(57)【要約】【課題】より小型でより軽量な圧力センサを得る。【解決手段】突起部３に形成された貫通孔５の途中または奥側に圧力検出素子４が設けられた圧力センサ１において、本体部（基体部２および突起部３）を、セラミックによって所定形状に成形するとともに表面に導体パターン６を形成した立体回路基板として構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部に形成された貫通孔の途中または奥側に配置された圧力検出素子を有する圧力センサにおいて、
前記本体部を、セラミックを所定形状に成形するとともに表面に導体パターンを形成した立体回路基板として構成したことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記圧力検出素子を本体部にフリップチップ実装したことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記本体部に底面と段差面とを有する凹部を形成するとともに、前記貫通孔を当該底面に開口するように形成し、
前記底面に前記圧力検出素子を実装するとともに、前記段差面に当該圧力検出素子とは別の素子を実装したことを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記本体部に凹部を形成するとともに、前記貫通孔を当該凹部の底面に開口するように形成し、
前記底面に圧力検出素子を実装し、
前記導体パターンを、前記凹部の開口縁部を跨いで凹部の内面と本体部の側壁面とを接続するように形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記凹部を真空封止したことを特徴とする請求項３または４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】
従来、パッケージ本体に形成された圧力導入孔としての貫通孔の一端を塞ぐようにセンサチップを取り付けた圧力センサが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示される圧力センサでは、樹脂材料からなるパッケージ本体にガラス台座を介してセンサチップが実装されている。このガラス台座は、所要の検出精度を確保すべく、パッケージ本体を補強して、センサチップの所要の検出精度を確保する機能を有している。
【特許文献１】特開平１０−３００６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の圧力センサでは、ガラス台座を備える分だけ、大型化する上、重量も増大してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、より小型でより軽量な圧力センサを得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の発明にあっては、本体部に形成された貫通孔の途中または奥側に配置された圧力検出素子を有する圧力センサにおいて、上記本体部を、セラミックを所定形状に成形するとともに表面に導体パターンを形成した立体回路基板として構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明にあっては、上記圧力検出素子を本体部にフリップチップ実装したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明にあっては、上記本体部に底面と段差面とを有する凹部を形成するとともに、上記貫通孔を当該底面に開口するように形成し、上記底面に上記圧力検出素子を実装するとともに、上記段差面に当該圧力検出素子とは別の素子を実装したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明にあっては、上記本体部に凹部を形成するとともに、上記貫通孔を当該凹部の底面に開口するように形成し、上記底面に圧力検出素子を実装し、上記導体パターンを、上記凹部の開口縁部を跨いで凹部の内面と本体部の側壁面とを接続するように形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明にあっては、上記凹部を真空封止したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、本体部をセラミックによって成形したため、ガラス台座を設けずとも本体部自体で所要の剛性および強度を確保することができて、圧力検出素子の所要の検出精度を確保することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、圧力検出素子を本体部にフリップチップ実装したため、圧力検出素子をワイヤボンディングによって実装する場合に比べて製造の手間を省くことができ、製造タクトタイムを短縮することができる上、製造コストを低減することができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、段差付きの凹部の底面と段差面を利用して、圧力検出素子と当該別の素子とを多段に実装することができ、当該別の素子を備える圧力センサを、よりコンパクトな構成として得ることができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、凹部の開口縁部を跨ぐ導体パターンにより、素子の各電極の電位を本体部の側壁面から容易に取り出せるようになる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、圧力検出素子の検出側の反対側（背面側）となる凹部を真空封止したため、絶対圧を計測することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施形態）図１は、本実施形態にかかる圧力センサの斜視図、図２は、圧力センサを裏面側（圧力検出素子による検出側の反対側）から見た平面図、図３は、図２のIII−III断面図、図４は、図２のIV−IV断面図、図５は、圧力センサを裏面側から見た平面図であって、封止剤による圧力検出素子の封止領域を示す図、図６は、圧力センサを実装した状態を示す側面図である。
