JPH0749278A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で信頼性の高い圧力センサを低コストで
提供する。 【構成】 凸部１３ａを設けた上部基板１３に穴部１６
を設け、配線パターン１９を形成する。中間基板１４に
凸部１４ａの端部から切り欠き部１７を設ける。下部基
板１５の凸部１５ａと中間基板１４の凸部１４ａとを重
ねて、中間基板１４の下面に下部基板１５を張り合わせ
る。次に、凸部１４ａと凸部１３ａ及び切り欠き部１７
の端部１７ａと穴部１６とを重ねて、中間基板１４の上
面に上部基板１３を張り合わせて回路基板３を作成し、
回路基板３と平行に配置された圧力導入路１１を回路基
板３に形成する。配線パターン１９上にＩＣチップ２
ａ、ＣＲチップ部品２ｂを実装して信号処理回路２を形
成する。また、圧力導入路１１の開口位置に合わせて圧
力センサチップ１を回路基板３上に実装して圧力センサ
Ａを作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力センサに関する。具
体的には、空気等の流体の圧力を測定する圧力センサに
関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】従来、半導体圧力センサ
チップと信号処理回路を組み合わせてモジュール化した
圧力センサとして、例えば、回路基板を兼ねたパッケー
ジ基板上に直接または台座を介して圧力センサチップを
実装したものがある（特開平１−１８５４２４号公報、
同１−１６５４３７号公報、特開昭５５−１１６２５２
号公報参照）。しかしながら、これらの圧力センサで
は、圧力を圧力センサに導くためのパイプ等の圧力導入
部品を圧力センサに取り付けなければならないため、圧
力センサが大きくなるとともにコストがかかり、しかも
信頼性において劣るという問題点があった。

【０００３】また、信号処理回路を搭載したパッケージ
基板に直接固定電極を形成し、可動電極を形成させたダ
イヤフラムチップを固定電極と対向させてパッケージ基
板に接合して、小型化を試みた静電容量型の圧力センサ
がある（"AN ULTRAMINIATURECMOS PRESSURE SENSOR FO
R A MULTIPLEXED CARDIOVASCULAR CATHETER" Transduce
rs'91 予稿集 A13.4,p1018-1020,1991）。しかしなが
ら、この圧力センサでは差圧型の構造とする場合には、
ダイヤフラムチップとパッケージ基板とで形成された容
量形成室へ圧力を導く際に圧力導入部品をダイヤフラム
チップに取り付けなければならず、このときダイヤフラ
ムチップへの応力によって圧力センサに悪影響を与え、
また、コストがかかりしかも製造工程が複雑になるとい
う問題点があった。また、絶対圧型の構造とする場合に
は、固定電極を外部に引き出すための配線によってパッ
ケージ基板上に凹凸を生じ、ダイヤフラムチップとパッ
ケージ基板との間に隙間を生じるためその気密性及びア
ライメント精度において劣るという問題点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、小型で信頼性の高い圧力センサを低コストで提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の圧力セン
サは、基板側面から基板上面にかけて基板内部に穴部を
開口させ、当該基板上に圧力センサチップを実装し、前
記穴部を介して前記圧力センサチップに圧力を導入する
ことを特徴としている。

【０００６】また、本発明の第２の圧力センサは、検知
部を弾性的に支持させた支持基板を信号処理回路が実装
された回路基板上若しくは回路基板上の台座に接合し、
前記検知部に設けた可動電極と対向させて前記回路基板
上若しくは前記台座上に固定電極を設けた圧力センサに
おいて、前記回路基板の側面から前記回路基板若しくは
前記台座の上面にかけて前記回路基板及び前記台座の内
部に穴部を開口させ、当該穴部を介して前記検知部に圧
力を導入し、前記穴部の少なくとも一部に前記固定電極
と接続した導電薄膜部を設け、前記導電薄膜部と前記信
号処理回路とを前記支持基板と当該回路基板若しくは前
記台座との接合部を迂回して電気的に接続したことを特
徴としている。

【０００７】

【作用】本発明の第１の圧力センサにあっては、圧力セ
ンサチップを実装した基板内部に基板側面から基板上面
にかけて開口させた穴部から圧力を導入することとして
いる。

【０００８】また、本発明の第２の圧力センサにあって
は、固定電極が形成された回路基板及び台座の内部に回
路基板の側面から回路基板若しくは台座の上面にかけて
設けた穴部から圧力を導入することとしている。

【０００９】このため本発明の圧力センサにあっては、
基板と圧力導入手段とが一体に構成されており、圧力導
入部品を取り付ける必要がなく、圧力センサを小型化す
るとともにコストを削減することができ、信頼性も高め
ることができる。

