムは、圧力が加わったところだけが導電性に変化するので、センサチップ2の可動電極10の電極パッド20a,20bを厚くするか、その電極パッド20a,20bの搭載箇所を突起形状にするか、インターポーザー基板6の立設部分32の上面の電極パッド36a,36bを厚くするか、その立設部分32上面の電極パッド36a,36b搭載箇所を突起形状とするかによって、異方導電性接着剤または異方導電性フィルムに圧力がかかるようにする。
【0027】
インターポーザー基板6の平坦部分30下面の一対の電極パターン34a,34bそれぞれは、当該圧力センサ1が搭載されるマザー基板8との電気的接続をするためと、圧力センサ1そのものをマザー基板8に固定する作用を有する。
【0028】
上述した構成の本実施の形態1の圧力センサ1は、マザー基板8上に実装される。このマザー基板8上には導電材料例えば銅からなる一対の基板パターン40a,40bが形成されており、圧力センサはその実装状態では、インターポーザー基板8下面の電極パターン34a,34bがその基板パターン40a,40b上に半田付けされることで、マザー基板8に実装固定される。
【0029】
この場合、圧力センサ1をマザー基板8に安定して固定するために例えば図5で示すように基板パターン40a,40bをマザー基板8の両側端部に形成するか、あるいは、図6で示すようにマザー基板8の全面に形成すると好ましい。
【0030】
また、圧力センサ1とマザー基板8との接続は、インターポーザー基板6の平坦部分30下面の電極パターン34a,34bとマザー基板8上面の基板パターン40a,40bとを半田付けすることで行われる。
【0031】
なお、本実施の形態1の圧力センサ1の実装面積について説明すると、キャップ4寸法は2.7mm(横)×2.7mm(縦)、固定電極12寸法は2.5mm(横)×2.5mm(縦)となり、したがって、平面方向の実装面積は2.7mm(横)×2.7mm(縦)=7.29mm2となる。これは、従来の圧力センサの301.4mm2と比較して、約40分の1の実装面積となり、非常に小型化されたものとなる。
【0032】
以上のようにして本実施の形態1によれば、センサチップ2を、圧力印加で変位可能に形成された可動電極10と、この可動電極10と相対向配置された固定電極12とで構成し、かつこのセンサチップ2をインターポーザー基板6を介してマザー基板8上に搭載し、その可動電極10と固定電極12それぞれをインターポーザー基板6を介してマザー基板8上の各電極それぞれに直接個別接続したので、従来のようなパッケージと、リードフレームとが不要となり、したがって、センサチップとリードフレームとをワイヤボンディングする必要がなくなり、そのためキャピラリーチューブなどのボンディング作業用スペースも不要となるなど、これまで圧力センサの小型化を阻害していた要因のすべてが解消され、その小型化を大幅に図ることができるものとなった。
【0033】
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2について図7ないし図10を参照して説明する。本実施の形態2は、上述した実施の形態1のように通常の基板に表面実装する例とは異なり基板に加工を施して実装するものである。
【0034】
本実施の形態2の圧力センサ1bにおいては、マザー基板8がセンサチップ2の固定電極12よりも厚さが厚い。そして、このマザー基板8をセンサチップ2の固定電極12の部分よりも少し広い面積で座繰って凹部42を形成するとともに、その凹部42周辺のマザー基板8上面に一対の電極パターン40a,40bを形成する。そして、この凹部42にセンサチップ2の固定電極12を接着剤44で接着固定するとともに、センサチップ2の可動電極10の延長部分18下面の電極パッド20a,20bをマザー基板8上面の電極パターン40a,40bに導電性接着剤、異方導電性接着剤、異方導電性フィルムなどの接着剤で接着固定する。
【0035】
以上のようにして本実施の形態2においても、実施の形態1と同様にして、従来のようなパッケージと、リードフレームとが不要となり、したがって、センサチップとリードフレームとをワイヤボンディングする必要がなくなり、そのためキャピラリーチューブなどのボンディング作業用スペースも不要となるなど、これまで圧力センサの小型化を阻害していた要因のすべてが解消され、その小型化を大幅に図ることができるものとなった。
【0036】
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3について図11を参照して説明する。本実施の形態3は、上述した実施の形態1のように通常の基板に表面実装する例とは異なり基板に加工を施して実装するものである。
【0037】
