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技術 圧力センサーモジュール、電子機器および移動体

出願人 セイコーエプソン株式会社
発明者 中島敏
出願日 2017年2月9日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2017-022576
公開日 2018年8月16日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2018-128398
状態 未査定
技術分野 流体圧力測定
主要キーワード 周囲構造体 絶対圧センサー 内壁側面 ディープエッチング リジッドプリント基板 圧力検出回路 異方向性 エポキシ樹脂膜
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年8月16日)のものです。
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図面 (16)

課題

充填部内に含まれる気泡を効果的に除去することができ、圧力検出特性の低下を抑制することのできる圧力センサーモジュール電子機器および移動体を提供する。

解決手段

圧力センサーモジュールは、一方の主面に開放する凹部を有し、前記凹部と重なる部分に受圧により撓み変形すダイアフラムを有する基板を備える圧力センサーと、内部空間と、前記内部空間に連通する開口と、を有し、前記内部空間に前記圧力センサーを収納しているパッケージと、前記内部空間内に配置され、前記圧力センサーを覆っている充填部と、を有し、前記開口の開口方向および前記凹部の深さ方向が交差している。

概要

背景

従来から、圧力を検出するための圧力センサーモジュールとして、特許文献1に記載の構成が知られている。特許文献1の圧力センサーモジュールは、圧力センサーと、この圧力センサーを収納するパッケージと、パッケージ内に充填され、圧力センサーを覆うゲル状の充填部と、を有している。また、圧力センサーは、凹部を有する基板を備え、この凹部の底部が受圧により撓み変形すダイアフラムとなっている。また、パッケージは、圧力センサーを収納する内部空間と、内部空間に連通する開口と、を有しており、圧力が開口を介してダイアフラムに伝わるようになっている。

概要

充填部内に含まれる気泡を効果的に除去することができ、圧力検出特性の低下を抑制することのできる圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を提供する。圧力センサーモジュールは、一方の主面に開放する凹部を有し、前記凹部と重なる部分に受圧により撓み変形するダイアフラムを有する基板を備える圧力センサーと、内部空間と、前記内部空間に連通する開口と、を有し、前記内部空間に前記圧力センサーを収納しているパッケージと、前記内部空間内に配置され、前記圧力センサーを覆っている充填部と、を有し、前記開口の開口方向および前記凹部の深さ方向が交差している。

目的

本発明の目的は、充填部内に含まれる気泡を効果的に除去することができ、圧力検出特性の低下を抑制することのできる圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

一方の主面に開放する凹部を有し、前記凹部と重なる部分に受圧により撓み変形すダイアフラムを有する基板を備える圧力センサーと、内部空間と、前記内部空間に連通する開口と、を有し、前記内部空間に前記圧力センサーを収納しているパッケージと、前記内部空間内に配置され、前記圧力センサーを覆っている充填部と、を有し、前記開口の開口方向および前記凹部の深さ方向が交差していることを特徴とする圧力センサーモジュール

請求項2

前記開口の開口方向および前記凹部の深さ方向が直交している請求項1に記載の圧力センサーモジュール。

請求項3

前記パッケージは、前記開口の開口方向の長さが前記凹部の深さ方向の長さよりも長い請求項1または2に記載の圧力センサーモジュール。

請求項4

前記内部空間内に配置されている基部と、前記基部から延出し、前記パッケージの外側に配置されている延出部と、を有する支持基板と、前記基部および前記圧力センサーを接続するボンディングワイヤーと、を有し、前記圧力センサーは、前記支持基板に対して浮遊した状態で前記支持基板に支持されている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の圧力センサーモジュール。

請求項5

前記延出部は、前記開口を介して前記パッケージの外側に延出している請求項4に記載の圧力センサーモジュール。

請求項6

前記内部空間内に配置され、前記圧力センサーと電気的に接続されている回路素子を有する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の圧力センサーモジュール。

請求項7

前記圧力センサーおよび前記回路素子は、前記凹部の深さ方向に直交する方向に並んで配置されている請求項6に記載の圧力センサーモジュール。

請求項8

請求項1ないし7のいずれか1項に記載の圧力センサーモジュールを有することを特徴とする電子機器

請求項9

請求項1ないし7のいずれか1項に記載の圧力センサーモジュールを有することを特徴とする移動体

技術分野

0001

本発明は、圧力センサーモジュール電子機器および移動体に関するものである。

背景技術

0002

従来から、圧力を検出するための圧力センサーモジュールとして、特許文献1に記載の構成が知られている。特許文献1の圧力センサーモジュールは、圧力センサーと、この圧力センサーを収納するパッケージと、パッケージ内に充填され、圧力センサーを覆うゲル状の充填部と、を有している。また、圧力センサーは、凹部を有する基板を備え、この凹部の底部が受圧により撓み変形すダイアフラムとなっている。また、パッケージは、圧力センサーを収納する内部空間と、内部空間に連通する開口と、を有しており、圧力が開口を介してダイアフラムに伝わるようになっている。

