(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプによって、センサ本体におけるノズル孔からガス通路内にガスを噴出させてセンサ本体に作用する物理量によるガス流の偏向状態をそのガス流にさらされるセンサ素子の感熱抵抗の変化として電気的に検出するガス式センサにあって、第１のガス通路内に一対のセンサ素子がブリッジ状に配設されたセンサチップと、穴のあけられていない第１の基板上に少なくともセンサチップ収納部用の穴があけられた第２の基板と、センサチップ収納部用の穴とセンサチップ内にガス流を送り込む第２のガス通路用の孔がつながるようにあけられた第３の基板と、チップ収納部用の穴、第２のガス通路用の穴およびノズル用の穴があけられた第４の基板とを積層して回路基板を形成し、センサチップ内にガス流を送り込む第２のガス通路およびそのセンサチップを収納する凹部が形成された積層基板とによってセンサ本体が構成され、第１のガス通路と第２のガス通路とが段差を生ずることなく連通するように形成され、センサチップ側に設けられたセンサ素子の配線用の電極パッドと回路基板上に設けられる対応の電極パッドとがほぼ同一高さになるようにして電極パッド間にワイヤをボンディングしたことを特徴とするガス式センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、センサ本体に作用する角速度、加速度、流量などの物理量によるガス流の状態を、そのガス流にさらされるセンサ素子の感熱抵抗の変化として電気的に検出するガス式角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガス式センサの１つとして、ポンプによってセンサ本体におけるノズル孔からガス通路内にガスを噴出させておき、センサ本体に角速度が作用したときのガス通路内におけるガス流の偏向状態を、ガス通路内に設けられたセンサ素子としてのヒートワイヤ対における感熱抵抗の変化として電気的に検出して、そのときセンサ本体に作用している角速度の向きおよび大きさを求めるようにしたガス式角速度センサがある。
【０００３】
従来、このようなガス式角速度センサにあっては、ノズル孔、ガス通路およびヒートワイヤ対からなるセンサ本体がＩＣ製造技術を応用した半導体チップのマイクロマシニング加工によって形成された超小型のものが開発されている。そして、そのマイクロチップ化されたセンサ本体を角速度検出回路のＩＣチップおよびマイクロポンプとともに回路基板上に実装し、それをガスが封入されたキャンパッケージ内に収納して、ポンプ駆動によりガスをそのパッケージ内で循環させるようにした構造のものとしている（特開平５−２９７００８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、ノズル孔、ガス通路およびヒートワイヤ対からなるセンサ本体を半導体チップのマイクロマシニング加工によって単体のものとして製造したうえで、そのセンサ本体を回路基板上に載置するようにしているので、その際のセンサ本体の空間占有率が大きくなり、ひいてはキャンパッケージ化されるセンサ全体が大きなものになってしまうことである。
【０００５】
また、図８に示すように、回路基板２４上に載置されたセンサ本体２５とその回路基板２４との間をワイヤボンディングによって配線する際、センサ本体２５側に設けられた電極パッド２１と回路基板２４上に設けられた電極パッド２２との高低差が大きく、その間にボンディングされるワイヤ２３がループ状に長くなり、ワイヤ２３が傾動してボンディング部分がはがれやすくなるなど、ワイヤボンディングの信頼性が悪くなっているという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ポンプによって、センサ本体におけるノズル孔からガス通路内にガスを噴出させてセンサ本体に作用する物理量によるガス流の偏向状態をそのガス流にさらされるセンサ素子の感熱抵抗の変化として電気的に検出するガス式センサにあって、回路基板上にセンサ本体を実装するに際してコンパクト化を図るとともに、乱流を生ずることのない安定したガス流を得るべく、第１のガス通路内に一対のセンサ素子がブリッジ状に配設されたセンサチップと、穴のあけられていない第１の基板上に少なくともセンサチップ収納部用の穴があけられた第２の基板と、センサチップ収納部用の穴とセンサチップ内にガス流を送り込む第２のガス通路用の孔がつながるようにあけられた第３の基板と、チップ収納部用の穴、第２のガス通路用の穴およびノズル用の穴があけられた第４の基板とを積層して回路基板を形成し、センサチップ内にガス流を送り込む第２のガス通路およびそのセンサチップを収納する凹部が形成された積層基板とによってセンサ本体が構成され、第１のガス通路と第２のガス通路とが段差を生ずることなく連通するように形成され、センサチップ側に設けられたセンサ素子の配線用の電極パッドと回路基板上に設けられる対応の電極パッドとがほぼ同一高さになるようにして電極パッド間にワイヤをボンディングするようにして、第１のガス通路と第２のガス通路が連通するように形成している。
