(57)【要約】【課題】ダイアフラムを有するセンサチップとこれを支持する支持部材との接合性を向上すること。【解決手段】圧力センサ１は、センサチップ２と、支持部材３と、接合層４とを備える。センサチップ２は、ダイアフラム２５と、ダイアフラム２５の周囲に設けられた厚肉部２６とを備える。支持部材３は、センサチップの裏面２２と対向する底面３５と、センサチップ２の端面２３と対向する壁面３６とによって形成されたチップ収容凹部３４を有し、チップ収容凹部３４にセンサチップ２を収容することでセンサチップ２を支持する。第一接合層４は、厚肉部２６に対応するセンサチップ２の裏面２２とチップ収容凹部３４の底面３５との間、及び、センサチップ２の端面２３とチップ収容凹部３４の壁面３６との間に充填されることで、センサチップ２と支持部材３とを接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力測定対象である流体の圧力に対応した出力を発生するように構成された、圧力センサ（１）であって、
互いに平行な表面（２１）及び裏面（２２）と、前記表面及び前記裏面と交差する端面（２３）と、前記裏面側に設けられた第一凹部（２４）とを有する板状部材であって、前記第一凹部に対応する位置にて薄板状に形成されたダイアフラム（２５）と、前記ダイアフラムの周囲に設けられていて前記ダイアフラムの外縁部と結合された厚肉部（２６）とを備えた、センサチップ（２）と、
前記裏面と対向するように設けられた底面（３５）と、前記端面と対向するように設けられた壁面（３６）とによって形成された第二凹部（３４）を有し、前記第二凹部に前記センサチップを収容することで前記センサチップを支持するように設けられた、支持部材（３）と、
前記厚肉部に対応する前記センサチップの前記裏面と前記第二凹部の前記底面との間、及び、前記センサチップの前記端面と前記第二凹部の前記壁面との間に充填されることで、前記センサチップと前記支持部材とを接合するように設けられた、接合層（４）と、
を備えた圧力センサ。
【請求項２】
前記センサチップにおける前記厚肉部は、前記第二凹部の前記底面に向かって開口する第三凹部（２６１）を有する、
請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記センサチップは、前記厚肉部における前記裏面を含む下端部から前記裏面に沿った沿面方向に突出するように設けられたフランジ部（２６２）を有する、
請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記センサチップは、前記裏面から前記表面に向かう厚さ方向に沿って前記フランジ部の突出端から突出するように設けられた突出部（２６３）をさらに有し、
前記端面は、前記突出部における前記壁面と対向する表面（２６４）を含み、
前記厚肉部と前記フランジ部と前記突出部とによって、前記厚さ方向に向かって開口する凹部（２６４）が形成された、
請求項３に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された圧力センサは、ダイアフラムを有するセンサチップを配線基板に接合することによって形成されている。具体的には、配線基板は、センサチップにおけるダイアフラム周囲の厚肉部に、接着剤を介して接合されている。この圧力センサは、導入された圧力によるダイアフラムの歪みを、ピエゾ抵抗効果による信号として出力するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−６２１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の圧力センサにおいて、配線基板等の支持部材とセンサチップとの接合部における接合状態は、圧力センサにおける良好な性能を保持する上で重要である。即ち、例えば、圧力の印加によって接合部に剥離が発生しないようにする必要がある。あるいは、接合部にて、圧力測定対象である流体のリークが発生しないようにする必要がある。この点、センサチップを小型化すると、接合部の面積が減少し、剥離等の発生の懸念が生じる。
【０００５】
本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、ダイアフラムを有するセンサチップとこれを支持する支持部材との接合性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の圧力センサ（１）は、圧力測定対象である流体の圧力に対応した出力を発生するように構成されている。
この圧力センサは、
