(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース（１０）と、
このケースに搭載された検出部としてのセンサチップ（２０）と、
前記センサチップに形成され前記センサチップの信号を外部に取り出すための複数個のパッド部（２１）と、
前記センサチップと外部とを電気的に接続するために前記ケースに設けられた複数個のターミナル（１２）とを備え、
これら複数個のターミナルは前記ケースのうち前記センサチップの搭載領域の周囲に配置されており、
各々の前記ターミナルと前記パッド部とが、ワイヤボンディングにより接続されてなるセンサ装置において、
前記センサチップは矩形であり、
前記パッド部は前記センサチップの４辺のそれぞれ略中央部に配置された４個のものよりなり、
前記ターミナルは、前記センサチップの４辺のそれぞれの外側に近接して配置された４個のものよりなり、
各々の前記ターミナルは、近接して対向する前記センサチップの辺の隣に位置する辺に配置された前記パッド部とワイヤボンディングにより接続されていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
ケース（１０）と、
このケースに搭載された圧力検出用のセンサチップ（２０）と、
前記センサチップに形成され前記センサチップの信号を外部に取り出すための複数個のパッド部（２１）と、
前記センサチップと外部とを電気的に接続するために前記ケースに埋設された複数個のターミナル（１２）とを備え、
これら複数個のターミナルは前記ケースのうち前記センサチップの搭載領域の周囲に突出した突出部（１２ａ）を有しており、
各々の前記突出部と前記パッド部とが、ワイヤボンディングにより接続されてなる圧力センサにおいて、
前記センサチップは矩形であり、
前記パッド部は前記センサチップの４辺のそれぞれ略中央部に配置された４個のものよりなり、
前記突出部は、前記センサチップの４辺のそれぞれの外側に近接して配置された４個のものよりなり、
各々の前記突出部は、近接して対向する前記センサチップの辺の隣に位置する辺に配置された前記パッド部とワイヤボンディングにより接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
前記センサチップ（２０）と前記ワイヤボンディングにより形成されたボンディングワイヤ（１３）とは、印加される圧力を受ける空間内に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケースに、検出部としてのセンサチップと該センサチップに対して信号を入出力するためのターミナルを配設し、センサチップとターミナルとをワイヤボンディングしてなるセンサ装置に関し、例えば、圧力センサ等に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、従来のこの種のセンサ装置としては、ケースと、このケースに搭載された検出部としてのセンサチップと、このセンサチップと外部とを電気的に接続するためにケースに埋設された複数個のターミナルとを備えた圧力センサが知られている。
【０００３】
そして、この圧力センサにおいては、これら複数個のターミナルを、ケースのうちセンサチップの搭載領域の周囲に突出させ、各々突出したターミナルと、センサチップに形成された信号取り出し用のパッド部とを、ワイヤボンディングにより接続した構成としている。
【０００４】
ここで、この従来の圧力センサにおける各々のターミナルとセンサチップのパッド部との一般的な接続構成を、図６に示す。矩形のセンサチップ２０の４辺のそれぞれ略中央部には、信号取り出し用のパッド部２１が形成されている。
【０００５】
センサチップ２０は、一般に、圧力印加に伴う歪みを歪みゲージ（図示せず）を介して電気信号として出力するものであり、当該歪みゲージによりブリッジ回路が形成されている。そして、４個のパッド部２１は、それぞれ、ブリッジ回路における電源端子、接地端子（ＧＮＤ）、出力端子等に対応して設けられている。
【０００６】
ターミナル１２は、センサチップ２０の４辺のそれぞれの外側に近接し、各パッド部２１に対応して配置されている。そして、各パッド部は、対応する各ターミナル１２とワイヤボンディングにより形成されたワイヤ１３により結線され、電気的に接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図６に示す様な、従来のターミナルとセンサチップのパッド部との接続構成においては、各ターミナル１２を、これに対応するパッド部２１に近接して配置しているため、ワイヤ１３の長さが短いものとなっている。