先行技術

0003

特開2016−133398号公報

発明が解決しようとする課題

0004

このような構成の圧力センサーモジュールでは、圧力検出特性の低下を防止するために、ゲル内の気泡を除去する必要がある。しかしながら、特許文献1の圧力センサーモジュールでは、圧力センサーの凹部がパッケージの開口に対して反対側を向いているため、凹部内の気泡を除去することが困難である。そのため、圧力検出特性が低下してしまうおそれがある。

0005

本発明の目的は、充填部内に含まれる気泡を効果的に除去することができ、圧力検出特性の低下を抑制することのできる圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

このような目的は、下記の本発明により達成される。

0007

本発明の圧力センサーモジュールは、一方の主面に開放する凹部を有し、前記凹部と重なる部分に受圧により撓み変形するダイアフラムを有する基板を備える圧力センサーと、
内部空間と、前記内部空間に連通する開口と、を有し、前記内部空間に前記圧力センサーを収納しているパッケージと、
前記内部空間内に配置され、前記圧力センサーを覆っている充填部と、を有し、
前記開口の開口方向および前記凹部の深さ方向が交差していることを特徴とする。
これにより、充填部内に含まれる気泡を効果的に除去することができ、圧力検出特性の低下を抑制することのできる圧力センサーモジュールが得られる。

0008

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記開口の開口方向および前記凹部の深さ方向が直交していることが好ましい。
これにより、充填部内に含まれる気泡をより効果的に除去することができる。

0009

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記パッケージは、前記開口の開口方向の長さが前記凹部の深さ方向の長さよりも長いことが好ましい。
これにより、パッケージの小型化を図ることができる。

0010

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記内部空間内に配置されている基部と、前記基部から延出し、前記パッケージの外側に配置されている延出部と、を有する支持基板と、
前記基部および前記圧力センサーを接続するボンディングワイヤーと、を有し、
前記圧力センサーは、前記支持基板に対して浮遊した状態で前記支持基板に支持されていることが好ましい。
これにより、圧力センサーに応力伝わり難くなる。

0011

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記延出部は、前記開口を介して前記パッケージの外側に延出していることが好ましい。
これにより、開口の位置が分かり易くなり、その分、圧力センサーモジュールを実装し易くなる。

0012

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記内部空間内に配置され、前記圧力センサーと電気的に接続されている回路素子を有することが好ましい。
これにより、圧力センサーデバイスの駆動をより容易に行うことができる。

0013

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記圧力センサーおよび前記回路素子は、前記凹部の深さ方向に直交する方向に並んで配置されていることが好ましい。
これにより、パッケージの薄型化を図ることができる。

0014

本発明の電子機器は、本発明の圧力センサーモジュールを有することを特徴とする。
これにより、本発明の圧力センサーモジュールの効果を享受でき、高い信頼性を有する電子機器が得られる。

0015

本発明の移動体は、本発明の圧力センサーモジュールを有することを特徴とする。
これにより、本発明の圧力センサーモジュールの効果を享受でき、高い信頼性を有する移動体が得られる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の第1実施形態に係る圧力センサーモジュールの断面図である。
図1に示す圧力センサーモジュールが有する支持基板の平面図である。
図1に示す圧力センサーモジュールが有する圧力センサーの断面図である。
図3に示す圧力センサーが有するセンサー部の平面図である。
図4に示すセンサー部を含むブリッジ回路を示す図である。
図1に示す圧力センサーモジュールの変形例を示す断面図である。
図1に示す圧力センサーモジュールの変形例を示す断面図である。
図1に示す圧力センサーモジュールの変形例を示す断面図である。
図1に示す圧力センサーモジュールの変形例を示す断面図である。
本発明の第2実施形態に係る圧力センサーモジュールの断面図である。
図10に示す圧力センサーモジュールが有する支持基板の平面図である。
本発明の第3実施形態に係る圧力センサーモジュールの断面図である。
本発明の第4実施形態に係る電子機器としての高度計を示す斜視図である。
本発明の第5実施形態に係る電子機器としてのナビゲーションシステムを示す正面図である。
本発明の第6実施形態に係る移動体としての自動車を示す斜視図である。

実施例

0017

以下、本発明の圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

0018

<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る圧力センサーモジュールについて説明する。

0019

図1は、本発明の第1実施形態に係る圧力センサーモジュールの断面図である。図2は、図1に示す圧力センサーモジュールが有する支持基板の平面図である。図3は、図1に示す圧力センサーモジュールが有する圧力センサーの断面図である。図4は、図3に示す圧力センサーが有するセンサー部の平面図である。図5は、図4に示すセンサー部を含むブリッジ回路を示す図である。図6ないし図9は、それぞれ、図1に示す圧力センサーモジュールの変形例を示す断面図である。なお、以下の説明では、図1図6ないし図9中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。

