(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体部材（３０）がインサート成形された樹脂ケース（１０）に、印加された圧力に基づく電気信号を発生するセンサチップ（２０）を、前記導体部材と電気的に接続した状態で搭載した後、前記導体部材及び前記センサチップを、電気的な絶縁性を有する熱硬化性の保護部材（５０）で被覆して保護するようにした圧力センサの製造方法において、
前記保護部材で前記導体部材及び前記センサチップを被覆した後、前記保護部材を、その外側から加圧しながら熱硬化させるようにするものであり、
前記保護部材（５０）は、第１の保護部材（５１）の外側に、前記第１の保護部材よりも低弾性である第２の保護部材（５２）を積層した２層構造より構成するものであり、
前記保護部材による前記被覆においては、前記第１の保護部材を、前記センサチップ（２０）のセンシング部を露出させた状態で少なくとも前記導体部材及びその周辺部を覆うように設け、
前記保護部材の熱硬化においては、前記第１の保護部材および前記第２の保護部材を同時に熱硬化させることを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項２】
前記保護部材の加圧は、４４ｋＰａ以上の圧力にて行うことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項３】
前記第１の保護部材（５１）としてゴム系材料を用い、前記第２の保護部材（５２）としてゲル状物質を用いる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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力検出用のセンサチップを、導体部材がインサート成形された樹脂ケースに搭載し、センサチップ及び導体部材を、電気的な絶縁性を有する熱硬化性の保護部材で被覆保護するようにした圧力センサの製造方法に関し、特に、保護部材の配設方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の圧力センサとしては、特開平１１−３０４６１９号公報に記載のものが提案されている。このものは、保護部材を弾性率（ヤング率）の異なる２層構造としたものである。比較的高弾性である第１の保護部材によって、センサチップのセンシング部を露出させた状態で少なくとも導体部材及びその周辺部を覆い、比較的低弾性である第２の保護部材によって、センサチップのセンシング部及び第１の保護部材を覆うようにしている。
【０００３】
そして、上記従来公報によれば、比較的高弾性である第１の保護部材によって、導体部材及びその周辺部が覆われている。そのため、負圧検出時において、インサート成形された導体部材と樹脂ケースとの隙間に存在する空気が、保護部材中に気泡となって発生することを抑制できるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等の検討によれば、従来の圧力センサにおいては、次のような問題が生じることがわかった。一般に、上記の保護部材は、熱硬化性のゴム材料やゲル材料を用いるため、保護部材は、樹脂ケースの所望部位に保護部材を配設した後、加熱処理を行い、硬化させることで形成される。
【０００５】
このとき、図４に示す様な問題が発生する。図４（ａ）に示す様に、保護部材５０を樹脂ケース１０内に充填したとき、インサート成形された導体部材３０と樹脂ケース１０との隙間等が完全に保護部材５０によって埋まらず、空気層Ｋ１が残る場合がある。
【０００６】
この状態で、保護部材５０を加熱処理すると、保護部材の硬化途中で空気層Ｋ１が膨張し、図４（ｂ）に示す様に、保護部材５０中に気泡Ｋ２が発生する。このとき、気泡Ｋ２はセンサチップ２０の近傍に残った状態で硬化する場合がある。すると、圧力検出時の圧力変化等によって、気泡Ｋ２がセンサチップ２０の近傍で膨張収縮し、センサ特性に影響を与えたり、ワイヤ４０が切断する等の不具合が発生する。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑み、圧力検出用のセンサチップを、導体部材がインサート成形された樹脂ケースに搭載し、センサチップ及び導体部材を、熱硬化性の保護部材で被覆保護するようにした圧力センサの製造方法において、保護部材を硬化する際に、保護部材中に気泡が発生するのを抑制することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明においては、保護部材（５０）で導体部材（３０）及びセンサチップ（２０）を被覆した後、保護部材（５０）を、その外側から加圧しながら熱硬化させるようにするものであり、保護部材（５０）は、第１の保護部材（５１）の外側に、第１の保護部材よりも低弾性である第２の保護部材（５２）を積層した２層構造より構成するものであり、保護部材による被覆においては、第１の保護部材を、センサチップ（２０）のセンシング部を露出させた状態で少なくとも導体部材及びその周辺部を覆うように設け、保護部材の熱硬化においては、第１の保護部材および第２の保護部材を同時に熱硬化させることを特徴としている。
