特許 6273189 センサパッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6273189

(24)【登録日】2018年1月12日

(45)【発行日】2018年1月31日

(54)【発明の名称】センサパッケージ

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/14 20060101AFI20180122BHJP

   H01L 23/02 20060101ALI20180122BHJP

   G01L 9/00 20060101ALI20180122BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20180122BHJP

【ＦＩ】

   G01L19/14

   H01L23/02 B

   G01L9/00 303P

   G01L9/00 305H

   H01L29/84 Z

   H01L29/84 B

   H01L29/84 A

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-220733(P2014-220733)

(22)【出願日】2014年10月29日

(65)【公開番号】特開2016-90236(P2016-90236A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2017年1月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプス電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100120204

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 巌

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(74)【代理人】

【識別番号】100135183

【弁理士】

【氏名又は名称】大窪 克之

(72)【発明者】

【氏名】矢澤 久幸

(72)【発明者】

【氏名】朝比奈 宏行

(72)【発明者】

【氏名】大川 尚信

(72)【発明者】

【氏名】臼井 学

(72)【発明者】

【氏名】石曽根 昌彦

(72)【発明者】

【氏名】遁所 淳

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８１７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３５８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５１６５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １９／１４

Ｇ０１Ｌ ９／００

Ｈ０１Ｌ ２３／０２

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外気に接して検知動作を行う検知部と、前記検知部による検知結果が入力されるＩＣ基板と、前記検知部を内部に収容する収容空間を有するケースと、を備え、前記ケースが、平面視で第１の方向に延びて互いに対向する２辺と、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びて互いに対向する２辺を有しているセンサパッケージにおいて、
前記ケースに、複数のパッド部と複数のバンプおよび前記パッド部と前記バンプとを導通させる導通路が設けられ、前記パッド部と前記バンプとが、いずれも前記検知部よりも前記ケースの辺に近い外側に設けられ、
前記検知部は、前記第１の方向および前記第２の方向のそれぞれに延びる縁部を有して平面視が四角形であり、前記検知部と前記パッド部とがワイヤボンディングによって電気的に接続されており、
前記ＩＣ基板が、前記収容空間の開口部を覆うように配置されて、前記ＩＣ基板がバンプに電気的に接続され、
複数の前記バンプが、前記第１の方向に延びる前記２辺に沿って間隔を空けて配置され、複数の前記パッド部が、前記第２の方向に延びる前記２辺に沿って間隔を空けて配置されることで、複数の前記バンプの配置方向と複数の前記パッド部の配置方向とが互いに直交しており、
前記ケースと前記ＩＣ基板との間で且つ複数の前記バンプの間に、前記収容空間の開口部に外気を導入する導入隙間が形成されていることを特徴とするセンサパッケージ。

【請求項2】

前記導通路が、前記ケースの内部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサパッケージ。

【請求項3】

前記導通路は、前記ケースのスルーホール内に充填された導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサパッケージ。

【請求項4】

前記ケースは、隙間をあけて前記ＩＣ基板の側面を囲む保護壁部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセンサパッケージ。

【請求項5】

前記保護壁部の高さは、前記ＩＣ基板の厚みより大きいことを特徴とする請求項４に記載のセンサパッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、小型低背化可能なセンサパッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ハウジング内の底部にＩＣチップが配置され、このＩＣチップ上にバンプと導電性樹脂を介して加速度センサが配置されたセンサパッケージが記載されている。さらに、ハウジングの上部は蓋体によって気密に覆われている。この構成により、ＩＣチップと加速度センサを同一基板上に並べて配置させる必要がなくなり、ＩＣチップと加速度センサを接続するための金ワイヤを用いる必要がなくなるため、小型化を図ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−０２６１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、センサを搭載する製品の小型化や薄型化の要求にともなって、センサをさらに小型化・低背化することが求められている。しかしながら、ＩＣチップとセンサチップを同一基板上に並べて配置した従来のセンサの構成では、各構成部材の小型化が必要になるという問題がある。

【0005】

また、圧力センサにおいては、特許文献１に記載の加速度センサのように蓋体によってハウジングを密閉すると、圧力センサが収容された空間に外気が導入されないため、正確な圧力を検知することが困難である。