【０００７】
そして、本発明では、回路基板とセンサ本体との間のワイヤーポンディングの信頼性の向上を図るべく、センサチップ側に設けられるセンサ素子の配線用の電極パッドと回路基板上に設けられる対応の電極パッドとがほぼ同一高さになるようにしている。
【０００８】
【実施例】
図１および図２は、ガス式角速度センサの一構成例を示している。
【０００９】
そのガス式角速度センサは、後述するように、ノズル孔、ガス通路およびセンサ素子としてのヒートワイヤ対が設けられたセンサチップからなるマイクロ化されたセンサ本体１が一体的に実装され、かつ角速度検出回路のＡＳＩＣ（ＩＣチップ）２およびチップコンデンサや抵抗等の各種回路素子３が裏面に実装される回路基板４を、マイクロポンプ５とともにガスが封入されたキャンパッケージ６内に収納して、マイクロポンプ５の駆動によりガスをそのキャンパッケージ６内でオープンループ状態で循環させるようにした構造になっている。
【００１０】
ここでは、キャンパッケージ６のボトム６１上にＨＩＣステー７を取り付けて、そのステー７にセンサ本体１および角速度検出回路のＡＳＩＣ２、各種回路素子３が実装された回路基板４を組み込むようにしている。さらに、そのＨＩＣステー７上にポンプステー８を架設して、そのステー８上にマイクロポンプ５を載置したうえで、ポンプステー８の蓋８１を閉じて固定するようにしている。そして、所定気圧のガス雰囲気中で、キャンパッケージ６のキャップ６２をかぶせて、そのキャップ６２の底部周囲をボトム６１上に溶接するようにしている。
【００１１】
図３は、キャンパッケージ６のボトム６１上に、ＨＩＣステー７およびポンプステー８を介して回路基板４およびマイクロポンプ５が組み込まれた状態を示している。
【００１２】
また、マイクロポンプ５を組み込むに際して、そのポンプのガス吐出口５１とセンサ本体１に取り付けられたガス通路内にガスを送り込むノズル９との間をチューブ１０によって接続するとともに、そのマイクロポンプ５のプラグ端子１１を回路基板４上に取り付けられているリセプタクル端子１２に差し込むようにしている。
【００１３】
本発明では、このようなガス式角速度センサにあって、センサ本体１を図４および図５に示すように構成している。
【００１４】
ここでは、何ら穴のあいていないセラミックシートＳ１をベースに、その上に、チップ収納部用の穴Ｈ１があけられたセラミックシートＳ２、チップ収納部用の穴Ｈ１および第２のガス通路用の穴Ｈ２がつながるようにあけられたセラミックシートＳ３、チップ収納部用の穴Ｈ１，第２のガス通路用の穴Ｈ２，ノズル孔用の穴Ｈ３およびノズル用の穴Ｈ４がつながるようにあけられたセラミックシートＳ４、チップ収納部用の穴Ｈ１，第２のガス通路用の穴Ｈ２およびノズル用の穴Ｈ４があけられたセラミックジートＳ５を順次に積層して接着し、さらにその上にノズル９が設けられたカバー１３を接着することによって、ノズル孔１４，第２のガス通路１５およびセンサチップ１７を収納する凹部１６が形成されるようにしている。
【００１５】
セラミックシートＳ１〜Ｓ５の積層基板は、回路基板４として用いられる。
【００１６】
センサチップ１７は、図６に示すように、第１のガス通路１８にかかるブリッジ１９上に一対のヒートワイヤＨＷ１，ＨＷ２がパターン形成されるように、半導体チップのマイクロマシニング加工によって製造される。
【００１７】
そのセンサチップ１７は、回路基板４に形成されている凹部１６に収納されて、第１のガス通路１８と第２のガス通路１５とが段差を生ずることなく連通するように接着される。
【００１８】
凹部１６の後部には回路基板４とセンサチップ１７との間にすき間２０が設けられており、センサ本体１内に送り込まれたガスがそのすき間２０から排出されるようになっている。
【００１９】
