JP2009282015A - 圧力センサモジュール及び電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】積層基板に生じた応力により圧力センサの出力特性が変動し難く、所望の出力特性を備えることを可能とした圧力センサモジュールを提供する。
【解決手段】圧力センサモジュール３０Ａ（３０）は、半導体基板１１の一面１１ａにおいて、中央域αの内部に一面１１ａと略平行して広がる間隙部１３を備え、間隙部１３の一方側に位置する薄板化された領域をダイアフラム部１４とし、ダイアフラム部１４に感圧素子１５を配してなり、一面１１ａにおいてダイアフラム部１４を除いた領域βに配され、感圧素子１５と電気的に接続された導電部１６を少なくとも備えた圧力センサ１０と、導電部１６ごとに電気的に接続されるバンプ１８と、バンプ１８を介して電気的に接続される配線基材２１を有した積層基板２０と、を備え、配線基材２１は、積層基板２０の内部に配され、バンプ１８と電気的に接続される面２１ａの少なくとも一部は積層基板２０から露呈している。
【選択図】図１

Description

本発明は圧力センサモジュールに係り、より詳しくは、ダイアフラム部により圧力を感知する圧力センサの特性変動が小さいモジュール構造、及び該圧力センサとＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit） や他の半導体デバイスとを高密度かつ小型にパッケージできる構造に関するものである。

圧力センサは家電品、医療機器、自動車部品など様々な分野で使用されており、中でも半導体圧力センサは小型で高信頼性を有するため、その用途はますます拡大している。特に最近は、圧力センサの携帯機器への搭載を目的に、そのパッケージ構造はますます小型化が要求されてきている。

我々は、究極の小型パッケージを実現するため、特許文献１に示すように、表面実装可能なＣＳＰ（Chip Size Package） を考案し、増幅・補償回路を内蔵したＡＳＩＣを埋め込んだ積層基板に圧力センサを実装することで、小型の圧力センサモジュールが実現できることを提案してきた。図１３に、本構造の代表例を示す。ダイアフラム１１１を有する圧力センサ１１２が、バンプ１１３を介してＡＳＩＣ１１４が埋め込まれた積層基板１１５に実装されている。本構造は、ＡＳＩＣ１１４などのデバイスと圧力センサ１１２を混載した小型のモジュールを実現するには好適な構造であるが、その後の系統的な考察により、問題点が判明した。

特開２００７−２４８２１２号公報

図１３に示した従来のモジュール構造においては、圧力センサを積層基板１１５の最表面１１５Ａに実装しているため、該積層基板１１５に生じた応力が圧力センサ１１２に加わりやすい。そのため、積層基板１１５から圧力センサ１１２に加わった該応力により、積層基板１１５への実装前後において圧力センサ１１２の出力特性が変動し、所望の出力特性を有した圧力センサモジュール１３０を得ることが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、積層基板に生じた応力により圧力センサの出力特性が変動し難く、所望の出力特性を備えることを可能とした圧力センサモジュールを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の圧力センサモジュールは、半導体基板の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行して広がる空間を備え、該空間の一方側に位置する薄板化された領域をダイアフラム部とし、該ダイアフラム部に感圧素子を配してなり、前記一面において、前記ダイアフラム部を除いた領域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部を少なくとも備えた圧力センサと、前記導電部ごとにそれぞれ配され、該導電部と個別に電気的に接続されるバンプと、前記バンプを介して電気的に接続される配線基材を有した積層基板と、を備え、前記配線基材は、前記積層基板の内部に配され、前記配線基材が前記バンプと電気的に接続される面の少なくとも一部は前記積層基板から露呈していることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の圧力センサモジュールは、請求項１において、前記半導体基板の他面が露呈するように、前記圧力センサが前記積層基板に覆われて配されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の圧力センサモジュールは、請求項１または２において、前記配線基材は、半導体デバイスであることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の圧力センサモジュールは、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記積層基板の前記圧力センサが搭載されている面側に、該圧力センサを内包するように配された被覆部材を、さらに備えたことを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の圧力センサモジュールは、請求項４において、前記被覆部材に配された配線部を備え、該配線部は、前記圧力センサの前記配線基材と電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の圧力センサモジュールは、請求項５において、前記配線部が、前記被覆部材の側面を通って、該被覆部材の前記積層基板と接する側と反対側の面に露呈していることを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の圧力センサモジュールは、請求項５または６において、前記被覆部材は、前記圧力センサを内包する凹部を有し、前記配線部の前記被覆部材の表面における端の位置が、前記凹部の端の位置と同等か、これよりも外側にきていることを特徴とする。
本発明の請求項８に記載の電子部品は、請求項１ないし７のいずれかに記載の圧力センサモジュールを搭載したことを特徴とする。

