(57)【要約】      （修正有）【課題】空間効率の高い小型のパッケージ内に圧力センサダイおよび他のコンポーネントを含む圧力センサシステムであり、気体または液体を圧力センサダイの膜のいずれかの側または両側に到達させることのできる、圧力センサシステムを提供する。【解決手段】パッケージは基材２００とキャップ３００を含み、基材およびキャップによって、パッケージの内部が２つのチャンバへと分割される。基材は、中実の底部層と、スロットまたは経路を有する中間層と、スロットまたは経路へのアクセスを提供する２つの貫通孔２１４、２１８を有する頂部層を有する。キャップは、２つのポート３２０、３３０を有し、第１のポートは第１のチャンバ３１２へと繋がり、圧力センサダイの頂面は第１のチャンバ内にある。第２のポート３３０は第２のチャンバ３１４およびスロットまたは経路へと繋がり、スロットまたは経路は圧力センサダイの底面に繋がる。【選択図】図５
2020144125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層を備えかつ通路（２１０、２７０）を有する基材（２００、２６０）であって、前記通路（２１０、２７０）は、
前記基材（２００、２６０）の第１の層（２３４）にある第１の貫通孔（２１４）、
前記基材（２００、２６０）の第２の貫通孔（２１８）、および
前記基材（２００、２６０）の第２の層（２３６）にあり、前記第１の貫通孔（２１４）を前記第２の貫通孔（２１８）に接続する経路（２１１、２７１）を備える、基材（２００、２６０）と、
前記第１の貫通孔（２１４）を覆うように前記基材（２００、２６０）の前記第１の層（２３４）に取り付けられている、圧力センサダイ（１００）と、
前記基材（２００、２６０）に取り付けられている、前記圧力センサダイ（１００）を覆うキャップ（３００）であって、第１のポート（３２０）および第２のポート（３３０）を有する、キャップ（３００）と、
を備える、圧力センサシステムであって、
前記キャップ（３００）および前記基材（２００、２６０）は、前記圧力センサシステム内に第１のチャンバ（３１２）および第２のチャンバ（３１４）を形成しており、前記第１のポート（３２０）は前記第１のチャンバ（３１２）内への第１の経路（２１１、２７１）を提供し、前記第２のポート（３３０）は前記第２のチャンバ（３１４）内への第２の経路（２１１、２７１）を提供する、圧力センサシステム。
【請求項２】
前記圧力センサダイ（１００）は膜（１１０）を備え、前記第１の貫通孔（２１４）は前記基材（２００、２６０）の頂部表面に第１の開口部（５２４）、（２１２、２７２）を画定し、前記第１の開口部（５２４）、（２１２、２７２）は前記圧力センサダイ（１００）の前記膜（１１０）の下にある、請求項１に記載の圧力センサシステム。
【請求項３】
前記第２の貫通孔（２１８）は前記基材（２００、２６０）の前記第１の層（２３４）にあり、前記基材（２００、２６０）の前記頂部表面に第２の開口部（２１６、２７６）、開口部（５２４）を画定している、請求項２に記載の圧力センサシステム。
【請求項４】
前記第２の貫通孔（２１８）は前記基材（２００、２６０）の第３の層（２３８）にあり、前記基材（２００、２６０）の底部表面に第２の開口部（２１６、２７６）、開口部（５２４）を画定している、請求項２に記載の圧力センサシステム。
【請求項５】
前記第２の層（２３６）は前記第３の層（２３８）上にあり、前記第１の層（２３４）は前記第２の層（２３６）上にあり、前記第２の層（２３６）は接着剤を使用して前記第３の層（２３８）に取り付けられており、前記第１の層（２３４）は接着剤を使用して前記第２の層（２３６）に取り付けられている、請求項４に記載の圧力センサシステム。
【請求項６】
基材であって、前記基材（２００、２６０）の頂部表面の第１の開口部（５２４）、（２１２、２７２）から前記基材（２００、２６０）の前記頂部表面の第２の開口部（２１６、２７６）、開口部（５２４）に至る通路（２１０、２７０）を備える、基材（２００、２６０）と、
前記第１の開口部（５２４）（２１２、２７２）を覆うように前記基材（２００、２６０）に取り付けられている圧力センサダイ（１００）と、
キャップ（３００）であって、前記圧力センサダイ（１００）が前記キャップ（３００）および前記基材（２００、２６０）によって封入されるように前記基材（２００、２６０）に取り付けられている、キャップ（３００）と、
を備える、圧力センサシステムであって、
前記キャップ（３００）および前記基材（２００、２６０）は、前記圧力センサシステム内に第１のチャンバ（３１２）および第２のチャンバ（３１４）を形成しており、前記第１の開口部（５２４）、（２１２、２７２）および前記圧力センサダイ（１００）は前記第１のチャンバ（３１２）内にあり、前記第２の開口部（２１６、２７６）、開口部（５２４）は前記第２のチャンバ（３１４）内にある、圧力センサシステム。
【請求項７】
前記キャップ（３００）は前記第１のチャンバ（３１２）および前記第２のチャンバ（３１４）へのアクセスを提供し、前記キャップ（３００）は、前記第１のチャンバ（３１２）へのアクセスを提供するための第１のノズル（３２０）と、前記第２のチャンバ（３１４）へのアクセスを提供するための第２のノズル（３３０）と、を備える、請求項６に記載の圧力センサシステム。
【請求項８】
前記基材（２００、２６０）は、前記第１のチャンバ（３１２）を前記第２のチャンバ（３１４）から分離するための隆起したリブ（２３０）を備える、請求項６に記載の圧力センサシステム。
【請求項９】
圧力センサシステム用の基材（２００、２６０）であって、
中実の底部層（２３８）と、
経路（２１１、２７１）を有する中間層（２３６）であって、前記中実の底部層（２３８）に取り付けられている、中間層（２３６）と、
頂部層（２３４）であって、前記中間層（２３６）に取り付けられており、前記頂部層（２３４）の頂部表面から前記頂部層（２３４）の底部表面まで延在し前記経路（２１１、２７１）と位置合わせされている第１の貫通孔（２１４）、および、前記頂部層（２３４）の頂部表面から前記頂部層（２３４）の底部表面まで延在し前記経路（２１１、２７１）と位置合わせされている第２の貫通孔（２１８）を有する、頂部層（２３４）と、を備え、前記第１の貫通孔（２１４）、前記第２の貫通孔（２１８）、および前記経路（２１１、２７１）は、前記基材（２００、２６０）を通る通路（２１０、２７０）を形成している、圧力センサシステム用の基材（２００、２６０）。