本実施の形態3の圧力センサ1bにおいては、マザー基板8はセンサチップ2の固定電極12よりも厚さが薄い。マザー基板8にはセンサチップ2の固定電極12よりも少し広い面積で貫通穴46が形成されている。マザー基板8の貫通穴46周辺の下面に支持基板48を接着剤50で固定する。そして、センサチップ2の固定電極12の下面を支持基板48上面に固定する。
【0038】
その他の構成は、上述の実施の形態2と同様である。
【0039】
以上のようにして本実施の形態3においても、実施の形態1と同様にして、従来のようなパッケージと、リードフレームとが不要となり、したがって、センサチップとリードフレームとをワイヤボンディングする必要がなくなり、そのためキャピラリーチューブなどのボンディング作業用スペースも不要となるなど、これまで圧力センサの小型化を阻害していた要因のすべてが解消され、その小型化を大幅に図ることができるものとなった。
【0040】
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4について図12ないし図15を参照して説明する。本実施の形態4は、上述した実施の形態1のように通常の基板に表面実装する例とは異なり基板に加工を施して実装するものである。
【0041】
本実施の形態4の圧力センサ1cにおいては、マザー基板8にセンサチップ2の固定電極12より少し広い面積の貫通穴46が形成されている。
【0042】
圧力センサ1cのキャップ4は、固定電極12をマザー基板8の貫通穴46に挿通させたとき、キャップ4端がマザー基板8上に係止される係止部分52を有し、この係止部分52の下面54をマザー基板8に樹脂製またはシリコン製の接着剤で接着することで圧力センサ1cはマザー基板8上に接着固定される。
【0043】
その他の構成は、上述の実施の形態2と同様である。
【0044】
上述した構成は、キャップ4に導入される圧力でストレスが加わってもセンサチップ2にそのストレスがかかることが軽減されるので信頼性が高くなる。
【0045】
なお、本実施の形態4の圧力センサの実装面積について説明すると、キャップ4寸法は2.9mm(横)×2.9mm(縦)、固定電極12寸法は2.5mm(横)×2.5mm(縦)となり、実装面積は2.9mm(横)×2.9mm(縦)=8.4mm2となる。これは、従来の圧力センサの301.4mm2と比較して、約36分の1の実装面積となり、非常に小型化されたものとなる。
【0046】
以上のようにして、本実施の形態4においても、実施の形態1と同様にして、従来のようなパッケージと、リードフレームとが不要となり、したがって、センサチップとリードフレームとをワイヤボンディングする必要がなくなり、そのためキャピラリーチューブなどのボンディング作業用スペースも不要となるなど、これまで圧力センサの小型化を阻害していた要因のすべてが解消され、その小型化を大幅に図ることができるものとなった。
【0047】
(その他の実施の形態)
なお、上述した各実施の形態1ないし4ではキャップ4の圧力導入部38は、キャップ4の上面から垂直上方に延びているが、図16で示すように、その上面に沿うようにして圧力導入部38を設けて、より一層の小型化を図れるようにしても構わない。
【0048】
なお、上述した各実施の形態においては、可動電極10の延長部分18は単に図で水平方向に固定電極12よりも右方に延長されているだけであるが、図17で示すようにさらに、下方に延ばし、この下方延長端面に前記電極パッド20a,20bを形成し、かつ、この下方延長端をマザー基板8上の電極パターン40a,40bに接続するようにすれば、インターポーザー基板6を設けたり、マザー基板8に凹部とか貫通穴を形成する必要はなくなるので、製作が簡単になりコストの低減に寄与することができる。
【0049】
なお、上述した各実施の形態においては、可動電極10の延長部分18は水平方向に固定電極12よりも右方に延長され、この延長部分18に形成の電極パッド20a,20bをマザー基板8の電極パターン40a,40bに接続するために、インターポーザー基板6を設けたり、マザー基板8に凹部とか貫通穴を形成しているが、図18で示すようにマザー基板8上に突起58を形成し、この突起56に前記電極パターン40a,40bを形成しておき、可動電極10の延長部分18下面の電極パッド20a,20bをこの突起58の電極パターン40a,40bに接続するようにすれば、インターポーザー基板6を設けたり、マザー基板8に凹部とか貫通穴を形成する必要はなくなるので、製作が簡単になりコストの低減に寄与することができる。
【0050】
なお、上述した各実施の形態においては、可動電極10の延長部分18は水平方向に固定電極12よりも右方に延長され、この延長部分18に形成の電極パッド20a,20bを形成していたが、図19で示すように、固定電極12にその電極パッド20a,20bを形成しても構わない。こうすれば、可動電極10をその延長部分18の分だけ水平方向に短縮できるので、小型化に寄与することができる。
