JP2015090318A - 半導体圧力センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に枠部品を接着剤で固定した構造において、接着剤が電子部品に付着することを防止することができる構造を備えた半導体圧力センサ装置を提供する。
【解決手段】回路基板２０は、一面２１のうちスリーブ５０の第１開口端５２に対応する領域が一面２１から当該一面２１に垂直な方向に突出すると共にスリーブ５０の第１開口端５２が接着剤７０を介して固定された段差２５を有している。この段差２５は、一面２１に平行な面方向において、スリーブ５０のうち中空部５１を構成する内壁面５６から突出したオフセット領域２６を有している。さらに、スリーブ５０の内壁面５６は、当該スリーブ５０のうち第１開口端５２側の開口サイズが当該第１開口端５２とは反対側の第２開口端５４側の開口サイズよりも小さくなるようにテーパ状に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧力媒体の圧力を検出するためのセンサチップを備えた半導体圧力センサ装置に関する。

従来より、圧力を検出するように構成されたセンサチップと、センサチップを収容するケースと、を備えた半導体圧力センサ装置が、例えば特許文献１で提案されている。この半導体圧力センサ装置では、ケースに凹部が形成されていると共に、凹部内にセンサチップが配置されている。

また、センサチップはケースの凹部内に設けられた電気接続部に対してボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。電気接続部は別の回路基板に実装された実装部品に電気的に接続されている。さらに、ケースの凹部内には保護部材が充填されている。これにより、センサチップ、ボンディングワイヤ、及び電気接続部が保護部材によって被覆保護されている。

特開２００４−２５１７４１号公報

しかしながら、上記従来の技術では、センサチップとは異なる実装部品をケースの凹部に実装することは困難であるので、実装部品はケースではなく回路基板に実装されている。このため、従来では、センサチップを保護部材で被覆保護する構造において、ケースの凹部に実装されたセンサチップと他の実装部品とを集積化することはできなかった。

そこで、センサチップが実装された回路基板と、中空筒状の枠部品と、を備えた構造が考えられる。この構造では、枠部品の中空部分にセンサチップが配置された状態で接着剤を介して回路基板の一面に固定される。これにより、回路基板において、枠部品の中空部に対応した区画領域と、実装部品が実装された実装領域と、が分離される。これによると、区画領域にセンサチップを配置して保護部材で保護できる一方、実装領域に実装部品を実装することができる。したがって、センサチップと他の実装部品とを回路基板に集積化することができる。

しかし、回路基板の一面と枠部品との間の接着剤が枠部品の中空部分に流れ出てしまい、センサチップ等の電子部品に付着する可能性がある。

本発明は上記点に鑑み、回路基板に枠部品を接着剤で固定した構造において、接着剤が電子部品に付着することを防止することができる構造を備えた半導体圧力センサ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（２１）及びこの一面（２１）の反対側の他面（２２）を有し、圧力媒体の圧力を検出するセンサチップ（３０）が一面（２１）に実装されていると共に、センサチップ（３０）とは別の実装部品（２３、４０）が一面（２１）及び他面（２２）のうちのいずれかに実装された回路基板（２０）を備えている。

また、中空部（５１）を有する中空筒状であって、当該中空部（５１）にセンサチップ（３０）が配置された枠部品（５０）を備えている。さらに、枠部品（５０）の中空部（５１）にセンサチップ（３０）が配置された状態で、枠部品（５０）のうち回路基板（２０）の一面（２１）側の第１開口端（５２）と回路基板（２０）とを接着する接着剤（７０）を備えている。

そして、回路基板（２０）は、一面（２１）のうち枠部品（５０）の第１開口端（５２）に対応する領域が一面（２１）から当該一面（２１）に垂直な方向に突出すると共に枠部品（５０）の第１開口端（５２）が接着剤（７０）を介して固定された段差（２５）を有している。

また、段差（２５）は、一面（２１）に平行な面方向において、枠部品（５０）のうち中空部（５１）を構成する内壁面（５６）から突出したオフセット領域（２６）を有している。

さらに、枠部品（５０）の内壁面（５６）は、当該枠部品（５０）のうち第１開口端（５２）側の開口サイズが当該第１開口端（５２）とは反対側の第２開口端（５４）側の開口サイズよりも小さくなるようにテーパ状に形成されていることを特徴とする。

