JP6665588B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサに関する。

圧力センサは、主として気体や液体の圧力を検出するものであり、気圧センサや高度センサ、水圧センサとして各種の装置に適用されている。また、近年においては、これを高度センサとして利用する場合の一態様として、位置情報を得るためのナビゲーション装置への応用やユーザの運動量を精緻に計測する計測器への応用等、その適用範囲が広がりつつある。

圧力センサとしては、各種のものが存在するが、その一つに、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサチップとしてのダイアフラム型の圧力センサチップを備え
たものがある。このダイアフラム型の圧力センサチップを備えた絶対センサは、他に比較して大幅に小型であるため、上述したナビゲーション装置への応用や活動量計への応用に適している。

この種の圧力センサチップを搭載した圧力センサの構造が開示された文献としては、例えば特開２０１４−３２１９０号公報（特許文献１）がある。

特許文献１には、圧力変形可能ダイヤフラムを含む圧力センサダイの第１の主面にキャップウェハが付着され、キャップウェハの一部分と、圧力センサダイの圧力変形可能ダイヤフラムが配置された前記第１の主面の一部分との間に空洞が形成され、この空洞内に外部の気体が入ることを可能に構成された半導体デバイスパッケージが開示されている。

特開２０１４−３２１９０号公報

一般に、ナビゲーション装置への応用や活動量計といった装置は、更なる小型化や高精度化が求められており、これに搭載される圧力センサにおいても、小型化や高精度化が要求されている。これら装置が可搬型の装置であることを考慮すれば、圧力センサのさらなる小型化（特に薄型化）に対する要求は強く、また高度の違いに基づく気圧の変化をより高精度に検出できることが特に重要な課題となっている。

ダイアフラム型の圧力センサは、ダイアフラムが他の部材に触れて破損しないように、保護する必要があるため、ダイアフラムを含む圧力センサチップをドーム型のリッド等で覆う構成や、箱型の筐体内に収容する構成をとることになり、小型化の妨げになっていた。

上記特許文献１では、圧力センサダイの主面にキャップウェハを付着させてダイヤフラムとの間に空洞を形成したことにより、保護する部分を少なくした構成をとっている。しかしながら、特許文献１の構成であっても、圧力センサダイの主面側に、キャップウェハの厚みやワイヤボンドを設けるスペースが必要であるので、充分に小型化が図れているとは言えなかった。
したがって、本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたものであり、圧力センサ
の小型化を可能とする技術の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に基づく圧力センサは、半導体基板内に形成され密閉された圧力基準室と、該圧力基準室と外部との間に形成され前記圧力基準室内の圧力と外部の圧力の差によって変形するダイアフラムと、前記ダイアフラムに設けられ該ダイアフラムの変形に応じた電気信号を発生可能なセンサ部と、前記センサ部からの電気信号を外部に出力する出力端子部とを備え、前記圧力基準室、前記ダイアフラム及び前記センサ部を含む検出部と、前記半導体基板内において前記検出部以外の領域であって前記出力端子部を含む部分とは、前記半導体基板の平面視において、一部の接続部を残した線状に形成された溝によって分離され、前記溝が前記ダイアフラムが備えられた面の反対面に設けられた開口部と連通した、圧力センサチップと、前記圧力センサチップの出力端子部から出力された電気信号に対して所定の演算処理を行う回路部と、を備える圧力センサであって、前記圧力センサチップにおける前記ダイアフラムと前記出力端子部は、該圧力センサチップにおける同一方向の面に形成され、前記圧力センサチップは、前記回路部の一面に対して、該一面に形成された入力端子部と前記出力端子部とが直接的または間接的に接するように固定され、前記回路部及び前記圧力センサチップは、前記開口部が外部に露出するように封止材で覆われる。

このように、ダイアフラムが設けられた面を回路部側へ向けた状態で圧力センサチップを封止材で覆う構成とすることにより、ダイアフラムを保護するための部材を不要とし、圧力センサの小型化を可能としている。また、このように圧力センサチップを封止した場合であっても、封止材等によって固定される周辺部と検出部とが溝によって分離されているので、周囲の温度変化に伴い発生する応力であったり、二次実装に伴い発生する応力といった外部応力が検出部に伝わることを抑制でき、検出精度の高精度化を図ることができる。