【0051】
なお、上述した各実施の形態においては、圧力の検知を可動電極10と固定電極12との両電極間の電気容量の変化で検出していたが、図20で示すようにセンサチップの固定電極を省略し、可動電極10をマザー基板8上に固定し、可動電極10の感圧部分14にピエゾ抵抗素子60を設けて構成しても構わない。この場合のセンサチップの作用は、印加圧力に応じて可動電極10の感圧部分14を圧力に応じて変形する変形部としてこれが変形すると、この感圧部分14の変形で歪むことで、電気特性が変化する素子例えば電気抵抗が変化するピエゾ抵抗素子60においてその抵抗値がその圧力変化に対応したもの、つまり電気特性の変化を示すことにより、圧力センサを構成することができる。なお、図面上では理解のためその素子60は感圧部分14に取り付けられているように示されているが、感圧部分そのものに半導体拡散抵抗のようにn形シリコン半導体結晶上の特定の位置にボロンを拡散浸透させてホイーストーンブリッジ形式のp形抵抗線ストレンゲージで構成しても構わない。またこの素子の他に圧電素子などの変形することでその電気特性が変化するものであれば、いずれを用いても構わない。
【0052】
なお、こうした素子あるいは感圧部分構成の可動電極を用いた場合においても、その可動電極10の周縁部分16下面に上述した各実施の形態の電極パッド20a,20bと同様の電極パッドを形成し、これをマザー基板8の電極パターン40a,40bに直接接続するようにすると、上述の実施の形態と同様の実施が可能となる。
【0053】
なお、上述した実施の形態においては、圧力センサであるために、加えられる物理量は圧力であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、そのセンサの形態に対応した物理量で構わない。
【0054】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば次の効果を得られる。
【0056】
本発明第1のセンサによれば、センサチップと、インターポーザー基板とを有しており、前記センサチップは、固定電極と、この固定電極上に相対向して配置されて物理量の印加で変位可能でかつ前記固定電極より側方に延びた延長部分に電極パッドを有する可動電極とを備え、前記インターポーザー基板は、前記固定電極が載置される平坦面と、前記可動電極の延長部分に向けて立ち上げられた立設部分とを有するとともに、その立設部分には前記可動電極の延長部分の前記電極パッドをマザー基板上の各電極それぞれに個別接続するためのスルーホールを有しているので、本発明第1のセンサにおいては、リードフレームを用いないので、従来のようにリードフレームを基板に半田付け実装するためにリードフレーム他端側をパッケージ外に突出させる必要がない。したがって、本発明第1のセンサにおいては、従来の小型化を阻害していた原因のすべてが除去されることで従来よりも大幅に小型化することが可能となった。
【0057】
なお、前記マザー基板が、前記固定電極の全体または一部の収納が可能な有底溝を有し、前記センサチップは、前記固定電極が前記有底溝に収納された状態で、前記延長部分上の各電極パッドが該基板上の対応する各電極に接続されている構成とした場合では、その有底溝の深さ分、センサの高さ方向の小型化をより図れる。
【0058】
なお、前記マザー基板が、前記固定電極の貫通が可能な貫通穴を有しこのマザー基板には、前記貫通穴に臨むようにして支持基板が設けられており、前記センサチップは、前記固定電極が前記貫通穴内の支持基板上で支持された状態で前記延長部分上の各電極パッドが該マザー基板上の対応する各電極に接続されている構成とした場合では、マザー基板の厚さ分、センサの高さ方向の小型化をより図れる。
【0059】
前記センサチップが、前記キャップで前記基板上に固定された状態で前記延長部分上の各電極パッドが該基板上の対応する各電極に接続されている構成とした場合では、当該センサの基板に対する取り付けが簡単化する。
【0060】
なお、前記固定電極が、前記基板上の各電極それぞれに個別接続されるように前記各電極パッドを備えている構成とした場合では、可動電極側で電極パッドを設ける場合と同様に上述した作用効果を得られるうえ、固定電極が可動電極よりもマザー基板に近いため、それだけ、可動電極の構成の簡単化、基板への接続が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係る圧力センサの側面断面図
【図2】図1の圧力センサの分解図