0020

図1に示す圧力センサーモジュール100は、内部空間S1を有するパッケージ110と、パッケージ110に固定された支持基板120と、内部空間S1内に配置され、支持基板120に支持された圧力センサー1と、内部空間S1内に配置され、圧力センサー1を覆っている充填部140と、を有している。

0021

(パッケージ)
図1に示すように、パッケージ110は、筒状をなし、その上端部に形成された開口110aと、開口110aに連通する内部空間S1と、を有している。そして、この内部空間S1に圧力センサー1が収納されている。このように、パッケージ110内に圧力センサー1を収納することで、圧力センサー1を保護することができる。

0022

また、パッケージ110は、下端側に位置し、外径および内径が下端から上端に向かってほぼ一定の第1部位110Aと、上端側に位置し、外径および内径が下端から上端に向かってほぼ一定であり、外径および内径が第1部位110Aよりも小さい第2部位110Bと、第1部位110Aおよび第2部位110Bの間に位置し、外径および内径が下端から上端に向かって漸減する第3部位110Cと、を有している。

0023

また、パッケージ110は、対称的に分割された2つのパッケージ片111を有している。そして、これら2つのパッケージ片111が支持基板120を挟んで互いに接着層113を介して接合されることでパッケージ110が形成されている。

0024

各パッケージ片111の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミナシリカチタニアジルコニア等の酸化物セラミックス窒化珪素窒化アルミニウム窒化チタン等の窒化物セラミックスのような各種セラミックスポリエチレンポリアミドポリイミドポリカーボネートアクリル系樹脂ABS樹脂エポキシ樹脂のような各種樹脂材料等の絶縁性材料が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、各種セラミックスを用いることが特に好ましい。これにより、機械的強度の高いパッケージ110が得られる。

0025

以上、パッケージ110について説明したが、パッケージ110の構成としては、その機能を発揮することができれば、特に限定されない。

0026

(支持基板)
図1に示すように、支持基板120は、2つのパッケージ片111に挟まれており、内部空間S1内から開口110aを経てパッケージ110の外側に引き出されて配置されている。また、支持基板120は、圧力センサー1を支持すると共に、圧力センサー1と電気的に接続されている。図2に示すように、支持基板120は、可撓性を有する基材121と、基材121に配置された複数の配線129と、を有している。

0027

基材121は、開口122aを有する枠状の基部122と、基部122から延出する帯状帯体123(延出部)と、を有している。そして、基部122の外縁部が2つのパッケージ片111に挟まれ、帯体123がパッケージ110の外側まで延出している。特に、本実施形態では、帯体123は、パッケージ110の開口110aを経てパッケージ110の外側へ延出している。また、配線129は、基材121および帯体123に亘って配置されている。

0028

このような支持基板120としては、例えば、一般的に用いられているフレキシブルプリント基板を用いることができる。なお、本実施形態では基材121が可撓性を有しているが、基材121の全部または一部は、硬質であってもよい。すなわち、支持基板120として、リジッドフレキシブルプリント基板リジッドプリント基板を用いてもよい。

0029

また、圧力センサー1は、ボンディングワイヤーBWを介して基材121に吊られ、支持基板120から浮遊した状態で支持されている。このように、圧力センサー1を支持基板120に対して吊り下げ支持することで、支持基板120から圧力センサー1に応力が伝わり難くなり、圧力センサー1の圧力検知精度が向上する。

0030

また、圧力センサー1は、ボンディングワイヤーBWを介して配線129と電気的に接続されている。これにより、配線129を介して、パッケージ110の外部から圧力センサー1との電気的な接続が可能となるため、圧力センサー1と外部装置との電気的な接続が容易となる。

0031

(圧力センサー)
次に、図3に基づいて圧力センサー1の構成を説明する。なお、図3中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。図3に示すように、圧力センサー1は、受圧により撓み変形するダイアフラム25を有する基板2(半導体基板)と、ダイアフラム25の上面側に配置された圧力基準室Sと、基板2と共に圧力基準室Sを形成する周囲構造体4と、ダイアフラム25の上面側に配置されたセンサー部5と、を有している。

0032

基板2は、第1シリコン層21と、第1シリコン層21の上側に配置された第2シリコン層23と、第1、第2シリコン層21、23の間に配置された酸化シリコン層22と、を有するSOI基板で構成されている。これにより、製造上取り扱い易く、優れた加工寸法精度を有する基板2となる。ただし、基板2としては、SOI基板に限定されず、例えば、単層シリコン基板を用いることもできる。また、基板2は、シリコン以外の半導体材料、例えば、ゲルマニウムヒ化ガリウムガリウム砒素リン窒化ガリウム炭化珪素等で構成された基板であってもよい。

