JP4393322B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は半導体圧力センサに関するものである。

従来、腕時計や家電製品、さらには自動車、航空機等に至る幅広い分野において用いられる圧力センサがある。その一種としてシリコン結晶板の上面にピエゾ抵抗を形成し、これらのピエゾ抵抗を感圧部として圧力を検出する半導体圧力センサがある。この半導体圧力センサは、半導体製造プロセス技術をそのまま転用することができるため製造が容易で、構造が簡素にできるという利点がある。また、電圧感度が極めて大きく、簡単に増幅可能であるため精度の良い圧力センサが得られることから様々な分野で広く用いられている。

図３は従来の半導体圧力センサを示す斜視図で、図４は図３の対角断面図である。３はシリコン結晶基板からなる半導体圧力センサチップである（以下単にチップという）。該チップ３は受圧面を上面にし、外ケース１１の底部所定位置に図示しない接着材により固定されている。２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは金属ピンで、外ケース１１を貫通する形態で埋設されており、前記外ケース１１内部に位置する前記金属ピン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの端部と前記チップ３上に設けられたボンディングパッド６は、ボンディングワイヤー４によりそれぞれ接続されている。ガラス接着材１５は金属ピン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを接着固定するものである。前記外ケース１１の外周方向に突出する前記金属ピン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの端部は、図示しない回路基板と接続される構成である。

外ケース１１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂を射出成形して形成したものやセラミック材から成るものが好適に用いられている。

外ケース１１内部には図示しないゲル状ポッティング樹脂が、チップ３の受圧面及びボンディングワイヤー４を覆うように充填され半導体圧力センサが構成される。該構成により、前記ゲル状ポッティング樹脂を介してチップ３に圧力が加わると、その圧力に応じてピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、この抵抗値に基づき圧力が測定される（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−４００６８号公報

従来技術による半導体圧力センサでは、実装条件または固定方法により半導体圧力センサの外ケース外部側面に外力を受けた場合、外ケース側面の歪みに伴い、内部保護部材であるゲル状のポッティング樹脂が歪み、半導体圧力センサチップまで外力は影響し、やがては受圧面（検知部）に悪影響を及ぼすこととなる。この結果、正確な圧力が検知できなくなってしまうといった不具合が発生する。特に外ケースが角形であった場合は、その辺に相当する部分はコーナー部に比べ外力に対する強度が劣るために上記の不具合は特に顕著である。半導体圧力センサチップにおいてもそれ自体が矩形状のため、その辺に相当する部分は角部に比べ外力に対する強度が劣る。従来技術による半導体圧力センサは、前記の外力に対する強度が劣る部分同士の位置関係、つまり、外力に弱い外ケースの辺部と、外力に弱い半導体圧力センサチップの辺部とが対向した位置関係となっているため、外力を受けた場合、ポッティング樹脂の歪みが半導体圧力センサチップに伝わり、受圧面（検知部）に悪影響を及ぼすことがあった。

本発明は、外ケース外部側面方向からの外力が加わっても、その影響を受けることのない高精度な半導体圧力センサを提供することにある。

一端面を開口とする断面が凹形状に形成された角形器状外ケースと、
前記外ケースを貫通してなる導電部材と、圧力を検知して検知レベルに応じた電気信号を発生する矩形状の半導体圧力センサチップと、前記半導体圧力センサチップと前記導電部材とを導通させるワイヤーとを備え、前記半導体圧力センサチップの受圧面と前記外ケースの開口とが一致する向きにて前記半導体圧力センサチップを前記外ケース内部に搭載し、前記外ケース内に保護部材を充填してなる半導体圧力センサにおいて、前記半導体圧力センサチップの前記外ケースの開口側から見た平面的配置が、前記外ケースの辺部のほぼ中央部と前記半導体圧力センサチップの角部とが対向する配置となる半導体圧力センサとする。

本発明による半導体圧力センサでは、半導体圧力センサチップ角部を前記外ケースの開口側から見て前記外ケースの辺部のほぼ中央に位置するような配置構造としたので、半導体圧力センサの角形器状外ケース外部側面に外力を受けた場合で、外ケースの辺に相当する部分に外力が加わった場合において、外ケース側面が歪み、これにより内部保護部材であるゲル状のポッティング樹脂が歪む状態となっても、強度のある半導体圧力センサチップの角部がこの位置に配置されていることより外力に対する強度が従来構成と比べて増すこととなる。結果、半導体圧力センサチップの受圧面（検知部）への悪影響を軽減できる。