【０００９】
それによれば、保護部材（５０）を、その外側から加圧しながら熱硬化させるため、インサート成形された導体部材（３０）と樹脂ケース（１０）との隙間等に空気層が残っていても、この空気層が保護部材（５０）中へ膨張しようとするのを押さえ込むことができる。よって、本発明によれば、保護部材を硬化する際に、保護部材中に気泡が発生するのを抑制することができる。ここで、保護部材の加圧は４４ｋＰａ以上の圧力にて行うこと（請求項２の発明）が好ましい。
【００１１】
ここで、第１の保護部材（５１）としてはゴム系材料を用い、第２の保護部材（５２）としてはゲル状物質を用いること（請求項３の発明）ができる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る圧力センサ１００の概略断面図である。この圧力センサ１００は、例えば、自動車のインテークマニホールドに取り付けられ吸気圧（負圧）を検出する吸気圧センサ等に適用することができる。
【００１４】
樹脂ケース１０は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やエポキシ樹脂等の樹脂材料を型成形してなる。樹脂ケース１０の上面には、後述するセンサチップ２０を搭載するための開口した凹部１１が形成されている。
【００１５】
樹脂ケース１０には、銅などの導電材料よりなる複数本のピン（本発明でいう導体部材）３０がインサート成形により一体的に設けられている。これらピン３０の一端３１は、上記凹部１１の底面にて露出した状態となるように配置されている。そして、該露出部分は金メッキが施されることにより、ボンディングパッドとして機能するように構成されている。また、ピン３０の他端３２は、外部機器（外部の配線部材等）に接続可能となっている。
【００１６】
樹脂ケース１０の凹部１１に搭載されたセンサチップ２０は、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体基板（シリコン基板等）２１と、この半導体基板２１を保持するガラス台座２２と、により構成されている。半導体基板２１は、ピエゾ抵抗効果を利用した周知構成のもので、その上面にセンシング部としてのダイヤフラム２１ａ及び図示しない拡散抵抗などを備えた構成となっている。
【００１７】
この半導体基板２１は、上記凹部１１の底面にガラス台座２２を介して、例えばシリコーンゴム等の接着剤によりダイボンディングされている。また、半導体基板２１の各入出力端子（図示せず）は、ピン３０の一端３１に対し金やアルミニウム等のワイヤ４０を介して電気的に接続されている。こうして、センサチップ２０は、樹脂ケース１０の凹部１１に搭載された状態でピン３０と電気的に接続されている。
【００１８】
また、上記凹部１１内には、耐薬品性を有する電気絶縁材料製の保護部材５０が、センサチップ２０及びワイヤ４０を埋めるように充填されている。この保護部材５０により、センサチップ２０、ピン３０、ワイヤ４０、半導体基板２１とワイヤ４０との接続部、及び、ピン３０とワイヤ４０との接続部が被覆され、異物からの保護、電気的な絶縁性の確保、並びに防食などが図られている。
【００１９】
ここで、保護部材５０は、第１の保護部材５１の上に、この第１の保護部材５１よりも低弾性である第２の保護部材５２を積層した２層構造より構成されている。この２層構造は、基本的には「従来技術」の欄にて記載した特開平１１−３０４６１９号公報に示されている２層構造と同様の構成を適用することができる。
【００２０】
即ち、下層の第１の保護部材５１は、半導体基板２１のセンシング部及びワイヤ４０の上部を露出させた状態で、センサチップ２０、ワイヤ４０とピン３０との接続部、ピン３０及びその周辺部を覆うように設けられている。上層の第２の保護部材５２は、第１の保護部材５１から露出するセンサチップ２０のセンシング部及びワイヤ４０を被覆している。
【００２１】
例えば、これら両保護部材５１、５２は、共に、フッ素系材料を熱硬化させたものである。そして、第１の保護部材５１は、ピン３０と樹脂ケース１０との隙間等からの気泡の発生を抑制するために高弾性率を持ち且つ耐薬品性を有するフッ素系のゴム材料である。一方、第２の保護部材５２は、センサチップ２０及びワイヤ４０へ応力を与えないような低弾性率を持ち且つ耐薬品性を有するフッ素系のゲル材料である。
【００２２】
かかる圧力センサ１００は、次のように製造される。まず、センサチップ２０を樹脂ケース１０へ搭載し、半導体基板２１とピン３０とをワイヤボンディングにより結線する。続いて、この状態のものを密閉容器内に配置した後、硬化前の第１の保護部材５１、第２の保護部材５２を順次、真空中にて凹部１１内へ充填する。
【００２３】
次に、図２に示す様に、密閉容器内へ圧縮空気や不活性ガス等の気体を導入して、密閉容器内を加圧状態（例えば４４ｋＰａ）とする。これにより、図３中の矢印に示されるように、圧力センサ１００の周囲全体が加圧される。この加圧状態を維持したまま、密閉容器内の温度を、両保護部材５１、５２が硬化可能な硬化温度（例えば１５０℃）とする。こうして、両保護部材５１、５２が熱硬化されて、圧力センサ１００が完成する。
