JP6255517B2 - 圧力センサおよび圧力センサモジュール - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサおよび圧力センサモジュールに関する。
本願は、２０１４年１２月２４日に、日本に出願された特願２０１４−２６０４０５号に基づき優先権を主張し、これらの内容をここに援用する。

携帯用の機器などには、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）技術を利用した半導体圧力センサ（以下、単に圧力センサという）が用いられている。この種の圧力センサとしては、例えば、圧力センサ素子と、圧力センサ素子からの信号を受ける制御素子と、圧力センサ素子と制御素子とに電気的に接続されたリードフレームと、制御素子をモールドする基体を備えた例がある。近年、携帯電話などの携帯用機器には防水機能が求められており、携帯用機器に圧力センサを組み込む場合に、圧力センサを組み込んだ箇所から携帯用機器の筐体内に水が浸入することを防ぐ構造が必要とされている。
水の浸入を防ぐ構造としては、筐体と、筐体に内蔵された圧力センサと、圧力センサを上方から覆うカバーとを備えており、圧力センサの一面とカバーとの間に配置された防水パッキンを圧縮することで、防水構造を実現する構造が知られている（例えば、特許文献１）。
また、特許文献１のような防水機能を備えた携帯用機器に組み込まれる圧力センサとしては、リード部を基体の側方から突出させてＵ字状に折り曲げ、側面および底面に沿う様に配置させた圧力センサが知られている（例えば、特許文献２）。

日本国特開２００８−１８０８９８号公報 日本国特開平１０−２００３６１号公報

特許文献１においては、防水パッキンを圧縮する際に、圧力センサは、防水パッキンが設けられる側と反対側の下面で筐体により支持される。また、圧力センサは、基体の下面側のリード部においてプリント基板と半田接合される。
従来、圧力センサの下面側のリード部とプリント基板とを半田接合する際に、基体の下面側のリード部で半田が過剰に濡れ広がることがある。そして過剰に濡れ広がった半田によって、筐体が圧力センサ下面を安定的に支持することができないことがある。さらに、半田が圧力センサ側部のリード部にまで濡れ広がった場合には、側部のリードと筐体とが接触し、圧力センサの電気特性が不安定になる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、半田の濡れ広がりを制御して、半田の濡れ広がりに起因する不具合を抑制した圧力センサを提供する。

本発明の第１態様は、圧力センサであって、収容部を有する基体と、前記収容部に配された圧力センサ素子と、前記圧力センサ素子と電気的に接続し、前記基体の下面に沿って設けられた端子部を有し、前記基体の外部に露出したリード部と、を備えており、前記端子部は、前記基体と対向する第１面とは反対の面である第２面に設けられた凹溝部を有し、前記凹溝部は、前記第２面において、前記端子部の先端を含む第１の領域と、前記第１の領域の隣に位置し、前記端子部の前記先端から離れている第２の領域とを区画する。

上記第１態様によれば、端子部の第１の領域を半田接合する場合に、凹溝部のエッジによって溶融した半田の濡れ広がりが抑制され、半田が第２の領域に広がることがない。したがって、安定した半田による接合が可能となり、半田の濡れ広がりに起因する不具合を抑制できる。
また、この圧力センサを筐体に収容し、基体の上面側にパッキンを配置して防水構造を実現する場合には、基体の底面側において第２の領域に重なる部位を支持することで、支持が不安定となることがない。これにより、パッキンを均一に圧縮して確実な防水構造を実現できる。

本発明の第２態様は、上記第１態様の圧力センサにおいて、前記基体は前記下面に凹部を有し、前記凹部が前記リード部の前記端子部を収容しても良い。

上記第２態様によれば、圧力センサを筐体に収容した場合には、基体の下面にリード部が収容される凹部が設けられていることで、リード部に負荷を加えることなく、基体の下面で圧力センサを支持できる。また、リード部の端子部には、凹溝部によって、端子部の第２の領域への半田の濡れ広がりが抑制されているため、第２の領域に重なる部分を支持することで、安定した支持が可能となる。

本発明の第３態様は、上記第１又は第２態様の圧力センサにおいて、前記凹溝部が、断続的に形成されていても良い。

上記第３態様によれば、断続的に形成された凹溝部は、凹溝部同士の間の凹溝部が形成されていない隙間においても、凹溝部で生じる表面張力により半田の濡れ広がりを抑制できる。また、凹溝部が、断続的に形成されていることで、端子部の強度を高めることができる。

本発明の第４態様は、上記第１〜第３態様のいずれかの圧力センサにおいて、前記凹溝部の深さが、前記リード部の厚さの１／２０以上、１／２以下であっても良い。

上記第４態様によれば、凹溝部の深さを、リード部の厚さの１／２０以上、１／２以下とすることで、半田の濡れ広がりを抑制できるとともに端子部の強度を確保し、リード部の破損を抑制できる。

本発明の第５態様は、上記第１〜第４態様のいずれかの圧力センサにおいて、前記凹溝部の断面形状が、円弧形状であっても良い。

上記第５態様によれば、凹溝部の断面形状を円弧形状とすることで、凹溝部が形成された端子部において応力集中を抑制し、凹溝部に起因する端子部の強度低下を抑制できる。加えて、円弧形状の凹溝部は、エッチングにより容易に形成可能であり、製造コストを削減することができる。