一端面を開口とする断面が凹形状に形成された角形器状外ケースと、前記外ケースを貫通してなる導電部材と、圧力を検知して検知レベルに応じた電気信号を発生する矩形状の半導体圧力センサチップと、前記半導体圧力センサチップと前記導電部材とを導通させるワイヤーとを備え、前記半導体圧力センサチップの受圧面と前記外ケースの開口とが一致する向きにて前記半導体圧力センサチップを前記外ケース内部に搭載し、前記外ケース内に保護部材を充填してなる半導体圧力センサにおいて、前記半導体圧力センサチップ角部の前記外ケースの開口側から見た平面的配置が、前記外ケースの辺部のほぼ中央部と対向するように配置した半導体圧力センサとする。
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる半導体圧力センサの構造を示す概略斜視図で、図２はその対角の断面図である。
図１において、１はセラミック製の角形器状の外ケースで、該外ケース１のコーナー部付近に底面部を貫通した形態で、内側より底部外側に金属ピン２ａから２ｄの一部が突き出した状態でガラス接着（図２で説明）されている。この金属ピン２ａから２ｄの上端面は、ボンディングワイヤー４が接続される。ボンディングワイヤー４は金線が利用されているため、その接続強度を得るために金属ピン２ａから２ｄの少なくとも上端面（ボンディングワイヤー４を接続する面）は金メッキにて表面処理されている。さらに、角形器状の外ケース１のおおむね中央部に半導体圧力センサチップ３（以下単にチップという）が、接着材により固定配置されている（接着剤は不図示）。ここで、角形器状の外ケース１が外側面より外力を受けた場合の外力に強いコーナー部に対向して、チップ３が外側面より外力を受けた場合の外力に弱い四角形の辺に相当する部分を配置する。同様にこれを言い換えると、角形器状の外ケース１が外側面より外力を受けた場合の外力に弱い辺に相当する部分のほぼ中央部に対向して、チップ３が外側面より外力を受けた場合の外力に強い角部を配置する構成とする。前記構成により完成体として側面方向からの外力に対しチップ３の受圧面（検知部）に及ぼす影響が最小となるように配置されることとなる。つまり、チップ３の外力に対し弱い辺部は外ケース１のコーナー部により保護され、外ケース１の外力に対し弱い辺部にはチップ３の外力に対し強度のある角部を配置することで、チップ３の受圧面への外力による影響を少なくしている。チップ３の上端面には受圧面（検知部）の他、ボンディングパッド６が設けられており、前記説明の金属ピン２ａから２ｄと各々がボンディングワイヤー４にて接続され、外ケース１の外部と導通となる。このように、角形器状の外ケース１の内部構造が各種所定配置された後、一般的手法であるゲル状のポッティング樹脂（不図示）を充填して半導体圧力センサが完成となる。該構成によれば外ケース１側面方向からの外力を受けてもそれに影響されることのない高精度な半導体圧力センサが得られる。

図２において、外ケース１の外部底面方向へ突出するように配置された金属ピン２ａから２ｄを、ガラス接着材５により固定する。ここで、外ケース１と金属ピン２ａから２ｄとのそれぞれの部品隙間にガラス接着材５が流入して接着しても問題ないが、チップ３が接着固定される所定位置にガラス接着材５が流れ込むことは好ましくない。したがって、図２に示すように、チップ３の所定位置をガラス接着材５が固定しようとしている面より高くしている。また、この形状に限らず前述のチップ３が接着固定される所定位置にガラス接着材５が流れ込むことを防止する形状であればこれに限定されるものではない。さらに、チップ３の上端面に位置するボンディングパッド６の高さと、金属ピン２ａから２ｄの上端面はおおむね一致しており、ボンディングワイヤー４の接続が容易になるよう構成している。加えて、ボンディングワイヤー４のループ高さよりやや高い位置まで外ケース１の側壁（全周にわたり）を設けることで、ポッティング樹脂（不図示）でボンディングワイヤー４を保護できるまで充填しても、ポッティング樹脂が外ケース１の外へ流れ出ることが無い。

前記のごとく、本発明を実施するための形態を説明したが、セラミック製の角形器状の外ケース１は絶縁部材であれば良く樹脂材でも可能であり、金属ピン２ａから２ｄを固定する手段は、ガラス接着のみ成らずエポキシ接着等々が可能である。また、ボンディングワイヤー４はアルミ線でも可能で、アルミ線の場合の接続方法により金属ピン２ａから２ｄの少なくとも上端面（ボンディングワイヤー４を接続する面）の金メッキが不要となることは一般的である。このように、本発明の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を実施し得るのはもちろんである。

本発明による半導体圧力センサの概略斜視図。（実施例１） 本発明による半導体圧力センサの対角の断面図。（実施例１） 従来の半導体圧力センサの概略斜視図。 従来の半導体圧力センサの対角の断面図。

符号の説明

１ 外ケース
２ａ 金属ピン
２ｂ 金属ピン
２ｃ 金属ピン
２ｄ 金属ピン
３ 半導体圧力センサチップ
４ ボンディングワイヤー
５ ガラス接着材
６ ボンディングパッド
１１ 外ケース

Claims (1)

1. 一端面を開口とする断面が凹形状に形成された角形器状外ケースと、
   前記外ケースを貫通してなる導電部材と、
   圧力を検知して検知レベルに応じた電気信号を発生する矩形状の半導体圧力センサチップと、
   前記半導体圧力センサチップと前記導電部材とを導通させるワイヤーとを備え、
   前記半導体圧力センサチップの受圧面と前記外ケースの開口とが一致する向きにて前記半導体圧力センサチップを前記外ケース内部に搭載し、前記外ケース内に保護部材を充填してなる半導体圧力センサにおいて、
   前記半導体圧力センサチップの前記外ケースの開口側から見た平面的配置が、前記外ケースの辺部のほぼ中央部と前記半導体圧力センサチップの角部とが対向する配置となることを特徴とする半導体圧力センサ。

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