JP4299007B2 - 液封型圧力センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種圧力媒体の圧力を電気信号に変換する液封型圧力センサに関し、特に、ワンチップ型式の半導体圧力センサチップを液封した液封型圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液封型圧力センサは、受圧面を金属製ダイヤフラムによって画定されてオイル等の電気絶縁液を封入された液封室に圧力検出用のセンサチップを配置されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
液封型圧力センサは、センサチップと金属製ダイヤフラムとの間をオイル等の電気絶縁液によって電気的に絶縁するため、高絶縁性、高耐電圧性を有するセンサとして市場での実績もかなり長いものがある。
【０００４】
センサチップも、単なる圧力検出素子（ゲージ）のみのチップから、近年は、圧力検出部、不揮発性メモリ等を回路形成され、調整回路や温度補償回路を含んだワンチップ型式の半導体圧力センサチップに進化してきている。また、半導体プロセスも、バイポーラからＣＭＯＳへと変化している。そして、ＣＭＯＳとＥＰＲＯＭを組み合わせたワンチップ半導体圧力センサは高精度、高信頼性で、今後の主流になると思われる。センサチップの圧力検出部分をエッチングにより薄膜化して金属ダイヤフラムと二重構造にしたものを、特に、二重金属ダイヤフラム方式液封型圧力センサと云う。
【０００５】
【特許文献１】
特公平６−６５９７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
微細加工により、マイクロパワー化したワンチップ半導体圧力センサは、使い方が悪いと、誘導やノイズの影響を受けやすい。例えば、１次電源（例えば、ＡＣ１００Ｖ）と２次電源（例えば、ＤＣ５Ｖ）が絶縁されていない電源を使用し、圧力センサの継手が金属配管を通して接地される場合、継手と導通している金属製ダイヤフラムとチップと間には、１次電圧（以下、バイアス電圧Ｅｂと云う）がそのまま加わり、センサチップの回路に悪影響を与える可能性がある。このことは、絶縁型電源を用しても、絶縁程度が不十分であると、同様である。
【０００７】
バイアス電圧Ｅｂが回路に悪影響を与えるメカニズムを図１０を参照して説明する。なお、図１０において、１０１はセンサ担持ハウジング側のハーメチックガラス部１０２上に取り付けられたワンチップ型式のセンサチップ、１０３は金属製ダイヤフラムであり、ハーメチックガラス部１０２と金属製ダイヤフラム１０３との間に画定される液封室１０４にオイルが封入されている。また、１０６はハーメチックガラス部１０２に設けられたリードピンを、１０７はボンディングワイヤを示している。
【０００８】
センサチップ１０１と金属製ダイヤフラム１０３との間にバイアス電圧Ｅｂが加わると、相対向するチップ表面と金属製ダイヤフラム１０３との間に電界が発生する。図１０では、電界を視覚的に点線によって示している。
【０００９】
ＭＯＳトランジスタは、ゲート電圧が作り出す電界によってドレン電流を制御するから、ＭＯＳトランジスタや不揮発性メモリはバイアス電圧Ｅｂによる電界の影響を受ける。また、液封室１０４に封入されたオイル中に電荷を持つ不純物があると、電荷が移動して同様に悪影響を与える。
【００１０】
この対策として、図１１に示されているように、センサチップ１０１と金属製ダイヤフラム１０３との間にゼロ電位の電極（シールド電極）１０５を設ける考えがある。シールド電極１０５は、チップ回路のゼロ電位（ＧＮＤ）に接続されているので、センサチップ１０１と金属製ダイヤフラム１０３との間にバイアス電圧Ｅｂが加わっても、電界は金属製ダイヤフラム１０３とシールド電極１０５との間に発生し、センサチップ１０１とシールド電極１０５とは同電位で、この間に電界が発生しない。これにより、センサチップ１０１の回路が電界による影響を受けなくなる。
【００１１】
しかし、上述したような対策品では、センサチップ１０１と金属製ダイヤフラム１０３との間にシールド電極１０５を配置する必要があるため、構造が複雑で、コストアップになる。また、チップの組み込み後にシールド電極１０５を取り付けるため、不用意な作業で、チップの損傷やボンディングワイヤ１０７の破損の虞れがある。また、製造装置の自動化のためには、複雑で、高価な専用装置を作る必要がある。
【００１２】
また、チップのワイヤボンディング後にシールド電極１０５を取り付けるため、シールド電極１０５をリードピン１０６の配置位置より大きくする必要がある。その結果、ガラスハーメチック部分の面積が大きくなり、ハーメチック耐圧が低下する。
【００１３】
液封室１０４に充填されたオイルは、かなり大きな熱膨張係数を持っており、低温になると収縮するから、低温時には、金属製ダイヤフラム１０３は、その分量に見合った分だけ、シールド電極１０５に近づく。もし、金属製ダイヤフラム１０３とシールド電極１０５との間隔が狭いと、低温時に、互いに接触してしまい、センサチップ１０１のゼロ電位と継手とが短絡する。そのため、金属製ダイヤフラム１０３とシールド電極１０５との間隔は、充分、余裕をとる必要がある。
【００１４】
結果として、サイズが大きくなり、液封室１０４に充填するオイル量が増える。更に、ガラスハーメチック部分の面積拡大の分も加わり、オイル量が増えると、熱膨張による金属製ダイヤフラム１０３の変位量が増え、オイル内圧変化が大きくなり、圧力センサの特性を悪化させる原因になる。
【００１５】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、構造の簡素化と取扱の容易性を備え、オイルの熱膨張による金属製ダイヤフラムとシールド電極の短絡を生じることがないシールド電極構造を有し、オイル量の増大を伴わず、特性の優れた圧力センサを提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による液封型圧力センサは、中央開口部にリードピンおよび電気絶縁液充填管を貫通装着されたハーメチックガラス部を有するチップ担持ハウジングを有し、当該チップ担持ハウジングに取り付けられた金属製ダイヤフラムによって受圧面を画定されて電気絶縁液を封入された液封室に、シリコン部材とガラス部材とを陽極接合した半導体圧力センサチップが配置された液封型圧力センサにおいて、前記センサチップが前記センサチップの電極と配線基板に形成されている接合パッドとを接続するバンプによって前記配線基板上に所定の間隙をおいてフリップチップ実装されて固定配置され、前記配線基板がシリコンの熱膨張係数と同じ熱膨張係数を有するガラス基板あるいは絶縁処理されたシリコン基板上に導電材製のシールド電極を形成され、前記間隙を隔てて前記シリコン部材によるチップ表面と対向する面部にシールド電極が形成され、前記シールド電極は前記センサチップのグランド電位電極と導通接続され、前記チップ担持ハウジングに前記配線基板が固定装着され、前記リードピンと前記配線基板に形成された接合パッドとが導通接続され、前記チップ担持ハウジングは前記中央開口部に突出形成された取付台座形状部を有し、当該取付台座形状部に前記配線基板が固定されている。
