(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサ素子が圧力伝達樹脂で覆われている圧力検知装置において、
下部支持体と、その上に固定される上部支持体とが設けられ、
前記下部支持体に形成された凹部に前記圧力センサ素子が収納されて、前記圧力センサ素子と前記凹部内に設けられた接続パッドとがワイヤで接続されており、
前記上部支持体に検知穴が貫通して形成され、前記検知穴の開口面積が前記凹部の開口面積よりも小さく、前記下部支持体と前記上部支持体との接合境界部に、前記上部支持体の下面が前記凹部の一部を覆う段差部が形成されており、
前記圧力伝達樹脂が、前記凹部と前記段差部によって画成される空間を満たし、さらに前記検知穴の内周面の少なくとも一部を被覆するように、連続して充填されていることを特徴とする圧力検知装置。
【請求項２】
前記段差部では、前記上部支持体の下面が、前記検知穴の中心線に対して垂直に形成されている請求項１記載の圧力検知装置。
【請求項３】
前記圧力センサと前記接続パッドとを接続する前記ワイヤが、前記凹部内に位置して、前記圧力伝達樹脂で覆われている請求項１または２記載の圧力検知装置。
【請求項４】
前記凹部内にＩＣ素子が収納されており、前記圧力センサ素子と前記ＩＣ素子とがワイヤで接続されており、前記ＩＣ素子も前記圧力伝達樹脂で覆われている請求項１ないし３のいずれかに記載の圧力検知装置。
【請求項５】
前記圧力センサと前記ＩＣ素子とを接続する前記ワイヤが、前記凹部内に位置して、前記圧力伝達樹脂で覆われている請求項４記載の圧力検知装置。
【請求項６】
前記凹部の開口形状が矩形状であり、前記検知穴の断面形状が円形である請求項１ないし５のいずれかに記載の圧力検知装置。
【請求項７】
前記検知穴の全周に、前記段差部が形成されている請求項６記載の圧力検知装置。
【請求項８】
前記凹部には、第１の方向で対向する一対の内壁面が設けられ、前記第１の方向と直交する第２の方向に、前記凹部の底部よりも浅く形成された棚部が形成されており、前記棚部に前記接続パッドが配置されている請求項１ないし７のいずれかに記載の圧力検知装置。
【請求項９】
前記下部支持体は、セラミックで形成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の圧力検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサ素子が圧力伝達樹脂で覆われた防水性の圧力検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、防水機能を有する圧力センサパッケージが記載されている。
【０００３】
この圧力センサパッケージは、ケーシングに形成された凹部の底部に圧力センサチップが固定されている。ケーシングは、内部にリードフレームが含まれるようにインサート成形されて、ケーシングの凹部内にリードフレームの一部が露出しており、圧力センサチップとリードフレームの一部とが導電性ワイヤで接続されている。ケーシングの凹部には、ゲル状ポッティング樹脂である封止樹脂が充填されており、凹部内の圧力センサチップが封止樹脂で覆われている。
【０００４】
この圧力センサパッケージは、液体が封止樹脂に接触すると、液体の圧力が封止樹脂を介して圧力センサチップに伝達されて、圧力が検知される。
【０００５】
特許文献１に記載された圧力センサパッケージでは、凹部の内壁面と封止樹脂との接合面が、底部に向かうにしたがって対向間隔が徐々に狭まるように傾斜している。そのため、凹部の開口部において前記接合面の一部に欠陥が生じて液体が浸入することがあると、その液体が凹部の内壁面を伝わって底部に浸透しやすくなり、電気的接合部に接触する可能性がある。
【０００６】
特許文献２に記載されたセンサ用パッケージでは、下側パッケージ部材の上面の中央部に形成された凹部内に圧力センサ素子が固定されており、下側パッケージ部材の上面に露出しているリードと圧力センサ素子とがボンディングワイヤで接続されている。下側パッケージ部材の上に上側パッケージ部材が重ねられて固定されている。上側パッケージ部材には上下に貫通する開口部が形成されており、開口部は、その内径が、下側に向かうにしたがって徐々に広くなるように形成されている。
【０００７】