前記圧力センサは、前記圧力センサチップにおける前記出力端子部が設けられた面の反対面の少なくとも前記開口部を含む一部の面又は全面が露出するように、封止材で覆われた構成でも良い。

これにより、前記溝が、開口部を介してダイアフラム側の空間と外部とを連通する機能や、周辺部と検出部とを分離させる機能を兼ねるので、簡易な構成で小型化と高精度化を両立させることができる。

前記圧力センサは、前記回路部における、前記圧力センサチップが固定された面と反対側の面が直接的または間接的に当接することで、該回路部が搭載されるセンサ基板をさらに備え、前記回路部と前記センサ基板とは、ボンディングワイヤを介して電気的に接続され、該ボンディングワイヤにおけるループ部分の前記回路部に対する高さは、前記圧力センサチップの前記回路部に対する高さより低い構成であってもよい。これにより、圧力センサの小型化、特に薄型化を図ることができる。

前記封止材は、前記圧力センサにおける、センサ基板、回路部及び圧力センサチップの積み重ね方向に対して、前記圧力センサチップにおける前記出力端子部が設けられた面の反対面と、前記センサ基板における前記回路部が搭載される面との間の領域において、前記圧力センサチップの一部と前記回路部とを覆っても良い。

これにより、圧力センサチップや回路部をドーム型のリッド等で覆う場合のように無駄な空間を作らず、圧力センサをコンパクトに構成できる。

本発明によれば、圧力センサの小型化を可能とする技術を提供することができる。

実施形態１における圧力センサの断面図である。 実施形態１における圧力センサの模式平面図である。 実施形態１における圧力センサの斜視図である。 実施形態１における圧力センサの斜視断面図である。 図１に示す圧力センサチップの平面図である。 図１に示す圧力センサチップの断面図である。 貫通溝の形状についての説明する平面模式図である。 実施形態２における圧力センサチップの平面図である。 実施形態２における圧力センサチップの裏面図である。 実施形態２における圧力センサチップの断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、再度の説明を省略することがある。

〈実施形態１〉
図１，図２は、本発明の実施形態１における圧力センサの断面図及び模式平面図である。また、図３，図４は、圧力センサの斜視図及び斜視断面図である。図５，図６は、図１に示す圧力センサチップの平面図および断面図である。以下、これら図１乃至図６を参照して、本発明の実施形態１における圧力センサについて説明する。

なお、図１は、図２中に示すＸ１−Ｘ１線に沿った圧力センサの断面を示し、図６は、図５中に示すＸ２−Ｘ２線に沿った圧力センサチップの断面を示している。また、図２は、圧力センサチップと回路部等との位置関係を示すために、封止材を二点破線にて表している。

図１乃至図４に示すように、本実施の形態における圧力センサ１は、表面実装型デバイスとして構成されたものであり、圧力センサチップ１０と、回路部１９と、センサ基板２と、ボンディングワイヤ８と、封止材２３を備えている。圧力センサチップ１０は、後述するバンプを介して回路部１９に接続され、回路部１９の裏面が接着剤等によってセンサ基板２に固定されている。そしてセンサ基板２上の圧力センサチップ１０及び回路部１９が、封止材２３によって、圧力センサチップ１０の裏面１１ａが露出するように封止されている。

図５および図６に示すように、圧力センサチップ１０は、平面視矩形状の表面１２ａおよび裏面１１ａを有する扁平直方体形状の外形を有している。圧力センサチップ１０の表面１２ａの所定位置には、検出部４０、電極１７Ａ、導電パターン１７Ｂがそれぞれ設けられている。また、圧力センサチップ１０は、検出部４０の周囲に表面１２ａから裏面１１ａにかけて貫通した貫通溝４１が形成され、この貫通溝４１の形成されていない接続部４２でのみ検出部４０が、保持される構成となっている。

圧力センサチップ１０は、裏面側基板１１および表面側基板１２を貼り合わせることで構成されている。上述した圧力センサチップ１０の表面１２ａは、表面側基板１２の一対の主表面のうちの非貼り合わせ面にて構成されており、上述した圧力センサチップ１０の裏面１１ａは、裏面側基板１１の一対の主表面のうちの非貼り合わせ面にて構成されてい
る。

圧力センサチップ１０は、半導体基板内部に密閉された円盤状の圧力基準室１５と、当該圧力基準室１５と外部との間に形成され前記圧力基準室１５内の圧力と外部の圧力の差によって変形する薄板状のダイアフラム１３とを備えている。

