JPH11326085A - センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来よりもセンサの全体形状を大幅に縮小化
し、かつ、実装面積も少なくて済み、しかも、安価に製
作できるようにする。 【解決手段】 配線基板を兼用したパッケージ１を有
し、このパッケージ１内には、センサチップ２が実装さ
れるとともに、パッケージ１の内部から外面にわたって
外部接続用の配線部８，１０が形成され、この配線部
８，１０の一端がセンサチップ２に電気的に接続されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサ、加速
度センサ、速度センサ、衝撃センサ、その他、これに類
するセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のセンサ、例えば圧力センサには、
図１４および図１５に示すものがある。

【０００３】図１４はその圧力センサの外観斜視図、図
１５はその側面断面図である。なお、図１４ではパッケ
ージのキャップを取り外した状態を示している。

【０００４】このセンサは、プラスチック製のパッケー
ジ１００、センサチップ１１０、およびリードフレーム
１１４を有する。

【０００５】パッケージ１００は、上部が開口した底浅
の箱型をしたケース本体１０２と、このケース本体１０
２の上部に被せられる平板状のキャップ１１２とからな
る。

【０００６】ケース本体１０２は、樹脂成型によって底
部１０２aの中央に円筒状の圧力導入部１０２bが一体形
成されており、また、その底部１０２a内面上の中央に
センサチップ１１０が実装されて、圧力導入部１０２b
の内孔１０２cに臨んでいる。また、ケース本体１０２
の周壁部１０２dの一部には、センサチップ１１０が大
気との差圧を検出する必要性から大気開放口１０２eが
形成されている。

【０００７】また、リードフレーム１１４は、ケース本
体１０２の左右に対向して設けられており、各リードフ
レーム１１４は、ケース本体１０２の底部１０２aに固
定された方形の電極部１１４aと、この電極部１１４aか
らケース本体１０２の周壁部１０２dを貫通して外部に
引き出された端子部１１４bとからなる。

【０００８】そして、リードフレーム１１４の電極部１
１４aとセンサチップ１１０とがワイヤリード１１８を
介して電気的に接続されている。

【０００９】この構成の圧力センサは、図示しない圧力
検出処理回路が搭載された基板の配線パターン上に前記
リードフレーム１１４の端子部１１４bが半田付け固定
される。

【００１０】センサチップ１１０は、圧力導入部１０２
bの内孔１０２cに導入される流体やガスなどから受ける
圧力を検出し、その検出信号をワイヤリード１１８、リ
ードフレーム１１４、および図示しない基板上の配線パ
ターンを介して前記回路に入力され、その圧力検出処理
が行われる。

【００１１】なお、図１４および図１５に示した圧力セ
ンサは、パッケージ１００のケース本体１０２に圧力導
入部１０２bが一体形成されているが、従来、図１６に
示すような構成の圧力センサもある。

【００１２】この圧力センサは、平板状の基板１２０を
有し、この基板１２０の底部には円筒状の圧力導入管１
２２が接着剤などを用いて固定され、また、基板１２０
の上部中央にセンサチップ１１０が実装されており、こ
のセンサチップ１１０は、基板１２０に形成された貫通
孔１２０aを通して圧力導入管１２２の内孔１２２aに臨
んでいる。

【００１３】また、基板１２０の両側部にはリードフレ
ーム１１４が引き出され、各リードフレーム１１４はワ
イヤリード１１８を介してセンサチップ１１０に電気的
に接続されている。

【００１４】さらに、基板１２０には、センサチップ１
１０と各ワイヤリード１１８を覆って保護カバー１１３
が被嵌され、保護カバー１１３の一部には大気開放口１
１３aが形成されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】図１４ないし図１６に
示した従来構成のセンサは、それぞれ次のような問題が
ある。