【００１７】
この発明による液封型圧力センサによれば、シリコン部材とガラス部材とを陽極接合した半導体圧力センサチップがセンサチップの電極と配線基板に形成されている接合パッドとを接続するバンプによって配線基板上に所定の間隙をおいてフリップチップ実装されて固定配置されていることにより、この間隙（電気絶縁液を満たされる）の圧力は液封室の圧力に等しく、センサチップを構成するシリコン部材によるチップ表面側が配線基板と対向する向きに配置され、正しい圧力検出が行われる。この結果、センサチップを構成するガラス部材によるチップ裏面側が金属製ダイヤフラムと対向するようになる。したがって、センサチップと金属製ダイヤフラムとの間にバイアス電圧が加わり、チップ表面と金属製ダイヤフラムとの間に電界が発生して、液封室に封入されたオイル中の不純物が持つ電荷が移動しようとしても、金属製ダイヤフラムとシリコン部材によるチップ表面との間に存在するガラス部材によって遮られるようになって、センサチップは金属製ダイヤフラムとの間のオイル中の不純物の持つ電荷による悪影響を受け難くなる。
一方、センサチップを構成するシリコン部材によるチップ表面が所定の間隙内のオイルに曝されるセンサチップには、金属製ダイヤフラムが取り付けられているチップ担持ハウジングとの間のバイアス電圧が加わるようになるが、シリコン部材によるチップ表面とチップ担持ハウジングとの間に、センサチップのグランド電位電極と導通接続された配線基板上のシールド電極が介在し、センサチップとチップ担持ハウジングとの間のバイアス電圧による電界がシールド電極で遮断されるので、シールド電極とセンサチップの間には、バイアス電圧による電界が発生されることがなく、センサチップの回路が電界による影響を受け難くなる。
【００１９】
この発明による液封型圧力センサによれば、フリップチップ実装のためのバンプによってセンサチップと配線基板との間隙が形成され、この間隙を作るための別部品を必要としない。
【００２０】
また、この発明による液封型圧力センサに用いられるセンサチップは、圧力検出部、不揮発性メモリ等を回路形成されることができる。
【００２１】
この発明による液封型圧力センサでは、シリコンによるセンサチップとセンサチップを実装した配線基板との間に熱膨張係数差による応力が作用することが回避される。
【００２３】
この発明による液封型圧力センサでは、前記チップ担持ハウジングは前記中央開口部に突出形成された取付台座形状部を有し、当該取付台座形状部に前記配線基板が接着剤等によって固定される簡便な基板取付構造とすることができる。この場合、前記取付台座形状部と前記ハーメチックガラス部とに段差がある構造にすることができ、この段差によって配線基板とハーメチックガラス部との間に液封室に繋がる間隙ができ、ハーメチックガラス部の絶縁液充填管をハーメチックガラス部の中央部に配置することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。図１〜図３はこの発明による液封型圧力センサの一つの実施の形態を示している。
【００２５】
図１に示されているように、液封型圧力センサは、圧力検出エレメント１０と、継手６０と、コネクタハウジング７０との結合体により構成されている。
【００２６】
圧力検出エレメント１０は金属製のチップ担持ハウジング１１を有し、チップ担持ハウジング１１の中央開口部１２にハーメチックガラス（ハーメチックガラス部）１３を固着されている。チップ担持ハウジング１１の上面には、受圧面をなす金属製ダイヤフラム１４の外周縁部と、その上に重ねた連通孔１６を有するダイヤフラム保護カバー１５の外周縁部とが、溶接によって気密に固着されている。なお、ハーメチックガラス部１３の下底面はチップ担持ハウジング１１の下底面と面一であるが、ハーメチックガラス部１３の上面はチップ担持ハウジング１１の上面より充分低い位置にある。
【００２７】
この構造により、チップ担持ハウジング１１の中央開口部１２の部分において、ハーメチックガラス部１３と金属ダイヤフラム１４との間に、電気絶縁液であるオイルを封入される液封室１７が画定される。
【００２８】
チップ担持ハウジング１１は、図２によく示されているように、中央開口部１２内に突出形成された４個の取付台座形状部１８を有している。４個の取付台座形状部１８は円形の中央開口部１２の内周面に等間隔に設けられており、ハーメチックガラス１３は取付台座形状部１８の内方に残された略十字形状の空間を埋めるように設けられている。取付台座形状部１８の上面はハーメチックガラス部１３の上面より少し高い位置にあり、取付台座形状部１８の上面とハーメチックガラス部１３の上面とで、高さ方向の段差ｔ（図３参照）がある。
【００２９】
ハーメチックガラス部１３には、複数個（８個）のリードピン１９と、１つのオイル充填用パイプ（電気絶縁液充填管）２０が、各々、貫通状態で、ハーメチック処理により固定されている。リードピン１９はハーメチックガラス部１３に円周配置され、オイル充填用パイプ２０はハーメチックガラス部１３の中央部（中心）に配置されている。
【００３０】
取付台座形状部１８の上面には熱硬化型の接着剤等によって配線基板２１が固定されている。配線基板２１上にはセンサチップ２２がフリップチップ実装されている。センサチップ２２は、ワンチップ型式の半導体圧力センサである。
【００３１】
センサチップ２２は、図７に示されているように、圧力検出部２３と、温度検出部２４と、ＥＥＰＲＯＭ等による書き込み可能な不揮発性メモリ２５と、一時記憶用のレジスタ２６と、ディジタル／アナログコンバータ２７と、圧力検出部２３の出力信号の増幅を行う増幅回路２８を含むＣＭＯＳ等によるワンチップ構造のセンサチップとして構成されている。センサチップ２２は、電源用電極３１、グランド電位電極３２、出力電極３３、レジスタ用の３個のシリアル入力電極３４、３５、３６と、メモリ書き込み用の２個の電極３７、３８を２列に有している（図５参照）。