0033

また、基板2には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイアフラム25が設けられている。基板2には、下面(一方の主面)に開放する有底の凹部24が形成されており、この凹部24と重なっている部分(凹部24によって基板2が薄くなっている部分)がダイアフラム25となっている。そして、ダイアフラム25の下面が、圧力を受ける受圧面251となっている。なお、本実施形態では、ダイアフラム25の平面視形状は、略正方形であるが、ダイアフラム25の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、円形であってもよい。

0034

ここで、本実施形態では、凹部24は、シリコンディープエッチング装置を用いたドライエッチングで形成されている。具体的には、基板2の下面側から等方性エッチング、保護膜成膜および異方向性エッチングという工程を繰り返して、第1シリコン層21を掘ることで凹部24を形成する。この工程を繰り返し、エッチングが酸化シリコン層22まで達すると酸化シリコン層22がエッチングストッパーとなってエッチングが終了し、凹部24が得られる。このような形成方法によれば、凹部24の内壁側面が基板2の主面に対して略垂直となるため、凹部24の開口面積を小さくすることができる。そのため、基板2の機械的強度の低下を抑制することができ、また、圧力センサー1の大型化を抑制することもできる。なお、図示しないが、前述した工程の繰り返しによって、凹部24の内壁側面には掘り方向に周期的な凹凸が形成される。

0035

ただし、凹部24の形成方法としては、上記の方法に限定されず、例えば、ウェットエッチングによって形成してもよい。また、本実施形態では、ダイアフラム25の下面側に酸化シリコン層22が残っているが、この酸化シリコン層22を除去してもよい。すなわち、ダイアフラム25を第2シリコン層23の単層で構成してもよい。これにより、ダイアフラム25をより薄くすることができ、より撓み変形し易いダイアフラム25が得られる。また、凹部24は、第1シリコン層21を貫通していなくてもよい。

0036

このようなダイアフラム25の厚さとしては、特に限定されず、ダイアフラム25の大きさ等によっても異なるが、例えば、1μm以上10μm以下であることが好ましい。これにより、機械的な強度を保ちつつ、十分に薄く、受圧により撓み変形し易いダイアフラム25となる。

0037

このようなダイアフラム25には、ダイアフラム25に作用する圧力を検出するセンサー部5が設けられている。図4に示すように、センサー部5は、ダイアフラム25に設けられた4つのピエゾ抵抗素子51、52、53、54を有している。そして、ピエゾ抵抗素子51、52、53、54は、配線55を介して互いに電気的に接続され、図5に示すブリッジ回路50(ホイートストンブリッジ回路)を構成している。ブリッジ回路50には駆動電圧AVDCを供給(印加)する駆動回路が接続されている。そして、ブリッジ回路50は、ダイアフラム25の撓みに基づくピエゾ抵抗素子51、52、53、54の抵抗値変化に応じた検出信号電圧)を出力する。そのため、この出力された検出信号に基づいてダイアフラム25が受けた圧力を検出することができる。

0038

特に、ピエゾ抵抗素子51、52、53、54は、ダイアフラム25の外縁部に配置されている。受圧によりダイアフラム25が撓み変形すると、ダイアフラム25の中でも特にその外縁部に大きな応力が加わる。そのため、ダイアフラム25の外縁部にピエゾ抵抗素子51、52、53、54を配置することで、前述した検出信号を大きくすることができ、圧力検知感度が向上する。なお、ピエゾ抵抗素子51、52、53、54の配置は、特に限定されず、例えば、ピエゾ抵抗素子51、52、53、54がダイアフラム25の外縁を跨いで配置されていてもよい。

0039

ピエゾ抵抗素子51、52、53、54は、それぞれ、例えば、基板2の第2シリコン層23にリン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)することで構成されている。また、配線55は、例えば、基板2の第2シリコン層23に、ピエゾ抵抗素子51、52、53、54よりも高濃度でリン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)することで構成されている。

0040

なお、センサー部5の構成としては、ダイアフラム25が受けた圧力を検出することができれば、特に限定されない。例えば、ブリッジ回路50を構成していない少なくとも1つのピエゾ抵抗素子がダイアフラム25に配置されている構成であってもよい。また、センサー部5としては、本実施形態のようなピエゾ抵抗型の他にも、静電容量の変化に基づいて圧力を検出する静電容量型を用いてもよい。

