JPH08210935A

JPH08210935A - 圧力センサ

Info

Publication number: JPH08210935A
Application number: JP1956195A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Iwata; 仁岩田
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1995-02-07
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】破損を防止するとともに、全体の小型化を図る
ことができる圧力センサを提供することを目的とする。【構成】圧力センサ１には、所定の形状の配線パターン
３が形成されたプリント配線板２が設けられている。プ
リント配線板２の上面には、長方形状の凹部４が形成さ
れており、その凹部４を跨ぐようにセンサチップ５が配
置されている。センサチップ５の内部には円板状の基準
圧力室７が密封して形成されている。その基準圧力室７
とシリコン基板６の外部とを区画する上部の隔壁部８の
上面には、拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４が形成されてい
る。また、シリコン基板６上面には配線パターン９とパ
ッド１０が形成れている。パッド１０上には、バンプ１
１が形成され、フェースダウンボンディングによりセン
サチップ５がプリント配線板２に固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力センサに係り、詳し
くはセンサチップの実装に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８に示すように、従来の圧力センサ５
１は、基板５２の中央部に、通気孔５３が透設されてい
る。基板５２上には、通気孔５３を塞ぐようにしてセン
サチップ５４及び台座５５が取着されている。センサチ
ップ５４は、一般にＣ型のダイアフラム型半導体感圧セ
ンサチップであって、底部が台形状にくり抜かれてダイ
アフラム５６が形成されている。そのダイアフラム５６
の上面には、シリコン半導体によって構成される図示し
ない拡散歪みゲージが形成されており、ダイアフラム５
６のたわみを感知し、そのたわみに応じた電気信号を出
力するようになっている。

【０００３】基板５２上には、センサチップ５４を覆う
ようにキャップ５７が取着されている。基板５２と台座
５５、台座５５とセンサチップ５４、基板５２とキャッ
プ５７間は、それぞれ密着固定されており、略真空の基
準圧力室５８が形成されている。また、基板５２には、
リード５９が取着され、基板５２とリード５９との間が
ガラス等のシール材６０によって封止されている。そし
て、リード５９は、センサチップ５４とボンディングワ
イヤ６１により接続され、拡散歪みゲージからの電気信
号を外部へ出力するようになっている。

【０００４】ダイアフラム５６には、基板５２の底面に
取着されたパイプ６２を介して測定圧力が導入されてお
り、その測定圧力と基準圧力室５８内の圧力との差によ
りダイアフラム５６がたわむ。すると、拡散歪みゲージ
は、ダイアフラム５６のたわみに応じた電気信号を検出
信号としてボンディングワイヤ６１及びリード５９を介
して出力するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ボンディン
グワイヤ６１は、金（Ａｕ）等の細線であって、所定の
ボンディング方法により図示しないボンディングパッド
に接続され、センサチップ５４とリード５９とを電気的
に接続している。しかしながら、圧力センサ５１に外部
から何らかの衝撃が加わると、ボンディングパッドから
ボンディングワイヤ６１が外れたり、ボンディングワイ
ヤ６１自体が断線したりする場合がある。すると、セン
サチップ５４又はリード５９とは電気的に離間した状態
となり、圧力を測定しようとしても、拡散歪みゲージの
電気信号が出力されなくなるという問題がある。

【０００６】また、キャップ５７は、センサチップ５４
とリード５９とを覆う大きさに形成する必要があるの
で、小型化し難いという問題がある。本発明は上記問題
点を解決するためになされたものであって、その目的
は、破損を防止するとともに、全体の小型化を図ること
ができる圧力センサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、プリント配線板と、前記
プリント配線板上に固定にされ、測定する圧力を感知
し、該圧力に応じた検出信号を出力する感圧素子とを備
えた圧力センサにおいて、前記感圧素子またはプリント
配線板のいずれか一方にバンプを形成し、該バンプを介
して感圧素子とプリント配線板とを接続するようにした
ことを要旨とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の圧力センサにおいて、前記プリント配線板上に固着さ
れたキャップと、該キャップ内に収納された圧力伝達媒
体とを備え、前記感圧素子は、圧力伝達媒体を介して測
定圧力を感知するようにしたことを要旨とする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の圧力センサにおいて、前記感圧素子は、半導体
基板中に形成した中空部を封止してなる基準圧力室と、
前記半導体基板のうち前記基準圧力室と半導体基板の外
部とを区画する隔壁部に形成した歪みゲージと備えた圧
力センサチップであることを要旨とする。

