JPWO2008065883A1 - 圧力センサモジュール - Google Patents

Abstract

本発明の圧力センサモジュール１０は、圧力センサ１１と、積層基板２１とを有する。圧力センサ１１のダイアフラム部１４近傍には、電極１７が形成される。積層基板２１は、複数の基板２１ａ，２１ｂが積層されたものであり、圧力センサ１１を内在させる。圧力センサ１１を構成するダイアフラム部１４の一面は空間部によって露呈される。本発明によれば、小型化、薄型化することが容易で、高密度に実装が可能な圧力センサモジュールを提供することができる。

Description

本発明は、半導体からなる基板を利用した圧力センサを備えた圧力センサモジュールに関する。
本願は、２００６年１１月２９日に、日本に出願された特願２００６−３２１８９６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

小型で高精度な圧力センサとして、例えば、半導体基板の一部を薄板化したダイヤフラムを形成し、このダイヤフラムに加わる圧力を検出するピエゾ抵抗型圧力センサが知られている。

このような圧力センサは、単体での出力電圧が数ｍＶ〜数十ｍＶと小さいため、用途によっては、こうした微弱な出力電圧を増幅する回路が必要となる。また、こうした圧力センサから出力される電圧は、温度環境によっても変動するため、正確な圧力の検出には温度による出力電圧の変動を補償する回路も必要となる。こうした出力電圧の増幅回路や温度補償回路などと、圧力センサとをプリント基板に実装した圧力センサモジュールも知られている（特許文献１参照）。
特許第３６０２２３８号公報

しかしながら、従来の圧力センサモジュールは、圧力センサと、出力電圧の増幅回路や温度補償回路などを備えた、例えばＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)チップなどをプリント配線基板に実装し、これら圧力センサとＡＳＩＣチップ、あるいは外部の接続端子とをワイヤボンディングで接続することによってモジュールを成していた。

こうした構造のため、従来の圧力センサモジュールは、小型化に限界があり、特に厚みを薄くすることが困難であるため、使用範囲が限定されていた。このため、薄型化された機器等にも組み込みが容易な、小型で高密度に実装が可能な圧力センサモジュールが望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型化、薄型化することが容易で、高密度に実装が可能な圧力センサモジュールを提供することを目的とする。

本発明の圧力センサモジュールは、半導体基板の一部を薄板化したダイアフラム部と、該ダイアフラム部の近傍に配された電極とを有する圧力センサと、
該圧力センサを内在し、前記ダイアフラム部の少なくとも一面を露呈させる空間部と、前記電極と電気的に接続される配線部とを有する積層基板とを備える。
本発明の圧力センサモジュールにおいて、前記積層基板には、前記空間部と前記積層基板の外部とを連通させる圧力導入孔が更に配されることが望ましい。
本発明の圧力センサモジュールにおいて、前記半導体基板における前記ダイアフラム部を除いた外縁域に配された絶縁部と、該絶縁部上に配され、前記電極と前記配線部とを電気的に接続する導電体とを更に備えることが望ましい。
本発明の圧力センサモジュールにおいて、前記圧力導入孔は、少なくとも前記空間部との接続部分においては、前記ダイアフラム部の一面に沿った方向に延びていることが望ましい。
本発明の圧力センサモジュールにおいて、前記絶縁部は、複数の島状部に分割されてなることが望ましい。

本発明の圧力センサモジュールによれば、積層基板に圧力センサを内在させる空間部を形成することによって、基板の外側に圧力センサを実装していた従来の圧力センサモジュールと比べて、大幅な小型化、薄型化が達成され、高密度に実装が可能な圧力センサモジュールを提供できる。また、圧力センサモジュールの空間部は、ダイアフラム部の少なくとも一面を露呈させる形状であるので、圧力センサは積層基板に内在された状態でダイアフラム部に加わる圧力を確実に検出することができる。

さらに、積層基板に、圧力センサの電極と電気的に接続される配線部を形成することによって、圧力センサからの出力電流をワイヤボンディングなどの接続方法とることなく、積層基板に形成された、例えば出力電圧の増幅回路や温度補償回路などに直接接続できるので、圧力センサモジュールの大幅な小型化、薄型化が達成できるとともに、信頼性も向上させることができる。

