JPH06235670A - 半導体圧力センサモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 組み立て時の部品点数が少なく、量産化が容
易であり、製品コストの低減及び装置の小型化が可能な
半導体圧力センサモジュールを提供する。 【構成】 ハウジングは、上部ハウジング１及び下部ハ
ウジング２を組み合わせて構成されており、その内面に
は回路パターン１ａ，２ａが形成されている。半導体チ
ップ６及びガラス台座５により構成されるセンサチップ
は、下部ハウジング２の内側中央部に設けられた凹部に
配設され、半導体チップ６の表面に設けられた感歪素子
はワイヤ７を介して回路パターン２ａに電気的に接続さ
れている。下部ハウジング２には、ガラス台座５の孔に
整合する位置に圧力導入孔２ｃが設けられている。ま
た、コネクタ４は、下部ハウジング２と一体的に形成さ
れており、このコネクタ４の端子３は回路パターン２ａ
に電気的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、家電用エアコン、掃除
機及び給湯器等において圧力の測定に使用される半導体
圧力センサモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の半導体圧力センサモジュー
ルの一例を示す断面図である。

【０００３】ハウジングは、上部ハウジング５１及び下
部ハウジング５２を組み合わせて構成され、このハウジ
ング内（下部ハウジング５２側）には圧力センサ５０及
びコネクタ（受け側コネクタ）５４等が実装された回路
基板５５が固定されている。コネクタ５４は、ハウジン
グ外側に導出しており、このコネクタ５４と対をなすコ
ネクタ（差し込み側コネクタ）と接続されるようになっ
ている。

【０００４】圧力センサ５０は、半導体チップ６及びこ
の半導体チップ６を支持するガラス台座５からなるセン
サチップをステム５９ａ及びキャップ５９ｂにより構成
されるパッケージ内に収納したものである。図１０は、
センサチップを示す断面図である。半導体チップ６は単
結晶シリコンからなり、その中央部には、ウエハを薄肉
化することにより形成され弾力性を有するダイヤフラム
６ａが設けられている。なお、このダイヤフラム６ａの
表面にはピエゾ抵抗素子（感歪素子）が設けられてい
る。半導体チップ６は、その下面縁部がガラス台座５に
接合されて固定されている。また、ガラス台座５には、
ダイヤフラム６ａとガラス台座５とにより囲まれた空間
を外部と連絡するための孔５ａが設けられている。

【０００５】ガラス台座５はステム５９ａ上に接合さ
れ、ダイヤフラム６ａの表面に形成されたピエゾ抵抗素
子は、ワイヤ７を介してステム５９ａに立設された端子
６０に電気的に接続されている。また、ステム５９ａに
はガラス台座５の孔５ａに対応する孔が設けられてお
り、ステム５９ａの下方にはこの孔に連絡するパイプ５
８が設けられている。

【０００６】このように構成された圧力センサ５０は、
パイプ５８が回路基板５５に設けられた穴を挿通し、端
子６０が所定の回路パターンに半田付けされて回路基板
５５に実装されている。そして、端子６０は回路基板５
５に設けられた回路パターンを介してコネクタ５４の端
子５３に電気的に接続されている。

【０００７】また、圧力センサ５０のパイプ５８は、下
部ハウジング５２に設けられた圧力導入孔５２ｃと連結
されている。このパイプ５８と圧力導入孔５２ｃとの間
の連結部にはＯリング５６が配設されており、連結部に
おける気密性を保持するようになっている。なお、符号
５７はＯリング５６を固定するための固定部材である。

【０００８】このように構成された半導体圧力センサモ
ジュールにおいて、下部ハウジング５２に設けられた圧
力導入孔５２ｃを介して半導体チップ６に圧力が加えら
れると、ダイヤフラム６ａが変形し、このダイヤフラム
６ａの表面に設けられたピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化
する。このピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づく信号
は、回路基板５５に設けられたパターン配線及びコネク
タ５４を介して外部に伝達される。