本発明によれば、圧力センサと電気的に接続される配線基材は、積層基板中に配されて圧力センサが実装されている。積層基板に生じた応力は、該積層基板の最表面が最大となるが、本発明では配線基材は積層基板中に配されているため、圧力センサに加わる応力は、従来の圧力センサモジュールに実装された場合よりも小さくすることができる。ゆえに、該応力によって圧力センサの実装前後に生じる出力特性の変動を抑制することができ、所望の出力特性を備えた圧力センサモジュールを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。 感圧素子の電気的な配線図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。 本発明の第４実施形態に係る圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。 本発明の第５実施形態に係る圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。 本発明の第６実施形態に係る圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。 本発明の第７実施形態に係る圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。 本発明の第８実施形態に係る圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。 本発明の第９実施形態に係る圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。 本発明の第１０実施形態に係る圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。 本発明の第１１実施形態に係る圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。 従来の圧力センサモジュールを模式的に示した断面図である。

以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサモジュールの一例を模式的に示した断面図である。本発明の圧力センサモジュール３０Ａは、半導体基板１１の一面１１ａにおいて、その中央域αの内部に一面１１ａと略平行して広がる間隙部１３を備え、間隙部１３の一方１３ａ側に位置する薄板化された領域をダイアフラム部１４とし、ダイアフラム部１４に感圧素子１５を配してなり、一面１１ａにおいて、ダイアフラム部１４を除いた領域に配され、感圧素子１５と電気的に接続された導電部１６を少なくとも備えた圧力センサ１０と、導電部１６ごとにそれぞれ配され、導電部１６と個別に電気的に接続されるバンプ１８と、バンプ１８を介して電気的に接続される配線基材２１を有した積層基板２０とから概略構成されている。また、配線基材２１は、積層基板２０の内部に配され、配線基材２１がバンプ１８と電気的に接続される面２１ａの少なくとも一部は積層基板２０から露呈している。以下、それぞれについて詳細に説明する。

半導体基板１１は、例えばシリコンウェハなどから構成されれば良い。本実施形態においては、ダイアフラム部１４が形成された半導体基板１１の一面１１ａは、配線基材２１の一面２１ａと対向して配されている。

間隙部１３は、半導体基板１１の一面１１ａ側に形成された空間を指す。本発明における間隙部１３は、ダイアフラム部１４の一面を半導体基板１１内部の密閉空間に露呈させる密閉型の間隙部１３である。間隙部１３の大きさは、ダイアフラム部１４が所望の厚さとなるように適宜調節して設けることができる。

ダイアフラム部１４は、測定対象の負荷圧力範囲内において圧力と静電容量の直線的な比例関係が得られればその形状は特に限定されず、長方形、正方形、円形などの形状とすることができ、本例示にあっては長方形としている。

感圧素子１５は、ダイアフラム部１４の周縁部に配されたゲージ抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）であり、ダイアフラム部１４の湾曲の度合いに応じて出力信号が変化し、これにより圧力が検出される。図２は、感圧素子１５の電気的な配線図である。図２に示すように、この各ゲージ抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）は、不図示のリード線を介してホイットストーンブリッジを構成するように電気的に接続されている。ダイアフラム部１４の周縁部においては圧縮と引張の両応力が感圧素子１５に加わりやすいので、感度の良い圧力センサが得られる。
また、感圧素子１５の設置箇所は、上述した実施形態の如くダイアフラム部１４の近傍で半導体基板１１の一面１１ａに埋設する以外にも、例えば、半導体基板１１の一面１１ａ上に突出するように形成するなど、ダイアフラム部１４の湾曲を検出できる位置であれば、どのような位置に設置しても良い。