検出部４０は、圧力基準室１５や、ダイアフラム１３、ダイアフラム１３の周縁に沿って設けられた複数のピエゾ抵抗素子１６を含む。また、ピエゾ抵抗素子１６は、ダイアフラム１３が、圧力基準室１５内の圧力と外部の圧力の差によって変形した場合に、この変形に応じた電気信号を発生可能なセンサ部の一形態である。本実施形態では、ダイアフラム１３の周縁に沿って等間隔に４つのピエゾ抵抗素子１６が設けられ、導電パターン１７Ｃが各ピエゾ抵抗素子１６を電気的に接続してブリッジ回路を構成している。なお、これに限らず、検出部４０は、求められる精度に応じて任意の数のピエゾ抵抗素子１６を備える構成であっても良い。また、センサ部としては、上述した如くの複数のピエゾ抵抗素子１６を利用したものに限らず、静電容量式のものを利用することも可能である。

上記構成の圧力センサチップ１０は、裏面側基板１１の貼り合わせ面に予め凹部が形成され、当該凹部を覆うように所定の圧力環境下において表面側基板１２と貼り合わせ、表面側基板１２を所望の厚みに研削することで製造される。これにより、圧力センサチップ１０の内部に上述した圧力基準室１５が形成され、、裏面側基板１１にあらかじめ形成された凹部に対向する表面側基板１２がダイアフラム１３となる。本実施形態では、真空環境下において裏面側基板１１が表面側基板１２に貼り合わされることで、圧力基準室１５が真空状態で形成される。

なお、裏面側基板１１および表面側基板１２としては、好適には半導体基板、例えばシリコン基板が用いられ、一例として、これらの貼り合わせにＳＯＩ（Silicon on Insulator）技術が適用できる。なお、表面側基板１２が、シリコン基板である場合、シリコン基板の表面１２ａに不純物を拡散させることで拡散層抵抗を形成し、前記ピエゾ抵抗素子１６とすることができる。裏面側基板１１としては、シリコン基板に限られず、ガラス基板等を利用することも可能である。

圧力センサチップ１０の平面視（図５）において、検出部４０の周囲のうち一部を接続部４２とし、接続部４２を残して検出部４０の周囲に裏面側基板１１および表面側基板１２を貫通する貫通溝４１が形成されている。即ち、圧力センサチップ１０内における検出部４０以外の部分（以下、周辺部とも称す）４３と検出部４０とが貫通溝４１によって分離されている。貫通溝４１を形成する手法としては、裏面側基板１１および表面側基板１２を貼りあわせ、ピエゾ抵抗素子１６や導電パターン１７Ｂ，Ｃ、電極１７Ａを形成した後、表面から溝を掘り、溝が露出するまで裏面から研削する工法や、表面又は裏面を研削後、反対側の面から溝を掘る工法が挙げられる。このように、本実施形態の圧力センサチップ１０は、貼り合せた裏面側基板１１および表面側基板１２に貫通溝４１を設けて、周辺部４３と検出部４０を分離させる構成なので、検出部４０の底面と周辺部４３の底面の高さは同じである。

回路部１９は、増幅回路や温度補償回路等、所定の信号処理を行う回路やメモリ等を有する集積回路であり、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で
ある。回路部１９は、樹脂や金属、セラミック等で封止され、平面視矩形状の表面１９ｂおよび裏面１９ａを有する扁平直方体形状の外形を有している。また、回路部１９は、電気信号の入出力を行うための電極３３を表面１９ｂに備えている。

センサ基板２は、図１および図２に示すように平板状であり、主として絶縁材料にて形
成されている。なお、センサ基板２を構成する絶縁材料としては、セラミックス材料や樹脂材料等が利用できる。センサ基板２の表面２ａには、樹脂接着剤２２によって回路部１９の裏面１９ａが接着され、また、この表面２ａ上の回路部１９と隣接した位置に回路部１９と接続するための複数の電極（ボンディングパッド）２５が設けられている。この電極２５は、不図示のビアを介してセンサ基板２の裏面２ｂに設けられた電極２６と接続されている。電極２６は、検出した圧力を示す電気信号を圧力センサ１の外部へ出力するための端子である。

