(57)【要約】【課題】  基材の一面に、圧力を受けて歪むことにより圧力検出を行うセンサチップを貼り付けるとともに、このセンサチップに対向して配置された回路基板とセンサチップとを電気的に接続してなる圧力検出装置において、センサチップと回路基板との距離を十分に確保する。【解決手段】  基材としての金属ステム１０の一面に貼り付けられた歪みゲージとしてのセンサチップ２０と、センサチップ２０に対向して配置されセンサチップ２０と電気的に接続された回路基板３０とを備える圧力検出装置１００において、センサチップ２０と回路基板３０との間に、これら両部材を電気的に接続するための接続部材４０を介在させ、接続部材４０を、センサチップ２０と回路基板３０との間の間隔を確保するための芯材４１と、芯材４１の表面を被覆しセンサチップ２０と回路基板３０とを電気的に接続する導電性接合部材４２とからなるものとした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材（１０）と、
前記基材（１０）の一面に貼り付けられ前記基材（１０）に印加される圧力を受けて歪むことにより圧力検出を行うセンサチップ（２０）と、
前記センサチップ（２０）に対向して配置され前記センサチップ（２０）と電気的に接続された回路基板（３０）とを備える圧力検出装置において、
前記センサチップ（２０）と前記回路基板（３０）との間には、これら両部材を電気的に接続するための接続部材（４０）が介在しており、
前記接続部材（４０）は、前記センサチップ（２０）と前記回路基板（３０）との間の間隔を確保するための芯材（４１）と、前記芯材（４１）の表面を被覆し前記センサチップ（２０）と前記回路基板（３０）とを電気的に接続する導電性接合部材（４２）とからなるものであることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記芯材（４１）は、金属、セラミック、または樹脂からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記導電性接合部材（４２）による前記センサチップ（２０）と前記回路基板（３０）との接合における接合温度は、前記回路基板（３０）の耐熱温度よりも低いものとなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記導電性接合部材は、前記芯材（４１）の表面にメッキされた金属メッキ層（４２）であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記回路基板は、フレキシブルプリント基板（３０）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の一面に、圧力を受けて歪むことにより圧力検出を行うセンサチップを貼り付けるとともに、このセンサチップに対向して回路基板を配置し、センサチップと回路基板とを電気的に接続してなる圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一般に、この種の圧力検出装置は、基材と、基材の一面に貼り付けられたセンサチップと、センサチップに対向して配置されセンサチップと電気的に接続された回路基板とを備えて構成されている。
【０００３】
ここで、センサチップは、圧力検出用の歪みゲージとして機能するものであり、基材に印加される圧力を受けて変形して歪むことにより、この歪みに基づいて電気信号を出力するものである。そして、センサチップからの信号は、回路基板へ送られ、信号処理などを施されて出力されるようになっている。
【０００４】
ここで、図２は、従来における一般的なこの種の圧力検出装置の概略断面構成を示す図である。
【０００５】
図２に示されるように、基材１０の一面にセンサチップ２０が貼り付けられており、このセンサチップ２０に対向して回路基板３０が配置され、これらセンサチップ２０と回路基板３０とは、金属物Ｊ４０を介して電気的に接続されている。
【０００６】
ここで、基材１０は、たとえば一端部側に薄肉部としてのダイアフラム１１を有し、このダイアフラム１１とは反対側の他端部に開口部１２を有する中空筒状の金属ステム１０とすることができる。
【０００７】
そして、基材１０の一面すなわち金属ステム１０におけるダイアフラム１１の表面に、上記センサチップ２０が貼り付けられるが、金属ステム１０とセンサチップ２０との接合は、たとえば、ガラス溶着などを採用することができる。
【０００８】
そして、金属ステム１０の開口部１２から導入される圧力が、金属ステム１０のダイアフラム１１の裏面に印加されると、このダイアフラム１１の表面に貼り付けられているセンサチップ２０が、その圧力によって歪み、変形する。
【０００９】
すると、センサチップ２０は、この歪みに応じたレベルの電気信号を出力する。そして、そのセンサチップ２０の電気信号は、金属物Ｊ４０から回路基板３０へ伝達され、出力されるようになっている。この回路基板３０としては、たとえばフレキシブルプリント基板を採用することができる。