互いに平行な表面（２１）及び裏面（２２）と、前記表面及び前記裏面と交差する端面（２３）と、前記裏面側に設けられた第一凹部（２４）とを有する板状部材であって、前記第一凹部に対応する位置にて薄板状に形成されたダイアフラム（２５）と、前記ダイアフラムの周囲に設けられていて前記ダイアフラムの外縁部と結合された厚肉部（２６）とを備えた、センサチップ（２）と、
前記裏面と対向するように設けられた底面（３５）と、前記端面と対向するように設けられた壁面（３６）とによって形成された第二凹部（３４）を有し、前記第二凹部に前記センサチップを収容することで前記センサチップを支持するように設けられた、支持部材（３）と、
前記厚肉部に対応する前記センサチップの前記裏面と前記第二凹部の前記底面との間、及び、前記センサチップの前記端面と前記第二凹部の前記壁面との間に充填されることで、前記センサチップと前記支持部材とを接合するように設けられた、接合層（４）と、
を備えている。
【０００７】
かかる構成においては、前記センサチップは、前記支持部材に設けられた前記第二凹部に収容された状態で、前記接合層を介して前記支持部材と接合される。具体的には、前記センサチップの前記厚肉部における前記裏面は、前記接合層を介して、前記支持部材の前記第二凹部における前記底面と接合される。また、前記センサチップにおける前記端面は、前記接合層を介して、前記支持部材の前記第二凹部における前記壁面と接合される。即ち、前記センサチップは、前記裏面及び前記端面にて、前記支持部材と接合される。したがって、かかる構成によれば、前記ダイアフラムを有する前記センサチップと、これを支持する前記支持部材との接合性を、従来よりも向上することが可能となる。
【０００８】
なお、上記及び特許請求の範囲の欄における、各手段に付された括弧付きの参照符号は、同手段と後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。よって、本発明の技術的範囲は、上記の参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す側断面図である。
【図２】図１に示された圧力センサの一変形例の構成を示す側断面図である。
【図３】図２に示された接合用凹部の一形成例を示す底面図である。
【図４】図２に示された接合用凹部の他の一形成例を示す底面図である。
【図５】図２に示された接合用凹部のさらに他の一形成例を示す底面図である。
【図６】図１に示された圧力センサの他の一変形例の構成を示す側断面図である。
【図７】図１に示された圧力センサのさらに他の一変形例の構成を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると当該実施形態の理解が妨げられるおそれがあるため、当該実施形態の説明の後にまとめて記載する。
【００１１】
（構成）
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る圧力センサ１は、流体導入空間Ｓに導入された圧力測定対象である流体の圧力に対応した出力（例えば電圧）を発生するように構成されている。圧力測定対象である流体は、例えば、空気、ＥＧＲガス、排気ガス、等である。ＥＧＲはExhaust  Gas  Recirculationの略である。
【００１２】
以下、圧力センサ１の構成要素である各部の構成について説明する。なお、説明の便宜上、各図において、図示の通りに右手系ＸＹＺ直交座標系を設定する。このとき、図中Ｚ軸と平行な方向を「軸方向」と称し、Ｚ軸と直交する任意の方向を「沿面方向」と称する。即ち、沿面方向は、ＸＹ平面と平行な方向である。また、対象物を図中Ｚ軸負方向に見ることを「平面視」と称し、対象物を図中Ｚ軸正方向に見ることを「底面視」と称する。
【００１３】
圧力センサ１は、センサチップ２と、支持部材３と、第一接合層４と、ケース部材５と、第二接合層６と、裏面ゲル７とを備えている。
【００１４】
センサチップ２は、軸方向と平行な厚さ方向を有する板状部材であって、平面視にて略矩形状に形成されている。即ち、センサチップ２は、沿面方向に延び互いに平行な表面２１及び裏面２２を有している。また、センサチップ２は、表面２１及び裏面２２と交差する端面２３を有している。具体的には、本実施形態においては、端面２３は、表面２１及び裏面２２と直交するように形成されている。
【００１５】
センサチップ２における裏面２２側には、ダイアフラム形成凹部２４が設けられている。ダイアフラム形成凹部２４は、センサチップ２の沿面方向における中央部に設けられた凹部であって、軸方向に沿って開口するように形成されている。即ち、ダイアフラム形成凹部２４の内側には、円柱状又は角柱状の空間が形成されている。