特許文献２に記載のセンサ用パッケージは、上側パッケージ部材に形成された開口部の開口寸法が下側に向かうにしたがって徐々に広くなり、開口部の内壁面が傾斜するテーパ面となっている。そのため、開口部において封止樹脂と内壁面との接合面の一部に欠陥などが生じ、接合面に液体が浸入することがあると、液体が前記接合面の傾斜にしたがって、下側パッケージ部材の方向へ浸透しやすい。前記接合面の傾斜方向は、特許文献１とは逆向きであるため、このセンサ用パッケージでは、特許文献１に記載されたものに比べると、その液体が下方へ浸透しづらくはなっている。ただし、前記接合面がテーパ面であるがために、液体が下側パッケージ部材に至るまで浸透するのを完全に阻止することが難しい。
【０００８】
また、特許文献２に記載されたものは、下側パッケージ部材に、圧力センサ素子が設置される凹部が形成されているが、この凹部の開口面積が、上側パッケージ部材に形成された開口部の開口面積よりも狭くなっている。そのため、前記凹部と開口部との間に、液体の浸入を防止するのに有効な段差部を形成することはできない。また、ボンディングワイヤは、下側パッケージ部材の上方に露出した位置にあって、圧力センサチップが設置された凹部の外側に向けて配線されている。そのため、封止樹脂と内壁面との接合面に液体が浸透したときに、この液体が、ボンディングワイヤや、ボンディングワイヤとリードとの接続部に触れやすい。
【０００９】
また、ボンディングワイヤが下側パッケージ部材の上方に露出しているため、上側パッケージ部材を取付ける前の状態で、ボンディングワイヤが工具やその他の物に接触しやすくなり、ワイヤ配線の信頼性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ  ２００９／１１９３４９  Ａ１
【特許文献２】特開平７−３８１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、圧力伝達樹脂と支持体との接合面における防水機能を高くできる構造の圧力検知装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、圧力センサ素子が圧力伝達樹脂で覆われている圧力検知装置において、
下部支持体と、その上に固定される上部支持体とが設けられ、
前記下部支持体に形成された凹部に前記圧力センサ素子が収納されて、前記圧力センサ素子と前記凹部内に設けられた接続パッドとがワイヤで接続されており、
前記上部支持体に検知穴が貫通して形成され、前記検知穴の開口面積が前記凹部の開口面積よりも小さく、前記下部支持体と前記上部支持体との接合境界部に、前記上部支持体の下面が前記凹部の一部を覆う段差部が形成されており、
前記圧力伝達樹脂が、前記凹部と前記段差部によって画成される空間を満たし、さらに前記検知穴の内周面の少なくとも一部を被覆するように、連続して充填されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の圧力検知装置は、前記段差部において、前記上部支持体の下面が、前記検知穴の中心線に対して垂直に現れているものが好ましい。
【００１４】
本発明の圧力検知装置は、下部支持体に形成された凹部と上部支持体に形成された検知穴との間に段差が形成されているため、検知穴の内面と圧力伝達樹脂との接合面に欠陥が生じるなどして液体が浸入することがあったとしても、この液体が段差部で確実に阻止されるようになり、圧力センサ素子が収納されている下側支持体の凹部内の防水性を高めることができる。
【００１５】
本発明の圧力検知装置は、前記凹部内にＩＣ素子が収納されており、前記圧力センサ素子と前記ＩＣ素子とがワイヤで接続されており、前記ＩＣ素子も前記圧力伝達樹脂で覆われていることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明の圧力検知装置は、前記圧力センサと前記接続パッドとを接続する前記ワイヤおよび／または前記圧力センサと前記ＩＣ素子とを接続する前記ワイヤが、前記凹部内に位置して、前記圧力伝達樹脂で覆われているものが好ましい。
【００１７】
本発明は、下部支持体の凹部内の防水性が高いため、ワイヤの配線部を下側支持体の凹部内に配置しておくことにより、液体がワイヤと接続パッドとの接続部に浸透することが生じにくくなる。
【００１８】
本発明の圧力検知装置は、例えば、前記凹部の開口形状が矩形状であり、前記検知穴の断面形状が円形である。
【００１９】
この場合に、前記検知穴の全周に、前記段差部が形成されていることが好ましい。ただし、本発明では、検知穴の周囲の一部に段差部が形成されていない箇所があったとしても、少なくとも周囲の２／３以上の範囲に段差部が形成されていれば、この段差部で防水機能を発揮することが可能である。