【請求項１０】
前記頂部層（２３４）に取り付けられており、第１のチャンバ（３１２）および第２のチャンバ（３１４）を少なくとも部分的に画定している、リブ層
をさらに備える、請求項９に記載の圧力センサシステム用の基材（２００、２６０）。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
圧力センサは、多種の製品に用途があり、ここ数年で広く行き渡った。自動車製品、工業製品、消費者向製品、医療製品、および他の産業において利用されて、圧力センサの需要は急騰しており、収まる兆しはない。
【０００２】
この多数の、多岐にわたる様々な使用には、多種多様なパッケージ要件が伴う。圧力センサシステム用の様々なタイプのパッケージが開発されており、これらのうちの一部は、デュアルインラインピン（ＤＩＰ）パッケージおよびスモールアウトライン集積回路（ＳＯＩＣ）パッケージなど、標準的なパッケージに基づいている。
【０００３】
これらのパッケージには、既存の組み立て設備を利用できる。このことにより、これらのパッケージを大量生産の用途に使用することができる。しかしこれらの大量生産には、これらのパッケージのコストおよびサイズを低減しようとする強い意向が常に伴う。したがって、用途によっては、圧力センサシステムの空間効率が高いことが望ましい場合があり得る。例えば、基板スペースの消費がより少ない小型のパッケージ内に圧力センサシステムを収容するのが望ましい場合があり得る。
【０００４】
圧力センサシステムは、圧力センサダイならびに他のコンポーネントを含み得る。圧力センサダイは、ホイートストンブリッジまたは他の感圧構造を支持できるダイヤフラムまたは膜を含むことができ、この場合、膜はより厚いフレーム部によって少なくとも部分的に支持される。気体または液体を膜の一方側または両側に到達させることのできるパッケージ内に、圧力センサダイを収容することができる。このことにより、絶対圧、ゲージ圧、または差圧センサの構成で圧力センサシステムを実装することが可能になる。気体または液体からの圧力により膜の形状を変化させることができ、このことにより感圧構造の変化が誘起される。次いでこの変化を測定して、膜の正味の圧力を判定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする課題は、空間効率の高い小型のパッケージ内に圧力センサダイおよび他のコンポーネントを含む圧力センサシステムであって、パッケージは気体または液体を圧力センサダイの膜のいずれかの側または両側に到達させることのできる、圧力センサシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、装着用基材として層状構造を有するパッケージを含む、圧力センサシステムが提供される。この基材は、圧力センサダイ、他のコンポーネント、および圧力センサシステムの外部の回路構成の間の電気相互接続のための、電気トレースを含むかまたは支持することができる。この基材により、パッケージ上の端子リードの必要が無くなり、この結果スペースおよびコストが節減される。圧力センサシステムパッケージは基材に取り付け可能なキャップをさらに備えることができ、このキャップにより、圧力センサダイの膜に頂面、底面、または両面のいずれかから加圧することが可能になる。異なるポートを有する様々なキャップを基材に取り付けることができる。このことは融通性をもたらし、絶対的な、ゲージの、または差分的な構成で圧力センサシステムを構成することが可能になる。
【０００７】
本発明のこれらのおよび他の実施形態は、圧力センサダイ、ならびに特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および他の受動もしくは能動コンポーネントなどの、任意の必要な調整用電子部品を支持する、層状構造または基板を有する、パッケージ基材を提供し得る。この基材は、接着材を使用して１つに融合される異なるコアまたは層から構成することができる。コアまたは層は、ＦＲ４などのプリント回路基板材料、セラミック、シリコン、プラスチック、または他の材料から構成することができる。本発明のこれらのおよび他の実施形態は、３層の基材を提供し得る。基材は、中実の底部層と、層の長さの一部にわたって延びるスロットまたは経路を有する中間層と、２つの貫通孔を有する頂部層とを有し得る。これらのコアまたは層は、頂部層の２つの貫通孔が中間層のスロットまたは経路の端部の近くにくるようにして、１つに積層することができる。
スロットまたは経路は、実質的に直線状とすることができるか、または、例えば基材におけるトレースの引き回しを回避もしくは簡単にするために、湾曲させることもしくは別の形状を有することができる。２つの貫通孔の位置合わせを簡単にするために、スロットまたは経路の一方の端部または両端部を、ドッグボーン型の構成で広くすることができる。結果的に得られる基材は、圧力媒体（気体または液体など）が第１の貫通孔に入りスロットまたは経路の長さを移動し第２の貫通孔から出るのを可能にすることによって、圧力媒体を運ぶための通路を有する。基材はまた、電気トレースおよび電気パッドも有し得る。
【０００８】
これらの圧力センサシステムパッケージは、ダイを保持し貫通孔の周囲で圧力センサと基材との間を封止する接着剤を使用して、基材の一方の貫通孔を覆うように圧力センサを装着することによって構築することができ、この場合、接着剤が基材の圧力通路を妨げることはない。次いで圧力センサを基材の表面の、基材にある、または基材によって支持されるトレースに接続することができる。これらのトレースにより、圧力センサシステムパッケージ内の他の電気コンポーネントおよび圧力センサシステムの外部の回路の間で、電気的な入力および出力を伝達することができる。コーティング、ゲル、ポッティング材、または他の物質などの保護材を、圧力センサおよび他の電気コンポーネントに適用することができる。
【０００９】
１つまたは複数のポートを有するキャップを、接着またはその他の方法で基材に取り付けることができる。キャップ、基材、またはキャップおよび基材の両方の特徴を使用して、圧力センサシステムの内部を２つ以上のチャンバへと分離することができる。第１のチャンバは圧力センサダイの上方に延在し得る。別個の第２のチャンバは基材にある通路に接続することができ、この場合、通路の開口部は圧力センサダイの下にある。調整用電子部品が存在する場合、いずれかのチャンバ内に存在し得る。１つまたは複数のポートは少なくとも１つの開口部を各々有することができ、この場合、１つの開口部は分離されたチャンバの一方に繋がる。ポートの開口部はポートの頂部にあってもポートの側部にあってもよく、またはこれらの組み合わせであってもよい。