【００３２】
一時記憶用のレジスタ２６はシリアル入力電極３４、３５、３６と導通し、増幅回路２８は圧力検出信号を外部に取り出す出力電極３３に導通し、不揮発性メモリ２５はメモリ書き込み用電極３７、３８に導通している。
【００３３】
レジスタ２６は、出力調整、温度補償調整のための補正値をシリアルのディジタル値としてシリアル入力電極３４、３５、３６より取り込み、これを一時的に記憶するものであり、調整項目数ｍと補正値データビット数ｎの積のｍ×ｎの容量を有する。一般的に、調整項目には、零点調整、感度調整、検出温度調整、零点温度補償調整、感度温度補償調整があり、補正値データビット数ｎは８ビット程度構成になる。この例では、５×８＝４０ビットのレジスタとなる。
【００３４】
不揮発性メモリ２５は、補正値が決定（確定）した段階で、零点調整、感度調整、検出温度調整、零点温度補償調整、感度温度補償調整等の出力調整、温度補償調整のための補正値（レジスタの値）をレジスタ２６より取り込み、メモリ書き込み用電極３７、３８より与えられる信号によりデータを保持する。
【００３５】
ディジタル／アナログコンバータ（Ｄ／Ａコンバータ）２７は、不揮発性メモリ２５にディジタル値で書き込まれている補正値をアナログ値による補正値に変換し、これを圧力検出部２３と増幅回路２８に渡す。
【００３６】
ここで、このセンサチップ２２の製造プロセスの概要を図８（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図８（ａ）に示されているように、シリコンウエハ７１に、圧力検出部２３、温度検出部２４、不揮発性メモリ２５、レジスタ２６、ディジタル／アナログコンバータ２７、増幅回路２８の各回路をＩＣ製造プロセスに用いて作成する。そして、圧力検出部２３に相当する部分の裏面をエッチングにより薄膜化（凹加工）し、圧力によって撓み（ひずみ）が生じるダイヤフラム７２を多数作成する。
【００３７】
つぎに、図８（ｂ）に示されているように、シリコンウエハ７１の裏面側にガラス板７３を真空中で陽極接合する。つぎに、図８（ｃ）に示されているように、これをダイシングすることにより、個々の矩形のセンサチップ２２が完成する。
【００３８】
このセンサチップ２２では、シリコンウエハ７１の側（回路形成側）がチップ表面２２Ａで、ガラス板７３側がチップ裏面２２Ｂとなり、フリップチップとして、チップ表面２２Ａに前述の各電極３１〜３８（図５参照）が形成される。
【００３９】
配線基板２１は、図４に示されているように、センサチップ２２より少し大きい面積を有する矩形の絶縁基板３９上に、フリップチップ実装されるセンサチップ２２のチップ表面２２Ａに配置された電極３１〜３８（図５参照）の各々と対応する接合パッド４１〜４８と、チップ表面２２Ａに対向し、接地用の接合パッド４２と導体接続されたシールド電極４０とを導体により形成されている。
【００４０】
絶縁基板３９は、熱膨張係数がシリコンと同じガラス基板により構成されている。接合パッド４１〜４８、シールド電極４０等の導体部分は、アルミニウム等の導電性金属（導電材）で、ＣＶＤ、物理的なスパッタリング等により絶縁基板３９上に形成される。絶縁基板３９は、ガラス基板以外に、ＳｉＯ2 ＋Ｓｉ3 Ｎ4 処理等により絶縁処理されたシリコン基板により構成することもできる。シリコン基板の場合の電極形成は、ガラス基板の場合と同様に、ＣＶＤ、物理的なスパッタリング等により行うことができる。
【００４１】
センサチップ２２の各電極３１〜３８には、図６に示されているような、Ａｕ、半田等によるバンプ５０が形成されている。センサチップ２２は配線基板２１上に位置合わせされてバンプ５０によって配線基板２１に加熱接着される。バンプ５０は、センサチップ２２の各電極３１〜３８と配線基板２１の各接合パッド４１〜４８とを、機械的にも、電気的にも接続する。なお、Ａｕ等、バンプ自体が溶融しないものの場合には、電極３１〜３８、接合パッド４１〜４８の表面を錫めっきし、錫の溶融によって機械的な接続を得ることができる。また、バンプ５０は配線基板２１側に形成することもできる。
【００４２】
これにより、図６に示されているように、センサチップ２２のフリップチップ実装が行われ、センサチップ２２の各電極３１〜３８はバンプ５０を挟んで配線基板２１の各接合パッド４１〜４８と導通接続される。配線基板２１の接地用の接合パッド４２、シールド電極４０は、センサチップ２２のグランド電位電極３２と導通接続される。配線基板２１の各接合パッド４１は、図３に示されているボンディングワイヤ５２によって、対応する各リードピン１９に接続される。
【００４３】
フリップチップ実装のセンサチップ２２は、バンプ５０によって配線基板２１上に所定の間隙５１をおいて固定配置され、チップ表面２２Ａは間隙５１を隔てて配線基板２１のシールド電極４０と対向する。間隙５１の大きさはバンプ５０の大きさ（高さ）によって最適値に設定することができる。
【００４４】
液封室１７に対するオイル充填は、オイル充填用パイプ２０によって行われる。オイル充填用パイプ２０は、ハーメチックガラス部１３の中央部で、配線基板２１の真下にあるが、取付台座形状部１８の上面とハーメチックガラス部１３の上面とで、高さ方向の段差ｔがあることにより、取付台座形状部１８上に設置された配線基板２１とハーメチックガラス部１３との間に段差ｔ相当の隙間５３ができ、この隙間５３を通してオイル充填用パイプ２０よりのオイルを液封室１７内に入れることができる。
【００４５】
オイルは液封室１７内に満杯に充填される。これにより、間隙５１の部分、隙間５３を含む液封室１７全体がオイルによって満たされる。
【００４６】
上述のように構成された圧力検出エレメント１０は、図１に示されているように、継手６０のエレメント収納孔６１内に嵌め込まれ、コネクタハウジング７０とかしめによって共締めされる。圧力検出エレメント１０のチップ担持ハウジング１１と継手６０との間、およびチップ担持ハウジング１１とコネクタハウジング７０との間にはＯリング５８、５９が挟まれている。
【００４７】
継手６０は、ねじニップル状をなし、金属製ダイヤフラム１４の配置部に流体圧を導く導圧通路６２を有する。コネクタハウジング７０は、複数個の接続端子８１を有し、接続端子８１はコネクタハウジング７０内の結線材８２によってリードピン１９に導通接続されている。
【００４８】
