JP2005227039A - 圧力センサ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 過酷な環境下でも接合部の腐食を防止でき、且つ、構成を簡素化できる圧力センサ装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 圧力検出素子を有するセンサチップ２０をケース１０に配置し、センサチップ２０に形成された電極２２と、ケース１０に形成された外部出力用の端子１１とをフレキシブルプリント基板３０により電気的に接続してなる圧力センサ装置１００において、フレキシブルプリント基板３０を、熱可塑性樹脂３１と、当該熱可塑性樹脂３１内に配置された配線部３２と、電極２２及び端子１１に対応しつつ配線部３２を底部として形成され、接合材料３３の充填された複数のビアホール３４とにより構成した。そして、電極２２及び端子１１をビアホール３４内に配置した状態で加熱・加圧し、電極２２及び端子１１を接合材料３３と接合させるとともに、各接合部を熱可塑性樹脂３１により気密に封止した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧力検出素子を有するセンサチップをケースに配置してなる圧力センサ装置及びその製造方法に関するものである。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、圧力検出素子を有するセンサチップをケースに配置し、センサチップに形成された電極とケースに形成された外部出力用の端子とを、フレキシブルプリント基板により電気的に接続してなる圧力センサ装置が知られている。

この圧力センサ装置は、フレキシブルプリント基板上に、センサチップの電極とパッケージ（ケース）の端子との間を接続する回路（配線部）を形成し、センサチップの電極と接続する部分にバンプを形成する。そして、センサチップの電極とフレキシブルプリント基板のバンプとをシングルポイントボンディング等のワイヤレスボンディングを用いて接続し、端子とフレキシブルプリント基板の回路とをはんだを用いて接続することにより、電極と端子とを電気的に接続した構成としている。
特許第３３１７１８５号

しかしながら、上述の接続構造の場合、フレキシブルプリント基板の回路とセンサチップの電極及びパッケージの端子との各接合部は露出している。

従って、圧力センサ装置が酸雰囲気等の過酷な環境（例えば車両におけるエンジンの燃料噴射圧制御用）で使用される場合、各接合部が酸雰囲気に晒される構成であると、各接合部が腐食し、センサチップの電極とパッケージの端子との間の電気的な接続が確保できなくなる恐れがある。また、上記のような不具合を解消するために、封止部材（例えばＣＡＮ、モールド樹脂）を用いて気密に封止する方法もあるが、構成が複雑化する。

本発明は上記問題点に鑑み、過酷な環境下でも接合部の腐食を防止でき、且つ、構成を簡素化できる圧力センサ装置及びその製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の圧力センサ装置は、ケースと、ケースに配置され、圧力検出素子を有するセンサチップと、センサチップに形成された電極と、ケースに形成された外部出力用の端子を電気的に接続するフレキシブルプリント基板とを備えている。そして、フレキシブルプリント基板は、熱可塑性樹脂と、当該熱可塑性樹脂内に配置された配線部と、電極及び端子に対応しつつ配線部を底部として形成され、接合材料の充填された複数のビアホールとにより構成され、電極及び端子は、異なるビアホール内に配置されつつ接合材料と接合し、各接合部が熱可塑性樹脂により封止されていることを特徴とする。

このように、本発明の圧力センサ装置によると、センサチップの電極とケースの端子は、フレキシブルプリント基板の異なるビアホール内にそれぞれ配置されつつ接合材料と接合し、各接合部は熱可塑性樹脂により封止されている。従って、過酷な環境下でも接合部の腐食を防止できる。また、フレキシブルプリント基板を構成する熱可塑性樹脂により接合部が封止されており、別途封止部材を用いなくても良いので、構成を簡素化できる。

尚、フレキシブルプリント基板に形成された配線部は、熱可塑性樹脂の内部に配置されている。従って、配線部も熱可塑性樹脂により封止されているので、配線部の腐食も防止できる。

請求項２に記載のように、電極及び端子上に、接合材料よりも融点が高い金属からなるバンプが形成された構成でも良い。ビアホール内に電極及び端子を配置し、電極及び端子を接合材料と接合（加熱・加圧による）させる際、バンプは接合材料よりも高い融点の金属から構成されており、バンプの形状はほぼ維持される。すなわち、接合時において、バンプがセンサチップ表面（電極）と配線部との間でストッパ的な役割を果たし、熱可塑性樹脂の流動（つぶれ）が抑制される。従って、熱可塑性樹脂の流動による配線部の位置ずれが低減されるので、センサチップの電極とケースの端子との間の電気的な接続状態を良好に確保できる。

特に、請求項３に記載のように、電極又は端子を含めたバンプの高さが、ビアホールの深さと略等しいと、電極又は端子をビアホール内に配置した状態でバンプの先端が配線部に接することとなるので、熱可塑性樹脂の流動抑制により効果的である。尚、バンプの構成材料としては、例えば請求項４に記載のように金が好適である。

