JP2011107017A - ダイアフラム付電子デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】ダイアフラム付電子デバイスを提供する。
【解決手段】パッケージ14と、前記パッケージ14の主面に形成され力を受けて変位するダイアフラム40と、前記ダイアフラム40に接続され、前記ダイアフラム40の変位を受けて力を検知する感圧素子24と、を有する圧力センサー12と、前記圧力センサー12が実装される実装部材50と、界面張力により前記圧力センサー12を保持し、前記ダイアフラム40を露出した状態で前記圧力センサー12を前記実装部材50に保持させるゲル状の樹脂剤60と、を有することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】パッケージ14と、前記パッケージ14の主面に形成され力を受けて変位するダイアフラム40と、前記ダイアフラム40に接続され、前記ダイアフラム40の変位を受けて力を検知する感圧素子24と、を有する圧力センサー12と、前記圧力センサー12が実装される実装部材50と、界面張力により前記圧力センサー12を保持し、前記ダイアフラム40を露出した状態で前記圧力センサー12を前記実装部材50に保持させるゲル状の樹脂剤60と、を有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、ダイアフラム付電子デバイスについて、特に実装部材への実装に伴うダイアフラムへの歪みを軽減したダイアフラム付電子デバイスに関する。
例えば、図12に示すように、第1の従来技術として特許文献1には、パッケージ202と、前記パッケージ202の一面に形成され被検出圧力を受けて変位するダイアフラム216と、前記ダイアフラム216の前記パッケージ202内部側に形成された一対の支持部218と、感圧部210と前記感圧部210の両端に形成された一対の基部212とを備え前記一対の基部212がそれぞれ前記一対の支持部218に接続され前記変位により前記被検出圧力を検知する感圧素子208と、を有し、パッケージ202の下部を形成する第1層204、パッケージ202の上部とダイアフラム216等を形成する第2層214の積層構造により形成された圧力センサー素子200が開示されている。この圧力センサー素子200は被検出圧力を受圧したダイアフラム216が撓み変位すると、その変位を支持部218を介して双音叉振動子等の感圧素子208に伝える構造を有している。
また図13に示すように、第2の従来技術として特許文献2には、ダイアフラム311にピエゾ抵抗が形成された半導体素子301a、301bを圧力導入孔371を有するパッケージ307に組み込んで形成され、圧力導入孔371から導入された圧力によるダイアフラム311の歪みに応じたピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出する半導体圧力センサー300において、半導体素子301a、301bを設け、パッケージ307の内面に取り付け部372を突設し、取り付け部372の上下両方向から2つの半導体素子301a、301bを互いのダイアフラム311面を対向させてフェイスダウンボンディングすることにより半導体素子301a、301bの電極と外部端子304とを接続するとともに、半導体素子301a、301bを取り付け部372に密着固定し、一方の半導体素子301aのダイアフラム311には圧力導入孔371からの圧力が直接印加され、他方の半導体素子301bのダイアフラムには取り付け部372に形成された空気孔373を介して圧力が印加される半導体圧力センサー300が開示されている。2つの半導体素子の圧力に対応した出力電圧を直列に接続して出力されるようにしておけば、同じ圧力に対して、1つの半導体素子の場合に比べて2倍の出力が得られることになり、小さな圧力変化の検出を可能にした半導体圧力センサーを実現できるとされる。
ところで、特許文献1に開示されたような双音叉振動子を感圧素子に用いた圧力センサー素子200の実装に特許文献2に開示されたパッケージ構造を適用しようとすると、圧力センサー素子200の両端を実装(接合)することにより生じる応力や熱歪み(リードフレームと圧力センサー素子との熱膨張係数の差)が双音叉振動子の周波数特性に悪影響を与える、すなわち、被測定圧力を受圧したダイアフラムに撓み変形し、その変形が支持部を介して双音叉振動子に伝達されるとき、振動部に生じる引張応力や圧縮応力に余計な成分の応力が印加されることによって、感圧素子の周波数特性に悪影響を与えることになる。
そこで、図14に示すように第3の従来技術として、特許文献3には、半導体チップ配置構造400において、ダイアフラム領域455と周辺領域とを有する表面を備えた半導体チップ405が設けられており、周辺領域が実装領域MBを有しており、切欠き411を有する表面を備えた基板410が設けられており、半導体チップ405の実装領域MBがフリップチップ技術で基板410の表面に実装されており、切欠き411のエッジKが実装領域MBとダイアフラム領域455との間に位置するようになっており、実装領域MBがアンダフィル428で充填されており、その際、切欠き411のエッジKがアンダフィル428のための断絶領域として役立つので、アンダフィル428がダイアフラム領域455内に存在しないようになっており、半導体チップ405が実装領域MBにおいて半田ボール426により片持ち支持状態で支持された構造が開示されている。このように半導体チップ405を片持ち支持することにより、半導体チップ405には自由端が形成されるため、半田ボール426側からの応力等を軽減することができる。よって特許文献1に記載の圧力センサー素子200を特許文献3に記載されたように実装することによって実装部材側からの応力等を軽減できるとも思われる。