各ポートの外面は、マニホールドまたは管と嵌合して圧力源または周囲雰囲気への接続部を形成する、ノズルなどの機構を有し得る。これらのノズルは、平滑であっても、返しを有しても、または何らかの他の形態を有してもよい。ポート開口部はこの機構の中を通り、圧力が圧力センサパッケージに入るのを可能にする。基材を通してダイの背部まで圧力を導くことができるか、または、圧力はダイの頂部を覆うチャンバまで至り得る。
【００１０】
電気信号を、基材の表面のまたは基材にあるトレースによって、パッケージの外部まで導くことができる。これらのトレースは、基材の頂部表面または基材の底部表面に存在し得る。基材が複数の層から形成されている場合、これらのトレースは各層の頂部表面、側面、および底部表面に存在し得る。ビアを使用して、層を通して、はんだボールまたははんだカラムを介してプリント回路基板へと接続される基材の底部上のパッドまで、電気信号を導くことができる。
【００１１】
ここで本発明について、以下の添付の図面を参照して、例示により記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの一部の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る別の圧力センサシステムの一部の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの図である。
【図５】本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの分解図である。
【図６】本発明の実施形態に係る基材のより詳細な図である。
【図７】本発明の実施形態に係る基材のより詳細な図である。
【図８】本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの透視上面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る別の圧力センサシステムの図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る別の圧力センサシステムの図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る圧力センサシステム用のキャップの図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る圧力センサシステムのキャップの分解図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの一部の上面図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの一部の上面透視図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る基材の上面図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る別の圧力センサシステムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの一部の断面図を示す。この図は、他の含まれる図と同様に、説明のために示されており、本発明の可能な実施形態または請求項のいずれを限定するものでもない。
【００１４】
この例では、基材２００に、圧力センサダイ１００の裏側キャビティ１３０に至る通路２１０を形成することができる。通路２１０は、基材２００の頂面に第１の開口部２１２を含み得る。この第１の開口部２１２は、スロットまたは経路２１１を介して第２の貫通孔２１８に接続可能な第１の貫通孔２１４によって画定することができる。第２の貫通孔２１８は、第２の開口部２１６を画定することができ、圧力センサダイ１００の裏側キャビティ１３０に接続することができる。基材２００は多層式プリント回路基板とすることができるか、または、セラミック、シリコン、プラスチック、もしくは他の材料の複数の層を使用して形成することができる。
【００１５】
圧力センサダイ１００は、フレーム１２０によって支持される膜１１０を含み得る。圧力センサダイ１００は、１つまたは複数の抵抗器またはトランジスタ（図示せず）をさらに備え得る。これらの１つまたは複数の抵抗器またはトランジスタは、膜１１０の表面または近くに配置することができる。例えば、膜１１０の表面にまたは近くに、ホイートストンブリッジ用の抵抗器を形成することができる。
【００１６】
フレーム１２０の底部を、基材２００の頂部表面に取り付けることができる。例えば、接着剤、ダイ取り付け構造、または他の材料の組み合わせを使用して、フレーム１２０の底部を基材２００に直接的にまたは間接的にのいずれかで取り付けることができる。この取り付けにより、測定すべき気体または液体が裏側キャビティ１３０に漏入または裏側キャビティ１３０から漏出しないように、封止部を形成することができる。この構成では、圧力センサダイ１００は、膜１１０の頂面と第１の開口部２１２における基材２００の頂面との圧力の間の差圧を測定することができる。
【００１７】
本発明のこれらのおよび他の実施形態では、通路２１０は様々な方法で形成することができる。例えば、基材２００は、互いに垂直方向に積み重ねて接着材または他の材料の介在する層によって１つに保持することのできる、様々な水平層から形成できる。これらの層のうちの１つまたは複数は、スロットまたは経路２１１の端部と位置合わせされそこへのアクセスを提供する第１の貫通孔２１４および第２の貫通孔２１８を形成するように位置合わせされる、垂直ビアを含み得る。１つまたは複数の層の一部のうちのいくつかまたは全てを除去して、スロットまたは経路２１１を形成することができる。この材料は、ルータによって、エッチングによって、または他の技法によって除去することができる。通路２１０のうちのいくつかまたは全てを、漏れを低減するために金属でめっきすることができる。基材２００の更なる詳細を、以下の図６および７に示す。
【００１８】