本発明の第６態様は、圧力センサモジュールであって、上記第１〜第５態様の圧力センサと、半田実装用のパッドを有する回路基板と、を備え、前記端子部の前記第１の領域と前記回路基板の前記パッドとが半田接合されていても良い。
上記第６態様によれば、安定した半田接合により、半田の濡れ広がりに起因する不具合を抑制した圧力センサモジュールを提供できる。

本発明の第７態様は、上記第６態様の圧力センサモジュールにおいて、前記端子部の前記第１の領域と直交する方向から見る平面視において、前記第１の領域側の前記凹溝部のエッジが、前記回路基板の前記パッドの周縁に対し±５００μｍの範囲に位置していても良い。

上記第７態様によれば、回路基板のパッドと、第１の領域のずれを±５００μｍ以下としたことで、半田接合する領域同士のずれが少なく、半田が確実に接合された圧力センサモジュールを提供できる。

本発明の第８態様は、上記第６又は第７態様の圧力センサモジュールにおいて、前記圧力センサが格納される格納部を有し、前記格納部の底面に前記回路基板と前記圧力センサの前記端子部とを接続するための端子接続孔が設けられた筐体と、前記圧力センサの上方から前記格納部を覆う蓋体と、を備え、前記圧力センサと前記蓋体との間にはシール体が設けられており、前記筐体の底面で前記圧力センサの前記下面を支持するとともに、前記シール体を前記蓋体と前記圧力センサの前記上面との間に挟み込んでいても良い。

上記第８態様によれば、防水構造を実現した圧力センサモジュールを提供できる。

上記本発明に係る態様によれば、端子部の第１の領域を半田接合する場合に、凹溝部のエッジによって溶融した半田の濡れ広がりを抑制し、半田が第２の領域に広がることがない。したがって、安定した半田による接合が可能となり、半田の濡れ広がりに起因する不具合を抑制できる。

第１実施形態の圧力センサの模式図である。 図１の圧力センサを下方から見た下面図である。 第１実施形態の圧力センサの製造方法の一例を説明する工程図であり、リードフレーム基板に制御素子を実装した状態を示す図である。 基体を成形した状態を示す図である。 リードフレーム基体を曲げ成形した状態を示す図である。 圧力センサ素子２０を搭載した状態を示す図である。 第１実施形態の圧力センサを組み込んだ圧力センサモジュールの断面模式図である。 図３に示す圧力センサモジュールに組み込まれる圧力センサの下面図である。 図３に示す圧力センサモジュールにおける圧力センサの端子部と回路基板のパッドとを接合する半田の状態を示す模式図である。 図３に示す圧力センサモジュールにおける圧力センサの端子部と回路基板のパッドとを接合する半田の状態を示す模式図である。 第１実施形態の圧力センサに採用可能な凹溝部を示す模式図である。 第１実施形態の圧力センサに採用可能な凹溝部を示す模式図である。 第２実施形態の圧力センサの下面図である。

以下、図面を参照して、実施形態について説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、便宜上一部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、一部分を省略して図示している場合がある。
各図には必要に応じてＸ−Ｙ−Ｚ座標系を示した。以下の説明において、必要に応じてこの座標系に基づいて各方向の説明を行う。

第１実施形態
図１Ａは、第１実施形態の圧力センサ１の断面図である。また、図１Ｂは、圧力センサ１の下面図である。本実施形態の圧力センサ１の説明において、「上」とは＋Ｚ方向を意味し、「下」とは−Ｚ方向を意味する。下面図とは、圧力センサ１を下方から見た平面図である。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、本実施形態の圧力センサ１は、圧力センサ素子２０と、圧力センサ素子２０と電気的に接続されるリードフレーム４０と、圧力センサ素子２０およびリードフレーム４０を支持する樹脂製の基体１０と、を有する。また、圧力センサ１は、制御素子３０を有する。

基体１０は、リードフレーム４０、制御素子３０、並びにボンディングワイヤ５１を基体１０の樹脂に埋設させ一体化している。これにより、リードフレーム４０と、制御素子３０、ボンディングワイヤ５１を埋設するとともに、これらを外気や水分から遮断し保護できる。また、基体１０は、圧力センサ素子２０が搭載される搭載部１７を含み、搭載部１７において、圧力センサ素子２０を支持する。
基体１０の材料は、例えば、エポキシ、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等のエンジニアリングプラスチックなどの樹脂である。
基体１０の構成樹脂のヤング率は、例えば１ＧＰａ〜５０ＧＰａ（好ましくは１０ＧＰａ〜３０ＧＰａ）である。

基体１０は、リードフレーム４０の下面４１（リードフレーム４０に対して−Ｚ側）に形成される本体部１６と、本体部１６から、＋Ｚ方向に環状に突出する環状壁部１２と、を有する。本体部１６と環状壁部１２とは一体である。
基体１０の本体部１６、および環状壁部１２は、平面視円形であるがこれに限らず、矩形その他の多角形など、任意の形状とすることができる。

環状壁部１２は円筒状に形成され、円筒状の内部空間には、圧力センサ素子２０が収容される収容部１９が構成される。収容部１９には、圧力センサ素子２０を保護する保護剤６０が満たされている。
収容部１９の底面の一部には、基体１０の一部として延出する搭載部１７が形成されている。搭載部１７は、上面４２に形成され、圧力センサ素子２０を搭載する搭載面１７ａが設けられている。
収容部１９の底面であって、搭載部１７が形成されない部分は、リードフレーム４０の一部（ランド部４４）が露出している。圧力センサ素子２０は、ボンディングワイヤ５０によって、露出したリードフレーム４０と電気的に接続される。