本発明に係る圧力センサモジュールの一例を示す断面図である。 本発明に係る圧力センサモジュールを構成する圧力センサの断面図である。 本発明に係る圧力センサモジュールを構成する圧力センサの平面図である。 感圧素子（ゲージ抵抗）の電気的な配線図である。 本発明に係る圧力センサモジュールの他の一例を示す断面図である。 本発明に係る圧力センサモジュールの他の一例を示す平面図である。 本発明に係る圧力センサモジュールの他の一例を示す断面図である。 本発明に係る圧力センサモジュールの他の一例を示す断面図である。 本発明に係る圧力センサモジュールの他の一例を示す断面図である。 本発明に係る圧力センサモジュールの他の一例を示す断面図である。 本発明に係る圧力センサモジュールの他の一例を示す平面図である。 本発明に係る圧力センサモジュールの他の一例を示す断面図である。 本発明に係る圧力センサモジュールの他の一例を示す断面図である。 本発明に係る圧力センサの他の一例を示す断面図である。 本発明に係る圧力センサの他の一例を示す断面図である。 本発明に係る圧力センサの他の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 圧力センサモジュール
１１ 圧力センサ
１２ 半導体基板
１４ ダイアフラム部
１６ 絶縁部
１７ 電極
２１ 積層基板
２２ 空間部
２３ 配線部
８２ 導電体
１０５ａ〜１０５ｄ 島状部。

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明に係る圧力センサモジュールを説明する。なお、後述する実施形態は、本発明の具体的な構成例であり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

（第一実施形態）
（１）圧力センサモジュール
図１は本発明の圧力センサモジュールの一例（以下、「第一実施形態」と呼ぶ）を示す断面図である。また、図２Ａはこの圧力センサモジュールを構成する圧力センサの断面図であり、図２Ｂは圧力センサの平面図である。
図１に例示するように、本発明の圧力センサモジュール１０は、半導体基板１２の一部を薄板化したダイアフラム部１４、該ダイアフラム部１４の近傍（外縁域）に配された電極１７とを有する圧力センサ１１、該圧力センサ１１を内在し、前記ダイアフラム部１４の少なくとも一面を露呈させる空間部２０、および前記電極１７と電気的に接続される配線部２３を有する積層基板２１とを少なくとも備えている。また、前記電極１７と配線部２３との電気的接続は、例えば、導電ペーストＰなどを用い行われる。

（２）各構成部分
（２−１）積層基板
図１の積層基板２１は、２つの基板２１ａ，２１ｂを重ねてなる構成例である。なお、本発明における積層基板は、同一材料または異種材料からなる基板を少なくとも２つ以上重ねて設けたものであればよく、その重ねて設ける基板の数は特に限定されるものではない。すなわち、この第一実施形態では、２層の基板からなる積層基板を例示しているが、３層以上、複数の基板を重ねて配置した積層基板であってもよい。又、基板としては、フレキシブルプリント基板、又はリジット基板など公知の材料を使用することができる。

（２−２）空間部
空間部２０は、圧力センサ１１を構成するダイアフラム部１４の外方に位置する少なくとも一面を露呈させる位置にある空間を指す。本発明における空間部は、ダイアフラム部の少なくとも一面を外部に対して露呈させる開放型の空間部であっても、また、ダイアフラム部の少なくとも一面を積層基板内部の空間に露呈させる空間部であっても、どちらでもよい。

（２−３）圧力センサ
圧力センサ１１は、図２Ａに示すように、その側断面が矩形を成しており、半導体基板１２の内部に広がる空間（基準圧力室）１３を備え、該空間１３の上部に薄板化された領域をダイヤフラム部１４としている。すなわち、ダイヤフラム部１４を挟んで、外方に臨む領域を成す空間部２０と、半導体基板１２の内部に広がる空間１３とが位置づけられる。この圧力センサ１１は、積層基板２１に内在している。本発明における圧力センサの内在とは、以下に述べる様々な形態がある（第一実施形態においては、下記Ａの形態の一実施例である）。
Ａ．圧力センサが、空間部に露呈されるダイアフラム部の外方に位置する一面以外は積層基板に収容されている形態。
Ｂ．圧力センサが、空間部に露呈されるダイアフラム部の外方に位置する一面およびそれに連なる側面の一部以外は積層基板に収容されている形態。
Ｃ．圧力センサが、重ねられた複数の基板に跨って収容されている形態。
Ｄ．圧力センサが、面方向に隣接して並べられた複数の基板によって収容されている形態。

（２−４）他の構成物
積層基板２１には、圧力センサ１１の電極１７と電気的に接続される配線部２３が配されている。配線部２３は、導電ペーストＰなどを介し、電極１７から出力される圧力センサ１１からの圧力信号を、積層基板２１に形成された例えば増幅回路や温度補償回路などに接続する。
本発明の圧力センサモジュールは、以上のような構成を少なくとも備えている。