【0006】

そこで本発明は、検知性能を確保しつつ、小型化・低背化の可能なセンサパッケージを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のセンサパッケージは、外気に接して検知動作を行う検知部と、前記検知部による検知結果が入力されるＩＣ基板と、前記検知部を内部に収容する収容空間を有するケースと、を備え、前記ケースが、平面視で第１の方向に延びて互いに対向する２辺と、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びて互いに対向する２辺を有しているセンサパッケージにおいて、
前記ケースに、複数のパッド部と複数のバンプおよび前記パッド部と前記バンプとを導通させる導通路が設けられ、前記パッド部と前記バンプとが、いずれも前記検知部よりも前記ケースの辺に近い外側に設けられ、
前記検知部は、前記第１の方向および前記第２の方向のそれぞれに延びる縁部を有して平面視が四角形であり、前記検知部と前記パッド部とがワイヤボンディングによって電気的に接続されており、
前記ＩＣ基板が、前記収容空間の開口部を覆うように配置されて、前記ＩＣ基板がバンプに電気的に接続され、
複数の前記バンプが、前記第１の方向に延びる前記２辺に沿って間隔を空けて配置され、複数の前記パッド部が、前記第２の方向に延びる前記２辺に沿って間隔を空けて配置されることで、複数の前記バンプの配置方向と複数の前記パッド部の配置方向とが互いに直交しており、
前記ケースと前記ＩＣ基板との間で且つ複数の前記バンプの間に、前記収容空間の開口部に外気を導入する導入隙間が形成されていることを特徴としている。

【0008】

これにより、検知性能を確保できるとともに、収容空間内に収容された検知部が外部からのダメージを受けにくくなり、さらに、センサパッケージの低背化・小型化を実現することができる。
また、ケースの外形を大きくすることなくワイヤボンディングを行うための領域を広くとることができる。

【0009】

なお、前記検知部は圧力検知部である。あるいは圧力検知部に代えて、又は、圧力検知部に加えて、収容空間内に、温度検知部や湿度検知部を配置してもよい。この場合も、外部からのダメージから保護されていると同時に、外気が導入されていることにより正確な検知を行うことができる。

【0010】

本発明のセンサパッケージにおいて、前記導通路が、前記ケースの内部に設けられているものが好ましく、前記導通路は、前記ケースのスルーホール内に充填された導電性材料からなることが好ましい。

【0011】

また、前記複数のバンプの間に前記導入隙間が形成されていることで、確実に外気を導入できるとともに、隙間を設けるための特別な構造が必要とならない。

【0013】

本発明のセンサパッケージは、ワイヤボンディングを行うための領域を広くとることができる。

【0015】

本発明のセンサパッケージにおいて、ケースは、隙間をあけてＩＣ基板の側面を囲む保護壁部を備えることが好ましい。

【0016】

これにより、ＩＣ基板を外部からのダメージから保護することができるとともに、隙間から外気が導入されることから、センサパッケージの正確な測定を行うことができる。

【0017】

本発明のセンサパッケージにおいて、保護壁部の高さは、ＩＣ基板の厚みより大きいことが好ましい。
これにより、ＩＣ基板の保護をより確実にすることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によると、外気に接する検知性能を確保しつつ、小型化及び低背化を実現することができるセンサパッケージを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態に係るセンサパッケージの構成を示す斜視図である。

【図2】図１のセンサパッケージからＩＣ基板を外した状態を示す斜視図である。

【図3】図２に示す構成を簡略化して表示した平面図である。

【図4】第１実施形態におけるＩＣ基板を簡略化して表示した底面図である。

【図5】図１のＶ−Ｖ’線における断面を簡略化して表示した図である。

【図6】第２実施形態に係るセンサパッケージの構成を示す斜視図である。

【図7】図６のセンサパッケージからＩＣ基板を外した状態を示す斜視図である。

【図8】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’線における断面を簡略化して表示した図である。

【図9】第２実施形態の変形例に係るセンサパッケージの構成を示す断面図であって、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’線に対応する断面を表示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態に係るセンサパッケージについて図面を参照しつつ詳しく説明する。

【0021】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るセンサパッケージ１０の構成を示す斜視図である。図２は、センサパッケージ１０からＩＣ基板４０を外した状態を示す斜視図である。図３は、図２に示す構成を簡略化して表示した平面図である。図４は、ＩＣ基板４０を簡略化して表示した底面図である。図５は、図１のＶ−Ｖ’線における断面を簡略化して表示した図である。以下、各図に示すＺ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向として説明する。各図に示す、Ｘ１−Ｘ２方向とＹ１−Ｙ２方向は、互いに直交するとともに、Ｚ１−Ｚ２方向に直交する方向である。ＸＹ平面は、Ｚ１−Ｚ２方向に直交する面である。