【図3】図1の圧力センサの斜め上方位置から見た分解図
【図4】図1の圧力センサの斜め下方位置から見た分解図
【図5】図1のインターポーザー基板の変形例を示すその下面図
【図6】図1のインターポーザー基板の他の変形例を示すその下面図
【図7】本発明の実施の形態2に係る圧力センサの側面断面図
【図8】図7の圧力センサの分解図
【図9】図7の圧力センサの斜め上方位置から見た分解図
【図10】図7の圧力センサの斜め下方位置から見た分解図
【図11】本発明の実施の形態3に係る圧力センサの側面断面図
【図12】本発明の実施の形態4に係る圧力センサの側面断面図
【図13】図12の圧力センサの分解図
【図14】図12の圧力センサの斜め上方位置から見た分解図
【図15】図12の圧力センサの斜め下方位置から見た分解図
【図16】キャップの変形例を示す斜視図
【図17】本発明の他の実施の形態に係る圧力センサの要部側面断面図
【図18】本発明のさらに他の実施の形態に係る圧力センサの要部側面断面図
【図19】本発明のさらに他の実施の形態に係る圧力センサの要部側面断面図
【図20】本発明のさらに他の実施の形態に係る圧力センサの要部側面断面図
【図21】従来の圧力センサのキャップを取り外した状態での外観斜視図
【図22】図21の圧力センサの側面断面図(キャップを取り付けた状態での図23のA−A線に沿う側面断面図)
【図23】図21の圧力センサのキャップを外した平面図
【図24】他の従来の圧力センサの側面断面図(キャップを取り付けた状態での図25のB−B線に沿う側面断面図)
【図25】図24の圧力センサのキャップを外した平面図
【符号の説明】
1 圧力センサ
2 センサチップ
4 キャップ
6 インターポーザー基板
8 マザー基板
10 センサチップの可動電極
12 センサチップの固定電極
14 可動電極の感圧部分[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure sensor, an acceleration sensor, a speed sensor, an impact sensor, and other similar sensors.
[0002]
[Prior art]
Among conventional sensors, for example, a pressure sensor called a semiconductor pressure sensor will be described with reference to FIGS. 21 is an external perspective view of the pressure sensor with the cap removed, FIG. 22 is a side sectional view of the pressure sensor, and FIG. 23 is a plan view of the pressure sensor with the cap removed. Referring to these figures, a
[0003]
In such a pressure sensor, the other end of the
[0004]
The
[0005]
The pressure sensor has the other end of the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Each semiconductor pressure sensor has a large shape several times or more than the sensor chip. This is, in the case of the above structure,
(1) that a lead frame is used;
(2) Since the sensor chip and the lead frame are separately mounted at different positions, first, a large-area wire is connected to the lead frame in order to connect the sensor chip and the lead frame via a wire. The need for bonding pads,
(3) Since the capillary tube for wire bonding requires a space for the bonding operation in the package, it is necessary to increase the package size.