しかし、上述の積層構造を有する圧力センサー素子において、積層間の接合部に実装に係る応力が作用し歪みが生じる。この歪みに起因した接合部に経時的な劣化により機密性が保てなくなり、パッケージのリークが発生する問題があった。さらにこの実装に係る応力による歪みがダイアフラムを通じて感圧素子の支持部を経て感圧部に作用し、実装に伴う歪みに起因した内部応力が感圧素子に掛かるので、それによって共振周波数に変動が生じる。その結果、圧力センサー素子に検出される圧力値に、前記歪みに起因した共振周波数の変動が重畳されることになるので、圧力検出値に誤差が生じることになる。
そこで、本発明は上記問題点に着目し、素子の基板への実装に係る素子への応力を軽減したダイアフラム付電子デバイスを提供することを目的とする。
そこで、本発明は上記問題点に着目し、素子の基板への実装に係る素子への応力を軽減したダイアフラム付電子デバイスを提供することを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
[適用例1]パッケージと、前記パッケージの主面に形成され力を受けて変位するダイアフラムと、前記ダイアフラムに接続され、前記ダイアフラムの変位を受けて力を検知する力検出部と、を有する物理量センサーと、前記物理量センサーが実装される実装部材と、界面張力により前記物理量センサーを保持し、前記ダイアフラムを露出した状態で前記物理量センサーを前記実装部材に保持させるゲル状の樹脂剤と、を有することを特徴とするダイアフラム付電子デバイス。
[適用例1]パッケージと、前記パッケージの主面に形成され力を受けて変位するダイアフラムと、前記ダイアフラムに接続され、前記ダイアフラムの変位を受けて力を検知する力検出部と、を有する物理量センサーと、前記物理量センサーが実装される実装部材と、界面張力により前記物理量センサーを保持し、前記ダイアフラムを露出した状態で前記物理量センサーを前記実装部材に保持させるゲル状の樹脂剤と、を有することを特徴とするダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、物理量センサーは樹脂剤との間の界面張力により保持され、同様に樹脂剤は実装部材との間の界面張力により保持されるため、物理量センサーは実装部材に樹脂剤を介して保持される。よって物理量センサーは実装部材には固着されないので、実装部材からの応力が樹脂剤を介して物理量センサーに伝達することを軽減することができる。したがって、実装に伴う圧力検出値の誤差を抑制したダイアフラム付電子デバイスとなる。
[適用例2]前記パッケージの主面の反対面に設けられた凸部と前記実装部材に設けられ前記凸部を挿入可能な凹部と、を有し、前記物理量センサーは、前記凸部が前記凹部に挿入されるとともに前記樹脂剤を前記凸部と前記凹部との間に充填する態様で前記実装部材に保持されたことを特徴とする適用例1に記載のダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、物理量センサーは実装部材に直接当接することなく実装部材に嵌め込まれた態様となる。よって物理量センサーの実装部材に対する相対位置の変動を隙間に充填された樹脂剤の厚み方向の弾性力を利用して抑制することができる。したがって、物理量センサーの振動によるノイズを抑制することができる。
[適用例3]前記実装部材は、前記パッケージを収容可能な第2の凹部を有し、前記樹脂剤は、前記第2の凹部に充填され、前記パッケージは、前記ダイアフラムが前記樹脂剤から露出した状態で前記樹脂剤に埋設され、前記パッケージの側面と前記主面の反対面とが前記樹脂剤に保持されたことを特徴とする適用例1に記載のダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、樹脂剤の水平方向への変位が抑制されるため、これに保持された物理量センサーの水平方向の変位が抑制される。これにより物理量センサーからの信号の振動によるノイズを抑制することができる。
[適用例4]前記実装部材の前記第2の凹部を形成した面の反対側の面に形成された第3の凹部と、前記第3の凹部に取り付けられ、前記力検出部と電気的に接続して前記力検出部を駆動させる駆動回路と、を有することを特徴とする適用例3に記載のダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、駆動回路の実装位置が物理量センサーの実装部材を挟んだ反対側になるので、実装部材の小型化が可能となるため、全体的な形状の小型化を図ることができる。
[適用例5]前記実装部材には、前記パッケージの側面、および/もしくは、上面に当接して前記物理量センサーの位置ずれを防止するストッパーが設けられたことを特徴とする適用例1乃至4のいずれか1例に記載のダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、物理量センサー外部からの衝撃等により樹脂剤から外れること防止することができる。
上記構成により、物理量センサー外部からの衝撃等により樹脂剤から外れること防止することができる。
[適用例6]前記パッケージの前記主面の反対面に設けられ、前記力検出部と電気的に接続する外部電極と、前記実装部材に設けられ、外部に接続する接続電極と、前記外部電極と前記接続電極とを界面張力により接合し、前記樹脂剤の一部を構成し前記外部電極及び前記接続電極に対応した位置に設けられたゲル状の導電性樹脂剤と、を有することを特徴とする適用例1乃至5のいずれか1例に記載のダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、樹脂剤により実装部材との機械的接続を行い、導電性樹脂剤により電気的接続を行なうので、配線用のスペースを設ける必要はなく、他の素子との干渉を防ぐことができる。