また、圧力センサチップ１０は、表面１２ａを回路部１９側へ向けた状態で、電極１７Ａがバンプ３２によって回路部１９の電極３３と接続される。回路部１９は、電極３３、バンプ３２、電極１７Ａ、導電パターン１７Ｂ，１７Ｃを介してピエゾ抵抗素子１６と接続している。これにより回路部１９は、圧力センサチップ１０が検出した圧力を示す電気信号を電極３３から受信する。この圧力センサチップ１０と接続された電極３３は、回路部１９における入力端子部の一形態である。一方、回路部１９へ電気信号を出力するための電極１７Ａは、圧力センサチップ１０における出力端子部の一形態である。

この接続によって、圧力センサチップ１０と回路部１９との間には、バンプ３２の厚み等に応じた空洞３９が形成される。この空洞３９の厚み、即ち圧力センサチップ１０と回路部１９の間隔は、例えば１０μｍ〜５０μｍである。このとき、圧力センサチップ１０と回路部１９とは、電極１７Ａと電極３３との接続のみで固定されても良いし、これら電極１７Ａ，３３の周囲をダイボンド材やアンダーフィルによって接着されても良い。なお、圧力センサチップ１０の表面１２ａは、回路部１９の裏面１９ａと平行に固定されているが、これに限定されるものではない。

また、回路部１９の複数の電極３３のうち、圧力センサチップ１０と接続されていない電極３３は、ボンディングワイヤ８を介して、センサ基板２の電極２５と接続される。即ち回路部１９は、ボンディングワイヤ８、電極２５、電極２６を介して外部の回路と接続する。ここで、ボンディングワイヤ８におけるループ部分の回路部１９に対する高さＨ１（図１）は、圧力センサチップ１０の回路部１９に対する高さＨ２より低くなるように設定されている。

なお、本実施形態では、圧力センサチップ１０の電極１７Ａがバンプ３２によって回路部１９の電極３３と直接接続される例を示したが、これに限らず、圧力センサチップ１０の電極１７Ａが、インターポーザ（不図示）等を介して回路部１９の電極３３と間接的に接続される構成であっても良い。この場合、圧力センサチップ１０のダイアフラム１３が設けられた面とインターポーザとの間に、バンプの厚み等に応じた空洞が形成される。

そして、圧力センサ１は、センサ基板２、回路部１９及び圧力センサチップ１０を積み重ねた方向に対して、圧力センサチップ１０の裏面１１ａと、センサ基板２における回路部１９が搭載される表面２ａとの間の領域において、圧力センサチップ１０の一部と回路部１９とを覆うように封止材２３が設けられる。封止材２３としては、樹脂、金属、セラミック、ガラス等が挙げられる。例えば、上記のようにセンサ基板２に回路部１９及び圧力センサチップ１０を接続した状態で金型に入れて樹脂を射出成型する。また、金属やセラミック等で成形したパッケージに前記センサ基板２、回路部１９及び圧力センサチップ１０を入れて低融点ガラス等で密封した構成であっても良い。このように、回路部１９及び圧力センサチップ１０が封止されることで、外部からの衝撃や湿度、ガス、熱等から保護される。

本実施形態の圧力センサ１は、圧力センサチップ１０及び回路部１９が封止される際、少なくとも裏面１１ａの貫通溝４１が設けられた部分が露出するように成形される。例え
ば、圧力センサチップ１０の裏面１１ａを金型の壁面に当接させた状態で封止材２３としての樹脂を射出することで、裏面１１ａと面一に封止材２３の上面を形成する。なお、本実施形態では、裏面１１ａの全面が露出されるように形成したが、これに限らず例えば貫通溝４１を含む裏面１１ａの大半が露出されるように形成されても良い。なお、封止した場合にも、圧力センサチップ１０と回路部１９との間には、空洞３９を保持する。例えば、予め圧力センサチップ１０の周辺部４３と回路部１９との間にアンダーフィルを充填して、封止の際に封止材２３が圧力センサチップ１０と回路部１９との間に侵入しないようにする。