請求項５に記載のように、接合材料は２層からなり、下層として接合時に溶融しない第１接続金属を有し、上層として接合時に溶融する第２接続金属を有する構成としても良い。接合時に接合材料全体が溶融した場合、圧力を受けた接合材料は流動し、ビアホールの形状が崩れて安定した接合状態を得ることができない恐れがある。しかしながら、下層（配線部側）に接合時に溶融しない第１接続金属を配置し、その上層に接合時に溶融する第２接続金属を配置することにより、電極及び端子と配線部との間で安定した接合状態を確保することができる。その際、請求項６に記載のように、第１接続金属が配線部と同一の金属から構成されると、配線部との間で電気的・機械的に安定した接合状態を得ることができる。

請求項７に記載の圧力センサ装置は、ケースと、ケースに配置され、圧力検出素子を有するセンサチップと、センサチップに形成された電極と、ケースに形成された外部出力用の端子を電気的に接続するフレキシブルプリント基板とを備えている。そして、フレキシブルプリント基板は、熱可塑性樹脂と、当該熱可塑性樹脂内に配置された配線部と、電極及び端子に対応しつつ配線部を底部として形成された複数のビアホールとにより構成され、電極及び端子は、異なるビアホール内に配置されつつ配線部と接合し、各接合部が熱可塑性樹脂により封止されていることを特徴とする。

請求項１〜６に記載の発明においては、センサチップの電極及びケースの端子が接合材料を介して配線部と接続されていた。しかしながら、本発明の圧力センサ装置の場合、ビアホール内に配置された状態で、センサチップの電極及びケースの端子の少なくとも一部が溶融し、配線部と直接接合している。この場合も、各接合部は熱可塑性樹脂により封止されており、過酷な環境下でも接合部の腐食を防止できる。また、別途封止部材を用いなくても良いので、構成を簡素化できる。尚、本発明においても、熱可塑性樹脂の内部に配線部が配置（封止）されているので、配線部の腐食も防止できる。

尚、請求項１〜７に記載の圧力センサ装置において、フレキシブルプリント基板を構成する熱可塑性樹脂は、請求項８に記載のように、熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムを多層に積層し、樹脂フィルムの層間に配線部を配置した構成であっても良い。

請求項９に記載の圧力センサ装置の製造方法は、圧力検出素子を有するセンサチップをケースに配置し、センサチップに形成された電極と、ケースに形成された外部出力用の端子とをフレキシブルプリント基板により電気的に接続してなる圧力センサ装置の製造方法である。そして、熱可塑性樹脂内に配置された配線部を底部とし、電極及び端子に対応した所定位置に接合材料の充填された複数のビアホールを備えるフレキシブルプリント基板を準備する準備工程と、フレキシブルプリント基板のビアホール内に電極及び端子が配置されるように、センサチップ、ケース、及びフレキシブルプリント基板を位置決めする位置決め工程と、位置決めされた状態で加熱・加圧することにより、電極及び端子が接合材料と接合されるとともに、熱可塑性樹脂が軟化されて各接合部を封止する加熱・加圧工程とを備えることを特徴とする。

本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。

請求項１０に記載のように、フレキシブルプリント基板を形成する準備工程において、接合材料はビアホールの上部開口面から底部方向に所定の間隙をもって充填されることが好ましい。ここで、所定の間隙とは、センサチップの電極及びケースの端子をビアホール内に配置した際に、接合材料がビアホール外へ溢れ出さない程度の充填状態を示す。従って、接合材料が溢れ出すことによる短絡を防止することができる。

請求項１１〜１７に記載の圧力センサ装置の製造方法は、請求項２〜８に記載の圧力センサを製造するための方法であり、その作用効果は同様であるのでその記載を省略する。

尚、請求項１８に記載のように、加熱・加圧工程において、センサチップがケースに固定された状態で、ケースにおけるセンサチップが固定された面の裏面側から加熱・加圧を行うと良い。加熱・加圧時にフレキシブルプリント基板側から加熱・加圧を行うと、熱可塑性樹脂の温度が高くなって熱可塑性樹脂が流動しやすくなる。すなわち、配線部の位置ずれが起こりやすくなる。従って、接合部を挟んでフレキシブルプリント基板の反対側（ケース、センサチップ側）から接合部に熱が伝達されるように加熱・加圧がなされると良い。

以下、本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施の形態における圧力センサ装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。尚、図１（ａ）においては、説明の都合上、一部透過させて（破線部分）図示している。また、図１（ａ），（ｂ）においては、便宜上、センサチップを収納するケースのうち、下ケースのみを図示し、圧力導入孔を備える上ケースを省略して図示している。