(4) The package has the thickness of the package itself,
(5) The other end of the lead frame needs to protrude out of the package in order to solder and mount the lead frame on the board;
Etc.
[0007]
As a specific numerical example of the shape and size of this type of conventional pressure sensor, the package size is 11.9 mm (width) × 13.7 mm (length), and the sensor chip size is 2.5 mm (width) × 2. 5 mm (vertical), the distance between the other ends of both the lead frames in the lateral direction of the package is 22.0 mm, and the mounting area of the pressure sensor in a plane is 22.0 mm (horizontal) × 13.7 mm (vertical) = 301.4 mm. 2 It has become.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to solve the problem that the size of a sensor, such as the above-described pressure sensor, which hinders the size reduction can be significantly reduced compared to the related art.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the sensor according to the present invention, the electrical characteristics change in response to the application of the physical quantity, and the sensor chip includes a sensor chip capable of extracting the change in the electrical properties. It has an electrode pad for extracting a change in electrical characteristics, and the electrode pad is provided so as to be connectable to a corresponding electrode on the substrate while the sensor is mounted on the substrate. Has solved the problem.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention will be described by applying the embodiment to a pressure sensor. However, the present invention is not limited to this. For other types of sensors, for example, an acceleration sensor, a speed sensor, an impact sensor, and other sensors. Can be similarly applied.
[0011]
(Embodiment 1)
The pressure sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 is a sectional view of the pressure sensor as viewed from the front, FIG. 2 is an exploded view of the pressure sensor shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of the pressure sensor shown in FIG. FIG. 4 is an exploded perspective view of the pressure sensor shown in FIG. 1 as viewed from a position obliquely downward from the front. 5 and 6 will be described in the middle of the description with reference to FIGS. Further, the positional relations such as the upper side and the lower side described in the first embodiment are relative, and are merely mere relations for facilitating understanding with reference to the drawings.
[0012]
With reference to these drawings, a
[0013]
Hereinafter, each component of the
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
A
[0017]
In addition, a
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
It should be noted that a thin film made of a conductive material is formed on the corresponding surfaces of the
[0021]
The
[0022]
On the back surface of the
[0023]
Thus, each of the
[0024]
The bonding between the upper surface of the
[0025]
In this case, the conductive or anisotropic conductive adhesive does not affect the extraction of the capacitance corresponding to the distance between the
[0026]
The connection between each of the
[0027]
Each of the pair of
[0028]
The
[0029]
In this case, in order to stably fix the
[0030]
The connection between the
[0031]
The mounting area of the
[0032]
As described above, according to the first embodiment, the
[0033]
(Embodiment 2)
Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment differs from the first embodiment in that the surface is mounted on a normal substrate, and is processed and mounted on the substrate.
[0034]
In the
[0035]
As described above, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the conventional package and the lead frame are not required, and therefore, it is necessary to wire-bond the sensor chip and the lead frame. All of the factors that hindered the miniaturization of the pressure sensor were eliminated, such as eliminating the need for space for bonding work such as a capillary tube.This has made it possible to significantly reduce the size of the pressure sensor. .
[0036]
(Embodiment 3)
Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment differs from the first embodiment in that the surface is mounted on a normal substrate, and the substrate is processed and mounted.
[0037]
In the
[0038]
Other configurations are the same as those of the second embodiment.
[0039]
As described above, also in the third embodiment, similarly to the first embodiment, the conventional package and the lead frame are not required, and therefore, it is necessary to wire-bond the sensor chip and the lead frame. All of the factors that hindered the miniaturization of the pressure sensor were eliminated, such as eliminating the need for space for bonding work such as a capillary tube.This has made it possible to significantly reduce the size of the pressure sensor. .