【０００９】なお、ダイヤフラムの周囲に増幅器及び温
度補償回路等の電子回路が集積化されて設けられている
半導体チップもある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半導体圧力センサモジュールにおいては、部品
点数が多いため、組み立て工程が複雑であり、量産化が
難しく、製品コストの低減及び製品の小型化が困難であ
るという問題点がある。また、従来の半導体圧力センサ
モジュールは、Ｏリング５６により圧力導入孔５２ｃと
パイプ５８との連結部における気密性を保持するように
なっているが、この連結部において圧力媒体の漏れが発
生しやすく、測定すべき圧力がセンサチップに正確に伝
達されない虞れがあるという欠点もある。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、部品点数が少なく、量産化が容易であり、
製品の小型化及び製品コストの低減が容易であると共
に、ハウジングに設けられた圧力導入孔とセンサチップ
との間の気密性の保持が容易であり、信頼性が高い半導
体圧力センサモジュールを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体圧力
センサモジュールは、その内面に所定の回路パターンが
形成されたハウジングと、このハウジング内面に搭載さ
れたセンサチップと、前記ハウジングと一体的に形成さ
れたコネクタとを有することを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明に係る半導体圧力センサモジュールにお
いては、ハウジングの内面に回路パターンが形成されて
いると共に、センサチップがハウジング内面に直接搭載
されている。また、本発明に係る半導体圧力センサモジ
ュールにおいては、コネクタがハウジングと一体的に形
成されている。このため、本発明においては、従来必要
とされていた回路基板が不要であり、組み立て時の部品
点数を削減できる。従って、量産化が容易であり、製品
コストの低減を実現できると共に、製品の小型化が容易
である。また、センサチップがハウジングの内面に接合
されているため、センサチップとハウジングの圧力導入
孔との間を連絡するためのパイプ及びこのパイプと圧力
導入孔との連結部を気密的にシールするためのＯリング
等が不要であり、圧力媒体の漏れが発生する虞れが極め
て少なく、測定すべき圧力をセンサチップに正確に伝達
することができる。このため、本発明に係る半導体圧力
センサモジュールは、信頼性が高い。

【００１４】ところで、本発明においては、ハウジング
の内面に回路パターンを形成する必要上、ハウジング内
面は絶縁性であることが必要である。この場合に、ハウ
ジングに導電性材料からなる電磁シールド層を設けてハ
ウジング内の電気回路を外部と電磁的に遮断すると、ノ
イズの低減及び電磁障害の防止等の効果を得ることがで
きる。このため、前記ハウジングには導電性材料からな
る電磁シールド層を設けることが好ましい。なお、前記
電磁シールド層としては、例えば、前記ハウジングの外
面を金属等の導電性物質により構成し、このハウジング
外面を電磁シールド層としたものでもよい。

【００１５】また、例えばハウジング内のセンサチップ
搭載面と反対側の面側に圧力導入孔がある場合は、ハウ
ジング内に仕切りを設け、この仕切りにより前記回路パ
ターンが設けられている空間と前記センサチップが配設
されている空間とを気密的に仕切ることが好ましい。こ
れにより、ハウジング内のセンサチップ搭載面と反対側
の面側に圧力導入孔がある場合も、圧力導入孔とセンサ
チップとを連絡するパイプ等の連絡部材が不要となる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。

【００１７】図１は本発明の第１の実施例に係る半導体
圧力センサモジュールを示す断面図である。

【００１８】ハウジングは、上部ハウジング１及び下部
ハウジング２を組み合わせて構成されており、その内面
には導電性材料により所定の回路パターン１ａ，２ａが
形成されている。上部ハウジング１及び下部ハウジング
２の回路パターン１ａ，２ａは、接続部材９により電気
的に接続され所定の回路を構成している。

【００１９】半導体チップ６及びガラス台座５により構
成されたセンサチップ（図１０参照）は、下部ハウジン
グ２の内側中央部に設けられた凹部に、ガラス台座５の
孔が圧力導入孔２ｃに整合するようにして搭載されてい
る。そして、半導体チップ６の表面に設けられた感歪素
子は、ワイヤ７を介して回路パターン２ａに電気的に接
続されている。また、下部ハウジング２の側部にはこの
下部ハウジング２と一体的に形成されたコネクタ（受け
側コネクタ）４が設けられており、回路パターン２ａは
このコネクタ４の端子３に電気的に接続されている。な
お、コネクタ４の外周には、このコネクタ４に係合する
コネクタ（差し込み側コネクタ）を係止するための係止
用突起４ａが設けられている。