基材２００はまた、圧力センサダイ１００を基材２００上または圧力センサシステム内の他の場所にある他のコンポーネントに接続できる、トレースおよびパッド（図示せず）も含み得る。調整用回路、処理用回路、または他の回路、例えばＡＳＩＣ５３０（図５に示す）を、圧力センサダイ１００に、基材２００上の他のコンポーネントに、またはシステム内の他の場所に、接続することができる。圧力センサダイ１００を、ボンドワイヤ１４２０（図１４に示す）または他の相互接続構造を使用して、基材２００ならびに他のコンポーネントのトレースおよびパッドに接続することができる。後で図３に示すキャップ３００などのキャップを、圧力センサダイ１００を封入するように基材２００に取り付けて、圧力センサシステムを形成することができる。
キャップ３００および基材２００のいずれかまたは両方によって、圧力センサシステムの内部を２つ（またはそれ以上）のチャンバ、例えば第１のチャンバ３１２および第２のチャンバ３１４（図３に示す）へと分割することができる。第１のチャンバ３１２内に第１の貫通孔２１４を配置することができ、膜１１０の頂部表面は第２のチャンバ３１４内に存在し得る。キャップのポートは、圧力センサシステムを絶対圧、ゲージ圧、または差圧センサの構成で使用できるように、チャンバのいずれかまたは両方へのアクセスを提供し得る。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態に係る別の圧力センサシステムの一部の断面図を示す。この例では、基材２６０に、圧力センサダイ１００の裏側キャビティ１３０に至る通路２７０を形成することができる。この通路２７０は、基材２６０の底面に第１の開口部２７２を含み得る。この第１の開口部２７２は第１の貫通孔２７４によって画定することができ、この貫通孔２７４をスロットまたは経路２７１を通して第２の貫通孔２７８に接続して、通路２７０を形成することができる。第２の貫通孔２７８は、第２の開口部２７６を画定することができ、圧力センサダイ１００の裏側キャビティ１３０に接続することができる。
【００２０】
圧力センサダイ１００は、フレーム１２０によって支持される膜１１０を含み得る。圧力センサダイ１００は、膜１１０の表面または近くに配置可能な、１つまたは複数の抵抗器またはトランジスタ（図示せず）をさらに備え得る。例えば、膜１１０の表面にまたは近くに、ホイートストンブリッジ用の抵抗器を形成することができる。
【００２１】
フレーム１２０の底部を、基材２６０の頂部表面に取り付けることができる。例えば、接着剤、ダイ取り付け構造、または他の材料の組み合わせを使用して、フレーム１２０の底部を基材２６０に直接的にまたは間接的にのいずれかで取り付けることができる。この取り付けにより、測定すべき気体または液体が裏側キャビティ１３０に漏入または裏側キャビティ１３０から漏出しないように、封止部を形成することができる。この構成では、圧力センサダイ１００は、膜１１０の頂面と第１の開口部２７２における基材２６０の底面との圧力の間の差圧を測定することができる。
【００２２】
本発明のこれらのおよび他の実施形態では、通路２７０は様々な方法で形成することができる。例えば、基材２６０は、互いに垂直方向に積み重ねて接着材または他の材料の介在する層によって１つに保持することのできる、様々な水平層から形成できる。これらの層のうちの１つは、第１の貫通孔２７４を形成する垂直ビアを含むことができ、一方、別の層は第２の貫通孔２７８を形成する垂直ビアを含むことができる。１つまたは複数の層の一部のうちのいくつかまたは全てを除去して、スロットまたは経路２７１を形成することができる。この材料は、ルータによって、エッチングによって、または他の技法によって除去することができる。通路２７０のうちのいくつかまたは全てを、漏れを低減するために金属でめっきすることができる。
【００２３】
基材２６０はまた、圧力センサダイ１００を基材２６０上またはシステム内の他の場所にある他のコンポーネントに接続できる、トレースおよびパッド（図示せず）も含み得る。調整用回路、処理用回路、または他の回路、例えばＡＳＩＣ５３０（図５に示す）を、圧力センサダイ１００に、基材２６０上の他のコンポーネントに、またはシステム内の他の場所に、接続することができる。圧力センサダイ１００を、ボンドワイヤ１４２０（図１４に示す）または他の相互接続構造を使用して、基材２６０ならびに他のコンポーネントのトレースおよびパッドに接続することができる。
【００２４】
基材２６０は、圧力センサデバイスを２つ（またはそれ以上）のチャンバ、上の１つの基材２６０および下の１つの基材２６０へと分割することができる。チャンバには、ある圧力の気体または液体を受けるためのノズルを取り付けることができる。この場合、圧力センサダイ１００によって差圧を測定することができる。
【００２５】
図３は、本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの断面図を示す。この例では、基材２００に、圧力センサダイ１００の裏側キャビティ１３０に至る通路２１０を形成することができる。この通路２１０は、基材２００の頂面に第１の開口部２１２を含み得る。この開口部は、スロットまたは経路２１１を介して第２の貫通孔２１８に接続可能な第１の貫通孔２１４によって画定することができる。第２の貫通孔２１８は第２の開口部２１６を画定することができ、圧力センサダイ１００の裏側キャビティ１３０に接続することができる。基材２００は多層式プリント回路基板とすることができるか、または、セラミック、シリコン、プラスチック、または他の材料の複数の層を使用して形成することができる。
【００２６】
圧力センサダイ１００は、フレーム１２０によって支持される膜１１０を含み得る。圧力センサダイ１００は、１つまたは複数の抵抗器またはトランジスタ（図示せず）をさらに備え得る。これらの１つまたは複数の抵抗器またはトランジスタは、膜１１０の表面または近くに配置することができる。例えば、膜１１０の表面にまたは近くに、ホイートストンブリッジ用の抵抗器を形成することができる。
【００２７】
フレーム１２０の底部を、基材２００の頂部表面に取り付けることができる。例えば、接着剤、ダイ取り付け構造、または他の材料の組み合わせを使用して、フレーム１２０の底部を基材２００に直接的にまたは間接的にのいずれかで取り付けることができる。この取り付けにより、測定すべき気体または液体が裏側キャビティ１３０に漏入または裏側キャビティ１３０から漏出しないように、封止部を形成することができる。この構成では、圧力センサダイ１００は、膜１１０の頂面と第１の開口部２１２における基材２００の頂面との圧力の間の差圧を測定することができる。