【００１６】(１) センサチップ１１０とリードフレー
ム１１４とをワイヤリード１１８を介して接続する構成
のために、パッケージ１００の内部には、ワイヤリード
１１８を引き回す空間が必要で、かつ、リードフレーム
１１４には広い面積のワイヤボンディング用の電極部１
１４aが必要となる。

【００１７】また、パッケージ１００内には、ワイヤボ
ンディングの作業のためのキャピラリーチューブを挿入
できるだけの空間も確保しておく必要があるため、それ
だけパッケージ１００の全体的な寸法がセンサチップ１
１０の数倍以上の大型形状となっている。

【００１８】(２) リードフレーム１１４の端子部１１
４bを配線基板に半田付け実装するために、パッケージ
１００の外方に突出させる必要があるため、実装面積が
大きくなっている。

【００１９】(３) パッケージ１１０とリードフレーム
１１４とが別体であるため、パッケージ１１０の製作工
程とは別の工程でリードフレーム１１４をプレス成型す
るなどせねばならず、それだけパッケージ製作に余分な
工数とコストがかかる。特に、図１６に示した構成のも
のでは、圧力導入管１２２も別途基板１２０に貼り付け
る必要があるため、余分にコストがかかる。

【００２０】また、リードフレーム１１４をプレス成型
して作る場合には、複雑な配線や細かい幅の配線パター
ンを作成できず、配線接続を行う場合の制約となる。

【００２１】さらに、パッケージ１１０とリードフレー
ム１１４とが別体であるゆえに、温度変化等による応力
発生で環境への信頼性低下の原因となる。

【００２２】したがって、本発明においては、従来より
もセンサの全体形状を大幅に縮小化し、かつ、実装面積
も少なくて済み、しかも、安価に製作できるようにする
ことを課題とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明のセンサは、上記
の課題を解決するために、次の構成を採用している。

【００２４】すなわち、請求項１記載の発明では、配線
基板を兼用したパッケージを有し、このパッケージ内に
は、センサチップが実装されるとともに、パッケージの
内部から外面にわたって外部接続用の配線部が形成さ
れ、この配線部の一端がセンサチップに電気的に接続さ
れている。

【００２５】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載の構成において、前記センサチップは、物理量の変
化に応じて変位される可動電極とこの可動電極に対向し
て配置された固定電極とを有し、この固定電極に電極パ
ッドが形成され、この電極パッドに前記配線部の一端が
接続されている。

【００２６】さらに、請求項３記載の発明では、請求項
１または請求項２記載の構成において、前記センサチッ
プの電極パッドと配線部の一端とは異方性導電材料を介
して電気的に接続されている。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明を圧力センサに適用した場
合の実施形態について説明するが、これに限定されるも
のではなく、物理量を検出する他の形態のセンサにも適
用可能である。

【００２８】(実施形態１)図１はこの実施形態１の圧力
センサの正面断面図、図２は同センサの斜視図、図３は
同センサを一部切り欠いて示す分解斜視図、図４は同セ
ンサを縦断した状態の斜視図、図５は同センサのパッケ
ージのキャップを底面側から見た斜視図、図６は同セン
サのセンサチップの斜視図である。

【００２９】この実施形態１の圧力センサ１は、基本的
には、配線基板を兼用したパッケージ１と、このパッケ
ージ１内に装着されたセンサチップ２を主体に構成され
ている。

【００３０】パッケージ１は、高耐熱性樹脂を成型した
ものであり、ベース４と、このベース４の上に被せられ
るキャップ６とを有し、両者４，６がシリコン接着剤な
どで固定されて一体化されている。

【００３１】そして、ベース４は、浅底箱型のチップ固
定部４aの略中央から円筒状の圧力導入部４bが一体的に
突設されてなり、チップ固定部４aの内部に形成されて
いる凹部４dにセンサチップ２がシリコン接着剤などで
固着されて、圧力導入部４bの内孔４cに臨んでいる。

