(57)【要約】【課題】圧力センサをセンサ取付部に接着する接着面積のばらつきを抑え、使用環境温度に影響されることなく正確な圧力を検出し得る。【解決手段】少なくとも圧力検知部１３と電極パッド１４が形成された素子基板１２を、接着剤１８によってセンサ取付部１７に固定させた圧力センサ１において、前記素子基板１２の前記センサ取付部１７に対する実装面１２ａに、余剰接着剤１８を逃がすトラップ溝１９を形成した。これにより、塗布された接着剤１８のうち接着強度を確保するのに必要な接着量以外の余剰接着剤１８を、このトラップ溝１９に流れ込ませることができ、接着ムラの発生を抑制し均一な接着面積を確保することができる。その結果、環境温度変化に拘わらず正確な圧力検出を行うことが可能となる。【選択図】      図４
2004361208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧力検知部と電極パッドが形成された素子基板を、接着剤によってセンサ取付部に固定させた圧力センサにおいて、
前記素子基板の前記センサ取付部に対する実装面に、余剰接着剤を逃がすトラップ溝を形成したことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記電極パッドは、前記実装面とは反対側の表面に形成されており、この電極パッドと相対向する位置の前記実装面にのみ前記接着剤が塗布され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】
前記電極パッドは、前記実装面とは反対側の表面に複数形成されており、各電極パッドと相対向する前記実装面のそれぞれの位置に前記接着剤が塗布されたことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサに関し、詳しくは、圧力センサの取り付け部への実装技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エッチング処理などの半導体製造技術を用いてシリコン基板（Ｓｉ基板）上に形成される、いわゆるダイヤフラム型の圧力センサが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の圧力センサとしては、例えば図１０に示すように、半導体製造技術によってシリコン基板１０１上に圧力を検出する圧力検知部（ダイヤフラム部）１０２と、この圧力検知部１０２に生じる撓みを検出する撓み検出素子であるピエゾ抵抗素子１０３と、このピエゾ抵抗素子１０３が検出した抵抗値を出力する外部接続用の複数個の電極パッド１０４と、ピエゾ抵抗素子１０３上に設けられるストッパーガラスである閉塞板１０５等から構成されている。
【０００４】
この圧力センサは、流体圧力等が圧力検知部１０２に作用すると、この圧力に応じて当該圧力検知部１０２が全体に亘って撓む。このとき、ピエゾ抵抗素子１０３は、撓み変形部分となる圧力検知部１０２上に設けられていることから、当該ピエゾ抵抗素子１０３に歪みが生じる。そして、このピエゾ抵抗素子１０３の抵抗値はこの歪み量に応じて変化するから、圧力センサは、前記ピエゾ抵抗素子１０３の抵抗値を各電極パッド１０４間の電圧・電流値として検出することにより、前記圧力検知部１０２に加わる圧力を検出している。
【０００５】
また、この圧力センサは、センサ取付部１０６に対して接着剤１０７により、そのシリコン基板１０１の下端面全面を接着面として固定している。すなわち、シリコン基板１０１の下端面に形成した受圧凹溝１０８を除いて、前記シリコン基板１０１の下端面全面に接着剤１０７を塗布している。このように、シリコン基板１０１の下端面全面を接着面として、前記圧力センサをセンサ取付部１０６に固定させているので、充分な接合強度が確保される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１１８６４２号公報（第５頁及び第６頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したようにシリコン基板１０１の下端面全面に接着剤１０７を塗布した場合、圧力センサの使用温度範囲においてセンサ取付部１０６に熱応力が生じ、当該圧力センサの出力特性に変化（温度特性が悪化する）が生じる。
【０００８】
