JP2004170148A

JP2004170148A - 絶対圧タイプ圧力センサモジュール

Info

Publication number: JP2004170148A
Application number: JP2002334154A
Authority: JP
Inventors: Shoji Iwasaki; 庄治岩崎
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】全体として小型化を図った絶対圧タイプ圧力センサモジュールを提供する。
【解決手段】基材裏面に補強板８が積層され、前記基材５と補強板８とを貫通する圧力導入孔９を備えたプリント基板２０に、圧力センサ素子１０のウエハ表面を対向させて実装した絶対圧タイプ圧力センサモジュールであって、圧力を感知するダイヤフラム１ａと前記ダイヤフラム１ａからの配線と計算回路および電極を持つＩＣ部１ｂを有するウエハ１を備えた圧力センサ素子１０において、前記ウエハ１表面の電極上に形成したパッド３の表面にバンプ４を形成し、前記圧力センサ素子１０のウエハ表面をプリント基板２０に対向させるとともに、圧力センサ素子１０とプリント基板２０の間に実装材料７を介在させて、圧力センサ素子１０をプリント基板２０に実装したものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、気圧計などに用いられる絶対圧タイプの圧力センサモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による絶対圧タイプ圧力センサモジュールについて図４を用いて説明する。この絶対圧タイプ圧力センサモジュール１００は、圧力を感知する圧力センサ素子１０をプリント基板１０１上に実装したものである。
図４（ｂ）の断面図は圧力センサ素子１０を示すものであり、裏面に凹部１ｃを備えたウエハ１にガラス板からなる台座２を真空室内で陽極接合し、前記ウエハ１の凹部１ｃの開口を台座２で密閉してある。よって前記凹部１ｃ内は真空に維持され、基準圧となっている。
凹部１ｃが形成されたウエハ１の薄肉部には歪ゲージが設けられ、圧力の変化を感知するためのダイヤフラム１ａになっている。なお台座２は、ウエハ１の凹部１ｃの開口を密閉し、凹部１ｃ内を真空に維持するとともに（気体の封止）、ダイヤフラム１ａの保護も図っている。
さらにウエハ表面には前記ダイヤフラム１ａからの配線と計算回路および電極を持つＩＣ部１ｂが形成されている。なおＩＣ部１ｂの電極の上にはパッド３が形成されている。
このような圧力センサ素子１０では、ダイヤフラム裏面（凹部内）の基準圧と、ダイヤフラム表面の外部圧との気圧差でダイヤフラム１ａが歪み、それを感知し圧力を測定する。
詳しくは、外部雰囲気の圧力変化が圧力センサ素子１０に印加されると、ダイヤフラム１ａが変形し、ゲージに歪が発生する。そしてＩＣ部１ｂにおいて各歪ケージの抵抗値の変化（電気信号）が取得され、圧力が測定される。すなわちＩＣ部１ｂにおいて、圧力の変化を歪ゲージの抵抗値の変化（電気信号）として取得する。なお前記抵抗値の変化に応じた電気信号はＩＣ部１ｂの電極上に形成したパッド３から出力され、プリント基板１０１の回路へ伝達される。
【０００３】
そして従来技術による絶対圧タイプ圧力センサモジュール１００では、図４（ａ）の断面図に示すように、前記圧力センサ素子１０が、台座２をプリント基板１０１に接地して接合され、金やアルミなどからなるボンディングワイヤ１０４によってプリント基板１０１の回路と圧力センサ素子１０の電極とを電気的に接続していた（例えば、特許文献１を参照）。つまりボンデングワイヤ１０４の一方を、ＩＣ部１ｂの電極上に形成したパッド３に接着し、他方をプリント基板１０１の回路に接続することによって、圧力センサ素子１０で取得した電気信号をボンディングワイヤ１０４を介してプリント基板１０１の回路に伝達していた。また従来技術による絶対圧タイプ圧力センサモジュール１００では、外部雰囲気中の圧力を導入するための圧力導入孔１０３を備えたカバーケース１０２に圧力センサ素子１０を収容するとともに、カバーケース１０２内へのゴミの混入を防止するために前記圧力導入孔１０３を小さくし、圧力センサ素子１０（ダイヤフラム１ａやＩＣ部１ｂ）の保護を図っていた。