導電部１６は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ，Ｔｉなどの電極用材料として一般に使用される各種の金属を、半導体基板１１の一面１１ａに、蒸着法、スパッタ法、無電解メッキ法などの薄膜形成方法を用いて作製される。導電部１６の形状は、半導体基板１１の一面１１ａの導電部非成膜部をマスクで覆い、導電部形成部のみに金属膜を成膜する方法、或いは半導体基板１１の一面１１ａに均一に金属膜を成膜後、フォトリソグラフィ手法を用いて所望の形状にエッチングする方法によりパターン形成することができる。

バンプ１８は、圧力センサ１０と積層基板２０に配された配線基板２１とを電気的に接続するものであれば特に限定されるものではない。バンプ１８を介して圧力センサ１０と積層基板２０とを電気的に接続することで、配線基材２１の一面２１ａと半導体基板１１の一面１１ａとの間に離間部１が形成される。このように離間部１が配されることで、圧力センサ１０が積層基板２０からの応力を直接受けることがないので、該応力を緩和することができる。

積層基板２０は、例えば図１では３つの基板２０ａ，２０ｂ，２０ｃを重ねてなる構成例である。なお、本発明における積層基板２０は、同一材料または異種材料からなる基板を少なくとも２つ以上重ねて設けたものであればよく、その重ねて設ける基板の数は特に限定されるものではない。すなわち、この第一実施形態では、３層の基板からなる積層基板を例示しているが、２層であってもよいし、複数の基板を重ねて配置した積層基板であればよい。また、積層基板２０をなす各基板としては特に限定されるものではなく、例えばポリイミドをベースとしたフレキシブルプリント回路基板など、従来公知のものを用いることができる。積層基板２０には、圧力センサと電気的に接続される配線基材２１が配されている。また積層基板２０には、この配線基材２１と電気的に接続される配線部２３が配されている。配線部２３は、導電部１６や配線基材２１から出力される圧力センサ１０からの圧力信号を、積層基板２０に形成された例えば増幅回路や温度補償回路などに接続する。配線部２３としては、特に限定されるものではなく、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ，Ｔｉなどの電極用材料として一般に使用される各種の金属を用いることができる。

配線基材２１は、積層基板２０に配され、圧力センサ１０が実装されるものである。
また、配線基材２１を積層基板２０中に配し、圧力センサ１０のダイアフラム部１４を配線基材２１と対向させて実装させることで、ダイアフラム部１４やバンプ１８の接合部など破損しやすい部分に対して、外部から機械的な応力がかかって破損することを防止できる。

この配線基材２１には、圧力センサ１０の導電部１６と電気的に接続される導体２２が配されている。導体２２としては、特に限定されるものではなく、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ，Ｔｉなどの電極用材料として一般に使用される各種の金属を配線基材２１やバンプとの相性を考慮して適宜選択して用いることができる。

本実施形態によれば、圧力センサ１０と電気的に接続される配線基材２１は、積層基板２０中に配されて圧力センサ１０が実装されている。積層基板２０に生じた応力は、該積層基板２０の最表面２０Ａが最大となるため、圧力センサ１０に加わる応力は、従来の圧力センサモジュールに実装された場合よりも小さくすることができる。また、圧力センサ１０は積層基板２０に直接実装されておらず、積層基板２０の側面や配線基材２１の一面２１ａから離間して配されている。ゆえに、積層基板２０で生じた応力が圧力センサ１０に加わることが緩和され、該応力によって圧力センサ１０の実装前後に生じる出力特性の変動を抑制することができ、所望の出力特性を備えた圧力センサモジュールを提供することができる。特に本発明においては、従来用いられている積層基板中に、配線基板２１を配し、該配線基板２１に圧力センサ１０を実装するだけで本発明の構成を得ることができる。そのため、簡便に出力特性の変動が生じがたい圧力センサモジュールを提供することが可能となる。また、配線基材２１が積層基板２０中に配されているため、圧力センサ１０を実装した圧力センサモジュールの薄板化を図ることができると共に、ダイアフラム部１４やバンプ１８の接合部など破損しやすい部分に対して、外部から機械的な応力がかかって破損することを防止できる。

＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサモジュール３０Ｂの一例を模式的に示した断面図である。なお、第１実施形態と同一なものには同一な符号を付し、説明を省略することがある。