すなわち、圧力センサの使用温度（例えば−４０〜１５０℃）にてセンサ取付部１０６に生じた熱応力（歪み）が、接着剤１０７を介して圧力検知部１０２に伝達するため、圧力センサに出力変化が生じることになる。これは、圧力センサをセンサ取付部１０６に搭載するときの接着剤１０７の広がり方によって、接着面積がばらつくためと考えられる。尚、接着剤の塗布量を充分に管理して接着していても、接着面積が大きいために前記ばらつきが生じ、使用環境温度変化に対する圧力センサの検出精度は劣化する。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力センサをセンサ取付部に接着する接着面積のばらつきを抑え、使用環境温度に影響されることなく正確な圧力を検出し得る信頼性の高い圧力センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも圧力検知部と電極パッドが形成された素子基板を、接着剤によってセンサ取付部に固定させた圧力センサにおいて、前記素子基板の前記センサ取付部に対する実装面に、余剰接着剤を逃がすトラップ溝を形成したことを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、素子基板のセンサ取付部に対する実装面に、余剰接着剤を逃がすトラップ溝を形成したので、接着強度を確保するのに必要な接着量以外の余剰接着剤は、このトラップ溝に流れ込むことになる。
【００１２】
したがって、本発明によれば、接着面積のばらつきを抑えることができ、一定の接着面積にて圧力センサをセンサ取付部に接着固定させることができる。その結果、センサ使用温度環境変化によるセンサ取付部の熱応力（歪み）の影響を圧力検知部が受けなくなり、圧力センサは、環境温度変化に拘わらず正確な圧力を検出することが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、電極パッドを、実装面とは反対側の表面に形成しており、この電極パッドと相対向する位置の前記実装面にのみ接着剤を塗布したことを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、電極パッドと相対向する位置の実装面にのみ接着剤を塗布したので、圧力センサをセンサ取付部に接着固定させるのに足る充分な必要最小限の接着量となし得る。
【００１５】
したがって、本発明によれば、センサ取付部に生じる熱応力の圧力検知部への伝達が抑えられ、環境温度変化による圧力センサの出力値のばらつきを抑えることができ、正確な圧力を検知することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、電極パッドを、実装面とは反対側の表面に複数形成しており、各電極パッドと相対向する前記実装面のそれぞれの位置に接着剤を塗布したことを特徴とする。
【００１７】
上記の構成によれば、各電極パッドと相対向する実装面のそれぞれの位置に接着剤を塗布しているので、必要且つ最小限の接着面積となる。
【００１８】
したがって、本発明によれば、センサ取付部に生じる熱応力の圧力検知部への伝達がより一層軽減され、環境使用温度に左右されることなく、圧力センサの出力値を安定させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態におけるピエゾ抵抗型の圧力センサを一部破断して示す正面図である。図１に示す圧力センサは、段付き円筒状のホルダ１と、このホルダ１の基端側に設けられたコネクタ２と、該ホルダ１の先端側の外周に形成された雄ネジ３と、コネクタ２と雄ネジ３との間に設けられた六角ナット４とを有している。
【００２１】
コネクタ２は、後述する圧力センサ素子で検出された圧力検出値を取り出すための外部接続用のコネクタである。雄ネジ３は、圧力センサを、例えば、ブレーキライン、又は、パワステ油圧ライン等の配管に接続するための締結手段として使用される。六角ナット４は、圧力センサを被取付部に取り付ける際に使用される。
【００２２】
ホルダ１の先端部には、圧力センサ素子５と信号処理回路部６を実装させる凹陥部７が形成されている。この凹陥部７の上方には、当該凹陥部７による空間部を外部空間と隔成させるためのダイヤフラム８が設けられている。そして、このダイヤフラム８と凹陥部７とで形成される密閉空間には、図示を省略するシリコンオイルが充填されている。