図１（ｂ）に示すように、圧力センサ装置１００は、ケース１０と、センサチップ２０と、フレキシブルプリント基板３０とにより構成される。

ケース１０は、一対からなるケースのうち、センサチップ２０を搭載する下ケースの部分であり、例えば後述する加熱・加圧時に軟化しない合成樹脂から構成されている。尚、図示されないが、上ケースの部分に、センサチップ２０の受圧面まで圧力を測定する被測定媒体を導入するための圧力導入孔が形成されている。ケース１０は、その一部にインサート成形によりケース１０に一体に形成され、一端がケース１０内に突出し、他端がケース１０外に引き出された外部出力用の端子１１を有している。尚、ケース１０内に突出する端子１１とフレキシブルプリント基板３０の接合材料との接続構造については後述する。また、本実施形態において、ケース１０は所定形状に加工され、図１（ｂ）に示すように、センサチップ２０の電極とケース１０内に突出する端子１１の先端面が同一平面上に配置されている。従って、フレキシブルプリント基板３０のビアホールに対するセンサチップ２０の電極及びケース１０の端子１１の位置決めが容易となる。また、センサチップ２０の電極及びケース１０の端子１１と接合材料との各接合部を、同時に加熱・加圧しやすい構成となっている。

センサチップ２０は、基板２１と、基板２１上に形成された圧力検出素子（図示せず）と、基板２１上に形成された電極２２とにより構成される。

基板２１はダイアフラム構造を有するシリコン基板であり、図１（ｂ）に示すように薄肉部２３を有している。そして、薄肉部２３の形成位置の下部に、基板２１がエッチングにより除去された空洞部２４を有している。従って、薄肉部２３は、基板２１の他の部位と比べて膜厚が薄く形成されており、それにより可撓性を有している。尚、基板２１は、空洞部２４により開口する下面が、例えば接着材を介してケース１０に固定されている。また、基板２１の構成材料は、上記例に限定されるものではなく、ＳＯＩ基板等の他の半導体基板やガラス基板等を適用することもできる。

そして、基板２１の薄肉部２３に圧力検出素子として、例えば所定の抵抗値を有する４個のピエゾ抵抗素子が形成されている。この圧力検出素子は、図示されない配線を介して電極２２と電気的に接続されており、配線及び電極２２と共にブリッジ回路を形成している。尚、本実施形態において、電極２２はアルミ（Ａｌ）からなり、図１（ａ）で示すように、基板２１の上面に４個形成されている。

フレキシブルプリント基板３０は、熱可塑性樹脂３１と、当該熱可塑性樹脂３１内に配置された配線部３２と、センサチップ２０の電極２２及びケース１０の端子１１の形成位置に対応しつつ配線部３２を底部として形成され、接合材料３３の充填された複数のビアホール３４とにより構成される。

熱可塑性樹脂３１は、比較的高融点の熱可塑性樹脂からなる厚さ１０〜１０００μｍの樹脂フィルムを複数枚積層して形成されている。構成材料としては、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及び上述した各材料の混合物を適用することができる。尚、本実施形態における熱可塑性樹脂３１は、ＬＣＰからなる２枚の樹脂フィルムにより構成されている。その詳細については後述する。

配線部３２は、熱可塑性樹脂３１の内部に配置されている。すなわち、熱可塑性樹脂３１により封止されている。従って、配線部３２は外部に露出していないので、配線部３２の腐食が防止される。尚、配線部３２の構成材料としては、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、Ａｌ等の低抵抗金属を用いることができ、本実施形態においてはＣｕを材料として形成されている。

接合材料３３としては、接合時（加熱・加圧時）にセンサチップ２０の電極２２及びケース１０の端子１１と接合できる材料であれば良い。しかしながら、ビアホール３４が小径化するほど、ビアホール３４内に充填される接合材料３３の高さにばらつきが生じやすくなる。また、センサチップ２０の電極２２及びケース１０の内面に突出する端子１１の高さにばらつきが生じることもある。例えば電解メッキによりビアホール３４内に接合材料３３としてＡｕを設け、センサチップ２０の電極２２及びケース１０の端子１１としてＡｕを用いた場合、接合時に両者とも溶融しないため、高さのばらつきを緩和できず電極２２及び端子１１と接合材料３３が接合しない箇所が生じる恐れがある。従って、接合材料３３として導電性ペーストを用いるか、若しくはセンサチップ２０の電極２２及びケース１０の端子１１と接合材料３３との少なくとも一方に、接合時の加熱・加圧により溶融する金属を用いることが好ましい。接合材料３３として導電性ペーストを用いれば、接合時に溶融しない金属であっても、当該金属を含むペースト内に電極２２及び端子１１を埋設した状態で加熱・加圧を実施できるので、安定した接合状態を確保することができる。また、電極２２及び端子１１と接合材料３３との少なくとも一方が溶融する金属であれば、全てのビアホール３４における接合材料３３とそれに対応する電極２２及び端子１１とが接合するまでセンサチップ２０及びケース１０を熱可塑性樹脂３１に押し込むことができるので、安定した接合状態を得ることができる。そのような金属としては、錫（Ｓｎ），ビスマス（Ｂｉ），Ｓｎ−鉛（Ｐｂ），Ｓｎ−Ａｇ等の低融点金属を用いることができる。尚、本実施形態においては、接合材料３３としてＳｎ−Ａｇからなるペーストを用いている。

