特許 6461741 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】6461741

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年1月30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 20060101AFI20190121BHJP

【ＦＩ】

   G01L19/14

【請求項の数】3

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-150410(P2015-150410)

(22)【出願日】2015年7月30日

(65)【公開番号】特開2017-32334(P2017-32334A)

(43)【公開日】2017年2月9日

【審査請求日】2017年12月22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】大川 尚信

(72)【発明者】

【氏名】瀬下 一成

(72)【発明者】

【氏名】解良 千秋

(72)【発明者】

【氏名】山内 茂昭

【審査官】 北川 創

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２８６０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５８６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１４５６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２６２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０５９７９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ７／００ − ２３／３２

Ｇ０１Ｌ ２７／００ − ２７／０２

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧力センサと、
前記圧力センサによる検知結果に基づいて所定の演算を行う演算部を有するＩＣ基板と、
前記演算部による演算結果を外部へ出力するリードフレームと、
前記リードフレームを保持する樹脂製のメインハウジングと、
内部空間に前記圧力センサが配置された、セラミックス製のセンサハウジングと
を備えるセンサパッケージであって、
前記メインハウジングは、１つの面に凹部が形成されるとともに、前記凹部が形成された面に対向する面から前記凹部まで貫通する貫通孔が形成され、
前記センサハウジングは、前記凹部へ前記貫通孔が貫通する領域を覆い、かつ、前記貫通孔と前記センサハウジングの前記内部空間が互いに連なって、前記凹部に対して閉じた空間を形成するように配置されて、前記センサハウジングは、前記圧力センサが前記メインハウジングに接触しないように、前記メインハウジング内に配置され、前記ＩＣ基板は、前記凹部内であって、前記センサハウジングの外部に配置されており、
前記貫通孔内と前記内部空間に、圧力伝達媒体が充填されて、前記内部空間に配置されている前記圧力センサが前記圧力伝達媒体で覆われ、
前記凹部内に、前記圧力伝達媒体よりもヤング率の高い樹脂が充填されて、前記ＩＣ基板が前記ヤング率の高い樹脂によって覆わ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ＩＣ基板と前記センサハウジングの底面に設けられたパッドとを繋ぐ金属ワイヤが設けられ、前記金属ワイヤを介して前記ＩＣ基板と前記圧力センサとが電気的に接続されており、前記ヤング率の高い樹脂は前記金属ワイヤも覆っ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】

前記圧力センサと前記パッドは、前記センサハウジングを貫通するホール部を介して互いに電気的に接続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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車や産業機械等の圧力検知に用いるセンサパッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載の温度センサ一体型圧力センサ装置は、圧力センサ素子と、この圧力センサ素子に電気的に接続されたリードフレームと、このリードフレームに電気的に接続されたコネクタピンと、圧力を測定すべき媒体を導く圧力導入孔とを備え、圧力センサ素子とリードフレームがモールド樹脂で包み込まれている。

【0003】

特許文献２に記載の半導体圧力センサ装置は、半導体圧力センサチップと、導体部がインサート成形された樹脂パッケージと、第１の保護部材と、第２の保護部材とを備え、半導体圧力センサチップと導体部はボンディングワイヤによって電気的に接続されている。第１の保護部材は、ヤング率が比較的高い樹脂やゴム材料であって、半導体圧力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、導体部及びその周辺部、並びに、半導体圧力センサチップの樹脂パッケージに対するマウント部分を覆っている。第２の保護部材は、ヤング率が比較的低いゲル状物質であって、半導体圧力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設けられている。ボンディングワイヤは第１の保護部材及び第２の保護部材に覆われている。

【0004】

特許文献１と特許文献２の圧力センサ装置は、リードフレーム又は導体部が樹脂で覆われた構成となっている。このような構成において、リードフレーム又は導体部と、樹脂との密着性が十分でない場合、樹脂の成形過程においてリードフレーム又は導体部との隙間や界面に微量の空気が残ってしまうことがある。このような残存空気は、検知時の圧力変動によって、上記隙間や界面から気泡として漏れ出ることがあり、これによって圧力検知の精度が低下するおそれがある。また、リードフレーム又は導体部と樹脂との間の隙間は、使用環境において圧力センサ装置の外部から内部への空気のリーク経路となり、圧力検知の精度が低下する。