[適用例7]前記実装部材は、前記パッケージを挿通するとともに前記パッケージの側面が前記樹脂剤を介して接合される挿通孔と、前記実装部材の両面の前記挿通孔の開口部に形成され、前記パッケージの位置ずれを防止する第2のストッパーと、を有し、前記物理量センサーは、前記パッケージの前記主面の反対面に形成された第2のダイアフラムと、前記ダイアフラムと前記第2のダイアフラムとを連結し、一方のダイアフラムが受ける力を他方のダイアフラムに伝達する力伝達手段と、を有することを特徴とする適用例1に記載のダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、感圧素子は2つのダイアフラムが受ける力の差を検知することになるため、ダイアフラムと第2のダイアフラムとの間の相対物理量を測定するダイアフラム付電子デバイスとなる。さらに物理量センサーは樹脂剤を介して実装部材に挟まれた態様で保持されることになる。したがって実装部材からの応力の影響を軽減しつつ相対物理量を測定可能なダイアフラム付電子デバイスとなる。
[適用例8]前記実装部材の端面には、中間基板が取り付けられ、前記中間基板は、その主面の法線が前記ダイアフラムの法線に対して垂直に向くように取り付けられたことを特徴とする適用例1乃至7のいずれか1例に記載のダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、ダイアフラムの法線が実装面の法線に対して垂直になるため、実装形態に応じて物理量センサーの配置角度を変更することができる。
上記構成により、ダイアフラムの法線が実装面の法線に対して垂直になるため、実装形態に応じて物理量センサーの配置角度を変更することができる。
[適用例9]前記実装部材が実装される実装基板と、前記実装基板に形成され前記実装部材を収容可能な第4の凹部と、前記第4の凹部に充填されたゲル状の第2の樹脂剤と、を有し、前記実装部材は、前記第2の樹脂剤に埋設されたことを特徴とする適用例1乃至6のいずれか1例に記載のダイアフラム付電子デバイス。
上記構成により、実装部材自体も第2の樹脂剤により保持されることになるので、物理量センサーへの応力の影響をさらに低減することができる。
上記構成により、実装部材自体も第2の樹脂剤により保持されることになるので、物理量センサーへの応力の影響をさらに低減することができる。
[適用例10]前記樹脂剤は、熱硬化性のシリコーン系樹脂であることを特徴とする適用例1乃至9のいずれか1例に記載のダイアフラム付電子デバイス。
熱硬化前のシリコーン系樹脂は液状である。よって樹脂剤は実装部材と物理量センサーとの間に浸入することができ、この状態で熱硬化させることにより物理量センサーを保持することができる。よって樹脂剤は界面張力を利用して物理量センサー及び実装部材との隙間全体を充填することができるので、物理量センサーの保持力を高めることができる。
熱硬化前のシリコーン系樹脂は液状である。よって樹脂剤は実装部材と物理量センサーとの間に浸入することができ、この状態で熱硬化させることにより物理量センサーを保持することができる。よって樹脂剤は界面張力を利用して物理量センサー及び実装部材との隙間全体を充填することができるので、物理量センサーの保持力を高めることができる。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1に、第1実施形態に係るダイアフラム付電子デバイスを示す。図1(a)は正面図、図1(b)は平面図である。第1実施形態に係るダイアフラム付電子デバイス10は、パッケージ14と、前記パッケージ14の主面(上面)に形成され力を受けて変位するダイアフラム40と、前記ダイアフラム40に接続され、前記ダイアフラム40の変位を受けて力を検知する力検出部である感圧素子24と、を有する物理量センサー(圧力センサー12)と、前記物理量センサーが実装される実装部材50と、界面張力により前記物理量センサーを保持し、前記ダイアフラム40を露出した状態で前記物理量センサーを前記実装部材50に保持させるゲル状の樹脂剤60と、を有するものである。
物理量センサーである圧力センサー12は、パッケージ14の下部を形成する第1層16、力検出素子である感圧素子24を形成する第2層22、パッケージ14の上部、ダイアフラム40及び感圧素子24に接続する支持部42を形成する第3層36からなる積層構造を有している。また各層は水晶等の圧電材料を用い、エッチング工程、またはサンドブラスト工程により外形が形成され、各層の平面視した外形はほぼ同一の寸法となるように設計されている。
第1層16は、第2層22の感圧素子24等に干渉しないように形成された凹部18と、凹部18の周縁にある周縁部20を有する。
第2層22は、感圧素子24、連結部30、支持枠32とから形成され、感圧素子24は振動腕26、一対の基部28から形成される。振動腕26はシングルビームまたは双音叉型の振動子である。振動腕26には振動腕26を所定の共振周波数で振動させる励振電極(不図示)がスパッタ等により形成され、さらに励振電極(不図示)に接続する引き出し電極34が基部28および連結部30、支持枠32の所定位置にまで延びて形成されている。
第2層22は、感圧素子24、連結部30、支持枠32とから形成され、感圧素子24は振動腕26、一対の基部28から形成される。振動腕26はシングルビームまたは双音叉型の振動子である。振動腕26には振動腕26を所定の共振周波数で振動させる励振電極(不図示)がスパッタ等により形成され、さらに励振電極(不図示)に接続する引き出し電極34が基部28および連結部30、支持枠32の所定位置にまで延びて形成されている。