【０００８】
ワイヤ１３に対して、周囲環境から温度変化や高い圧力が印加された場合、ワイヤに発生する応力が大きいと、ワイヤ自身またはワイヤの接続部が破壊に至る恐れがある。
【０００９】
そして、このような問題は、ケースに、検出部としてのセンサチップと該センサチップに対して信号を入出力するためのターミナルを配設し、センサチップとターミナルとをワイヤボンディングしてなるセンサ装置に対しては共通に発生すると考えられる。そして、特に、上述したような圧力と温度との要因が大きいと考えられる。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑み、ケースに、検出部としてのセンサチップと該センサチップに対して信号を入出力するためのターミナルを配設し、センサチップとターミナルとをワイヤボンディングしてなるセンサ装置において、温度変化や高い圧力が印加された場合に、ワイヤが破壊されるのを抑制できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、温度変化や高い圧力が印加された場合には、ワイヤに発生する応力によってワイヤが変形し、この変形によりワイヤの破壊が生じることに着目し、ワイヤの長さを長くすれば、このような変形を吸収しやすくできるのではないかとの考えに基づいてなされたものである。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載の発明では、ケース（１０）と、このケースに搭載された検出部としてのセンサチップ（２０）と、センサチップに形成されセンサチップの信号を外部に取り出すための複数個のパッド部（２１）と、センサチップと外部とを電気的に接続するためにケースに設けられた複数個のターミナル（１２）とを備え、これら複数個のターミナルはケースのうち前記センサチップの搭載領域の周囲に配置されており、各々のターミナルとパッド部とが、ワイヤボンディングにより接続されてなるセンサ装置において、前記センサチップは矩形であり、前記パッド部は前記センサチップの４辺のそれぞれ略中央部に配置された４個のものよりなり、前記ターミナルは、前記センサチップの４辺をそれぞれの外側に近接して配置された４個のものよりなり、各々のターミナルを、近接して対向する前記センサチップの辺の隣に位置する辺に配置されたパッド部とワイヤボンディングにより接続したことを特徴としている。
【００１３】
それによれば、結線された各ボンディングワイヤの長さを従来に比べて長くすることができるため、温度変化や高い圧力が印加された場合に発生する応力によるワイヤの変形を吸収し易くできる。よって、本発明によれば、温度変化や高い圧力が印加された場合に、ワイヤが破壊されるのを抑制できる。また、本発明によれば、センサチップやパッド部の構成を従来に対して変えることなく、センサチップを従来の配置（上記図６参照）に対して所定角度（例えば９０°）回転させるだけで、上記した作用効果を奏することができる。
【００１７】
また、請求項２、３に記載の発明では、ケース（１０）と、このケースに搭載された圧力検出用のセンサチップ（２０）と、センサチップに形成されセンサチップの信号を外部に取り出すための複数個のパッド部（２１）と、センサチップと外部とを電気的に接続するためにケースに埋設された複数個のターミナル（１２）とを備え、これら複数個のターミナルはケースのうちセンサチップの搭載領域の周囲に突出した突出部（１２ａ）を有しており、各々の突出部とパッド部とが、ワイヤボンディングにより接続されてなる圧力センサにおいて、前記センサチップは矩形であり、前記パッド部は前記センサチップの４辺のそれぞれ略中央部に配置された４個のものよりなり、前記突出部は、前記センサチップの４辺のそれぞれの外側に近接して配置された４個のものよりなり、各々の突出部を、近接して対向する前記センサチップの辺の隣に位置する辺に配置されたパッド部とワイヤボンディングにより接続したことを特徴としている。
【００１８】
本発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏する圧力センサを提供することができる。