0041

また、図3に示すように、基板2の上面には、酸化シリコン膜(SiO2膜)からなる第1絶縁膜31と、窒化シリコン膜SiN膜)からなる第2絶縁膜32とが成膜されている。第1絶縁膜31によって、ピエゾ抵抗素子51、52、53、54の界面準位を低減してノイズの発生を抑制することができる。また、第2絶縁膜32によって、センサー部5を水分、ガス等から保護することができる。

0042

また、図3に示すように、ダイアフラム25の上側には、圧力基準室Sが設けられている。この圧力基準室Sは、基板2と周囲構造体4とに囲まれることで形成されている。圧力基準室Sは、密閉された空間であり、圧力基準室S内の圧力が、圧力センサー1が検出する圧力の基準値となる。特に、圧力基準室Sは、真空状態(例えば、10Pa以下)であることが好ましい。これにより、圧力センサー1を、真空を基準として圧力を検出する「絶対圧センサー」として用いることができ、利便性の高い圧力センサー1となる。ただし、圧力基準室Sは、一定の圧力に保たれていれば、真空状態でなくてもよい。

0043

周囲構造体4は、基板2との間に圧力基準室Sを形成している。このような周囲構造体4は、基板2上に配置された層間絶縁膜41と、層間絶縁膜41上に配置された配線層42と、配線層42および層間絶縁膜41上に配置された層間絶縁膜43と、層間絶縁膜43上に配置された配線層44と、配線層44および層間絶縁膜43上に配置された表面保護膜45と、配線層44および表面保護膜45上に配置された封止層46と、表面保護膜45上に配置された端子47とを有している。

0044

配線層42は、圧力基準室Sを囲んで配置された枠状のガードリング421と、センサー部5の配線55と接続された配線部429とを有している。また、配線層44は、圧力基準室Sを囲んで配置された枠状のガードリング441と、配線55と接続された配線部449とを有している。

0045

また、配線層44は、圧力基準室Sの天井に位置し、ガードリング441と一体形成された被覆層444を有している。また、この被覆層444には圧力基準室Sの内外を連通する複数の貫通孔445が形成されている。複数の貫通孔445は、製造途中まで圧力基準室Sを埋めている犠牲層を除去する際のリリースエッチング用の孔である。また、ガードリング421、441は、前記リリースエッチング時のエッチングストッパーとして機能する。

0046

そして、被覆層444上には封止層46が配置されており、この封止層46によって貫通孔445が封止され、気密的な圧力基準室Sが形成されている。表面保護膜45は、周囲構造体4を水分、ガス、ゴミ、傷などから保護する機能を有している。表面保護膜45は、被覆層444の貫通孔445を塞がないように、層間絶縁膜43および配線層44上に配置されている。また、表面保護膜45上には配線部429、449を介してセンサー部5と電気的に接続されている複数の端子47が設けられている。そして、各端子47にボンディングワイヤーBWが接続されている。これにより、ボンディングワイヤーBWを介して圧力センサー1が支持基板120に吊り下げ支持されると共に、センサー部5と配線129とが電気的に接続される。

0047

このような周囲構造体4のうち、層間絶縁膜41、43としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)等の絶縁膜を用いることができる。また、配線層42、44および端子47としては、例えば、アルミニウム膜等の金属膜を用いることができる。また、封止層46としては、例えば、Al、Cu、W、Ti、TiN等の金属膜、シリコン酸化膜等を用いることができる。また、表面保護膜45としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜ポリイミド膜エポキシ樹脂膜などを用いることができる。

0048

(充填部)
充填部140は、圧力センサー1を覆うように内部空間S1内に配置されている。このような充填部140により、圧力センサー1を保護(防塵および防水)すると共に、圧力センサー1に作用した外部応力(例えば、落下衝撃)が圧力センサー1に伝わり難くなる。なお、充填部140は、圧力をダイアフラムに伝搬する圧力伝搬部としても機能し、パッケージ110外の圧力は、充填部140を介してダイアフラム25に伝搬される。

0049

また、充填部140は、液状またはゲル状の充填材で構成することができ、圧力センサー1の内部空間S1内での過剰な変位を抑制することができる点では、特にゲル状の充填材で構成するのが好ましい。また、圧力を効率的にダイアフラム25に伝搬することができる点では、なるべく粘度の低い充填材で構成するのが好ましい。このような充填部140を構成する充填材としては、特に限定されないが、例えば、シリコーンオイルフッ素系オイルシリコーンゲル等を用いることができる。

0050

なお、充填部140内に気泡が存在していると、圧力が正確にダイアフラム25の受圧面251に伝搬されなくなるため、充填部140内には、気泡が存在しないことが好ましい。

