(57)【要約】【課題】超音波を与えて、物理量を測定するセンサチップをボンディングワイヤを介し信号取り出しピンに接続する物理量測定モジュールに関し、超音波により発生する信号取り出しピンの振動を抑制する構造を有することによって、小型な物理量測定モジュールおよびそれを有する物理量測定器を提供すること。【解決手段】物理量を測定するセンサチップと、信号取り出しピンと、前記センサチップの周囲に設けられ前記信号取り出しピンを貫通させる穴を有するスペーサと、前記センサチップと前記信号取り出しピンを接続するボンディングワイヤを具備する物理量測定モジュールにおいて、前記スペーサの穴は、前記信号取り出しピンの位置決めを行う、ことを特徴とするもの。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量を測定するセンサチップと、信号取り出しピンと、前記センサチップの周囲に設けられ前記信号取り出しピンを貫通させる穴を有するスペーサと、前記センサチップと前記信号取り出しピンを接続するボンディングワイヤを具備する物理量測定モジュールにおいて、
前記スペーサの穴は、前記信号取り出しピンの位置決めを行う、
ことを特徴とする物理量測定モジュール。
【請求項２】
前記スペーサの穴は、テーパー部を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の物理量測定モジュール。
【請求項３】
前記テーパー部は、前記信号取り出しピンの端部に向かって開口部が小さくなるように形成されている、
ことを特徴とする請求項２記載の物理量測定モジュール。
【請求項４】
前記スペーサは、前記ボンディングワイヤが前記センサチップと前記信号取り出しピンに接続された後に、除去される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の物理量測定モジュール。
【請求項５】
前記物理量は圧力である、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の物理量測定モジュール。
【請求項６】
物理量測定器において、
物理量を測定するセンサチップと、信号取り出しピンと、前記センサチップの周囲に設けられ前記信号取り出しピンを貫通させる穴を有するスペーサと、前記センサチップと前記信号取り出しピンを接続するボンディングワイヤを有し、前記スペーサの穴は前記信号取り出しピンの位置決めを行う物理量測定モジュールを具備する、
ことを特徴とする物理量測定器。
【請求項７】
前記スペーサは、前記ボンディングワイヤが前記センサチップと前記信号取り出しピンに接続された後に、除去される、
ことを特徴とする請求項６記載の物理量測定器。
【請求項８】
前記物理量測定器は圧力測定器である、
ことを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の物理量測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量測定モジュールに関し、ボンディングワイヤを信号取り出しピンに超音波を用いて接続する場合、超音波による信号取り出しピンの振動を抑制する構造をもつ小型な物理量測定モジュール、およびそれを有する物理量測定器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６において、物理量である圧力を測定するセンサチップをボンディングワイヤを介し信号取り出しピンに接続する圧力測定モジュールを示す。同様の構成が、特許文献１  図３に示されている。図６（ａ）は、センサチップ１を上から見た図、図６（ｂ）は、圧力測定モジュールの部分断面図である。
【０００３】
圧力測定モジュール１９は、センサチップ１、支持基板２、ハーメチックボディー３、信号取り出しピン４、５、ボンディングワイヤ６、７、スペーサ１２などから構成されている。
【０００４】
センサチップ１は、これに加わる圧力を電気信号に変換するものであり、支持基板２に接合されている。支持基板２は、ハーメチックボディー３に接合されている。
【０００５】
１つ以上の信号取り出しピン４、５は、前記電気信号を圧力測定モジュール１９の外部に取り出すため、センサチップ１に設けられた１つ以上の圧力検出素子１７、１８に、１つ以上のボンディングワイヤ６、７を介し接続されている。
【０００６】