【００２０】
本発明の圧力検知装置は、前記凹部には、第１の方向で対向する一対の内壁面が設けられ、前記第１の方向と直交する第２の方向に、前記凹部の底部よりも浅く形成された棚部が形成されており、前記棚部に前記接続パッドが配置されていることが好ましい。
【００２１】
上記構造では、上側支持体の検知穴から液体状の圧力伝達樹脂が注入されて、検知穴よりも広い凹部内に至ったときに、樹脂が第１の方向で対向する内壁面に当たり、第１の内壁面に沿って第２の方向へ流れ、棚部が形成された領域に浸透していくようになり、樹脂を広い容積の凹部内に浸透させやすくなる。なお、樹脂が凹部と検知穴に充填された後に、真空脱泡処理が行なわれ、樹脂が硬化させられて軟質な圧力伝達樹脂が形成される。
本発明は、前記下部支持体は、セラミックで形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の圧力検知装置は、圧力センサ素子が収納されている下側支持体の凹部よりも、上側支持体の検知穴の開口寸法が小さく、凹部と検知穴の境界部に段差部が形成されている。そのため、検知穴の内壁面と圧力伝達樹脂との境界面に液体が浸入することがあったとしても、この液体が凹部内に浸透しにくくなり、圧力センサ素子と接続ワイヤとが収納されている凹部の防水性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の圧力検知装置の斜視図、
【図２】図１に示す圧力検知装置の上部支持体を持ち上げた状態を示す分解斜視図、
【図３】図１の圧力検知装置をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図、
【図４】図１の圧力検知装置をＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図、
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態の圧力検知装置１は、潜水用腕時計、潜水用コンピュータ、その他の用途の水圧計として使用される。
【００２５】
圧力検知装置１は、下部支持体１０と上部支持体２０とが重ねられて固定される。下部支持体１０はＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３を含むセラミック材料で形成されている。上部支持体２０は、下部支持体１０と同じセラミック材料で形成され、またはＳｉ基板などで形成されている。
【００２６】
下部支持体１０には、その上面１０ａにおいて開口する凹部１１が形成されている。下部支持体１０の平面形状は矩形状（四角形）であり、凹部１１の開口形状も矩形状（四角形）である。
【００２７】
図２および図３と図４に示すように、凹部１１の底面１２は下部支持体１０の上面１０ａと平行である。凹部１１には、第１の方向（Ｘ方向）で対向し且つ第２の方向（Ｙ方向）へ延びる内壁面１３ａ，１３ｂが形成されている。内壁面１３ａ，１３ｂは、底面１２から垂直に立ち上がる平坦面である。
【００２８】
凹部１１の内部では、第２の方向であるＹ１側に内壁面１４ａが形成され、同じく第２の方向であるＹ２側に内壁面１４ｂが形成されている。Ｙ１側の内壁面１４ａの内側には棚部１５が形成されている。棚部１５は、底面１２よりも上面１０ａに近い位置にあって、内壁面１４ａに沿ってＸ方向の全長にわたって形成されており、棚部１５と内壁面１４ａとは垂直である。Ｙ２側の内壁面１４ｂの内側にも棚部１６ａ，１６ｂが形成されている。棚部１６ａと棚部１６ｂは、Ｘ方向へ間隔を空けて形成されている。内壁面１４ｂとそれぞれの棚部１６ａ，１６ｂは垂直である。
【００２９】
Ｙ１側の棚部１５の上面には３個の接続パッド１７ａが設けられている。Ｙ２側の棚部１６ａの上面には２個の接続パッド１７ｂが設けられ、棚部１６ｂの上面には２個の接続パッド１７ｃが設けられている。セラミック製の下部支持体の内部にはメッキ工程によって金や銅などの低抵抗金属材料が埋め込まれており、その一部が前記棚部１５，１６ａ，１６ｂの上面に現れて前記接続パッド１７ａ，１７ｂ，１７ｃが形成されている。また低抵抗金属材料の一部は、下部支持体１０の下面１０ｂに現れて複数の外部端子部となっており、外部端子部と接続パッド１７ａ，１７ｂ，１７ｃが一対一の関係で導通している。
【００３０】