【００２８】
本発明のこれらのおよび他の実施形態では、通路２１０は様々な方法で形成することができる。例えば、基材２００は、互いに垂直方向に積み重ねて接着材または他の材料の介在する層によって１つに保持することのできる、様々な水平層から形成できる。これらの層のうちの１つまたは複数は、スロットまたは経路２１１の端部と位置合わせされそこへのアクセスを提供する第１の貫通孔２１４および第２の貫通孔２１８を形成するように位置合わせされる、垂直ビアを含み得る。１つまたは複数の層の一部のうちのいくつかまたは全てを除去して、スロットまたは経路２１１を形成することができる。この材料は、ルータによって、エッチングによって、または他の技法によって除去することができる。通路２１０のうちのいくつかまたは全てを、漏れを低減するために金属でめっきすることができる。基材２００の更なる詳細を、以下の図６および７に示す。
【００２９】
基材２００はまた、圧力センサダイ１００を基材２００上またはシステム内の他の場所にある他のコンポーネントに接続できる、トレースおよびパッド（図示せず）も含み得る。調整用回路、処理用回路、または他の回路、例えばＡＳＩＣ５３０（図５に示す）を、圧力センサダイ１００に、基材２００上の他のコンポーネントに、またはシステム内の他の場所に、接続することができる。圧力センサダイ１００を、ボンドワイヤ１４２０（図１４に示す）または他の相互接続構造を使用して、基材２００ならびに他のコンポーネントのトレースおよびパッドに接続することができる。
【００３０】
キャップ３００を基材２００に取り付けて、圧力センサシステムを形成することができる。キャップ３００を、接着剤を使用して、はんだ付けによって、または他の技法および物質を使用することによって、基材２００に取り付けることができる。キャップ３００および基材２００のいずれかまたは両方によって、圧力センサシステムの内部を２つのチャンバへと分割することができる。この例では、キャップ３００は、圧力センサシステムの内部を２つのチャンバ、具体的には第１のチャンバ３１２および第２のチャンバ３１４へと分割するための、内壁３１０を含み得る。第１のチャンバ３１２内に第１の貫通孔２１４を配置することができ、膜１１０の頂部表面は第２のチャンバ３１４内に存在し得る。第１のノズル３２０の第１のノズル開口部３２２を含む第１のポートは、第１のチャンバ３１２へのアクセスを提供することができ、第２のノズル３３０の第２のノズル開口部３３２を含む第２のポートは、第２のチャンバ３１４へのアクセスを提供することができる。
このことにより、圧力センサシステムを絶対圧、ゲージ圧、または差圧センサの構成で使用することが可能になり得る。調整用回路、処理用回路、または他の回路、例えばＡＳＩＣ５３０を、第１のチャンバ３１２および第２のチャンバ３１４のいずれかまたは両方の中に配置することができる。キャップ３００は、プラスチック、ナイロン、アクリル、または他の材料で形成することができる。キャップ３００は、インサート成形もしくは射出成形、３Ｄプリント、または他の技法によって形成することができる。
【００３１】
図４は、本発明の実施形態に係る別の圧力センサシステムを示す。この圧力センサシステムは、基材２００とキャップ３００とを含み得る。キャップ３００は、第１のノズル開口部３２２を有する第１のノズル３２０を含む第１のポートと、第２のノズル開口部３３２を有する第２のノズル３３０を含む第２のポートと、をさらに含み得る。第１の管またはパイプ（図示せず）を第１のノズル３２０を覆うように取り付けることができる。第１の管の中には、圧力を測定すべき第１の気体または液体が存在し得る。この圧力センサシステムは、第２のノズル３３０の第２のノズル開口部３３２を封止または他の方法で閉鎖することによって、絶対圧センサとして構成することができる。別法として、絶対圧センサダイ１００を使用することができ、この場合、裏側キャビティ１３０は封止されており、真空または他の知られている圧力などの知られている圧力を有する。
この圧力センサシステムは、局所雰囲気が第２のノズル３３０の第２のノズル開口部３３２に到達することを可能にすることによって、ゲージ圧センサとして構成することができる。この圧力センサシステムは、第２のノズル３３０を覆うように第２の管またはパイプ（図示せず）を取り付けることによって、差圧センサとして構成することができ、この場合、第２の管内に第２の気体または液体が存在し得る。このようにして、圧力センサシステムは、第１の気体または液体と第２の気体または液体との圧力の間の差圧を測定することができる。
【００３２】
この例では、第１のノズル３２０および第２のノズル３３０は、円筒形状を有するものとして示されている。本発明のこれらのおよび他の実施形態では、第１のノズル３２０および第２のノズル３３０は、返し、または他の構造もしくは特徴を含み得る。これらの返し、または他の構造もしくは特徴は、第１の管および第２の管を第１のノズル３２０および第２のノズル３３０に固着するのに有用であり得る。また、管または他の導管内に嵌合するように設計されているノズルをキャップ３００とともに使用することができる一方で、他の構造を使用することができる。例えば、これらの管または他の導管は、キャップ３００とともに使用可能な構造内に嵌合し得る。
【００３３】
図５は、本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの分解図である。キャップ３００は、第１のノズル開口部３２２を有する第１のノズル３２０と、第２のノズル開口部３３２を有する第２のノズル３３０と、を含み得る。この例では、第１のノズル３２０および第２のノズル３３０は、返しを有する機構を含み得る。この圧力センサシステムは、基材２００をさらに備え得る。基材２００は、図６および図７に示すようないくつかの層を含み得る。基材２００は、第１の貫通孔２１４および第２の貫通孔２１８を含み得る。第１の貫通孔２１４は、基材２００にあるスロットまたは経路２１１（図７に示す）を介して、第２の貫通孔２１８に接続することができる。基材２００は、リブ状部分２３０をさらに備え得る。リブ状部分２３０は、第１のチャンバ３１２を第２のチャンバ３１４から分離することができる。
【００３４】
