(57)【要約】【課題】小型化を実現すると共に、センサ素子のダイアフラム部を保護できる構成のセンサモジュールを提供する。【解決手段】センサ素子１及びＩＣチップ２は、ガラスエポキシ樹脂やセラミックスからなる実装基板３上に実装配置される形態である。前記センサ素子１は凹部１ｂを有する断面コ字形状を成している。前記センサ素子１は半導体基板（シリコン基板）からなり、前記半導体基板の一主表面をエッチングすることにより、薄肉構造のダイヤフラム部１ａを形成すると共に、凹部１ｂを形成している。前記ＩＣチップ２は、前記センサ素子１の凹部１ｂと前記実装基板３によって形成された空間（凹部１ｂ）内に配置され、前記実装基板３上にフリップチップ実装されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、ダイアフラム部を有するセンサ素子と、信号処理用のＩＣチップと、前記センサ素子及び前記ＩＣチップを搭載する基板で構成され、前記センサ素子のダイアフラム部の撓み量を電気的に検出するセンサモジュールであって、
前記ＩＣチップは、前記センサ素子のダイアフラム部と前記基板との対向部間に形成される空間内に配置されて成ることを特徴とするセンサモジュール。
【請求項２】
前記センサ素子は凹部を有する断面コ字形状を成し、前記ＩＣチップが配置される空間は、前記センサ素子の凹部と前記基板によって形成された空間であることを特徴とする請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記センサ素子は薄板形状を成し、当該センサ素子が搭載される前記基板の、前記センサ素子のダイアフラム部との対向部位には凹部が形成されており、前記ＩＣチップが配置される空間は、前記センサ素子と前記基板の凹部によって形成された空間であることを特徴とする請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
前記空間内には、前記センサ素子のダイアフラム部の撓み量を規制するためのストッパー部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載のセンサモジュール。
【請求項５】
前記ストッパー部材が、前記ＩＣチップと前記基板間を電気的に接続するワイヤーであることを特徴とする請求項４に記載のセンサモジュール。
【請求項６】
前記ストッパー部材が、前記ＩＣチップを保護するために充填された保護樹脂であることを特徴とする請求項４に記載のセンサモジュール。
【請求項７】
前記保護樹脂は、シリコン系樹脂であることを特徴とする請求項６に記載のセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板（シリコン基板）の一主表面をエッチングすることにより、薄肉構造のダイヤフラム部を形成してセンサ素子を構成し、前記ダイヤフラム部の面に、撓みにより抵抗値が変化するピエゾ抵抗や金属からなる電極を形成して、外部からの圧力等によるダイヤフラム部の変位や撓み量を、抵抗値の変化や静電容量の変化として検知するセンサモジュールが知られている。
【０００３】
図８は従来技術によるセンサモジュールの構成を示す断面図である。図８に示すセンサモジュールは、圧力を測定する半導体圧力センサモジュールである。１６はボディ部であり、チップ搭載面１６ａに対して、半導体圧力センサ部１７は、ダイヤフラム部１７ａが圧力導入孔１６ｂからの圧力を受けて変位するように圧力導入孔１６ｂを取り囲む形で搭載されている。前記半導体圧力センサ部１７の上面には、信号処理用のＩＣ部１８が搭載されており、さらに前記ＩＣ部１８の上面には、前記半導体圧力センサ部１７の特性補正を行うトリミング機能を有したＲＯＭ搭載部１９が搭載されてた構成である。
【０００４】
ＩＣ部１８の上下の両面には、金属からなる電極（不図示）及び電極と電気的接触がなされる配線パターン（不図示）が形成され、上下面を電気的に接続する貫通配線２０が設けられている。
【０００５】
半導体圧力センサ部１７の電極（不図示）とＩＣ部１８の貫通配線２０とは、バンプ２１ａにより電気的に接続されている。また、ＩＣ部１８の配線パターン（不図示）とＲＯＭ搭載部１９の電極（不図示）とは、バンプ２１ｂにより電気的に接続されており、半導体圧力センサ部１７とＩＣ部１８とＲＯＭ搭載部１９との電気的な接続が行われている。ＩＣ部１８の電極（不図示）と配線パターン２２とは、バンプ２１ｃとＴＡＢ（ＴＡＰＥ ＡＵＴＯＭＡＴＥＤ ＢＯＮＤＩＮＧ）２３により電気的に接続されている。
