(57)【要約】【課題】センサ素子をパッケージに固定するダイボンド樹脂によって、センサ素子の特性に影響が及ぼされるのを抑える。【解決手段】センサデバイス１Ａは、基部２１および基部を貫通する導入孔２２を有するパッケージ２０と、導入孔を覆うダイアフラム部１１と、ダイアフラム部の外縁から基部に向けて突設された脚部１２と、を有するセンサ素子１０と、脚部をパッケージに固定する、ダイボンド樹脂からなる固定部材３０と、を備え、導入孔の中心軸線Ｏに直交する直交方向において、脚部の内端１２ａは、パッケージのうち脚部が固定される被固定部２３の内端２３ａよりも内側に位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部および前記基部を貫通する導入孔を有するパッケージと、
前記導入孔を覆うダイアフラム部と、前記ダイアフラム部の外縁から前記基部に向けて突設された脚部と、を有するセンサ素子と、
前記脚部を前記パッケージの被固定部に固定する、ダイボンド樹脂からなる固定部材と、を備え、
前記導入孔の中心軸線に直交する直交方向において、前記脚部の内端は、前記被固定部の内端よりも内側に位置している、センサデバイス。
【請求項２】
前記被固定部は、前記基部における前記導入孔の開口部である、請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項３】
前記被固定部は、前記基部から前記センサ素子側に向けて突出する台座である、請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項４】
前記固定部材は、前記基部に接していない、請求項３に記載のセンサデバイス。
【請求項５】
前記直交方向において、前記被固定部の外端が、前記脚部の外端よりも外側に位置している、請求項３または４に記載のセンサデバイス。
【請求項６】
前記被固定部の内面には、前記中心軸線に沿う前記センサ素子の反対側に向かうに従って漸次前記直交方向内側に向けて延びるテーパ面が形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサデバイス。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のセンサデバイスを製造するセンサデバイスの製造方法であって、
前記固定部材が、
前記被固定部に硬化前のダイボンド樹脂を塗布する第１塗布工程と、
前記第１塗布工程で塗布されたダイボンド樹脂を硬化させる第１硬化工程と、
前記第１硬化工程で硬化されたダイボンド樹脂に、さらに硬化前のダイボンド樹脂を塗布する第２塗布工程と、
前記第２塗布工程で塗布されたダイボンド樹脂を硬化させる第２硬化工程と、を経て形成される、センサデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサデバイスおよびセンサデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記特許文献１に示されるようなセンサデバイスが知られている。このセンサデバイスは、ダイアフラム部を有するセンサ素子と、センサ素子を収納するパッケージと、を備えている。パッケージには流体の導入孔が形成されており、センサ素子はこの導入孔を閉塞している。このセンサデバイスによれば、ダイアフラム部の上面および下面にそれぞれ接する流体の圧力の差に応じて、ダイアフラム部が撓むため、この撓みを検出することで流体の圧力差を検出することができる。
また、この種のセンサ素子をパッケージに固定する際には、比較的柔らかいダイボンド樹脂を用いることが知られている。ダイボンド樹脂を用いてセンサ素子を固定すると、センサ素子とパッケージとの間に隙間が生じるのを抑えつつ、パッケージの変形などがダイアフラムの撓みに影響してしまうのを抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８２９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ダイボンド樹脂を用いてセンサ素子を固定する場合、硬化前のダイボンド樹脂がセンサ素子の側面を這い上がるように流動して、この側面に付着する場合がある。センサ素子の側面にダイボンド樹脂が付着すると、ダイアフラム部に圧力が加えられること等により、センサ素子の特性に影響が及ぼされるおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、センサ素子をパッケージに固定するダイボンド樹脂によって、センサ素子の特性に影響が及ぼされるのを抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係るセンサデバイスは、基部および前記基部を貫通する導入孔を有するパッケージと、前記導入孔を覆うダイアフラム部と、前記ダイアフラム部の外縁から前記基部に向けて突設された脚部と、を有するセンサ素子と、前記脚部を前記パッケージの被固定部に固定する、ダイボンド樹脂からなる固定部材と、を備え、前記導入孔の中心軸線に直交する直交方向において、前記脚部の内端は、前記被固定部の内端よりも内側に位置している。
【０００７】