これによると、枠部品（５０）の内壁面（５６）がテーパ状になっているので、接着剤（７０）が表面張力によってテーパ状の内壁面（５６）を第２開口端（５４）側に這い上がる。このため、接着剤（７０）が回路基板（２０）の段差（２５）と枠部品（５０）の第１開口端（５２）との間から枠部品（５０）の中空部（５１）側に流れ出たとしても、中空部（５１）に位置するセンサチップ（３０）等の電子部品に付着することを防止することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサ装置の全体断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサ装置の一部断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体圧力センサ装置の一部断面図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体圧力センサ装置の一部断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る半導体圧力センサ装置は、測定対象となる圧力媒体の圧力を検出するように構成されている。図１に示されるように、半導体圧力センサ装置１０は、回路基板２０、センサチップ３０、回路チップ４０、スリーブ５０、ビーズ６０、接着剤７０、及び保護ゲル８０を備えている。

回路基板２０は、一面２１及びこの一面２１の反対側の他面２２を有している。回路基板２０は、図示しないＡｕ等のパッドや配線パターンが形成された積層基板である。本実施形態では、回路基板２０としてセラミック基板が複数積層されたセラミック多層基板が採用される。なお、回路基板２０としてプリント基板を用いても良い。

回路基板２０の他面２２には、センサチップ３０とは別の実装部品２３が実装されている。実装部品２３として、ＩＣ、マイクロコンピュータのチップ、受動部品等が実装されている。受動部品は例えばセラミックチップ抵抗やセラミック積層コンデンサ等である。

センサチップ３０は、ガラス等の台座３１を介して回路基板２０の一面２１に実装されている。センサチップ３０は、圧力媒体の圧力を検出する圧力センサとして構成されており、シリコン基板等の半導体基板に形成されている。

具体的には、半導体基板の一部がエッチングされて図示しない凹部が形成されており、これにより半導体基板の一部が肉薄状のダイヤフラムとして構成されている。このダイヤフラムに複数のゲージ抵抗がホイートストンブリッジ回路を構成するように形成されている。これにより、各ゲージ抵抗が、ピエゾ抵抗効果を利用して、ダイヤフラムに印加された圧力を検出してその圧力に応じた電気信号を出力するようになっている。センサチップ３０は凹部の空間が真空室となるように接着剤で台座３１に固定されている。つまり、センサチップ３０は絶対圧を検出する。

回路チップ４０は、回路基板２０の一面２１に実装された実装部品２３の一つである。回路チップ４０は、センサチップ３０に対して駆動信号を出力することや、センサチップ３０から電気信号を入力し、演算・増幅処理して外部へ出力すること等の機能を有する制御回路等が形成されている。

センサチップ３０のパッドと回路チップ４０のパッドとはボンディングワイヤ３２を介して電気的に接続されている。回路チップ４０のパッドと回路基板２０のパッドとはボンディングワイヤ４１を介して電気的に接続されている。

スリーブ５０は、センサチップ３０及び回路チップ４０を保護ゲル８０で被覆するための枠部品である。スリーブ５０は、中空部５１を有する中空筒状をなしており、樹脂等の材料で形成されている。スリーブ５０は、筒の両端が開口している。このようなスリーブ５０は、当該スリーブ５０のうち回路基板２０の一面２１側の第１開口端５２が回路基板２０に固定されている。これにより、スリーブ５０の中空部５１にはセンサチップ３０が配置されている。

また、スリーブ５０は、第１開口端５２に、回路基板２０の側面２４に対向すると共に当該スリーブ５０を回路基板２０の所定の位置に固定する位置合わせ部５３を有している。言い換えると、スリーブ５０の第１開口端５２のうちスリーブ５０の外壁面側に突起が形成されており、当該突起と第１開口端５２とによって構成された窪みに回路基板２０が嵌め込まれる形態になっている。この位置合わせ部５３によってスリーブ５０を回路基板２０の所定の位置に容易に位置合わせすることができる。なお、位置合わせ部５３は、スリーブ５０の第１開口端５２を一周するように設けられていても良いし、断続的に設けられていても良い。