信号取り出しピン４、５は、スペーサ１２の穴８、９を貫通し、封着ガラス１０、１１によって、圧力容器１３とハーメチックボディー３に支持され、圧力測定モジュール１９の外部に突出している。圧力容器１３は、センサチップ１などを収納し、封着ガラス１０、１１を用いて、圧力容器内部の圧力漏れを防止している。
【０００７】
導圧路１４は、ハーメチックボディー３と支持基板２を貫通し、センサチップ１に達している。封入液１６が、導圧路１４に封入されていることによって、圧力測定モジュール１９外部からの圧力ＰＬは、センサチップ１の支持基板２側に伝達される。
【０００８】
封入液１５が、圧力容器１３の内部に封入されていることによって、圧力測定モジュール１９外部からの圧力ＰＨは、センサチップ１の支持基板２側の反対側に伝達される。
【０００９】
圧力ＰＨ、ＰＬが、圧力測定モジュール１９に加わると、その圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に対応した電気信号が、信号取り出しピン４、５から得られる。
【００１０】
スペーサ１２は、センサチップ１の周囲に圧力容器１３とハーメチックボディー３の上に設けられ、信号取り出しピン４、５を貫通させる１つ以上の穴８、９を有する。
【００１１】
ボンディングワイヤ６、７は、圧力容器１３内部にある信号取り出しピン４、５の端部に接続されている。この接続について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は、ボンディングワイヤ７と信号取り出しピン５の接続部分、図７（ｂ）は、その接続部分の拡大図である。
【００１２】
信号取り出しピン５の端部の表面には、金メッキ２０が施され、この金メッキ２０にボンディングワイヤ７が接続されている（図７（ａ）参照）。なお、ボンディングワイヤ７の金属の表面２２と金メッキ２０の表面２４にそれぞれ酸化膜２１、２３が形成されて、接続不良になることがある（図７（ｂ）参照）。このような接続不良を防止して良好な接続を行うために、一般に超音波併用熱圧着方法による接続が用いられている。
【００１３】
超音波併用熱圧着方法は、接続部分を加熱するとともに超音波による振動を加える。この超音波による振動によってボンディングワイヤ７が振動することにより、酸化膜２１、２３が摩擦によって除去されて、良好な接続が行われる。
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−２１２２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
この超音波併用熱圧着方法において、超音波により、ボンディングワイヤ７と信号取り出しピン５がほぼ同期して振動することによって、酸化膜２１、２３が十分摩擦されず除去されないことがある。そのため、ボンディングワイヤ７と信号取り出しピン５が、接続不良になることがある。
【００１６】
この接続不良を防止するため、超音波による信号取り出しピン５の振動を抑制する必要がある。そのためには、信号取り出しピン５を太く、短くすることが好ましい。例えば、図６において、センサチップ１の一辺の長さが数ｍｍの場合、その太さは直径約１ｍｍ以上、長さは約５ｍｍ以下が好ましい。
【００１７】
信号取り出しピン４、５の振動を抑制するため、その直径を小さくすることは困難となり、それに伴い圧力測定モジュール１９の径方向の小型化が困難となる。そのため、信号取り出しピン４、５などの材料費は高くなる。また、封入液１５の量は多くなり、周囲温度変化による封入液の膨張収縮が大きくなることによって、圧力（ＰＨ、ＰＬ）がセンサチップ１に正確に伝達されず、圧力測定性能が悪くなることがある。さらに、圧力容器１３などの耐圧性能が悪くなることがある。
【００１８】
本発明の目的は、物理量測定モジュールに関し、ボンディングワイヤを信号取り出しピンに超音波を用いて接続する場合、超音波による信号取り出しピンの振動を抑制する構造をもつ小型な物理量測定モジュール、およびそれを有する物理量測定器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
物理量を測定するセンサチップと、信号取り出しピンと、前記センサチップの周囲に設けられ前記信号取り出しピンを貫通させる穴を有するスペーサと、前記センサチップと前記信号取り出しピンを接続するボンディングワイヤを具備する物理量測定モジュールにおいて、