【００２０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。以下の各実施形態では、本発明のセンサ装置を圧力センサに具体化したものとして説明する。図１は本実施形態に係る圧力センサＳ１の全体概略を示す断面図であり、この圧力センサＳ１は例えば自動車に搭載され自動車の燃料噴射系の燃料圧を検出するものに適用することができる。
【００２２】
１０はケース（コネクタケース）であり、本例では、このケース１０は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂を型成形することにより作られ、略円柱状をなしている。このケース１０の一端面（図１中、下方側の端面）には凹部１１が形成されている。
【００２３】
この凹部１１には、圧力検出用の集積化センサ素子としてのセンサチップ（検出部）２０が配設されている。本例のセンサチップ２０は、受圧面としてのダイヤフラム（図示せず）を有し、受けた圧力を電気信号に変換しこの電気信号をセンサ信号として出力する半導体ダイヤフラム式のものである。そして、センサチップ２０は、ガラス等よりなる台座２１に陽極接合等により一体化されて、台座２１を凹部１１の底面に接着することで、ケース１０に搭載されている。
【００２４】
また、ケース１０には、センサチップ２０と外部の回路等とを電気的に接続するための複数個の金属製棒状のターミナル（コネクタピン）１２が埋設されている。本例では、ターミナル１２は黄銅（真鍮）にメッキ処理（例えばＮｉメッキ）を施した材料よりなり、インサートモールドによりケース１０と一体に成形されることによりケース１０内にて保持されている。
【００２５】
各ターミナル１２の一端側（図１中、下方端側）の端部は、センサチップ２０の搭載領域の周囲において凹部１１の底面から突出して配置されている。この突出した部分は、ターミナル１２においてセンサチップ２０とワイヤボンディングが行われる突出部１２ａとして構成されている。
【００２６】
ここで、図２は、各ターミナル１２とセンサチップ２０のパッド部２１との接続構成を示す概略平面図である。センサチップ２０には、センサチップ２０の信号を外部に取り出すための複数個のパッド部２１が形成されている。本例では、センサチップ２０は矩形であり、パッド部２１はセンサチップ２０の４辺のそれぞれ略中央部に配置された４個のものよりなる。
【００２７】
ここで、センサチップ２０は、圧力印加に伴う上記ダイヤフラムの歪みを歪みゲージ（図示せず）を介して電気信号として出力するものであり、当該歪みゲージによりブリッジ回路が形成されている。そして、４個のパッド部２１は、それぞれ、ブリッジ回路における電源端子、接地端子（ＧＮＤ）、出力端子等に対応して設けられている。
【００２８】
そして、ターミナル１２の突出部１２ａは、センサチップ２０の４辺のそれぞれの外側に近接して配置された４個のものよりなる。各々のターミナル１２とパッド部２１とは、上記ブリッジ回路における端子機能に応じて、ワイヤボンディングにより形成された金やアルミニウム等のワイヤ１３により結線され、電気的に接続されている。
【００２９】
ここにおいて、本実施形態では、各々のターミナル２１の突出部１２ａは、当該ターミナルと最も近い位置にあるパッド部２１よりも遠い位置にあるパッド部２１とワイヤボンディングにより接続されている。具体的には、図２に示す様に、各々のターミナル１２は、近接して対向するセンサチップ２０の辺に配置されたパッド部２１ではなく、その隣に位置する辺に配置されたパッド部２１と、ワイヤボンディングにより接続されている。
【００３０】
また、図１に示す様に、各突出部１２ａの側面の周囲には、ケース１０とターミナル１２との隙間を封止するためのシール剤１４が設けられている。このシール剤１４は例えばシリコン系樹脂よりなるもので、このシール剤１４により、もし、突出部１２ａが突出する凹部１１の底面部分に隙間があってもその隙間は封止される。
【００３１】
一方、図１において、ケース１０の他端側（図１中、上方端側）は、突出部１２ａとは反対側のターミナル１２の他端側を例えばワイヤハーネス等の外部配線部材（図示せず）を介して上記外部回路（車両のＥＣＵ等）に電気的に接続するための接続部１５となっている。こうして、センサチップ２０と外部との間の信号の伝達は、ワイヤ１３及びターミナル１２を介して行われるようになっている。
【００３２】
次に、図１において、３０はハウジングであり、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料よりなる本体部３１を備える。この本体部３１は、自動車の燃料配管から燃料が導入される圧力導入孔３２と、圧力センサＳ１を燃料配管等に固定するためのネジ部３３とを有する。