本実施形態においては、圧力センサ１０が実装されている面において、積層基板２０の最表面２０Ａが、圧力センサ１０の上面（半導体基板１１の他面１１ｂ）と同じかこれよりも高い位置となっている。これにより、半導体基板１１の側面１１ｃは積層基板２０ａで囲まれ、完成した圧力センサモジュール３０Ｂにおいて、圧力センサ１０に直接外力が加わることが大幅に抑制される。したがって、上述した第１実施形態の効果に加え、搬送中、または製品に搭載後の圧力センサ１０に直接外力が加わることが大幅に抑制され、搬送中に加わった応力がダイアフラム部１４に影響し、圧力センサ１０の出力特性に変化が生じること、または製品に搭載後の圧力センサ１０の積層基板２０からの脱落、あるいは電気的な接続の断線やダイアフラム部１４の破損による不良等を劇的に減少させることが可能となる。

＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサモジュール３０Ｃの一例を模式的に示した断面図である。本実施形態の圧力センサモジュール３０Ｃが第１実施形態の圧力センサモジュール３０Ａと異なる点は、積層基板２０中に半導体デバイス３１が配され、圧力センサ１０と電気的に接続されている点である。第１実施形態と同一なものには同一な符号を付し、説明を省略することがある。

半導体デバイス３１としては特に限定されるものではないが、例えば圧力センサの感度増幅、温度補償等をおこなうＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit） などが挙げられる。

第三実施形態の圧力センサモジュール３０Ｃによれば、圧力センサ１０の制御を行う半導体デバイス（例えば、ＡＳＩＣ）３１を積層基板２０に内在させることによって、圧力センサ１０を制御する制御回路などを外部に設ける必要がない。従って、第１実施形態で得られる効果に加え、圧力センサ１０と、この圧力センサ１０の制御回路などの半導体デバイス３１とをワンパッケージで一体に備えることが可能で、小型化、薄型化された圧力センサモジュール３０Ｂを得ることができる。さらに、種々の半導体デバイス３１を積層基板２０内に埋め込むことにより、高機能、高密度の圧力センサパッケージを提供できる。

なお、本実施形態においても、第２実施形態と同様に積層基板２０の最表面２０Ａが半導体基板１１の他面１１ｂの位置と同じかこれよりも高い位置になるように露呈させて、圧力センサ１０が積層基板２０に覆われて配されていてもよい。第２実施形態と同様な効果が得られる。

＜第４実施形態＞
図５は、本発明の第４実施形態に係る圧力センサモジュール３０Ｄの一例を模式的に示した断面図である。本実施形態の圧力センサモジュール３０Ｄが第１実施形態の圧力センサモジュール３０Ａと異なる点は、積層基板２０中に配された配線基材２１として半導体デバイス３１を用いた点である。

半導体デバイス３１において、圧力センサ１０が実装される面３１ａには電気的な回路３２が形成されており、回路３２の一部がバンプ１８と電気的に接続され、半導体デバイス３１と圧力センサ１０とが電気的に接続されている。これにより、圧力センサ１０と半導体デバイス３１との間で信号のやり取りが可能となる。

本実施形態のように、配線基材２１として半導体デバイス３１を用いることで、上述した第１実施形態及び第３実施形態の効果に加え、第３実施形態の圧力センサモジュールよりも、さらに小型、薄型化された圧力センサモジュール３０Ｃを得ることができる。

なお、本実施形態においても、第２実施形態と同様に積層基板２０の最表面２０Ａが半導体基板１１の他面１１ｂの位置と同じかこれよりも高い位置になるように露呈させて、圧力センサ１０が積層基板２０に覆われて配されていてもよい。第２実施形態と同様な効果が得られる。