【００２３】
また、ダイヤフラム８の上方には、ホルダ１の先端側周縁に溶接固定された天面を構成するプロテクタ９が設けられている。このプロテクタ９には、当該プロテクタ９とダイヤフラム８とで形成される空間部に圧力検出を行う流体を流入させるための開口部９ａがほぼ中央位置に形成されている。
【００２４】
このように構成された圧力センサ素子５は、プロテクタ９とダイヤフラム８間の空間部に流入した流体の圧力を、当該ダイヤフラム８を介してシリコンオイルに伝達させ、その伝達によるシリコンオイルの圧力を、後述するピエゾ抵抗素子からなる圧力検知部で検出するようになっている。そして、この圧力センサ素子５からの出力が後述する信号処理回路部６で処理され、処理後の検出信号がコネクタ２を介して外部へ出力される。
【００２５】
ホルダ１には、軸方向に貫通する信号線取り出し孔１０が形成されている。この信号線取り出し孔１０には、ガラスで封止されるワイヤー１１が配索されている。そして、ワイヤー１１は、信号処理回路部６とコネクタ２間を接続し、信号処理回路部６からの出力をコネクタ２へと伝達させる役目をする。
【００２６】
図２（Ａ）は、圧力センサ素子５及び信号処理回路部６の実装構造を示す拡大平面図であり、同図（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図３は、圧力センサ素子５の底面図であり、図４は、圧力センサ素子５の断面図である。
【００２７】
圧力センサ素子５は、平面矩形状の素子基板１２と、この素子基板１２に形成された圧力検知部１３と、圧力検知部１３に生じる撓みを検出するピエゾ抵抗素子（図示せず）と、このピエゾ抵抗素子が検出した抵抗値を出力する外部接続用の複数個の電極パッド１４と、ピエゾ抵抗素子上に設けられるストッパーガラスである閉塞板１５から構成されている。
【００２８】
素子基板１２の裏面には、平面略矩形状で断面略台形状をなす凹溝として形成される受圧凹溝１６が形成されている。この受圧凹溝１６が形成されることによって薄肉厚とされた前記素子基板１２の部分は、圧力を検知する圧力検知部１３として機能する。この圧力検知部１３には、当該圧力検知部１３に生じた撓みを検出するピエゾ抵抗素子が設けられている。
【００２９】
また、素子基板１２の裏面（実装面）には、この圧力センサ素子５をセンサ取付部１７に接着剤１８によって接着固定させるときに、余剰接着剤１８を逃がすトラップ溝１９が形成されている。かかるトラップ溝１９は、複数個の電極パッド１４が直線上に配列される位置と相対向する位置に塗布される接着剤１８の長手方向における一側縁近傍部に、断面略逆Ｖ字状をなす長穴として形成されている。このトラップ溝１９と受圧凹溝１６は、前工程でエッチングマスクを形成し、後工程でエッチング溶液（例えばヒドラジン等）にて同時に形成される。
【００３０】
接着剤１８は、前記したように、素子基板１２のセンサ取付部１７に対する裏面である実装面１２ａのうち、前記した電極パッド１４と相対向する位置に塗布される。図３では、接着剤１８の塗布領域を、一点鎖線で示す長方形状部分とした。
【００３１】
一方、素子基板１２の表面には、ピエゾ抵抗素子が検出した抵抗値を出力する複数個の電極パッド１４が形成されている。これら電極パッド１４は、素子基板１２の一側縁近傍部に沿って直線上に配列されている。
【００３２】
閉塞板１５は、圧力検知部１３の表面側（受圧凹溝１６の反対側）に設けられる凹溝（図示せず）を閉塞して基準圧力室を形成する。圧力検知部１３は、この閉塞板１５によって形成された基準圧力室側と受圧凹溝１６側との差圧の作用により、当該差圧に応じた撓みが前記ピエゾ抵抗素子で検出されることになる。
【００３３】
尚、この圧力センサ素子５が実装されるセンサ取付部１７には、前記受圧凹溝１６と相対向する位置に、該受圧凹溝１６とダイヤフラム８で形成される密閉空間を連通させるための凹陥溝２０が形成されている。
【００３４】
信号処理回路部６は、図２に示すように、センサ取付部１７に対して裏面全面が接着剤２１によって固定されている。この信号処理回路部６の表面には、前記圧力センサ素子５の電極パッド１４とボンドワイヤー２２によって接続されるリード電極パッド２３が形成されている。電極パッド１４とリード電極パッド２３は、半導体製造技術であるワイヤーボンディングによって接続される。
【００３５】