第3層36は、第2層22の感圧素子24等に干渉しないように形成された凹部38と、凹部38の形成により薄肉に形成されたダイアフラム40と、ダイアフラム40に形成された一対の支持部42と、凹部38の周縁に形成された厚肉の周縁部44と、を有する。さらに第3層36の周縁部44の所定位置には第3層36の上面と下面(第2層22の引出し電極34)とを電気的に接続する貫通電極46が形成され、周縁部44の上面の貫通電極46と接続する位置に外部電極48が形成されている。
そして積層時には、第1層16の周縁部20の上面と第2層22の支持枠32の下面とを接着し、第2層22の支持枠32の上面(引出し電極34が形成された面)と第3層36の周縁部44の下面とを接着する。また第2層22の一対の基部28の上面と第3層36の一対の支持部42の下面とを接着する。層間の接着は、各層を真空チャンバ等に導入し真空下で低融点ガラス等を用いて接着している。このため、積層により形成されるパッケージ14は、内部を真空封止することになる。さらにこの積層により、引出し電極34と貫通電極46とが電気的に接続される。よって外部電極に感圧素子24を駆動する駆動回路(不図示)を接続することにより感圧素子24は所定の共振周波数で振動することができる。
一方、ダイアフラム40は薄肉に形成されているため、外部から印加される圧力に応じてパッケージ14の内側に変位する。このとき支持部42間の距離はダイアフラム40の変位に対応して互いに離れることになる。
したがって一対の支持部42に接続された感圧素子24の基部28間の距離もダイアフラム40の変位に対応して互いに離れることになる。よって振動腕26にはダイアフラム40の変位に対応した引張応力が印加され、この引張応力により共振周波数が高くなる。したがってこの共振周波数の変化によりダイアフラム40に印加される圧力を検出することができる。もちろん圧力センサー12の外部が真空である場合は、ダイアフラム40の変位はない。したがって圧力センサー12は真空を基準とした絶対圧を測定するものとなる。
なお連結部30は、積層前の感圧素子24を支持するものであるが、細身に形成されているため、支持枠32との接続位置を中心として支持枠32の長辺方向に湾曲可能となっている。よって積層後において感圧素子24の基部28の動きに対して干渉することはなく、感圧素子24の感度劣化を抑制している。
実装部材50は、圧力センサー12が実装される基板であって、プラスティック、セラミック、ポリイミド等の絶縁体によって形成されている。実装部材50の上面の所定位置には接続電極52が形成され、実装部材50の下面であって接続電極52と対向する位置に実装電極56が形成され、接続電極52と実装電極56とは貫通電極54により電気的に接続される。実装電極56は実装先の電極(不図示)と接続される。また圧力センサー12の外部電極48と接続電極52とはAu等のワイヤー線58により接続されている。よって実装先の電極(不図示)が感圧素子24を駆動する駆動回路(不図示)に接続されることにより、励振電極(不図示)は、引出し電極34、貫通電極46、外部電極48、ワイヤー線58、接続電極52、貫通電極54、実装電極56を介して駆動回路(不図示)に接続され、所定の共振周波数で振動する。
樹脂剤60は、実装部材50に圧力センサー12を固定するものである。本実施形態において、樹脂剤60として粘性の高いシリコーン系樹脂(ポッティング剤・耐寒性ゲル)が適用される。シリコーン系樹脂は、通常液体であるが130度で30分加熱することによりゲル状に硬化する。
図2に樹脂剤60による接着工程を示す。図2(a)は樹脂剤の塗布直後の様子、図2(b)は樹脂剤がパッケージと実装基板との隙間に進入した様子、図2(c)は樹脂剤の硬化後の様子を示す。図2(a)に示すように実装部材50上の圧力センサー12を載置し、ワイヤー線58により外部電極48と接続電極52とを接続する。次に液状のシリコーン系樹脂の樹脂剤61を実装部材50と圧力センサー12の周りに塗布する。すると図2(b)に示すように、樹脂剤61は界面張力により圧力センサー12の底面と実装部材50の上面との間に浸入し、圧力センサー12は実装部材50から浮いた状態となる。このとき圧力センサー12の底面と側面は樹脂剤60の界面張力により保持される。その後図2(c)に示すように樹脂剤61を加熱して硬化させ樹脂剤60とすることにより圧力センサー12の実装部材50との位置関係はある程度固定されるが硬化後の樹脂剤60はゲル状なので樹脂剤60の界面張力は消失しない。よって圧力センサー12と樹脂剤60との間に空気が入り込むことはなく、圧力センサー12は界面張力により樹脂剤60が吸着した状態で保持される。一方樹脂剤60と実装部材50との間も同様に界面張力が発生しているので空気が入り込むことはなく、樹脂剤60は実装部材50に吸着した状態で保持されることになる。したがって圧力センサー12は樹脂剤60を介して実装部材50に保持される。また、水晶のヤング率は72GPa程度であるが、硬化後でもシリコーン系樹脂のヤング率は1MPa以下であるため、硬化剤のヤング率は水晶のヤング率より充分小さい。よって樹脂剤60の変形に係る応力が圧力センサー12に及ぶことは殆どなく、そのためダイアフラム40に樹脂剤60からの応力は掛かることはなく、これにより感圧素子24が樹脂剤60からの応力を圧力として誤検知することを防止できる。