下部支持体１０は、本体部分がセラミック材料で形成され、接続パッド１７ａ，１７ｂ，１７ｃと外部端子部を形成する低抵抗金属材料がセラミック材料に埋め込まれた構造である。そのため、下部支持体１０の本体部分と低抵抗金属材料との密着性が良好であり、セラミック材料と低抵抗金属材料との接合部から凹部１１の内部に液体が浸入することは、ほぼありえない。この点に関しては、接続パッドと外部端子部とがリードフレームで形成され、リードフレームを含むように合成樹脂材料でインサート成形された支持体よりも防水性に優れたものとなる。
【００３１】
図２と図３に示すように、下部支持体１０の凹部１１の内部では、Ｙ２側の内壁面１４ｂの内側に、棚部１６ａと棚部１６ｂがＸ方向に間隔を空けて形成されており、棚部１６ａと棚部１６ｂとの間に圧力センサ素子３１が配置されている。圧力センサ素子３１は、凹部１１の底面１２にダイボンディングによって固定されている。また、Ｙ１側の棚部１５とＹ２側の棚部１６ａ，１６ｂとの間にＩＣ素子３２が配置されており、ＩＣ素子３２は、凹部１１の底面１２にダイボンディングによって固定されている。
【００３２】
圧力センサ素子３１は、ＭＥＭＳ素子で構成されており、圧力を検知する変形部と、この変形部の変形量（撓み量）を検知する圧電素子とを有している。ＩＣ素子３２は、ＡＳＩＣを構成する集積回路を形成するベアチップ、あるいは、ベアチップを収納したＩＣパッケージである。
【００３３】
図２に示すように、ワイヤボンディング工程によって、ＩＣ素子３２と接続パッド１７ａとが接続ワイヤ３２ａで接続され、ＩＣ素子３２と圧力センサ素子３１とが接続ワイヤ３２ｂで接続される。また、ＩＣ素子３２と接続パッド１７ｂが接続ワイヤ３２ｃで、ＩＣ素子３２と接続パッド１７ｃが接続ワイヤ３２ｄで接続され、圧力センサ素子３１と接続パッド１７ｂ，１７ｃとが接続ワイヤ３２ｅで接続されている。
【００３４】
上部支持体２０の平面形状は矩形状（四角形）である。上部支持体２０の中央部には、上下に貫通する検知穴２１が形成されている。検知穴２１の開口形状は真円形であり、内径は、その厚み方向において均一である。検知穴２１の内径寸法は、前記凹部１１のＸ方向の開口寸法とＹ方向の開口寸法のいずれの寸法よりも短い。
【００３５】
下部支持体１０の内部に圧力センサ素子３１とＩＣ素子３２が固定されワイヤボンディングで配線された後に、下部支持体１０の上に上部支持体２０が設置されて接着手段などで固定される。上部支持体２０に形成された検知穴２１の内径は、下部支持体１０に形成された凹部１１の開口部のＸ方向とＹ方向の開口寸法よりも小さいため、図３と図４に示すように、下部支持体１０と上部支持体２０との接合部に段差部２２が形成される。段差部２２には、上部支持体２０の下面２０ｂが凹部１１の一部を上方から覆うように現れる。
【００３６】
検知穴２１の内周面２１ａはＸ−Ｙ方向と直交する上下方向に向けて垂直面であるため、内周面２１ａから下面２０ｂにかけて面が垂直に変化し、段差部２２において、検知穴２１の空間が凹部１１の内部に向けて広がる。すなわち、凹部１１の上方には、検知穴２１の中心線と垂直な下面２０ｂが対向している。ただし、内周面２１ａと下面２０ｂとの角部に面取りなどが形成されていてもよい。
【００３７】
前記段差部２２は、検知穴２１の周囲の全周に連続して形成されていることが好ましいが、この段差部２２が一部形成されていなくてもよい。この場合に、検知穴２１の周囲の２／３以上の範囲に段差部２２が形成されていることが好ましい。
【００３８】
図３と図４に示すように、下部支持体１０と上部支持体２０とが組み合わされて固定された後に、凹部１１の内部と検知穴２１の少なくとの一部に圧力伝達樹脂４０が充填される。
【００３９】
圧力伝達樹脂４０は、液状のシリコーン樹脂などであり、検知穴２１から凹部１１に注入した後に、真空脱泡処理が行われて液内の気泡が除去され、その後に硬化させる。硬化処理は２液混合処理や熱硬化処理などである。図３と図４に示すように、圧力伝達樹脂４０は、凹部１１の内部の全域から検知穴２１の少なくとも一部まで連続して充填されており、段差部２２においても、圧力伝達樹脂４０が、凹部１１の内壁面１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂおよび上部支持体２０の下面２０ｂに密着するように充填されている。
【００４０】
前記構造の圧力検知装置１は、水圧計や液圧計などに装備され、下部支持体１０の下面１０ｂに設けられた外部端子部が、基板のランド部に半田付けされる。
【００４１】