さらに前記カバーケース１０２内をダイヤフラム１ａ表面を除いて樹脂封止し、この封止樹脂（樹脂封止部）１０５によってボンディングワイヤ１０４の固定と絶縁を図っていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−８７６６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しなしながら、図４に示すような従来技術による絶対圧タイプ圧力センサモジュール１００では、ボンディングワイヤ１０４の固定および絶縁するための封止樹脂１０５が多量に必要であるため、コストが高くなっていた。
また多量の封止樹脂１０５を使用することによって、前記封止樹脂１０５がダイヤフラム１ａの表面にしみだしてダイヤフラム１ａに悪影響を及ぼし、正確な圧力測定が行えなくなる虞があった。
さらにまた、プリント基板１０１の回路と圧力センサ素子１０の電極とをボンディグワイヤ１０４によって接続する絶対圧タイプ圧力センサモジュール１００では、ボンディングワイヤ１０４のスペースを確保せねばならず、小型化が困難であった。
【０００６】
そこで、この発明は上記の問題を鑑み、その目的とするところは低コストで、かつ全体の小型化を図った絶対圧タイプ圧力センサモジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
基材裏面に補強板が積層され、前記基材と補強板とを貫通する圧力導入孔を備えたプリント基板に、圧力センサ素子のウエハ表面を対向させて実装した絶対圧タイプ圧力センサモジュールであって、圧力を感知するダイヤフラムと前記ダイヤフラムからの配線と計算回路および電極を持つＩＣ部を有するウエハを備えた圧力センサ素子において、前記ウエハ表面の電極上に形成したパッドの表面にバンプを形成し、前記圧力センサ素子のウエハ表面をプリント基板に対向させるとともに、圧力センサ素子とプリント基板の間に実装材料を介在させて、圧力センサ素子をプリント基板に実装した絶対圧タイプ圧力センサモジュールを提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施例による絶対圧タイプ圧力センサモジュールについて図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、この発明による実施例による絶対圧タイプセンサモジュールを示すものであって、基材裏面に補強板８が積層され、前記基材５と補強板８とを貫通する圧力導入孔９を備えたプリント基板２０に、圧力センサ素子１０のウエハ表面を対向させて実装した絶対圧タイプ圧力センサモジュールであって、圧力を感知するダイヤフラム１ａと前記ダイヤフラム１ａからの配線と計算回路および電極を持つＩＣ部１ｂを有するウエハ１を備えた圧力センサ素子１０において、前記ウエハ表面の電極上に形成したパッド３の表面にバンプ４を形成し、前記圧力センサ素子１０のウエハ表面をプリント基板２０に対向させるとともに、圧力センサ素子１０とプリント基板２０の間に実装材料７を介在させて、圧力センサ素子をプリント基板に実装した。
【００１０】
この実施例では、ウエハ表面（ＩＣ部１ｂの電極上）のパッド３の表面に形成したバンプ４を介して、圧力センサ素子１０のＩＣ部１ｂの電極とプリント基板２０の回路６との電気的な接続を図っている。つまりボンディングワイヤを使用することなく、圧力センサ素子１０からの電気信号をプリント基板２０に伝達する。
【００１１】
図２は、絶対圧タイプセンサモジュールを構成する圧力センサ素子１０を示すものであって、図２（ａ）は圧力センサ素子１０の断面図を示すものであり、図２（ｂ）はウエハ表面から圧力センサ素子１０をみた平面図である。
【００１２】
図２（ａ）に示す圧力センサ素子１０は、裏面に凹部１ｃを備えたウエハ１にガラス板からなる台座２を真空室内で陽極接合し、前記ウエハ１の凹部１ｃの開口を台座２で密閉してある。よって前記凹部１ｃ内は真空に維持され、基準圧となっている。
凹部１ｃが形成されたウエハ１の薄肉部には歪ゲージが設けられ、圧力の変化を感知するためのダイヤフラム１ａになっている。なお台座２は、ウエハ１の凹部１ｃの開口を密閉し、凹部１ｃ内を真空に維持するとともに（気体の封止）、ダイヤフラム１ａの保護も図っている。
さらにウエハ表面には前記ダイヤフラム１ａからの配線と計算回路および電極を持つＩＣ部１ｂが形成されている。なおＩＣ部１ｂの電極の上にはパッド３が形成されている。
【００１３】
このような圧力センサ素子１０では、ダイヤフラム裏面（凹部内）の基準圧と、ダイヤフラム表面の外部圧との気圧差でダイヤフラム１ａが歪み、それを感知し、圧力を測定する。