搭載部１７は、基体１０と別体の部材としても良い。その場合には、搭載部１７を構成する材料として、基体１０を構成する樹脂材料より軟らかい材料を選択することが好ましい。これにより、外力、吸湿、熱膨張等に起因して基体１０が変形した際に圧力センサ素子２０に加えられる応力を軽減し、圧力センサ１の測定精度を高めることができる。また、前述の搭載部１７は、厚く形成するほどこの種の応力の影響を軽減でき、より測定精度を高める事ができる。

基体１０は、周囲を構成する面として上面１０ｄと、下面１０ａと、上面１０ｄおよび下面１０ａの間に位置する側面１０ｃと、を備える。下面１０ａは本体部１６の下側の面であり、上面１０ｄは環状壁部１２の上側の端面である。また、側面１０ｃは、本体部１６および環状壁部１２の外周に形成される面である。

側面１０ｃは、平面視で略円形状を有する。また、側面１０ｃには、２つの平坦面１０ｅが設けられている。平坦面１０ｅは、側面１０ｃの一部であって、基体１０の本体部１６側に設けられている。２つの平坦面１０ｅは、円形である側面１０ｃの互いに反対側に位置し、互いに平行である。

下面１０ａは、基体１０の本体部１６に位置する面である。下面１０ａの外形は、側面１０ｃおよび側面１０ｃに含まれる平坦面１０ｅの平面視形状に由来して、２か所の直線により切り欠かかれた円形である。

下面１０ａには、２つの凹部１０ｂが設けられている。凹部１０ｂは、側面１０ｃの平坦面１０ｅから連続して形成されている。凹部１０ｂには、リードフレーム４０のリード部４５の一部である端子部４５ｃが収容されている。１つの凹部１０ｂには、それぞれ一対の端子部４５ｃが収容されている。凹部１０ｂは、リード部４５の端子部４５ｃの厚さより深く形成されている。
基体１０の下面１０ａに端子部４５ｃが収容される凹部１０ｂが設けられていることで、端子部４５ｃに負荷を加えることなく、基体１０の下面１０ａで圧力センサ１を支持できる。

リードフレーム４０は、導電体であり、厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍの板状体である。中でも、携帯機器に組み込まれるような小型で薄型な電子部品では、厚さが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである薄型のリードフレーム４０が用いられる。例えば、０．１５ｍｍのリードフレームを用いることができる。リードフレーム４０は、屈曲されて基体１０の外部に露出する部分を除き、主にＸ−Ｙ平面と平行に配置されている。
リードフレーム４０の下面４１には、制御素子３０が設置されている。また、リードフレーム４０の下面４１とは、反対側の上面４２側には、基体１０の一部である搭載部１７を介し圧力センサ素子２０が配置されている。

リードフレーム４０は、熱伝導性に優れた材料を有することが好ましい。これにより、圧力センサ素子２０および制御素子３０の過熱又は過冷却を防ぐことができる。したがって圧力センサ素子２０および制御素子３０の動作を安定化させるうえで有利である。
このような材料として、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）等の金属が好ましい。

リードフレーム４０は制御素子３０が実装される実装部４６と、圧力センサ素子２０および制御素子３０に電気接続するランド部４４と、基体１０に埋設された位置から基体１０の外部に露出するとともに、側面１０ｃと下面１０ａに沿って形成されたリード部４５と、を有する。なお、本実施形態において、リードフレーム４０は、４つのリード部４５を有するが、リード部４５の数はこれに限定されない。

実装部４６の下面４１には、制御素子３０が実装される。実装部４６の下面４１と制御素子３０との間には、応力緩和層（図示略）を設けることが好ましい。これにより、外力、吸湿、熱膨張等に起因して制御素子３０に加えられる応力を軽減できる。

ランド部４４は、下面４１において、制御素子３０とボンディングワイヤ５１により電気的に接続される。また、ランド部４４は、上面４２において、圧力センサ素子２０とボンディングワイヤ５０により電気的に接続される。
ランド部４４は、制御素子３０と圧力センサ素子２０の間の信号のやり取りを行う中継端子として設けられている。

リード部４５は、基体１０の側面１０ｃの一部である平坦面１０ｅから外部に露出して延びている。リード部４５は、先端側から順に、基体１０の下面１０ａに沿って配置された端子部４５ｃと、基体１０の側面１０ｃに沿って配置された中継部４５ａと、基体１０の内部に埋設されるボンディング部４５ｂと、を有している。

リード部４５は、ボンディング部４５ｂにおいて、ボンディングワイヤ５１を介し制御素子３０と電気的に接続される。また、リード部４５は、端子部４５ｃにおいて、後段において説明する回路基板１３０のパッド１３１（図３参照）と半田接合される。これにより、圧力センサ１は、回路基板１３０と電気的に接続され信号の入出力が行われる。各リード部４５は、圧力センサ１と外部との信号および電源のやり取りに用いられる端子であり、例えば、電源端子、接地端子、信号入力端子、信号出力端子等に対応して設けられる。

リード部４５は、ボンディング部４５ｂの先端から基体１０の外部に露出するとともに下方に折れ曲がって形成されている。これにより、基体１０の側面１０ｃの一部である平坦面１０ｅに沿って延びる中継部４５ａが設けられている。
端子部４５ｃは、中継部４５ａの下端から内側に折れ曲がって形成されている。端子部４５ｃは、基体１０の下面１０ａに設けられた凹部１０ｂに収容されている。
なお、図１Ａにおいて、中継部４５ａおよび端子部４５ｃは、基体１０に密着して図示されているが、基体１０とは接触せずに基体１０から浮き上がっていても良い。後段において説明する製造方法に示すように、基体１０を成形した後にリード部４５の曲げ成形を行う場合には、中継部４５ａおよび端子部４５ｃは、スプリングバックにより、基体１０から浮き上がった状態となる。