上述の構成による液封型圧力センサでは、導圧通路６２よりの圧力が金属製ダイヤフラム１４に作用する。金属製ダイヤフラム１４に作用した圧力は液封室１７内に封入されたオイルによってセンサチップ２２のチップ表面２２Ａ（ダイヤフラム部）に作用する。チップ表面２２Ａの前方の間隙５１にはオイルが満たされているから、この間隙５１の圧力は液封室１７の内圧に等しく、センサチップ２２は正しい圧力検出を行う。
【００４９】
そして、この液封型圧力センサは、次のような効果を奏する。
（１）図９に示されているように、バイアス電圧Ｅｂが加わる使用形態では、金属製ダイヤフラム１４とチップ裏面２２Ｂとの間に電界が発生する。しかし、チップ裏面２２Ｂがガラス板からなっているので、チップ表面２２Ａと金属製ダイヤフラム１４との間に電界が発生して、液封室に封入されたオイル中の不純物が持つ電荷が移動しようとしても、チップ裏面２２Ｂのガラス板によって遮られるようになって、センサチップは金属製ダイヤフラムとの間のオイル中の不純物の持つ電荷による悪影響を受け難くなる。また、シールド電極４０はセンサチップ２２のグランド電位電極３２と導通接続され（いずれも図９中図示せず）、チップ表面２２Ａと金属製ダイヤフラムが取り付けられているチップ担持ハウジングとの間に存在するので、センサチップとチップ担持ハウジングとの間にバイアス電圧が加わっても、バイアス電圧による電界はシールド電極で遮断され、シールド電極４０とセンサチップの間（間隙５１）には、バイアス電圧による電界が発生されることがない。これにより、センサチップ２２の回路が電界による影響を受け難くなる。
【００５０】
（２）シールド電極４０は配線基板２１上にあり、シールド電極４０と金属製ダイヤフラム１４との間にはセンサチップ２２があり、シールド電極４０は金属製ダイヤフラム１４と直接対向しないから、構造の簡素化と取扱の容易性を備え、オイルの熱膨張による金属製ダイヤフラム１４とシールド電極４０の短絡を生じることがない。これにより、短絡防止のための間隔が不要で、オイル量の増大を伴わず、特性の優れた圧力センサが得られる。
【００５１】
（３）配線基板２１にシールド電極４０が形成され、センサチップ２２がバンプ５０によって配線基板２１上にフリップチップ実装されているから、簡単な構成で、小型、安価に圧力センサを提供できる。また、製造装置も、汎用のものを使用でき、製造の自動化が容易になる。
【００５２】
（４）配線基板２１のシールド電極４０は、リードピン配置位置より内側に配置されているから、これに応じてハーメチックガラス部１３の面積増大を抑えることができ、高耐圧の圧力センサが得られる。
【００５３】
（５）短絡防止のための間隔が不要であることと、ハーメチックガラス部１３の面積増大を抑えることとで、液封室１７の内容積削減に伴いオイル量を削減でき、温度変化によるオイル内圧の変化が少なくなり、優れた特性の圧力センサが得られる。
【００５４】
（６）取付台座形状部１８上に設置された配線基板２１とハーメチックガラス部１３との間に段差ｔ相当の隙間５３ができる取付構造であることにより、オイル充填用パイプ２０をハーメチックガラス部１３の中央部に配置することが可能になる。これにより、オイル充填用パイプ２０もリードピン１９と同様に円周配列される場合に比してハーメチックガラス部１３を小さくでき、このことによってもオイル量が削減され、優れた特性の圧力センサが得られる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による液封型圧力センサによれば、センサチップが配線基板上に所定の間隙をおいて固定配置され、配線基板がその間隙を隔ててセンサチップと対向する面部にシールド電極が形成されているから、センサチップの回路がバイアス電圧による電界の影響を受けなくするための構造が簡素化され、オイルの熱膨張による金属製ダイヤフラムとシールド電極の短絡を生じることがない。また、シリコンによるセンサチップとセンサチップを実装した配線基板との間に熱膨張係数差による応力が作用することが回避されるとともに、取付台座形状部に配線基板が接着剤等によって固定される簡便な基板取付構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による液封型圧力センサの一つの実施形態を示す断面図である。
【図２】 一つの実施形態の液封型圧力センサのチップ担持ハウジングの平面図である。
【図３】 図２の線Ａ−Ａに沿った断面に相当する圧力検出エレメントの断面図である。
【図４】 一つの実施形態の液封型圧力センサの配線基板の平面図である。
【図５】 一つの実施形態の液封型圧力センサのセンサチップの平面図である。
【図６】 一つの実施形態の液封型圧力センサの配線基板・センサチップ部分の拡大断面図である。
【図７】 一つの実施形態の液封型圧力センサのセンサチップの内部構成を示すブロック図である。
【図８】 （ａ）〜（ｃ）は一つの実施形態の液封型圧力センサのセンサチップの製造プロセスを示す工程図である。
【図９】 一つの実施形態の液封型圧力センサの電界発生状態を解図的に示す説明図である。
【図１０】 シールド電極がない場合の電界発生状態を解図的に示す説明図である。
【図１１】 シールド電極がある場合の電界発生状態を解図的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 圧力検出エレメント
１１ チップ担持ハウジング
１２ 中央開口部
１３ ハーメチックガラス（ハーメチックガラス部）
１４ 金属製ダイヤフラム
１７ 液封室
１９ リードピン
２０ オイル充填用パイプ
２１ 配線基板
２２ センサチップ
２２Ａ チップ表面
２２Ｂ チップ裏面
３２ グランド電位電極
４０ シールド電極
５０ バンプ
５１ 間隙
５２ ボンディングワイヤ
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種圧力媒体の圧力を電気信号に変換する液封型圧力センサに関し、特に、ワンチップ型式の半導体圧力センサチップを液封した液封型圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液封型圧力センサは、受圧面を金属製ダイヤフラムによって画定されてオイル等の電気絶縁液を封入された液封室に圧力検出用のセンサチップを配置されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
液封型圧力センサは、センサチップと金属製ダイヤフラムとの間をオイル等の電気絶縁液によって電気的に絶縁するため、高絶縁性、高耐電圧性を有するセンサとして市場での実績もかなり長いものがある。