【００３２】さらに、このベース４には、チップ固定部
４aの上面から側面を経て下面にまで延びる一対の導電
性の配線部８が形成されていて、その配線部８の下面側
が外部接続用の外部電極８a、上面側が後述のキャップ
６側に設けた配線部１０との導通を図るための電極部８
bとされる。この配線部８は、たとえば、銅めっき、あ
るいは必要に応じてその上からニッケルめっきや金めっ
き等を施して形成される。

【００３３】一方、キャップ６には、センサチップ２の
外形に沿った凹部６aが形成され、また、この凹部６aを
内外に貫通する大気開放口６aが形成され、さらに、凹
部６aを避けた位置には一対の配線部１０が設けられて
いる。この場合の各配線部１０は、キャップ６を上下に
貫通した穴の内部に導体を充填してなるバイアホール１
０aと、キャップ６の下面にバイアホール１０aに連接し
て形成された電極部１０bとからなる。なお、バイアホ
ール１０bに代えて、内周面に沿って導電部分を設けた
スルーホールを形成してもよい。

【００３４】そして、ベース４とキャップ６とが一体に
接合された状態で、上記のベース４側に設けた各配線部
８の電極部８bと、キャップ６側に設けた各配線部１０
の電極部１０bとが接触して相互の導通が図られてい
る。

【００３５】一方、センサチップ２は、可動電極１２
と、この可動電極１２よりも大きい形状の固定電極１４
とを備えている。そして、上記のキャップ６の凹部６a
は可動電極１２より僅かに大きく形成され、かつ、ベー
ス４の凹部４dも固定電極１４より僅かに大きく形成さ
れているため、センサチップ２の外面は、パッケージ１
の内壁面にいずれも近接していて、両者１，２の隙間が
極めて小さく、パッケージ１の小型化に寄与している。

【００３６】可動電極１２は、圧力印加に応じて変位す
る薄肉でかつ平坦な感圧部１２aと、その感圧部１２aの
変位を許容するようにその周縁を支持する厚肉の周縁部
１２bとで構成されている。

【００３７】固定電極１４には、ベース４の圧力導入部
４bの内孔４cに連通して可動電極１２に圧力を導入する
ための穴１４aが設けられ、また、可動電極１２との接
合面から離れた上面には、図６に示すように圧力検出信
号を取り出すための一対の電極パッド１４bが形成さ
れ、この電極パッド１４bにキャップ６側に設けた一対
の配線部１０の各電極部１０bが個別に接触している。

【００３８】この場合のセンサチップ２の電極パッド１
４bと配線部１０の電極部１０bとの接触箇所は、本例で
は、異方性導電材料(たとえば、異方性導電フィルムや
異方性導電接着剤)を介して電気的に接続されている。

【００３９】この異方性導電材料を使用するときには、
センサチップ１の各電極パッド１４bと配線部１０の各
電極部１０bとが電気的に個別に導通するが、互いに隣
接する電極パッド１４bどうし、あるいは電極部１０bど
うしが短絡するのを防止できるので、容易に配線接続を
行えるという利点がある。

【００４０】そして、ベース４の圧力導入部４bの内孔
４cからセンサチップ２の固定電極１４の穴１４aを通っ
て可動電極１２に圧力が導入されると、可動電極１０の
感圧部分１４が圧力で固定電極１２との相対距離が変位
され両電極１２，１４間の電気容量が変化し、これによ
って圧力に対応した電気信号が得られるようになってい
る。

【００４１】この実施形態１の圧力センサは、図１に示
した状態で圧力検出処理回路が搭載された回路基板２０
の配線パターン上に、パッケージ１のベース４側に設け
られた配線部８の外部電極８aが半田付け固定される。

【００４２】なお、この圧力センサは、必要に応じて図
１の状態を上下逆転して、パッケージ１のキャップ６側
に設けられた配線部１０のバイアホール１０aを回路基
板２０に接続してもよく、使用形態に応じた使い分けが
できるため便利である。