端子部４５ｃには、基体１０と対向する面と反対の面に、半田８（図３参照）の濡れ広がりを抑制する凹溝部５が設けられている。凹溝部５は、端子部４５ｃを先端側に位置する第１の領域６と、中継部４５ａ側であり先端側から離れて位置する第２の領域７とに区画する。
端子部４５ｃの第１の領域６は、回路基板１３０のパッド１３１（図３参照）と半田接合される。凹溝部５は、第１の領域６に接合される半田８が第２の領域７に濡れ広がることを抑制する。

また、凹溝部５の断面形状は、円弧形状である。凹溝部５の断面形状を円弧形状とすることで、凹溝部５が形成された端子部４５ｃにおいて、応力集中を抑制し、凹溝部５に起因する端子部４５ｃ強度低下を抑制できる。加えて、円弧形状の凹溝部５は、リードフレーム４０のハーフエッチングにより容易に形成可能である。

凹溝部５の深さは、リード部４５の厚さの１／２０以上、２／３以下が好ましい。これにより、溶融した半田の表面張力により硬化前の半田の濡れ広がりを確実に抑制できる。また、凹溝部５の深さは、リード部４５の厚さの１／２０以上、１／２以下であれば更に良い。これにより、半田の濡れ広がりを確実に抑制できるとともに、リード部４５の強度を十分に確保することができる。
例えば、リード部４５の厚さが０．１５ｍｍである場合では、凹溝部５の深さを０．００７５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下とすれば、半田の濡れ広がりを確実に抑制できる。また、０．００７５ｍｍ（７．５μｍ）以上、０．０７５ｍｍ以下であれば更に良い。これにより、半田の濡れ広がりを確実に抑制できるとともに、リード部４５に強度を十分に確保することができる。
凹溝部５の幅は、１００μｍ程度にできる。より具体的には、５０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。このような構成とすることにより、リード部４５の強度を確保すると共に、ハーフエッチングにより凹溝部５を容易に形成できる。

圧力センサ素子２０は、例えば、シリコン等の半導体基板の一面に、ダイアフラム部と、基準圧力室としての密閉空間と、圧力によるダイアフラム部の歪抵抗の変化を測定するための複数の歪ゲージとを有する。各歪ゲージは、ボンディングワイヤ５０を介し異なるランド部４４にそれぞれ電気的に接続されている。

圧力センサ素子２０は、ダイアフラム部が圧力を受けて撓むと、各歪ゲージにダイアフラム部の歪み量に応じた応力が発生する。この応力に応じて歪ゲージの抵抗値が変化し、抵抗値変化に応じたセンサ信号が出力される。
圧力センサ素子２０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）技術を利用した圧力センサ素子である。

圧力センサ素子２０は、基体１０の収容部１９内に収容され搭載部１７上に固定される。圧力センサ素子２０は、搭載部１７に、ダイボンド２１を介して接着することができる。ダイボンド２１としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、銀ペーストのうち何れか一種が使用できる。
圧力センサ素子２０は、リードフレーム４０の上面４２側（リードフレーム４０に対して＋Ｚ側）に設けられている。また、圧力センサ素子２０は、平面視において、一部領域又は全部領域がリードフレーム４０から外れた位置に配置されていても良い。
圧力センサ素子２０は、搭載部１７と対向する面と反対の面に接続されたボンディングワイヤ５０を介して、リードフレーム４０のランド部４４に接続されている。

図１Ａに示すように、保護剤６０は、収容部１９内に充填されて圧力センサ素子２０を覆い、圧力センサ素子２０を外気や水分から遮断し保護する。
保護剤６０としては、例えば、シリコーン樹脂やフッ素系の樹脂が使用できる。保護剤６０は液状やゲル状とすることができる。保護剤６０は高い粘性を持つことが好ましい。
保護剤６０としては、例えば、硬さ１未満（タイプＡ硬さ、ＪＩＳ Ｋ ６２５３に準拠）の柔らかいゲル剤を用いることが望ましい。これによって、測定対象から加えられる圧力を圧力センサ素子２０に伝達できるため、圧力センサ素子２０による圧力検出の精度を低下させることはない。また、基体１０の変形の影響が保護剤６０を通して圧力センサ素子２０に伝わることも抑制できる。
保護剤６０によって、水や外気の浸入を防ぎ、圧力センサ素子２０への悪影響を防ぐことができる。

上記した保護剤６０は、その表面である被圧面６０ａが下方側に窪むような凹面状に形成されている。圧力センサ１は、保護剤６０の被圧面６０ａに接触する測定媒体（水、又は空気等）の圧力を測定する。

保護剤６０は、光透過性が低く、可視光や紫外線を遮断することが好ましい。これにより、圧力センサ素子２０の劣化を防ぐことができる。保護剤６０に顔料等を含有させて光透過性を低くしても良い。

制御素子３０は、例えば集積回路（integrated circuit、IC）である。制御素子３０は、平面視で矩形状を有する。制御素子３０は、リードフレーム４０の下面４１であって、実装部４６に配置される。制御素子３０は、平面視において少なくとも一部が圧力センサ素子２０に重なる位置に設けられる。このように制御素子３０と圧力センサ素子２０とが平面視で重なるように配置されることで、圧力センサ１を小型化することができる。