前記スペーサの穴は、前記信号取り出しピンの位置決めを行う、
ことを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、
前記スペーサの穴は、テーパー部を有する、
ことを特徴とする。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項２記載の発明において、
前記テーパー部は、前記信号取り出しピンの端部に向かって開口部が小さくなるように形成されている、
ことを特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、
前記スペーサは、前記ボンディングワイヤが前記センサチップと前記信号取り出しピンに接続された後に、除去される、
ことを特徴とする。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の発明において、
前記物理量は圧力である、
ことを特徴とする。
【００２４】
請求項６の発明は、
物理量測定器において、
物理量を測定するセンサチップと、信号取り出しピンと、前記センサチップの周囲に設けられ前記信号取り出しピンを貫通させる穴を有するスペーサと、前記センサチップと前記信号取り出しピンを接続するボンディングワイヤを有し、前記スペーサの穴は前記信号取り出しピンの位置決めを行う物理量測定モジュールを具備する、
ことを特徴とする。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項６記載の発明において、
前記スペーサは、前記ボンディングワイヤが前記センサチップと前記信号取り出しピンに接続された後に、除去される、
ことを特徴とする。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項６または７のいずれかに記載の発明において、
前記物理量測定器は圧力測定器である、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、物理量測定モジュールを小型化し、構成部品の材料費を抑え、封入液の量を少なくすることにより物理量測定性能を向上させ、耐圧性能を向上させた物理量測定モジュールおよびそれを有する物理量測定器を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
［第１の実施例］
第１の実施例を図１を用いて説明する。図１は、本発明を適用した物理量測定モジュールの１つである圧力測定モジュールを示し、図１（ａ）は、センサチップ１を上から見た図、図１（ｂ）は、圧力測定モジュールの部分断面図であり、図６（ａ）、（ｂ）と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。
【００２９】
センサチップ１は、これに加わる圧力を電気信号に変換するものであり、支持基板２に接合されている。例えば、支持基板２はパイレックス（登録商標）ガラスからなり、センサチップ１に陽極接合によって接合されている。支持基板２は、ハーメチックボディー３に接合され、例えば低融点ガラス（図示しない）を介し接合されている。
【００３０】
１つ以上の信号取り出しピン４、５は、前記電気信号を圧力測定モジュール２８の外部に取り出すため、センサチップ１に設けられた１つ以上の圧力検出素子１７、１８に、１つ以上のボンディングワイヤ６、７を介し接続されている。
【００３１】
信号取り出しピン４、５は、スペーサ２５の穴２６、２７を貫通し、封着ガラス１０、１１によって、圧力容器１３とハーメチックボディー３に支持され、圧力測定モジュール２８の外部に突出している。圧力容器１３は、センサチップ１などを収納し、封着ガラス１０、１１を用いて、圧力容器内部の圧力漏れを防止している。
【００３２】
導圧路１４は、ハーメチックボディー３と支持基板２を貫通し、センサチップ１に達している。封入液１６が、導圧路１４に封入されていることによって、圧力測定モジュール２８外部からの圧力ＰＬは、センサチップ１の支持基板２側に伝達される。
【００３３】
封入液１５が、圧力容器１３の内部に封入されていることによって、圧力測定モジュール２８外部からの圧力ＰＨは、センサチップ１の支持基板２側の反対側に伝達される。例えば、封入液１５、１６は、真空中で脱泡を行ったシリコンオイルを使用する。
【００３４】