【０００４】
センサチップも、単なる圧力検出素子（ゲージ）のみのチップから、近年は、圧力検出部、不揮発性メモリ等を回路形成され、調整回路や温度補償回路を含んだワンチップ型式の半導体圧力センサチップに進化してきている。また、半導体プロセスも、バイポーラからＣＭＯＳへと変化している。そして、ＣＭＯＳとＥＰＲＯＭを組み合わせたワンチップ半導体圧力センサは高精度、高信頼性で、今後の主流になると思われる。センサチップの圧力検出部分をエッチングにより薄膜化して金属ダイヤフラムと二重構造にしたものを、特に、二重金属ダイヤフラム方式液封型圧力センサと云う。
【０００５】
【特許文献１】
特公平６−６５９７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
微細加工により、マイクロパワー化したワンチップ半導体圧力センサは、使い方が悪いと、誘導やノイズの影響を受けやすい。例えば、１次電源（例えば、ＡＣ１００Ｖ）と２次電源（例えば、ＤＣ５Ｖ）が絶縁されていない電源を使用し、圧力センサの継手が金属配管を通して接地される場合、継手と導通している金属製ダイヤフラムとチップと間には、１次電圧（以下、バイアス電圧Ｅｂと云う）がそのまま加わり、センサチップの回路に悪影響を与える可能性がある。このことは、絶縁型電源を用しても、絶縁程度が不十分であると、同様である。
【０００７】
バイアス電圧Ｅｂが回路に悪影響を与えるメカニズムを図１０を参照して説明する。なお、図１０において、１０１はセンサ担持ハウジング側のハーメチックガラス部１０２上に取り付けられたワンチップ型式のセンサチップ、１０３は金属製ダイヤフラムであり、ハーメチックガラス部１０２と金属製ダイヤフラム１０３との間に画定される液封室１０４にオイルが封入されている。また、１０６はハーメチックガラス部１０２に設けられたリードピンを、１０７はボンディングワイヤを示している。
【０００８】
センサチップ１０１と金属製ダイヤフラム１０３との間にバイアス電圧Ｅｂが加わると、相対向するチップ表面と金属製ダイヤフラム１０３との間に電界が発生する。図１０では、電界を視覚的に点線によって示している。
【０００９】
ＭＯＳトランジスタは、ゲート電圧が作り出す電界によってドレン電流を制御するから、ＭＯＳトランジスタや不揮発性メモリはバイアス電圧Ｅｂによる電界の影響を受ける。また、液封室１０４に封入されたオイル中に電荷を持つ不純物があると、電荷が移動して同様に悪影響を与える。
【００１０】
この対策として、図１１に示されているように、センサチップ１０１と金属製ダイヤフラム１０３との間にゼロ電位の電極（シールド電極）１０５を設ける考えがある。シールド電極１０５は、チップ回路のゼロ電位（ＧＮＤ）に接続されているので、センサチップ１０１と金属製ダイヤフラム１０３との間にバイアス電圧Ｅｂが加わっても、電界は金属製ダイヤフラム１０３とシールド電極１０５との間に発生し、センサチップ１０１とシールド電極１０５とは同電位で、この間に電界が発生しない。これにより、センサチップ１０１の回路が電界による影響を受けなくなる。
【００１１】
しかし、上述したような対策品では、センサチップ１０１と金属製ダイヤフラム１０３との間にシールド電極１０５を配置する必要があるため、構造が複雑で、コストアップになる。また、チップの組み込み後にシールド電極１０５を取り付けるため、不用意な作業で、チップの損傷やボンディングワイヤ１０７の破損の虞れがある。また、製造装置の自動化のためには、複雑で、高価な専用装置を作る必要がある。
【００１２】
また、チップのワイヤボンディング後にシールド電極１０５を取り付けるため、シールド電極１０５をリードピン１０６の配置位置より大きくする必要がある。その結果、ガラスハーメチック部分の面積が大きくなり、ハーメチック耐圧が低下する。
【００１３】
液封室１０４に充填されたオイルは、かなり大きな熱膨張係数を持っており、低温になると収縮するから、低温時には、金属製ダイヤフラム１０３は、その分量に見合った分だけ、シールド電極１０５に近づく。もし、金属製ダイヤフラム１０３とシールド電極１０５との間隔が狭いと、低温時に、互いに接触してしまい、センサチップ１０１のゼロ電位と継手とが短絡する。そのため、金属製ダイヤフラム１０３とシールド電極１０５との間隔は、充分、余裕をとる必要がある。
【００１４】
結果として、サイズが大きくなり、液封室１０４に充填するオイル量が増える。更に、ガラスハーメチック部分の面積拡大の分も加わり、オイル量が増えると、熱膨張による金属製ダイヤフラム１０３の変位量が増え、オイル内圧変化が大きくなり、圧力センサの特性を悪化させる原因になる。
【００１５】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、構造の簡素化と取扱の容易性を備え、オイルの熱膨張による金属製ダイヤフラムとシールド電極の短絡を生じることがないシールド電極構造を有し、オイル量の増大を伴わず、特性の優れた圧力センサを提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による液封型圧力センサは、中央開口部にリードピンおよび電気絶縁液充填管を貫通装着されたハーメチックガラス部を有するチップ担持ハウジングを有し、当該チップ担持ハウジングに取り付けられた金属製ダイヤフラムによって受圧面を画定されて電気絶縁液を封入された液封室に、シリコン部材とガラス部材とを陽極接合した半導体圧力センサチップが配置された液封型圧力センサにおいて、前記センサチップが前記センサチップの電極と配線基板に形成されている接合パッドとを接続するバンプによって前記配線基板上に所定の間隙をおいてフリップチップ実装されて固定配置され、前記配線基板がシリコンの熱膨張係数と同じ熱膨張係数を有するガラス基板あるいは絶縁処理されたシリコン基板上に導電材製のシールド電極を形成され、前記間隙を隔てて前記シリコン部材によるチップ表面と対向する面部にシールド電極が形成され、前記シールド電極は前記センサチップのグランド電位電極と導通接続され、前記チップ担持ハウジングに前記配線基板が固定装着され、前記リードピンと前記配線基板に形成された接合パッドとが導通接続され、前記チップ担持ハウジングは前記中央開口部に突出形成された取付台座形状部を有し、当該取付台座形状部に前記配線基板が固定されている。
【００１７】