また、フレキシブルプリント基板３０は、ビアホール３４内にセンサチップ２０の電極２２とケース１０の端子１１を配置させた状態で、センサチップ２０の受圧面（薄肉部２３）に被測定媒体（図１（ｂ）における白抜き矢印）が到達するような所定形状を有している。本実施形態におけるフレキシブルプリント基板３０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、センサチップ２０の受圧面（薄肉部２３）に対応する部位に開口部３５を有している。

このように構成される圧力センサ装置１００において、ケース１０に固定されたセンサチップ２０の電極２２とケース１０の端子１１は、フレキシブルプリント基板３０の異なるビアホール３４内にそれぞれ配置されている。そして、電極２２及び端子１１は接合材料３３と金属結合により接合されている。また、各接合部は、その周囲をセンサチップ２０の上面及びケース１０の一部に接着したフレキシブルプリント基板３０の構成材料である熱可塑性樹脂３１によって気密に封止されている。

従って、圧力センサ装置１００が酸雰囲気等の過酷な環境（例えば車両におけるエンジンの燃料噴射圧制御用）で使用される場合であっても、別途封止部材（例えばＣＡＮやモールド樹脂）を設けることなく接合部の腐食を防止することができる。また、接合部の保護のために別途封止部材を設ける必要がないので、構成を簡素化できる。すなわち製造コストを低減できる。

次に、圧力センサ装置１００の製造方法について、図２（ａ）〜（ｃ）、及び、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図２は圧力センサ装置１００の製造工程の概略を示す工程別断面図であり、（ａ）はフレキシブルプリント基板３０を形成する準備工程、（ｂ）はセンサチップ２０をケース１０に固定する工程、（ｃ）はビアホール３４内にセンサチップ２０の電極２２及びケース１０の端子１１を位置決め配置し、加熱・加圧する工程を示している。また、図３は図２（ｃ）に示す工程を説明するための概略断面図であり、（ａ）は位置決め工程、（ｂ）は加熱・加圧工程を示している。尚、図３（ａ），（ｂ）においては、便宜上、センサチップ２０の周囲のみを図示している。

先ず、図２（ａ）に示すように、熱可塑性樹脂３１内に配置された配線部３２を底部とし、センサチップ電極２２及びケース１０の端子１１に対応した所定位置に接合材料３３の充填された複数のビアホール３４を備えるフレキシブルプリント基板３０を準備する準備工程が実施される。

本実施形態におけるフレキシブルプリント基板３０は、熱可塑性樹脂３１としてＬＣＰからなる樹脂フィルムを２枚積層してなる多層基板である。先ず、片面に導体箔（本実施形態においては銅箔）が貼着された樹脂フィルムを１枚準備し、導体箔をエッチングすることにより配線部３２を形成する。そして、配線部３２を覆うように、樹脂フィルムの配線部３２形成面上に他方の樹脂フィルムを位置決め積層し、熱プレス機により加熱・加圧して樹脂フィルム同士を接着させる。尚、２枚の樹脂フィルムには、予め、センサチップ２０の受圧面に対応する位置に貫通孔が形成されており、接着することにより開口部３５が形成される。

次に、例えば炭酸ガスレーザを照射して、配線部３２を底面とする有底孔であるビアホール３４を形成し、ビアホール３４内に接合材料３３を充填する。このとき、接合材料３３の充填量としては、センサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）と配線部３２と間で接合状態を確保できる程度ビアホール３４内に充填されていれば良い。なかでも、ビアホール３４内にセンサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）を配置した際、ビアホール３４外へ溢れ出さない程度の量、すなわちビアホール３４の上部開口面から底部である配線部３２方向に所定の間隙をもってビアホール３４内に充填されることが好ましい。このように接合材料３３が充填されると、短絡を防止することができる。尚、本実施の形態において、接合材料３３は導電性ペーストからなり、スクリーン印刷機を用いてビアホール３４内に充填される。スクリーン印刷機以外にもディスペンサ等を用いて導電性ペーストをビアホール３４内に充填しても良い。また、ペースト以外にも無電解メッキ、電解メッキ、蒸着法、金属コート等を用いて接合材料３３を形成しても良い。以上がフレキシブルプリント基板３０の準備工程である。尚、開口部３５の形成は、樹脂フィルムの接着後に実施しても良いし、接合材料３３の充填後に実施しても良い。

また、フレキシブルプリント基板３０の準備工程と並行して、図２（ｂ）に示されるように、ケース１０に対してセンサチップ２０が位置決め固定される。本実施形態においては、ダイアフラム構造を有する基板２０の下面を接着剤によりケース１０の底部内面に固定することにより、基板２１（薄肉部２３）の上面に被測定媒体が到達する構成としている。

フレキシブルプリント基板３０の準備とセンサチップ２０の固定が完了すると、図２（ｃ）及び図３（ａ）に示されるように、フレキシブルプリント基板３０のビアホール３４に対してセンサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）を位置決めする位置決め工程が行われる。尚、図３（ａ）においては、加熱・加圧工程との差を示すために、便宜上、センサチップ２０がフレキシブルプリント基板３０に載置されていない状態を図示している。