しかして、このように回路基板４にセンサ本体１の一部をなすノズル９，ノズル孔１４および第２のガス通路１５を一体的に形成し、その回路基板４に形成された凹部１６にセンサチップ１７を収納することによって、センサ本体１をコンパクトに構成できるようになる。
【００２０】
したがって、キャンパッケージ６内におけるセンサ本体１の空間占有率が小さくなって、キャンパッケージ化されるセンサ全体を小形化することができる。
【００２１】
また、回路基板４に形成された凹部１６にセンサチップ１７を収納することによって、図７に示すように、センサチップ１７内の一対のヒートワイヤＨＷ１，ＨＷ２と回路基板４の所定箇所との間のワイヤボンディングをなすに際して、センサチップ１７側に設けられる電極パッド２１と回路基板上に設けられる対応の電極パッド２２との高低差がほとんどなくなる。
【００２２】
したがって、各電極パッド２１，２２間にワイヤ２３を短いワイヤ長をもってフラットな状態でポンディングさせることができ、ワイヤボンディングの信頼性が向上する。
【００２３】
【発明の効果】
以上、本発明によるガス式センサによれば、ポンプによって、センサ本体におけるノズル孔からガス通路内にガスを噴出させてセンサ本体に作用する物理量によるガス流の偏向状態をそのガス流にさらされるセンサ素子の感熱抵抗の変化として電気的に検出するガス式センサにあって、第１のガス通路内に一対のセンサ素子がブリッジ状に配設されたセンサチップと、穴のあけられていない第１の基板上に少なくともセンサチップ収納部用の穴があけられた第２の基板と、センサチップ収納部用の穴とセンサチップ内にガス流を送り込む第２のガス通路用の孔がつながるようにあけられた第３の基板と、チップ収納部用の穴、第２のガス通路用の穴およびノズル用の穴があけられた第４の基板とを積層して回路基板を形成し、センサチップ内にガス流を送り込む第２のガス通路およびそのセンサチップを収納する凹部が形成された積層基板とによってセンサ本体が構成され、第１のガス通路と第２のガス通路とが段差を生ずることなく連通するように形成され、センサチップ側に設けられたセンサ素子の配線用の電極パッドと回路基板上に設けられる対応の電極パッドとがほぼ同一高さになるようにして電極パッド間にワイヤをボンディングするようにしたもので、その積層された回路基板に実装されるセンサ本体の空間占有率が小さくなって、センサ全体を小形化することができるとともに、乱流を生ずることのない安定したガス流によってセンサ本体に作用する物理量によるガス流の偏向状態を精度良く検出できるようになる。
【００２４】
また、本発明によれば、センサチップ側に設けられるセンサ素子の配線用の電極パッドと回路基板上に設けられる対応の電極パッドとがほぼ同一高さになるようにしているので、各電極パッド間にワイヤを短いワイヤ長をもってフラットな状態でボンディングさせることができ、ワイヤボンディングの信頼性が向上するという利点がある。
【００２５】
さらに、本発明によれば、センサ素子がヒートワイヤの他にきわめて小さな第１ガス通路のみを一体的に形成しているだけであるので、第２ガス通路をも一体的に形成するものに比べてセンサ素子の寸法は小さくなり、１つの半導体ウエハから切り出せるセンサ素子の数を多くすることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるガス式センサの外観を示す斜視図である。
【図２】同実施例におけるガス式センサの分解斜視図である。
【図３】同実施例におけるキャンパッケージ内部の組立状態を示す斜視図である。
【図４】同実施例におけるセンサ本体の分解斜視図である。
【図５】同実施例におけるセンサ本体の正断面図である。
【図６】同実施例におけるセンサチップの斜視図である。
【図７】同実施例におけるセンサチップ側に設けられる電極パッドと回路基板上に設けられる対応の電極パッドとの間におけるワイヤボンディングの状態を示す部分的な正断面図である。
【図８】従来の回路基板上に載置されたセンサ本体とその回路基板との間におけるワイヤボンディングの状態を示す部分的な正断面図である。
【符号の説明】
１  センサ本体
９  ノズル
１３  カバー
１４  ノズル孔
１５  第２のガス通路
１６  凹部
１７  センサチップ
１８  第１のガス通路
【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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【図８】
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