上記態様に係るセンサデバイスによれば、固定部材となる硬化前のダイボンド樹脂にセンサ素子の脚部を押し付けた際、余分なダイボンド樹脂が、被固定部の内側に流動する。従って、硬化前のダイボンド樹脂が脚部に沿って這い上がるように流動することが抑えられる。これにより、例えば固定部材がダイアフラム部若しくはその近傍に接触することで、センサ素子の特性が変化してしまうことが抑えられる。
【０００８】
ここで、前記被固定部は、前記基部における前記導入孔の開口部であってもよい。
【０００９】
また、前記被固定部は、前記基部から前記センサ素子側に向けて突出する台座であってもよい。
【００１０】
また、前記固定部材は、前記基部に接していなくてもよい。
【００１１】
この場合、例えば温度変化によって固定部材が伸縮したとしても、センサ素子が固定部材を介して基部に直接に固定されていない分だけ、この伸縮によってセンサ素子が力を受けにくくなる。従って、固定部材の温度変化によってセンサ素子の検出結果に影響が及ぼされるのを抑えることができる。
【００１２】
また、前記直交方向において、前記被固定部の外端が、前記脚部の外端よりも外側に位置していてもよい。
【００１３】
この構成によると、センサ素子およびパッケージを、センサ素子側から目視した際、センサ素子が正常な位置に固定されている場合には、被固定部の上端部を視認することができる。一方、例えばセンサ素子が被固定部に対して直交方向にずれて固定されている場合には、センサ素子によって被固定部が隠されて、被固定部の上端部を視認することができない。従って、センサ素子の固定位置の異常の有無を容易に判定することができる。
【００１４】
また、前記被固定部の内面には、前記中心軸線に沿う前記センサ素子の反対側に向かうに従って漸次前記直交方向内側に向けて延びるテーパ面が形成されていてもよい。
【００１５】
この場合、固定部材となる硬化前のダイボンド樹脂が、テーパ面に沿って流れ落ちる速度を遅くすることができる。これにより、固定部材の高さを確保することができる。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２態様に係るセンサデバイスの製造方法は、上記センサデバイスの製造方法であって、前記固定部材が、前記被固定部に硬化前のダイボンド樹脂を塗布する第１塗布工程と、前記第１塗布工程で塗布されたダイボンド樹脂を硬化させる第１硬化工程と、前記第１硬化工程で硬化されたダイボンド樹脂に、さらに硬化前のダイボンド樹脂を塗布する第２塗布工程と、前記第２塗布工程で塗布されたダイボンド樹脂を硬化させる第２硬化工程と、を経て形成される。
【００１７】
上記態様のセンサデバイスの製造方法によれば、ダイボンド樹脂を塗布および硬化させる工程を複数回行うことにより、固定部材の高さをより確実に確保することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の上記態様によれば、センサ素子をパッケージに固定するダイボンド樹脂によって、センサ素子の特性に影響が及ぼされるのを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係るセンサデバイスの断面図である。
【図２】図１の固定部材を形成する工程を説明する図である。
【図３】第２実施形態に係るセンサデバイスの断面図である。
【図４】図３の固定部材を形成する工程を説明する図である。
【図５】第３実施形態に係るセンサデバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態に係るセンサデバイスの構成を、図１〜図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため縮尺を適宜変更している。
図１に示すように、センサデバイス１Ａは、センサ素子１０と、センサ素子１０を収納するパッケージ２０と、センサ素子１０をパッケージ２０に固定する固定部材３０と、を備えている。パッケージ２０は、基部２１と、基部２１を貫通する導入孔２２と、を有している。なお、図１は、導入孔２２の中心軸線Ｏに沿った、センサデバイス１Ａの要部の断面図である。
【００２１】
ここで本実施形態では、導入孔２２の中心軸線Ｏに沿う方向（図のＺ軸方向）を単に中心軸Ｏ方向という。また、中心軸線Ｏに直交する方向（図のＸ軸方向）を単に直交方向という。また、中心軸Ｏ方向におけるセンサ素子１０側を上側といい、基部２１側を下側という。また、直交方向において、中心軸線Ｏに近づく側を直交方向内側といい、中心軸線Ｏから遠ざかる側を直交方向外側という。
なお、センサデバイス１Ａは、図示の状態から上下反転して用いられてもよく、中心軸Ｏ方向が水平方向になるように倒して用いられてもよい。
【００２２】
（センサ素子）
センサ素子１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）技術を利用し、半導体基板を加工することで形成されたセンサ素子である。センサ素子１０は、導入孔２２を覆うダイアフラム部１１と、ダイアフラム部１１の外縁から基部２１に向けて突設された脚部１２と、圧力によるダイアフラム部の歪抵抗の変化を測定するための複数の歪ゲージ（不図示）と、を有している。ダイアフラム部１１は円板状若しくは矩形の板状に形成され、脚部１２は円筒状若しくは角型管状に形成されている。
【００２３】