図3に第1実施形態の第1の変形例を示す。図3に示すように、第1実施形態のダイアフラム付電子デバイス10において、パッケージ14の主面(上面)の反対面(底面)に設けられた凸部62と実装部材50の上面に設けられ凸部62を挿入可能な凹部64と、有し、圧力センサー12は、凸部62が凹部64に挿入されるとともに樹脂剤60を凸部62と凹部64との間に充填する態様で実装部材50に保持された構成とすることができる。凸部62は第3層36に対してエッチングやサンドブラストを行うことにより形成することができる。これにより、圧力センサー12は実装部材50に直接当接することなく実装部材50に嵌め込まれた態様となる。よって圧力センサー12の実装部材50に対する相対位置の変動を隙間に充填された樹脂剤60の厚み方向の弾性力を利用して抑制することができる。したがって、圧力センサー12からの信号の振動によるノイズを抑制することができる。なお図3において、凸部62及び凹部64をそれぞれ3つ形成しているが、1つでも、2つ以上でもよい。
図4に第2実施形態に係るダイアフラム付電子デバイス70を示す。図4(a)は正面図、図4(b)は平面図である。第2実施形態に係るダイアフラム付電子デバイス70において、圧力センサー12は第1実施形態のものと共通する。一方、実装部材72の上面には、パッケージ14を収容可能な第2の凹部76を有し、樹脂剤78は、第2の凹部76に充填され、パッケージ14は、ダイアフラム40が樹脂剤78から露出した状態で樹脂剤78に埋設され、パッケージ14の側面と前記主面(上面)の反対面(下面)とが樹脂剤78に保持された構成を有している。また実装部材72の第2の凹部76を形成した面(上面)の反対側の面(底面)に形成された第3の凹部80と、第3の凹部80に取り付けられ、感圧素子24と電気的に接続して前記感圧素子24を駆動させる駆動回路92と、を有するものである。
実装部材72は、断面がH型の形状を有し、上側に第2の凹部76を有し、下側に第3の凹部80を有する。第2の凹部76には樹脂剤78が充填され、圧力センサー12がダイアフラム40を露出させた状態で樹脂剤78に埋設されている。また接続電極82は実装部材72の上端に配置され、実装電極86は実装部材72の下端に配置されている。ここで接続電極82はワイヤー線58により圧力センサー12の外部電極48と接続され、実装電極86は実装先(不図示)に接続される。
駆動回路92は、感圧素子24と電気的に接続する第1の電極94と、実装先(不図示)と電気的に接続する第2の電極96と、を有する。第1の電極94は、接続電極82と貫通配線88を介して電気的に接続され、第2の電極96は、実装電極86と貫通配線90を介して電気的に接続される。
第2実施形態のダイアフラム付電子デバイス70の組み立ては、ワイヤー線58により接続電極82と外部電極48を接続し、硬化前の液状の樹脂剤78を第2の凹部76に充填し、圧力センサー12を把持可能なマニピュレータ(不図示)により、圧力センサー12の側面と底面とを樹脂剤78に浸漬した状態で圧力センサー12の位置を固定し、樹脂剤78を加熱してゲル状に硬化させることにより行なう。
このような構成とすることにより、樹脂剤78は第2の凹部76に充填されているため樹脂剤78の水平方向への変位が抑制され、これに保持された圧力センサー12の水平方向の変位も抑制される。これにより圧力センサー12からの信号の振動によるノイズを抑制することができるとともに、駆動回路92の実装位置が圧力センサー12の実装部材72を挟んだ反対側になるので、実装部材72の小型化が可能となるため、全体的な形状の小型化を図ることができる。
図5に第1実施形態の第2の変形例、図6に第2実施形態の第1の変形例を示す。図5(a)は正面図、図5(b)は平面図、図5(c)は第1実施形態の第1の変形例に適用した場合の正面図、図6(a)は正面図、図6(b)は平面図である。第1実施形態及び第2実施形態の共通の変形例としてワイヤー線58により圧力センサー12と実装部材50、72とを接続しない構成が挙げられる。すなわち、パッケージ14の主面(上面)の反対面(底面)に設けられ、感圧素子24aと電気的に接続する外部電極48aと、実装部材50aの外部電極48aに対応する位置に形成された接続電極52a、82aと、外部電極48aと接続電極52a、82aとを界面張力により接合し、樹脂剤60の一部を構成し外部電極48a及び接続電極52a、82aに対応した位置に設けられたゲル状の導電性樹脂剤60a、78aを有する。
第1実施形態及び第2実施形態で共通に用いられる圧力センサー12は、外部電極をダイアフラム40が形成されたパッケージ14の上面に形成していたが、この変形例の圧力センサー12aにおいては、外部電極48aをパッケージ14の底面に形成している。そして貫通電極46aは第1層16aに形成している。このとき感圧素子24aがある第2層22aは、引出し電極34aを第1層側に形成している。一方、実装部材50a、72aにおいても外部電極48aに対応する位置に接続電極52a、82aが形成されている。また図5においては、実装電極56aが接続電極52aに対向するように形成され、貫通電極54aにより電気的に接続されている。図6においては、貫通配線88aが接続電極82aと駆動回路92の第1の電極94とを接続するように形成されている。
導電性樹脂剤60a、78aは、上述の樹脂剤60、78に先立って外部電極48aと接続電極52a、82aとを界面張力により接合し、外部電極48aと接続電極52a、82aとを電気的に接続するものである。
この変形例は、導電性樹脂剤60a、78aを接続電極52a、82a上に塗布し、マニピュレータ(不図示)により圧力センサー12aを、圧力センサー12aの外部電極48aが接続電極52a、82a上に塗布された導電性樹脂剤60a、78aに触れる位置に固定し、導電性樹脂剤60a、78aを加熱して硬化させ、圧力センサー12aと実装部材50a、72aとの間に樹脂剤60、78を充填させ、樹脂剤60、78を加熱して硬化させることにより得られる。