詳しくは、外部雰囲気の圧力変化が圧力センサ素子１０に印加されると、ダイヤフラム１ａが変形し、ゲージに歪が発生する。そしてＩＣ部１ｂにおいて各歪ケージの抵抗値の変化（電気信号）が取得され、圧力が測定される。すなわちＩＣ部１ｂにおいて、圧力の変化を歪ゲージの抵抗値の変化（電気信号）として取得する。なお前記抵抗値の変化に応じた電気信号はＩＣ部１ｂの電極上に形成したパッド３から出力され、プリント基板１０１の回路へ伝達される。
【００１４】
そして、この発明による圧力センサ素子１０では、ＩＣ部１ｂの電極上に形成したパッド３の表面にバンプ４を形成する。
この実施例では図２（ｂ）に示すように、ＩＣ部１ｂにある電極（６個）上にそれぞれパッド３（６個）が形成され、このパッド３の表面にそれぞれバンプ４が形成されている。
【００１５】
図３は、この発明による絶対圧タイプ圧力センサモジュールを構成するプリント基板２０の実施例を示すものであって、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は基板表面（圧力センサ素子１０の実装面側）の平面図、図３（Ｃ）は基板裏面の平面図である。
【００１６】
図３（ａ）に示すように、可撓性または硬質の基材５の表面に所定の回路６が形成されているプリント基板２０には、圧力センサ素子１０が実装される部分（実装部）の中央に、基材５を貫通する貫通孔５ａが形成してある。また前記実装部では、圧力センサ素子１０の電極上に形成されているパッド３（バンプ４）と対向する位置に、圧力センサ素子１０の電極と接続すべき回路６が形成されている。
またプリント基板２０には、圧力センサ素子１０の実装部およびその周辺にわたって、表面に実装材料７が被覆されているととに、裏面に補強板８が積層されている。
【００１７】
図３（ｂ）に示すように、プリント基板２０の表面（圧力センサ素子１０の実装面）には、ＡＣＦ（ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＦｉｌｍ：異方性導電膜）、ＮＣＰ（ＮｏＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＰａｓｔｅ）などの絶縁体からなる実装材料７が被覆されており、圧力センサ素子１０とプリント基板２０との間に前記実装材料７を介在させて、圧力センサ素子１０をプリント基板２０に実装するようになっている。
【００１８】
この実施例では実装材料７としてフィルム状のＡＣＦを使用し、このＡＣＦをプリント基板２０（圧力センサ素子１０の実装部およびその周辺）の表面に被覆した。このＡＣＦ７は開口７ａを備え、開口７ａでは基材５表面が露出している。
そして前記開口７ａの中央にプリント基板２０（基材５）の貫通孔５ａが配置されるよう、プリント基板２０の表面にＡＣＦ７が被覆されている。また前記開口７ａは、圧力センサ素子１０をプリント基板２０に実装するときに、ウエハ１のダイヤフラム１ａが開口７ａ内に配置されるように設計してある。
【００１９】
さらに圧力センサ素子１０とプリント基板２０との間に介在するＡＣＦ７には、窓７ｂが形成されている。この窓７ｂは、圧力センサ素子１０をプリント基板２０に実装するときに、圧力センサ素子１０の電極上のパッド３表面に形成したバンプ４をプリント基板２０の回路６に接続（接着）するためのものであって、圧力センサ素子１０のパッド３（バンプ４）と対向する位置（つまり圧力センサ素子１０の電極と接続すべき回路６が形成されている位置）に配設されている。この実施例では、図２（ｂ）に示す圧力センサ素子１０の電極（６個）上のパッド３に対応する窓７ｂ（６個）が形成されている。
【００２０】
一方、図３（ｃ）に示すように、プリント基板２０（圧力センサ素子１０の実装部およびその周辺）の裏面には補強板８が積層してある。この補強板８には貫通孔８ａが形成されており、この貫通孔８ａはプリント基板２０（基材５）の貫通孔５ａと重なるように形成され、プリント基板２０と補強板８の２層を貫通する孔（圧力導入孔９）を構成する。なおこの実施例では、プリント基板２０に補強板８を積層した（貼り付けた）後、この２層を貫通する孔を形成することによって、プリント基板２０（基材５）と補強板８の２層に同時に貫通孔（５ａ，８ａ）を形成した。
【００２１】
そして、この実施例による絶対圧タイプセンサモジュールでは、図１に示すように、圧力センサ素子１０のウエハ１表面（ＩＣ部１ｂの電極上）のパッド３の表面にバンプ４が形成されている圧力センサ素子１０を使用し、この圧力センサ素子１０のウエハ１表面をプリント基板２０に対向させ（図１（ａ）参照）、実装材料（ＡＣＦ）７を介在させて、基材裏面に補強板８が積層されるとともに、圧力導入孔９を備えるプリント基板２０に接合する（図１（ｂ）参照）。