さらに、スリーブ５０は、当該スリーブ５０のうち回路基板２０の一面２１側とは反対側の第２開口端５４に溝部５５を有している。特に、溝部５５は、スリーブ５０のうちの中空部５１側に形成されている。この溝部５５は、スリーブ５０の中空部５１に設けられた保護ゲル８０の這い上がりを防止する役割を果たす。すなわち、溝部５５に保護ゲル８０が入り込むので、スリーブ５０から保護ゲル８０が流れ出てしまうことを抑制することができる。

ビーズ６０は、スリーブ５０のうち第１開口端５２と回路基板２０の一面２１との間に配置された部品である。すなわち、ビーズ６０は、スリーブ５０の第１開口端５２と回路基板２０の一面２１との距離を一定に保つ役割を果たすものである。ビーズ６０は、例えば樹脂等で形成されている。

接着剤７０は、スリーブ５０を回路基板２０に固定する役割を果たすものである。本実施形態では、接着剤７０は、スリーブ５０の中空部５１にセンサチップ３０が配置された状態で、スリーブ５０のうち回路基板２０の一面２１側の第１開口端５２と回路基板２０の一面２１とを接着する。接着剤７０として、フッ素ゴムやシリコーンゴム等の弾性接着剤が採用される。

上述のように、ビーズ６０によって回路基板２０とスリーブ５０との距離が一定に保たれているので、接着剤７０の厚みが確保される。つまり、ビーズ６０は接着剤７０の厚みを一定に固定するものとして機能する。また、接着剤７０がスリーブ５０を回路基板２０に固定するので、スリーブ５０と回路基板２０とによって保護ゲル８０を保持することが可能となる。

保護ゲル８０は、センサチップ３０、ボンディングワイヤ３２、４１、ボンディングワイヤ３２、４１と図示しないパッドとの接続部を被覆保護する役割を果たすものである。保護ゲル８０は、スリーブ５０の中空部５１に配置されている。したがって、センサチップ３０は、外部から保護ゲル８０に印加した圧力媒体の圧力を保護ゲル８０を介してダイヤフラムで受圧することにより圧力検出を行うこととなる。

保護ゲル８０として、フッ素ゲル、シリコーンゲル、フロロシリコーンゲル等が採用される。保護ゲル８０により、ボンディングワイヤ３２、４１に対する物理的なダメージの防止、各パッドの腐食防止、異物の混入防止を図ることができる。

上記の半導体圧力センサ装置１０の構成において、さらに図２に示されるように、回路基板２０は当該回路基板２０の一面２１に段差２５を有している。段差２５は、回路基板２０の一面２１のうちスリーブ５０の第１開口端５２に対応する領域が一面２１から当該一面２１に垂直な方向に突出した部分である。段差２５の表面は回路基板２０の一面２１の一部である。本実施形態では、段差２５は二段になっている。

そして、スリーブ５０の第１開口端５２が段差２５に接着剤７０を介して固定されると、段差２５の一部がスリーブ５０のうち中空部５１を構成する内壁面５６から突出する。すなわち、段差２５は、回路基板２０の一面２１に平行な面方向において、スリーブ５０の内壁面５６から突出したオフセット領域２６を有している。回路基板２０の一面２１に垂直な方向に当該一面２１側を見たとき、段差２５のうちオフセット領域２６はスリーブ５０に覆われていない領域である。

さらに、スリーブ５０の内壁面５６は、当該スリーブ５０のうち第１開口端５２側の開口サイズが当該第１開口端５２とは反対側の第２開口端５４側の開口サイズよりも小さくなるようにテーパ状に形成されている。「スリーブ５０のうち第１開口端５２側の開口サイズ」とは、少なくとも、内壁面５６のうち溝部５５を構成する部分の開口サイズである。また、「スリーブ５０の第２開口端５４側の開口サイズ」とは、内壁面５６のうち最も第２開口端５４側の開口サイズである。

上記の構成の半導体圧力センサ装置１０は次のように製造する。まず、一面２１に段差２５が設けられた回路基板２０を用意する。そして、回路基板２０の一面２１に回路チップ４０を実装する。また、回路基板２０の一面２１に台座３１を介してセンサチップ３０を実装する。一方、回路基板２０の他面２２に他の実装部品２３を実装する。続いて、ボンディングワイヤ３２、４１の接続が必要な箇所にワイヤボンディングを行う。