【0022】

センサパッケージ１０は、図５に示すように、外気に接して検知動作を行う検知部である圧力検知部２０と、ケース３０と、ＩＣ基板４０とを備える。

【0023】

圧力検知部２０は、例えばダイアフラムゲージであって、ダイアフラムに加わる圧力を静電容量の変化や歪みゲージを用いて検知するセンサである。圧力検知部２０は、図５に示すように、ケース３０の収容空間３０ｓ内に収容され、底面２２がケース３０の収容空間３０ｓの底面３６に対して、ダイボンド樹脂によって固定される。また、圧力検知部２０は、図３に示すように、平面視四角形の上面２１の四隅に導電性材料（例えば金）からなる、４つの第１パッド部２３がそれぞれ設けられており、この第１パッド部２３から検知結果が出力される。

【0024】

ケース３０は、非導電性材料（例えばセラミックス）からなり、図３及び図５に示すように、ＸＹ平面の中央の底面３６の４辺を囲む位置から、上へ向かうほど外側へ階段状に広がるように形成された、下段、中段、上段からなる三段構造を有する。これにより、ケース３０内に圧力検知部２０を収容する収容空間３０ｓが形成される。ＸＹ平面において底面３６より外側に位置するケース３０の中段面３４（パッド形成面）には、ＸＹ平面の四隅に、導電性材料（例えば金）からなる４つの第２パッド部３５がそれぞれ形成されている。４つの第２パッド部３５は、４つの第１パッド部２３にそれぞれ対応するように、ＸＹ平面において第１パッド部２３の外側近傍に配置されている。

【0025】

なお、第１パッド部２３及び第２パッド部３５は、４つずつ設けるのではなく、２つずつであってもよい。この場合は、Ｙ１−Ｙ２方向に沿って２つずつ、対応する位置に設けることが好ましい。

【0026】

また、ケース３０において、ＸＹ平面において中段面３４よりも外側に位置する最上面（上段面）であるバンプ形成面３１には、Ｙ１−Ｙ２方向の両端部に６つの第１バンプ３３がそれぞれ設けられている。この第１バンプ３３は、例えば金のめっきによってＺ１方向に所定量突出するように形成され、Ｘ１−Ｘ２方向において一定の間隔で配置されている。

【0027】

ここで、第１バンプ３３の配置方向（Ｘ１−Ｘ２方向）は、第１パッド部２３及び第２パッド部３５の配置方向（Ｙ１−Ｙ２方向）と直交している。別言すると、ケース３０において、第１バンプ３３は、Ｙ１−Ｙ２方向の両端の２辺に沿って配置されているのに対して、第２パッド部３５は、Ｘ１−Ｘ２方向の両端の２辺に沿って配置されている。このような配置により、第１パッド部２３から第２パッド部３５へのワイヤボンディングのための領域を広くとることができる。

【0028】

ケース３０の底面３２のＸＹ平面には、導電性材料（例えば金）からなる出力パッド３７がそれぞれ形成されている。

【0029】

ＩＣ基板４０は、圧力検知部２０による検知結果に基づいて、デジタル出力用のデータを作成する演算部を有する。演算部は集積回路であり、下面４２側に配置される。この演算部は、ＩＣ基板４０に設けられた温度センサによる検知結果に基づいて、圧力検知部２０による検知結果を補正する。ＩＣ基板４０の下面４２には、Ｙ１−Ｙ２方向の両端部に６つの第２バンプ４３がそれぞれ設けられている。第２バンプ４３は、例えば金のめっきによって形成され、Ｚ２方向に所定量突出するように形成され、ケース３０に設けた、複数の第１バンプ３３に対応するように、Ｘ１−Ｘ２方向において一定の間隔で配置されている。

【0030】

ＩＣ基板４０は、ケース３０の収容空間３０ｓの開口部３０ａを覆うように、上面４１がＺ１方向上側になるように、ケース３０上に配置される。このとき、互いに対応する位置に設けた、１２個の第１バンプ３３と１２個の第２バンプ４３がそれぞれ金ボールを介してＩＣ基板４０を配置し、超音波溶融によって互いに固定する。第１バンプ３３と第２バンプ４３は、ＩＣ基板４０側又はケース３０側へ突出しているため、第１バンプ３３及び第２バンプ４３の間隔に隙間１０ｃ（図５）が形成され、この隙間１０ｃからケース３０の収容空間３０ｓ内へ外気が導入される。したがって、ＩＣ基板４０を配置することによって収容空間３０ｓ内に配置された圧力検知部２０を保護できるとともに、収容空間３０ｓ内を外気と同じ気圧にできるため、正確な圧力測定を行うことができる。