そして、位置決め工程後、図２（ｃ）及び図３（ｂ）に示されるように、加熱・加圧工程が行われる。

加熱・加圧方法としては、例えば図３（ｂ）に示すように、パルスヒート方式の熱圧着ツール４０を用い、ケース１０におけるセンサチップ２０が固定された面の裏面側から加熱・加圧して、センサチップ２０（ケース１０）をフレキシブルプリント基板３０に押し付ける。この際、加熱・加圧条件として、１７０〜４００℃の温度に加熱し、数秒〜数分程度の間、１〜１０ＭＰａの圧力で加圧する。加熱・加圧時にフレキシブルプリント基板３０側から加熱・加圧しても良いが、その場合熱可塑性樹脂３１の温度が高くなって熱可塑性樹脂３１が流動しやすくなる。すなわち、フレキシブルプリント基板３０の内部において配線部３２の位置ずれが起こりやすくなる。従って、加熱・加圧時には、図３（ｂ）に示すように、接合部を挟んでフレキシブルプリント基板３０の反対側（すなわちケース１０、センサチップ２０側）から接合部に熱が伝達されるように加熱・加圧を行うと良い。

この加熱・加圧によって、センサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）と接合材料３３との界面にて、各界面を超えて両者を構成する金属原子が熱拡散する。すなわち、センサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）と接合材料３３とが、拡散接合により電気的に、且つ十分な接合強度を持って接合される。

また、上述の拡散接合と共に、フレキシブルプリント基板３０を構成する熱可塑性樹脂３１が加熱によって軟化し、センサチップ２０（ケース１０）側からの加圧によってセンサチップ２０の基板２１（ケース１０）に接着する。すなわち、センサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）と接合材料３３との接合部は、フレキシブルプリント基板３０の構成材料である熱可塑性樹脂３１によって気密に封止されることとなる。従って、別途モールド樹脂等の封止部材により接合部を封止する必要が無いので製造工程を簡素化でき、製造コストを低減できる。

尚、接合材料３３は配線部３２とも接合するので、接合材料３３と配線部３２との接合部も熱可塑性樹脂３１により封止される。尚、接合材料３３に対して、センサチップ２０の電極２２とケース１０の端子１１が同時に接合されても良いし、順次接合されても良い。同時に接合がなされる場合には、製造工程を簡素化することができる。

そして、ケース１０に図示されない上ケース部分が装着されて、ケース１０に圧力を検出するセンサチップ２０を搭載し、センサチップ２０の電極２２とケース１０に設けられた外部出力用の端子１１とをフレキシブルプリント基板３０により接続してなる圧力センサ装置１００が形成される。

尚、本実施形態において、フレキシブルプリント基板３０が２層からなる例を示した。しかしながら、その層数は上記例に限定されるものではない。

また、本実施形態において、フレキシブルプリント基板３０の平面方向におけるセンサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）の大きさが、ビアホール３４の上部開口よりも大きく設けられている例を示した。しかしながら、加熱・加圧時にセンサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）が溶融し、電極２２（端子１１）と接合材料３３が接合する場合には、短絡防止のため、フレキシブルプリント基板３０の平面方向における電極２２（端子１１）の面積がビアホール３４の上部開口よりも小さく設けられ、ビアホール３４内に電極２２（端子１１）が完全に配置された状態で加熱・加圧が実施される構成とすることが好ましい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図４（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。図４（ａ），（ｂ）は、本実施形態の圧力センサ装置１００の特徴点を説明するための概略断面図であり、（ａ）は位置決め工程、（ｂ）は加熱・加圧工程を示している。尚、図４においては、便宜上、ケース１０は省略し、接合部のうち、センサチップ２０の電極２２側のみを図示している。

第２の実施形態における圧力センサ装置１００は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、センサチップ２０の電極２２及びケース１０の端子１１上に、接合材料３３よりも融点が高い材料からなるバンプが形成されている点である。

図４（ａ）に示すように、本実施形態の圧力センサ装置１００を構成するセンサチップ２０（ケース１０）には、電極２２（端子１１）の一部として、電極２２（端子１１）上にバンプ５０が形成されている。

このバンプ５０は、接合材料３３よりも高い融点を有する導電材料からなり、本実施形態においてはＡｕを用いて形成されている。このように、電極２２（端子１１）上に接合時に溶融しないバンプ５０が形成されていると、加熱・加圧による接合時にバンプ５０の形状がほぼ維持されるので、バンプ５０がセンサチップ２０の電極２２（基板２１上面）と配線部３３との間でストッパ的な役割を果たすこととなる。すなわち、バンプ５０によって熱可塑性樹脂３１の流動（つぶれ）が抑制されるので、熱可塑性樹脂３１の流動による配線部３２の位置ずれが低減される。従って、センサチップ２０の電極２２とケース１０の端子１１との間の電気的な接続状態を良好に確保することができる。