このような変形例の構成とすることにより、樹脂剤60、78により実装部材との機械的接続を行い、導電性樹脂剤60a、78aにより電気的接続を行なうので、配線用のスペースを設ける必要はなく、他の素子との干渉を防ぐことができる。
図7に第1実施形態の第3の変形例を示す。図7(a)は正面図、図7(b)は平面図である。第1実施形態の第3の変形例として、実装部材50には、パッケージ14の側面、および/もしくは、上面に当接して圧力センサー12の位置ずれを防止するストッパー98が設けられている。
ストッパー98は、圧力センサー12側面方向、及び上面方向にある程度の隙間98aを形成した状態で配置している。ストッパー98は、通常は圧力センサー12に当接することはないが、外部からの衝撃等により圧力センサー12が樹脂剤60とともに水平方向及び垂直方向に変位したときに当接して、圧力センサー12の変位を制止する。
このように構成することにより、圧力センサー12外部からの衝撃等により樹脂剤60から外れることを防止することができる。このストッパー98は第2実施形態における第2の凹部76に形成することが可能なので、この変形例は第2実施形態にも適用可能である。
図8に第3実施形態に係るダイアフラム付電子デバイスを示す。図8(a)は正面図、図8(b)は平面図である。第3実施形態に係るダイアフラム付電子デバイス100は、パッケージ14と、パッケージ14の主面(上面)に形成され力を受けて変位するダイアフラム40と、ダイアフラム40に接続され、ダイアフラム40の変位を受けて力を検知する力検出部である感圧素子24と、を有する圧力センサー12bと、圧力センサー12bが実装される実装部材102と、界面張力により圧力センサー12bを保持し、ダイアフラム40を露出した状態で圧力センサー12を実装部材102に保持させるゲル状の樹脂剤108と、を有するものである。そして、実装部材102は、パッケージ14を挿通するとともにパッケージ14の側面が樹脂剤108を介して接合される挿通孔104と、実装部材102の両面の挿通孔104の開口部に形成され、パッケージ14の位置ずれを防止する第2のストッパー106と、を有し、圧力センサー12bは、パッケージ14の主面(上面)の反対面(下面)に形成された第2のダイアフラム110と、ダイアフラム40と第2のダイアフラム110とを連結し、一方のダイアフラムが受ける力を他方のダイアフラムに伝達する力伝達手段112と、を有するものである。
圧力センサー12bは、第1実施形態、第2実施形態の圧力センサー12と類似するが、パッケージ14のダイアフラム40に対向する反対側には第2のダイアフラム110が形成され、ダイアフラム40と第2のダイアフラム110とは力伝達手段112により接続されている。
第2のダイアフラム110はダイアフラム40と同一の圧力に対する応答特性を有するものとする。力伝達手段112は感圧素子24等と同様に水晶等で形成され、その端部が感圧素子24、連結部30と干渉しない位置において、ダイアフラム40、第2のダイアフラム110に低融点ガラス等により接続されている。
ここでダイアフラム40側の圧力が第2のダイアフラム110の圧力より大きいときは、ダイアフラム40がパッケージ14の内側に変位し、第2のダイアフラム110は力伝達手段112を介してダイアフラム40からの力を受けパッケージ14の外側に変位する。このとき感圧素子24の振動腕26は引張応力を受け、共振周波数が高くなる。逆に第2のダイアフラム110側の圧力がダイアフラム40側の圧力より大きいときは、第2のダイアフラム110がパッケージ14の内側に変位し、ダイアフラム40は力伝達手段112を介して第2のダイアフラム110からの力を受けパッケージ14の外側に変位する。このときダイアフラム40に設けられた支持部42間の距離は互いに接近するため、感圧素子24の基部28は互いに接近する。したがって、感圧素子24の振動腕26は圧縮応力を受け、共振周波数が低くなる。したがって圧力センサー12bは共振周波数が基準周波数より高いか低いかによりダイアフラム40が受ける圧力と第2のダイアフラム110が受ける圧力との相対圧を測定することができる。
実装部材102は圧力センサー12bの厚みより大きな厚みに設計されている。実装部材102に形成された挿通孔104は断面が矩形に形成され、挿通孔104の短辺104aは圧力センサー12bのパッケージ14を平面視した短辺14aとほぼ同一の寸法を有し、挿通孔104の長辺104bはパッケージ14の平面視した長辺14bよりやや短い寸法を有する。そして、挿通孔104の短辺104aの壁面であって実装部材102の厚み方向の中央領域にはパッケージ14の短辺14a側が挿入可能な一対の凹部114が形成される。この凹部114により凹部114の上端及び下端に第2のストッパー106が形成される。ここで凹部114は、一対の凹部114の互いに対向する2つの側面のうちの一方と、2つの側面のうちの他方側の挿通孔104の短辺104aの壁面までの距離Aがパッケージ14の長辺方向の長さBより大きくなるように形成している。
よって、圧力センサー12bの一方の短辺側を凹部114の一方に挿入して圧力センサー12bの一方の短辺側を凹部114の側面側に追いやることにより、圧力センサー12bの他方の短辺側を挿通孔104に入れ込むことが可能となり、これにより圧力センサー12bを挿通孔104に配置することができる。さらにダイアフラム40、第2のダイアフラム110が露出した状態で圧力センサー12bと凹部114との間に樹脂剤108を充填し、熱硬化させることにより圧力センサー12bを挿通孔104において接合することができる。