【００１６】
センサチップ２は、ダイアフラム２５と厚肉部２６とを有している。ダイアフラム２５は、ダイアフラム形成凹部２４に対応する位置に設けられた薄肉部であって、薄板状に形成されている。本実施形態においては、ダイアフラム２５は、表面２１と面一に形成されている。厚肉部２６は、ダイアフラム２５の周囲に設けられている。即ち、厚肉部２６は、ダイアフラム２５を支持するように、ダイアフラム２５の外縁部と結合されている。
【００１７】
センサチップ２は、いわゆるシリコン系の半導体基板であって、表面２１側にて各種の回路パターン等を有している。特に、ダイアフラム２５には、不図示のゲージ抵抗が形成されている。
【００１８】
支持部材３は、センサチップ２を支持する部材であって、第一接合層４を介してセンサチップ２と接合されている。具体的には、支持部材３は、アルミナ等のセラミック基板であって、図中Ｚ軸正方向に露出する上面３１と、その裏側の下面３２とを有している。
【００１９】
上面３１には、各種の回路パターン等が形成されている。即ち、センサチップ２に設けられた回路パターン等と、支持部材３に設けられた回路パターン等とは、ワイヤボンディング等により、電気的に接続されている。
【００２０】
下面３２は、第二接合層６を介して、ケース部材５と接合されている。また、下面３２側からダイアフラム形成凹部２４に向かって、連通孔３３が形成されている。連通孔３３は、支持部材３を軸方向に貫通する貫通孔であって、センサチップ２から遠ざかるにつれて開口径が大きくなるように形成されている。
【００２１】
支持部材３には、チップ収容凹部３４が形成されている。チップ収容凹部３４は、図中Ｚ軸正方向に向かって開口する凹部であって、上面３１側に設けられている。チップ収容凹部３４は、センサチップ２を収容するように形成されている。即ち、チップ収容凹部３４は、平面視にて、センサチップ２の平面視における外形形状に対応する形状を有している。
【００２２】
具体的には、チップ収容凹部３４は、沿面方向に延びる底面３５と、軸方向に延びる壁面３６とを有している。底面３５は、厚肉部２６に対応する位置にて、センサチップ２の裏面２２と対向するように設けられている。四角筒の内面状に設けられた壁面３６は、センサチップ２の端面２３と微小なギャップ、例えば、７５μｍ程度のギャップを隔てて対向するように形成されている。
【００２３】
第一接合層４は、センサチップ２と支持部材３とを接合するように設けられている。具体的には、本実施形態においては、第一接合層４は、厚肉部２６に対応するセンサチップ２の裏面２２と、チップ収容凹部３４における底面３５との間に充填されている。また、第一接合層４は、センサチップ２の端面２３とチップ収容凹部３４における壁面３６との間に充填されている。第一接合層４は、シリコーン樹脂等からなる７５μｍ程度の厚さの膜であって、接着剤を硬化させることによって形成されている。
【００２４】
ケース部材５は、合成樹脂部材であって、支持部材３を支持するように設けられている。具体的には、ケース部材５と支持部材３とは、第二接合層６を介して接合されている。第二接合層６は、シリコーン樹脂等からなる１００μｍ程度の厚さの膜であって、接着剤を硬化させることによって形成されている。
【００２５】
ケース部材５には、基板収容凹部５１と、流体導入孔５２とが形成されている。基板収容凹部５１は、図中Ｚ軸正方向に向かって開口する凹部であって、支持部材３を収容可能に形成されている。流体導入孔５２は、ケース部材５を軸方向に貫通する貫通孔であって、連通孔３３と連通するように設けられている。即ち、連通孔３３と流体導入孔５２とによって、流体導入空間Ｓが形成されている。
【００２６】
裏面ゲル７は、シリコーン系、フッ素系、フルオロシリコーン系等のゲル材料であって、ダイアフラム形成凹部２４の全体及び連通孔３３におけるチップ収容凹部３４に隣接する部分に充填されている。裏面ゲル７は、流体導入空間Ｓに侵入する水分による氷結割れからセンサチップ２を保護したり、流体に含まれる腐食性物質による接着剤の劣化や煤による閉塞を防ぐように設けられている。
【００２７】
（効果）
以下、本実施形態の構成により奏される効果について、図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
この種の圧力センサ１において、センサチップ２と支持部材３との接合部における接合状態は、圧力センサ１における良好な性能を保持する上で重要である。即ち、例えば、圧力の印加によって接合部に剥離が発生しないようにする必要がある。あるいは、接合部にて、圧力測定対象である流体のリークが発生しないようにする必要がある。この点、センサチップ２を小型化すると、接合部の面積が減少し、剥離等の発生の懸念が生じる。
