JP4393323B2

JP4393323B2 - 半導体圧力センサ

Info

Publication number: JP4393323B2
Application number: JP2004269923A
Authority: JP
Inventors: 康夫清水
Original assignee: Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Current assignee: Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: JP2006084339A

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、前記導電部材が前記外ケースの辺の中央部に対向する位置に、前記外ケースの内壁部に接触した状態で埋設されて成る半導体圧力センサとする。

前記導電部材が、前記外ケースの辺の中央部に対向する位置であって、且つ、前記半導体圧力センサチップの辺の中央部と対向する位置に埋設されてい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、導電部材を外力に弱い前記外ケースの辺の中央部に対向する位置に、前記外ケースの内壁部に接触した状態で埋設したので、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としても、前記導電部材が外力に対する補強機能として働くので、これに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。よって、半導体圧力センサ受圧面（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、前記導電部材を前記外ケースの辺の中央部に対向する位置に該外ケースの内壁に接触した状態で埋設し、外ケースの外力に弱い辺部を補強することで外圧による誤検出を生じない半導体圧センサを得る。
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は本発明による半導体圧力センサの概略斜視図で、図２は図１の断面図である。
図１において、２１はセラミック製の角形器状の外ケースで、該外ケースの角形状の辺に相当する部分に対向して角柱状金属導電部材２２ａから２２ｄが配置されている。また、前記角柱状金属導電部材２２ａから２２ｄはそれぞれ前記外ケースの内壁部に接触した状態で埋設されている。該構成により、外ケース２１の外部側面からの外力に対する強度を向上させており、半導体圧力センサチップ３（以下単にチップという）への悪影響を軽減させる構造としている。また、外ケース２１の底面部を貫通した形態で角柱状金属導電部材２２ａから２２ｄはガラス接着（図２で説明）により配置固定している。この角柱状金属導電部材２２ａから２２ｄの上端面は、ボンディングワイヤー４が接続され、外ケース１の外部とチップ３が導通となる。ボンディングワイヤー４に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角柱状金属導電部材２２ａから２２ｄ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チップ３が、接着材により固定配置されている（接着剤は不図示）。該チップ３の辺の中央部外側に前記導電部材２２ａから２２ｄが配置される構成である。

前記導電部材２２ａから２２ｄは外ケース２１との関係において、該外ケース２１の角形状の辺に相当する部分（４ヶ所）のほぼ中央部に対向して配置されている。さらに、チップ３との関係においてもチップ３の辺に相当する部分（４ヶ所）のほぼ中央部に対向して埋設するのが最も効果的である。また、前記導電部材２２ａから２２ｄは前記外ケース２１の内壁部に接触若しくは埋め込むようにして配置することで補強効果がさらに向上する。また、前記チップ３はその角部を前記導電部材２２ａから２２ｄに対向して配置しても良い。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。

図２は、外ケース２１の外側面および底面部とほぼ同一面と成るように配置された角柱状金属導電部材２２ａから２２ｄを、ガラス接着２５により固定する。ここで、チップ３が接着固定される所定位置にガラス接着材２５が流れ込むことは好ましくないので、図２に示すように、チップ３の所定位置をガラス接着材２５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２５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、角柱状金属導電部材２２ａから２２ｄ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を保護出来るまで充填しても、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、角柱状金属導電部材２２ａから２２ｄ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角柱状金属導電部材２２ａから２２ｄ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、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断面図。（実施例１）従来技術による半導体圧力センサの概略斜視図。従来技術による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
２１外ケース
２２ａ角柱状金属導電部材
２２ｂ角柱状金属導電部材
２２ｃ角柱状金属導電部材
２２ｄ角柱状金属導電部材
２５ガラス接着材

Claims

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、
前記導電部材が前記外ケースの辺の中央部に対向する位置に、前記外ケースの内壁部に接触した状態で埋設されて成ることを特徴とする半導体圧力センサ。
前記導電部材が、前記外ケースの辺の中央部に対向する位置であって、且つ、前記半導体圧力センサチップの辺の中央部と対向する位置に埋設されていることを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。