【００２０】図２（ａ），（ｂ）は、図１に一点鎖線で
囲んだ部分を拡大して示す図である。センサチップは、
図２（ａ）に示すように、下部ハウジング２の凹部底面
にスパッタ又は蒸着等の方法により金属薄膜８を形成し
この金属薄膜８に半田を使用して接合（ダイボンディン
グ）するか、又は、図２（ｂ）に示すように、シリコン
樹脂又はエポキシ樹脂等により接合する。

【００２１】本実施例においては、センサチップがハウ
ジング内面に直接接合され、感歪素子はワイヤ７を介し
て回路パターン２ａと電気的に接続されていると共に、
コネクタ４が下部ハウジング２と一体的に形成されてい
る。このため、本実施例においては、従来必要とされて
いた回路基板が不要である。また、下部ハウジング２に
センサチップを直接接合するため、ハウジングの圧力導
入孔とセンサチップとの間を連絡するパイプ等の連絡部
材及びＯリング等のシール部材が不要である。このた
め、本実施例に係る半導体圧力センサモジュールは、組
み立て時の部品点数が従来に比して少ない。例えば、図
９に示す従来の半導体圧力センサモジュールにおいて
は、組み立て時の部品点数が８点であるのに対し、本実
施例においては３点の部品で足りる。従って、装置の小
型化が容易であると共に、量産化が容易であり、製品コ
ストを低減することができる。また、製造に要する時間
が従来に比して短く、リードタイム（日程計画におい
て、早期に手配すべき先行期間）を短縮することができ
るという効果もある。更に、本実施例においては、セン
サチップがハウジング内面に直接接合されているため、
圧力媒体の漏れが発生する虞れが極めて少なく、測定す
べき圧力をセンサチップに正確に伝達することができる
という効果もある。

【００２２】図３は、本発明の第２の実施例に係る半導
体圧力センサモジュールを示す断面図である。なお、本
実施例は、特にＥＭＩ（Electromagnetic Interferenc
e）対策を考慮したものである。

【００２３】ハウジングは、上部ハウジング１１及び下
部ハウジング１２を組み合わせることにより構成され
る。ハウジング１１，１２は、その外側が金属、内側が
絶縁性樹脂１１ｂ，１２ｂにより構成されている。そし
て、この樹脂１１ｂ，１２ｂの表面上に所定の回路パタ
ーン１１ａ，１２ａが形成されている。また、上部ハウ
ジング１１と下部ハウジング１２とが組み合わされる
と、ハウジングの一部がコネクタ１４を構成するように
なっている。このコネクタ１４の端子１３は、下部ハウ
ジング１２の回路パターン１２ａに電気的に接続されて
いる。また、上部ハウジング１１の回路パターン１１ａ
及び下部ハウジング１２の回路パターン１２ａは、導電
性接続部材１９により電気的に接続され所定の回路を構
成している。

【００２４】半導体チップ６及びガラス台座５により構
成されるセンサチップは、下部ハウジング１２の内側中
央部の樹脂１２ｂが被覆されていない領域に接合されて
いる。また、下部ハウジング１２には、第１の実施例と
同様に、ガラス台座５の孔に整合する位置に圧力導入孔
１２ｃが設けられている。

【００２５】図４（ａ），（ｂ）は、図３に一点鎖線で
囲んだ部分を拡大して示す図である。図４（ａ）に示す
ように、ハウジング１１，１２と端子１３との間にはガ
ラス又はセラミックからなる絶縁材１５により絶縁され
ているか、又は、図４（ｂ）に示すように、樹脂１１
ｂ，１２ｂが外側まで延出してハウジング１１，１２の
外面と端子１３との間を電気的に絶縁している。即ち、
図５に示すように、ハウジング１１，１２と端子１３と
により結合容量（コンデンサ）Ｃが構成される。この結
合容量により、外部ノイズを減衰させることができる。

【００２６】本実施例は、ハウジング外面が金属により
構成されているため、このハウジング外面が電磁シール
ド層として作用し、ハウジング内の電気回路が外部から
電磁的に遮蔽される。このため、本実施例においては、
第１の実施例と同様の効果を得ることができるのに加え
て、外部ノイズ及び電磁障害を低減することができると
いう効果を得ることができる。