[0040]
(Embodiment 4)
[0041]
In the
[0042]
The
[0043]
Other configurations are the same as those of the second embodiment.
[0044]
In the above-described configuration, even if a stress is applied by the pressure introduced into the
[0045]
The mounting area of the pressure sensor according to the fourth embodiment will be described. The dimensions of the
[0046]
As described above, in the fourth embodiment, similarly to the first embodiment, the conventional package and the lead frame are not required, and therefore, it is necessary to wire-bond the sensor chip and the lead frame. Eliminates all the factors that have hindered miniaturization of pressure sensors, such as eliminating the need for space for bonding work such as capillary tubes, and greatly reducing the size of the pressure sensor. Was.
[0047]
(Other embodiments)
In each of the first to fourth embodiments, the
[0048]
In each of the above-described embodiments, the extending
[0049]
In each of the above-described embodiments, the
[0050]
In each of the above-described embodiments, the
[0051]
In each of the above-described embodiments, the detection of the pressure is detected by the change in the electric capacitance between the
[0052]
In the case where such a device or a movable electrode having a pressure-sensitive portion configuration is used, an electrode pad similar to the
[0053]
In the above-described embodiment, the applied physical quantity is pressure because the pressure sensor is used. However, the present invention is not limited to this, and may be a physical quantity corresponding to the form of the sensor. .
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0056]
The
[0057]
In addition, the mother substrate has a bottomed groove capable of accommodating the whole or a part of the fixed electrode, and the sensor chip is configured such that, when the fixed electrode is housed in the bottomed groove, the extension portion In the case where each of the upper electrode pads is connected to the corresponding electrode on the substrate, the size of the sensor in the height direction can be further reduced by the depth of the bottomed groove.
[0058]
The mother substrate has a through hole through which the fixed electrode can pass, and the mother substrate is provided with a support substrate so as to face the through hole. In a case where each electrode pad on the extension portion is connected to a corresponding electrode on the mother substrate while being supported on the support substrate in the through hole, the thickness of the sensor corresponds to the thickness of the mother substrate. The size in the height direction can be further reduced.
[0059]
In the case where the sensor chip is fixed on the substrate with the cap and each electrode pad on the extension portion is connected to a corresponding electrode on the substrate, the sensor chip is Installation is simplified.
[0060]
In the case where the fixed electrodes are provided with the respective electrode pads so as to be individually connected to the respective electrodes on the substrate, the same operation as in the case where the electrode pads are provided on the movable electrode side is performed. In addition to the effect, the fixed electrode is closer to the mother substrate than the movable electrode, so that the configuration of the movable electrode is simplified and the connection to the substrate is facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded view of the pressure sensor of FIG.
FIG. 3 is an exploded view of the pressure sensor of FIG. 1 as viewed from an obliquely upper position.
FIG. 4 is an exploded view of the pressure sensor of FIG. 1 as viewed from an obliquely lower position.
FIG. 5 is a bottom view showing a modification of the interposer substrate of FIG. 1;
FIG. 6 is a bottom view showing another modified example of the interposer substrate of FIG. 1;
FIG. 7 is a side sectional view of a pressure sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an exploded view of the pressure sensor of FIG. 7;
9 is an exploded view of the pressure sensor of FIG. 7 as viewed from an obliquely upper position.
FIG. 10 is an exploded view of the pressure sensor of FIG. 7 viewed from a diagonally lower position.
FIG. 11 is a side sectional view of a pressure sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 12 is a side sectional view of a pressure sensor according to
FIG. 13 is an exploded view of the pressure sensor of FIG.
14 is an exploded view of the pressure sensor of FIG. 12 as viewed from an obliquely upper position.
FIG. 15 is an exploded view of the pressure sensor of FIG. 12 viewed from a diagonally lower position.
FIG. 16 is a perspective view showing a modification of the cap.
FIG. 17 is a side sectional view of a main part of a pressure sensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a side sectional view of a main part of a pressure sensor according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a side sectional view of a main part of a pressure sensor according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a side sectional view of a main part of a pressure sensor according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 21 is an external perspective view of a conventional pressure sensor with a cap removed.