さらに、本実施形態におけるバンプ５０は、センサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）を含めた高さ（基板２１（ケース１０）の上面からバンプ５０の先端までのの高さ）が、ビアホール３４の深さ（上部開口面から配線部３２までの深さ）と略等しくなるように形成されている。この場合、センサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）をビアホール３４内に配置した際に、バンプ５０の先端が配線部３４に接することとなる。従って、熱可塑性樹脂３１の流動抑制により効果的である。尚、本実施形態においては、電極２２を含めたバンプ５０の高さとケース１０の内面に突出する端子１１を含めたバンプ５０の高さが略等しく（すなわち、各ビアホール３４の深さも略等しく）形成されている。

従って、本実施形態においても、センサチップ２０の電極（ケース１０の端子１１）をフレキシブルプリント基板３０のビアホール３４内に位置決めした状態で加熱・加圧すると、接合材料３３と電極２２（端子１１）、バンプ５０、及び配線部３２が接合する。そして、それと同時に熱可塑性樹脂３１が加熱によって軟化し、加圧によってセンサチップ２０の基板２１上面（ケース１０）に接着する。すなわち、センサチップ２０の電極（ケース１０の端子１１）と接合材料３３との接合部は、フレキシブルプリント基板３０の構成材料である熱可塑性樹脂３１によって気密に封止される。

尚、本実施形態においては、バンプ５０とともに電極２２（端子１１）がビアホール３４内に配置されるので、接合材料３３がビアホール３４から溢れ出ないように、電極２２（端子１１）のみが配置される場合よりも接合材料３３の充填量を少なめとすることが好ましい。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図５に基づいて説明する。図５は、本実施形態の圧力センサ装置１００の特徴点を説明するための概略断面図である。図５においては、便宜上、ケース１０を省略し、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０とを離間させて図示している。

第３の実施形態における圧力センサ装置１００は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

第３の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、接合材料３３が２層からなる点である。

本実施形態における圧力センサ装置１００において、フレキシブルプリント基板３０のビアホール３４内に充填される接合材料３３は、図５に示すように２層からなり、下層（配線部３２側）として第１接続金属３３ａが設けられ、その上層として第２接続金属３３ｂが設けられている。

第１接続金属３３ａは、接合時の加熱・加圧により溶融しない金属を用いて形成される。従って、接合時に溶融しないため、ビアホール３４の形状を維持することができ、安定した接合状態を確保することができる。また、構成材料としては、ビアホール３４内の抵抗値を抑えるために、第２接続金属３３ｂより抵抗値が低い金属であることが好ましく、特に第１接続金属３３ａが配線部３２を構成する金属と同一であると、配線部３２と第１接続金属３３ａの線膨張係数が同じであるため、機械的・電気的に安定した接続状態を確保することができる。尚、本実施形態における第１接続金属３３ａは、配線部３２と同じくＣｕを構成材料としている。

また、第２接続金属３３ｂとしては、接合時の加熱・加圧条件により溶融し、第１接続金属３３ａ及びセンサチップ２０の電極（ケース１０の端子１１）との間で金属結合を形成するものであればよく、例えば融点が２３２℃であるＳｎを用いることができる。それ以外にもＢｉ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ等の低融点金属を用いることができる。尚、本実施形態における第２接続金属３３ｂは、Ｓｎ−Ａｇを構成材料としている。また、第２接続金属３３ｂは、センサチップ２０の電極（ケース１０の端子１１）を形成する金属或いは第１接続金属３３ａに拡散し、合金化することで融点が上昇するため、後に加熱を伴う工程があっても、その加熱によらず安定した接続性を示すことができる。

尚、第２接続金属３３ｂの充填量が多いと、接合時の加熱・加圧により第２接続金属３３ｂが溶融して流動し、ビアホール３４が崩れて安定した接合状態を確保できない恐れがある。従って、第２接続金属３３ｂは、センサチップ２０の電極（ケース１０の端子１１）との接合に必要な最小限の量だけビアホール３４内に充填されればよい。

このような第１，第２接続金属３３ａ，３３ｂの形成方法としては、特に限定されるものではないが、共に電解めっきにより形成されるとビアホール３４内に、より均一で緻密な金属膜を形成することができるので好ましい。この場合、配線部３２を電極として電解めっきを実施することができるため、ビアホール３４内に予め無電解メッキを施さなくとも良い。

従って、センサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）がフレキシブルプリント基板３０のビアホール３４内に位置決めされた状態で加熱・加圧すると、第２接続金属３３ｂが溶融し、電極２２（端子１１）及び配線部３２と接合する。また、それと同時に熱可塑性樹脂３１が加熱によって軟化し、加圧によってセンサチップ２０の基板２１（ケース１０）に接着する。このように、本実施形態における圧力センサ装置１００においても、センサチップ２０の電極（ケース１０の端子１１）と接合材料３３である第２接続金属３３ｂとの接合部は、フレキシブルプリント基板３０の構成材料である熱可塑性樹脂３１によって気密に封止される。