＜第５実施形態＞
図６は、本発明の第５実施形態に係る圧力センサモジュール３０Ｅの一例を模式的に示した断面図である。本実施形態の圧力センサモジュールは、半導体基板６１の一面６１ａにおいて、その中央域αの内部に一面６１ａと略平行して広がる間隙部６３を備え、間隙部６３の一方６３ａ側に位置する薄板化された領域をダイアフラム部６４とし、ダイアフラム部６４に感圧素子６５を配してなり、一面６１ａにおいて、ダイアフラム部６４を除いた領域に配され、感圧素子６５と電気的に接続された導電部６６を少なくとも備えた圧力センサ６０と、導電部６６ごとにそれぞれ配され、導電部６６と個別に電気的に接続されるバンプ１８と、バンプ１８を介して電気的に接続される配線基材２１を有した積層基板２０とから概略構成されている。また、配線基材２１は、積層基板２０の内部に配され、配線基材２１がバンプ１８と電気的に接続される面２１ａの少なくとも一部は積層基板２０から露呈している。
本実施形態の圧力センサモジュール３０Ｅが第１実施形態の圧力センサモジュール３０Ａと異なる点は、導電部６６に一端６２ａが電気的に接続にし、他端６２ｂが半導体基板６１の他面６１ｂに露呈するように貫通電極６２が圧力センサに配されている点、該貫通電極６２がバンプ１８を介して配線基材２１と電気的に接続されている点及びダイアフラム部６４が積層基板２０と対向する面６１ｂとは逆の面６１ａに配されている点である。
なお、半導体基板６１、間隙部６３、ダイアフラム部６４、感圧素子６５、及び導電部６６のそれぞれに関しては、第１実施形態の半導体基板１１、間隙部１３、ダイアフラム部１４、感圧素子１５、及び導電部１６と同様である。

貫通電極６２としては特に限定されるものではなく、従来公知のものを用いることができ、例えば半導体基板６１に形成した貫通孔に、金や他の金属材料、はんだ等の合金を充填することで得られる。

本実施形態によれば、圧力センサ６０と電気的に接続される配線基材２１は、積層基板２０中に配されて圧力センサ６０が実装されている。積層基板２０に生じた応力は、該積層基板２０の最表面２０Ａが最大となるため、圧力センサ６０に加わる応力は、従来の圧力センサモジュールに実装された場合よりも小さくすることができる。また、圧力センサ６０は積層基板２０に直接実装されておらず、積層基板２０の側面や配線基材２１の一面２１ａから離間して配されている。ゆえに、該応力によって圧力センサ６０の実装前後に生じる出力特性の変動を抑制することができ、所望の出力特性を備えた圧力センサモジュールを提供することができる。特に本発明においては、従来用いられている積層基板中に、配線基板２１を配し、該配線基板２１に圧力センサ６０を実装するだけで本発明の構成を得ることができる。そのため、簡便に出力特性の変動が生じがたい圧力センサモジュールを提供することが可能となる。また、配線基材２１が積層基板２０中に配されているため、圧力センサ６０を実装した圧力センサモジュールの薄板化を図ることができると共に、バンプ１８の接合部など破損しやすい部分に対して、外部から機械的な応力がかかって破損することを防止できる。

＜第６実施形態＞
図７は、本発明の第６実施形態に係る圧力センサモジュール３０Ｆの一例を模式的に示した断面図である。なお、第１実施形態及び第５実施形態と同一なものには同一な符号を付し、説明を省略することがある。

本実施形態においては、圧力センサ６０が実装されている面において、積層基板２０の最表面２０Ａが、圧力センサ６０の上面（半導体基板６１の一面６１ａ）と同じかこれよりも高い位置となっている。これにより、半導体基板６１の側面６１ｃは積層基板２０ａで囲まれ、完成した圧力センサモジュール３０Ｈにおいて、圧力センサ６０に直接外力が加わることが大幅に抑制される。したがって、上述した第５実施形態の効果に加え、搬送中、または製品に搭載後の圧力センサ６０に直接外力が加わることが大幅に抑制され、搬送中に加わった応力がダイアフラム部６４に影響し、圧力センサ６０の出力特性に変化が生じること、または製品に搭載後の圧力センサ６０の積層基板２０からの脱落、あるいは電気的な接続の断線やダイアフラム部６４の破損による不良等を劇的に減少させることが可能となる。

＜第７実施形態＞
図８は、本発明の第７実施形態に係る圧力センサモジュール３０Ｇの一例を模式的に示した断面図である。本実施形態の圧力センサモジュール３０Ｇが第５実施形態の圧力センサモジュール３０Ｅと異なる点は、積層基板２０中に半導体デバイス３１が更に配されている点である。