22 is a side cross-sectional view of the pressure sensor of FIG. 21 (side cross-sectional view along the line AA of FIG. 23 with a cap attached).
FIG. 23 is a plan view of the pressure sensor of FIG. 21 with a cap removed.
FIG. 24 is a side cross-sectional view of another conventional pressure sensor (a side cross-sectional view along line BB in FIG. 25 with a cap attached).
FIG. 25 is a plan view of the pressure sensor of FIG. 24 with a cap removed.
[Explanation of symbols]
1 Pressure sensor
2 Sensor chip
4 caps
6 Interposer board
8 Mother board
10 Movable electrode of sensor chip
12 Sensor chip fixed electrode
14 Pressure-sensitive part of movable electrode
Claims (5)
前記センサチップは、固定電極と、この固定電極上に相対向して配置されて物理量の印加で変位可能でかつ前記固定電極より側方に延びた延長部分に電極パッドを有する可動電極とを備え、
前記インターポーザー基板は、前記固定電極が載置される平坦面と、前記可動電極の延長部分に向けて立ち上げられた立設部分とを有するとともに、その立設部分には前記可動電極の延長部分の前記電極パッドをマザー基板上の各電極それぞれに個別接続するためのスルーホールを有していることを特徴とするセンサ。 It has a sensor chip and an interposer substrate,
The sensor chip includes a fixed electrode, and a movable electrode which is disposed on the fixed electrode to face each other, is displaceable by application of a physical quantity, and has an electrode pad on an extended portion extending laterally from the fixed electrode. ,
The interposer substrate has a flat surface on which the fixed electrode is placed, and a standing portion raised toward an extension of the movable electrode, and the standing portion has an extension of the movable electrode. A sensor having a through hole for individually connecting a part of said electrode pad to each electrode on a mother substrate .
前記マザー基板が、前記固定電極の全体または一部の収納が可能な有底溝を有し、前記センサチップは、前記固定電極が前記有底溝に収納された状態で、前記延長部分上の各電極パッドが該マザー基板上の対応する各電極に接続されていることを特徴とするセンサ。 The sensor according to claim 1,
The mother substrate has a bottomed groove capable of accommodating the whole or a part of the fixed electrode, and the sensor chip is provided on the extended portion in a state where the fixed electrode is accommodated in the bottomed groove. A sensor, wherein each electrode pad is connected to a corresponding electrode on the mother substrate .
前記マザー基板が、前記固定電極の貫通が可能な貫通穴を有しているとともに、このマザー基板には、前記貫通穴に臨むようにして支持基板が取り付けられており、
前記センサチップは、前記固定電極が前記貫通穴内の支持基板上で支持された状態で、前記延長部分上の各電極パッドが該マザー基板上の対応する各電極に接続されていることを特徴とするセンサ。The sensor according to claim 1 ,
The mother substrate has a through hole through which the fixed electrode can pass, and a support substrate is attached to the mother substrate so as to face the through hole,
The sensor chip is characterized in that each electrode pad on the extension is connected to a corresponding electrode on the mother substrate in a state where the fixed electrode is supported on a support substrate in the through hole. Sensor.
前記センサチップが、前記キャップで前記マザー基板上に固定された状態で前記延長部分上の各電極パッドが該マザー基板上の対応する各電極に接続されていることを特徴とするセンサ。The sensor according to claim 1 ,
The sensor, wherein each electrode pad on the extension portion is connected to a corresponding electrode on the mother substrate while the sensor chip is fixed on the mother substrate with the cap .
前記固定電極が、前記マザー基板上の各電極それぞれに個別接続されるように前記各電極パッドを備えていることを特徴とするセンサ。The sensor according to any one of claims 1 to 4 ,
The sensor according to claim 1, wherein each of the electrode pads is provided such that the fixed electrode is individually connected to each of the electrodes on the mother substrate .
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