圧力ＰＨ、ＰＬが、圧力測定モジュール２８に加わると、その圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に対応した電気信号が、信号取り出しピン４、５から得られる。
【００３５】
スペーサ２５は、センサチップ１の周囲に圧力容器１３とハーメチックボディー３の上に設けられ、信号取り出しピン４、５を貫通させる１つ以上の穴２６、２７を有する。
【００３６】
穴２６、２７はテーパ部を有し、このテーパ部は、ボンディングワイヤ６、７が接続された信号取り出しピン４、５の端部に向かって、開口部が小さくなるように形成されている。そして、このテーパ部は、前記端部付近において信号取り出しピン４、５に接触するため、スペーサ２５の穴２６、２７は、信号取り出しピン４、５の位置決めを行う。そのため、超音波を与えて、ボンディングワイヤ６、７を信号取り出しピン４、５に接続する場合、スペーサ２５の穴２６、２７が、直径を小さくした信号取り出しピン４、５の振動を抑制し、良好な接続が行われる。
【００３７】
なお、センサチップ１が、加わる圧力によって振動周波数が変化する振動子（図示しない）を有するレゾナントセンサの場合には、振動子に与える磁界を発生する磁石（図示しない）が必要とされる。スペーサ２５のうち、信号取り出しピン４、５から外側部分を、その内側部分より高くして、その外側の部分の上に磁石を設ける。
【００３８】
また、図２は、本発明を適用した物理量測定モジュールの１つである圧力測定モジュールを示し、図２（ａ）は、センサチップ１を上から見た図、図２（ｂ）は、圧力測定モジュールの部分断面図であり、図１（ａ）、（ｂ）と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。
【００３９】
図２（ｂ）において、スペーサ２９の穴３０、３１は突起部を有し、その突起部が信号取り出しピン４、５に接触することによって、スペーサ２９の穴３０、３１は、信号取り出しピン４、５の位置決めを行うこともできる。なお、この突起部は、半円形状であってもよい。
【００４０】
本実施例によって、信号取り出しピンの直径を小さくし、物理量測定モジュールの径方向を小さくすることによって、物理量測定モジュールを小型化できる。それによって、構成部品の材料費を抑え、封入液の量を少なくすることにより物理量測定性能を向上させ、耐圧性能を向上させた物理量測定モジュールおよびそれを有する物理量測定器を実現できる。また、スペーサの穴がテーパ部を有することによって、スペーサの物理量測定モジュールへの組み立て性を向上できる。
【００４１】
［第２の実施例］
第２の実施例を図３を用いて説明する。図３は、本発明を適用した物理量測定モジュールの１つである圧力測定モジュールを示し、図３（ａ）は、センサチップ１を上から見た図、図３（ｂ）は、圧力測定モジュールの部分断面図であり、図１（ａ）、（ｂ）と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。
【００４２】
スペーサ３３の穴３４の一部分は、テーパ部を有する。スペーサ３３を圧力測定モジュール３６へ組み立てた場合、そのテーパ部が、信号取り出しピン４を一方向に弾性変形させることによって、スペーサ３３の穴３４は、信号取り出しピン４の位置決めを行う。スペーサ３３の穴３５も穴３４と同様の構成であり、スペーサ３３の穴３５は、信号取り出しピン５の位置決めを行う。
【００４３】
そのため、超音波を与えて、ボンディングワイヤ６、７を信号取り出しピン４、５に接続する場合、スペーサ３３の穴３４、３５が、直径を小さくした信号取り出しピン４、５の振動を抑制し、良好な接続が行われる。
【００４４】
また、図４は、本発明を適用した物理量測定モジュールの１つである圧力測定モジュールを示し、図４（ａ）は、センサチップ１を上から見た図、図４（ｂ）は、圧力測定モジュールの部分断面図であり、図１（ａ）、（ｂ）と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。
【００４５】
図４において、スペーサ３７は、信号取り出しピン４、５に接触する穴３８を有し、穴３８はテーパ部を有する。このテーパ部が、信号取り出しピン４、５を一方向に弾性変形させることによって、スペーサ３７の穴３８は、信号取り出しピン４、５の位置決めを行うこともできる。
【００４６】