（３）第一実施形態の効果
第一実施形態に係る圧力センサモジュール１０によれば、積層基板２１に圧力センサ１１を内在させ、ダイアフラム部１４の少なくとも一面を空間部２０に露呈させることによって、基板の外部に圧力センサを実装していた従来の圧力センサモジュールと比較して、大幅な小型化、薄型化を図ることが可能になる。空間部２０により、ダイアフラム部１４の少なくとも一面が外部に露呈させた形態となるので、圧力センサ１１は積層基板２１に内在された状態であっても、ダイアフラム部１４に加わる圧力を的確に検出することができる。

また、積層基板２１に、圧力センサ１１の電極１７と導電ペーストＰなどを介し、電気的に接続される配線部２３を形成することによって、圧力センサ１１からの出力される信号をワイヤボンディングなどの接続方法を介さずに、積層基板２１に形成された導電手段を介して、例えば出力電圧の増幅回路や温度補償回路などに直接接続することができる。ゆえに、従来のワイヤボンディング等において問題となっていた、外因による断線などの不具合の発生を抑制し、信頼性を向上させることができる。

（４）圧力センサの構成
図２Ａは、積層基板２１に内在される圧力センサの一例を示す模式的な断面図であり、図２Ｂは圧力センサの一例を示す模式的な平面図である。図２Ａは図２Ｂに示すＡ−Ａ線に沿った断面を表している。すなわち、図２Ｂはダイヤフラム部を設けた面である。

圧力センサ１１は、半導体基板１２の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行して広がる空間（基準圧力室）１３を備え、該空間１３の上部に位置する薄板化された領域をダイアフラム部１４とし、該ダイアフラム部１４に感圧素子１５を配してなる。感圧素子１５は、例えば、ボロンなどの拡散により形成される。また、半導体基板１２の一面において、ダイアフラム部１４を除いた外縁域βに配され、感圧素子１５ごとに電気的に接続された電極１７を備えてなる。そして、感圧素子１５と電極１７とは、例えば、拡散により形成された配線１８などにより電気的に接続されている。又、半導体基板１２の一面には、酸化膜１９が形成され、電極に１７に対応する位置に開口が設けられている。そして、電極１７の一部に、開口を有する酸化膜、又はチッ化膜などからなる絶縁膜１６（パッシベ−ション膜）が形成される。

なお、ダイアフラム部１４上の絶縁膜１６は、なくても良い。ダイアフラム部１４上の絶縁膜１６を無くすことにより、絶縁膜による応力の影響を受け難くすることができる。

図２Ａおよび図２Ｂに示す圧力センサは、感圧素子１５として機能するゲージ抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）が配された例であり、各ゲージ抵抗は、ホイートストーンブリッジ（図３）を構成するように電気的に接続されている。このような構成とした感圧素子１５は、ダイアフラム部１４の周縁部に配置するとよい。周縁部においては圧縮と引張の両応力が感圧素子１５に加わりやすいので、感度のよい圧力センサが得られる。

その際、図２Ａに示すように、圧力センサ１１は、外縁域βにおける半導体基板１２の厚さをＤ１、ダイアフラム部１４の厚さをＤ２、空間１３の高さをＤ３、半導体基板１２の中央域αにおいて、前記Ｄ２と前記Ｄ３を除いた半導体基板１２の残部の厚さをＤ４、と定義したとき、（Ｄ２＋Ｄ３）≪Ｄ４、かつ、Ｄ１≒Ｄ４、とするよい。例えば、Ｄ１〜Ｄ４はそれぞれ、上記２式を満たすように適宜選択される。

Ｄ１〜Ｄ４が上記２式を満たすということは、圧力センサ１１は、半導体基板１２の一面からその厚さ方向に見たとき、その中央域αには、厚さＤ２が極めて薄いダイアフラム部１４と高さＤ３が極めて低い空間１３が存在し、その下方にはこれらに比べて十分な厚さＤ４を備えた残部をなす半導体基板１２があり、この厚さＤ４は外縁域βにおける半導体基板１２の厚さＤ１とほぼ等しい値に設計されていることを意味する。ここでは、中央域と外縁域に区別して呼称するが、両域は一体をなす一枚の半導体基板から構成されている。

以上のような構成の圧力センサとすることによって、圧力センサは側断面が矩形を成す極めて小型の圧力センサが得られる。これによって、圧力センサ１１を容易に、かつ安定して積層基板２１に内在させることができる。

（５）圧力センサの製造方法
本発明の圧力センサモジュール１０を構成する圧力センサ１１の製造方法としては、まず、半導体基板１２の内部に空間（基準圧力室）１３を形成する。空間（基準圧力室）１３の形成方法としては、例えば S.Armbruster 等により開示された方法（S.Armbruster et.al., "A NOVEL MICROMACHINING PROCESS FOR THE FABRICATION OF MONOCRYSTALLINE SI-MEMBRANES USING POROUS SILICON", Digest of Technical Papers Transducers '03, 2003, pp. 246.) を用いればよい。これにより、半導体基板１２の内部に空間（基準圧力室）１３とダイアフラム部１４が形成される。

