JPH0344977A - 感温センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、気体や液体の温度感知用の感温センサに関
する。

〔従来の技術〕

空気等の気体や水等の液体（被検体）の温度を感知測定
する感温センサとして、従来、様々なものが用いられて
いるが、中でも、抵抗式感温センサ、熱電対式感温セン
サ、熱電堆（サーモパイル）式感温センサ等が、感温信
号を電気信号のかたちで取り出せ利用し易いため、広く
実用されている。これらは、通常、バルク状感温体（例
えば、金ＭＩＩ線）が保護管、金属シース内に納められ
た構成となっている。抵抗式感温センサには、円筒、円
板状の半導体粉末焼結体からなるサーミスタを感温体と
しているものもある。

しかしながら、従来の感温センサは、比較的大型である
ためセンサ自体の熱容量が大きく応答性が十分でない。

感温部が被検体に直に接しないタイプの感温センサは、
熱応答性が特に不十分である。金属細線が被検体に直に
接触するタイプの感温センサは、熱応答性の方は比較的
ましであるが、感温体である金属細線の断線や特性劣化
が起こりやすく信頼性が十分でない。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、熱応答性を改善すべ（、第３図に示すような感
温センサが提案されている。

この感温センサは、基体４１に厚みの薄い部分Ａ′を有
し同厚みの薄い部分Ａ′表面に感温薄膜体３３が形成さ
れてなるセンサ本体部３１が実装基板３２上に設けられ
てなる構成をとっている。

この場合、絶縁膜４１ａの一部が厚みの薄い部分Ａ′と
なっている。センサ本体部３１は、実装基板３２の凹部
４２の底に接着剤４３により固着されている。感温薄膜
体３３は、もちろん薄膜からなり、感温抵抗体や薄膜熱
電対、熱電堆構成のものが例示される。

感温薄膜体３３からの信号は実装基板３２に送られる。

従って、センサ本体部３１と実装基板３２の間に電気的
接続が必要である。この感温センサの場合、センサ本体
部１の引出用端子部３３ａと実装基板３２表面の接続用
端子部３４の間を金属細線４４で接続すること（ワイヤ
ボンディング）によりセンサ本体部３１・実装基板３２
間の電気的接続をとるようにしている。

この感温センサでは、感温薄膜体３３を用いるためセン
サ本体３１自体が超小型化され、しかも、感温部がセン
サ本体部３１の薄い部分Ａ′と感温薄膜体３３で事実上
成り立っていて、感温部全体としての厚みが極く薄くて
熱容量が非常に小さく、そのため、熱応答性が著しく改
善される。

しかしながら、この感温センサは信頼性が十分でない。

センサ本体部３１における金属細線４４ボンデイングま
わりが直に被検体に曝され損傷しやすいからである。金
属細線４４固着部分を保護膜で覆うようにすればよいの
であるが、上記のようにセンサ本体部３１が超小型であ
るため、ボンディング部分を選択的に覆う保護膜形成は
容易でない。

この発明は、このような事情に鑑み、熱応答性に優れ、
しかも、耐環境性に優れ信頼性が高い感温センサを提供
することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、この発明の感温センサは、基
体に厚みの薄い部分を有し同厚みの薄い部分表面に感温
薄膜体が形成されてなるセンサ本体部が、実装基板上に
、その感温薄膜体形成面が実装基板に対面するようにし
て配置され、前記実装基板とセンサ部本体との間の電気
的接続がワイヤレスボンディングによりなされていると
ともに、このワイヤレスボンディング部分と前記感温薄
膜体形底部分とを外部から封じるように前記センサ本体
部・実装基板の間で封止材による封止が施されてなる。

センサ本体部は熱応答性を向上させるべく極めて小型化
される。バルク状の感温体でなく感温薄膜体で温度感知
を行う構成であるため、超小型化が可能である。

実装基板はこのような超小型のセンサ本体部を保持する
働きと、センサ本体部に対して電気的入出力を行う働き
をする。この実装基板としては、センサ本体部からの信
号を、センサ外部の電子回路などに繋ぐ中１１！機能を
もつだけの構成の他、センサ本体部からの信号を処理す
る電子回路をも備えている構成のものが用いられる。実
装基板自体は、通常、エポキシ樹脂等の合成樹脂やアル
主す等のセラミックスで作られている。