半導体デバイス３１としては特に限定されるものではないが、例えば圧力センサの感度増幅、温度補償等をおこなうＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit） などが挙げられる。

本実施形態の圧力センサモジュール３０Ｆによれば、第２実施形態の圧力センサモジュール３０Ｂと同様に、圧力センサ６０の制御を行う半導体デバイス（例えば、ＡＳＩＣ）３１を積層基板２０に内在させることによって、圧力センサ６０を制御する制御回路などを外部に設ける必要がない。従って、第５実施形態で得られる効果に加え、圧力センサ６０と、この圧力センサ６０の制御回路などの半導体デバイス３１とをワンパッケージで一体に備えることが可能で、小型化、薄型化された圧力センサモジュール３０Ｆを得ることができる。さらに、種々の半導体デバイス３１を積層基板２０内に埋め込むことにより、高機能、高密度の圧力センサパッケージを提供できる。

なお、本実施形態においても、第６実施形態と同様に積層基板２０の最表面２０Ａが半導体基板６１の一面６１ａの位置と同じかこれよりも高い位置になるように露呈させて、圧力センサ６０が積層基板２０に覆われて配されていてもよい。第６実施形態と同様な効果が得られる。

＜第８実施形態＞
図９は、本発明の第８実施形態に係る圧力センサモジュール３０Ｈの一例を模式的に示した断面図である。本実施形態の圧力センサモジュール３０Ｈが第５実施形態の圧力センサモジュール３０Ｅと異なる点は、積層基板２０中に配された配線基材２１として半導体デバイス３１を用いた点である。

半導体デバイス３１において、圧力センサ６０が実装される面３１ａには電気的な回路２２が形成されており、回路２２の一部がバンプ１８と電気的に接続され、半導体デバイス３１と圧力センサ６０とが電気的に接続されている。これにより、圧力センサ６０と半導体デバイス３１との間で信号のやり取りが可能となる。

本実施形態のように、配線基材２１として半導体デバイス３１を用いることで、上述した第５実施形態及び第７実施形態の効果に加え、第７実施形態の圧力センサモジュールよりも、さらに小型、薄型化された圧力センサモジュール３０Ｈを得ることができる。

なお、本実施形態においても、第６実施形態と同様に積層基板２０の最表面２０Ａが半導体基板６１の一面６１ａの位置と同じかこれよりも高い位置になるように露呈させて、圧力センサ６０が積層基板２０に覆われて配されていてもよい。第６実施形態と同様な効果が得られる。

上記第１実施形態〜第８実施形態の圧力センサモジュール３０において、配線基材２１の線膨張係数は、圧力センサ１０，６０の半導体基板１１，６１と同程度であることが好ましい。
従来どおり、所望の温度（通常は２６０℃程度）で圧力センサを積層基板に直接リフロー実装した場合、両者の熱膨張係数の差により、圧力センサの使用温度（例えば室温）においては、はんだバンプ近傍には残留応力を有することとなる。そのため、ダイアフラム部にかかる応力が圧力センサの実装前後で変化してしまい、結果として該圧力センサの出力特性が変化してしまう。また、両者の熱膨張係数の差に起因して、残留応力が経時的に変化（クリープ）し、ひいてはセンサの経時的な特性変動も生じてしまう。更に熱的な変動が加わることにより、両者が熱膨張係数に応じて伸び縮みするため、熱的な信頼性が悪化される。
配線基材２１の線膨張係数を、圧力センサ１０，６０の半導体基板１１，６１と同程度とすることで、熱膨張係数の差に起因した応力を抑制することができ、圧力センサ１０，６０を積層基板２０に直接リフロー実装後の残留応力及びその経時的な変動（クリープ）を限りなく小さくすることができる。そのため、圧力センサ１０，６０の実装前後における出力特性の変動をより小さくすることができ、所望の出力特性が維持できると共に、温度サイクルなどの信頼性を劇的に向上することができる。このような配線基材２１としては、圧力センサ１０，６０に用いた半導体基板１１，６１に応じて適宜変更できるが、例えばシリコンやセラミック、ガラスなどが挙げられる。