キャップ３００を、接着層またはエポキシ層５１０を使用して基材２００に取り付けることができる。接着層またはエポキシ層５１０を、リブ状部分２３０の頂部表面に沿って適用することができる。圧力センサダイ１００は、裏側キャビティ１３０（図３に示す）を含み得る。圧力センサダイ１００を、第２の貫通孔２１８が裏側キャビティ１３０と整列されるようにして、基材２００に取り付けることができる。基材２００の頂部表面に、圧力センサダイ１００のフレーム１２０（図３に示す）を直接的または間接的に取り付けることができる。ＡＳＩＣ５３０は、この圧力センサシステムに関する演算、較正、または他の機能を実効することができる。ＡＳＩＣ５３０上で適切なファームウェアおよびソフトウェアが動作し得る。ＡＳＩＣ５３０は第２のチャンバ３１４内に配置することができるか、またはＡＳＩＣ５３０は第１のチャンバ３１２内に配置することができる。
第１のチャンバ３１２または第２のチャンバ３１４のいずれかの中に、抵抗器、バイパスコンデンサなどの他のコンポーネントを含めることができる。基材２００の表面のまたは基材２００にある、ボンドワイヤ１４２０（図１４に示す）およびトレース（図示せず）を介して、圧力センサダイ１００およびＡＳＩＣ５３０を互いに、または圧力センサシステムの内部もしくは外部の他のコンポーネントに、取り付けることができる。
【００３５】
キャップ３００の底部表面（図示せず）は、リブ状部分２３０に対応する溝（図示せず）を含み得る。このことにより、キャップ３００を基材２００にさねはぎの様式で取り付けることが可能になる。キャップ３００の底面は、それ以外の部分は実質的に平坦とすることができる。この場合、リブ状部分２３０の高さを、圧力センサダイ１００およびＡＳＩＣ５３０、ならびにボンドワイヤ１４２０および存在し得る他のコンポーネントの高さを収容するのに、十分な高さとすることができる。別法として、キャップ３００の底面は、これらのコンポーネントの高さを収容するための１つまたは複数の凹部を含み得る。これらの１つまたは複数の凹部は、第１のチャンバ３１２および第２のチャンバ３１４に対応する形状であり得るか、または他の形状を有し得る。
【００３６】
図６は、本発明の実施形態に係る基材のより詳細な図である。基材２００は、第１の貫通孔２１４と第２の貫通孔２１８とを有する頂部層２３４を含み得る。第２の層または中間層２３６は、第１の貫通孔２１４と第２の貫通孔２１８を接続する、スロットまたは経路２１１（図７に示す）を含み得る。第３のまたは底部層２３８は、中実の層とすることができる。リブ状部分２３０は、頂部層２３４の頂部表面に配置することができる。リブ状部分２３０は、外側部分２３２および内側部分２３１を含み得る。内側部分２３１は、第１のチャンバ３１２を第２のチャンバ３１４から分離することができる。頂部層２３４、中間層２３６、底部層２３８、およびリブ状部分２３０は、プラスチック、セラミック、シリコン、ＦＲ４などのプリント回路基板材料、または他の材料で形成することができ、エポキシ、接着剤、または他の材料を使用して互いに積層するかまたは他の方法で取り付けることができる。
【００３７】
図７は、本発明の実施形態に係る基材のより詳細な図である。基材２００は、第１の貫通孔２１４と第２の貫通孔２１８とを有する頂部層２３４を含み得る。第２の層または中間層２３６は、第１の貫通孔２１４と第２の貫通孔２１８を接続する、スロットまたは経路２１１を含み得る。スロットまたは経路２１１は、実質的に直線状とすることができるか、または、例えば基材２００におけるトレースの引き回しを回避もしくは簡単にするために、湾曲させることもしくは別の形状を有することができる。第１の貫通孔２１４と第２の貫通孔２１８の位置合わせを簡単にするために、スロットまたは経路２１１の一方の端部または両端部を、ドッグボーン型の構成で広くすることができる。第３の層または底部層２３８は、中実の層とすることができる。リブ状部分２３０は、頂部層２３４の頂部表面に配置することができる。
頂部層２３４、中間層２３６、底部層２３８、およびリブ状部分２３０は、プラスチック、セラミック、シリコン、ＦＲ４などのプリント回路基板材料、または他の材料で形成することができ、エポキシ、接着剤、または他の材料を使用して互いに積層するかまたは他の方法で取り付けることができる。
【００３８】
頂部層２３４、中間層２３６、底部層２３８、およびリブ状部分２３０の、頂部、底部、および側部の表面に、トレース（図示せず）を形成することができる。これらのトレースは、頂部層２３４、中間層２３６、底部層２３８、およびリブ状部分２３０を通るビア（図示せず）を使用して、１つに接続することができる。パッド１４１０（図１４に示す）およびリードレスコンタクト９１０（図９に示す）などのコンタクトは、基材２００によって支持することができ、これらのトレースに接続することができる。
【００３９】
本発明のこれらのおよび他の実施形態では、これらの層のうちの１つまたは複数を省略することができる。例えば、特にキャップ３００の底部表面が溝を含まない場合に、リブ状部分２３０を省略することができる。本発明のこれらのおよび他の実施形態では、特に中間層２３６の別のパッケージング構造または基板構造（図示せず）が下で使用される場合に、底部層２３８を省略することができる。例えば中間層２３６のスロットまたは経路２１１を頂部層２３４の底面の溝で置き換える場合、頂部層２３４および中間層２３６を組み合わせることができ、この場合、溝は第１の貫通孔２１４から第２の貫通孔２１８まで延在する。１つまたは複数の介在する層を含めることができる。これらの層は、更なる貫通孔と、スロットまたは経路とを含み得る。例えば、第１の貫通孔２１４から第２の貫通孔２１８に至る通路は、第１の貫通孔２１４から第２の貫通孔２１８に至る通路の一部を形成するスロットまたは経路を有する、他の層を含み得る。これらの層は、通路を完成させるために必要な追加の貫通孔をさらに備え得る。
【００４０】
図８は、本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの透視上面図を示す。キャップ３００は、第１のノズル開口部３２２を有する第１のノズル３２０と、第２のノズル開口部３３２を有する第２のノズル３３０と、を含み得る。基材２００は、キャップ３００とともに封止部を形成するのにおよび第１のチャンバ３１２を第２のチャンバ３１４から分離するのに使用できる、リブ状部分２３０を含み得る。基材２００の第１の貫通孔２１４は第１のチャンバ３１２内に配置することができ、一方、第２の貫通孔２１８（図７に示す）は、第２のチャンバ３１４内で圧力センサダイ１００の下に配置することができる。ＡＳＩＣ５３０は第２のチャンバ３１４内に配置することができるが、ＡＳＩＣ５３０は第１のチャンバ３１２内に、またはこの圧力センサシステム内のもしくはこれに関連する他の場所に配置することができる。