感温薄膜体としては、薄膜タイプの感温抵抗体や薄膜タ
イプの熱電対、薄膜タイプの熱電堆構成が例示されるが
、これらに限らない。厚みの薄い部分は、例えば、酸化
シリコン膜や窒化シリコン膜等の絶縁膜からなり、この
上に感温薄膜体が形成れている。

ワイヤレスボンディングは、いわゆるバンプ方式やダイ
レクトボンディング方式等によりなされる。

この発明の感温センサは、感温薄膜体が直に被検体に接
しないため、空気等の気体に限らず、水等の液体の温度
を感知することもできる。また、この発明の感温センサ
は、湿度や風速を気体温度感知により測る方式の湿度感
知器や風速感知器における感温センサとしても使える。

〔作　　　用〕

この発明にかかる感温センサは、非常に熱応答性がよい
。これは、感温薄膜体３を用いておりセンサ本体部１が
超小型化できるのに加え、第１図にみるように、基体１
１の薄い部分Ａと感温薄膜体３で感温部が戒り立ってい
て、感温部全体としての厚みが極く薄くて、感温部の熱
容量が極めて小さいからである。センサ本体部が従来と
は逆の裏返しで実装基板２に固定されていて、被検体が
感温薄膜体３形成面の裏側に接するようになるが、感温
薄膜体３による温度感知動作には何ら支障はない。これ
は、上にみたように、感温部の厚みが極く薄いため、被
検体の接する面が逆であっても、熱の遺り取りに実質的
な変化がないからである。

しかも、この感温センサは耐環境性に優れ信頼性が高い
。これは、感温薄膜体３部分およびワイヤレスボンディ
ング部分が外部から封じられていて、環境の影響を殆ど
受けないからである。センサ本体部ｌを従来とは反対の
裏返しの状態で実装基板に配置しているが、実装基板と
センサ部本体との電気的接続をワイヤレスボンディング
で簡単かつ確実にとることができる。

〔実　施　例〕

続いて、この発明にかかる感温センサの一実施例を説明
する。

第１図は、この発明の感温センサの一実施例の要部構成
をあられす。

感温センサでは、センサ本体部１が実装基板２上に搭載
されてなる構成になっている。実装基板２−側に設けら
れた段２２付の凹部２１のうちにセンサ本体部１が固定
されている。

センサ本体部１は、その基体１１に厚みの薄い部分Ａを
有し同厚みの薄い部分Ａ表面に感温薄膜体３が形成され
てなり、感温薄膜体３形成面が実装基板２に対面するよ
うにして配置されている。

センサ本体部１の基体１１はシリコン板１１ａの一側に
絶縁膜１１ｂが積層され、シリコン板１１ａの他側から
底に絶縁膜１１ｂが残るように形成された掘り込みｌｌ
ｃが設けられている。掘り込み１１Ｃの底のダイヤフラ
ム状の絶縁膜部分が厚みの薄い部分Ａである。したがっ
て、厚みの薄い部分Ａは、そのまま絶縁基材層にもなっ
ており、ここに感温薄膜体３が形成されている。

一方、実装基板２とセンサ部本体１との間の電気的接続
は、いわゆるバンブ６を使ったワイヤレスボンディング
によりなされている。そして、ワイヤレスボンディング
部分と前記感温薄膜体３形成部分を外部から封じるよう
に前記センサ本体部１・実装基板２の間で封止材による
封止部８が施されていて、感温薄膜体３が密封空間Ｓに
臨むようになっている。

なお、第２図に示す他の実施例のように、感温薄膜体３
および引出用端子部（バ°ンブ形底領域を除く）３ａに
バンシベーション（Ｓｉｎｓ）膜２５が積層されていた
り、封止材がワイヤレスボンディング部分の先まで送り
こまれ、封止部８中にワイヤレスボンディング部分が埋
め込まれていたり、という構成であってもよい。