0051

以上、圧力センサーモジュール100が有する各部(パッケージ110、支持基板120および圧力センサー1)について簡単に説明した。このような圧力センサーモジュール100では、図1に示すように、パッケージ110の開口110aの開口方向Xおよび圧力センサー1の凹部24の深さ方向Yが交差(特に本実施形態では直交)している。これにより、製造過程において、充填部140内の気泡を効果的に除去することができる。なお、開口110aの「開口方向」とは、開口110aが延出(延在)している方向(開口の基端面の中心と先端面の中心とを結ぶ方向)を言う。

0052

以下、この点について具体的に説明する。圧力センサーモジュール100の製造工程は、主に、支持基板120と圧力センサー1とをボンディングワイヤーBWを介して接続する接続工程と、支持基板120を2つのパッケージ片111で挟み込んでパッケージ110を得るパッケージ形成工程と、パッケージ110の開口110aから内部空間S1内に充填部140となる充填材を供給する充填材供給工程と、充填部140を脱泡する脱泡工程と、を有している。また、脱泡工程は、特に限定されないが、例えば5気圧程度に加圧する加圧工程と、大気圧放置する大気圧放置工程と、真空環境下に放置する真空放置工程と、を有している。このように、加圧した後に大気圧で放置すると、充填部140内の気泡が表面140aに移動し充填部140外に除去される。さらに、真空環境下に置くことで、真空放置工程で除去しきれなかった気泡についても表面140aから充填部140外に除去することができる。

0053

ここで、圧力センサーモジュール100は、前述したように、一方の主面に開放する凹部24を有し、凹部24と重なる部分に受圧により撓み変形するダイアフラム25を有する基板2を備える圧力センサー1と、内部空間S1と、内部空間S1に連通する開口110aと、を有し、内部空間S1に圧力センサー1を収納しているパッケージ110と、内部空間S1内に配置され、圧力センサー1を覆っている充填部140と、を有している。そして、パッケージ110の開口110aの開口方向Xおよび圧力センサー1の凹部24の深さ方向Yが交差している。

0054

そのため、前述した充填材供給工程において、従来の構成に対して、凹部24内に充填部140となる充填材が供給され易くなる。よって、本工程において、凹部24内に気泡が発生するおそれが低下する。また、脱泡工程では、充填部140内の気泡は、凹部24内の気泡がスムーズに表面140aまで移動することができる。そのため、脱泡工程において、凹部24内に気泡が留まり難くなり、より確実に、充填部140内の気泡(特に、凹部24内の気泡)を除去することができる。また、充填材供給工程において凹部24内に充填材が供給され易くなるということは、凹部24内に大きな気泡が発生(残存)し難くなるということでもある。脱泡工程において大きな気泡が除去されると、その際に充填部140がパッケージ110外に漏れてしまうおそれがあるが、本実施形態では、大きな気泡が生じ難いため、このような問題も生じ難くなる。以上より、圧力センサーモジュール100によれば、充填部140内に含まれる気泡を効果的に除去することができ、圧力検出特性の低下を抑制することができる。

0055

特に、本実施形態では、開口110aの開口方向Xおよび凹部24の深さ方向Yが直交している。これにより、上述した効果がより顕著なものとなり、充填部140内に含まれる気泡をより効果的に除去することができる。なお、開口110aの開口方向Xおよび凹部24の深さ方向Yは、例えば、図6および図7に示すように、直交していなくてもよい。

0056

また、圧力センサーモジュール100では、パッケージ110は、開口110aの開口方向Xの長さLxが凹部24の深さ方向Yの長さLyよりも長くなっている。これにより、パッケージ110を圧力センサー1の形状に倣った形状とすることができる。その結果、パッケージ110の薄型化を図ることができ、パッケージ110を小型化することができる。なお、長さLx、Lyの比率としては、特に限定されないが、例えば、0.2≦Ly/Lx≦0.8を満足することが好ましい。

0057

また、前述したように、圧力センサーモジュール100は、内部空間S1内に配置されている基部122と、基部122から延出し、パッケージ110の外側に配置されている帯体123(延出部)と、を有する支持基板120と、基部122および圧力センサーを接続するボンディングワイヤーBWと、を有している。そして、圧力センサー1は、支持基板120に対して浮遊した状態で支持基板120に支持されている。このように、圧力センサー1を支持基板120に対して吊り下げ支持することで、支持基板120から圧力センサー1に応力が伝わり難くなり、圧力センサー1の圧力検知精度が向上する。

0058

特に、本実施形態では、支持基板120は、開口110aの開口方向Xに沿って配置されている。言い換えると、支持基板120は、凹部24の深さ方向Yに直交する面に沿って配置されている。これにより、開口110aから内部空間S1を見たときに、支持基板120の陰になる部分が少なくなるため、前述した充填材供給工程において、より確実に、内部空間S1内に隙間なく充填部140を供給することができる。そのため、充填部140内での気泡の発生をより効果的に抑制することができる。