【００１０】
ここにおいて、従来では、センサチップ２０と回路基板３０との接合方法として、半田接合、熱圧着接合、超音波接合などが用いられる。つまり、図２において、センサチップ２０と回路基板３０とを接続する金属物Ｊ４０が、半田接合では半田であったり、熱圧着接合および超音波接合ではスタッドバンプであったりする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、センサチップ２０と回路基板３０との接合方法として、半田接合、熱圧着接合、超音波接合などを用いる従来の圧力検出装置における接合構成では、次に述べるような問題が生じる。
【００１２】
まず、半田接合では、半田の粘度が低いため、接合時にセンサチップ２０や回路基板３０にて接続すべき領域、たとえば、パッド以外の領域まで広がってしまい、ショートなどの導通不良を引き起こす恐れがある。
【００１３】
また、熱圧着接合では、回路基板３０がフレキシブルプリント基板などの基板である場合などには、その回路基板３０が圧着に必要な熱に耐えることができない。また、超音波接合では、異形物である基材１０にセンサチップ２０が貼り付けてあるので、超音波による力が接合部に十分伝わらないという問題がある。
【００１４】
また、センサチップ２０は、チップ自体の変形により出力を得るものであるため、センサチップ２０と回路基板３０とが接触したり、あるいは、非常に近接している場合には、センサチップ２０の変形が回路基板３０によって阻害され、十分なセンサ特性を発揮することができなくなる恐れがある。
【００１５】
そのため、このような圧力検出装置においては、センサチップ２０と回路基板３０との間隔を、より広げることで当該間隔を十分に確保したいという要求がある。しかし、従来の半田接合、熱圧着接合、超音波接合では、センサチップ２０と回路基板３０との距離を十分に確保することは難しい。
【００１６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基材の一面に、圧力を受けて歪むことにより圧力検出を行うセンサチップを貼り付けるとともに、このセンサチップに対向して回路基板を配置し、センサチップと回路基板とを電気的に接続してなる圧力検出装置において、センサチップと回路基板との距離を、十分に確保できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基材（１０）と、基材（１０）の一面に貼り付けられ基材（１０）に印加される圧力を受けて歪むことにより圧力検出を行うセンサチップ（２０）と、センサチップ（２０）に対向して配置されセンサチップ（２０）と電気的に接続された回路基板（３０）とを備える圧力検出装置において、センサチップ（２０）と回路基板（３０）との間には、これら両部材を電気的に接続するための接続部材（４０）が介在しており、接続部材（４０）は、センサチップ（２０）と回路基板（３０）との間の間隔を確保するための芯材（４１）と、芯材（４１）の表面を被覆しセンサチップ（２０）と回路基板（３０）とを電気的に接続する導電性接合部材（４２）とからなるものであることを特徴としている。
【００１８】
それによれば、センサチップ（２０）と回路基板（３０）との間に介在する接続部材（４０）において、芯材（４１）によってセンサチップ（２０）と回路基板（３０）との間隔を確保することができ、導電性接合部材（４２）によってセンサチップ（２０）と回路基板（３０）との電気的接合を確保することができる。
【００１９】
よって、本発明によれば、基材（１０）の一面に、歪みゲージとしてのセンサチップ（２０）を貼り付けるとともに、このセンサチップ（２０）に対向して配置された回路基板（３０）とセンサチップ（２０）とを電気的に接続してなる圧力検出装置において、センサチップ（２０）と回路基板（３０）との距離を十分に確保することができる。
【００２０】
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の圧力検出装置においては、芯材（４１）としては、金属、セラミック、または樹脂からなるものを採用することができる。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の圧力検出装置においては、導電性接合部材（４２）によるセンサチップ（２０）と回路基板（３０）との接合における接合温度は、回路基板（３０）の耐熱温度よりも低いものとなっていることが好ましい。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項１〜請求項３に記載の圧力検出装置においては、導電性接合部材は、芯材（４１）の表面にメッキされた金属メッキ層（４２）であるものにできる。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明のように、請求項１〜請求項４に記載の圧力検出装置においては、回路基板（３０）としては、フレキシブルプリント基板（３０）を採用することができる。