なお、この発明の感温センサは、上記例示の構成に限ら
ない。例えば、実装基板の凹部の外側でセンサ本体部と
実装基板がワイヤレスボンディングされるようであって
もよい。さらに、実装基板に凹部の全くないフラットな
ものを用い、センサ本体部がバンプの厚み分だけ浮いた
ようにして配置搭載されていて、センサ本体部周囲に封
止部が設けられてなる構成であってもよい。

センサ本体部も、厚みの厚い部分にもうひとつ感温薄膜
体を形成し、それぞれの感温薄膜体の信号差から急激な
温度変化の感知ができる使い方の可能なものであっても
よい。この場合、ヒートシンクも実装基板に組み付ける
ようにする。例えば、実装基板に孔が明いていて、この
孔を通して組み付けられたヒートシンクをセンサ本体部
に接触させるようにするのである。

続いて、上記感温センサの製造例について説明する。

基体１１を先ず作製する。（１００）面を表面にもつシ
リコン板１１ａを用い、その−側に厚み約５０００人の
窒化シリコンからなる絶縁膜１１ｂを形成した後、シリ
コン板１１ｂの他側から異方性エツチングにより絶縁膜
１１ｂの下側に達する掘り込み１１ｃ形戒する。そうす
ると、シリコン板１１ａと絶縁膜１１ｂの二層部分（厚
みの厚い部分）とダイアフラム状絶縁膜１１ｂのみの一
層部分（厚みの薄い部分）とを有する基体１１が得られ
る。

つぎに、得られた基体１１の絶縁膜１１ｂ全面に厚み約
２０００人の白金の薄膜を、例えばスパンタリング法を
使って蒸着形威し、フォトリソグラフィ法を用いパター
ンニングして、感温薄膜体３および引出用端子部３ａを
形成し、さらに、引出用端子部３ａに電気的接続をとる
ための金のバンブ６をフォトリソグラフィ法を用いて形
成してセンサ本体部１とする。なお、第２図の実施例の
場合には、パンシベーション膜２５も積層するようにす
ることはいうまでもない。

一方、実装基板２として、第１図にみるように、段２２
付の凹部２１および段２２面上の接続用端子部４をもつ
配線用金パターンのあるものを別途に作成しておく。こ
の場合、段２２の深さが基体１１の厚みにほぼ等しくな
るようにしておく。

こうすると、センサ本体部ｌを凹部２１に入れた状態で
基体１１と実装基板２が面一となる。

つぎに、センサ本体部１の感温薄膜体３形成面を実装基
板２表面に対面するようにして凹部２１に入れ、熱圧着
によりバンブ６を接続用端子部４に接着させる。

なお、上記製造例ではバンブ６を引出用端子部３ａに形
成したが、バンブ６は接続用端子部４の方に形成しても
よい。

最後に、第１図あるいは第２図にみるように、センサ本
体部１の側面と実装基板２の凹部２１の側面の隙間に樹
脂等の封止材を充填し封止部８を形成すれば、感温セン
サが完成する。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明の感温センサは、感温部
の熱容量が非常に小さいため、熱応答性に優れ、しかも
、感温部部分およびワイヤレスボンディング部分が外部
から完全に隔離され感温部が劣化や電気的接続の破損が
起こらないため、耐環境性が十分で信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ、この発明にかかる感
温センサの要部構成をあられす概略断面図、第３図は、
従来の感温センサの要部構成をあられす概略断面図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １基体に厚みの薄い部分を有し同厚みの薄い部分表面に
   感温薄膜体が形成されてなるセンサ本体部が、実装基板
   上に、その感温薄膜体形成面が実装基板に対面するよう
   にして配置され、前記実装基板とセンサ部本体との間の
   電気的接続がワイヤレスボンディングによりなされてい
   るとともに、このワイヤレスボンディング部分と前記感
   温薄膜体形成部分とを外部から封じるように前記センサ
   本体部・実装基板の間で封止材による封止がなされてい
   る感温センサ。