【００２９】
本実施形態においては、センサチップ２は、支持部材３に設けられたチップ収容凹部３４に収容された状態で、第一接合層４を介して支持部材３と接合される。具体的には、センサチップ２の厚肉部２６における裏面２２は、第一接合層４を介して、支持部材３のチップ収容凹部３４における底面３５と接合される。また、センサチップ２における端面２３は、第一接合層４を介して、支持部材３のチップ収容凹部３４における壁面３６と接合される。
【００３０】
上記の通り、本実施形態においては、センサチップ２は、裏面２２及び端面２３にて、支持部材３と接合される。したがって、かかる構成によれば、ダイアフラム２５を有するセンサチップ２と、これを支持する支持部材３との接合性を、従来よりも向上することが可能となる。具体的には、センサチップ２と支持部材３との接合部にて、良好な接合強度と、良好な耐リーク性とが実現され得る。また、仮にセンサチップ２を小型化して、センサチップ２と支持部材３との接合部の面積が減少しても、良好な接合強度と、良好な耐リーク性とが保持され得る。
【００３１】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態との相違点を主として説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一又は均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾又は特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。
【００３２】
圧力測定対象である流体は、気体に限定されない。即ち、圧力測定対象である流体は、液体又は超臨界流体であってもよい。また、圧力センサ１は、絶対圧センサであってもよいし、相対圧センサであってもよい。圧力センサ１は、被水環境で用いられるセンサ、例えば、車両のドアに収容される側面衝突検知用センサであってもよい。
【００３３】
本発明は、ピエゾ抵抗タイプの圧力センサに限定されない。即ち、本発明は、ピエゾ抵抗タイプとは異なるタイプ（例えば静電容量タイプや圧電タイプ）の圧力センサに対しても好適に適用可能である。
【００３４】
センサチップ２の構成も、上記実施形態に示された具体例に限定されない。図２は、一変形例の構成を示す。図２に示されているように、センサチップ２における厚肉部２６は、接合用凹部２６１を有していてもよい。接合用凹部２６１は、裏面２２に形成された溝部又は孔部であって、チップ収容凹部３４における底面３５に向かって開口するように設けられている。接合用凹部２６１は、Ｄｅｅｐ  ＲＩＥ等のドライエッチング法によって形成され得る。ＲＩＥはReactive  Ion  Etchingの略である。接合用凹部２６１には、第一接合層４が充填されている。
【００３５】
かかる構成によれば、センサチップ２における厚肉部２６に接合用凹部２６１を設けて、この接合用凹部２６１に第一接合層４が充填されるようにセンサチップ２と支持部材３とを接合することで、センサチップ２と支持部材３との接合性をよりいっそう向上することが可能となる。
【００３６】
接合用凹部２６１の底面視における形状については、特段の限定はない。即ち、例えば、図３に示されているように、ダイアフラム２５が底面視にて略正八角形状である場合、接合用凹部２６１は、ダイアフラム２５の周囲を囲むように設けられた、底面視にて略正八角形状の溝部であってもよい。あるいは、図４に示されているように、接合用凹部２６１は、底面視にて略矩形状の溝部であってもよい。
【００３７】
接合用凹部２６１を溝部として形成する場合、かかる溝部は、センサチップ２の端面２３に露出せず且つダイアフラム形成凹部２４と連通しないように、ダイアフラム２５の周囲を囲む、底面視にて閉じた曲線又は折れ線状に設けられることが好適である。これにより、良好な耐リーク性が実現され得る。
【００３８】
図５に示されているように、接合用凹部２６１は、ダイアフラム２５の周囲にてダイアフラム形成凹部２４と連通しないように設けられた、角柱状又は楕円柱状の孔部であってもよい。この場合の、接合用凹部２６１の個数及び配置についても、特段の限定はない。
【００３９】
図６に示されているように、センサチップ２は、フランジ部２６２を有していてもよい。フランジ部２６２は、厚肉部２６における裏面２２を含む下端部から、裏面２２に沿った沿面方向に突出するように設けられている。即ち、フランジ部２６２は、裏面２２と面一に形成されている。
【００４０】