その後、半導体基板の一面に、酸化膜１９及び電極１７が形成され、次に、圧力センサ１１のダイアフラム部１４以外の領域に、絶縁膜１６を形成する。例えば、ＣＶＤ装置などをを用いて、一旦、ダイアフラム部１４を含む半導体基板１２の一面全体に成膜した後、露光現像を行いダイアフラム部１４上にある膜のみを除去し、外縁域の残部を絶縁膜１６とする。このとき、電極１７が形成されている領域の膜の一部も同時に除去することで、外部と電気的に接続するための開口を形成し、圧力センサ１１を得ることができる。

得られた圧力センサ１１は、積層基板２１の形成時に、積層基板２１に形成された空間部２２に配され、積層基板に形成された配線部２３と電極１７とが導電性ペーストＰなどで電気的に接続されればよい。これにより、圧力センサ１１を積層基板２１に内在させた、小型化、薄型化された圧力センサモジュール１０を得ることができる。又、積層基板２１としては、例えば、ポリイミド樹脂フィルムなどからなる絶縁層の片面に銅箔が設けられた片面銅貼板を使用することができる。又、積層基板間は、例えば、熱硬化性エポキシ樹脂を介し積層することができる。また、積層基板２１自身を半硬化状態のプリプレグの基板なども使用することができる。このような基板を用いることにより、圧力センサ１１と積層基板２１との隙間を確実に埋めることが可能なため、導電性ペーストＰなどによる配線の信頼性が向上する。

なお、本発明の圧力センサモジュール１０に適用可能な圧力センサは、図２Ａおよび図２Ｂに示した形態の圧力センサ以外にも、例えば、図１１Ａに示す従来型の圧力センサに一工夫加えた構成の圧力センサ（図１１Ｂおよび図１１Ｃ）が挙げられる。図１１Ａの圧力センサ１３０は半導体基板１３１に形成され、半導体基板の裏面側からエッチングすることにより形成した薄肉のダイアフラム部１３２と、半導体基板の表面側に形成された複数のゲージ抵抗（感圧素子）１３３を有している。複数のゲージ抵抗１３３は、例えばボロンなどの拡散により形成され、ダイアフラム部１３２の外縁域に設けられた電極１３７と電気的に接続される。また、ゲージ抵抗１３３と電極１３７とは拡散などで形成された配線１３４を介し、電気的に接続される。また、ダイアフラム上には、酸化膜１３５、チッカ膜１３６などのパッシベ−ション層が形成されている。そして、複数のゲージ抵抗１３３はホイットストーンブリッジを構成するように電気的に接続されており、ダイアフラム部１３２が圧力を受けて撓むと、各ゲージ抵抗１３３にダイアフラム部１３２の撓み量に応じた応力が発生し、この応力に応じてゲージ抵抗１３３の抵抗値が変化する。この抵抗値変化を電気信号として取り出すことにより、圧力センサ１３０は圧力の検出をする。

図１１Ａに示したような圧力センサを用いて、更に、図１１Ｂに示すように、薄肉のダイアフラム部１３２を備えた半導体基板１３１の裏面側に別な基板１４１を接合し、空間（基準圧力室）１４２を形成することによって、絶対圧型の圧力センサ１４３を形成することができる。

さらに、図１１Ｃに示すように、薄肉のダイアフラム部１３２を備えた半導体基板１３１の裏面側に別な基板１４５を接合するとともに、この基板１４５の裏面からダイアフラム部１３２に臨む空間１４６に向けて延びる圧力導入口１４７を備えた構成の圧力センサ１４８であってもよい。このような構成の圧力センサ１４８によれば、ダイアラム部１３２の一面１３２ａ側と他面１３２ｂ側との圧力差を測定可能な、差圧型の圧力センサ１４８を形成することができる。

以下、本発明の圧力センサモジュールの別な実施形態をいくつか列挙するが、上述した実施形態と同様の構成（圧力センサの構成など）については、重複する説明は省略し同一の符号を付す。