【０００６】
係る半導体圧力センサモジュールにあっては、半導体圧力センサ部１７上に、ＩＣ部１８とＲＯＭ搭載部１９を立体的に配置した構成である。
【０００７】
また、図示しないが、センサモージュールの構成部品となる前記ＩＣ部１８や前記ＲＯＭ搭載部１９等の電子部品を、前記半導体圧力センサ部１７のチップ搭載面１６ａ上に隣接して実装配置する形態も、ごく一般的に用いられている。
【０００８】
前述の構成の半導体圧力センサモジュールは、例えば、特許文献１により開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１６８７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記したセンサモジュールは、携帯端末等にも多く用いられており、当該携帯端末の小型化に伴い、それに搭載されるセンサモジュール等の部品に対する小型化要求も強まっている。しかしながら、前記センサモジュールは、センサ素子とその他ＩＣチップ部品によって構成されるもので、ＩＣチップの実装領域を確保する必要がある。
【００１１】
前記センサモジュールでは、ＩＣチップ等の部品をセンサ素子上に積層配置しているため、モジュール高さが増してしまい薄型化に対して不利である。また、同一搭載面にセンサ素子と隣接して実装した場合は、センサ素子及びＩＣチップ両者の実装領域が必要となり実装面積が拡大してしまう。いずれの実装形態をにおいても、薄型、小型化に対しては不利な構成である。
【００１２】
また、前記センサ素子は薄肉構造のダイアフラム部の変位、撓みをもって検出動作させるため、ダイアフラム部にクラック等の機械的ダメージを与えてしまう可能性がある。したがって、ダイアフラム部の保護が必要となる。しかしながら、従来構成のセンサモジュールにおいては、その目的を達成すべき構成が確立されていない。
【００１３】
そこで、本発明は、前記問題点に鑑み、小型化を実現すると共に、センサ素子のダイアフラム部を保護できる構成のセンサモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
少なくとも、ダイアフラム部を有するセンサ素子と、信号処理用のＩＣチップと、前記センサ素子及び前記ＩＣチップを搭載する基板で構成され、前記センサ素子の前記ダイアフラム部の撓み量を電気的に検出するセンサモジュールであって、
前記ＩＣチップは、前記センサ素子のダイアフラム部と前記基板との対向部間に形成される空間内に配置され成るセンサモジュールとする。
【００１５】
前記センサ素子は凹部を有する断面コ字形状を成し、前記ＩＣチップが配置される空間は、前記センサ素子の凹部と前記基板によって形成された空間であるセンサモジュールとする。
【００１６】
前記センサ素子は薄板形状を成し、当該センサ素子が搭載される前記基板の、前記センサ素子のダイアフラム部との対向部位には凹部が形成されており、前記ＩＣチップが配置される空間は、前記センサ素子と前記基板の凹部によって形成された空間であるセンサモジュールとする。
【００１７】
前記空間内には、前記センサ素子のダイアフラム部の撓み量を規制するためのストッパー部材が設けられているセンサモジュールとする。
【００１８】
前記ストッパー部材が、前記ＩＣチップと前記基板を電気的に接続するワイヤーであるセンサモジュールとする。
【００１９】
前記ストッパー部材が、前記ＩＣチップを保護するために充填された保護樹脂であるセンサモジュールとする。
【００２０】
前記保護樹脂は、シリコン系樹脂であるセンサモジュールとする。
【発明の効果】
【００２１】
前記ＩＣチップを、前記センサ素子のダイアフラム部と前記基板との対向部間に形成される空間内に配置したことにより、実装面積が最小限に抑えられるのでセンサモジュールが小型化できる。
【００２２】
さらに、前記空間内には、前記センサ素子のダイアフラム部の撓み量を規制するためのストッパー部材を設けたことにより、ダイアフラム部の撓み量を一定の位置に規制でき、ダイアフラム部の極度な変位、変形を抑えることができるので前記ダイアフラムの保護が可能になる。
【００２３】
また、前記ストッパー部材は、前記ＩＣチップと前記基板を電気的に接続するワイヤーや、前記ＩＣチップを保護するために充填された保護樹脂でその機能を兼用する構成にすれば、前記ストッパー部を別部材として用いる必要がなく容易にダイアフラムの保護目的が達成でき、コスト面でも優位な構成になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