【００２４】
このように、回路基板（３０）として、フレキシブルプリント基板（３０）を用いた場合に、上記した各手段の作用効果が有効に発揮される。
【００２５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る圧力検出装置１００の概略断面構成を示す図である。
【００２７】
［構成等］
本実施形態の圧力検出装置１００は、大きくは、基材１０と、基材１０の一面に貼り付けられたセンサチップ２０と、センサチップ２０に対向して配置された回路基板３０と、センサチップ２０と回路基板３０とを電気的に接続する接続部材４０とを備えて構成されている。
【００２８】
基材１０は、特に限定されるものではないが、本実施形態においては、内部に中空部を有する有底筒状のもの、すなわち中空筒状をなす金属ステム１０を採用している。この金属ステム１０は、基本的には円筒体を加工することにより形成されている。
【００２９】
金属ステム１０は、その外面のうちの一面に圧力によって変形可能なダイアフラム１１を有するとともに、このダイアフラム１１とは異なる部位に、中空部へ圧力を導入するための開口部１２を有する。
【００３０】
本実施形態では、ダイアフラム１１は、金属ステム１０の軸一端側の端面（図１中の下面）に設けられ、開口部１２は、金属ステム１０の軸他端側に設けられている。ここで、ダイアフラム１１は、金属ステム１０の軸一端側の端面を薄肉部とすることにより形成されている。
【００３１】
このような金属ステム１０においては、被測定物からの圧力すなわち被測定圧力は、ステム１０の開口部１２からステム１０の中空部に導入される。すると、導入された被測定圧力の大きさに応じて、ダイアフラム１１が歪むようになっている。
【００３２】
そして、基材１０の一面すなわち金属ステム１０におけるダイアフラム１１の表面には、上記センサチップ２０が貼り付けられている。ここで、金属ステム１０とセンサチップ２０との接合は、たとえば、低融点ガラスを用いたガラス溶着などを採用することができる。
【００３３】
このセンサチップ２０は、基材１０に印加される圧力を受けて歪むことにより圧力検出を行うものである。具体的には、センサチップ２０は、上記した圧力印加によるダイアフラム１１の変形に応じてセンサチップ２０も歪み、その歪みに応じた電気信号を出力するもので、歪みゲージとして機能するものである。
【００３４】
たとえば、センサチップ２０としては、単結晶Ｓｉ（シリコン）等の半導体チップからなるものであって、ブリッジ回路を有し、金属ステム１０の開口部１２から導入された圧力によってダイアフラム１１が変形したとき、この変形に応じた抵抗値変化を電気信号に変換して出力するものにできる。そして、これらダイアフラム１１およびセンサチップ２０が、圧力検出装置１００の基本性能を左右する。
【００３５】
ここで、金属ステム１０を構成する金属材料には、高圧を受けることから高強度であること、および、Ｓｉなどからなるセンサチップ２０を上記低融点ガラスなどにより接合するため低熱膨張係数であることなどが求められる。
【００３６】
具体的には、金属ステム１０は、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏまたはＦｅ、Ｎｉを主体とし、析出強化材料としてＴｉ、Ｎｂ、Ａｌまたは、Ｔｉ、Ｎｂが加えられた材料を選定し、プレス、切削や冷間鍛造等により形成することができる。
【００３７】
また、回路基板３０は、本実施形態では、フレキシブルプリント基板３０を採用している。フレキシブルプリント基板３０は、一般に知られているもので、ポリイミドなどの樹脂からなるベースに銅箔などからなる導体パターンを形成してなるものである。
【００３８】
そして、接続部材４０は、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０との間に介在している。図示しないが、詳しくは、接続部材４０は、センサチップ２０の図示しないパッドと、フレキシブルプリント基板３０の図示しない導体パターンとをつなぐように介在している。
【００３９】
そして、この接続部材４０を通じて、これらセンサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０とが電気的に接続されている。ここで、本実施形態の圧力検出装置１００においては、接続部材４０について独自の構成を採用している。
【００４０】
すなわち、図１に示されるように、接続部材４０は、芯材４１とこの芯材４１の表面を被覆する導電性接合部材４２とから構成されている。ここで、芯材４１は、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０との間の間隔を確保するためのものであり、導電性接合部材４２は、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０とを電気的に接続するものである。