【００２７】図６は、本発明を差圧タイプの半導体圧力
センサモジュールに適用した第３の実施例に係る半導体
圧力センサモジュールを示す断面図である。

【００２８】本実施例においては、上部ハウジング２１
及び下部ハウジング２２の両方に圧力導入孔２１ｃ，２
２ｃが設けられている。半導体チップ６及びガラス台座
５により構成されるセンサチップは、下部ハウジング２
２の内側中央部に、ガラス台座５の孔と圧力導入孔２２
ｃとが整合するように配設される。このセンサチップ
は、ハウジング２１，２２に夫々設けられた上部仕切り
板２１ｄ及び下部仕切り板２２ｄにより、回路パターン
２１ａ，２２ａが形成されている部屋と仕切られてい
る。なお、上部仕切り板２１ｄと下部仕切り板２２ｄと
の間はＯリング又は樹脂等により気密性が保持されるよ
うになっている。そして、半導体チップ６の表面に設け
られた感歪素子は、ワイヤ７及び仕切り板２２ｄを貫通
して配設されたリード２５を介して回路パターン２２ａ
に電気的に接続されている。また、本実施例において
は、第２の実施例と同様に、上部ハウジング２１と下部
ハウジング２２とを組み合わせると、ハウジングの一部
がコネクタ２４を構成するようになっている。

【００２９】本実施例に係る半導体圧力センサモジュー
ルは、圧力導入孔２１ｃを介してセンサチップの上側か
ら加えられる圧力と、圧力導入孔２２ｃを介してセンサ
チップの下側から加えられる圧力との差圧を検出する。
本実施例においても、第１の実施例と同様に、組み立て
時の部品点数が少なく、量産化が容易であり、製品コス
トの低減及び装置の小型化が可能であるという効果を得
ることができる。

【００３０】図７は、本発明を上面加圧タイプの半導体
圧力センサモジュールに適用した第４の実施例を示す断
面図である。

【００３１】ハウジングは、上部ハウジング３１及び下
部ハウジング３２により構成されており、その内面には
所定の回路パターン３１ａ，３２ａが設けられている。
本実施例においては、上部ハウジング３１に圧力導入孔
３１ｃが設けられている。また、半導体チップ６及びガ
ラス台座５により構成されるセンサチップは、下部ハウ
ジング３２の内側中央部に配設され、上部仕切り板３１
ｄ及び下部仕切り板３２ｄにより、回路パターン３１
ａ，３２ａが設けられた部屋と分離されている。半導体
チップ６の表面に設けられた感歪素子は、ワイヤ７及び
仕切り板３２ｄを貫通して配設されたリード３５を介し
て回路パターン３２ａに電気的に接続されている。な
お、上部仕切り板３１ｄと下部仕切り板３２ｄとの間は
Ｏリング又は樹脂により気密性を保持するようになって
いる。

【００３２】また、本実施例においても、第２の実施例
と同様に、上部ハウジング３１と下部ハウジング３２と
を組み合わせると、ハウジングの一部がコネクタ３４を
構成するようになっている。このコネクタ３４の端子３
３は、下部ハウジング３２の回路パターン３２ａに電気
的に接続されている。

【００３３】本実施例に係る圧力センサは、圧力導入孔
３１ｃを介してセンサチップの上方からセンサチップに
加えられる圧力を測定する絶対圧の圧力センサとして使
用する。本実施例においても、第１の実施例と同様の効
果を得ることができる。

【００３４】図８は、本発明を水位センサに適用した第
５の実施例を示す断面図である。

【００３５】ハウジングは、上部ハウジング４１及び下
部ハウジング４２を組み合わせて構成されており、その
内面には所定の回路パターン４１ａ，４２ａが形成され
ている。また、コネクタ４４は、下部ハウジング４２と
一体的に形成されており、下部ハウジング４２の下面か
ら下方に導出している。このコネクタ４４の端子４３
は、回路パターン４２ａに電気的に接続されている。半
導体チップ６及びガラス台座５により構成されるセンサ
チップは、下部ハウジング４２の内側中央部に設けられ
た凹部に搭載されている。このセンサチップは、上部仕
切り板４１ｄ及び下部仕切り板４２ｄにより回路パター
ン４１ａ，４２ａが設けられている部屋と分離されてい
る。半導体チップ６の表面に設けられた感歪素子は、ワ
イヤ７及び仕切り板４２ｄを貫通して配設されたリード
４５を介して回路パターン４２ａに電気的に接続されて
いる。上部ハウジング４１には、センサチップが露出す
る開口部４１ｃが設けられており、この開口部４１ｃ内
にはゲル状物質４６が装入されている。