少なくとも、ダイアフラム部を有するセンサ素子と、信号処理用のＩＣチップと、前記センサ素子及び前記ＩＣチップを搭載する基板で構成され、前記ダイアフラムの撓み量を電気的に検出するセンサモジュールであって、前記ＩＣチップを、前記センサ素子のダイアフラム部と前記基板との対向部間に形成される空間内に配置した構成とする。該構成によって、センサ素子とＩＣチップの実装面積を最小限にし、薄型・小型化したセンサモジュールを実現する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の第１実施形態を示すセンサモジュールの断面図である。１はセンサ素子、２は信号処理用のＩＣチップである。前記センサ素子１及びＩＣチップ２は、ガラスエポキシ樹脂やセラミックスからなる実装基板３上に実装配置される形態である。前記センサ素子１は凹部１ｂを有する断面コ字形状を成している。前記センサ素子１は半導体基板（シリコン基板）からなり、前記半導体基板の一主表面をエッチングすることにより、薄肉構造のダイヤフラム部１ａを形成すると共に、凹部１ｂを形成している。前記ＩＣチップ２は、前記センサ素子１の凹部１ｂと前記実装基板３によって形成された空間（凹部１ｂ）内に配置される形態で、前記実装基板３上にフリップチップ実装されている。尚、４は金又はアルミニウムからなるワイヤーで、センサ素子１上のパッド部（不図示）と実装基板３上の配線パターン（不図示）とを接続し、信号ラインを形成している。当該構成によるセンサモジュールによれば、前記ＩＣチップ２をセンサ素子１の凹部１ｂ内部に配置する構成となるので、従来技術に示したようなセンサ素子上にＩＣチップ部品を積層、若しくは実装基板の同一面上にセンサ素子と隣接するようにしてＩＣチップ部品を配置搭載しないので、薄型化、小型化が可能となる。
【００２６】
ところで、本発明のセンサモジュールは、外部からの圧力等によって生ずるセンサ素子１のダイアフラム部１ａの変位、撓み量を、前記ダイヤフラム部１ａの表面に形成した、ピエゾ抵抗や金属からなる電極を介して、抵抗値の変化や静電容量の変化として電気的に検知するものである。本発明のセンサモジュールを、例えば、圧力を測定する圧力センサとして用いる場合には、図１に示す矢印方向からの圧力を受ける構成となる。この場合、前記ダイアフラム部１ａは、前記センサ素子１の凹部１ｂ内部に配置されたＩＣチップ側へ撓みを生じることとなる。前記ダイアフラム部１ａは薄肉構造であるため極度の撓みに対して機械的に脆い部分である。また、前記ダイアフラム部１ａの撓み方向、つまり前記センサ素子１の凹部１ｂ側にはＩＣチップ２が配置されているため、前記ダイアフラム部１ａの撓みによるＩＣチップ２への接触は、両者の機械的、電気的な破壊を招く虞れがあるためこのような状況は避けなければならない。そこで、前記センサ素子１の凹部１ｂ空間内に、前記センサ素子１のダイアフラム部１ａの撓み量を規制するためのストッパー部材を形成すると良い。以下に、前記ストッパー部材を設けた本発明のセンサモジュールを説明する。
【００２７】
図２は、本発明の第１実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの断面図である。本図において、センサ素子１のダイアフラム部１ａは、図２中の矢印方向からの圧力を受け、撓んだ状態を示している。５は前記ダイアフラム部１ａの撓み量を規制するためのストッパー部材である。当該ストッパー部材５は、絶縁性の樹脂で形成された枠状体であり、ＩＣチップ２の外周を取囲むようにして配置されている。該構成によれば、前記ストッパー部材５の上端部が前記ダイアフラム部１ａの撓みに対する規制位置となり、それ以上の撓みを制限することとなるので、前記ダイアフラム部１ａの機械的ダメージを防止できる。また、ＩＣチップ２への接触を防止できるので、両者の機械的、電気的破壊を防止できる。尚、前記ダイアフラム部１ａの撓みに対する規制位置は、前記ストッパー部材の高さを調整することにより任意に設定することが可能である。また、前記ストッパー部材５は、枠状に限定されるものではなく、ポール状に形成したものを少なくとも２本用い、前記ＩＣチップ２の外周位置で、各辺の中央若しくは隅部の位置に対向配置する構成でも良い。
【００２８】