そして貫通溝４１がダイアフラム１３側の空洞３９と圧力センサ１の外部とを連通するので、ダイアフラム１３側の空洞３９の圧力が、圧力センサ１の外部の圧力と等しくなり、この外部の圧力と圧力基準室１５内の基準圧力との差に応じて、ダイアフラム１３が変形する。そして、この変形の度合いに応じて複数のピエゾ抵抗素子１６の抵抗値がそれぞれ変化してブリッジ回路の中点電位が変動し、回路部１９において、中点電位の変動量が電気信号に変換される。変換後の電気信号は、前記外気圧に応じたセンサ出力、例えば前記外気圧を示す絶対圧として外部に出力される。なお、当該電気信号の出力に際して、生成した電気信号を一時的にメモリ部において記憶させることも可能である。

本実施形態の圧力センサ１においては、圧力センサチップ１０の表面１２ａに設けられた電極１７Ａと回路部１９の電極３３との接続、及び圧力センサチップ１０を封止している封止材２３によって圧力センサチップ１０の周辺部４３が固定され、この固定された周辺部４３と検出部４０とが貫通溝４１によって分離されている。換言すると、検出部４０は、貫通溝４１に囲まれた部分が周辺部４３と離間し、接続部４２でのみ保持されている。

このように構成することにより、例えば、外部環境の温度変化があった場合、センサ基板２や回路部１９など、線膨張係数が異なる部材に伴って発生する応力がダイアフラム１３に伝わるのを大幅に軽減することができ、測定値への影響を抑えることができる。以下、その理由についての考察を示す。

圧力センサチップの性能に影響を与える特性の一つとして、センサ出力ヒステリシスがある。センサ出力ヒステリシスは、圧力センサチップに付加された圧力が零である場合と定格圧力である場合のそれぞれにおける出力電流（または電圧）値間に理想直線を引き、これと実測電流（または電圧）値との間の差を誤差値として求め、圧力上昇時の誤差値と圧力下降時の誤差値との差の絶対値をフルスケールに対してパーセント表示したものである。このセンサ出力ヒステリシスは、小さければ小さい程よく、センサ出力ヒステリシスが小さい場合には、検出精度の高精度化が図られていると言える。

当該センサ出力ヒステリシスが大きくなる要因としては、例えば外部環境の温度変化があった場合に、センサ基板２やリッド７、回路部１９などの線膨張係数が異なる部材の間で応力が発生し、この応力がダイボンド材２０やボンディングワイヤ８を介して圧力センサチップ１０に伝わり、圧力の測定に影響を与えることがある。また、ボンディングワイヤ８の熱による変化に伴う電極１７Ａへの応力が発生し、測定に影響を与えることがある。これらの熱に伴う応力に対し、柔軟なダイボンド材２０を用いて圧力センサチップを保持する構成とすることで、これらの応力を吸収し、センサへの影響を軽減することも知られている。しかしながら、ダイボンド材２０で全ての応力を軽減できるものではなく、特に小型のセンサではダイボンド材２０で抑えられる応力の影響も自ずと制限される。

この点、本実施形態における圧力センサ１においては、封止材２３で固定されている周辺部４３と検出部４０とが貫通溝４１によって離間されているので、前記熱に伴う応力が
周辺部４３に生じたとしても、接続部４２以外から検出部４０へ伝わることが無いので、ダイアフラム１３に与える影響が大幅に軽減される。また、圧力センサ１を回路基板に実装する際の実装応力についても、同様にダイアフラム１３に与える影響が大幅に軽減される。

なお、周辺部４３に生じた応力が接続部４２を介して検出部４０へ伝わる可能性もあるが、接続部４２は検出部４０に対して一方向にしか存在せず、接続部４２以外に検出部４０を固定するものが無いため、例え接続部４２側から熱に伴う応力や実装応力が伝わったとしても、検出部４０に対して一方向からしか応力が加わらないため、この応力によるダイアフラム１３の変形は周辺を分離しない場合に比べ軽微となる。

このように圧力センサ１においては、熱などに伴う応力が周辺部４３に生じても検出部４０への伝達が抑えられるため、ダイボンド材２０の弾性率を小さくすることや、ダイボンド材２０によって接着する面積を小さくすることによって、ダイボンド材２０を過度に脆弱にする必要がないため、落下等の衝撃に対する強度を向上させることができる。

〈溝形状について〉
図７は、貫通溝の形状についての説明する平面模式図である。圧力センサチップ１０の貫通溝４１は、図７（Ａ）に示すように、平面視においてダイアフラム１３又は圧力基準室１５の中心５１と同心の円５２に沿って円弧状に形成されている。即ち、貫通溝４１で切り分けられた円５２の内側の部分が検出部４０である。また、貫通溝４１が設けられていない部分が接続部４２である。なお、電極１７Ａの位置は、貫通溝４１の形状に限定されないので、図７では、電極１７Ａを省略して示した。図７の例では、貫通溝４１の形状や接続部４２の配置方向に関わらず電極１７Ａは、周辺部４３の表面１２ａであれば何処に設けられてもよい。