また、上層として用いる第２接続金属３３ｂが溶融してセンサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）と第１接続金属３３ａとの間で金属結合を形成するため、接合材料３３等の高さのばらつきを吸収することができ、安定した接合状態を確保することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を図６に基づいて説明する。図６は、本実施形態の圧力センサ装置１００の特徴点を説明するための概略断面図である。図６においては、便宜上、ケース１０を省略し、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０とを離間させて図示している。

第４の実施形態における圧力センサ装置１００は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

第４の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、センサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）自体が溶融し、配線部３２と接合する点である。

本実施形態における圧力センサ装置１００において、フレキシブルプリント基板３０は、図６に示すように熱可塑性樹脂３１の内部に配線部３２を有し、当該配線部３２を底部としセンサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）に対応する位置にビアホール３４を有している。しかしながら、ビアホール３４には接合材料３３が充填されておらず、センサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）自体が配線部３２と直接接合すべく、接合時に溶融する金属を用いて形成（図６においては、電極２２の一部として電極２２上にはんだバンプ５１が形成）されている。尚、電極２２（端子１１）の一部であるはんだバンプ５１は、ビアホール３４内に配置可能な形状で、溶融した際に配線部３２との良好な接合状態を確保でき、且つ、ビアホール３４外へ溢れ出ない大きさに形成される。

従って、センサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）をフレキシブルプリント基板３０のビアホール３４内に位置決めした状態で加熱・加圧すると、電極２２（端子１１）の一部であるはんだバンプ５１が溶融して配線部３２と接合する。そして、それと同時にフレキシブルプリント基板３０を構成する熱可塑性樹脂３１が加熱によって軟化し、加圧によってセンサチップ２０の基板２１上面（ケース１０）に接着する。このように、本実施形態における圧力センサ装置１００においても、センサチップ２０の電極２２（ケース１０の端子１１）と配線部３２との接合部は、フレキシブルプリント基板３０の構成材料である熱可塑性樹脂３１によって気密に封止される。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。

本実施形態において、ケース１０におけるセンサチップ２０が固定された面の裏面から熱圧着ツール４０により加熱・加圧する例を示した。しかしながら、フレキシブルプリント基板３０側から加熱・加圧を行っても良い。また、基板２１の下面から加熱・加圧するよりも先にセンサチップ２０側から加熱・加圧してセンサチップ２０の電極２２と接合材料３３との接合を行い、その後、フレキシブルプリント基板３０側から加熱・加圧して、ケース１０の端子１１と接合材料３３とを接合しても良い。

また、本実施形態において、各接合部をフレキシブルプリント基板３０の構成材料である熱可塑性樹脂３１によって気密に封止する例を示した。しかしながら、各接合部を熱可塑性樹脂３１により封止した状態で、さらにオイルやモールド樹脂等で封止した構成としても良い。また、オイルの場合にはオイルの流出防止のため、その表面をさらに金属薄膜（メタルダイヤフラム）等で封止しても良い。このような構成とすると接合部の腐食防止により効果的である。

本発明の第１の実施形態における圧力センサ装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。 圧力センサ装置の製造工程の示す工程別断面図であり、（ａ）は準備工程、（ｂ）はセンサチップをケースに固定する工程、（ｃ）は位置決め工程及び加熱・加圧工程を示している。 図２（ｃ）に示す工程を説明するための概略断面図であり、（ａ）は位置決め工程、（ｂ）は加熱・加圧工程を示している。 本発明の第２の実施形態における圧力センサ装置の特徴点を説明するための概略断面図であり、（ａ）は位置決め工程、（ｂ）は加熱・加圧工程を示している。 本発明の第３の実施形態における圧力センサ装置の特徴点を説明するための概略断面図である。 本発明の第４の実施形態における圧力センサ装置の特徴点を説明するための概略断面図である。

符号の説明

１０・・・ケース
１１・・・端子
２０・・・センサチップ
２１・・・基板
２２・・・電極
３０・・・フレキシブルプリント基板
３１・・・熱可塑性樹脂
３２・・・配線部
３３・・・接合材料
３４・・・ビアホール
１００・・・圧力センサ装置

Claims (18)