図３は、本発明の第１実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図である。センサ素子１のダイアフラム部１ａは、図３中の矢印方向からの圧力を受け、撓んだ状態を示している。６はＩＣチップ２を保護するために充填された保護樹脂である。当該保護樹脂６を設けることにより、保護樹脂６の表面部が、前記ダイアフラム部１ａの撓みに対する規制位置となりストッパーとしての役割をなし、それ以上の撓みを制限することとなる。よって、前記ダイアフラム部１ａの機械的ダメージを防止できる。また、ＩＣチップ２への直接の接触を防止できるので、両者の機械的、電気的破壊を防止できる。さらに、前記保護樹脂に、硬化後においても軟らかいシリコン系樹脂を採用することで緩衝作用が向上する。
【００２９】
図４は、本発明の第１実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図である。センサ素子１のダイアフラム部１ａは、図４中の矢印方向からの圧力を受け、撓んだ状態を示している。７はＩＣチップで、前述のＩＣチップ２とは異なる実装形態で、電気的接続をワイヤー８によって行うワイヤーボンディング手法によるものである。本構成のセンサモジュールは、前記ワイヤー８を利用し、ワイヤー８のループ頂点を前記ダイアフラム部１ａの撓みに対する規制位置としてストッパーとしての役割を兼用させた構成である。当該構成によれば、それ以上の撓みを制限することとなり、前記ダイアフラム部１ａの機械的ダメージを防止できる。また、ＩＣチップ２への直接の接触を防止できるので、両者の機械的破壊を防止できる。また、電気的には、前記ダイアフラム部１ａとワイヤー８との接触によるショートを防止する必要があるが、前記ダイアフラム部１ａの前記ワイヤー８との接触面に絶縁膜を形成しておけば問題はない。尚、前記ダイアフラム部１ａの撓みに対する規制位置は、前記ワイヤー８のループ高さを調整することにより任意に設定することが可能である。
【実施例２】
【００３０】
図５は、本発明の第２実施形態を示すセンサモジュールの断面図である。９はセンサ素子で、薄板形状に形成されたものである。前記センサ素子９は、その中心から外周部の一部を除く部位にダイアフラム部９ａを有している。１０は信号処理用のＩＣチップである。前記センサ素子９及びＩＣチップ１０は、ガラスエポキシ樹脂やセラミックスからなる実装基板１１上に実装配置される形態である。前記実装基板１１には凹部１１ａが形成されており、前記センサ素子９が前記凹部１１ａを覆うようにして搭載されている。前記凹部１１ａは、前記センサ素子９のダイアフラム部９ａとの対向部位に位置し、図５中の矢印方向からの圧力を受け、前記凹部１１ａの空間方向へ撓む構成である。前記ＩＣチップ１０が配置される空間は、前記センサ素子９と前記実装基板１１の凹部１１ａによって形成された空間である。前記ＩＣチップ１０は、前記空間内の実装基板１１上にフリップチップ実装されている。尚、１２は金又はアルミニウムからなるワイヤーで、センサ素子９上のパッド部（不図示）と実装基板１１上の配線パターン（不図示）とを接続し、信号ラインを形成している。また、前記センサ素子９は、フリップチップ実装することも可能である。当該構成によるセンサモジュールによれば、センサ素子９を薄板状に形成し、前記ＩＣチップ１０を実装基板１１に設けた凹部１１ａ内部に配置する構成となるので、従来技術に示したようなセンサ素子にＩＣチップ部品を積層、若しくは実装基板の同一面上にセンサ素子と隣接するようにしてＩＣチップ部品を配置搭載しないので、薄型化、小型化が可能となる。
【００３１】
また、本第２実施形態においても、前記ダイアフラム部９ａの保護及びＩＣチップ１０との接触防止目的のため、前記実装基板１１の凹部１１ａ空間内に、前記センサ素子９のダイアフラム部９ａの撓み量を規制するためのストッパー部材を形成すると良い。以下に、前記ストッパー部材を形成した本発明のセンサモジュールを説明する。
【００３２】
図６は、本発明の第２実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの断面図である。センサ素子９のダイアフラム部９ａは、図６中の矢印方向からの圧力を受け、撓んだ状態を示している。１３はＩＣチップ１０を保護するために充填された保護樹脂である。当該保護樹脂１３を設けることにより、保護樹脂１３の表面部が、前記ダイアフラム部９ａの撓みに対する規制位置となりストッパーとしての役割をなし、それ以上の撓みを制限することとなる。よって、前記ダイアフラム部９ａの機械的ダメージを防止できる。また、ＩＣチップ２への直接の接触を防止できるので、両者の機械的、電気的破壊を防止できる。さらに、前記保護樹脂に、硬化後においても軟らかいシリコン系樹脂を採用することで緩衝作用が向上する。