ダイアフラム１３に設けられたピエゾ抵抗素子１６には、図８に示すようにピエゾ抵抗係数が大きい結晶方位と、ピエゾ抵抗係数が小さい結晶方位とが存在する。このため、ピエゾ抵抗係数が小さい結晶方位、即ち、応力に対する感度が低い方位に接続部４２を配置するのが望ましい。図７（Ａ）の例では、中心５１を通る一直線６１上に、ピエゾ抵抗素子１６のうち、ピエゾ抵抗素子１６Ａ，１６Ｂが配置され、この直線６１と直交する直線６２上にピエゾ抵抗素子１６Ｃ，１６Ｄが配置されている。そして、中心５１からピエゾ抵抗素子１６Ｃへの方向を０度とし、左回りに４５度の方向に接続部４２が配置されている。換言するとピエゾ抵抗素子１６Ｃ及び中心５１を通る直線６２と中心５１及び接続部４２を通る直線６３のなす中心角αが４５度となっている。このようにピエゾ抵抗素子１６の配置方向に対して４５度の方向に接続部４２を配置することで、接続部４２を介して伝わる応力の影響を抑えることができる。また、このように配置することにより、接続部の断面（例えば接続部において直線６３と直交する面）が、直線６１および６２と平行にならず、劈開面を避けることになるので、落下等に対する衝撃に対する強度が向上する。

なお、接続部４２を配置する方向は、４５度に限らず他の方向であっても良い。図７（Ｂ）の例では、接続部４２が中心５１に対して９０度の方向となるように貫通溝４１が設けられている。更に、接続部４２を配置する方向は、９０度に限らず他の方向、例えば、０度、１８０度、２７０度等であってもよい。このように４５度以外の方向に接続部４２を設けた場合でも、貫通溝４１によって検出部４０を周辺部４３と隔離した効果が得られるため、熱に伴う応力や圧力センサを回路基板に実装する際の実装応力の影響が抑えられる。

上記の例では、貫通溝を円５２に沿って円弧状に形成したが、厳密な円に沿って形成するものに限らず、略円に沿った形状であれば良い。なお、略円とは、楕円や俵型、小判型
等、検出部４０を囲むことができる形状であればよい。また、貫通溝の形状は、円に限らず他の形状であっても良い。図７（Ｃ）の例では、平面視においてダイアフラム１３又は圧力基準室１５の中心５１と中心を一致させた四角５４に沿って貫通溝４１Ｃが形成されている。即ち、貫通溝４１Ｃで切り分けられた四角５４の内側の部分が検出部４０Ｃである。また、貫通溝４１Ｃが設けられていない部分が接続部４２Ｃである。図７（Ｃ）の例では、接続部４２Ｃが中心５１に対して４５度の方向となるように貫通溝４１Ｃが設けられている。このように貫通溝４１Ｃを四角に沿った形状（以下、単に矩形状とも称す）としても図７（Ａ）と同様の効果が得られる。

また、図７（Ｄ）では、図７（Ｃ）における接続部４２Ｃに代えて、接続部４２Ｄが中心５１に対して０度の方向となるように貫通溝４１Ｄが設けられている。接続部４２Ｄを配置する方向は、０度に限らず他の方向、例えば、９０度、１８０度、２７０度等であってもよい。このように４５度以外の方向に接続部４２Ｄを設けた場合でも、貫通溝４１Ｄによって検出部４０Ｄを周辺部４３と隔離した効果が得られるため、熱に伴う応力の影響が抑えられる。