この発明による液封型圧力センサによれば、シリコン部材とガラス部材とを陽極接合した半導体圧力センサチップがセンサチップの電極と配線基板に形成されている接合パッドとを接続するバンプによって配線基板上に所定の間隙をおいてフリップチップ実装されて固定配置されていることにより、この間隙（電気絶縁液を満たされる）の圧力は液封室の圧力に等しく、センサチップを構成するシリコン部材によるチップ表面側が配線基板と対向する向きに配置され、正しい圧力検出が行われる。この結果、センサチップを構成するガラス部材によるチップ裏面側が金属製ダイヤフラムと対向するようになる。したがって、センサチップと金属製ダイヤフラムとの間にバイアス電圧が加わり、チップ表面と金属製ダイヤフラムとの間に電界が発生して、液封室に封入されたオイル中の不純物が持つ電荷が移動しようとしても、金属製ダイヤフラムとシリコン部材によるチップ表面との間に存在するガラス部材によって遮られるようになって、センサチップは金属製ダイヤフラムとの間のオイル中の不純物の持つ電荷による悪影響を受け難くなる。
一方、センサチップを構成するシリコン部材によるチップ表面が所定の間隙内のオイルに曝されるセンサチップには、金属製ダイヤフラムが取り付けられているチップ担持ハウジングとの間のバイアス電圧が加わるようになるが、シリコン部材によるチップ表面とチップ担持ハウジングとの間に、センサチップのグランド電位電極と導通接続された配線基板上のシールド電極が介在し、センサチップとチップ担持ハウジングとの間のバイアス電圧による電界がシールド電極で遮断されるので、シールド電極とセンサチップの間には、バイアス電圧による電界が発生されることがなく、センサチップの回路が電界による影響を受け難くなる。
【００１９】
この発明による液封型圧力センサによれば、フリップチップ実装のためのバンプによってセンサチップと配線基板との間隙が形成され、この間隙を作るための別部品を必要としない。
【００２０】
また、この発明による液封型圧力センサに用いられるセンサチップは、圧力検出部、不揮発性メモリ等を回路形成されることができる。
【００２１】
この発明による液封型圧力センサでは、シリコンによるセンサチップとセンサチップを実装した配線基板との間に熱膨張係数差による応力が作用することが回避される。
【００２３】
この発明による液封型圧力センサでは、前記チップ担持ハウジングは前記中央開口部に突出形成された取付台座形状部を有し、当該取付台座形状部に前記配線基板が接着剤等によって固定される簡便な基板取付構造とすることができる。この場合、前記取付台座形状部と前記ハーメチックガラス部とに段差がある構造にすることができ、この段差によって配線基板とハーメチックガラス部との間に液封室に繋がる間隙ができ、ハーメチックガラス部の絶縁液充填管をハーメチックガラス部の中央部に配置することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。図１〜図３はこの発明による液封型圧力センサの一つの実施の形態を示している。
【００２５】
図１に示されているように、液封型圧力センサは、圧力検出エレメント１０と、継手６０と、コネクタハウジング７０との結合体により構成されている。
【００２６】
圧力検出エレメント１０は金属製のチップ担持ハウジング１１を有し、チップ担持ハウジング１１の中央開口部１２にハーメチックガラス（ハーメチックガラス部）１３を固着されている。チップ担持ハウジング１１の上面には、受圧面をなす金属製ダイヤフラム１４の外周縁部と、その上に重ねた連通孔１６を有するダイヤフラム保護カバー１５の外周縁部とが、溶接によって気密に固着されている。なお、ハーメチックガラス部１３の下底面はチップ担持ハウジング１１の下底面と面一であるが、ハーメチックガラス部１３の上面はチップ担持ハウジング１１の上面より充分低い位置にある。
【００２７】
この構造により、チップ担持ハウジング１１の中央開口部１２の部分において、ハーメチックガラス部１３と金属ダイヤフラム１４との間に、電気絶縁液であるオイルを封入される液封室１７が画定される。
【００２８】
チップ担持ハウジング１１は、図２によく示されているように、中央開口部１２内に突出形成された４個の取付台座形状部１８を有している。４個の取付台座形状部１８は円形の中央開口部１２の内周面に等間隔に設けられており、ハーメチックガラス１３は取付台座形状部１８の内方に残された略十字形状の空間を埋めるように設けられている。取付台座形状部１８の上面はハーメチックガラス部１３の上面より少し高い位置にあり、取付台座形状部１８の上面とハーメチックガラス部１３の上面とで、高さ方向の段差ｔ（図３参照）がある。
【００２９】
ハーメチックガラス部１３には、複数個（８個）のリードピン１９と、１つのオイル充填用パイプ（電気絶縁液充填管）２０が、各々、貫通状態で、ハーメチック処理により固定されている。リードピン１９はハーメチックガラス部１３に円周配置され、オイル充填用パイプ２０はハーメチックガラス部１３の中央部（中心）に配置されている。
【００３０】
取付台座形状部１８の上面には熱硬化型の接着剤等によって配線基板２１が固定されている。配線基板２１上にはセンサチップ２２がフリップチップ実装されている。センサチップ２２は、ワンチップ型式の半導体圧力センサである。
【００３１】
センサチップ２２は、図７に示されているように、圧力検出部２３と、温度検出部２４と、ＥＥＰＲＯＭ等による書き込み可能な不揮発性メモリ２５と、一時記憶用のレジスタ２６と、ディジタル／アナログコンバータ２７と、圧力検出部２３の出力信号の増幅を行う増幅回路２８を含むＣＭＯＳ等によるワンチップ構造のセンサチップとして構成されている。センサチップ２２は、電源用電極３１、グランド電位電極３２、出力電極３３、レジスタ用の３個のシリアル入力電極３４、３５、３６と、メモリ書き込み用の２個の電極３７、３８を２列に有している（図５参照）。
【００３２】
一時記憶用のレジスタ２６はシリアル入力電極３４、３５、３６と導通し、増幅回路２８は圧力検出信号を外部に取り出す出力電極３３に導通し、不揮発性メモリ２５はメモリ書き込み用電極３７、３８に導通している。
【００３３】
レジスタ２６は、出力調整、温度補償調整のための補正値をシリアルのディジタル値としてシリアル入力電極３４、３５、３６より取り込み、これを一時的に記憶するものであり、調整項目数ｍと補正値データビット数ｎの積のｍ×ｎの容量を有する。一般的に、調整項目には、零点調整、感度調整、検出温度調整、零点温度補償調整、感度温度補償調整があり、補正値データビット数ｎは８ビット程度構成になる。この例では、５×８＝４０ビットのレジスタとなる。
【００３４】