この後、スリーブ５０を用意し、ビーズ６０を介して接着剤７０で回路基板２０の一面２１すなわち段差２５にスリーブ５０を固定する。ビーズ６０は予め接着剤７０に混入させておく。最後に、スリーブ５０の中空部５１に保護ゲル８０をポッティングする。こうして、図１及び図２に示された半導体圧力センサ装置１０が完成する。

上記のように、スリーブ５０が接着剤７０によって回路基板２０の段差２５に固定されると、接着剤７０のうち余分な部分が回路基板２０の段差２５とスリーブ５０の第１開口端５２との間から段差２５のオフセット領域２６ににじみ出る。しかしながら、この接着剤７０は表面張力によってテーパ状の内壁面５６を第２開口端５４側に這い上がっていく。このため、接着剤７０のうち余分な部分はスリーブ５０の内壁面５６に付着するので、回路基板２０の段差２５を下って一面２１のうちセンサチップ３０側に流れ出てしまうことはない。

このように、接着剤７０の余分な部分をスリーブ５０の内壁面５６で保持することができるので、接着剤７０の余分な部分がスリーブ５０の中空部５１に位置するセンサチップ３０等の電子部品やパッド等の配線パターンに付着することを防止することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、スリーブ５０が特許請求の範囲の「枠部品」に対応する。また、回路チップ４０が特許請求の範囲の「実装部品」に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。まず、本実施形態では、スリーブ５０の第１開口端５２と回路基板２０の段差２５とを接着する接着剤７０を第１接着剤７０と定義する。

そして、図３に示されるように、本実施形態では、段差２５は、オフセット領域２６のうち回路基板２０の一面２１の中央部側に設けられた第２接着剤７１を有している。第２接着剤７１は、オフセット領域２６に染み出した第１接着剤７０が段差２５を下ってセンサチップ３０側に流れてしまうことを阻止するための堤防手段である。第２接着剤７１は、例えば第１接着剤７０と同じ材料のものである。

第２接着剤７１は、回路基板２０にスリーブ５０が固定される前に、回路基板２０の段差２５のうちオフセット領域２６に対応した位置に塗布される。なお、第２接着剤７１は予め仮硬化しておくことが好ましい。

このように、段差２５のオフセット領域２６に第２接着剤７１が設けられているので、回路基板２０の段差２５に第１接着剤７０を介してスリーブ５０を固定したとき、第２接着剤７１によってセンサチップ３０側への第１接着剤７０の移動が規制される。このため、第１接着剤７０が段差２５を下ってセンサチップ３０側に流れ出ることを防止すると共に、第１接着剤７０がセンサチップ３０に付着することを確実に防止することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第２接着剤７１が特許請求の範囲の「堤防手段」に対応する。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、本実施形態では、回路基板２０は、段差２５のうちオフセット領域２６の一部が一面２１に垂直な方向に突出した突出部２７を有している。突出部２７は、積層された複数のセラミック基板の最上層がパターニングされたものである。

このような構成によると、回路基板２０には接着剤７０の染み出しを防止するための突出部２７が予め設けられているので、堤防手段として機能する別の部品をオフセット領域２６に組み付ける必要がないというメリットがある。以上のように、回路基板２０の一部である突出部２７によって接着剤７０が段差２５を下ってセンサチップ３０側に流れてしまうことを阻止することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、突出部２７が特許請求の範囲の「堤防手段」に対応する。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図５に示されるように、スリーブ５０の内壁面５６は、当該内壁面５６が凹凸状となる表面処理が施されている。スリーブ５０の内壁面５６に対する表面処理は、内壁面５６のうち少なくとも回路基板２０側に対して施されている。本実施形態では、スリーブ５０の内壁面５６の全体に表面処理が施されている。

表面処理は、例えばスリーブ５０の内壁面５６に対してプラズマ照射、ＵＶ照射、しぼ加工等を行う処理である。スリーブ５０の内壁面５６を紙やすり等で擦る等の処理でも良い。すなわち、表面処理とは、内壁面５６を粗くする処理であると言える。