【００１７】
本実施形態にかかる圧力センサ１は、略直方体状の外観を呈する基体部２の一平面（シール面）２ｅ上に略円柱状の突起部３を設けた構成を備えている。本実施形態では、これら基体部２および突起部３が本体部に相当する。
【００１８】
本体部（基体部２および突起部３）は、立体回路部品（立体回路基板；ＭＩＤ：Molded Interconnect Device）として構成される。本実施形態では、本体部は、セラミック材料を例えば射出成形等によって所定形状に成形し、表面に導体パターン６を形成して得ることができ、ＭＩＤの公知の各種手法（例えば、ＵＶ露光法（サブトラクティブ法、セミアディティブ法、アディティブ法等）、レーザーイメージング法、ＩＶＯＮＤ法等の１回成形法や、ＳＫＷ法等の２回成形法等）によって得ることが可能である。
【００１９】
この本体部は、セラミック射出成形（セラミックスの粉体を原料とする粉体射出成形法；ＣＩＭ）によって成形することができ、具体的には、セラミックスの粉体にバインダ（金型への充填流動性および賦形性を役目とし、ワックス等の低分子量成分、熱可塑性合成樹脂等の高分子量成分、その他を適宜の割合で配合したもの）を混合し、金型を搭載した射出成型機にて所謂グリーン体を成形し、その後、前記バインダを除去する脱脂と粉末を融点以下の温度で熱処理して粉末粒子の間に結合が生じる焼結にて所定形状の製品を得る手法である。この場合、バインダとしては、成形材料を成形可能とし、過熱脱脂により分解揮発するものであれば良いが、一例としては、ポリスチレン６０％（質量％）、パラフィンワックス２０％、ステアリン酸２０％の組成を有するものを用いることができる。また、バインダの使用量は、例えば、セラミックス粉末１００％に対してバインダを１５〜２５％（質量％）程度とするのが好適である。なお、セラミックス粉末に、シリカやジルコニアを混入することで靭性を高めることが可能となる。
【００２０】
また、この本体部は、セラミックの圧縮成形（プレス成形）によって成形することも可能である。この場合のバインダは、例えばアクリル系ポリマー１００％（質量％）や、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）１００％の組成を有するものを用いることができ、バインダの使用量としては、セラミクス粉末１００％に対してバインダを４〜６％（質量％）程度とするのが好適である。
【００２１】
また、図３に示すように、突起部３の中心部には当該突起部３の軸方向に貫通する貫通孔５が形成されるとともに、その外周部には取付用の雄ねじ３ａが形成されている。
【００２２】
一方、図３および図４に示すように、基体部２の突起部３が設けられる側の反対側となる部分には、平面視で略矩形状の凹部２ａが形成されている。また、突起部３に形成した貫通孔５が、この凹部２ａの底面２ｂのほぼ中央部に開口している。
【００２３】
そして、図３〜図５に示すように、貫通孔５の底面２ｂでの開口端（貫通孔５の延伸方向の一端）を閉蓋する状態で圧力検出素子４が実装されている。この圧力検出素子４は、単結晶シリコン基板の片面に受圧面を形成したもので、ダイヤフラムや、歪みゲージ、電極等（いずれも図示せず）を備え、ピエゾ抵抗効果によって圧力を電気抵抗に変換するものである。貫通孔５は、圧力導入孔に相当する。
【００２４】
本実施形態では、この圧力検出素子４は、図４に示すように、底面２ｂ上に形成された導体パターン６に対してフリップチップ実装されている。なお、図中、８は導電性接着剤、９はアンダーフィル（樹脂製の絶縁性接着剤）、１０は圧力検出素子４の各電極のバンプである。
【００２５】
このとき、アンダーフィル９は、図５中のＡに示すように、圧力検出素子４の外縁に沿って略矩形環状に配置されており、このアンダーフィル９と圧力検出素子４とによって、貫通孔５から凹部２ａ内への検出対象流体（液体または気体）の進入（漏出）が抑制されている。すなわち、アンダーフィル９は、シール部材としても機能している。また、アンダーフィル９として放熱性の高い材料（例えばシリコン系の樹脂材料）を用いることで、圧力センサ１の耐熱性を高めるとともに、圧力検出素子４の温度による検出誤差を抑制することができる。
【００２６】
導体パターン６は、物理蒸着、レーザ等の電磁波の照射による不要部の除去、電解メッキ処理による圧膜化等、各種の処理を用いて適宜に形成することができる。
【００２７】
ここで、導体パターン６は、図２〜図５に示すように、凹部２ａの開口縁部２ｃを跨いで凹部２ａの内面と本体部（基体部２）の側壁面２ｄとを接続するように形成されている。したがって、圧力検出素子４の検出結果を、側壁面２ｄ上に露出した導体パターン６との導通を確立することで容易に取得することができる。
【００２８】