よって第3実施形態において、感圧素子24は2つのダイアフラムが受ける力の差を検知することになるため、ダイアフラム40と第2のダイアフラム110との間の相対圧を測定するダイアフラム付電子デバイスとなる。さらに圧力センサー12bは樹脂剤108を介して実装部材102に挟まれた態様で保持されることになる。したがって実装部材102からの応力の影響を軽減しつつ相対圧を測定可能なダイアフラム付電子デバイスとなる。
図9に第1実施形態の第4の変形例、図10に第2実施形態の第2の変形例を示す。図9(a)は側面図、図9(b)は正面図、図10(a)は側面図、図10(b)は正面図である。第1実施形態の第4の変形例、第2実施形態の第2の変形例において、実装部材50、72aの端面には、中間基板118が取り付けられ、中間基板118は、その主面の法線がダイアフラム40の法線に対して垂直に向くように取り付けられている。そして中間基板118は実装基板116に実装される。図10においては、図6の変形例を元に構成し、中間基板118が実装部材72aに一体に組み込まれている。
図9、10において、圧力センサー12、12aは、その長辺方向が板状の中間基板118の主面の法線に対して垂直となるように配置されている。そして図9において、外部電極48はワイヤー線58、59により接続電極120、121に接続され、接続電極120、121は貫通配線122、123を介して中間基板118の下面に形成された実装電極124、125に接続されている。そして実装電極124は実装基板116の電極(不図示)に接続されている。
また図10において、第2の電極96は、貫通配線90a、91aを介して実装電極124、125に接続される。
このような配置とすることにより、ダイアフラム40の法線が実装基板116の法線に対して垂直になるため、実装形態に応じて圧力センサー12の配置角度を変更することができる。なおこの中間基板118は実装部材102の端面に接合することが可能であるので第3実施形態にも適用できる。
このような配置とすることにより、ダイアフラム40の法線が実装基板116の法線に対して垂直になるため、実装形態に応じて圧力センサー12の配置角度を変更することができる。なおこの中間基板118は実装部材102の端面に接合することが可能であるので第3実施形態にも適用できる。
図11に第2実施形態の第3の変形例を示す。図11は、図6の変形例を元に構成したものである。図11に示すように第2実施形態の第3の変形例は、実装部材72aが実装される実装基板130と、実装基板130に形成され実装部材72aを収容可能な第4の凹部126と、第4の凹部126に充填されたゲル状の第2の樹脂剤128と、を有し、実装部材72aは、第2の樹脂剤128に埋設されたものである。ここで、第2の樹脂剤128は樹脂剤60、78と同様の材料であり、樹脂剤78と同様の方法で第4の凹部126に充填する。実装電極132は実装部材72aの上部に配置され、接続電極82aとは貫通配線90bを介して電気的に接続される。また実装電極132はワイヤー線58により実装基板130に形成され実装先に電気的に接続された電極134に接続される。
このように構成することにより、実装部材72a自体も第2の樹脂剤128により保持されることになるので、圧力センサー12への応力の影響をさらに低減することができる。なおこの変形例は第1実施形態にも適用可能である。
なお、いずれの実施形態においても物理量センサーは、圧力を検出する圧力センサーであることを前提として述べてきたが、これに限定されず、加速度を検知したり、ダイアフラムに係る風圧を利用して風の速度を検知するセンサーとして実施することが可能である。
なお、図1、図3、図7、図9に示すように、第1実施形態及びその変形例において、外部電極48を接続電極52、120、121にワイヤー線58、59により接続しているが、外部電極48を接続電極を介さずに実装先(不図示)にワイヤー線により電気的に接続しても良い。さらに、図4、図6、図10、図11に示すように、第2実施形態及びその変形例において、実装基板72、72a中に貫通配線88、88a、90、122、123が形成されているが、外部電極48、48aと第1の電極94との電気的な接続をワイヤー線で行っても良い。また第2の電極96と実装先(不図示)との電気的な接続を実装電極86、124、125を介さずにワイヤー線で行っても良い。
10………ダイアフラム付電子デバイス、12………圧力センサー、14………パッケージ、16………第1層、18………凹部、20………周縁部、22………第2層、24………感圧素子、26………振動腕、28………基部、30………連結部、32………支持枠、34………引出し電極、36………第3層、38………凹部、40………ダイアフラム、42………支持部、44………周縁部、46………貫通電極、48………外部電極、50………実装部材、52………接続電極、54………貫通電極、56………実装電極、58………ワイヤー線、60………樹脂剤、60a………導電性樹脂剤、61………樹脂剤、62………凸部、64………凹部、70………ダイアフラム付電子デバイス、72………実装部材、76………第2の凹部、78………樹脂剤、78a………導電性樹脂剤、80………第3の凹部、82………接続電極、86………実装電極、88………貫通配線、90………貫通配線、92………駆動回路、94………第1の電極、96………第2の電極、98………ストッパー、100………ダイアフラム付電子デバイス、102………実装部材、104………挿通孔、104a………短辺、104b………長辺、106………第2のストッパー、108………樹脂剤、110………第2のダイアフラム、112………力伝達手段、114………凹部、116………実装基板、118………中間基板、120………接続電極、122………貫通配線、124………実装電極、126………第4の凹部、128………第2の樹脂材、130………実装基板、132………実装電極、134………電極、200………圧力センサー素子、202………パッケージ、204………第1層、208………感圧素子、210………感圧部、212………基部、214………第2層、216………ダイアフラム、218………支持部、300………半導体圧力センサー、301a………半導体素子、301b………半導体素子、304………外部端子、307………パッケージ、311………ダイアフラム、371………圧力導入孔、372………取り付け部、400………半導体チップ配置構造、405………半導体チップ、410………基板、411………切欠き、426………半田ボール、428………アンダフィル、455………ダイアフラム領域。