なお、信号取り出しピン４、５を位置決めして、ボンディングワイヤ６、７を信号取り出しピン４、５に接続した後、スペーサ３７を除去することもできる。このとき、信号取り出しピン４、５は、弾性力によって元の形状に復元するため、ボンディングワイヤ６、７が切断しないように撓ませて接続することが好ましい。
【００４７】
本実施例によって、さらにスペーサ３７の材料費を抑えることができる。
【００４８】
［第３の実施例］
第３の実施例を図５を用いて説明する。図５は、本発明を適用した物理量測定器の１つである圧力測定器のうち、主にプラント設備において用いられる２線式圧力伝送器のブロック図である。
【００４９】
圧力測定器５０は、圧力測定モジュール４０、増幅部４１、ＡＤ変換部４２、演算制御部４３、出力部４４、表示部４５、通信部４６などから構成される。出力部４４は、直流電源４７に負荷抵抗４８（例えば２５０オーム）を介し接続されている。圧力測定器５０は、直流電源４７から電力供給を受ける。また、ホスト装置などの外部装置４９が、負荷抵抗４８の両端に接続されている。圧力測定モジュール４０は、前記圧力測定モジュール２８、３２、３６、３９を含む。
【００５０】
圧力測定モジュール４０の信号取り出しピンは増幅部４１に接続され、増幅部４１は信号取り出しピンに発生する電気信号を増幅し、ＡＤ変換部４２はその増幅信号を受け取り、デジタル信号に変換する。演算制御部４３はこのデジタル信号を受け取り、物理量の１つである圧力差（ＰＨ−ＰＬ）の値（以下、「差圧値」という）を演算する。差圧値を受け取った出力部４４は、差圧値に対応した電流（例えば４から２０ミリアンペアの範囲内の電流）を直流電源４７から引き込む。
【００５１】
そして、外部機器４９は、負荷抵抗４８を介し得られた前記電流を差圧値に換算し、プラント設備の制御を行う。出力部４４は、引き込んだ電流から圧力測定器５０の各部に供給する電源を発生する。また、演算制御部４３から差圧値を受け取った通信部４６は、出力部４４を介して外部機器４９と通信を行う。例えば、通信部４６は外部機器４９からの要求に従い、差圧値に対応するデジタル信号を出力部４４の引き込み電流に重畳して送信する。
【００５２】
なお、フィールドバスに適合した計装を行い、フィールドバス通信（例えば、ファウンデーションフィールドバス通信、プロフィーバス通信など）を行ってもよい。演算制御部４３、通信部４６は、マイクロプロセッサで行ってもよい。
【００５３】
本実施例によって、構成部品の材料費を抑え、封入液の量を少なくすることにより物理量測定性能を向上させ、耐圧性能を向上させた小型の物理量測定モジュールを有する物理量測定器を実現できる。
【００５４】
なお、物理量測定モジュールと物理量測定器は、圧力測定モジュールと圧力測定器のほか、加速度、振動、温度、流量などの物理量に対する測定モジュールと測定器であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明を適用した圧力測定モジュールを示し、（ａ）はセンサチップ１を上から見た図、（ｂ）は部分断面図である。
【図２】本発明を適用した圧力測定モジュールの他の例を示し、（ａ）はセンサチップ１を上から見た図、（ｂ）は部分断面図である。
【図３】本発明を適用した圧力測定モジュールの他の例を示し、（ａ）はセンサチップ１を上から見た図、（ｂ）は部分断面図である。
【図４】本発明を適用した圧力測定モジュールの他の例を示し、（ａ）はセンサチップ１を上から見た図、（ｂ）は部分断面図である。
【図５】本発明を適用した圧力測定器のブロック図である。
【図６】従来の圧力測定モジュールを示し、（ａ）はセンサチップ１を上から見た図、（ｂ）は部分断面図である。
【図７】ボンディングワイヤと信号取り出しピンの接続を示し、（ａ）はその接続部分、（ｂ）はその接続部分の拡大図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  センサチップ
２  支持基板
３  ハーメチックボディー
４、５  信号取り出しピン
６、７  ボンディングワイヤ
１０、１１  封着ガラス
１３  圧力容器
１４  導圧路
１５、１６  封入液
１７、１８  圧力検出素子
２５  スペーサ
２６、２７  穴
２８  圧力測定モジュール
５０  圧力測定器
【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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