（第二実施形態）
図４は、本発明の圧力センサモジュールの別な実施形態（以下、「第二実施形態」と呼ぶ）を示す断面図である。なお、本図においては、ダイアフラム面の酸化膜１９、及び、拡散による配線１８は省略する。第二実施形態の圧力センサモジュール３０では、複数の基板３２ａ，３２ｂからなる積層基板３２に圧力センサ１１が内在されるとともに、圧力センサ１１のダイアフラム部１４の一面を露呈させる空間部３３が形成される。また、積層基板３２には、圧力センサ１１を制御するための制御回路を備えたＡＳＩＣ３４が内在される。そして、圧力センサ１１の電極１７とＡＳＩＣ３４の電極３４ａは、積層基板３２に形成された配線部３６に電気的に接続される。なお、配線部３６と、圧力センサの電極１７、ＡＳＩＣ３４の電極３４ａとは、例えば導電性ペーストＰなどを用い、電気的に接続される。また、各々の配線部は他の配線回路（図示せず）を介し、電気的に接続されている。また、ＡＳＩＣ３４の一面には、電極３４ａの一部に開口を有する絶縁膜３４ｂ（パッシベーション膜）が形成される。又、本実施形態において、積層基板は、第一実施形態と同様のものが使用される。

第二実施形態の圧力センサモジュール３０によれば、圧力センサ１１と、この圧力センサ１１の制御回路（例えば、増幅回路や温度補償回路）を備えたＡＳＩＣ３４とを積層基板３２に内在させることによって、圧力センサ１１を制御する制御回路などを外部に設ける必要がない。従って、圧力センサ１１と、この圧力センサ１１の制御回路とをワンパッケージで一体に備え、小型化、薄型化された圧力センサモジュール３０を得ることができる。

（第三実施形態）
図５Ａおよび図５Ｂに、本発明の圧力センサモジュールの別な実施形態（以下、「第三実施形態」と呼ぶ）を示す。このうち、図５Ａは圧力センサモジュールを上から見た平面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、本図においては、ダイアフラム面の酸化膜１９、及び、拡散による配線１８は省略する。第三実施形態の圧力センサモジュール４０は、圧力センサ１１と、３層の基板４２ａ，４２ｂ，４２ｃを重ねた積層基板４２とを備え、中ほどの基板４２ｂに圧力センサ１１が内在している。そして、この圧力センサ１１のダイアフラム部１４を露呈させる空間部４８が形成されている。また、この基板４２ｂに重なる基板４２ａには、空間部４８を積層基板４２の外部に連通させる圧力導入孔４９が形成されている。これにより、圧力センサ１１を構成するダイアフラム部１４の一面は、空間部４８から圧力導入孔４９を介して積層基板４２の外方と繋がる。又、本実施形態において、積層基板は、第一実施形態と同様のものが使用される。

第三実施形態の圧力センサモジュール４０によれば、圧力センサ１１が積層基板４２の中ほどに内在され、ダイアフラム部１４の一面が積層基板４２の外方に直接露呈されていなくても、ダイアフラム部１４は積層基板４２に形成された圧力導入孔４９を介して積層基板４２の外方と連通されるので、積層基板４２の外方の圧力を検出することができる。そして、圧力センサ１１を積層基板４２の中ほどに内在させることによって、ダイアフラム部１４など破損しやすい部分に対して、外部から機械的な応力がかかって破損することを防止できる。

（第四実施形態）
図６は、本発明の圧力センサモジュールの別な実施形態（以下、「第四実施形態」と呼ぶ）を示す断面図である。なお、本図においては、ダイアフラム面の酸化膜１９、及び、拡散による配線１８は省略する。第四実施形態の圧力センサモジュール５０は、圧力センサ５１と、３層の基板５２ａ，５２ｂ，５２ｃを重ねた積層基板５２とからなり、中ほどの基板５２ｂに圧力センサ５１が内在される。この第四実施形態においては、圧力センサ５１を構成するダイアフラム部５４の一面５４Ａが空間部５８ａに露呈されるとともに、ダイアフラム部５４の他面５４Ｂが空間部（他面側空間部）５８ｂに露呈される。すなわち、ダイアフラム部５４を挟んで存在する２つの空間部５８ａ，５８ｂによって、ダイアフラム部５４の両面が露呈される形態を成す。

更に、基板５２ａには空間部５８ａを積層基板５２の外方に連通させる圧力導入孔５９ａが、また、基板５２ｃには空間部５８ｂを積層基板５２の外方に連通させる圧力導入孔５９ｂがそれぞれ形成されている。これによって、ダイアフラム部５４の一面５４Ａ側は、圧力導入孔５９ａを介して積層基板５２の一面５２Ａ側に連通し、また、ダイアフラム部５４の他面５４Ｂ側は、圧力導入孔５９ｂを介して積層基板５２の他面５２Ｂ側に連通される。又、本実施形態において、積層基板は、第一実施形態と同様のものが使用される。
第四実施形態の圧力センサモジュール５０によれば、ダイアフラム部５４の一面５４Ａ側と他面５４Ｂ側との差圧を測定するための、差圧型の圧力センサモジュールとして機能させることができる。