更に、図７（Ｅ）では、図７（Ｃ）における貫通溝４１Ｃの端部を中心５１と反対側、即ち圧力センサチップ１０の外側に向けて延伸したように、貫通溝４１Ｅが設けられている。この場合、接続部４２Ｅは、四角５４において貫通溝４１Ｅが設けられていない部分、図６（Ｅ）では、右上角部分であって貫通溝４１Ｅの端部（外側へ延伸した部分）で挟まれた部分である。図７（Ｆ）では、図７（Ｄ）における貫通溝４１Ｄの端部を中心５１と反対側、即ち圧力センサチップ１０の外側に向けて延伸したように、貫通溝４１Ｆが設けられている。この場合、接続部４２Ｆは、四角５４の外側であって貫通溝４１Ｆで挟まれた部分である。なお、図は省略したが、図７（Ａ）又は図７（Ｂ）の貫通溝４１の端部を中心５１と反対側、即ち圧力センサチップ１０の外側に向けて延伸したように、貫通溝を設けてもよい。

以上のように、本実施形態では、ダイアフラム１３が設けられた表面１２ａを回路部１９側へ向けた状態で圧力センサチップ１０を封止しており、ダイアフラム１３を保護するための部材を別途用意する必要がないため、圧力センサの小型化を図ることができる。

また、このように圧力センサチップ１０を封止した場合であっても、封止材２３等によって固定される周辺部４３と検出部４０とが貫通溝４１によって分離されているので、熱に伴う応力が検出部４０に伝わることを抑制でき、検出精度の高精度化を図ることができる。

また、圧力センサチップ１０及び回路部１９が封止される際、裏面１１ａの貫通溝４１が設けられた部分が露出するように成形されたことで、貫通溝４１が、ダイアフラム１３側の空洞３９と外部とを連通する機能と、周辺部４３と検出部４０とを分離させる機能を兼ね、簡易な構成で小型化と高精度化を両立させることができる。

ボンディングワイヤ８を介して回路部１９とセンサ基板２とを接続させ、ボンディングワイヤ８におけるループ部分の回路部１９に対する高さが、圧力センサチップ１０の回路部に対する高さより低く設定されたことにより、圧力センサの小型化、特に薄型化を図ることができる。

更に、センサ基板２に、圧力センサチップ１０及び回路部１９を接続し、封止材２３で封止したことにより、ドーム型のリッド等で覆う場合のように無駄な空間を作らず、コンパクトに構成できる。

〈実施形態２〉
前述の実施形態１では、圧力センサチップ１０を貫通する貫通溝４１によって検出部４０と周辺部４３を分離させた例を示したが、本実施形態２では、圧力センサチップ１０を貫通していない溝によって検出部４０と周辺部４３を分離させた例を示す。なお、その他の構成は、前述の実施形態１と同じであるため、同一の要素には同符号を付す等して、再度の説明を省略している。図８，図９，図１０は、本実施形態２における圧力センサチップ１００の平面図、裏面図及び断面図である。なお、図１０は、図８，図９中に示すＸ３−Ｘ３線に沿った圧力センサチップの断面を示している。

本実施形態２において、圧力センサチップ１００は、平面視矩形状の表面１１０ａおよび裏面１３０ａを有する扁平直方体形状の外形を有している。圧力センサチップ１０の表面１１０ａの所定位置には、検出部４０、電極１７Ａ、導電パターン１７Ｂがそれぞれ設けられている。また、圧力センサチップ１００は、検出部４０の周囲に溝４１０が形成され、溝４１０も設けられていない部分を接続部４２０としている。

本実施形態２の圧力センサチップ１００は、第一基板１１０〜第三基板１３０を貼り合わせることで構成されている。この圧力センサチップ１００は、第二基板１２０の貼り合わせ面に予め凹部が形成され、当該凹部を覆うように所定の圧力環境下において第一基板１１０と貼り合わせ、表面側基板１２を所望の厚みに研削することで製造される。これにより、圧力センサチップ１００の内部に圧力基準室１５が形成され、第二基板１２０に予め形成された凹部に対向する第一基板１１０がダイアフラム１３となる。本実施形態では、真空環境下において裏面側基板１１が表面側基板１２に貼り合わされることで、圧力基準室１５が真空状態で形成される。また、圧力センサチップ１００の平面視（図９）において、検出部４０の周囲のうち一部を接続部４２とし、接続部４２を残して検出部４０の周囲に第一基板１１０及び第二基板１２０を貫通する溝４１０が形成される。