つまり電極（ＩＣ部１ｂ）が実装されている面（ウエハ表面）をプリント基板２０に対向させ、Ｆ／Ｃ（ＦｌｉｐＣｈｉｐ）実装するものである。
【００２２】
また介在させた実装材料（ＡＣＦ）７に開口７ａを形成しておくことによって、ダイヤフラム１ａの表面にＡＣＦが被覆されることなく、圧力センサ素子１０がプリント基板２０に実装され、かつプリント基板２０とダイヤフラム１ａとの間に空間を形成する。
この空間にはプリント基板２０及びその裏面に積層された補強板８の２層を貫通する圧力導入孔９から外部雰囲気の圧力（外部圧）が導入される。そして、プリント基板２０に実装された圧力センサ素子１０では、前記空間（ダイヤフラム表面）の外部圧と、ダイヤフラム裏面（凹部内）の基準圧との気圧差でダイヤフラム１ａが歪み、それを感知し圧力を測定する。
【００２３】
なおこの実施例では、実装材料（ＡＣＦ）７を介在させて圧力センサ素子１０とプリント基板２０を接合（接着）することによって、ウエハ表面を圧力感知部（ダイヤフラム１ａ）を除いて実装材料（ＡＣＦ）７によってプリント基板２０に接着・固定し（面接着）、安定した実装を図ることができる。
また、圧力センサ素子の電極とプリント基板２０の回路６とを電気的に接続するバンプ４は、実装材料（ＡＣＦ）７に形成されている窓７ｂ内で回路６と接合（接着）されるため、実装材料（ＡＣＦ）７によってバンプ４の絶縁が図られている。
【００２４】
さらに圧力センサ素子１０とプリント基板２０の間に介在させた実装材料（ＡＣＦ）７の開口７ａによって、ダイヤフラム１ａ表面には空間が確保され、この空間には圧力導入孔９から外部雰囲気中の圧力が導入されるため、支障なく圧力測定を行うことができ、また前記空間は圧力導入孔９以外は実装材料（ＡＣＦ）７によって封止されているため、ゴミなどの混入を防止することができ、ダイヤフラム１ａの保護を図ることができる。
【００２５】
さらにまた圧力センサ素子１０の実装部およびその周辺において、プリント基板２０（基材５）の裏面に補強板８を積層することによって、プリント基板２０（基材５）の撓み（ふらつき）を防止し、プリント基板２０と対向して実装されているウエハ１表面のダイヤフラム１ａやＩＣ部１ｂの保護を図っている。
【００２６】
基材５の裏面に補強板８を積層したプリント基板２０を使用することによって、例えば、薄型で可撓性の基材５に回路６が形成されているフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などを使用しても、基材５の撓み（ふらつき）を防止し、プリント基板２０と対向して実装されているウエハ１表面のダイヤフラム１ａやＩＣ部１ｂを傷つけることがない。
【００２７】
また、圧力導入孔９（貫通孔５ａ）を形成した部分では基材５が撓みやすいが、基材裏面に補強板８を積層することによって基材５のふらつき（撓み）を防止し、ウエハ表面のダイヤフラム１ａやＩＣ部１ｂを傷つけるのを防止する。
【００２８】
この実施例では、直径約１．８０ｍｍ、厚み約０．７５ｍｍの圧力センサ素子１０のウエハ１表面の電極上に形成されているパッド３（パッド高さ１０μｍ）表面にバンプ４（バンプ高さ２０μｍ）を形成し、ウエハ表面をプリント基板２０に対向させるとともに、圧力センサ素子１０とプリント基板２０との間に層厚４０μｍのＡＣＦを介在させ、温度：２００℃、圧力：５０〜１００ｇ／１バンプ、加熱・加圧時間：５〜２０ｓｅｃの条件により、圧力センサ素子とプリント基板とを接合した。
【００２９】
なお前記圧力センサ素子１０は、厚み約０．２５ｍ（ダイヤフラム１ａの厚みは約１０μｍ）のウエハ１と、厚み約０．５０の台座２とから構成される。
プリント基板２０は、ポリイミド／接着剤／銅＝２５μｍ／１２．５μｍ／１８μｍ厚のＣＬＬ基材と、ポリイミド／接着剤＝２５μｍ／２５μｍ厚のＣＬ基材から構成され、回路形成及び絶縁形成されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を用いた。またこのプリント基板２０に、ポリイミド／接着剤＝７５μｍ／２０μｍ厚の補強板８を張り付け、金型で打ち抜いてφ２ｍｍの圧力導入孔９（貫通孔）を形成した。
【００３０】