制御素子３０の回路は、リードフレーム４０と向する面と反対の面に接続されたボンディングワイヤ５１を介して、リードフレーム４０のランド部４４およびリード部４５に接続されている。
制御素子３０は、圧力センサ素子２０からのセンサ信号が入力されると、センサ信号を処理して圧力検出信号として出力する。圧力センサ素子２０からのセンサ信号は、ボンディングワイヤ５０、ランド部４４、ボンディングワイヤ５１を介して、制御素子３０に入力される。

制御素子３０は、外部温度を測定する温度センサと、温度センサからの信号をＡ／Ｄ変換して温度信号として出力するＡ／Ｄ変換器と、温度信号が入力される演算処理部とを有する。演算処理部では、温度信号に基づいて、圧力センサ素子２０からのセンサ信号に補正処理を行うことができる。温度センサとしては、抵抗式（ブリッジ抵抗式）、ダイオード式、熱電対式、赤外線式等を採用できる。温度センサを内蔵することで、制御素子３０は、系内の温度に応じて圧力検出信号を補正することができる。このため、精度の高い圧力測定が可能となる。

次に、圧力センサ１を製造する方法の一例を、図２Ａ〜図２Ｄを参照しつつ説明する。
（制御素子の実装）
まず、図２Ａに示すように、リードフレーム基板４０Ａを用意する。リードフレーム基板４０Ａは、リード部４５Ａが屈曲されていないこと以外はリードフレーム４０と同じ構成である。
リードフレーム基板４０Ａのリード部４５Ａは全長にわたってＸ軸方向に沿って直線的に形成されている。リードフレーム基板４０Ａの外形は、エッチングにより形成されている。また、リードフレーム基板４０Ａの外形は、プレス加工によりせん断加工により成形しても良い。リードフレーム基板４０Ａのリード部４５Ａの上面（＋Ｚ側の面）には、予め凹溝部５が設けられている。凹溝部５は、エッチング（ハーフエッチング）により形成することができる。これにより、凹溝部５と第１の領域６との境界に鋭利なエッジ５ａ（図５Ａおよび図５Ｂ参照）を形成し、表面張力による半田の濡れ広がり抑制の効果を高めることができる。また、凹溝部５は、フォトリソグラフィにより形成しても良く、また、機械加工により形成しても良い。

次いで、リードフレーム基板４０Ａの実装部４６の下面４１に制御素子３０を設置する。さらに、制御素子３０とリード部４５Ａとをボンディングワイヤ５１によって互いに接続する。

次いで、図２Ｂに示すように、制御素子３０、ボンディングワイヤ５１、並びにリードフレーム基板４０Ａの一部（特に実装部４６とリード部４５Ａのボンディング部４５ｂ）を覆うように基体１０を形成する。基体１０は、制御素子３０、ボンディングワイヤ５１、並びにリードフレーム基板４０Ａの一部を一体とするインサート成形により形成する。基体１０は、実装部４６に制御素子３０を実装した状態のリードフレーム基板４０Ａを金型の間に挟み込んで、金型間の空間に樹脂材料を儒運転して成形する。リードフレーム基板４０Ａは、リード部４５Ａの中継部４５ａおよび端子部４５ｃに相当する部分が基体１０から露出した状態で、基体１０に埋設される。

次いで、図２Ｃに示すように、基体１０の側面１０ｃから突出するリード部４５Ａを、側面１０ｃおよび下面１０ａに沿うように、２か所で屈曲させる曲げ成形を行う。曲げ成形によって、基体１０から突出し露出するリード部４５Ａの根元側に中継部４５ａを形成する。中継部４５ａは、基体１０の側面１０ｃの一部である平坦面１０ｅに沿って配置させる。また、曲げ成形によってリード部４５Ａの先端側に端子部４５ｃを形成する。端子部４５ｃは、基体１０の下面１０ａに設けられた凹部１０ｂに収容される。

リード部４５Ａの曲げ成形により、曲げた所から金属微粒子が発生することがある。制御素子３０は、基体１０に覆われているため、金属微粒子が制御素子３０に付着することはなく、金属微粒子に起因して、制御素子３０の不具合は抑制される。

次いで、図２Ｄに示すように、基体１０の搭載部１７に圧力センサ素子２０を搭載する。圧力センサ素子２０は、ダイボンド２１を介して搭載部１７に接着する。さらに、圧力センサ素子２０とリードフレーム４０とをボンディングワイヤ５０によって互いに接続する。

次いで、図１Ａに示すように、基体１０の収容部１９に保護剤６０を充てんし、圧力センサ素子２０を覆う。
以上の工程を経て、図１Ａに示す圧力センサ１を得る。

図３は、圧力センサモジュール１００の断面模式図である。上述の圧力センサ１の使用例の一例として、圧力センサ１が組み込まれた圧力センサモジュール１００について、図３を基に説明を行う。

圧力センサモジュール１００に組み込むに際して、圧力センサ１には、基体１０の上面に一体的に設けられたシール体８０が設けられている。
圧力センサモジュール１００は、シール体８０が設けられた圧力センサ１と、圧力センサ１が格納される格納部１１５を備えた筐体１１０と、圧力センサ１の上方から格納部１１５を覆う蓋体１２０と、圧力センサ１の端子部４５ｃと接続される回路基板１３０と、を有する。
圧力センサモジュール１００は、圧力センサ１の保護剤６０の表面に形成された被圧面６０ａに測定媒体（水、又は空気等）を導入しつつ、筐体内部１１０ｃに水が浸入させない構造とされている。