【００１０】

【作用】従って、請求項１に記載の発明によれば、感圧
素子またはプリント配線板のいずれか一方にはバンプが
形成され、そのバンプを介して感圧素子とプリント配線
板とが接続される。

【００１１】また、請求項２に記載の発明によれば、プ
リント配線板上にはキャップが固着され、そのキャップ
内には圧力伝達媒体が収納される。そして、感圧素子
は、圧力伝達媒体を介して測定圧力を感知する。

【００１２】また、請求項３に記載の発明によれば、感
圧素子は、基準圧力室と歪みゲージとを備えている。基
準圧力室は、半導体基板中に形成した中空部を封止して
形成される。歪みゲージは、半導体基板のうち基準圧力
室と半導体基板の外部とを区画する隔壁部に形成され
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図６に従って説明する。図１に示すように、圧力センサ
１には、プリント配線板２が設けられている。プリント
配線板２は、ガラスエポキシ樹脂やセラミックにより形
成された基板であって、その上面には、所定の形状の配
線パターン３が形成されている。また、プリント配線板
２の上面には、長方形状の凹部４が形成されており、そ
の凹部４を跨ぐようにセンサチップ５が配置されてい
る。

【００１４】図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、セン
サチップ５は、シリコン基板６よりなり、その内部には
円板状の基準圧力室７が密封して形成されている。その
基準圧力室７とシリコン基板６の外部とを区画する上部
の隔壁部８の上面には、拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４が形
成されている。拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４は、一列に配
列され、隔壁部８のたわみに応じてその抵抗値がそれぞ
れ変化する位置に形成されている。

【００１５】また、シリコン基板６上面には配線パター
ン９とパッド１０が形成されている。拡散歪みゲージＲ
１〜Ｒ４は、配線パターン９によりブリッジ接続され、
それぞれの抵抗値の変化に応じた電気信号をパッド１０
を介して出力するようになっている。パッド１０上に
は、バンプ１１が形成され、そのバンプ１１を介して拡
散歪みゲージＲ１〜Ｒ４とプリント配線板２上の配線パ
ターン３とが接続されている。即ち、センサチップ５
は、バンプ１１により拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４が形成
された面を下にした、所謂フェースダウンボンディング
によりプリント配線板２に固定されるとともに、そのバ
ンプ１１を介して拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４と配線パタ
ーン３とが電気的に接続されている。

【００１６】また、図１に示すように、プリント配線板
２の上面には、センサチップ５を覆うようにキャップ１
２が取着されている。そのキャップ１２の上面中央部は
円筒状に突出形成され、測定圧力をキャップ１２内部へ
導くための導入孔１３が形成されている。

【００１７】また、キャップ１２内には、圧力伝達媒体
としてのシリコンゲル１４がセンサチップ５を覆うよう
にして収容されている。このシリコンゲル１４によりセ
ンサチップ５は外気に触れることがないので、外気によ
りセンサチップ５の性能が劣化するのを防止することが
できる。

【００１８】また、圧力センサ１には、外部端子１５が
設けられ、その外部端子１５は、プリント配線板２上に
形成された配線パターン３に電気的に接続されている。
このように構成された圧力センサ１により圧力（例え
ば、気体の圧力）を測定する場合、圧力を測定しようと
する気体を導入孔１３からキャップ１２内へ導入する。
気体の圧力は、シリコンゲル１４を介してプリント配線
板２に形成された凹部４から回り込んでセンサチップ５
の隔壁部８に印加される。すると、隔壁部８は、印加さ
れた圧力に応じてたわみ、隔壁部８に形成された各拡散
歪みゲージＲ１〜Ｒ４は、隔壁部８のたわみに応じてそ
の抵抗値が変化する。そして、各拡散歪みゲージＲ１〜
Ｒ４の抵抗値の変化に応じた電圧は、配線パターン３及
び外部端子１５を介して出力される。

【００１９】前記センサチップ５は、陽極化成を用いた
一般的な方法により製造され、例えば図４〜図６に示す
方法に従って製造される。即ち、図４（ａ）（ｂ）に示
すように、シリコン基板６（１チップ分のみを示す）に
イオン注入法により高濃度の酸素イオンを打ち込んでシ
リコン基板６の内部に円板状のＳｉＯ₂領域２１を形成
する。この場合、イオン注入装置の加速電圧に応じてシ
リコン基板６内に酸素イオンが到達する深さを制御でき
るので、その加速電圧を調節することにより、ＳｉＯ₂
領域２１を形成する深さを所望に設定することができ
る。