かかる構成においては、上記実施形態と同様の効果が奏される他、以下の効果が奏され得る。即ち、フランジ部２６２の上側（即ち図中Ｚ軸正方向側）に、第一接合層４を構成する接着剤を収容する空間が形成される。したがって、かかる構成によれば、ワイヤボンディング部等を有する面である、センサチップ２における表面２１及び支持部材３における上面３１に、接着剤が這い上がることが、良好に抑制され得る。
【００４１】
図７に示されているように、センサチップ２は、突出部２６３を有していてもよい。突出部２６３は、フランジ部２６２の沿面方向における突出端から、図中Ｚ軸正方向に向かって突出するように設けられている。即ち、突出部２６３は、フランジ部２６２の先端部にて軸方向に沿って突設されたリブ状に形成されている。
【００４２】
本変形例の構成においては、フランジ部２６２の外周面を構成するフランジ端面２６４は、支持部材３のチップ収容凹部３４における壁面３６と対向するように設けられている。即ち、フランジ端面２６４は、突出部２６３における壁面３６と対向する外側表面であって、センサチップ２における端面２３の一部を構成するように設けられている。
【００４３】
また、本変形例においては、厚肉部２６とフランジ部２６２と突出部２６３とによって囲まれた空間によって、フランジ凹部２６５が形成されている。フランジ凹部２６５は、図中Ｚ軸正方向に向かって開口する凹部であって、平面視にて厚肉部２６の外周を囲むように設けられている。
【００４４】
かかる構成においては、図６に示された変形例の構成よりも、センサチップ２における端面２３の面積が増大する。したがって、図６に示された変形例の構成よりも、接合強度が向上する。また、フランジ凹部２６５によって、第一接合層４を構成する接着剤を収容する空間が形成される。したがって、かかる構成によれば、ワイヤボンディング部等を有する面である、センサチップ２における表面２１及び支持部材３における上面３１に、接着剤が這い上がることが、良好に抑制され得る。
【００４５】
支持部材３は、図１等に示されているように、複数のセラミック基板を積層することによって形成され得る。あるいは、支持部材３は、１枚のセラミック基板に対して研磨等の加工を施すことによって形成され得る。
【００４６】
支持部材３は、セラミック基板又は半導体基板に限定されない。即ち、例えば、支持部材３は、合成樹脂製のいわゆるプリント基板であってもよい。
【００４７】
ケース部材５は、合成樹脂製に限定されない。即ち、例えば、ケース部材５は、金属製であってもよいし、セラミックス製であってもよい。第二接合層６は、支持部材３の外端面と、基板収容凹部５１の内壁面との間の隙間にも充填され得る。
【００４８】
裏面ゲル７は、省略され得る。
【００４９】
上記の説明において、互いに継目無く一体に形成されていた複数の構成要素は、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されてもよい。同様に、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されていた複数の構成要素は、互いに継目無く一体に形成されてもよい。
【００５０】
上記の説明において、互いに同一の材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに異なる材料によって形成されてもよい。同様に、互いに異なる材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに同一の材料によって形成されてもよい。
【００５１】
変形例も、上記の例示に限定されない。また、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。更に、上記実施形態の全部又は一部と、任意の変形例の全部又は一部とが、互いに組み合わされ得る。
【符号の説明】
【００５２】
１        圧力センサ
２        センサチップ
２４      ダイアフラム形成凹部
２５      ダイアフラム
２６      厚肉部
３        支持部材
３４      チップ収容凹部
３５      底面
３６      壁面
４        第一接合層
【図１】
2018205263.tif 000003
【図２】
2018205263.tif 000004
【図３】
2018205263.tif 000005
【図４】
2018205263.tif 000006
【図５】
2018205263.tif 000007
【図６】
2018205263.tif 000008
【図７】
2018205263.tif 000009