【００１０】さらに本発明の第２の圧力センサにあって
は、回路基板の側面から回路基板若しくは台座の上面に
かけて開口させた穴部の少なくとも一部に固定電極と接
続する導電薄膜部を設け、導電薄膜部と信号処理回路と
を支持基板と回路基板若しくは台座との接合部を迂回し
て電気的に接続しているので、支持基板と回路基板若し
くは台座とを隙間なく接合することができる。このた
め、圧力センサの気密性を高め、支持基板の接合時のア
ライメント精度を高めることができ、圧力センサの信頼
性をさらに向上させることができる。

【００１１】

【実施例】図１（ａ）は本発明の一実施例である圧力セ
ンサＡの内部平面図、図１（ｂ）はその断面図である。
圧力センサＡは、圧力センサチップ１、ＩＣチップ２ａ
やチップ型コンデンサやチップ型抵抗等のチップ部品２
ｂ等からなる信号処理回路２、回路基板３及び入出力用
端子４などから構成され、ケース５により覆われてい
る。圧力センサチップ１は信号処理回路２とともに回路
基板３上に実装されており、圧力センサチップ１のセン
サ信号は、フレーム６上の電極引き出しパッド３０より
信号処理回路２に接続され、入出力用端子４から外部に
取り出すことができる。

【００１２】圧力センサチップ１は、角枠状の枠内全面
に薄膜状のダイヤフラム７を弾性自在に支持させたシリ
コン製のフレーム６の上面にシリコン製のカバー８が重
ねられ、カバー８の周辺部は低温接合技術等によりフレ
ーム６に接合されている。ダイヤフラム７上面には可動
電極が設けられ、可動電極と微小なギャップを隔ててカ
バー８の内面には固定電極が設けられて両電極間にコン
デンサが構成されている。

【００１３】回路基板３の側面には角棒状の導入パイプ
９が回路基板３と一体として設けられて、圧力源からの
チューブ１０が接続しやすくなっている。また、圧力セ
ンサチップ１に圧力を導入するための圧力導入路１１が
回路基板３の側面の導入パイプ９から回路基板３の内部
を通り、回路基板３上面に開口されている。

【００１４】図２は回路基板３の分解斜視図であって、
回路基板３は同一形状をした上部基板１３、中間基板１
４、下部基板１５の３枚の基板が重ねられてできてい
る。各基板１３，１４，１５にはそれぞれ凸部１３ａ，
凸部１４ａ，凸部１５ａが設けられていて、また、上部
基板１３には穴部１６が、中間基板１４には切り欠き部
１７が凸部１４ａの端から設けられている。中間基板１
４の下面には凸部１４ａと凸部１５ａとを一致させて下
部基板１５を重ね、中間基板１４の上面には、凸部１４
ａと凸部１３ａとを一致させ、また、穴部１６と切り欠
き部１７の端部１７ａとを一致させて重ね、中間基板１
４の上下面に上部基板１３及び下部基板１５を接着させ
ている。このようにして、導入パイプ９が一体となった
回路基板３を作成し、切り欠き部１７と穴部１６とによ
り、回路基板３と平行にして回路基板３の内部に圧力導
入路１１を設けることができる。また、上部基板１３の
上面には配線パターン１９が設けられ、ＩＣチップ２ａ
やチップ部品２ｂを実装して信号処理回路２を形成する
ことができる。

【００１５】しかして、チューブ１０から圧力Ｐを加え
ると、圧力Ｐは圧力導入路１１を通り、回路基板３上面
の開口から圧力センサチップ１に導入される。圧力Ｐが
導入されると、導入された圧力Ｐの大きさに応じてダイ
ヤフラム７が変位し、当該コンデンサの静電容量Ｃの大
きさが変化する。この静電容量Ｃの変化は、圧力センサ
チップ１に接続された信号処理回路２により検知され、
当該圧力センサＡに加えられた圧力Ｐの大きさを知るこ
とができる。

【００１６】このような構造にすることにより、圧力Ｐ
を導入するためのパイプなどの部品を別途取り付ける必
要がなく、圧力センサＡの製造工程を簡略化して、圧力
センサＡの製造コストの削減を図ることができる。しか
も、パッケージ基板を兼ねた回路基板３上に直接圧力セ
ンサチップ１を実装しているので、圧力センサＡの小型
化を図り、信頼性を高めることができる。