不揮発性メモリ２５は、補正値が決定（確定）した段階で、零点調整、感度調整、検出温度調整、零点温度補償調整、感度温度補償調整等の出力調整、温度補償調整のための補正値（レジスタの値）をレジスタ２６より取り込み、メモリ書き込み用電極３７、３８より与えられる信号によりデータを保持する。
【００３５】
ディジタル／アナログコンバータ（Ｄ／Ａコンバータ）２７は、不揮発性メモリ２５にディジタル値で書き込まれている補正値をアナログ値による補正値に変換し、これを圧力検出部２３と増幅回路２８に渡す。
【００３６】
ここで、このセンサチップ２２の製造プロセスの概要を図８（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図８（ａ）に示されているように、シリコンウエハ７１に、圧力検出部２３、温度検出部２４、不揮発性メモリ２５、レジスタ２６、ディジタル／アナログコンバータ２７、増幅回路２８の各回路をＩＣ製造プロセスに用いて作成する。そして、圧力検出部２３に相当する部分の裏面をエッチングにより薄膜化（凹加工）し、圧力によって撓み（ひずみ）が生じるダイヤフラム７２を多数作成する。
【００３７】
つぎに、図８（ｂ）に示されているように、シリコンウエハ７１の裏面側にガラス板７３を真空中で陽極接合する。つぎに、図８（ｃ）に示されているように、これをダイシングすることにより、個々の矩形のセンサチップ２２が完成する。
【００３８】
このセンサチップ２２では、シリコンウエハ７１の側（回路形成側）がチップ表面２２Ａで、ガラス板７３側がチップ裏面２２Ｂとなり、フリップチップとして、チップ表面２２Ａに前述の各電極３１〜３８（図５参照）が形成される。
【００３９】
配線基板２１は、図４に示されているように、センサチップ２２より少し大きい面積を有する矩形の絶縁基板３９上に、フリップチップ実装されるセンサチップ２２のチップ表面２２Ａに配置された電極３１〜３８（図５参照）の各々と対応する接合パッド４１〜４８と、チップ表面２２Ａに対向し、接地用の接合パッド４２と導体接続されたシールド電極４０とを導体により形成されている。
【００４０】
絶縁基板３９は、熱膨張係数がシリコンと同じガラス基板により構成されている。接合パッド４１〜４８、シールド電極４０等の導体部分は、アルミニウム等の導電性金属（導電材）で、ＣＶＤ、物理的なスパッタリング等により絶縁基板３９上に形成される。絶縁基板３９は、ガラス基板以外に、ＳｉＯ2 ＋Ｓｉ3 Ｎ4 処理等により絶縁処理されたシリコン基板により構成することもできる。シリコン基板の場合の電極形成は、ガラス基板の場合と同様に、ＣＶＤ、物理的なスパッタリング等により行うことができる。
【００４１】
センサチップ２２の各電極３１〜３８には、図６に示されているような、Ａｕ、半田等によるバンプ５０が形成されている。センサチップ２２は配線基板２１上に位置合わせされてバンプ５０によって配線基板２１に加熱接着される。バンプ５０は、センサチップ２２の各電極３１〜３８と配線基板２１の各接合パッド４１〜４８とを、機械的にも、電気的にも接続する。なお、Ａｕ等、バンプ自体が溶融しないものの場合には、電極３１〜３８、接合パッド４１〜４８の表面を錫めっきし、錫の溶融によって機械的な接続を得ることができる。また、バンプ５０は配線基板２１側に形成することもできる。
【００４２】
これにより、図６に示されているように、センサチップ２２のフリップチップ実装が行われ、センサチップ２２の各電極３１〜３８はバンプ５０を挟んで配線基板２１の各接合パッド４１〜４８と導通接続される。配線基板２１の接地用の接合パッド４２、シールド電極４０は、センサチップ２２のグランド電位電極３２と導通接続される。配線基板２１の各接合パッド４１は、図３に示されているボンディングワイヤ５２によって、対応する各リードピン１９に接続される。
【００４３】
フリップチップ実装のセンサチップ２２は、バンプ５０によって配線基板２１上に所定の間隙５１をおいて固定配置され、チップ表面２２Ａは間隙５１を隔てて配線基板２１のシールド電極４０と対向する。間隙５１の大きさはバンプ５０の大きさ（高さ）によって最適値に設定することができる。
【００４４】
液封室１７に対するオイル充填は、オイル充填用パイプ２０によって行われる。オイル充填用パイプ２０は、ハーメチックガラス部１３の中央部で、配線基板２１の真下にあるが、取付台座形状部１８の上面とハーメチックガラス部１３の上面とで、高さ方向の段差ｔがあることにより、取付台座形状部１８上に設置された配線基板２１とハーメチックガラス部１３との間に段差ｔ相当の隙間５３ができ、この隙間５３を通してオイル充填用パイプ２０よりのオイルを液封室１７内に入れることができる。
【００４５】
オイルは液封室１７内に満杯に充填される。これにより、間隙５１の部分、隙間５３を含む液封室１７全体がオイルによって満たされる。
【００４６】
上述のように構成された圧力検出エレメント１０は、図１に示されているように、継手６０のエレメント収納孔６１内に嵌め込まれ、コネクタハウジング７０とかしめによって共締めされる。圧力検出エレメント１０のチップ担持ハウジング１１と継手６０との間、およびチップ担持ハウジング１１とコネクタハウジング７０との間にはＯリング５８、５９が挟まれている。
【００４７】
継手６０は、ねじニップル状をなし、金属製ダイヤフラム１４の配置部に流体圧を導く導圧通路６２を有する。コネクタハウジング７０は、複数個の接続端子８１を有し、接続端子８１はコネクタハウジング７０内の結線材８２によってリードピン１９に導通接続されている。
【００４８】
上述の構成による液封型圧力センサでは、導圧通路６２よりの圧力が金属製ダイヤフラム１４に作用する。金属製ダイヤフラム１４に作用した圧力は液封室１７内に封入されたオイルによってセンサチップ２２のチップ表面２２Ａ（ダイヤフラム部）に作用する。チップ表面２２Ａの前方の間隙５１にはオイルが満たされているから、この間隙５１の圧力は液封室１７の内圧に等しく、センサチップ２２は正しい圧力検出を行う。
【００４９】
そして、この液封型圧力センサは、次のような効果を奏する。