また、信号処理回路部６の表面には、この信号処理回路部６からの信号を伝送させる信号出力線２４の一端が接続されている。信号出力線２４の他端は、センサ取付部１７に形成されたターミナル２５に接続されている。
【００３６】
このように、本実施の形態では、圧力センサ素子５の実装面１２ａのうち、電極パッド１４と相対向する位置にのみ接着剤１８を塗布して当該圧力センサ素子５をセンサ取付部１７に接着固定させているので、実装面１２ａ全面を接着させる場合に比べて接合面積が小さくなるので、圧力センサ素子５とセンサ取付部１７との熱膨張率の違いによるストレスの影響が低減され、環境温度の変化に対して圧力検出の精度を維持することができる。
【００３７】
特に、本実施の形態では、余剰接着剤１８を逃がすトラップ溝１９を素子基板１２の実装面１２ａに形成しているので、塗布された接着剤１８のうち接着強度を確保するのに必要な接着量以外の余剰接着剤１８がこのトラップ溝１９に流れ込む。トラップ溝１９に入り込んだ余剰接着剤１８は、センサ取付部１７とは接着されることはないようになっている。
【００３８】
したがって、本実施の形態では、接着ムラが生じないと共に接着面積のばらつきを抑えることができ、一定の接着面積にて圧力センサをセンサ取付部１７に接着固定させることができる。その結果、本実施の形態の圧力センサによれば、環境温度変化に拘わらず正確な圧力検出ができ、信号処理回路部６のゲイン補正により温度特性出力が調整可能となる。
【００３９】
図５は、出力温度特性を示すグラフである。このグラフから明らかなように、本実施の形態では、図５中破線で示すように、センサ使用温度（−４０〜１５０℃）範囲において、ほぼ一定した変化率を示していることが判る。実装面１２ａの全面を接着固定していた従来構造では、１００℃を超えたところから急激に変化率が増加しており、センサ取付部１７の熱応力（歪み）の影響を圧力センサ素子５が受けていることが判る。しかしながら、本実施の形態では、このセンサ取付部１７の熱応力の影響を圧力センサ素子５がほとんど受けていないことが、このグラフから実証された。
【００４０】
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態における圧力センサ素子の背面図であり、図７は、図６の一部を拡大して示す要部の拡大背面図である。
【００４１】
この実施の形態では、第１実施形態と同じく、各電極パッド１４と相対向する素子基板１２の実装面１２ａのそれぞれの位置に接着剤１８を塗布して圧力センサ素子５をセンサ取付部１７に接着固定させた構成であるが、トラップ溝１９の形状を異にしている。
【００４２】
すなわち、本実施の形態では、トラップ溝１９を、各電極パッド１４が配列された周囲と相対向する位置を略コ字状に取り囲んだ形状としている。このトラップ溝１９も同様に、エッチングマスクを使用して、前記した受圧凹溝１６及び接着剤塗布領域２６と同時にエッチングにより形成される。
【００４３】
このように、各電極パッド１４が配列された周囲と相対向する位置を取り囲むように略コ字状のトラップ溝１９を形成したので、接着剤１８の広がり方に応じて３方向に流れる余剰接着剤１８を前記略コ字状のトラップ溝１９でトラップすることができる。したがって、本実施の形態では、接着面積のバラツキを抑えて均一な接着面を確保することができる。
【００４４】
（第３実施形態）
図８は、第３実施形態における圧力センサ素子の背面図であり、図９は、図８の一部を拡大して示す要部の拡大背面図である。
【００４５】
この実施の形態では、第１実施形態と同じく、各電極パッド１４と相対向する素子基板１２の実装面１２ａのそれぞれの位置に接着剤１８を塗布して圧力センサ素子５をセンサ取付部１７に接着固定させた構成であるが、トラップ溝１９の形状を異にしている。
【００４６】
すなわち、素子基板１２の実装面１２ａのうち、図９中矩形状の破線で表される各電極パッド１４と相対向する位置には、それぞれの電極パッド１４と相対向する位置にのみ接着剤１８を塗布させるための接着面としての接着剤塗布領域２６が形成されている。これら接着剤塗布領域２６は、電極パッド１４の数に応じた数だけ設けられる。例えば、電極パッド１４の数が４つであれば、接着剤塗布領域２６もこれに応じて４つ設けられる。
【００４７】