Claims (10)
- パッケージと、前記パッケージの主面に形成され力を受けて変位するダイアフラムと、前記ダイアフラムに接続され、前記ダイアフラムの変位を受けて力を検知する力検出部と、を有する物理量センサーと、
前記物理量センサーが実装される実装部材と、
界面張力により前記物理量センサーを保持し、前記ダイアフラムを露出した状態で前記物理量センサーを前記実装部材に保持させるゲル状の樹脂剤と、を有することを特徴とするダイアフラム付電子デバイス。 - 前記パッケージの主面の反対面に設けられた凸部と
前記実装部材に設けられ前記凸部を挿入可能な凹部と、を有し、
前記物理量センサーは、前記凸部が前記凹部に挿入されるとともに前記樹脂剤を前記凸部と前記凹部との間に充填する態様で前記実装部材に保持されたことを特徴とする請求項1に記載のダイアフラム付電子デバイス。 - 前記実装部材は、前記パッケージを収容可能な第2の凹部を有し、
前記樹脂剤は、前記第2の凹部に充填され、
前記パッケージは、前記ダイアフラムが前記樹脂剤から露出した状態で前記樹脂剤に埋設され、前記パッケージの側面と前記主面の反対面とが前記樹脂剤に保持されたことを特徴とする請求項1に記載のダイアフラム付電子デバイス。 - 前記実装部材の前記第2の凹部を形成した面の反対側の面に形成された第3の凹部と、
前記第3の凹部に取り付けられ、前記力検出部と電気的に接続して前記力検出部を駆動させる駆動回路と、を有することを特徴とする請求項3に記載のダイアフラム付電子デバイス。 - 前記実装部材には、前記パッケージの側面、および/もしくは、上面に当接して前記物理量センサーの位置ずれを防止するストッパーが設けられたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のダイアフラム付電子デバイス。
- 前記パッケージの前記主面の反対面に設けられ、前記力検出部と電気的に接続する外部電極と、
前記実装部材に設けられ、外部に接続する接続電極と、
前記外部電極と前記接続電極とを界面張力により接合し、前記樹脂剤の一部を構成し前記外部電極及び前記接続電極に対応した位置に設けられたゲル状の導電性樹脂剤と、を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のダイアフラム付電子デバイス。 - 前記実装部材は、
前記パッケージを挿通するとともに前記パッケージの側面が前記樹脂剤を介して接合される挿通孔と、
前記実装部材の両面の前記挿通孔の開口部に形成され、前記パッケージの位置ずれを防止する第2のストッパーと、を有し、
前記物理量センサーは、
前記パッケージの前記主面の反対面に形成された第2のダイアフラムと、
前記ダイアフラムと前記第2のダイアフラムとを連結し、一方のダイアフラムが受ける力を他方のダイアフラムに伝達する力伝達手段と、を有することを特徴とする請求項1に記載のダイアフラム付電子デバイス。 - 前記実装部材の端面には、中間基板が取り付けられ、
前記中間基板は、その主面の法線が前記ダイアフラムの法線に対して垂直に向くように取り付けられたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のダイアフラム付電子デバイス。 - 前記実装部材が実装される実装基板と、
前記実装基板に形成され前記実装部材を収容可能な第4の凹部と、
前記第4の凹部に充填されたゲル状の第2の樹脂剤と、を有し、
前記実装部材は、前記第2の樹脂剤に埋設されたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のダイアフラム付電子デバイス。 - 前記樹脂剤は、熱硬化性のシリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のダイアフラム付電子デバイス。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009263775A JP2011107017A (ja) | 2009-11-19 | 2009-11-19 | ダイアフラム付電子デバイス |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014508250A (ja) * | 2011-01-21 | 2014-04-03 | イートン コーポレーション | 集積センサを備えた遮断バルブ |
JP2014085234A (ja) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Seiko Epson Corp | 圧力センサー素子、電子機器および移動体 |
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2009
- 2009-11-19 JP JP2009263775A patent/JP2011107017A/ja active Pending
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