【００４１】
このような接続部材４０において、芯材４１は、金属、ガラスを含むセラミック、または樹脂などからなるものにできる。図１に示される例では、芯材４１は、ボール状をなすものであるが、芯材４１の形状は、図示例に限定されるものではなく、たとえば、円柱状、角柱状などであってもよい。
【００４２】
また、導電性接合部材４２としては、特に限定するものではないが、芯材４１の表面にメッキされた金属メッキ層４２とすることができる。たとえば、金属メッキ層４２としては、半田メッキ層や金メッキ層などを用いることができる。
【００４３】
また、金属メッキ層４２は、導電性の金属を含む層であってもよく、たとえば、金属メッキ層４２としては、Ａｇペースト層などの金属フィラーが樹脂に混合されてなる導電性接着剤の層を採用することもできる。
【００４４】
具体的な一例を挙げると、接続部材４０としては、たとえば、芯材４１として直径１００〜３００ｕｍの樹脂ボールを用い、これに導電性接合部材４２として半田メッキ層を形成したものを採用できる。
【００４５】
このような接続部材４０を用いた接合方法としては、センサチップ２０またはフレキシブルプリント基板３０のパッド上に仮接合した後、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０とを接触させ、半田リフローや圧着、あるいは熱硬化させることにより、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０とを接合するものにできる。
【００４６】
また、上記したような芯材４１および導電性接合部材４２においては、導電性接合部材４２によるセンサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０との接合における接合温度は、フレキシブルプリント基板３０の耐熱温度よりも低いものとなっていることが好ましい。
【００４７】
また、芯材４１の軟化温度は、上記の導電性接合部材４２によるセンサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０との接合における接合温度よりも高いことが好ましい。
【００４８】
具体的に、当該接合温度とは、導電性接合部材４２として半田メッキ層を用いた場合には、リフロー温度であり、金メッキ層を用いた場合には、圧着温度であり、Ａｇペースト層を用いた場合には、当該Ａｇペーストの硬化温度である。
【００４９】
なお、上記したように、導電性接合部材４２として、半田メッキ層、金メッキ層、Ａｇペースト層を用いた場合には、上記のフレキシブルプリント基板３０の耐熱温度および芯材４１の軟化温度と、上記接合温度との関係は満足される。
【００５０】
［製造方法等］
かかる構成を有する圧力検出装置１００の製造方法の一例について説明する。
【００５１】
まず、基材としての金属ステム１０を用意し、この金属ステム１０におけるダイアフラム１１の表面に上記低融点ガラスを印刷し、その低融点ガラスの上にセンサチップ２０を搭載する。
【００５２】
そして、低融点ガラスを溶融させ、固化させることにより、センサチップ２０を金属ステム１０に固定する。また、ここまでの工程において、センサチップ２０の適所に上記接続部材４０を配設しておく。
【００５３】
次に、回路基板としてのフレキシブルプリント基板３０を用意し、金属ステム１０と一体化されたセンサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０とを対向させ、当該センサチップ２０を接続部材４０を介してフレキシブルプリント基板３０上に位置あわせし、搭載する。
【００５４】
そして、上述したように、接続部材４０における導電性接合部材４２の材質に応じて、接合処理を行い、導電性接合部材４２を介して、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０とを電気的に接続する。こうして、図１に示されるような本実施形態の圧力検出装置１００が完成する。
【００５５】
かかる圧力検出装置１００においては、被測定物からの圧力が、金属ステム１０の開口部１２から金属ステム１０の中空部へ導入され、金属ステム１０のダイアフラム１１の裏面に印加されたときに、その圧力によってダイアフラム１１が変形する。
【００５６】
すると、そのダイアフラム１１の変形によって、このダイアフラム１１の表面に貼り付けられているセンサチップ２０が歪み、変形する。すると、センサチップ２０は、この歪みに応じたレベルの電気信号を出力する。
【００５７】
そして、そのセンサチップ２０から発せられる電気信号は、接続部材４０からフレキシブルプリント基板３０へ伝達され、外部へ出力される。こうして圧力検出が行われるようになっている。
【００５８】
［効果等］