圧力検知装置１は、検知穴２１が水などの液体に接触する環境下で使用され、水などの液体が検知穴２１内の圧力伝達樹脂４０に接触し、その圧力が軟質な合成樹脂である圧力伝達樹脂４０を介して圧力センサ素子３１に作用し、圧力が検知される。
【００４２】
圧力センサ素子３１とＩＣ素子３２ならびに接続ワイヤ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、全て下部支持体１０の凹部１１の内部に収まっており、これらは下部支持体１０の上面１０ａから上方へ突出していない。そのため、ワイヤボンディング工程の後の工程で、下部支持体１０を取り扱うときに、接続ワイヤ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅが工具や治具に触れにくくなり、作業中の断線などが生じにくくなる。
【００４３】
上部支持体２０に形成された検知穴２１の開口寸法（開口面積）が、下部支持体１０に形成された凹部１１の開口寸法（開口面積）よりも小さいため、圧力伝達樹脂４０は、下部支持体１０の凹部１１の内部に閉じ込められるようにして充填される。そのため、検知穴２１の内周面２１ａと圧力伝達樹脂４０との接合面の一部に欠陥や損傷による隙間が発生して、この接合面に液体が浸入することがあったとしても、この液体は段差部２２よりも下側へ浸透しにくくなり、凹部１１の内部に液体が浸入することを効果的に阻止できる。特に、段差部２２では、検知穴２１の内周面２１ａから上部支持体２０の下面２０ｂに向けて段差が垂直（直角）に形成されているため、前記接合面に液体が浸透したとしても、凹部１１の内部に入り込むことはほとんどない。
【００４４】
図３と図４に示すように、上部支持体２０に形成された検知穴２１の上下の厚さ寸法は、下部支持体１０に形成された凹部１１の最大深さ寸法よりも大きく形成されており、検知穴２１の内容積が十分に広くなっている。よって、液状シリコーンなどを凹部１１に充填するときに、その液表面が検知穴３１の内部に位置する程度に十分な量で充填することができ、液状のシリコーン樹脂を凹部１１の内部の全域に広く行き渡るように且つ段差部２２に確実に入り込むように充填することが可能になる。また、液を充填するときや真空脱泡処理を行うときに、検知穴２１から外部へ液が溢れ出るのを防止しやすくなる。シリコーンなどの液が外部に漏れるのを防止できため、圧力検知装置１が本来実装すべきでない位置に接着されるなどの工程上の不都合を回避できるようになる。
【００４５】
また、前記実施の形態では、圧力センサ素子３１とＩＣ素子３２を配線する接続ワイヤ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、全て凹部１１の内部に存在しているため、これら配線部に液体が接触することはなく、長期間使用しても、接続不良が生じにくい。図３に示すように、接続ワイヤ３２ａなどは、凹部１１の内壁面１４ａに接近する位置まで延びているが、接続ワイヤ３２ａと接続パッド１７ａとの接続部の上方に段差部２２を形成する下面２０ｂが対向しているため、この接続部に液体が至ることは生じにくい。したがって、接続ワイヤ３２ａによる配線領域を、凹部１１の内壁面１４ａに接近させることが可能になり、装置全体を小型に構成しやすくなる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の圧力検知装置は、潜水用腕時計、潜水用コンピュータ、その他の用途の水圧計、さらには内燃機関の吸気圧計などとして使用される。
【符号の説明】
【００４７】
１  圧力検知装置
１０  下部支持体
１０ａ  上面
１０ｂ  下面
１１  凹部
１２  底面
１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ  内壁面
１５，１６ａ，１６ｂ  棚部
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  接続パッド
２０  上部支持体
２０ｂ  下面
２１  検知穴
２１ａ  内周面
２２  段差部
３１  圧力センサ素子
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ  接続ワイヤ
３２  ＩＣ素子
４０  圧力伝達樹脂
【図１】
0006257503.tif 000002
【図２】
0006257503.tif 000003
【図３】
0006257503.tif 000004
【図４】
0006257503.tif 000005