【００２４】
そして、圧力センサ１００は、上記した吸気圧センサに適用される場合、その凹部１１が自動車におけるエンジン吸気路と連通した状態で配置される。これにより、印加圧力に応じた電気信号がセンサチップ２０からワイヤ４０、ピン３０を経て出力され、吸気圧（負圧）の検出がなされる。
【００２５】
ところで、本実施形態の製造方法では、保護部材５０（５１及び５２）でピン（導体部材）３０及びセンサチップ２０を被覆した後、保護部材５０を、その外側から加圧しながら熱硬化させることを特徴としている。それにより、ピン３０と樹脂ケース１０との隙間やセンサチップ２０と凹部１１の底面との接合界面の隙間等に、空気層（図２ではピン３０と樹脂ケース１０との隙間に存在）Ｋ１が残っていても、硬化中に、空気層Ｋ１は圧縮される。そのため、空気層Ｋ１へ熱が加わっても、これら隙間の外まで空気層Ｋ１の体積が増加することなく、保護部材５０の硬化が行われる。
【００２６】
こうして、硬化中に、空気層Ｋ１が第１の保護部材５１中へ膨張しようとするのを押さえ込むことができるため、保護部材５０の硬化後は、空気層Ｋ１は元の位置に止まり、第１の保護部材５１中へは上がってこない。よって、本製造方法によれば、保護部材５０を硬化する際に、保護部材５０中に気泡が発生するのを抑制することができる。そして、センサチップ２０の近傍に気泡が存在するのを防止できるため、センサ特性の安定化、ワイヤ４０の断線防止等が図れる。
【００２７】
ここで、上記製造方法における保護部材の加圧は４４ｋＰａ以上の圧力にて行うことが好ましい。これは、本実施形態では保護部材５０の硬化温度が１５０℃程度であり、硬化温度が１５０℃である場合、空気層Ｋ１の圧力は、４４ｋＰａ（１００×（４２３［Ｋ］−２９３［Ｋ］）÷２９３［Ｋ］［ｋＰａ］、Ｋは絶対温度を示す）上昇することによる。そのため、４４ｋＰａ以上の圧力にて加圧すれば、空気層Ｋ１の膨張を好適に抑制することができる。
【００２８】
なお、樹脂ケース１０へ充填する際の保護部材５０の粘度が十分高く、保護部材５０が加圧によって、ピン３０と樹脂ケース１０との隙間からピン３０の他端３２側へ漏れることがないならば、図３に示す様に、センサチップ設置部である凹部１１上方のみを加圧しても良い。この場合、例えば、凹部１１の上方に圧力導入可能な治具を配置し、この治具から圧縮空気等を加えることにより、凹部１１上方のみを加圧することが可能である。
【００２９】
また、保護部材５０の種類によっても異なるが、上記製造方法における保護部材の加圧の上限は、加圧の際にピン３０と樹脂ケース１０との隙間からピン３０の他端３２側へ、保護部材５０（第１の保護部材５１）が漏れ出さない程度とすることが好ましい。
【００３０】
また、本実施形態では、保護部材５０を高弾性である第１の保護部材５１の上に低弾性である第２の保護部材５２を積層した２層構造としている。これは、樹脂ケース１０側から発生してくる気泡等は、硬いゴム系材料よりなる第１の保護部材５１で防止し、センサチップ２０のセンシング部は、応力影響の少ない軟らかいゲル状物質よりなる第２の保護部材５２で被覆することを目的としたものである。
【００３１】
そして、上層に軟らかい第２の保護部材５２を採用しているが故に、もし、保護部材５０中に気泡が発生すると、負圧を検出する場合、この気泡が軟らかい第２の保護部材５２中にて成長し、保護部材５０の割裂やワイヤ４０の断線を引き起こす可能性がある。しかし、本実施形態では、上記製造方法による効果が発揮されるため、そのような問題はない。つまり、加圧しながら熱硬化させる方法は、特に、本実施形態のような２層構造に好適であるといえる。
【００３２】
（他の実施形態）
なお、本発明の圧力センサは、比較的低い負圧を検出するものや正圧を検出するものに適用する場合には、保護部材として、硬いゴム系材料を用いた上記のような２層構造を採用せずとも良く、例えば、ゲル状物質だけを用いた単層構造としても良い。
【００３３】
また、本発明の圧力センサは、上記実施形態のようなセンサチップが半導体ダイヤフラム式のものに限定されるものではなく、例えば、静電容量式のもの等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。
【図２】図１の圧力センサの製造方法における加圧の様子を示す概略断面図である。
【図３】上記実施形態の圧力センサの製造方法における他の加圧方法を示す概略断面図である。
【図４】従来の圧力センサにおいて保護部材中に気泡が発生する様子を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…樹脂ケース、２０…センサチップ、３０…ピン、５０…保護部材、
５１…第１の保護部材、５２…第２の保護部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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