図３に示すように、シール体８０は、基体１０の上面１０ｄに接着剤８５を介して接着固定されたパッキンである。シール体８０は、基体１０の上面１０ｄに重ねられ基体１０と固着する重ね部８２と、重ね部８２と一体的に形成され重ね部８２の外側に配置される鍔部８１とを有する。
シール体８０の材料は、アクリレート系の樹脂、シリコーン樹脂、ゴム等を採用することができる。シール体８０は、弾性を有し、挟圧されることで止水部材（シール部材）として機能する。
シール体８０のヤング率は、止水部材として機能させるために基体１０の構成樹脂のヤング率の１／１０以下とすることが好ましい。例えばシール体８０のヤング率は、１０ＭＰａ程度が好ましい。

接着剤８５は、特に限定されるものではないが、例えばシール体８０を構成する材料（例えばアクリレート系の樹脂）と同じ材料を未硬化の状態で塗布し、硬化させて用いることができる。シール体８０と基体１０との重ね部８２における固着は、接着剤８５を介して行うものに限らず、基体１０に一体成形することで、固着させたものであっても良い。
シール体８０は、基体１０に一体的に固着させることで、シール体８０と基体１０との間を止水できる。なお、ここで「一体的」とは、シール体８０と基体１０とが互いに隙間なく固着した状態であることを意味する。

図３に示すように、筐体１１０は、圧力センサ１が組み込まれる圧力センサモジュール１００の外形をなし、筐体内部１１０ｃを防水、保護する為に設けられている。筐体１１０の材料は、ステンレス合金、アルミニウム合金、樹脂などである。
筐体１１０は、外形を形成する複数の面の一つとして蓋体１２０を固定する取付面１１０ａを有している。取付面１１０ａには、図示略のネジ穴が設けられ図示略の固定ボルトによって蓋体１２０を筐体１１０に固定する。また、取付面１１０ａには、圧力センサ１を格納するための格納部１１５が設けられている。

格納部１１５の開口周縁には、シール体８０の鍔部８１が収容される段差部１１７が形成されている。段差部１１７は、鍔部８１の外径より若干大きく形成されている。段差部１１７において、蓋体１２０に対向する側には対向面１１７ａが設けられている。対向面１１７ａはシール体８０の鍔部８１を挟圧する為に平坦に形成されている。

格納部１１５は、基体１０の側面１０ｃの形状と平面視で若干大きく形成され、基体１０を上方からスムーズに挿入し収容できる。格納部１１５の底面１１５ａは、基体１０の下面１０ａを支持するために十分な面積が確保されている。
格納部１１５の底面１１５ａには、筐体内部１１０ｃまで貫通する端子接続孔１１８が設けられている。端子接続孔１１８は、基体１０の下面１０ａから露出するリード部４５を筐体内部１１０ｃに開放させるために設けられている。端子接続孔１１８には、圧力センサ１の端子部４５ｃと半田接合される回路基板１３０が設けられている。

半田８の種類は、特に限定されず、例えば、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂ系合金半田、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｉｎ系合金等の鉛フリー半田、共晶半田、低温半田等が挙げられ、これらの半田を１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。

図４は、圧力センサモジュール１００に組み付けられた圧力センサ１の下面図である。図４において、格納部１１５の底面１１５ａに設けられた端子接続孔１１８を二点鎖線で示す。
図４に示すように、端子接続孔１１８は、平面視で圧力センサ１の端子部４５ｃの第１の領域６を囲むように形成されている。第１の領域６は、回路基板１３０と半田接合される領域である。したがって、端子接続孔１１８は、半田接合される第１の領域６を開放する。また、格納部１１５の底面１１５ａは、平面視で端子部４５ｃの第２の領域７と重なり、第１の領域６と重ならない。即ち、底面１１５ａは、基体１０の下面１０ａにおいて、半田８が形成される領域を支持しない。

図３に示すように、蓋体１２０は、筐体１１０の取付面１１０ａに対向して配置される平板である。蓋体１２０は、圧力センサ１の上方から格納部１１５を覆うように筐体１１０の取付面１１０ａにボルト固定（図示略）されている。蓋体１２０には、圧力センサ１に測定媒体（水、又は空気等）を導入するための圧力導入孔１２１が設けられている。また、蓋体１２０は、筐体１１０に対向する平坦な下面１２０ａを有している。下面１２０ａは、筐体１１０の取付面１１０ａと当接する。
蓋体１２０は、例えばステンレス合金、アルミニウム合金、樹脂などから形成されている。

回路基板１３０は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などのプリント配線基板である。回路基板１３０は、表面に半田実装用のパッド１３１を有する。圧力センサ１の下面１０ａにパッド１３１を対向させて配置されている。
図４において、回路基板１３０のパッド１３１の位置関係を二点鎖線で示す。
図４に示すように、平面視で（即ち、端子部４５ｃの第１の領域６と直交する方向から見て）、パッド１３１は、圧力センサ１の端子部４５ｃの第１の領域６と重なるように配置される。また、端子部４５ｃの第１の領域６側の凹溝部５のエッジ５ａとパッド１３１の周縁とは、距離Ｈのズレを許容する。距離Ｈは、５００μｍ以下であることが好ましい。パッド１３１と、第１の領域６とのずれが±５００μｍ以下であることで、半田８を介し接合される領域同士のズレを少なくし、半田８によりこれらを確実に接合できる。

