JP2006084337A

JP2006084337A - 半導体圧力センサ

Info

Publication number: JP2006084337A
Application number: JP2004269921A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shimizu; 康夫清水
Original assignee: Citizen Miyota Co Ltd
Current assignee: Citizen Miyota Co Ltd
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】実装コストが安価で、実装形態の多様化に対応し表面実装可能な半導体圧力センサを提供することを目的とする。
【解決手段】外ケース１の角部には導電部材２ａから２ｄが配置されている。該導電部材２ａから２ｄは外ケース１を貫通した形態で、その内側より外部底面部および外部側面部に導電部材２ａから２ｄの一部面が露出した状態で、ガラス接着（図２で説明）され配置されている。導電部材２ａから２ｄの一部露出部は、外ケース１の外部側面および外部底面とほぼ同一面と成るように配置されている。この導電部材２ａから２ｄの上端面は、外ケース１の内部に向かい大きくせり出した形態となっており、ボンディングワイヤー４が接続される構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体圧力センサに関するものである。

従来、腕時計や家電製品、さらには自動車、航空機等に至る幅広い分野において用いられる圧力センサがある。その一種としてシリコン結晶板の上面にピエゾ抵抗を形成し、これらのピエゾ抵抗を感圧部として圧力を検出する半導体圧力センサがある。この半導体圧力センサは、半導体製造プロセス技術をそのまま転用することができるため製造が容易で、構造が簡素にできるという利点がある。また、電圧感度が極めて大きく、簡単に増幅可能であるため精度の良い圧力センサが得られることから様々な分野で広く用いられている。

図３は従来の半導体圧力センサを示す斜視図で、図４は図３の対角断面図である。３はシリコン結晶基板からなる半導体圧力センサチップである（以下単にチップという）。該チップ３は受圧面を上面にし、外ケース１１の底部所定位置に図示しない接着材により固定されている。１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは金属ピンで、外ケース１１を貫通する形態で埋設されており、前記外ケース１１内部に位置する前記金属ピン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの端部と前記チップ３上に設けられたボンディングパッド６は、ボンディングワイヤー４によりそれぞれ接続されている。ガラス接着材１５は金属ピン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを接着固定するものである。前記外ケース１１の外部底面方向に突出する前記金属ピン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの端部は、図示しない回路基板のスルーホールに挿入され半田付けにて接続される構成で実装されるものである。

外ケース１１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂を射出成形して形成したものやセラミック材から成るものが好適に用いられている。

外ケース１１内部には図示しないゲル状のポッティング樹脂が、チップ３の受圧面及びボンディングワイヤー４を覆うように充填され半導体圧力センサが構成される。該構成により、前記ゲル状ポッティング樹脂を介してチップ３に圧力が加わると、その圧力に応じてピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、この抵抗値に基づき圧力が測定される（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−４００６８号公報

前記従来構成による半導体圧力センサは、外部回路基板との接続手段として金属ピン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが利用されることとなるため、外部回路基板側にピンの挿入穴等スルーホールの加工が必須となり、実装コストを増大させている。さらに、半田付けの状態の検査工程においては、半導体圧力センサ実装面とは反対側の裏面を検査することとなり、後工程においても工数を増加させコストを増大させる要因となる。また、従来構成では表面実装に対応が難しく自動化の妨げとなり、結果的に製造コストを増大させてしまうという問題点があった。また、実装形態も多様化してきており、半導体圧力センサの裏面側のみの半田付けに限らず、側面部からも半田付けするような複数方向からの半田実装が可能となる構成も望まれている。

本発明は、前記問題点に鑑み、実装コストが安価で、実装形態の多様化に対応した表面実装が可能な半導体圧力センサを提供することを目的とする。

一端面を開口とする断面が凹形状に形成された外ケースと、前記外ケースに埋設された導電部材と、圧力を検知して検知レベルに応じた電気信号を発生する半導体圧力センサチップと、前記半導体圧力センサチップと前記導電部材とを導通させるワイヤーとを備え、前記半導体圧力センサチップの受圧面と前記外ケースの開口とが一致する向きにて前記半導体圧力センサチップを前記外ケース内部に搭載し、前記外ケース内に保護部材を充填して成る半導体圧力センサにおいて、前記導電部材の一部が、前記外ケースの外部底面と外部側面に露出し、さらに前記外ケースの内側には前記ワイヤーとの接続端面が露出するように前記導電部材が埋設されて成る半導体圧力センサとする。

前記導電部材のワイヤー接続端面は、前記半導体チップの受圧面と平行であり、前記外ケースの開口部端面より底面方向に位置する形態の半導体圧力センサとする。

導電部材の一部が前記外ケースの外部底面と外部側面に露出する構成としたので面実装が容易になる。また、外部底面と外部側面の両方向に導電部材の一部を露出させた構成であるため、両方向から半田実装することができ、実装形態の多様化に対応できる。