【0031】

ここで、第１バンプ３３と第２バンプ４３の一方を、Ｚ１−Ｚ２方向に突出しない平面状の金属面、例えばアルミニウム面としてもよい。

【0032】

図３に示すように、圧力検知部２０の４つの第１パッド部２３とケース３０の４つの第２パッド部３５は、ワイヤボンディングのワイヤ５１によって対応するパッド部同士が電気的に接続される。例えば、ＸＹ平面の右上に配置された、第１パッド部２３と第２パッド部３５が互いに接続される。４つの第２パッド部３５は、図５に示すように、ケース３０の内部に形成した４本の第１導通路５２によって対応する位置の第１バンプ３３にそれぞれ電気的に接続されている。上述のように第１バンプ３３と対応する位置の第２バンプ４３が互いに接続されているため、圧力検知部２０の第１パッド部２３からの出力は、ケース３０の第１導通路５２を介してＩＣ基板４０へ出力される。

【0033】

また、ケース３０には、それぞれの第１バンプ３３に対応する位置に、第１導通路５２とは独立した、第２導通路５３が形成されている。この第２導通路５３は、それぞれ、一端が対応する位置の第１バンプ３３と電気的に導通しており、他端が出力パッド３７に電気的に導通している。これにより、ＩＣ基板４０による処理結果が出力パッド３７へ出力され、出力パッド３７へ外部機器を接続することによって、ＩＣ基板４０による処理結果を取り出すことができる。

【0034】

ここで、第１導通路５２及び第２導通路５３は、ケース３０にスルーホールを形成し、このスルーホール内に導電性材料として、例えばタングステン、モリブデンを充填することによって形成する。

【0035】

以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）ＩＣ基板４０が、ケース３０の収容空間３０ｓの開口部３０ａを覆うように配置されているため、収容空間３０ｓ内に収容された圧力検知部２０は、外部からのダメージを受けにくくなる。さらに、ＩＣ基板４０を収容空間３０ｓの外に配置したため、センサパッケージ１０の低背化を実現することができ、また、収容空間３０ｓ内にＩＣ基板４０を配置しないことから、ＸＹ平面における収容空間３０ｓのサイズを抑えることができ、これにより、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向におけるセンサパッケージ１０のサイズを小さくすることができる。

【0036】

（２）ＩＣ基板４０が、ケース３０の収容空間３０ｓの開口部３０ａとの間に外気を導入する隙間１０ｃを有した状態で配置されているため、センサパッケージ１０を配置した箇所の気圧を正確に測定することができる。

【0037】

（３）ＩＣ基板４０とケース３０が、間隔をあけて配置された複数のバンプ３３、４３によって電気的に接続され、これら複数のバンプ３３、４３の間の間隔によって隙間１０ｃが形成されるため、確実に外気を導入できるため正確な圧力測定ができるとともに、隙間１０ｃを設けるための特別な構造が必要とならない。

【0038】

（４）ケース３０の第２パッド部３５が、複数のバンプ３３、４３よりも内側に配置されているため、第１パッド部２３と第２パッド部３５の間のワイヤボンディングを行うための領域を広くとることができる。

【0039】

（５）パッド部２３、３５の配置方向（Ｙ１−Ｙ２方向）と、バンプ３３、４３の配置方向（Ｘ１−Ｘ２方向）とが互いに直交しているため、第１パッド部２３から第２パッド部３５へのワイヤボンディングのための領域を広くとることができる。

【0040】

＜第２実施形態＞
つづいて、本発明の第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態に係るセンサパッケージ１１０の構成を示す斜視図である。図７は、図６のセンサパッケージ１１０からＩＣ基板４０を外した状態を示す斜視図である。図８は、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’線における断面を簡略化して表示した図である。

【0041】

第２実施形態に係るセンサパッケージ１１０においては、ケース１３０が、ＩＣ基板４０の側面４４を囲む保護壁部１３８を備える点が第１実施形態と異なる。その他の構成は第１実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用する。