ところで、本実施形態によれば、基材としての金属ステム１０と、金属ステム１０の一面に貼り付けられ金属ステム１０に印加される圧力を受けて歪むことにより圧力検出を行うセンサチップ２０と、センサチップ２０に対向して配置されセンサチップ２０と電気的に接続された回路基板としてのフレキシブルプリント基板３０とを備える圧力検出装置において、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０との間には、これら両部材２０、３０を電気的に接続するための接続部材４０が介在しており、接続部材４０は、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０との間の間隔を確保するための芯材４１と、芯材４１の表面を被覆しセンサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０とを電気的に接続する導電性接合部材４２とからなるものであることを特徴とする圧力検出装置１００が提供される。
【００５９】
それによれば、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０との間に介在する接続部材４０において、芯材４１によってセンサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０との間隔を確保することができ、導電性接合部材４２によってセンサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０との電気的接合を確保することができる。
【００６０】
よって、本実施形態によれば、金属ステム１０の一面に、歪みゲージとしてのセンサチップ２０を貼り付けるとともに、このセンサチップ２０に対向して配置されたフレキシブルプリント基板３０とセンサチップ２０とを電気的に接続してなる圧力検出装置１００において、センサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０との距離を十分に確保することができる。
【００６１】
ここで、本実施形態の圧力検出装置１００においては、芯材４１としては、金属、セラミック、または樹脂からなるものを採用することも特徴のひとつである。
【００６２】
また、好ましい形態として圧力検出装置１００においては、導電性接合部材４２によるセンサチップ２０とフレキシブルプリント基板３０との接合における接合温度は、フレキシブルプリント基板３０の耐熱温度よりも低いものとなっていることも特徴のひとつである。
【００６３】
また、本実施形態の圧力検出装置１００においては、導電性接合部材は、芯材４１の表面にメッキされた金属メッキ層４２であるものとすることも特徴のひとつである。
【００６４】
また、本実施形態の圧力検出装置１００においては、回路基板３０として、フレキシブルプリント基板３０を採用していることも特徴のひとつである。このように、回路基板３０として、フレキシブルプリント基板３０を用いた場合に、上記した本実施形態の各作用効果が有効に発揮される。
【００６５】
（他の実施形態）
なお、基材としては、上記した金属ステム以外でもよい。基材としては、当該基材に貼り付けられたセンサチップに対して圧力を印加できるものであれば、どのようなものであってもよい。
【００６６】
また、センサチップとしては、上記した半導体チップを用いたピエゾ抵抗効果を利用したもの以外にも、基材に印加される圧力を受けて歪むことにより圧力検出を行う歪みゲージとして機能するものであれば、何でもよい。
【００６７】
また、回路基板としても、上記したフレキシブルプリント基板に限定されるものではなく、たとえばプリント基板などであってもよい。
【００６８】
要するに、本発明は、基材の一面に、歪みゲージとしてのセンサチップを貼り付けるとともに、このセンサチップに対向して配置された回路基板とセンサチップとを電気的に接続してなる圧力検出装置において、センサチップと回路基板との間に、これら両部材を電気的に接続するための接続部材を介在させ、この接続部材を、センサチップと回路基板との間隔を確保するための芯材と、芯材の表面を被覆しセンサチップと回路基板とを電気的に接続する導電性接合部材とからなるものとしたことを要部とするものであり、その他の部分については、適宜設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力検出装置の概略断面図である。
【図２】従来における一般的な圧力検出装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…基材としての金属ステム、２０…センサチップ、
３０…回路基板としてのフレキシブルプリント基板、
４０…接続部材、４１…接続部材の芯材、４２…接続部材の導電性接合部材。
【図１】
2006177860.tif 000003
【図２】
2006177860.tif 000004