（第五実施形態）
図７は、本発明の圧力センサモジュールの別な実施形態（以下、「第五実施形態」と呼ぶ）を示す断面図である。なお、本図においては、ダイアフラム面の酸化膜１９、及び、拡散による配線１８は省略する。第五実施形態の圧力センサモジュール６０は、圧力センサ１１と、４層の基板６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄを重ねた積層基板６２とからなり、中ほどの基板６２ｂに圧力センサ１１が内在されるとともに、この圧力センサ１１を構成するダイアフラム部１４の一面を露呈させる空間部６８が形成される。そして、基板６２ｂに重ねられる基板６２ａには、空間部６８を積層基板６２の外方に連通させる圧力導入孔６９が形成される。

基板６２ｂ、基板６２ｃには、デバイス６４、デバイス６５がそれぞれ内在される。デバイス６４およびデバイス６５は、例えば圧力センサ１１の電圧増幅回路や温度補償回路など、圧力センサ１１を制御するＡＳＩＣ等の他のデバイスであればよい。そして、圧力センサ１１の電極１７と、デバイス６４の電極６４ａおよびデバイス６５の電極６５ａとは、積層基板６２に形成された配線部６６と例えば導電性ペーストＰなどによって電気的に接続される。又、各々の配線部は他の配線回路（図示せず）、若しくは貫通孔内に導電物が充填された貫通電極（Ｂ）などを介し、電気的に接続されている。なお、本実施形態において、積層基板は、第一実施形態と同様のものが使用される。

第五実施形態の圧力センサモジュール６０によれば、圧力センサ１１が積層基板６２の中ほどに内在されていても、空間部６８によって一面が露呈されたダイアフラム部１５は、積層基板６２に形成された圧力導入孔６９を介して積層基板６２の外方の圧力を検出することができる。そして、圧力センサ１１と、この圧力センサ１１の制御回路（例えば、増幅回路や温度補償回路）を備えた複数のデバイス６４，６５を積層基板６２に内在させることによって、圧力センサ１１を制御する制御回路などを外部に設ける必要が無く、複数のチップを一体に備えシステム化された圧力センサモジュール６０を得ることができる。

（第六実施形態）
次に本発明の圧力センサモジュールの別な実施形態について説明する。なお、本実施形態において用いる圧力センサは、第一実施形態と類似するもので、共通する部分の説明は省略する。
図８は、本発明の圧力センサモジュールの別な実施形態（以下、「第六実施形態」と呼ぶ）を示す断面図である。第六実施形態の圧力センサモジュール７０は、圧力センサ８１と、３層の基板７２ａ，７２ｂ，７２ｃを重ねた積層基板７２とからなり、中ほどの基板７２ｂに圧力センサ８１が内在されるとともに、圧力センサ８１を構成するダイアフラム部８５の一面８５ａが空間部７８によって露呈されている。

積層基板７２のうち、基板７２ｂに重ねられる基板７２ａには、空間部７８と積層基板７２の外部とを連通させる圧力導入孔７９が形成されている。これにより、圧力センサ８１を構成するダイアフラム部８５の一面８５ａは、圧力導入孔７９を介して積層基板７２の外方に連通される。

また、ダイアフラム部８５の近傍には、感圧素子１５に繋がる電極８６が配される。そして圧力センサ８１のダイアフラム部８５を除いた外縁域Ｅには、ダイアフラム部８５を取り囲むように、電極８６を覆う例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの絶縁部７１が配される。さらに、この絶縁部７１上には導電体８２が形成される。この導電体８２は、メッキなどにより形成され、基板７２ａの他面７２Ａ側に形成された配線部（第２配線部）８３と、圧力センサ８１の電極８６とを、例えば導電性ペースト又はバンプなどを介し、電気的に接続する。また、絶縁部７１に重ねて、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの導電体８２を覆う第二の絶縁部８４が形成されている。又、本実施形態において、積層基板は、第一実施形態と同様のものが使用される。

第六実施形態の圧力センサモジュール７０によれば、圧力センサ８１が積層基板７２の中ほどに内在されていても、空間部７８によって一面が露呈されたダイアフラム部８５は、積層基板７２に形成された圧力導入孔７９を介して積層基板７２の外方の圧力を検出することができる。そして、ダイアフラム部８５と重ならない外縁域Ｅに絶縁部７１を配する。これにより、仮に圧力センサ８１に重ねて配される導電体８２や配線部（第２配線部）８３による凹凸が存在したとしても、その凹凸を埋めるように絶縁部７１を設けるならば、基板７２ｂの一面側が平坦化される。つまり、外縁域Ｅは均一に絶縁部７１に覆われるので、圧力センサ８１は、上下方向を基板７２ａと基板７２ｃで挟まれ、かつ周囲を基板７２ｂで囲まれ、積層基板７２によって確実に固定された状態になる。よってダイアフラム部８５への絶縁部７１からの応力の影響を小さくすることができる。