【００４３】この実施形態１によれば、センサチップ２
を従来のようにリードフレームを用いてワイヤボンディ
ングする必要がなくなり、それだけセンサチップ２とパ
ッケージ１との間の空間を狭めることができるため、セ
ンサの全体形状を大幅に縮小化できる。しかも、リード
フレームを用いずに配線部８または１０を回路基板に対
して直接に面実装できるため、実装面積も少なくて済
む。

【００４４】なお、上記の実施形態１では、パッケージ
２のベース４側とキャップ６側にそれぞれ配線部８，１
０を設けて、圧力センサを図１の状態と、これを上下逆
にした場合のいずれの態様でも使用できるようにしてい
るが、図７および図８に示すように、パッケージ２のベ
ース４側の配線部８を省略してキャップ６側にのみ配線
部１０を設け、その配線部１０のバイアホール１０bを
回路基板２０の配線パターン上に半田付け固定すること
も可能である。この場合には、図１の構成のものに比較
して使用態様は限定されるが、ベース４側の配線部８が
省略されている分、コスト低減を図ることができる。

【００４５】また、パッケージ２のベース４側にのみ配
線部８を設け、キャップ６側の配線部１０を省略するこ
ともできる。

【００４６】(実施形態２)図９はこの実施形態２の圧力
センサの正面断面図、図１０は同センサの斜視図、図１
１は同センサをを縦断した状態の斜視図であり、図１な
いし図６に示した実施形態１の圧力センサの各部品に対
応する部分には同一の符号を付す。

【００４７】この実施形態２の圧力センサの特徴は、キ
ャップ６の凹部６aがセンサチップ２の外形形状に沿っ
た深底に形成される一方、ベース４には実施形態１のよ
うな凹部は形成されず、圧力導入部４bの上部から外方
に張り出したフランジ部４eが設けられており、このフ
ランジ部４eにセンサチップ２が固定され、さらにその
センサチップ２を覆ってキャップ６が取り付けられてい
る。

【００４８】また、パッケージ２のキャップ６側にのみ
バイアホール１０aと電極部１０bとからなる配線部１０
が設けられていて、実施形態１の図１に示したようなベ
ース４側の配線部８は省略されている。

【００４９】その他の構成は、基本的に実施形態１の場
合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

【００５０】この実施形態２の構成によれば、図１ない
し図６に示した実施形態１のものに比べて、ベース４の
構成が簡単になり、樹脂成型が容易となるとともに、ベ
ース４側の配線部が省略されてので、一層コスト低減を
図ることができる。

【００５１】(実施形態３)図１２はこの実施形態３の圧
力センサの正面断面図、図１３は同センサの斜視図であ
り、図１ないし図６に示した実施形態１の圧力センサの
各部品に対応する部分には同一の符号を付す。

【００５２】この実施形態３の圧力センサの特徴は、ベ
ース４のチップ固定部４aに設けられている凹部４dがセ
ンサチップ２が埋まるだけの深底に形成されるととも
に、このチップ固定部４aの底面側から側面側に向けて
屈曲した状態で圧力導入部４bが突出形成され、さらに
側面の上部に大気開放口４fが設けられている。一方、
キャップ６には、実施形態１のような凹部は形成されず
平板状のものとなっている。

【００５３】そして、ベース４の凹部４d内には、セン
サチップ２に加えて、このセンサチップ２の固定基板１
４側を支えるための補助基板１６がチップ固定部４aと
の間に介設され、この補助基板１６およびチップ固定部
４aを貫通して配線部としての一対のバイアホール１８
が形成され、このバイアホール１８の上端部は、センサ
チップの固定基板１４側に設けられた圧力検出信号を取
り出すための図示しない一対の電極パッドに異方性導電
材料を介して電気的に接続されている。

【００５４】この実施形態３の圧力センサは、図１１に
示した状態で圧力検出処理回路が搭載された回路基板２
０の配線パターン上にバイアホール１８の部分が半田付
け固定される。