【００３３】
更に、ハウジング３０は、薄い金属（例えばＳＵＳ等）製のシールダイヤフラム（メタルダイヤフラム）３４と金属（例えばＳＵＳ等）製の押さえ部材（リングウェルド）３５とが本体部３１に全周溶接され、圧力導入孔３２の一端に気密接合されたものとなっている。
【００３４】
このハウジング３０は、図１に示す様に、本体部３１の端部３６をケース１０の一端側（図１中の下端側）にかしめることによりケース１０と固定され一体化されている。こうして組み合わせられたケース１０とハウジング３０において、ケース１０の凹部１１とハウジング３０のシールダイヤフラム３４との間で、圧力検出室４０が構成されている。
【００３５】
この圧力検出室４０には圧力伝達媒体であり封入液であるオイル（フッ素オイル等）４１が充填され封入されている。このオイル４１の封入により、凹部１１にはセンサチップ２０及びワイヤ１３等の電気接続部分を覆うようにオイル４１が充填され、更に、オイル４１はシールダイヤフラム３４により覆われて封止された形となる。このように、圧力は、シールダイヤフラム３４、オイル４１を介して、センサチップ２０、ワイヤ１３、ターミナル１２に印加されることになる。
【００３６】
また、圧力検出室４０の外周囲には、環状の溝（Ｏリング溝）４２が形成され、この溝４２内には、圧力検出室４０を気密封止するためのＯリング４３が配設されている。このＯリング４３は例えばシリコンゴム等の弾性材料よりなり、ケース１０とハウジング３０の押さえ部材３５とにより挟まれて押圧されている。こうして、シールダイヤフラム３４とＯリング４３とにより圧力検出室４０が封止され閉塞されている。
【００３７】
なお、本例では、上記溝４２内には、Ｏリング４３の外周にバックアップリング４４が設けられている。このバックアップリング４４は、例えば４フッ化エチレン樹脂等の樹脂材料よりなり、Ｏリング４３が広がったときにＯリング４３がケース１０と押さえ部材３５との隙間に入り込んで損傷するのを防止する等の役割を担うものである。
【００３８】
次に、上記圧力センサＳ１の製造方法について述べる。ターミナル１２がインサート成形されたケース１０を用意する。シリコン系樹脂等よりなる接着剤を用いて、ケース１０の凹部１１内へセンサチップ２０を台座２１を介し接着固定する。
【００３９】
そして、凹部１１内へシール剤１４を注入し、シール剤１４を各突出部１２ａの側面の周囲へ行き渡らせた後、硬化させる。次に、ワイヤボンディングを行って、各ターミナル１２の突出部１２ａの先端面とセンサチップ２０とをワイヤ１３で結線する。
【００４０】
そして、センサチップ２０側を上にしてケース１０を配置し、ケース１０の上方から、ディスペンサ等によりフッ素オイル等よりなるオイル４１を、凹部１１へ一定量注入する。
【００４１】
続いて、シールダイヤフラム３４及び押さえ部材３５が全周溶接され、圧力導入孔３２の一端に気密接合されたハウジング３０を用意し、このハウジング３０を上から水平を保ったまま、ケース１０に嵌合するように降ろす。この状態のものを真空室に入れて真空引きを行い圧力検出室４０内の余分な空気を除去する。
【００４２】
その後、ケース１０とハウジング３０の押さえ部材３５とが十分接するまで押さえ、シールダイヤフラム３４とＯリング４３によりシールされた圧力検出室４０を形成する。次に、ハウジング３０における本体部３１の端部３６をケース１０の一端側にかしめることによりケース１０と一体化する。こうして、ケース１０とハウジング３０との組合せ固定がなされ、図１に示す圧力センサＳ１が完成する。
【００４３】
かかる圧力センサＳ１の基本的な圧力検出動作について述べる。圧力センサＳ１は、例えば、ハウジング３０のネジ部３３を介して、車両における燃料配管系の適所に取り付けられる。そして、該燃料配管内の燃料圧がハウジング３０の圧力導入孔３２より圧力センサＳ１内に導入される。
【００４４】
すると、導入された燃料圧がシールダイヤフラム３４から圧力検出室４０内のオイル４１を介して、センサチップ２０の受圧面に印加される。そして、印加された圧力に応じた電気信号がセンサ信号として、センサチップ２０から出力される。このセンサ信号は、センサチップ２０からワイヤ１３、ターミナル１２を介して、上記外部回路へ伝達され、燃料配管の燃料圧が検出される。
【００４５】