（第七実施形態）
図９Ａおよび図９Ｂは、図８に示した本発明の圧力センサモジュールの変形例（以下、「第七実施形態」と呼ぶ）であり、積層基板の材料、電極と配線部との接続などは、第六実施例と同様である。なお、本図においては、ダイアフラム面の酸化膜１９、絶縁膜１６（パッシベ−ション膜）、及び、拡散による配線１８は省略する。図９Ａは、積層基板を構成する基板のうち、最上層の基板を取り除いた状態で上から見た時の圧力センサモジュールの平面図である。また、図９Ｂは、圧力センサモジュールの側面断面図である。第七実施形態の圧力センサモジュール９０は、圧力センサ９１と、３層の基板９２ａ，９２ｂ，９２ｃを重ねた積層基板９２とを備え、中ほどの基板９２ｂに圧力センサ９１を内在されている（段落「００１６」におけるＡの形態の一例である）。そして、圧力センサ９１を構成するダイアフラム部９５の一面９５ａは、空間部９８によって露呈されている。

積層基板９２のうち、基板９２ｂとこれに重なる基板９２ａとの間には、圧力導入孔９９が形成される。この圧力導入孔９９は、圧力センサ９１を構成するダイアフラム部９５の一面９５ａに沿った方向に延び、空間部９８と積層基板９２の外部とを連通させる。この圧力導入孔９９によって、積層基板９２の中心に配された圧力センサ９１のダイアフラム部９５に、積層基板９２の外方の圧力が導かれる。

ダイアフラム部９５の近傍には、感圧素子１５に繋がる電極９６が配される。そしてダイアフラム部９５の外側には、電極９６を覆うように島状の絶縁部１０１が配される。さらに、この島状の絶縁部１０１の一面には導電体１０２が形成される。この導電体１０２は、基板９２ａに形成された配線部１０３と、圧力センサ９１の電極９６とを電気的に接続する。さらに、絶縁部１０１に重ねて、導電体１０２を覆う第二の絶縁部１０４が形成されている。このような、それぞれの電極９６に対応する位置に形成された絶縁部１０１、配線部１０３および第二の絶縁部１０４によって、複数の島状部１０５ａ〜１０５ｄが形成される。

ダイアフラム部９５の一面９５ａに沿った方向に延びる圧力導入孔９９は、複数の島状部１０５ａ〜１０５ｄどうしの間を通って、ダイアフラム部９５と積層基板９２の外方とを結ぶ十字型の圧力導入路Ｒを形成する。この圧力導入路Ｒによって、ダイアフラム部９５には積層基板９２の外方の圧力が導かれる。

第七実施形態の圧力センサモジュール９０は、圧力センサ９１のそれぞれの電極９６に対応する位置に形成される絶縁部１０１、配線部１０３および第二の絶縁部１０４によって複数の島状部１０５ａ〜１０５ｄを形成し、この島状部１０５ａ〜１０５ｄどうしの間を通って、ダイアフラム部９５の一面９５ａに沿った方向に延びる圧力導入孔９９を形成することによって、例えば、圧力媒体などを島状部１０５ａ〜１０５ｄどうしの間を通して、スムーズにダイアフラム部９５に導くことも可能になる。

また、絶縁部１０１や第二の絶縁部１０４を島状に形成した複数の島状部１０５ａ〜１０５ｄに分割することによって、絶縁部１０１や第二の絶縁部１０４に加わる応力を分散させることが可能になる。これによって、ダイアフラム部９５に不必要な応力が加わって湾曲したりすることを防止し、積層基板９２の外方の圧力を正確に検出することができる。

更に、圧力導入孔９９をダイアフラム部９５の一面９５ａに沿って延びる方向に形成することによって、ダイアフラム部９５に向けて外光が直接入射することを防止できる。一般的に、半導体は光によって導電率が変化することがあるが、第七実施形態のように、ダイアフラム部９５の一面９５ａに沿って延びる方向に圧力導入孔９９を形成し、ダイアフラム部９５を積層基板９２から外方に直接露呈させない構成にすることで、外光が直接ダイアフラム部８５に入射することを防止できる。これにより、積層基板９２に外光が当たっても、その影響を受けずに、高精度に圧力の検出を行うことができる。