0059

また、前述したように、圧力センサーモジュール100では、帯体123(延出部)は、開口110aを介してパッケージ110の外側に延出している。これにより、開口110aの位置が確認し易くなり、圧力センサーモジュール100の実装が容易となる。また、支持基板120とパッケージ110との接合部の面積をより大きくすることもでき、パッケージ110によって支持基板120をより安定した姿勢で支持することができる。ただし、帯体123は、図8に示すように、開口110a以外の部分(図8では、パッケージ110の下端部)からパッケージ110の外側に延出していてもよい。

0060

以上、本実施形態の圧力センサーモジュール100について説明した。ここで、前述した「開口110aの開口方向X」は、「第2部位110Bの軸方向(延在方向)」と言い換えることもできる。そのため、例えば、図9に示すように、第2部位110Bの上端が斜めにカットされて開口110aが形成されている場合にも、開口方向Xは、本実施形態と同じ方向となる。

0061

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る圧力センサーモジュールについて説明する。

0062

図10は、本発明の第2実施形態に係る圧力センサーモジュールの断面図である。図11は、図10に示す圧力センサーモジュールが有する支持基板の平面図である。

0063

本実施形態に係る圧力センサーモジュール100は、さらに、回路素子130を有していること以外は、前述した第1実施形態の圧力センサーモジュール100とほぼ同様である。

0064

以下、第2実施形態の圧力センサーモジュール100について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

0065

図10に示すように、本実施形態の圧力センサーモジュール100は、さらに、回路素子130を有している。回路素子130は、例えば、ブリッジ回路50に電圧を供給するための駆動回路、ブリッジ回路50からの出力を温度補償するための温度補償回路、温度補償回路からの出力から受けた圧力を求める圧力検出回路、圧力検出回路からの出力を所定の出力形式(CMOS、LV−PECLLVDS等)に変換して出力する出力回路等を有している。

0066

また、図11に示すように、支持基板120の平面視で、回路素子130は、圧力センサー1と共に開口122aの内側に位置し、圧力センサー1と並んで配置されている。ただし、回路素子130の配置としては、特に限定されない。

0067

また、回路素子130は、ボンディングワイヤーBWを介して基材121に吊られ、支持基板120から浮遊した状態で支持されている。また、回路素子130は、ボンディングワイヤーBWを介して配線129と電気的に接続されている。そして、配線129を介して、回路素子130と圧力センサー1とが電気的に接続されている。

0068

以上、本実施形態の圧力センサーモジュール100について説明した。このような圧力センサーモジュール100は、前述したように、圧力センサー1と電気的に接続されている回路素子130を有している。このように、圧力センサー1と回路素子130とをパッケージ110内に収納してユニット化することで、回路素子130を圧力センサーモジュール100と別体で用意する場合と比較して、圧力センサーモジュール100の駆動をより容易に行うことができる。

0069

また、本実施形態の圧力センサーモジュール100では、圧力センサー1および回路素子130は、開口方向Xに並んで配置されている。すなわち、圧力センサー1および回路素子130は、凹部24の深さ方向Yに直交する方向に並んで配置されている。これにより、パッケージの長さLyを短くすることができ、パッケージ110の薄型化を図ることができる。ただし、圧力センサー1および回路素子130の配置は、特に限定されず、例えば、凹部24の深さ方向Yに並んで配置されていてもよい。

0070

特に、本実施形態では、圧力センサー1が回路素子130よりも開口110a側に位置している。そのため、充填部140内におけるダイアフラム25までの圧力伝搬距離を短くすることができ、より効率的に圧力をダイアフラム25に伝搬することができる。

0071

このような第2実施形態によっても前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態では、回路素子130がボンディングワイヤーBWを介して配線基板120に吊られているが、回路素子130の実装方法としては、特に限定されない。例えば、リードフレームを介して配線基板120に接続されていてもよいし、配線基板120上に配置されていてもよいし、ベース111の底面に配置されていてもよい。

0072

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る圧力センサーモジュールについて説明する。
図12は、本発明の第3実施形態に係る圧力センサーモジュールの断面図である。

0073

本実施形態に係る圧力センサーモジュール100は、支持基板120が省略されていること以外は、前述した第1実施形態の圧力センサーモジュール100とほぼ同様である。

0074

以下、第3実施形態の圧力センサーモジュール100について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

0075

図12に示すように、本実施形態の圧力センサーモジュール100では、一方のパッケージ片111に、内面に設けられた内部端子118と、外面に設けられた外部端子119と、内部に埋設され、内部端子118と外部端子119とを電気的に接続する内部配線(図示せず)とが形成されている。そして、このパッケージ片111に導電性接合部材117を介して圧力センサー1が接合されていると共に、圧力センサー1と内部端子118とが電気的に接続されている。