【0042】

保護壁部１３８は、ＸＹ平面においてバンプ形成面１３１の外側においてＺ１方向に延びるように形成され、平面視四角形のＩＣ基板４０の４つの側面４４を囲むように配置される。この保護壁部１３８と、ＩＣ基板４０の側面４４との間には、外気の導入が可能な隙間１１０ｄが形成されている。また、保護壁部１３８の上面１３８ａと、ＩＣ基板４０の上面４１のＺ１方向の位置は同一である。

【0043】

ここで、第２実施形態における、隙間１１０ｃ、開口部１３０ａ、収容空間１３０ｓ、バンプ形成面１３１、収容空間１３０ｓの底面１３２、第１バンプ１３３、中段面１３４、第２パッド部１３５、底面１３６、出力パッド１３７、第１導通路１５２、第２導通路１５３は、第１実施形態における、隙間１０ｃ、開口部３０ａ、収容空間３０ｓ、バンプ形成面３１、収容空間３０ｓの底面３２、第１バンプ３３、中段面３４、第２パッド部３５、底面３６、出力パッド３７、第１導通路５２、第２導通路５３にそれぞれ対応するため、詳細な説明は省略する。

【0044】

以上のような構成によれば、ケース１３０が、ＩＣ基板４０の側面４４を囲む保護壁部１３８を備えるため、ＩＣ基板４０を外部からのダメージから保護することができる。

【0045】

また、ＩＣ基板４０の側面４４と保護壁部１３８との間に隙間１１０ｄを設けているため、この隙間１１０ｄから、隙間１１０ｃを経て収容空間１３０ｓに至る外気導入路が形成されることから、センサパッケージ１０を設置した箇所の気圧を正確に測定することができる。

【0046】

なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。
＜第２実施形態の変形例＞
図９は、第２実施形態の変形例に係るセンサパッケージ２１０の構成を示す断面図であって、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’線に対応する断面を表示した図である。

【0047】

本変形例に係るセンサパッケージ２１０においては、ケース２３０が、ＩＣ基板４０の側面４４を囲む保護壁部２３９を備え、この保護壁部２３９のＺ１−Ｚ２方向の高さが、ＩＣ基板４０の厚みより大きい点が第１実施形態と異なる。その他の構成は第１実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用する。

【0048】

保護壁部２３９は、ＸＹ平面においてバンプ形成面２３１の外側においてＺ１方向に延びるように形成され、平面視四角形のＩＣ基板４０の４つの側面４４を囲むように配置される。保護壁部２３９と、ＩＣ基板４０の側面４４との間には、外気の導入が可能な隙間２１０ｄが形成されている。さらに、図９に示すように、保護壁部２３９の上面２３９ａのＺ１−Ｚ２方向における位置は、ＩＣ基板４０の上面４１のＺ１方向の位置よりもＨだけ高くなっている。

【0049】

ここで、本変形例における、隙間２１０ｃ、開口部２３０ａ、収容空間２３０ｓ、バンプ形成面２３１、収容空間２３０ｓの底面２３２、第１バンプ２３３、中段面２３４、第２パッド部２３５、底面２３６、出力パッド２３７、第１導通路２５２、第２導通路２５３は、第１実施形態における、隙間１０ｃ、開口部３０ａ、収容空間３０ｓ、バンプ形成面３１、収容空間３０ｓの底面３２、第１バンプ３３、中段面３４、第２パッド部３５、底面３６、出力パッド３７、第１導通路５２、第２導通路５３にそれぞれ対応するため、詳細な説明は省略する。

【0050】

このような構成により、保護壁部２３９の高さをＩＣ基板４０の厚みより大きくしているため、ＩＣ基板４０の保護をより確実にすることができる。
なお、その他の作用、効果は、第２実施形態と同様である。

【0051】

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0052】

以上のように、本発明に係るセンサパッケージは、より一層の小型化・低背化の実現に適している。

【符号の説明】

【0053】

１０、１１０、２１０ センサパッケージ
１０ｃ、１１０ｃ、２１０ｃ 隙間
２０ 圧力検知部
２３ 第１パッド部
３０、１３０、２３０ ケース
３０ａ、１３０ａ、２３０ａ 開口部
３０ｓ、１３０ｓ、２３０ｓ 収容空間
３３、１３３、２３３ 第１バンプ
３５、１３５、２３５ 第２パッド部
４０ ＩＣ基板
４３ 第２バンプ
５１ ワイヤ
５２、１５２、２５２ 第１導通路
５３、１５３、２５３ 第２導通路
１１０ｄ、２１０ｄ 隙間
１３８ 保護壁部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】