更に第三基板１３０の貼り合わせ面に予め図９における溝４１０と同様の外径を有する円盤状の凹部が形成され、当該凹部から第三基板１３０の非貼り合わせ面である裏面１３０ａにかけて連通孔１３１を設け、当該凹部を覆うように第二基板１２０と第三基板１３０が貼り合わされる。これにより、圧力基準室１５の裏面側に空隙部３８が形成され、検出部４０が接続部４２０でのみ保持された状態となっている。なお、本実施形態２においては、第三基板１３０の連通孔１３１が、開口部の一形態であり、空隙部３８及び溝４１０を介してダイアフラム１３側の空洞３９と、圧力センサ１の外部とを連通している。

上記構成の圧力センサチップ１００は、実施形態１と同様に回路部１９に接続され、封止材２３によって封止される。即ち、連通孔１３１が設けられた裏面１３０ａが露出した状態で封止される。

このように本実施形態２の構成においても、圧力センサチップ１００の裏面１３０ａの連通孔１３１が、ダイアフラム１３側の空洞３９と外部とを連通させる構成としたことで、検出部４０による圧力の測定を可能にしつつ、ダイアフラム１３を保護するリッド等の別部材を不要としている。また、溝４１０が、周辺部４３と検出部４０とを分離させているので、熱に伴う応力が検出部４０に伝わることを抑制でき、検出精度の高精度化を図ることができる。

上述した本発明の実施形態において示した各種の材料や寸法、形状等はあくまでも例示に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。また、上述した実施形態において示した特徴的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当然にその組み合わせが可能である。

１ 圧力センサ
２ センサ基板
８ ボンディングワイヤ
１０ センサチップ
１０ 圧力センサチップ
１１ 裏面側基板
１２ 表面側基板
１３ ダイアフラム
１５ 圧力基準室
１６ ピエゾ抵抗素子
１９ 回路部
２０ ダイボンド材
２２ 樹脂接着剤
２３ 封止材
３９ 空洞
４０ 検出部
４１ 貫通溝
４２ 接続部
４３ 周辺部
５１ 中心
１００ 圧力センサチップ
１１０ 第一基板
１２０ 第二基板
１３０ 第三基板
１３１ 連通孔
４１０ 溝
４２０ 接続部

Claims (4)

1. 半導体基板内に形成され密閉された圧力基準室と、該圧力基準室と外部との間に形成され前記圧力基準室内の圧力と外部の圧力の差によって変形するダイアフラムと、前記ダイアフラムに設けられ該ダイアフラムの変形に応じた電気信号を発生可能なセンサ部と、前記センサ部からの電気信号を外部に出力する出力端子部とを備え、前記圧力基準室、前記ダイアフラム及び前記センサ部を含む検出部と、前記半導体基板内において前記検出部以外の領域であって前記出力端子部を含む部分とは、前記半導体基板の平面視において、一部の接続部を残した線状に形成された溝によって分離され、前記溝が、前記ダイアフラムが備えられた面の反対面に設けられた開口部と連通した、圧力センサチップと、
   前記圧力センサチップの出力端子部から出力された電気信号に対して所定の演算処理を行う回路部と、
   を備える圧力センサであって、
   前記圧力センサチップにおける前記ダイアフラムと前記出力端子部は、該圧力センサチップにおける同一方向の面に形成され、
   前記圧力センサチップは、前記回路部の一面に対して、該一面に形成された入力端子部と前記出力端子部とが直接的または間接的に接するように固定され、
   前記回路部及び前記圧力センサチップは、前記開口部が外部に露出するように封止材で覆われることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記圧力センサチップにおける前記出力端子部が設けられた面の反対面の少なくとも前記開口部を含む一部の面又は全面が露出するように、封止材で覆われたことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記回路部における、前記圧力センサチップが固定された面と反対側の面が直接的または間接的に当接することで、該回路部が搭載されるセンサ基板をさらに備え、
   前記回路部と前記センサ基板とは、ボンディングワイヤを介して電気的に接続され、該ボンディングワイヤにおけるループ部分の前記回路部に対する高さは、前記圧力センサチップの前記回路部に対する高さより低いことを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記回路部における、前記圧力センサチップが固定された面と反対側の面が直接的また
   は間接的に当接することで、該回路部が搭載されるセンサ基板を備え、
   前記封止材は、前記圧力センサにおける、センサ基板、回路部及び圧力センサチップの積み重ね方向に対して、前記圧力センサチップにおける前記出力端子部が設けられた面の反対面と、前記センサ基板における前記回路部が搭載される面との間の領域において、前記圧力センサチップの一部と前記回路部とを覆うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力センサ。

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