（第八実施形態）
図１０は、図９Ａおよび図９Ｂに示した本発明の圧力センサモジュールの変形例（以下、「第八実施形態」と呼ぶ）であり、積層基板の材料、電極と配線部との接続、圧力センサの構成などは、第七実施例と同様である。なお、本図においては、ダイアフラム面の酸化膜１９、絶縁膜１６（パッシベ−ション膜）及び、拡散による配線１８は省略する。第八実施形態の圧力センサモジュール１１０は、圧力センサ１１１と、３層の基板１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃを重ねた積層基板１１２とからなり、中ほどの基板１１２ｂに圧力センサ１１１が内在されている。そして、圧力センサ１１１を構成するダイアフラム部１１５の一面１１５ａは、空間部１１８によって露呈されている。

積層基板１１２のうち、基板１１２ｂとこれに重ねられる基板１１２ａとの間には、空間部１１８に連なる圧力導入孔１１９が形成されている。この圧力導入孔１１９は、少なくとも空間部１１８との接続部分では、圧力センサモジュール１１０を構成するダイアフラム部１１５の一面１１５ａに沿った方向に延びている。更に、この圧力導入孔１１９は、ダイアフラム部１１５の一面１１５ａに対して垂直な方向に向けて基板１１２ｂおよび基板１１２ｃを貫通するように延び、基板１１２ｃにおいてこの圧力導入孔１１９の両端が積層基板１１２の外方に臨む。すなわち、圧力導入孔１１９は全体として略Ｕ字型に屈曲した形状を成し、その経路の中間部分に配された空間部１１８おいて、ダイアフラム部１１５の一面１１５ａが露呈される。

また、ダイアフラム部１１５の近傍には、電極１１６が配される。そして、それぞれの電極１１６に対応して、絶縁部１２１、導電体１２２、第二の絶縁部１２３からなる複数の島状部１２５ａ〜１２５ｄが形成される。導電体１２２は、電極１１６と積層基板１１２に形成された配線部１２４とを電気的に接続する。圧力導入孔１１９は、この複数の島状部１２５ａ〜１２５ｄどうしの間を通って、ダイアフラム部１１５の一面が露呈された空間部１１８と積層基板１１２の外方とを連通させる、途中の流路が屈折した略Ｕ字型の圧力路Ｒを形成する。

圧力導入孔１１９は、空間部１１８との接続領域において、ダイアフラム部１１５の一面１１５ａに沿った方向に延び、さらにここから屈折して積層基板１１２の厚み方向に延びる、途中の流路が屈折した略Ｕ字型の圧力路Ｒを形成することによって、積層基板１１２の外部からダイアフラム部１１５に外光が入射することを確実に防止することができる。圧力導入孔１１９の経路を屈折させて外光がダイアフラム部１１５に到達するのを防ぐことで、外光の入射によるダイアフラム部１１５の圧力検出精度の低下を防止し、高精度に圧力の検出を行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

本発明の圧力センサモジュールによれば、積層基板に圧力センサを内在させる空間部を形成することによって、基板の外側に圧力センサを実装していた従来の圧力センサモジュールと比べて、大幅な小型化、薄型化が達成され、高密度に実装が可能な圧力センサモジュールを提供できる。また、圧力センサモジュールの空間部は、ダイアフラム部の少なくとも一面を露呈させる形状であるので、圧力センサは積層基板に内在された状態でダイアフラム部に加わる圧力を確実に検出することができる。

さらに、積層基板に、圧力センサの電極と電気的に接続される配線部を形成することによって、圧力センサからの出力電流をワイヤボンディングなどの接続方法とることなく、積層基板に形成された、例えば出力電圧の増幅回路や温度補償回路などに直接接続できるので、圧力センサモジュールの大幅な小型化、薄型化が達成できるとともに、信頼性も向上させることができる。

Claims (6)

1. 半導体基板の一部を薄板化したダイアフラム部と、該ダイアフラム部の近傍に配された電極とを有する圧力センサと、
   該圧力センサを内在し、前記ダイアフラム部の少なくとも一面を露呈させる空間部と、
   前記電極と電気的に接続される配線部とを有する積層基板
   とを備える圧力センサモジュール。
2. 前記積層基板には、前記空間部と前記積層基板の外部とを連通させる圧力導入孔が更に配される請求項１記載の圧力センサモジュール。
3. 前記半導体基板における前記ダイアフラム部を除いた外縁域に配された絶縁部と、該絶縁部上に配され、前記電極と前記配線部とを電気的に接続する導電体とを更に備える請求項１に記載の圧力センサモジュール。
4. 前記圧力導入孔は、少なくとも前記空間部との接続部分においては、前記ダイアフラム部の一面に沿った方向に延びている請求項１に記載の圧力センサモジュール。
5. 前記圧力導入孔は、少なくとも前記空間部との接続部分においては、前記ダイアフラム部の一面に沿った方向に延びている請求項３に記載の圧力センサモジュール。
6. 前記絶縁部は、複数の島状部に分割されてなる請求項３に記載の圧力センサモジュール。

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