【００３６】このように構成された本実施例に係る半導
体圧力センサモジュールにおいて、圧力はゲル状物質４
６を介してセンサチップに加えられる。従って、本実施
例においては、センサチップが水（又は、その他の液
体）に直接接触することを回避できる。本実施例におい
ても、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

【００３７】なお、上述の各実施例においては、いずれ
もガラス台座を備えたセンサチップを搭載した半導体圧
力センサモジュールについて説明したが、半導体チップ
とハウジングとの熱膨張係数の差に起因する熱歪の影響
を考慮しなくてもよい場合は、半導体チップをハウジン
グに直接ダイボンディングしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
圧力センサモジュールにおいては、ハウジングの内面に
回路パターンが形成されており、センサチップはこのハ
ウジング内面に搭載され、且つ、コネクタが前記ハウジ
ングと一体的に形成されているから、従来に比して組み
立て時の部品点数を著しく削減することができる。この
ため、本発明に係る半導体圧力センサモジュールは、量
産化が容易であり、製品コストを低減できると共に、装
置の小型化が容易である。また、リードタイムを短縮す
ることができるという効果もある。更に、本発明に係る
半導体圧力センサモジュールにおいては、ハウジングと
センサチップとが直接接合されているため、ハウジング
の圧力導入孔とセンサチップとを連絡するためのパイプ
等の連絡部材及びＯリング等のシール部材が不要であ
り、圧力媒体の漏れが発生する虞れが極めて少なく、測
定すべき圧力をセンサチップに正確に伝達することがで
きて、信頼性が高いという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体圧力センサ
モジュールを示す断面図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は、いずれも図１に一点鎖線で
囲んだ部分を拡大して示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例に係る半導体圧力センサ
モジュールを示す断面図である。

【図４】（ａ），（ｂ）は、いずれも図３に一点鎖線で
囲んだ部分を拡大して示す図である。

【図５】図３に一点鎖線で囲んだ部分の等価回路を示す
図である。

【図６】本発明の第３の実施例に係る半導体圧力センサ
モジュールを示す断面図である。

【図７】本発明の第４の実施例に係る半導体圧力センサ
モジュールを示す断面図である。

【図８】本発明の第５の実施例に係る半導体圧力センサ
モジュールを示す断面図である。

【図９】従来の半導体圧力センサモジュールの一例を示
す断面図である。

【図１０】センサチップを示す断面図である。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１，４１；上部ハウジング １ａ，２ａ，１１ａ，１２ａ，２１ａ，２２ａ，３１
ａ，３２ａ，４１ａ，４２ａ；回路パターン ２，１２，２２，３２，４２；下部ハウジング ２ｃ，１２ｃ，２１ｃ，２２ｃ，５２ｃ；圧力導入孔 ３，１３，２３，３３，４３；端子 ４，１４，２４，３４，４４；コネクタ ５；ガラス台座 ６；半導体チップ ７；ワイヤ ２１ｄ，２２ｄ，３１ｄ，３２ｄ，４１ｄ，４２ｄ；仕
切り板 ４１ｃ；開口部 ４６；ゲル状物質

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その内面に所定の回路パターンが形成さ
   れたハウジングと、このハウジング内面に搭載されたセ
   ンサチップと、前記ハウジングと一体的に形成されたコ
   ネクタとを有することを特徴とする半導体圧力センサモ
   ジュール。
2. 【請求項２】 前記ハウジングには導電性材料からなる
   電磁シールド層が設けられており、前記ハウジング内の
   電気回路は前記電磁シールド層により外部と電磁的に遮
   断されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体
   圧力センサモジュール。
3. 【請求項３】 前記ハウジングには、前記回路パターン
   が設けられている空間と前記センサチップが配設されて
   いる空間とを気密的に仕切る仕切りが設けられているこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体圧力セン
   サモジュール。