接着剤塗布領域２６は、少なくとも電極パッド１４の大きさとほぼ同じ程度の大きさとされた矩形状をなして実装面１２ａと同じ面に形成されている。この接着剤塗布領域２６は、トラップ溝１９及び受圧凹溝１６をエッチングによって形成するときに、同時に形成される。すなわち、エッチングマスクを形成する際に、トラップ溝１９、受圧凹溝１６及び接着剤塗布領域２６も合わせて形成し、このエッチングマスクを使用して前記素子基板１２をエッチングすることによって形成する。
【００４８】
また、余剰接着剤１８を逃がすトラップ溝１９は、各接着剤塗布領域２６の周縁近傍部に、断面略逆Ｖ字状をなす穴として略口字状に形成されている。
【００４９】
このように本実施の形態では、各電極パッド１４と相対向する実装面１２ａのそれぞれの位置に接着剤塗布領域２６を形成し、その接着剤塗布領域２６に接着剤１８を塗布しているので、必要且つ最小限の接着面積となし得る。このため、センサ取付部１７に生じる熱応力の圧力検知部１３への伝達がより一層軽減され、環境使用温度に左右されることなく、圧力センサによる出力値のバラツキを抑制して安定化なものとなすことができ、また、温度特性出力の安定化が望める。
【００５０】
さらに、各接着剤塗布領域２６の周囲を取り囲むようにトラップ溝１９を略口字状にそれぞれ形成したので、接着剤１８の広がり方に応じて４方向に流れる余剰接着剤１８を前記略口字状のトラップ溝１９で確実にトラップすることができる。したがって、本実施の形態では、接着面積のバラツキを抑えて均一な接着面を確保することができる。
【００５１】
（その他の技術的思想）
上記各実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
請求項１記載の圧力センサであって、前記トラップ溝を、前記圧力検知部と同時にエッチングにより形成したことを特徴とする圧力センサ。
【００５２】
この構成によれば、エッチングによって圧力検知部を形成するのと同時にトラップ溝も形成することができるため、製造工程の簡略化を図ることができると共に圧力センサを安価に製造することができる。
【００５３】
請求項２又は請求項３に記載の圧力センサであって、前記トラップ溝を、前記電極パッドと相対向する位置の周囲に沿って形成したことを特徴とする圧力センサ。
【００５４】
この構成によれば、電極パッドと相対向する位置の周囲を取り囲むようにトラップ溝を形成することによって、任意の方向に流れる余剰接着剤を前記トラップ溝でトラップさせることができ、均一な接着面の確保により、安定した出力値を出力し得る圧力センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１実施形態におけるピエゾ抵抗型の圧力センサを一部破断して示す正面図である。
【図２】図２（Ａ）は圧力センサ素子及び信号処理回路部の実装構造を示す拡大平面図であり、同図（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は圧力センサ素子の底面図である。
【図４】図４は圧力センサ素子の断面図である。
【図５】図５は出力温度特性を示すグラフである。
【図６】図６は本発明の第２実施形態における圧力センサ素子の背面図である。
【図７】図７は図６の一部を拡大して示す要部の拡大背面図である。
【図８】図８は本発明の第３実施形態における圧力センサ素子の背面図である。
【図９】図９は図８の一部を拡大して示す要部の拡大背面図である。
【図１０】図１０は従来の圧力センサの断面図である。
【符号の説明】
１  圧力センサ
５  圧力センサ素子
６  信号処理回路部
８  ダイヤフラム
１２  素子基板
１２ａ  実装面
１３  圧力検知部
１４  電極パッド
１７  センサ取付部
１８  接着剤
１９  トラップ溝
２６  接着剤塗布領域
【図１】
2004361208.tif 000003
【図２】
2004361208.tif 000004
【図３】
2004361208.tif 000005
【図４】
2004361208.tif 000006
【図５】
2004361208.tif 000007
【図６】
2004361208.tif 000008
【図７】
2004361208.tif 000009
【図８】
2004361208.tif 000010
【図９】
2004361208.tif 000011
【図１０】
2004361208.tif 000012