またこの実施例では、中央部分に開口７ａを有するＡＣＦを使用し、この開口１ａの中央に圧力導入孔９が配置されるようＡＣＦをプリント基板２０表面に被覆するとともに、前記開口７ａにウエハ１のダイヤフラム１ａが配置されるように圧力センサ素子１０を実装した。
【００３１】
このように、この実施例による絶対圧タイプ圧力センサモジュールによれば、圧力センサ素子１０のウエハ表面のパッド３上にバンプ４を形成するともに、ウエハ表面をプリント基板２０に対向させて圧力センサ素子１０を実装し、前記バンプを介して圧力センサ素子１０の電極とプリント基板２０の回路６とを電気的に接続するため、従来技術の絶対圧タイプ圧力センサモジュール１００のようにボンディングワイヤ１０４のためのスペースが必要なく、全体として小型化を図ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による絶対圧タイプ圧力センサモジュールは、基材裏面に補強板が積層され、前記基材と補強板とを貫通する圧力導入孔を備えたプリント基板に、圧力センサ素子のウエハ表面を対向させて実装した絶対圧タイプ圧力センサモジュールであって、圧力を感知するダイヤフラムと前記ダイヤフラムからの配線と計算回路および電極を持つＩＣ部を有するウエハを備えた圧力センサ素子において、前記ウエハ表面の電極上に形成したパッドの表面にバンプを形成し、前記圧力センサ素子のウエハ表面をプリント基板に対向させるとともに、圧力センサ素子とプリント基板の間に実装材料を介在させて、圧力センサ素子をプリント基板に実装したものであり、圧力センサ素子がウエア表面に形成したバンプを介してＦ／Ｃ実装されるため、従来技術による絶対圧タイプ圧力センサモジュールのようにボンディングワイヤを使用することなく、モジュール全体としての小型化を図ることができる。
【００３３】
また、圧力センサ素子とプリント基板の間に実装材料を介在させ、圧力センサ素子とプリント基板の接着を図るとともに、圧力センサ素子（ダイヤフラム）とプリント基板との間に空間を形成し、この空間内に圧力導入孔を介して外部雰囲気中の圧力を導入する。このためカバーケースを設けることなくダイヤフラム１ａやＩＣ部１ｂの保護を図ることができ、カバーケースの体積が減り（少スペース化）、またコストダウンすることができる。
さらに基材裏面に補強板を積層したプリント基板に圧力センサ素子を実装するため、可撓性の基材の表面に回路を形成したフレキシブルプリント基板を使用しても、基材のふらつき（撓み）が防止され、ダイヤフラムやＩＣ部を傷つける虞がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例による絶対圧タイプ圧力センサモジュールの説明図。
【図２】この発明の実施例による圧力センサ素子の説明図。
【図３】この発明の実施例によるプリント基板の説明図。
【図４】従来技術による絶対圧タイプ圧力センサモジュールの説明図。
【符号の説明】
１ウエハ
１ａダイヤフラム
１ｂＩＣ部
１ｃ凹部
２台座
３パッド
４バンプ
５基材
５ａ貫通孔
６回路
７実装材料、ＡＣＦ
７ａ開口
７ｂ窓
８補強板
８ａ貫通孔
９圧力導入孔
１０圧力センサ素子
２０プリント基板

Claims

基材裏面に補強板（８）が積層され、前記基材（５）と補強板（８）とを貫通する圧力導入孔（９）を備えたプリント基板（２０）に、圧力センサ素子（１０）のウエハ表面を対向させて実装する絶対圧タイプ圧力センサモジュールであって、
圧力を感知するダイヤフラム（１ａ）と前記ダイヤフラム（１ａ）からの配線と計算回路および電極を持つＩＣ部（１ｂ）を有するウエハ（１）を備えた圧力センサ素子（１０）において、前記ウエハ（１）表面の電極上に形成したパッド（３）の表面にバンプ（４）を形成し、
前記圧力センサ素子（１０）のウエハ表面をプリント基板（２０）に対向させるとともに、圧力センサ素子（１０）とプリント基板（２０）の間に実装材料（７）を介在させて、圧力センサ素子（１０）をプリント基板（２０）に実装したことを特徴とする絶対圧タイプ圧力センサモジュール。
実装材料（７）には、プリント基板（２０）とダイヤフラム（１ａ）との間に空間を形成するための開口（７ａ）と、ウエハ表面のバンプ（４）とプリント基板（２０）の回路（６）との接着を図るための窓（７ｂ）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の絶対圧タイプ圧力センサモジュール。
実装材料（７）が絶縁体であることを特徴とする請求項１または２に記載の絶対圧タイプ圧力センサモジュール。