【００２０】次いで、シリコン基板６の表面に不純物拡
散により拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４を形成する。また、
スパッタリングや真空蒸着により配線パターン９及びパ
ッド１０を形成する。この後、エッチングレジストマス
クを用いたシリコンのドライエッチング法によりシリコ
ン基板６にＳｉＯ₂領域２１に達する開口部２２を形成
し、更にそのエッチングレジストマスクをそのまま使用
してシリコン基板６をふっ酸によりエッチングする。す
ると、ふっ酸によるＳｉＯ₂のエッチングレートはシリ
コンに比べて著しく大きいため、ＳｉＯ₂領域２１は選
択的にエッチングにより除去されて図５（ａ）（ｂ）に
示すように中空部２３が形成される。

【００２１】この後、図６（ａ）（ｂ）に示すように、
真空中にて、プラズマＣＶＤ法にてシリコン基板６の全
体に窒化シリコン等のパッシベーション膜２４を形成し
て開口部２２を閉じる。このパッシベーション膜２４に
より中空部２３が真空状態のまま封止されて基準圧力室
７が形成される。そして、パッド１０上のパッシベーシ
ョン膜２４を除去した後、パッド１０上に所定形状のバ
ンプ１１を形成する。以上の工程によりセンサチップ５
を作成する。

【００２２】上記のように製造されたセンサチップ５
は、エッチング等により予めプリント配線板２上に形成
された配線パターン３に対して、拡散歪みゲージＲ１〜
Ｒ４を形成した面をプリント配線板２側に向ける、所謂
フェースダウンボンディングによりプリント配線板２に
固定されるとともに、拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４と配線
パターン３とが電気的に接続され、圧力センサ１が構成
される。

【００２３】このように、本実施例の圧力センサ１によ
れば、センサチップ５上のパッド１０にバンプ１１を形
成し、そのバンプ１１を介してセンサチップ５をプリン
ト配線板２上に固定するとともに、同バンプ１１により
拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４と配線パターン３とを接続す
るようにした。その結果、ボンディングワイヤ６１を接
続するためのスペースが必要ないので、キャップ１２を
小さくすることができ、圧力センサ１全体を小型化する
ことができる。

【００２４】また、センサチップ５は、フェースダウ
ン、即ち拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４が形成された隔壁部
８をプリント配線板２側に向けて固定されるので、隔壁
部８が保護され、外部からの衝撃等から隔壁部８を保護
することができる。また、キャップ１２内にセンサチッ
プ５を覆うようにシリコンゲル１４を収納したので、セ
ンサチップ５が外気にふれることがなく、外気による性
能の劣化を防止することができる。更には、プリント配
線板２上に凹部４を形成したので、測定圧力がセンサチ
ップ５の隔壁部８に容易に加わるので、検出感度の低下
を防ぐことができる。

【００２５】尚、この発明は、次のような別の実施例に
具体化することができる。１）上記実施例では、センサチップ５上のパッド１０に
バンプ１１を形成してセンサチップ５とプリント配線板
２とを電気的に接続したが、プリント配線板２上に形成
した配線パターン３上にバンプ１１を形成し、そのバン
プを介してセンサチップ５とプリント配線板２とを電気
的に接続するようにしてもよい。

【００２６】２）上記実施例では、シリコン基板６内に
基準圧力室７を形成してセンサチップ５を構成したが、
図７に示すように、断面Ｃ型に形成したシリコン基板３
１をガラス等の台座３２に直接接続して基準圧力室７を
有するセンサチップ５を構成して実施してもよい。

【００２７】３）上記実施例では、基準圧力室７を備え
た圧力センサ１に具体化したが、差圧を測定する圧力セ
ンサに具体化して実施してもよい。４）上記実施例において、バンプ１１をハンダ、金（Ａ
ｕ）や、導電性ポリマー等の任意の材質を用いて形成し
てもよい。また、バンプ１１の形状は、マッシュルーム
型、ストレート・ウォール型等の任意の形状に形成して
実施してもよい。

【００２８】５）上記実施例では、プリント配線板２を
ガラスエポキシ樹脂よりなる基板を用いて実施したが、
一般的な材料、例えばフェノール樹脂や、セラミック等
よりなる基板を用いて実施してもよい。また、ポリイミ
ド樹脂等によるフレキシブル基板を用いて実施してもよ
い。