【００１７】図３（ａ）（ｂ）に本発明の別な実施例で
ある圧力センサＢを示す。圧力センサＢは図３に示すよ
うに、回路基板３のほぼ全周にわたって耐湿性樹脂によ
って樹脂部２０が形成されている。また、回路基板３を
構成する３枚の上部基板１３、中間基板１４、下部基板
１５のそれぞれの基板両面には、上部基板１３の配線パ
ターン１９を施した部分を除いてレジストコート（図示
せず）を施してある。回路基板３の側面においては、表
面が粗になっているため最も吸湿しやすく、この部分を
耐湿性樹脂で封止することにより回路基板３の吸湿を防
ぐことができる。また、回路基板３を構成する３枚の各
基板１３，１４，１５の表面にはレジストコートが施さ
れてあるので、導入された空気やフレーム６等の誘電率
が回路基板３の吸湿によって変化することがない。さら
に、上部基板１３と中間基板１４との隙間や中間基板１
４と下部基板１５との隙間から空気等の圧力が逃げた
り、逆に水分が浸透したりすることがないので、圧力セ
ンサＢに導入された圧力Ｐを正確に測定することができ
る。

【００１８】図４にさらに別な実施例である圧力センサ
Ｃを示す。図４（ａ）は圧力センサＣの一部破断した平
面図、図４（ｂ）はその一部破断した断面図であって、
圧力センサＣはフレーム２１、信号処理回路２、回路基
板３等から構成されている。

【００１９】圧力センサＣは回路基板３上に、角枠状の
枠内全面に薄膜状のダイヤフラム２３を弾性自在に支持
させたフレーム２１が重ねられている。回路基板３上に
はＡｕメッキが施されて支持枠２４が形成されており、
フレーム２１の周辺部は支持枠２４上にＡｕ−Ｓｉ共晶
接合されている。フレーム２１及びダイヤフラム２３
は、単結晶シリコンウエハから半導体製造技術により一
体として形成され、ダイヤフラム２３の内面には可動電
極２５が形成されている。回路基板３の上面には可動電
極２５と対向して固定電極２６が形成され、微小なギャ
ップを隔ててコンデンサを構成している。なお、フレー
ム２１を支持枠２４上にＡｕ−Ｓｉ共晶接合することに
よってギャップ間の精度を向上させることができる。

【００２０】回路基板３は第１の実施例と同様に上部基
板１３、中間基板１４、下部基板１５の３枚の基板が張
り合わされて作成されており、上部基板１３には穴部１
６が設けられてあって、中間基板１４に設けられた切り
欠き部１７とにより圧力導入路１１が形成され、上部基
板１３に設けられた穴部１６からダイヤフラム２３に圧
力を導入することができる。

【００２１】また、上部基板１３には別な穴部２７が設
けられており、圧力導入路１１を形成する穴部１６とと
もにこの２つの穴部１６，２７の内周面を含む領域には
それぞれ導電性の薄膜部２８ａ，２８ｂが設けられ、ス
ルーホールが構成されている。上部基板１３の裏面には
薄膜部２８ａと薄膜部２８ｂをつなぐ接続部２９が設け
られている。固定電極２６は、２つの薄膜部２８ａ，２
８ｂ及び接続部２９とともにＡｌなどが蒸着されて一体
として形成され、薄膜部２８ｂは上部基板１３の表面に
構成された信号処理回路２の一端３１に接続されてい
る。こうして、固定電極２６は信号処理回路２の一端３
１に電気的に接続されるとともに、可動電極２５はフレ
ーム２１上の電極引き出しパッド３０からボンディング
ワイヤ３３によって信号処理回路２の別な一端３２に電
気的に接続されている。

【００２２】しかして、圧力センサＣに圧力が加えられ
るとダイヤフラム２３が変位して、当該コンデンサの静
電容量の大きさを変化させる。この静電容量の変化は信
号処理回路２により検出されて、当該加えられた圧力の
大きさを知ることができる。

【００２３】この圧力センサＣにあっては、固定電極２
６を回路基板３上に直接形成させてあるので、カバー８
を不要にすることができる。また、フレーム２１とカバ
ー８との接合が不要になるので、製造工程を簡略化で
き、圧力センサＣのコストの低下を図ることができる。
しかも、回路基板３上の固定電極２６は穴部１６から回
路基板３の内部を介して信号処理回路２に接続している
ので、フレーム２１と回路基板３とを隙間なく接合する
ことができる。

【００２４】図５（ａ）（ｂ）に本発明のさらに別な実
施例である圧力センサＤを示す。フレーム２１の接合面
には、不純物を高濃度に注入して導電性を持たせた引き
出し部３４が形成され、ダイヤフラム２３の可動電極２
５と電気的に接続されている。また、回路基板３上には
Ａｕメッキによって支持枠２４が形成され、支持枠２４
は信号処理回路２と接続されている。圧力センサＤは、
この支持枠２４上にフレーム２１がＡｕ−Ｓｉ共晶接合
されて作成されている。このように、可動電極２５を引
き出し部３４と支持枠２４とを介して信号処理回路２に
電気的に接続させることにより、ボンディングワイヤに
よる接続が不要になり、さらに、圧力センサＤの製造工
程を簡略化することができる。