そして、凹部２ａは、平板状の蓋体７によって、突起部３の反対側で閉塞されている。上述したようにアンダーフィル９によるシールを確保しながら圧力検出素子４を実装した後、この蓋体７による閉塞作業を真空チャンバ内で行うことで、凹部２ａを真空封止することができ、この場合には、圧力検出素子４によって絶対圧力を検出することが可能となる。なお、真空封止しない場合には、大気圧に対する相対的な圧力（ゲージ圧）が検出されることになる。
【００２９】
上記構成の圧力センサ１は、例えば図６に示すような状態で装備することができる。すなわち、この例では、検出対象となる流体の存在領域２１の隔壁２０（例えば管壁）に、突起部３の雄ねじ部３ａに対応する雌ねじ孔２０ａが形成されており、この雌ねじ孔２０ａに突起部３を螺結することで、隔壁２０の表面２０ｂと基体部２の突起部３が形成される側の平面２ｅとで環状のシール部材１２（ワッシャ、ガスケット、Ｏリング等）が挟持され、当該シール部材１２によって流体のシールが確保されるようになっている。
【００３０】
以上の本実施形態によれば、本体部（基体部２および突起部３）をセラミックによって形成したため、ガラス台座を設けずとも本体部自体で剛性および強度を確保して、圧力検出素子４の所要の検出精度を確保することが容易になる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、圧力検出素子４を本体部にフリップチップ実装したため、圧力検出素子４をワイヤボンディングによって実装する場合に比べて製造の手間を省くことができ、製造タクトタイムを短縮することができる上、製造コストを低減することができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、凹部２ａの開口縁部２ｃを跨ぐ導体パターン６により、圧力検出素子４の各電極の電位を本体部の側壁面２ｄから容易に取り出せるようになる。
【００３３】
また、本実施形態において、圧力検出素子４の検出側の反対側（背面側）となる凹部２ａを真空封止すれば、絶対圧を計測することができるようになる。
【００３４】
（第２実施形態）図７は、本実施形態にかかる圧力センサの縦断面図（図３に相当する断面図）である。なお、本実施形態にかかる圧力センサ１Ａは、上記第１実施形態にかかる圧力センサ１と同様の構成要素を備えている。よって、以下では、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００３５】
本実施形態では、基体部２Ａに、底面２ｂと深さ方向の略中央部に形成された段差面２ｆとを有する段差付きの凹部２ａを形成し、底面２ｂに圧力検出素子４を実装するとともに、段差面２ｆに圧力検出素子４とは別の素子（例えば、圧力検出素子４からの出力信号を処理（例えばフィルタリング、補正、演算、温度補償等）する回路を含む素子等）を実装したものであり、この点以外は、上記第１実施形態にかかる圧力センサ１と同様の構成を備えている。
【００３６】
かかる構成によれば、段差付きの凹部２ａの底面２ｂと段差面２ｆを利用して、圧力検出素子４と当該別の素子４Ａとを多段に実装することができ、当該別の素子４Ａを備える圧力センサ１Ａを、よりコンパクトな構成として得ることができる。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００３８】
例えば、上記実施形態では貫通孔の奥側に圧力センサを設けた場合を例示したが、貫通孔の途中に設けたフランジに圧力センサを実装してもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、突起部に取付用の雄ねじを形成した場合を例示したが、これに替えて、貫通孔の内周面に取付用の雌ねじを形成してもよい。また、突起部を先細のテーパ状としてもよい。
【００４０】
また、本体部の外表面等に、磁性材料によるコーティングや、導電性材料によるコーティング（例えばカーボンナノチューブとニッケルの複合メッキ等）を施すことにより、外来電磁波による影響（検出誤差の発生やノイズ混入等）を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態にかかる圧力センサの斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる圧力センサを裏面側（圧力検出素子による検出側の反対側）から見た平面図。
【図３】図２のIII−III断面図。
【図４】図２のIV−IV断面図。
【図５】本発明の第１実施形態にかかる圧力センサを裏面側から見た平面図であって、封止剤による圧力検出素子の封止領域を示す図。
【図６】本発明の第１実施形態にかかる圧力センサを実装した状態を示す側面図（一部断面図）。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる圧力センサの縦断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１，１Ａ  圧力センサ
２，２Ａ  基体部（本体部）
２ａ  凹部
２ｂ  底面
２ｃ  開口縁部
２ｄ  側壁面
２ｆ  段差面
３  突起部
４  圧力検出素子
４Ａ  別の素子
５  貫通孔
６  導体パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008089412.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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