【００４１】
この圧力センサシステムは、差圧センサとして使用することができる。この構成では、第１の気体または液体を第１の管またはパイプ（図示せず）を介して第１のノズル３２０に適用することができる。第１の気体または液体は、第１のノズル開口部３２２を通って第１のチャンバ３１２に流入することができる。第１の気体または液体は、第１の貫通孔２１４、スロットまたは経路２１１（図７に示す）、第２の貫通孔２１８（図７に示す）を通って、圧力センサダイ１００の裏側キャビティ１３０（図３に示す）に流入することができ、ここで第１の気体または液体は、膜１１０の底面に力を及ぼすことができる。第２の気体または液体を、第２の管またはパイプ（図示せず）を介して第２のノズル３３０に適用することができる。第２の気体または液体は、第２のノズル開口部３３２を通って第２のチャンバ３１４に流入することができ、ここで第２の気体または液体は、膜１１０の頂面に力を及ぼすことができる。
この圧力センサシステムはゲージ圧センサとして使用することもでき、この場合、第１のノズル開口部３２２または第２のノズル開口部３３２のいずれかの一方を、周囲条件に曝すことができる。この圧力センサシステムは絶対圧センサとしても使用することができ、この場合、第１のノズル開口部３２２または第２のノズル開口部３３２のいずれかの一方を封止することができ、一方、封止されていないノズル開口部には、測定すべき気体または液体を適用することができる。別法として、絶対圧センサダイ１００を使用することができ、この場合、裏側キャビティ１３０は封止されており、真空または他の知られている圧力などの知られている圧力を有する。
【００４２】
基材２００は、本発明の実施形態に係る圧力センサシステムを採用するデバイスにおける基板または他の適切な基材にはんだ付け可能な、リードレスコンタクトを含み得る。リードレスコンタクトの使用により、デバイスにおける基板スペースを節減することができる。上記の例では、基材２００は正方形形状を有するものとして示されているが、基材２００は別法として、矩形のまたは他の形状を有し得る。そのような基材を採用する圧力センサシステムの例が、続く図に示されている。
【００４３】
図９は、本発明の実施形態に係る別の圧力センサシステムを示す。この例では、キャップ３００は、第１のノズル開口部３２２を有する第１のノズル３２０を含み得る。基材２００は、リードレスコンタクト９１０を含み得る。リードレスコンタクト９１０を、基板または他の適切な基材にめっきおよびはんだ付けすることができる。
【００４４】
図１０は、本発明の実施形態に係る別の圧力センサシステムを示す。この例では、キャップ３００は、第１のノズル開口部３２２を有する第１のノズル３２０と、第２のノズル開口部３３２を有する第２のノズル３３０と、を含み得る。この例では、第１のノズル３２０および第２のノズル３３０は、返しを有するものとして示されている。キャップ３００を、リードレスコンタクト９１０を含み得る基材２００に取り付けることができる。リードレスコンタクト９１０を、基板または他の適切な基材にめっきおよびはんだ付けすることができる。
【００４５】
図１１は、本発明の実施形態に係る別の圧力センサシステムを示す。この例では、キャップ３００は、第１のノズル開口部３２２を有する第１のノズル３２０と、第２のノズル開口部３３２を有する第２のノズル３３０と、を含み得る。第１のノズル３２０および第２のノズル３３０は、円筒形状を有するものとして示されている。キャップ３００を、リードレスコンタクト９１０を含み得る基材２００に取り付けることができる。リードレスコンタクト９１０を、基板または他の適切な基材にめっきおよびはんだ付けすることができる。
【００４６】
本発明のこれらのおよび他の実施形態では、キャップ３００または基材２００のいずれかまたは両方の一部によって、第１のチャンバ３１２を第２のチャンバ３１４から分離することができる。図４の例では、リブ状部分２３０（図４に示す）は、圧力センサシステムの内部を、第１のチャンバ３１２および第２のチャンバ３１４へと少なくとも部分的に分割することができる。以下の例では、基材２００は比較的平坦な表面を有することができ、内壁などのキャップ３００の特徴を使用して、圧力センサシステムの内部を少なくとも部分的に分割することができる。
【００４７】
図１２は、本発明の実施形態に係る圧力センサシステム用のキャップを示す。このキャップを、図１０の圧力センサシステムにおけるキャップ３００として、または、本発明のこれらのおよび他の実施形態に係る他の圧力センサシステムにおけるキャップ３００として、使用することができる。キャップ３００は、第１のチャンバ３１２を第２のチャンバ３１４から分離する内壁３１０を含み得る。キャップ３００は、第１のチャンバ３１２へのアクセスを提供するための第１のノズル３２０、ならびに、第２のチャンバ３１４へのアクセスを提供するための第２のノズル３３０を含み得る。続く図に示すように、キャップ３００を、接着剤またはエポキシを使用して、実質的に平坦な基材２００に取り付けることができる。
【００４８】
図１３は、本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの分解図を示す。キャップ３００は、第１のノズル開口部３２２を有する第１のノズル３２０、ならびに第２のノズル開口部３３２を有する第２のノズル３３０を含み得る。キャップ３００を、エポキシ層または接着層１３００を使用して、基材２００の頂部表面に取り付けることができる。圧力センサダイ１００を基材２００の頂部表面に固着するために、ダイ取り付け構造５２２を使用することができる。具体的には、第２の貫通孔２１８を、ダイ取り付け用構造５２２の開口部５２４および圧力センサダイ１００の裏側キャビティ１３０（図３に示す）と位置合わせすることができる。ＡＳＩＣ５３０を基材２００の頂部表面に固着するために、ダイ取り付け構造５３２を使用することができる。
基材２００は、第１の貫通孔２１４と、第１の貫通孔２１４を第２の貫通孔２１８に接続するための、スロットまたは経路２１１（図１６に示す）と、をさらに含み得る。リードレスコンタクト９１０を使用して、圧力センサダイ１００およびＡＳＩＣ５３０を、圧力センサシステムの外部のコンポーネントおよびデバイスに接続することができる。
【００４９】