図５Ａおよび図５Ｂは、圧力センサ１の端子部４５ｃと回路基板１３０のパッド１３１とを接合する半田８の状態を示す模式図である。半田８の量が比較的少ない場合は、図５Ａに示すように、半田８は、パッド１３１側から端子部４５ｃに向かって（又は、端子部４５ｃからパッド１３１に向かって）、広がるように形成される。一方で、半田８の量が比較的多い場合には、図５Ｂに示すように、半田８は、外側に膨出した形状となる。何れの場合であっても、凹溝部５のエッジ５ａにおいて、半田８が第１の領域６から、第２の領域７に濡れ広がることが抑制される。
図５Ｂに示す場合よりさらに半田量が多い場合には、凹溝部５の第１の領域６のエッジ５ａにおける表面張力を決壊して、溶融した半田８が凹溝部５に半田が流れ込む。この場合は、凹溝部５の第２の領域７のエッジ５ｂにおいて、さらに表面張力で半田の濡れ広がりが抑制される。したがって、凹溝部５が形成されることで、半田８の量が多い場合であっても、第２の領域７への半田の濡れ広がりを抑制できる。

本実施形態の圧力センサ１は、断面形状が円弧形状である凹溝部５を有する。しかしながら、凹溝部の断面形状は、これに限るものではない。図６、図７に本実施形態に採用可能な凹溝部５Ａ、５Ｂを示す。
図６に示す凹溝部５Ａは、断面形状がＶ字状のＶ字溝である。また、図７の凹溝部５Ｂは、矩形状の溝である。凹溝部５Ａ、５Ｂを採用した場合であっても、本実施形態の凹溝部５と同様に、半田の濡れ広がり抑制の効果を得ることができる。

本実施形態の圧力センサ１によれば、端子部４５ｃの第１の領域６を半田接合する場合に、凹溝部５のエッジ５ａによって溶融状態の半田８の濡れ広がりを抑制し、半田８が第２の領域７に広がることがない。したがって、安定した半田８による接合が可能となる。

また、凹溝部５が設けられていることで、端子部４５ｃの第２の領域７から連続して上方に延びる中継部４５ａに半田８が濡れ広がることがない。圧力センサ１の外形が、濡れ広がった半田８の厚さだけ大きくなる虞がなく、外形寸法を設計通りに設定できる。これにより、筐体１１０の格納部１１５に圧力センサ１をスムーズに収容できる。また、筐体１１０の格納部１１５の内壁面と、中継部４５ａとの接触を抑制でき、電気的な不安定さを招くことがない。

本実施形態の圧力センサモジュール１００は、筐体１１０の格納部１１５の底面１１５ａで圧力センサ１を支持する。底面１１５ａは、平面視で端子部４５ｃの第２の領域７と重なる部分を支持する。第２の領域７は、半田８の濡れ広がりがないため、半田８による厚みの増加がない。したがって、第２の領域７は、基体１０の下面１０ａに設けられた凹部１０ｂから下面１０ａより下方に飛び出すことがない。これによって、格納部１１５の底面１１５ａにおける、圧力センサ１の支持を安定的に行うことができる。さらに、基体１０の上面１０ｄ側に設けられたシール体８０の重ね部８２の圧縮を均一に行うことができる。

また、本実施形態の圧力センサモジュール１００は、圧力センサ１が筐体１１０の格納部１１５に格納され、上方から蓋体１２０に覆われシール体８０が圧縮されることで、筐体内部１１０ｃに水が浸入しない防水構造を実現する。

シール体８０の鍔部８１は、段差部１１７の対向面１１７ａと、蓋体１２０の下面１２０ａとの間で挟み込まれて圧縮される。また、圧力センサ１のシール体８０は、基体１０と一体的に形成されており、基体１０の上面１０ｄとシール体８０の重ね部８２との間は、止水されている。
したがって、圧力センサモジュール１００によれば、蓋体１２０の圧力導入孔１２１から浸入する水分、並びに蓋体１２０の下面１２０ａと筐体１１０との間から浸入する水分が、筐体内部１１０ｃに浸入することを防止できる。

また、シール体８０の重ね部８２および基体１０は、格納部１１５の底面１１５ａと、蓋体１２０の下面１２０ａとの間で挟み込まれて圧縮される。圧力センサモジュール１００は、鍔部８１の圧縮により防水が確保されているため、重ね部８２は、必ずしも防水に必要な程度に圧縮されている必要はない。重ね部８２の圧縮率を高めすぎると、基体１０が変形し、圧力センサ素子２０の測定に影響を与える虞がある。したがって、重ね部８２の圧縮は、格納部１１５の内部での圧力センサ１の位置ずれを抑制しる程度の適度な圧縮とすることが好ましい。これにより、格納部１１５の内部での圧力センサ１の位置ずれを抑制しつつ、基体１０の変形を抑えた信頼性の高い圧力センサモジュール１００を提供できる。

第２実施形態
次に第２実施形態について説明する。
図８は、第２実施形態の圧力センサ２の下面図であり、第１実施形態の図１Ｂに対応する図である。
第２実施形態の圧力センサ２は、基体２１０の下面２１０ａに設けられた凹部２１０ｂの形状が異なる。また、第２実施形態の圧力センサ２は、端子部４５ｃに設けられた凹溝部２０５の構成が異なる。
なお、上述の第１実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