なお、配線基材２１として半導体デバイス３１を用いた際は、半導体デバイス３１の線膨張係数を、圧力センサ１０，６０の半導体基板１１，６１と同程度とすることが好ましい。これにより、上述した配線基板２１の際と同様に、熱膨張係数の差に起因した応力を抑制することができ、圧力センサ１０，６０を積層基板２０に直接リフロー実装後の残留応力及びクリープを限りなく小さくすることができる。そのため、圧力センサ１０，６０の実装前後における出力特性の変動をより小さくすることができ、所望の出力特性が維持できると共に、温度サイクルなどの信頼性の向上を図った圧力センサモジュールを得ることができる。このような半導体デバイス３１としては、圧力センサ１０，６０に用いた半導体基板１１，６１に応じて適宜変更できるが、例えばシリコンやセラミック、ガラスなどからなるものが挙げられる。

＜第９実施形態＞
図１０は、本発明の第９実施形態に係る圧力センサモジュール３０Ｉの一例を模式的に示した断面図である。
本実施形態の圧力センサモジュール３０Ｉが第１実施形態の圧力センサモジュール３０Ａと異なる点は、前記積層基板２０の前記圧力センサ１０が搭載されている面２０Ａ側に、該圧力センサ１０を内包するように配された被覆部材４０を、さらに備えた点である。圧力センサ１０を内包するように被覆部材４０を配することで、圧力センサ１０を保護することができる。

すなわち、圧力センサ１０を内包するように被覆部材４０を配することで、圧力センサ１０に直接外力が加わることを確実に抑制することができる。これにより、上述した第１実施形態の効果に加え、搬送中、または製品に搭載後の圧力センサ１０に直接外力が加わることが確実に抑制され、搬送中に加わった応力がダイアフラム部に影響し、圧力センサ１０の出力特性に変化が生じること、または製品に搭載後の圧力センサ１０の積層基板２０からの脱落、あるいは電気的な接続の断線やダイアフラム部の破損による不良等を劇的に減少させることが可能となる。

このような被覆部材４０は、例えば、セラミック、ガラス、エポキシ等からなり、その厚みは特に限定されない。被覆部材４０は、同一材料または異種材料からなる基板を少なくとも２つ以上重ねて設けた多層基板であってもよい。また、被覆部材４０は、前記圧力センサ１０を内包する凹部４０ａを有する。凹部４０ａの深さは、特に限定されるものはないが、被覆部材４０を配したときに、該凹部４０ａと圧力センサ１０との間に間隙４１を有する程度とする。
また、被覆部材４０と積層基板２０との接着は、特に限定されるものではないが、例えば接着剤による接着等が挙げられる。

＜第１０実施形態＞
図１１は、本発明の第１０実施形態に係る圧力センサモジュール３０Ｊの一例を模式的に示した断面図である。本実施形態の圧力センサモジュール３０Ｊが第２実施形態の圧力センサモジュール３０Ｂと異なる点は、前記積層基板２０の前記圧力センサ１０が搭載されている面２０Ａ側に、該圧力センサ１０を内包するように配された被覆部材４２を、さらに備えた点である。圧力センサ１０を内包するように被覆部材４２を配することで、圧力センサ１０を保護することができる。

すなわち、圧力センサ１０を内包するように被覆部材４２を配することで、圧力センサ１０に直接外力が加わることを確実に抑制することができる。これにより、搬送中、または製品に搭載後の圧力センサ１０に直接外力が加わることが確実に抑制され、搬送中に加わった応力がダイアフラム部に影響し、圧力センサ１０の出力特性に変化が生じること、または製品に搭載後の圧力センサ１０の積層基板２０からの脱落、あるいは電気的な接続の断線やダイアフラム部の破損による不良等を劇的に減少させることが可能となる。

＜第１１実施形態＞
図１２は、本発明の第１１実施形態に係る圧力センサモジュール３０Ｋの一例を模式的に示した断面図である。
本実施形態の圧力センサモジュール３０Ｋが第９実施形態の圧力センサモジュール３０Ｊと異なる点は、前記被覆部材４０に配された配線部４３を備え、該配線部４３は、積層基板２０に配された配線部２３を介して、圧力センサ１０の前記配線基材２１と電気的に接続されている点である。これにより、上述した第９実施形態の効果に加え、この配線部４３を利用して、圧力センサモジュール３０Ｋをプリント基板等に表面実装できるため、超低背の圧力センサモジュールを実現できる。