一端面を開口とする断面が凹形状に形成された外ケースと、前記外ケースに埋設された導電部材と、圧力を検知して検知レベルに応じた電気信号を発生する半導体圧力センサチップと、前記半導体圧力センサチップと前記導電部材とを導通させるワイヤーとを備え、前記半導体圧力センサチップの受圧面と前記外ケースの開口とが一致する向きにて前記半導体圧力センサチップを前記外ケース内部に搭載し、前記外ケース内に保護部材を充填して成る半導体圧力センサにおいて、前記導電部材の一部が前記外ケースの外部底面と外部側面に露出し、さらに前記外ケースの内側には前記ワイヤーとの接続端面が露出するように埋設して半導体圧力センサを構成する。
以下本発明の半導体圧力センサの実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる半導体圧力センサの構造を示す概略斜視図で、図２はその対角の断面図である。図１において、１はセラミック製で角形器状の外ケースである。該外ケース１の角部付近には導電部材２ａから２ｄが埋設されている。外ケース１を貫通した形態で、その内側より外部底面部および外部側面部に導電部材２ａから２ｄの一部面が現れるように、ガラス接着（図２で説明）され配置されている。導電部材２ａから２ｄの一部露出部は、外ケース１の外部底面および外部側面とほぼ同一面と成るように配置されている。この導電部材２ａから２ｄの上端面は、外ケース１の内部に向かい大きくせり出した形態となっており、ボンディングワイヤー４が接続される。ここで、ボンディングワイヤー４は金線が利用されているため、その接続強度を得るために導電部材２ａから２ｄの少なくとも上端面（ボンディングワイヤー４との接続端面）は金メッキにて表面処理されている。さらに、角形器状の外ケース１の中央部に半導体圧力センサチップ３（以下単にチップという）が受圧面（検知部）を外ケース１の開口方向に向け、接着材により固定配置されている（接着剤は不図示）。チップ３の上端面には検知部の他、ボンディングパッド６が設けられており、前記説明の導電部材２ａから２ｄと各々がボンディングワイヤー４にて接続され、外ケース１の外部と導通となる。このように、角形器状の外ケース１の内部構造が各種所定配置された後、一般的手法であるゲル状のポッティング樹脂（不図示）を充填して半導体圧力センサが完成となる。前記構成によれば、導電部材２ａから２ｄの一部露出部が、外ケース１外周面とほぼ同一面と成るように配置されているので、表面実装が容易な構成となる。また、導電部材２ａから２ｄが、外ケース１の外部底面部と外部側面部の両方向にその一部を露出する構成となるので、半導体圧力センサの実装において、裏面（外部底面部の露出部）のみならず側面（外部側面部の露出部）での半田実装が可能となり、多様な実装形態に対応できる。尚、本構成によれば、半田付け状態の検査が実装面方向から行えるので、検査工程が簡略化できる。

図２において、外ケース１の外部側面部および外部底面部とほぼ同一面と成るように配置された導電部材２ａから２ｄを、ガラス接着材５により固定する。ここで、外ケース１と導電部材２ａから２ｄとのそれぞれの部品隙間にガラス接着材５が流入して接着しても問題ないが、チップ３が接着固定される所定位置にガラス接着材５が流れ込むことは好ましくない。したがって、図２では、チップ３の所定位置をガラス接着材５が固定しようとしている面より高くしている（段部を設けた構成）。また、この形状に限らず前述のチップ３が接着固定される所定位置にガラス接着材５が流れ込むことを防止する形状であればこれに限定されるものではない。さらに、チップ３の受圧面（検知部）と導電部材２ａから２ｄのボンディングワイヤー４との接続端面は平行で、チップ３の上端面に位置するボンディングパッド６の高さと、導電部材２ａから２ｄのボンディングワイヤー４との接続端面はおおむね一致した構成である。これにより、ボンディングワイヤー４の接続が容易になり、ボンディング精度がよくなる。加えて、ボンディングワイヤー４のループ高さよりやや高い位置まで外ケース１の側壁（全周にわたり）を設けることで、ポッティング樹脂（不図示）でボンディングワイヤー４を保護出来るまで充填しても、ポッティング樹脂が外ケース１の外へ流れ出ることが無い。

前記のごとく、本発明の一実施例を説明したが、セラミック製の角形器状の外ケース１は絶縁部材であれば良く樹脂材で構成することも可能であり、導電部材２ａから２ｄを固定する手段は、ガラス接着のみ成らずエポキシ接着等でも可能である。また、ボンディングワイヤー４はボンディング方法を変えるとアルミ線でも可能で、アルミ線を用いる場合には、導電部材２ａから２ｄの少なくとも上端面（ボンディングワイヤー４を接続する面）の金メッキが不要となる。このように、本発明の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を実施し得るのはもちろんである。