ところで、本実施形態によれば、図２に示す様に、センサチップ２０の搭載領域の周囲に配置された各々のターミナル１２を、当該ターミナル１２と最も近い位置にあるパッド部２１よりも遠い位置にあるパッド部２１とワイヤボンディングにより接続したことを主たる特徴としている。
【００４６】
それによれば、結線された各ボンディングワイヤ１３の長さを従来（上記図６参照）に比べて長くすることができるため、温度変化や高い圧力が印加された場合に発生する応力によるワイヤ１３の変形を吸収し易くできる。ここで、図３は、本実施形態の効果を説明するための説明図である。
【００４７】
図３に示す様に、ボンディングワイヤ１３は、センサチップ２０との接続部及びターミナル１２との接続部の間で、上方へ凸形状となったループを描く。このワイヤ１３において、上記した応力は、特に、ワイヤ１３の各接続部における曲がり部１３ａに発生しやすい。
【００４８】
ここで、ワイヤ１３の長さ（図３中の寸法Ｌ）を長くすると、この曲がり部１３ａの曲率を小さくして上記応力を低減できるとともに、上記応力によるワイヤ１３の変形を吸収し易くできる。従って、本実施形態によれば、温度変化や高い圧力が印加された場合に、ワイヤ１３が破壊されるのを抑制できる。
【００４９】
本実施形態におけるワイヤ１３の長さ（ワイヤ長さ）を長くしたことによる上記応力の低減について具体的に解析した効果を図４に示す。本実施形態では、従来（上記図６参照）におけるワイヤ長さに比べて、２倍のワイヤ長さとすることができ、それに伴って応力を１／２程度に低減できている。
【００５０】
また、図２に示す例では、４個のパッド部２１が、矩形状のセンサチップ２０の４辺のそれぞれ略中央部に配置されており、４個のターミナル１２（突出部１２ａ）が、センサチップ２０の４辺のそれぞれの外側に近接して配置されており、各々のターミナル１２を、近接して対向するセンサチップ２０の辺の隣に位置する辺に配置されたパッド部２１と、ワイヤボンディングにより接続している。
【００５１】
このようにすれば、センサチップ２０やパッド部２１の構成を従来（上記図１参照）に対して変えることなく、センサチップ２０を従来の配置（上記図６参照）に対して９０°回転させるだけで、ワイヤ１３の長さを長くすることができ、温度変化や高い圧力が印加された場合に、ワイヤ１３が破壊されるのを抑制できる。
【００５２】
（他の実施形態）
なお、図５に示す様に、４個のパッド部２１が、矩形状のセンサチップ２０の４辺のそれぞれに配置されており、４個のターミナル１２（突出部１２ａ）が、センサチップ２０の４辺のそれぞれの外側に近接して配置されている場合、各々のパッド部２１をセンサチップ２０の各辺の中央部よりも角部側にずれて配置し、各々のターミナル１２を、近接して対向するセンサチップ２０の辺に配置されたパッド部２１とワイヤボンディングにより接続するようにしても良い。
【００５３】
それによっても、ワイヤ１３の長さを長くすることができ、温度変化や高い圧力が印加された場合に、ワイヤ１３が破壊されるのを抑制できる。
【００５４】
なお、本発明は、ケースに、検出部としてのセンサチップと該センサチップに対して信号を入出力するためのターミナルを配設し、センサチップとターミナルとをワイヤボンディングしてなるセンサ装置において、各々のターミナルとセンサチップのパッド部とのワイヤボンディング構成を工夫したことを要部とするものであり、上記圧力センサ以外にも、加速度センサ、角速度センサ、磁気センサ、光センサ等のセンサ装置に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサの全体概略断面図である。
【図２】図１に示す圧力センサにける各ターミナルとセンサチップのパッド部との接続構成を示す概略平面図である。
【図３】上記実施形態の効果を説明するための説明図である。
【図４】ワイヤに発生する応力のワイヤ長さ依存性を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図６】従来の圧力センサにおける各々のターミナルとセンサチップのパッド部との一般的な接続構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…ケース、１２…ターミナル、１２ａ…ターミナルの突出部、
２０…センサチップ、２１…パッド部。
【図１】
0003617441.tif 000002
【図２】
0003617441.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003617441.tif 000007