【００２５】図６（ａ）（ｂ）にはさらに別な実施例で
ある圧力センサＥを示す。圧力センサＥのフレーム２１
は、シリコンと熱膨張が等しいガラス基板３５の上に重
ねられ、フレーム２１の周辺部は陽極接合法等によりガ
ラス基板３５に接合されている。固定電極２６は、ガラ
ス基板３５の上面に可動電極２５と対向して設けられて
いる。また、ガラス基板３５には回路基板３の穴部１６
の位置に合わせて導入口３６が開口されていて、圧力導
入路１１からの圧力は導入口３６を介してダイヤフラム
２３に加えられる。

【００２６】導入口３６の内周面からガラス基板３５の
裏面にかけて導電性の薄膜部３７が設けられており、薄
膜部３７はＡｌなどが蒸着されて固定電極２６と一体と
して形成されている。また、回路基板３上にはＡｕメッ
キによって支持枠２４が形成され、信号処理回路２に接
続されている。ガラス基板３５は支持枠２４上にハンダ
により接着されて、固定電極２６は薄膜部３７及び支持
枠２４を介して信号処理回路２に電気的に接続されてい
る。一方、ダイヤフラム２３の可動電極２５はフレーム
２１の電極引き出しパッド３０からボンディングワイヤ
３３により信号処理回路２に接続されている。

【００２７】このように、回路基板３とフレーム２１と
の間にシリコンと熱膨張率が等しいガラス基板３５を挟
み込むようにすれば、フレーム２１の実装時の歪みを少
なくすることができるので、圧力センサＥの温度特性を
向上させることができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の第１の圧力センサにあっては、
圧力センサチップを実装した基板内部に基板側面から基
板上面にかけて開口させた穴部から圧力を導入すること
としている。

【００２９】また、本発明の第２の圧力センサにあって
は、固定電極が形成された回路基板の内部に回路基板の
側面から回路基板若しくは台座の上面にかけて設けた穴
部から圧力を導入することとしている。

【００３０】このため本発明の圧力センサにあっては、
圧力導入部品を取り付ける必要がなく、圧力センサを小
型化するとともにコストを削減することができ、信頼性
も高めることができる。

【００３１】また、本発明の第２の圧力センサにあって
は、支持基板と回路基板とを隙間なく接合できるので、
圧力センサの気密性、接合時のアライメント精度を高
め、さらに信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例である圧力センサの
内部平面図、（ｂ）はその断面図である。

【図２】同上の圧力センサを構成する回路基板の分解斜
視図である。

【図３】（ａ）は本発明の別な実施例である圧力センサ
の内部平面図、（ｂ）はその断面図である。

【図４】（ａ）は本発明のさらに別な実施例である圧力
センサの一部破断した平面図、（ｂ）はその一部破断し
た断面図である。

【図５】（ａ）は本発明のさらに別な実施例である圧力
センサの一部破断した平面図、（ｂ）はその一部破断し
た断面図である。

【図６】（ａ）は本発明のさらに別な実施例である圧力
センサの一部破断した平面図、（ｂ）はその一部破断し
た断面図である。

【符号の説明】

３ 回路基板 ６ フレーム １１ 圧力導入路 １７ 切り欠き部 １９ 配線パターン ２０ 樹脂部 ２１ フレーム ２４ 支持枠 ２６ 固定電極 ２８ａ，２８ｂ 薄膜部 ３４ 引き出し部 ３５ ガラス基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板側面から基板上面にかけて基板内部
   に穴部を開口させ、当該基板上に圧力センサチップを実
   装し、前記穴部を介して前記圧力センサチップに圧力を
   導入することを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 検知部を弾性的に支持させた支持基板を
   信号処理回路が実装された回路基板上若しくは回路基板
   上の台座に接合し、前記検知部に設けた可動電極と対向
   させて前記回路基板上若しくは前記台座上に固定電極を
   設けた圧力センサにおいて、 前記回路基板の側面から前記回路基板若しくは前記台座
   の上面にかけて前記回路基板及び前記台座の内部に穴部
   を開口させ、当該穴部を介して前記検知部に圧力を導入
   し、前記穴部の少なくとも一部に前記固定電極と接続し
   た導電薄膜部を設け、前記導電薄膜部と前記信号処理回
   路とを前記支持基板と当該回路基板若しくは前記台座と
   の接合部を迂回して電気的に接続したことを特徴とする
   圧力センサ。