これによると、接着剤７０が凹凸状の内壁面５６を這い上がりやすくなるようにすることができる。特に、表面処理としてプラズマ照射やＵＶ照射を行うことにより、スリーブ５０の内壁面５６を凹凸状にすることができると共に、内壁面５６の汚れを取り除くことができるというメリットがある。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された半導体圧力センサ装置１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、センサチップ３０を覆う保護ゲル８０はスリーブ５０の中空部５１に設けられていなくても良いし、スリーブ５に溝部５５が設けられていなくても良い。

また、実装部品２３は回路チップ４０の他面２２のみに実装されていても良い。段差２５は少なくとも一段で構成されていれば良く、三段以上で構成されていても良い。接着剤７０（第１接着剤７０）にビーズ６０が混入していなくても良い。

第１実施形態では、スリーブ５０の内壁面５６の全体がテーパ状に形成されていたが、テーパ部分はスリーブ５０の内壁面５６のうち第２開口端５４側の一部に設けられている構造でも良い。また、テーパ部分は内壁面５６のうち段差２５からの接着剤７０の染み出しを防止したい部分に設けられていれば良い。

第２、第３実施形態では、第２接着剤７１や突出部２７が堤防手段として段差２５のオフセット領域２６に設けられていたが、これらは一例である。したがって、堤防手段として別部品を段差２５のオフセット領域２６に設けても良い。また、堤防手段は、少なくとも段差２５からセンサチップ３０側への接着剤７０の染み出しを防止したい部分に設けられていれば良い。

第４実施形態で示された表面処理を、第２、第３実施形態に係るスリーブ５０の内壁面５６に施しても良い。これにより、堤防手段が設けられた構成において、内壁面５６における接着剤７０（第１接着剤７０）の這い上がりをさらに向上することができる。

２０ 回路基板
２１ 一面
２５ 段差
２６ オフセット領域
５０ スリーブ（枠部品）
５１ 中空部
５２ 第１開口端
５４ 第２開口端
５６ 内壁面
７０ 接着剤

Claims (5)

1. 一面（２１）及びこの一面（２１）の反対側の他面（２２）を有し、圧力媒体の圧力を検出するセンサチップ（３０）が前記一面（２１）に実装されていると共に、前記センサチップ（３０）とは別の実装部品（２３、４０）が前記一面（２１）及び前記他面（２２）のうちのいずれかに実装された回路基板（２０）と、
   中空部（５１）を有する中空筒状であって、当該中空部（５１）に前記センサチップ（３０）が配置された枠部品（５０）と、
   前記枠部品（５０）の中空部（５１）に前記センサチップ（３０）が配置された状態で、前記枠部品（５０）のうち前記回路基板（２０）の一面（２１）側の第１開口端（５２）と前記回路基板（２０）とを接着する接着剤（７０）と、
   を備え、
   前記回路基板（２０）は、前記一面（２１）のうち前記枠部品（５０）の第１開口端（５２）に対応する領域が前記一面（２１）から当該一面（２１）に垂直な方向に突出すると共に前記枠部品（５０）の第１開口端（５２）が前記接着剤（７０）を介して固定された段差（２５）を有し、
   前記段差（２５）は、前記一面（２１）に平行な面方向において、前記枠部品（５０）のうち前記中空部（５１）を構成する内壁面（５６）から突出したオフセット領域（２６）を有し、
   前記枠部品（５０）の内壁面（５６）は、当該枠部品（５０）のうち前記第１開口端（５２）側の開口サイズが当該第１開口端（５２）とは反対側の第２開口端（５４）側の開口サイズよりも小さくなるようにテーパ状に形成されていることを特徴とする半導体圧力センサ装置。
2. 前記段差（２５）は、前記オフセット領域（２６）に設けられた堤防手段（２７、７１）を有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。
3. 前記枠部品（５０）の第１開口端（５２）と前記回路基板（２０）の段差（２５）とを接着する前記接着剤（７０）を第１接着剤（７０）とすると、
   前記堤防手段は、前記オフセット領域（２６）に設けられた第２接着剤（７１）であることを特徴とする請求項２に記載の半導体圧力センサ装置。
4. 前記堤防手段は、前記段差（２５）のうち前記オフセット領域（２６）の一部が前記一面（２１）に垂直な方向に突出した突出部（２７）であることを特徴とする請求項２に記載の半導体圧力センサ装置。
5. 前記内壁面（５６）は、当該内壁面（５６）が凹凸状となる表面処理が施されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体圧力センサ装置。

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