0076

このような第3実施形態によっても前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。

0077

<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る電子機器について説明する。
図13は、本発明の第4実施形態に係る電子機器としての高度計を示す斜視図である。

0078

図13に示すように、電子機器としての高度計200は、腕時計のように手首に装着することができる。また、高度計200の内部には、圧力センサーモジュール100が搭載されており、表示部201に現在地海抜からの高度、または、現在地の気圧等を表示することができる。なお、この表示部201には、現在時刻使用者心拍数天候等、様々な情報を表示することもできる。

0079

このような電子機器の一例である高度計200は、圧力センサーモジュール100を有している。そのため、高度計200は、前述した圧力センサーモジュール100の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

0080

<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態に係る電子機器について説明する。

0081

図14は、本発明の第5実施形態に係る電子機器としてのナビゲーションシステムを示す正面図である。

0082

図14に示すように、電子機器としてのナビゲーションシステム300は、図示しない地図情報と、GPS(全地球測位システム:Global Positioning System)からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサー車速データとによる自立航法手段と、圧力センサーモジュール100と、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部301とを備えている。

0083

このナビゲーションシステム300によれば、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。例えば、一般道路と位置情報上は略同一の位置を示す高架道路走行する場合、高度情報を持たない場合には一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかナビゲーションシステムでは判断できず、優先情報として一般道路の情報を使用者に提供してしまっていた。そこで、ナビゲーションシステム300に圧力センサーモジュール100を搭載し、高度情報を圧力センサーモジュール100によって取得することで、一般道路から高架道路へ進入することによる高度変化を検出することができ、高架道路の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。

0084

このような電子機器の一例としてのナビゲーションシステム300は、圧力センサーモジュール100を有している。そのため、ナビゲーションシステム300は、前述した圧力センサーモジュール100の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

0085

なお、本発明の電子機器は、前述の高度計およびナビゲーションシステムに限定されず、例えば、パーソナルコンピューターデジタルスチールカメラ携帯電話スマートフォンタブレット端末時計スマートウォッチを含む)、ドローン医療機器(例えば電子体温計血圧計血糖計、心電図計測装置超音波診断装置電子内視鏡)、各種測定機器計器類(例えば、車両、航空機船舶の計器類)、フライトシミュレーター等に適用することができる。

0086

<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態に係る移動体について説明する。
図15は、本発明の第6実施形態に係る移動体としての自動車を示す斜視図である。

0087

図15に示すように、移動体としての自動車400は、車体401と、4つの車輪402とを有しており、車体401に設けられた図示しない動力源エンジン)によって車輪402を回転させるように構成されている。また、自動車400は、車体401に搭載されている電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)403を有しており、この電子制御ユニット403に圧力センサーモジュール100が内蔵されている。電子制御ユニット403は、圧力センサーモジュール100が車体401の加速度や傾斜等を検出することにより、移動状態や姿勢等を把握し、車輪402等の制御を的確に行うことができる。これにより、自動車400は、安全で安定した移動をすることができる。なお、圧力センサーモジュール100は、自動車400に備えられているナビゲーションシステム等に搭載されていてもよい。

0088

このような移動体の一例としての自動車400は、圧力センサーモジュール100を有している。そのため、自動車400は、前述した圧力センサー1の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

0089

なお、移動体としては、自動車400に限定されず、例えば、飛行機ロケット人工衛星、船舶、AGV無人搬送車)、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。

0090

以上、本発明の圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

0091

1…圧力センサー、2…基板、21…第1シリコン層、22…酸化シリコン層、23…第2シリコン層、24…凹部、25…ダイアフラム、251…受圧面、31…第1絶縁膜、32…第2絶縁膜、4…周囲構造体、41…層間絶縁膜、42…配線層、421…ガードリング、429…配線部、43…層間絶縁膜、44…配線層、441…ガードリング、444…被覆層、445…貫通孔、449…配線部、45…表面保護膜、46…封止層、47…端子、5…センサー部、50…ブリッジ回路、51、52、53、54…ピエゾ抵抗素子、55…配線、100…圧力センサーモジュール、110…パッケージ、110A…第1部位、110B…第2部位、110C…第3部位、110a…開口、111…パッケージ片、113…接着層、117…接合部材、118…内部端子、119…外部端子、120…支持基板、121…基材、122…基部、122a…開口、123…帯体、129…配線、130…回路素子、140…充填部、140a…表面、200…高度計、201…表示部、300…ナビゲーションシステム、301…表示部、400…自動車、401…車体、402…車輪、403…電子制御ユニット、AVDC…駆動電圧、BW…ボンディングワイヤー、Lx、Ly…長さ、S…圧力基準室、S1…内部空間、X…開口方向、Y…深さ方向

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