また、前記配線部４３が、前記被覆部材４０の側面４０Ａを通って、該被覆部材４０の前記積層基板２０と接する側と反対側の面４０Ｂに露呈している。このように配線部４３を、被覆部材４０の側面に配するキャスタレーション構造とすることで、プリント基板への実装高さをさらに低減することができる。すなわち、圧力センサモジュール３０の超低背の特徴を最大限生かした実装が可能になる。

前記被覆部材４０は、前記圧力センサ１０を内包する凹部４０ａを有し、前記配線部４２の前記被覆部材４０の表面４０Ｂにおける端の位置γが、前記凹部４０ａの端δの位置と同等か、これよりも外側にきている。これにより、実装時や搬送中の応力が、被覆部材４０の薄い部分εに集中するのを防ぐことができる。そして、被覆部材４０にかかる応力が配線部４３に影響し、電気的な接続の断線や被覆部材の薄い部分の破損による不良等を劇的に減少させることが可能となる。

配線部４３としては、特に限定されるものではなく、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉなどの電極用材料として一般に使用される各種の金属を用いることができる。
また、配線部４２を有する被覆部材４０と積層基板２０との接着は、特に限定されるものではないが、例えば異方性導電接着剤による接着等が挙げられる。

また、本発明の電子部品は、上記した第１実施形態〜第１１実施形態のいずれかに記載の圧力センサモジュール３０を備えてなる。したがって、該電子部品は外部や内部からの応力による影響が少ないため、高精度に、再現性よく圧力を検知することが可能な電子部品を提供することが可能となる。

本発明に係る圧力センサモジュールは、圧力センサに加わる応力が緩和され所望の出力特性を維持した圧力センサモジュールを提供できることから、たとえば空気圧や水圧、油圧等の圧力を測定する用途に使用され、高精度に、再現性よく測定可能な各種の電子部品に好適である。

１ 離間部、１１，６１ 半導体基板、６２ 貫通電極、１３，６３ 間隙部、１４，６４ ダイアフラム部、１５，６５ 感圧素子、１６，６６ 導電部、１８ バンプ ２０ 積層基板、２１ 配線基材、２２ 導体、２３ 配線部、３１ 半導体デバイス、３２ 回路、１０，６０ 圧力センサ、３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ，３０Ｇ，３０Ｈ，３０Ｉ，３０Ｊ，３０Ｋ） 圧力センサモジュール、４０，４２ 被覆部材、４１ 間隙、４３ 配線部。

Claims (8)

1. 半導体基板の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行して広がる間隙部を備え、該間隙部の一方側に位置する薄板化された領域をダイアフラム部とし、該ダイアフラム部に感圧素子を配してなり、前記一面において、前記ダイアフラム部を除いた領域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部を少なくとも備えた圧力センサと、
   前記導電部ごとにそれぞれ配され、該導電部と個別に電気的に接続されるバンプと、
   前記バンプを介して電気的に接続される配線基材を有した積層基板と、を備え、
   前記配線基材は、前記積層基板の内部に配され、前記配線基材が前記バンプと電気的に接続される面の少なくとも一部は前記積層基板から露呈していることを特徴とする圧力センサモジュール。
2. 前記半導体基板の他面が露呈するように、前記圧力センサが前記積層基板に覆われて配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モジュール。
3. 前記配線基材が半導体デバイスであることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサモジュール。
4. 前記積層基板の前記圧力センサが搭載されている面側に、該圧力センサを内包するように配された被覆部材を、さらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧力センサモジュール。
5. 前記被覆部材に配された配線部を備え、該配線部は、前記圧力センサの前記配線基材と電気的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサモジュール。
6. 前記配線部が、前記被覆部材の側面を通って、該被覆部材の前記積層基板と接する側と反対側の面に露呈していることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサモジュール。
7. 前記被覆部材は、前記圧力センサを内包する凹部を有し、
   前記配線部の前記被覆部材の表面における端の位置が、前記凹部の端の位置と同等か、これよりも外側にきていることを特徴とする請求項５または６に記載の圧力センサモジュール。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の圧力センサモジュールを搭載したことを特徴とする電子部品。

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