次に、他の実施例について、図５、図６を参照して説明する。図５は本発明に係わる半導体圧力センサの構造を示す概略斜視図で、図６はその対角の断面図である。

図５において、セラミック製の角形器状の外ケース２１、この角部に角柱状の導電部材２２ａから２２ｄが配置されている。外ケース２１を貫通した形態で、その内側より外部底面部および外部側面部に角柱状の導電部材２２ａから２２ｄの一部が露出するように、ガラス接着（図６で説明）されて配置し、外ケース２１の角部の曲率と一致するように角柱状の導電部材２２ａから２２ｄの稜線部も適切にほぼ同様に曲率処理されている。この角柱状の導電部材２２ａから２２ｄの上端面は、外ケース２１の内部に向かい大きくせり出した形態となっており、ボンディングワイヤー４が接続され、実施例１のごとく利用される。

図６は、外ケース２１の外部側面および外部底面とほぼ同一面と成るように配置された導電部材２２ａから２２ｄを、ガラス接着材２５により固定する。前記構成により、導電部材２２ａから２２ｄの一部露出部が、外ケース１外周面とほぼ同一面と成るように配置されているので、表面実装が容易な構成となる。また、導電部材２２ａから２２ｄが、外ケース１の外部底面部と外部側面部の両方向にその一部を露出する構成となるので、両方向を実装面とすることができ、実装形態の多様化に対応できる。

さらに、他の実施例について図７、図８を参照して説明する。図７は本発明に係わる半導体圧力センサの構造を示す概略斜視図で、図８は図７の断面図である。

図７において、セラミック製の角形器状の外ケース３１、この角形状の辺に相当する部分のおおむね中央部に角柱状の導電部材３２ａから３２ｄが配置されている。外ケース３１を貫通した形態で、その内側より外部底面部および外部側面部に角柱状の導電部材３２ａから３２ｄの一部が露出するように、ガラス接着（図８で説明）されて配置している。この角柱状の導電部材３２ａから３２ｄの上端面は、外ケース３１の内部に向かい大きくせり出した形態となっており、ボンディングワイヤー４が接続され、実施例１のごとく利用される。

図８は、外ケース３１の外部底面部および外部側面部とほぼ同一面と成るように配置された角柱状の導電部材３２ａから３２ｄを、ガラス接着材３５により固定する。前記構成により、導電部材３２ａから３２ｄの一部露出部が、外ケース３１の外周面とほぼ同一面と成るように配置されているので、表面実装が容易な構成となる。また、導電部材３２ａから３２ｄが、外ケース３１の外部底面部と外部側面部の両方向にその一部を露出する構成となるので、両方向を実装面とすることができ、実装形態の多様化に対応できる。前記導電部材３２ａから３２ｄはボンディングパッド６との位置関係、さらには外部回路基板への実装位置を考慮し適宜設定することが可能である。

本発明に係わる半導体圧力センサの構造を示す概略斜視図。（実施例１）図１の対角の断面図。（実施例１）従来の半導体圧力センサの概略斜視図。図３の対角の断面図。本発明に係わる半導体圧力センサの構造を示す概略斜視図。（実施例２）図５の対角の断面図。（実施例２）本発明に係わる半導体圧力センサの構造を示す概略斜視図。（実施例３）図７の断面図。（実施例３）

符号の説明

１外ケース
２ａ導電部材
２ｂ導電部材
２ｃ導電部材
２ｄ導電部材
３半導体圧力センサチップ
４ボンディングワイヤー
５ガラス接着材
６ボンディングパッド
１１外ケース
１２ａ金属ピン
１２ｂ金属ピン
１２ｃ金属ピン
１２ｄ金属ピン
１５ガラス接着材
２１外ケース
２２ａ導電部材
２２ｂ導電部材
２２ｃ導電部材
２２ｄ導電部材
２５ガラス接着材
３１外ケース
３２ａ導電部材
３２ｂ導電部材
３２ｃ導電部材
３２ｄ導電部材
３５ガラス接着材

Claims

一端面を開口とする断面が凹形状に形成された外ケースと、
前記外ケースに埋設された導電部材と、
圧力を検知して検知レベルに応じた電気信号を発生する半導体圧力センサチップと、
前記半導体圧力センサチップと前記導電部材とを導通させるワイヤーとを備え、
前記半導体圧力センサチップの受圧面と前記外ケースの開口とが一致する向きにて前記半導体圧力センサチップを前記外ケース内部に搭載し、
前記外ケース内に保護部材を充填して成る半導体圧力センサにおいて、
前記導電部材の一部が前記外ケースの外部底面と外部側面に露出し、さらに前記外ケースの内側には前記ワイヤーとの接続端面が露出するように前記導電部材が埋設されて成ることを特徴とする半導体圧力センサ。
前記導電部材のワイヤー接続端面は、前記半導体チップの受圧面と平行であり、前記外ケースの開口部端面より底面方向に位置することを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。