ダイアフラム部１１が圧力を受けて撓むと、各歪ゲージにダイアフラム部の歪み量に応じた応力が発生する。この応力に応じて歪ゲージの抵抗値が変化し、この抵抗値変化に応じたセンサ信号がセンサデバイス１Ａの外部に出力される。このようにして、センサデバイス１Ａは、ダイアフラム部１１が受ける圧力を測定することができる。
【００２４】
（パッケージ）
パッケージ２０は、エポキシ、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの樹脂によって形成されている。
パッケージ２０の基部２１は、中心軸線Ｏに直交する平面内に延びている。導入孔２２の内面には、下側に向かうに従って漸次直交方向内側に向けて延びるテーパ面が形成されている。本実施形態では、基部２１における導入孔２２の上側の開口部（以下、被固定部２３という）に、センサ素子１０の脚部１２が固定される。
【００２５】
（固定部材）
固定部材３０は、ダイボンド樹脂によって形成されている。ダイボンド樹脂としては、パッケージ２０からセンサ素子１０へとなるべく力や変位を伝えないように、ヤング率の低い柔らかい材質を用いることが好ましい。ダイボンド樹脂の具体的な材質としては、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。ダイボンド樹脂は、紫外線硬化型樹脂若しくは熱硬化型樹脂であることが望ましい。
【００２６】
固定部材３０によって、センサ素子１０の脚部１２とパッケージ２０の被固定部２３とが隙間なく接続されることで、ダイアフラム部１１の下側には、空間Ｓが形成されている。空間Ｓは導入孔２２内に連通するとともに、空間Ｓとセンサ素子１０の上側の空間との連通は、固定部材３０によって遮断されている。
【００２７】
固定部材３０は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような工程を経て形成される。
まず図２（ａ）に示すように、ダイボンド樹脂を、被固定部２３に塗布する（第１塗布工程）。このとき塗布されるダイボンド樹脂の体積は、固定部材３０の体積よりも小さい。
次に、第１塗布工程で被固定部２３に塗布されたダイボンド樹脂を硬化させる（第１硬化工程）。なお、ダイボンド樹脂が紫外線硬化型樹脂である場合は、塗布されたダイボンド樹脂に紫外線を照射することで、これを硬化させる。ダイボンド樹脂が熱硬化型樹脂である場合は、塗布されたダイボンド樹脂を加熱することで、これを硬化させる。第１硬化工程では、ダイボンド樹脂を完全に硬化させる必要はなく、ある程度硬化が進めばよい。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１硬化工程で硬化されたダイボンド樹脂に、さらに硬化前のダイボンド樹脂を塗布する（第２塗布工程）。
次に、図２（ｃ）に示すように、第２塗布工程で塗布されたダイボンド樹脂に対し、その上側からセンサ素子１０を押し付ける（押し付け工程）。
次に、ダイボンド樹脂全体を硬化させる（第２硬化工程）。これにより、固定部材３０が形成されるとともに、センサ素子１０が被固定部２３に固定される。
【００２９】
ここで本実施形態では、図１に示すように、脚部１２の下端部における内面の輪郭が、導入孔２２の開口部における輪郭よりも小さい。これにより、脚部１２の下端における直交方向内側の端部（以下、脚部内端１２ａという）が、被固定部２３の内端（以下、被固定部内端２３ａという）よりも、直交方向内側に位置している。より詳しくは、脚部内端１２ａが、被固定部内端２３ａよりも、ΔＡだけ直交方向内側に位置している。
【００３０】
この構成により、押し付け工程において硬化前のダイボンド樹脂にセンサ素子１０の脚部１２を押し付けた際、余分なダイボンド樹脂が被固定部２３の直交方向内側に流動する。従って、硬化前のダイボンド樹脂が脚部１２に沿って這い上がるように流動することが抑えられる。これにより、例えば固定部材３０がダイアフラム部１１若しくはその近傍に接触することで、センサ素子１０の特性が変化してしまうことが抑えられる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態のセンサデバイス１Ａによれば、脚部内端１２ａが被固定部内端２３ａよりも直交方向内側に位置しているため、ダイボンド樹脂である固定部材３０によりセンサ素子１０の特性に影響が及ぼされるのを抑えることができる。
【００３２】
また、導入孔２２の内面が、下側に向かうに従って漸次直交方向内側に延びるテーパ面となっているため、硬化前の固定部材３０が導入孔２２内を流れ落ちる速度を遅くすることができる。これにより、硬化後の固定部材３０の中心軸Ｏ方向の高さを確保することができる。
【００３３】
また、固定部材３０が、第１塗布工程、第１硬化工程、第２塗布工程、および第２硬化工程を経て形成されている。このように、ダイボンド樹脂を塗布および硬化させる工程を複数回行うことにより、固定部材３０の中心軸Ｏ方向における高さをより確実に確保することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００３５】
図３に示すように、本実施形態のセンサデバイス１Ｂでは、パッケージ２０が、基部２１から上側に向けて突出する台座（被固定部２４）を有している。被固定部２４は、中心軸Ｏ方向に延びる円筒状若しくは角型管状に形成されている。被固定部２４の上端開口部の内面の輪郭は、センサ素子１０の脚部１２の下端部における内面の輪郭よりも大きい。直交方向において、被固定部２４の上端面における直交方向内側の端部（被固定部内端２４ａ）は、センサ素子１０の脚部内端１２ａよりも、ΔＡだけ直交方向外側に位置している。