第１のノズル３２０の第１のノズル開口部３２２によって、第１の気体または液体を受けることができる。第１の気体または液体は、第１のチャンバ３１２（図１２に示す）を通過して基材２００の第１の貫通孔２１４に入ることができる。第１の気体または液体は引き続き基材２００にあるスロットまたは経路２１１を通り、第２の貫通孔２１８の外に出ることができ、ここで第１の気体または液体は、膜１１０の底面に力を及ぼすことができる。第２のノズル３３０の第２のノズル開口部３３２によって、第２の気体または液体を受けることができる。第２の気体または液体は、第２のノズル開口部３３２を通って第２のチャンバ３１４（図１２に示す）に入ることができ、ここで第２の気体または液体は、膜１１０の頂面に力を及ぼすことができる。前記のように、圧力センサシステムはこのようにして、差圧センサとして動作し得る。
この圧力センサシステムは、第１のノズル開口部３２２または第２のノズル開口部３３２のいずれかを周囲条件に曝すことによって、代わりにゲージ圧センサとして動作することもできる。この圧力センサシステムは、第１のノズル開口部３２２または第２のノズル開口部３３２のいずれかを封止することによって、絶対圧センサとして動作することもできる。別法として、絶対圧センサダイ１００を使用することができ、この場合、裏側キャビティ１３０は封止されており、真空または他の知られている圧力などの知られている圧力を有する。
【００５０】
図１４は、本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの一部の上面図である。この例では、圧力センサダイ１００を、ダイ取り付け用構造５２２を使用して、基材２００の頂部表面に取り付けることができる。圧力センサダイ１００は、基材２００の第２の貫通孔２１８を覆うように配置することができる。ＡＳＩＣ５３０を、ダイ取り付け用構造５３２を使用して、基材２００の頂部表面に取り付けることができる。ボンドワイヤ１４２０は、圧力センサダイ１００およびＡＳＩＣ５３０のいずれかまたは両方からパッド１４１０までの間の電気接続を形成し得る。パッド１４１０は、基材２００の表面のまたは基材２００にあるトレース（図示せず）を使用して、リードレスコンタクト９１０（図１０に示す）または基材２００上の他のコンポーネントに接続することができる。トレースは、基材２００を形成するために使用される層の頂部、底部、および側部の表面に形成することができる。
これらのトレースは、基材２００の層を通るビア（図示せず）を使用して１つに接続することができる。パッド１４１０（図１４に示す）およびリードレスコンタクト９１０（図９に示す）などのコンタクトは、基材２００によって支持することができ、これらのトレースに接続することができる。
【００５１】
図１５は、本発明の実施形態に係る圧力センサシステムの上面透視図を示す。キャップ３００は、第１のノズル開口部３２２を有する第１のノズル３２０と、第２のノズル開口部３３２を有する第２のノズル３３０と、を含み得る。キャップ３００の内壁３１０は、第１のチャンバ３１２を第２のチャンバ３１４から分離することができる。第１の貫通孔２１４は、スロットまたは経路２１１（図１６に示す）を介して基材２００の第２の貫通孔２１８に接続することができる。圧力センサダイ１００を、ダイ取り付け構造５２２を使用して基材２００の頂部表面に取り付けることができる。ＡＳＩＣ５３０を、ダイ取り付け構造５３２を使用して、基材２００の頂部表面に取り付けることができる。
【００５２】
図１６は、本発明の実施形態に係る基材の上面図である。基材２００は、リードレスコンタクト９１０を含み得る。第１の貫通孔２１４は、内部のスロットまたは経路２１１を介して第２の貫通孔２１８に接続することができる。パッド１４１０を、基材２００にあるまたは基材２００の表面のトレース（図示せず）を使用して、リードレスコンタクト９１０に電気接続することができる。基材２００は、図７に示すようなリブ状部分２３０をさらに備え得る。
【００５３】
図１７は、本発明の実施形態に係る別の圧力センサシステムを示す。キャップ３００は、第１のノズル開口部３２２を有する第１のノズル３２０、ならびに第２のノズル開口部３３２を有する第２のノズル３３０を含み得る。キャップ３００は基材２００に取り付けることができる。ピン１７２０はリード１７１０を含むことができ、リード１７１０は基材２００上のトレース（図示せず）に、クリップ留め、はんだ付け、または他の方法で取り付けることができる。リード１７１０は、基材２００を挟み込み把持する、ばねタイプの構造もしくはばねタイプの構造の一部とすることができるか、または、はんだ付けもしくは他の方法で基材２００上のトレースに取り付けられる。例えば、リード１７１０は、基材の下にありピン１７２０に取り付けられている同様のリード（図示せず）と一緒に、基材２００上のトレースにクリップ留め、はんだ付け、または他の方法で取り付けることができる。
リード１７１０は、基材２００の下のリードとともに、ピン１７２０の一部として形成することができるか、またはリード１７１０は、別個に形成して例えばスポット溶接もしくはレーザ溶接によってピン１７２０に取り付けることができるか、またはこれらの技法の組み合わせを使用することができる。このようにして、本発明の実施形態は、デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）の圧力センサシステムを提供し得る。
【００５４】
本発明のこれらのおよび他の実施形態では、基材２００および基材２６０は、ＦＲ４などのプリント回路基板材料、セラミック、シリコン、プラスチック、または他の材料で形成することができる。本発明のこれらのおよび他の実施形態では、基材２００、基材２６０、およびキャップ３００は、プラスチック、ナイロン、レーザ直接構造化（ＬＤＳ）材料、アクリル、または他の材料もしくは材料の組み合わせで形成することができる。基材２００、基材２６０、およびキャップ３００は、インサート成形もしくは射出成形、３Ｄプリント、または他の技法によって形成することができる。本発明のこれらのおよび他の実施形態では、基材２００および基材２６０の代わりに、サブアセンブリ、シリコンウエハ、プリント回路基板、または他の構造を使用することができる。これらは、セラミック、シリコン、ＦＲ４などのプリント回路基板材料、シリコン、または他の材料もしくは材料の組み合わせで形成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
2020144125000001.pdf