第２実施形態の圧力センサ２は、凹溝部２０５が、各リード部４５に対応して設けられている。４つのリード部４５は、基体２１０の下面２１０ａにおいて、それぞれ異なる凹溝部２０５に収容されている。これにより、互いに隣接するリード部４５同士が、接触することがない。したがって、リード部４５同士の短絡をより確実に防ぐことができる。

また、第２実施形態の圧力センサ２は、凹溝部２０５が、端子部４５ｃを第１の領域６と第２の領域７とに区画する区画線Ｌに沿って断続的に形成されている。
凹溝部２０５は、複数の短溝部２０５ｂを有している。短溝部２０５ｂは、区画線Ｌに沿って、並んでいる。隣り合う短溝部２０５ｂ同士の間には、溝間部２０５ａが位置している。溝間部２０５ａは、第１の領域６および第２の領域７に連続する平坦な面である。

区画線Ｌに沿って並ぶ短溝部２０５ｂは、それぞれ表面張力によって、半田８が第２の領域７に濡れ広がることを抑制する。また、短溝部２０５ｂ同士の間の溝間部２０５ａは平坦であるが、短溝部２０５ｂで生じる表面張力によって、溶融した半田８は、溝間部２０５ａから第２の領域７に濡れ広がることが抑制される。
隣り合う短溝部２０５ｂ同士の距離（即ち、溝間部２０５ａの区画線Ｌに沿った長さ）は、短溝部２０５ｂの長さに対して、１／３以下とすることが好ましい。この範囲であれば、溝間部２０５ａからの濡れ広がりを短溝部２０５ｂで生じる表面張力によって十分に抑制できる。

第２実施形態の圧力センサ２によれば、断続的に凹溝部２０５を形成し、隣り合う短溝部２０５ｂ同士の間に溝間部２０５ａを形成することで、端子部４５ｃの強度を高めることができる。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

例えば、各実施形態として、半田が端子部の第１の領域に接合される例を説明したが、端子部が第２の領域において回路基板と半田接合され、凹溝部５が第１の領域６への半田の濡れ広がりを抑制する構成としても良い。

また、各実施形態において、凹溝部は、端子部の延在方向と直交するように直線状に延びている例を説明した。しかしながら、凹溝部は必ずしも直線的に延びていなくても良い。例えば、凹溝部は、端子接続孔１１８の形状に沿って延びていても良い。

１、２…圧力センサ、５、５Ａ、５Ｂ、２０５…凹溝部、５ａ、５ｂ…エッジ、６…第１の領域、７…第２の領域、８…半田、１０、２１０…基体、１０ａ、２１０ａ…下面、１０ｂ、２１０ｂ…凹部、１０ｃ…側面、１０ｄ…上面、１０ｅ…平坦面、１９…収容部、２０…圧力センサ素子、３０…制御素子、４０…リードフレーム、４０Ａ…リードフレーム基板、４５、４５Ａ…リード部、４５ａ…中継部、４５ｂ…ボンディング部、４５ｃ…端子部、５０、５１…ボンディングワイヤ、６０…保護剤、８０…シール体、８１…鍔部、８２…重ね部、１００…圧力センサモジュール、１１０…筐体、１１５…格納部、１１５ａ…底面、１１７…段差部、１１８…端子接続孔、１２０…蓋体、１２１…圧力導入孔、１３０…回路基板、１３１…パッド、２０５ａ…溝間部、Ｈ…距離

Claims (8)

1. 収容部を有する基体と、
   前記収容部に配された圧力センサ素子と、
   前記圧力センサ素子と電気的に接続し、前記基体の下面に沿って設けられた端子部を有し、前記基体の外部に露出したリード部と、
   を備えており、
   前記端子部は、前記基体と対向する第１面とは反対の面である第２面に設けられた凹溝部を有し、前記凹溝部は、前記第２面において、前記端子部の先端を含む第１の領域と、前記第１の領域の隣に位置し、前記端子部の前記先端から離れている第２の領域とを区画する、圧力センサ。
2. 前記基体は前記下面に凹部を有し、前記凹部が前記リード部の前記端子部を収容する、請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記凹溝部が、断続的に形成されている、請求項１又は２に記載の圧力センサ。
4. 前記凹溝部の深さが、前記リード部の厚さの１／２０以上、１／２以下である、請求項１〜３の何れか一項に記載の圧力センサ。
5. 前記凹溝部の断面形状が、円弧形状である、請求項１〜４の何れか一項に記載の圧力センサ。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の圧力センサと、
   半田実装用のパッドを有する回路基板と、を備え、
   前記端子部の前記第１の領域と前記回路基板の前記パッドとが半田接合されている、圧力センサモジュール。
7. 前記端子部の前記第１の領域と直交する方向から見る平面視において、前記第１の領域側の前記凹溝部のエッジが、前記回路基板の前記パッドの周縁に対し±５００μｍの範囲に位置している、請求項６に記載の圧力センサモジュール。
8. 前記圧力センサが格納される格納部を有し、前記格納部の底面に前記回路基板と前記圧力センサの前記端子部とを接続するための端子接続孔が設けられた筐体と、
   前記圧力センサの上方から前記格納部を覆う蓋体と、を備え、
   前記圧力センサと前記蓋体との間にはシール体が設けられており、
   前記筐体の底面で前記圧力センサの前記下面を支持するとともに、前記シール体を前記蓋体と前記圧力センサの上面との間に挟み込む、
   請求項６又は７に記載の圧力センサモジュール。

Images