1. ケースと、
   前記ケースに配置され、圧力検出素子を有するセンサチップと、
   前記センサチップに形成された電極と、前記ケースに形成された外部出力用の端子を電気的に接続するフレキシブルプリント基板と、を備える圧力センサ装置において、
   前記フレキシブルプリント基板は、熱可塑性樹脂と、当該熱可塑性樹脂内に配置された配線部と、前記電極及び前記端子に対応しつつ前記配線部を底部として形成され、接合材料の充填された複数のビアホールと、により構成され、
   前記電極及び前記端子は、異なる前記ビアホール内に配置されつつ前記接合材料と接合し、各接合部が前記熱可塑性樹脂により封止されていることを特徴とする圧力センサ装置。
2. 前記電極及び前記端子上に、前記接合材料よりも融点が高い金属からなるバンプが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ装置。
3. 前記電極又は前記端子を含めた前記バンプの高さが前記ビアホールの深さと略等しいことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ装置。
4. 前記バンプは金からなることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の圧力センサ装置。
5. 前記接合材料は２層からなり、下層として前記接合時に溶融しない第１接続金属を有し、上層として前記接合時に溶融する第２接続金属を有することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の圧力センサ装置。
6. 前記第１接続金属は、前記配線部と同一の金属であることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ装置。
7. ケースと、
   前記ケースに配置され、圧力検出素子を有するセンサチップと、
   前記センサチップに形成された電極と、前記ケースに形成された外部出力用の端子を電気的に接続するフレキシブルプリント基板と、を備える圧力センサ装置において、
   前記フレキシブルプリント基板は、熱可塑性樹脂と、当該熱可塑性樹脂内に配置された配線部と、前記電極及び前記端子に対応しつつ前記配線部を底部として形成された複数のビアホールと、により構成され、
   前記電極及び前記端子は、異なる前記ビアホール内に配置されつつ前記配線部と接合し、各接合部が前記熱可塑性樹脂により封止されていることを特徴とする圧力センサ装置。
8. 前記熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムを多層に積層してなり、層間に前記配線部を備えることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の圧力センサ装置。
9. 圧力検出素子を有するセンサチップをケースに配置し、前記センサチップに形成された電極と前記ケースに形成された外部出力用の端子とを、フレキシブルプリント基板により電気的に接続してなる圧力センサ装置の製造方法であって、
   熱可塑性樹脂内に配置された配線部を底部とし、前記電極及び前記端子に対応した所定位置に接合材料の充填された複数のビアホールを備えるフレキシブルプリント基板を準備する準備工程と、
   前記フレキシブルプリント基板の前記ビアホール内に前記電極及び前記端子が配置されるように、前記センサチップ、前記ケース、及び前記フレキシブルプリント基板を位置決めする位置決め工程と、
   位置決めされた状態で加熱・加圧することにより、前記電極及び前記端子が前記接合材料と接合されるとともに、前記熱可塑性樹脂が軟化されて各接合部を封止する加熱・加圧工程とを備えることを特徴とする圧力センサ装置の製造方法。
10. 前記準備工程において、前記接合材料は前記ビアホールの上部開口面から底部方向に所定の間隙をもって充填されることを特徴とする請求項９に記載の圧力センサ装置の製造方法。
11. 前記位置決め工程の前に、前記電極及び前記端子上に、前記接合材料よりも融点が高い金属を用いてバンプを形成する工程を備えることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の圧力センサ装置の製造方法。
12. 前記電極又は前記端子を含めた前記バンプの高さが、前記ビアホールの深さと略等しくなるように前記バンプを形成することを特徴とする請求項１１に記載の圧力センサ装置の製造方法。
13. 前記バンプは金からなることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の圧力センサ装置の製造方法。
14. 前記準備工程において、前記ビアホール内に下層として前記加熱・加圧時に溶融しない第１接続金属、上層として前記加熱・加圧時に溶融する第２接続金属が充填されることを特徴とする請求項９〜１３いずれか１項に記載の圧力センサ装置の製造方法。
15. 前記第１接続金属は、前記配線部と同一の金属からなることを特徴とする請求項１４に記載の圧力センサ装置の製造方法。
16. 圧力検出素子を有するセンサチップをケースに配置し、前記センサチップに形成された電極と、前記ケースに形成された外部出力用の端子と、をフレキシブルプリント基板により電気的に接続してなる圧力センサ装置の製造方法であって、
    熱可塑性樹脂内に配置された配線部を底部とし、前記電極及び前記端子に対応して形成された複数のビアホールを備えるフレキシブルプリント基板を準備する準備工程と、
    前記フレキシブルプリント基板の前記ビアホール内に前記電極及び前記端子が配置されるように、前記センサチップ、前記ケース、及び前記フレキシブルプリント基板の位置決めがなされる位置決め工程と、
    位置決めされた状態で加熱・加圧することにより、前記端子及び前記電極が溶融して前記配線部と接合されるとともに、前記熱可塑性樹脂が軟化されて各接合部を封止する加熱・加圧工程とを備えることを特徴とする圧力センサ装置の製造方法。
17. 前記準備工程において、前記フレキシブルプリント基板は、片面上に配線部の形成された熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムを含む複数の樹脂フィルムを積層し、加熱・加圧することにより形成されることを特徴とする請求項９〜１６いずれか１項に記載の圧力センサ装置の製造方法。
18. 前記加熱・加圧工程において、前記センサチップが前記ケースに固定された状態で、前記ケースにおける前記センサチップが固定された面の裏面側から加熱・加圧を行うことを特徴とする請求項９〜１７いずれか１項に記載の圧力センサ装置の製造方法。

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