【００３３】
図７は、本発明の第２実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図である。センサ素子９のダイアフラム部９ａは、図７中の矢印方向からの圧力を受け、撓んだ状態を示している。１４はＩＣチップで、前述のＩＣチップ１０とは異なる実装形態で、電気的接続をワイヤー１５によって行うワイヤーボンディングによるものである。本構成のセンサモジュールは、前記ワイヤー１５を利用し、ワイヤー１５のループ頂点を前記ダイアフラム部９ａの撓みに対する規制位置としてストッパーとしての役割を兼用させた構成である。当該構成によれば、それ以上の撓みを制限することとなり、前記ダイアフラム部９ａ自体の負荷を軽減でき、ＩＣチップ１４への直接の接触を防止できるので、両者の機械的破壊を防止できる。また、電気的には、前記ダイアフラム部９ａとワイヤー１５との接触によるショートを防止する必要があるが、前記ダイアフラム部９ａの前記ワイヤー１５との接触面に絶縁膜を形成しておけばよい。尚、前記ダイアフラム部９ａの撓みに対する規制位置は、前記ワイヤー８のループ高さを調整することにより任意に設定することが可能である。
【００３４】
前述のストッパー部材は、ＩＣチップを保護する保護樹脂やＩＣチップと基板間を接続するワイヤーを利用したものであるが、前記第１実施形態の図２に示すごとく、全く別体の部材を配置しても良い。
【００３５】
また、本発明のセンサモジュールを前記した実施形態において、圧力測定用のセンサモジュールとして説明したが、センサ種別はこれに限定されるものではなく、ダイアフラム部を有するセンサ素子を用いた各種センサに広く適用できるものである。例えば、ダイアフラム部に重りを付加し、これに加わる応力により変位するダイアフラム部の変位量を検知するように構成した加速度センサなどがその一例である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態を示すセンサモジュールの断面図。
【図２】本発明の第１実施形態で、ストッパー部を設けたセンサモジュールの断面図。
【図３】本発明の第１実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図。
【図４】本発明の第１実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図。
【図５】本発明の第２実施形態を示すセンサモジュールの断面図。
【図６】本発明の第２実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの断面図。
【図７】本発明の第２実施形態で、ストッパー部材を設けたセンサモジュールの他の例を示す断面図。
【図８】従来技術によるセンサモジュールの構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１    センサ素子
１ａ  ダイアフラム部
１ｂ  凹部
２    ＩＣチップ
３    実装基板
４    ワイヤー
５    ストッパー部材
６    保護樹脂
７    ＩＣチップ
８    ワイヤー
９    センサ素子
９ａ  ダイアフラム部
１０    ＩＣチップ
１１    実装基板
１１ａ  凹部
１２    ワイヤー
１３    保護樹脂
１４    ＩＣチップ
１５    ワイヤー
１６    ボディ
１６ａ  チップ搭載面
１６ｂ  圧力導入部
１７    半導体圧力センサ部
１８    ＩＣ部
１９    ＲＯＭ搭載部
２０    貫通配線
２１ａ  バンプ
２１ｂ  バンプ
２１ｃ  バンプ
２２    配線パターン
２３    ＴＡＢ
【図１】
2008082903.tif 000003
【図２】
2008082903.tif 000004
【図３】
2008082903.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008082903.tif 000007
【図６】
2008082903.tif 000008
【図７】
2008082903.tif 000009
【図８】
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