（１）図９に示されているように、バイアス電圧Ｅｂが加わる使用形態では、金属製ダイヤフラム１４とチップ裏面２２Ｂとの間に電界が発生する。しかし、チップ裏面２２Ｂがガラス板からなっているので、チップ表面２２Ａと金属製ダイヤフラム１４との間に電界が発生して、液封室に封入されたオイル中の不純物が持つ電荷が移動しようとしても、チップ裏面２２Ｂのガラス板によって遮られるようになって、センサチップは金属製ダイヤフラムとの間のオイル中の不純物の持つ電荷による悪影響を受け難くなる。また、シールド電極４０はセンサチップ２２のグランド電位電極３２と導通接続され（いずれも図９中図示せず）、チップ表面２２Ａと金属製ダイヤフラムが取り付けられているチップ担持ハウジングとの間に存在するので、センサチップとチップ担持ハウジングとの間にバイアス電圧が加わっても、バイアス電圧による電界はシールド電極で遮断され、シールド電極４０とセンサチップの間（間隙５１）には、バイアス電圧による電界が発生されることがない。これにより、センサチップ２２の回路が電界による影響を受け難くなる。
【００５０】
（２）シールド電極４０は配線基板２１上にあり、シールド電極４０と金属製ダイヤフラム１４との間にはセンサチップ２２があり、シールド電極４０は金属製ダイヤフラム１４と直接対向しないから、構造の簡素化と取扱の容易性を備え、オイルの熱膨張による金属製ダイヤフラム１４とシールド電極４０の短絡を生じることがない。これにより、短絡防止のための間隔が不要で、オイル量の増大を伴わず、特性の優れた圧力センサが得られる。
【００５１】
（３）配線基板２１にシールド電極４０が形成され、センサチップ２２がバンプ５０によって配線基板２１上にフリップチップ実装されているから、簡単な構成で、小型、安価に圧力センサを提供できる。また、製造装置も、汎用のものを使用でき、製造の自動化が容易になる。
【００５２】
（４）配線基板２１のシールド電極４０は、リードピン配置位置より内側に配置されているから、これに応じてハーメチックガラス部１３の面積増大を抑えることができ、高耐圧の圧力センサが得られる。
【００５３】
（５）短絡防止のための間隔が不要であることと、ハーメチックガラス部１３の面積増大を抑えることとで、液封室１７の内容積削減に伴いオイル量を削減でき、温度変化によるオイル内圧の変化が少なくなり、優れた特性の圧力センサが得られる。
【００５４】
（６）取付台座形状部１８上に設置された配線基板２１とハーメチックガラス部１３との間に段差ｔ相当の隙間５３ができる取付構造であることにより、オイル充填用パイプ２０をハーメチックガラス部１３の中央部に配置することが可能になる。これにより、オイル充填用パイプ２０もリードピン１９と同様に円周配列される場合に比してハーメチックガラス部１３を小さくでき、このことによってもオイル量が削減され、優れた特性の圧力センサが得られる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による液封型圧力センサによれば、センサチップが配線基板上に所定の間隙をおいて固定配置され、配線基板がその間隙を隔ててセンサチップと対向する面部にシールド電極が形成されているから、センサチップの回路がバイアス電圧による電界の影響を受けなくするための構造が簡素化され、オイルの熱膨張による金属製ダイヤフラムとシールド電極の短絡を生じることがない。また、シリコンによるセンサチップとセンサチップを実装した配線基板との間に熱膨張係数差による応力が作用することが回避されるとともに、取付台座形状部に配線基板が接着剤等によって固定される簡便な基板取付構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による液封型圧力センサの一つの実施形態を示す断面図である。
【図２】 一つの実施形態の液封型圧力センサのチップ担持ハウジングの平面図である。
【図３】 図２の線Ａ−Ａに沿った断面に相当する圧力検出エレメントの断面図である。
【図４】 一つの実施形態の液封型圧力センサの配線基板の平面図である。
【図５】 一つの実施形態の液封型圧力センサのセンサチップの平面図である。
【図６】 一つの実施形態の液封型圧力センサの配線基板・センサチップ部分の拡大断面図である。
【図７】 一つの実施形態の液封型圧力センサのセンサチップの内部構成を示すブロック図である。
【図８】 （ａ）〜（ｃ）は一つの実施形態の液封型圧力センサのセンサチップの製造プロセスを示す工程図である。
【図９】 一つの実施形態の液封型圧力センサの電界発生状態を解図的に示す説明図である。
【図１０】 シールド電極がない場合の電界発生状態を解図的に示す説明図である。
【図１１】 シールド電極がある場合の電界発生状態を解図的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 圧力検出エレメント
１１ チップ担持ハウジング
１２ 中央開口部
１３ ハーメチックガラス（ハーメチックガラス部）
１４ 金属製ダイヤフラム
１７ 液封室
１９ リードピン
２０ オイル充填用パイプ
２１ 配線基板
２２ センサチップ
２２Ａ チップ表面
２２Ｂ チップ裏面
３２ グランド電位電極
４０ シールド電極
５０ バンプ
５１ 間隙
５２ ボンディングワイヤ
Claims (3)
- 中央開口部にリードピンおよび電気絶縁液充填管を貫通装着されたハーメチックガラス部を有するチップ担持ハウジングを有し、当該チップ担持ハウジングに取り付けられた金属製ダイヤフラムによって受圧面を画定されて電気絶縁液を封入された液封室にシリコン部材とガラス部材とを陽極接合した半導体圧力センサチップが配置された液封型圧力センサにおいて、
前記センサチップが前記センサチップの電極と配線基板に形成されている接合パッドとを接続するバンプによって前記配線基板上に所定の間隙をおいてフリップチップ実装されて固定配置され、前記配線基板がシリコンの熱膨張係数と同じ熱膨張係数を有するガラス基板あるいは絶縁処理されたシリコン基板上に導電材製のシールド電極を形成され、前記間隙を隔てて前記シリコン部材によるチップ表面と対向する面部にシールド電極が形成され、前記シールド電極は前記センサチップのグランド電位電極と導通接続され、前記チップ担持ハウジングに前記配線基板が固定装着され、前記リードピンと前記配線基板に形成された接合パッドとが導通接続され、前記チップ担持ハウジングは前記中央開口部に突出形成された取付台座形状部を有し、当該取付台座形状部に前記配線基板が固定されている
ことを特徴とする液封型圧力センサ。 - 前記センサチップは、圧力検出部、不揮発性メモリ等を回路形成されていることを特徴とする請求項１記載の液封型圧力センサ。
- 前記取付台座形状部と前記ハーメチックガラス部とに段差があり、前記絶縁液充填管は前記ハーメチックガラス部の中央部に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の液封型圧力センサ。
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