【００５５】その他の構成は、実施形態１の場合と基本
的に同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

【００５６】この実施形態３の圧力センサは、図１ない
し図５に示した実施形態１，２のものに比べて、パッケ
ージ１の圧力導入部４bが回路基板２０に沿って延びて
いて、センサチップ２の厚み方向(図中上下方向)に向け
て突出していないので、圧力センサ全体が薄肉になり、
圧力検出処理回路が搭載された回路基板２０を含めた装
置の薄肉化を図る上で都合がよい。

【００５７】なお、上述した各実施形態１〜３において
は、本発明を圧力センサに適用した場合について説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他
の物理量を検出するセンサにも適用可能である。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果が得られる。

【００５９】(１) 請求項１記載の発明では、従来のよ
うにパッケージ内でセンサチップとリードフレームとを
ワイヤリードで接続する必要がないく、センサチップを
直接配線部に接続するため、センサチップの外面とパッ
ケージの内面との間の隙間を極めて小さくでき、センサ
の全体形状を大幅に縮小化することができる。

【００６０】また、従来のようにパッケージとは別にリ
ードフレームを製作する必要もないので、製作コストが
安くなる。

【００６１】さらに、従来のようなリードフレームがパ
ッケージの外方に突出しないので、センサの実装面積も
少なくて済む。

【００６２】(２) 請求項２記載の発明では、センサチ
ップの固定電極に電極パッドが形成され、この電極パッ
ドに配線部の一端が直接接続されているため、センサチ
ップからの検出信号の取り出しが容易になる。

【００６３】(３) 請求項３記載の発明では、センサチ
ップの電極パッドと配線部の一端とは異方性導電材料で
電気的に接続されているため、センサチップと配線部と
の配線接続作業を極めて容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の圧力センサの正面断面図

【図２】図１の圧力センサの外観を示す斜視図

【図３】図１の圧力センサを一部切り欠いて示す分解斜
視図

【図４】図１の圧力センサを縦断した状態の斜視図

【図５】図１の圧力センサのパッケージのキャップを底
面側から見た斜視図

【図６】図１の圧力センサのセンサチップの斜視図

【図７】図１の圧力センサの変形例を示す正面断面図

【図８】図６の圧力センサの外観を示す斜視図

【図９】実施形態２の圧力センサの正面断面図

【図１０】図８の圧力センサの外観を示す斜視図

【図１１】図８の圧力センサを縦断した状態の斜視図

【図１２】本発明の実施形態３に係る圧力センサの正面
断面図

【図１３】図１１の圧力センサの外観を示す斜視図

【図１４】従来の圧力センサの外観斜視図

【図１５】図１３の圧力センサの正面断面図

【図１６】従来の他の圧力センサの正面断面図

【符号の説明】

１…パッケージ、２…センサチップ、４…ベース、４b
…圧力導入部、６…キャップ、８，１０…配線部、１２
…可動電極、１４…固定電極、１４b…電極パッド、２
０…回路基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古澤 光一 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 梅田 史彦 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 原 健太郎 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 政井 琢 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配線基板を兼用したパッケージを有し、
   このパッケージ内には、センサチップが実装されるとと
   もに、パッケージの内部から外面にわたって外部接続用
   の配線部が形成され、この配線部の一端がセンサチップ
   に電気的に接続されていることを特徴とするセンサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のセンサにおいて、 前記センサチップは、物理量の変化に応じて変位される
   可動電極とこの可動電極に対向して配置された固定電極
   とを有し、この固定電極に電極パッドが形成され、この
   電極パッドに前記配線部の一端が接続されていることを
   特徴とするセンサ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のセンサに
   おいて、 前記センサチップの電極パッドと配線部の一端とは異方
   性導電材料によって電気的に接続されていることを特徴
   とするセンサ。