【００２９】６）上記実施例では、イオン注入により所
定の深さに円板状のＳｉＯ₂領域２１を形成し、そのＳ
ｉＯ₂領域２１を開口部２２からふっ酸によりエッチン
グして中空部２３を形成して基準圧力室７を構成した
が、他の方法により形成してもよい。例えばｐ型のシリ
コン基板上の基準圧力室７に対応する領域にほう素等の
不純物を拡散させたｐ型シリコン層を形成し、その後エ
ピタキシャル成長層を形成してｐ型シリコン層が埋め込
まれた状態とする。そして、エピタキシャル成長層に開
口部２２に対応する領域にほう素等の不純物を拡散させ
先に形成したｐ型シリコン層にまで到達するｐ型シリコ
ン層を形成し、両ｐ型シリコン層を陽極化成により多孔
質シリコン層に変化させる。その多孔質シリコン層をア
ルカリエッチングにより除去することにより中空部２３
を形成して基準圧力室７を構成するようにする。

【００３０】７）上記実施例では、隔壁部８に拡散歪み
ゲージＲ１〜Ｒ４を形成して圧力を測定するようにした
が、隔壁部８に薄膜歪みゲージ等を形成して実施しても
よい。

【００３１】８）上記実施例では、キャップ１２内に圧
力伝達媒体としてシリコンゲル１４を収容したが、プリ
ント配線板２やセンサチップ５などに対して化学的に悪
影響を及ぼさないゲル状組成物であれば何でもよく、例
えばポリビニルアルコール等を主成分として高分子ゲル
等を用いて実施してもよい。

【００３２】以上、この発明の各実施例について説明し
たが、各実施例から把握できる請求項以外の技術思想に
ついて、以下にその効果とともに記載する。イ）請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の圧力セ
ンサにおいて、前記プリント配線板２上には凹部４が形
成された圧力センサ。この構成により、測定する圧力
は、凹部４を介して容易にセンサチップ５に印加され
る。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、破
損を防止するとともに、全体の小型化を図ることができ
る圧力センサを提供することができる．

【図面の簡単な説明】

【図１】 (a) は圧力センサの平面図、(b) は(a) のＡ
−Ａ線断面図。

【図２】 (a) はセンサチップの平面図、(b) は(a) の
Ｂ−Ｂ線断面図。

【図３】センサチップの等価回路図。

【図４】 (a) は製造手順を示す平面図、(b) は(a) の
Ｃ−Ｃ線断面図。

【図５】 (a) は製造手順を示す平面図、(b) は(a) の
Ｄ−Ｄ線断面図。

【図６】 (a) は製造手順を示す平面図、(b) は(a) の
Ｅ−Ｅ線断面図。

【図７】別例の圧力センサの概略断面図。

【図８】従来の圧力センサの概略断面図。

【符号の説明】

２…プリント配線板、５…感圧素子としてのセンサチッ
プ、６…半導体基板、７…基準圧力室、１１…バンプ、
１２…キャップ、１４…圧力電圧媒体としてのシリコン
ゲル、２３…中空部、Ｒ１〜Ｒ４…歪みゲージとしての
拡散歪みゲージ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プリント配線板（２）と、前記プリント
配線板（２）上に固定にされ、測定する圧力を感知し、
該圧力に応じた検出信号を出力する感圧素子（５）とを
備えた圧力センサにおいて、前記感圧素子（５）またはプリント配線板（２）のいず
れか一方にバンプ（１１）を形成し、該バンプ（１１）
を介して感圧素子（５）とプリント配線板（２）とを接
続するようにした圧力センサ。
【請求項２】前記プリント配線板（２）上に固着され
たキャップ（１２）と、該キャップ（１２）内に収納さ
れた圧力伝達媒体（１４）とを備え、前記感圧素子
（５）は、圧力伝達媒体（１４）を介して測定圧力を感
知するようにした請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】前記感圧素子（５）は、半導体基板（６）中に形成した中空部（２３）を封止し
てなる基準圧力室（７）と、前記半導体基板（６）のう
ち前記基準圧力室（７）と半導体基板（６）の外部とを
区画する隔壁部（８）に形成した歪みゲージ（Ｒ１〜Ｒ
４）と備えた圧力センサチップである請求項１又は２に
記載の圧力センサ。