【００３６】
固定部材３０は、被固定部２４の上端部に、センサ素子１０を固定している。固定部材３０は、基部２１に接していない。固定部材３０によって、センサ素子１０の脚部１２とパッケージ２０の被固定部２４とが隙間なく接続されることで、ダイアフラム部１１の下側には、空間Ｓが形成されている。空間Ｓは導入孔２２内に連通するとともに、空間Ｓとセンサ素子１０の上側の空間との連通は、固定部材３０によって遮断されている。
【００３７】
本実施形態における固定部材３０は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような工程を経て形成される。
まず、図４（ａ）に示すように、被固定部２４の上端部に、硬化前のダイボンド樹脂を塗布する（第１塗布工程）。
次に、第１塗布工程で塗布されたダイボンド樹脂を硬化させる（第１硬化工程）。
次に、図４（ｂ）に示すように、第１硬化工程で硬化されたダイボンド樹脂に、さらにダイボンド樹脂を塗布する（第２塗布工程）。
次に、図４（ｃ）に示すように、第２塗布工程で塗布されたダイボンド樹脂に対し、センサ素子１０を押し付ける（押し付け工程）。
次に、ダイボンド樹脂全体を硬化させる（第２硬化工程）。これにより、固定部材３０が形成されるとともに、センサ素子１０が被固定部２４に固定される。
【００３８】
本実施形態のような構成でも、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、本実施形態では、固定部材３０が基部２１に接していない。これにより、例えば温度変化によって固定部材３０が中心軸Ｏ方向に伸縮したとしても、センサ素子１０が固定部材３０を介して基部２１に直接に固定されていない分だけ、この伸縮によってセンサ素子１０が力を受けにくくなる。従って、固定部材３０の温度変化によってセンサ素子１０の検出結果に影響が及ぼされるのを抑えることができる。
【００３９】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００４０】
図５に示すように、本実施形態のセンサデバイス１Ｃでは、パッケージ２０が、基部２１から上側に向けて突出する台座（被固定部２５）を有している。被固定部２５は、中心軸Ｏ方向に延びる円筒状若しくは角型管状に形成されている。被固定部２５の内面は、下側に向かうに従って漸次直交方向内側に向けて延びるテーパ面となっている。被固定部２５の外面は、下側に向かうに従って漸次直交方向外側に向けて延びるテーパ面となっている。被固定部２５の直交方向における幅は、下側に向かうに従って漸次大きくなっている。
【００４１】
固定部材３０は、被固定部２５の上端部に、センサ素子１０を固定している。固定部材３０は、基部２１に接していない。被固定部内端２５ａは、センサ素子１０の脚部内端１２ａよりも、ΔＡだけ直交方向外側に位置している。
詳細な説明は省略するが、本実施形態の固定部材３０も、第２実施形態と同様に、複数回の塗布工程および硬化工程を経て形成される。
【００４２】
ここで、被固定部２５の上端面の直交方向外側の端部（被固定部外端２５ｂ）は、脚部１２の下端面の直交方向外側の端部（脚部外端１２ｂ）よりも、直交方向外側に位置している。被固定部外端２５ｂは、脚部外端１２ｂよりも、ΔＢだけ直交方向外側に位置している。
これにより、センサ素子１０およびパッケージ２０を上側から目視した際、センサ素子１０が正常な位置に固定されている場合には、被固定部２５の上端部を視認することができる。一方、例えばセンサ素子１０が被固定部２５に対して直交方向にずれて固定されている場合には、センサ素子１０によって被固定部２５が隠されて、被固定部２５の上端部を視認することができない。
【００４３】
以上のことから、本実施形態によれば、被固定部外端２５ｂが脚部外端１２ｂよりもΔＢだけ直交方向外側に位置していることで、センサ素子１０の固定位置の異常の有無を容易に判定することができる。このような判定方法は、センサ素子１０および被固定部２５を側方から視認できない場合に、好適に用いることができる。
なお、この判定は目視により行ってもよいし、画像認識により行ってもよい。
【００４４】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４５】
例えば、固定部材３０は１回の塗布工程および硬化工程によって形成されていてもよいし、３回以上の塗布工程および硬化工程によって形成されていてもよい。
【００４６】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１Ａ〜１Ｃ…センサデバイス  １０…センサ素子  １１…ダイアフラム部  １２…脚部  １２ａ…脚部内端  １２ｂ…脚部外端  ２０…パッケージ  ２１…基部  ２２…導入孔  ２３、２４、２５…被固定部  ２３ａ、２４ａ、２５ａ…被固定部内端  ２５ｂ…被固定部外端  ３０…固定部材
【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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