【0005】

これに対して、特許文献２に記載の半導体圧力センサ装置においては、リードフレームや導体部を覆う樹脂として、ヤング率の高い材料を用いることによって、リードフレーム又は導体部との隙間や界面に空気が残存しにくくする構成が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３８７０９１８号公報

【特許文献2】特許第３８９０７３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、リードフレームや導体部を覆う樹脂が、圧力を検知する圧力センサに接触するように配置されていた場合、装置周辺の温度変化やリードフレームの温度変化によって樹脂の温度が変化すると、この樹脂に接触する圧力センサも周辺環境の影響を受けることになるため、圧力センサの温度特性の精度が低下するおそれがある。また、ヤング率の高い樹脂は、硬化時の応力が高いものが多く、そのような応力によって圧力センサの出力を変動させないためには硬化時の応力が小さい材料を選ぶことが望ましい。このため、選択できる材料が限られることから、コストを低減させることが難しい。

【0008】

さらにまた、特許文献１や特許文献２の圧力センサ装置のように、圧力を検知するセンサと、リードフレームや導体部とが共通の樹脂で一体化され、かつ、この樹脂が圧力室及び／又は圧力導入孔の一部を構成する場合、圧力センサのキャリブレーションを行う際に圧力センサ装置の全体をキャリブレーション装置に取り付けて行う必要がある。このため、大型かつ複雑な構造のキャリブレーション装置を用意する必要が生じることから、大きな設備投資を要するという問題があった。

【0009】

また、圧力センサの検知結果に基づく演算を行う演算部等を有するＩＣ基板を設ける場合、静電破壊を防止するためには絶縁性の高い樹脂でＩＣ基板及びそれに接続された素子等を被覆する必要がある。ここで、ボンディングワイヤによってＩＣ基板に圧力センサが接続されている構成では、ＩＣ基板を覆う樹脂は圧力センサの動作を妨げないような柔らかいものであることが求められる。一方、上述のように、空気の残留防止の観点からは、リードフレームや導体部を覆う樹脂は固いものが好ましい。このように、リードフレームや導体部を覆う樹脂と、ＩＣ基板を覆う樹脂とでは求められる性質が異なるため、それぞれを別の空間に配置して異なる樹脂で覆うことが必要となることから、リードフレームや導体部の引き回しパターンやその周辺の構造が複雑になってしまうという問題がある。

【0010】

そこで本発明は、周辺環境の影響による、温度特性精度や圧力検知精度の低下を抑えることができ、かつ、大型かつ複雑な構造のキャリブレーション装置を必要とせず、さらに、リードフレームやその周辺の構造を複雑化させることのない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】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明の基本態様に係るセンサパッケージは、圧力センサと、圧力センサによる検知結果に基づいて所定の演算を行う演算部と、演算部による演算結果を外部へ出力するリードフレームと、リードフレームを保持する樹脂製のメインハウジングと、内部空間に圧力センサが配置された、セラミックス製のセンサハウジングとを備えるセンサパッケージであって、センサハウジングは、圧力センサがメインハウジングに接触しないように、メインハウジング内に配置されていることを特徴としている。

【0012】

圧力センサとリードフレームを、センサハウジングとメインハウジングにそれぞれ別個に収容させたことにより、装置周辺やリードフレームの温度変化の影響が圧力センサに及びづらくなるため、圧力センサの温度特性精度の低下を抑えることができる。また、リードフレームとメインハウジングの樹脂との隙間や界面に残った空気の影響が、センサハウジングによって遮られるため、圧力センサの圧力検知精度を維持することができる。さらにまた、圧力センサのキャリブレーションは、センサハウジングのみを取りだして行うことができるため、キャリブレーション装置の大型化を防ぐことができる。

【0019】

本発明のセンサパッケージは、上記基本態様に加えて、演算部を有するＩＣ基板を備え、ＩＣ基板はセンサハウジングの外部であってメインハウジング内に配置されていることを特徴とする。

【0020】

これにより、センサパッケージを小型化することができるため、キャリブレーション装置の大型化を防ぐことができる。

【0021】

本発明のセンサパッケージはさらに、メインハウジングにおいては、１つの面に凹部が形成されるとともに、凹部が形成された面に対向する面から凹部まで貫通する貫通孔が形成されており、センサハウジングは、凹部へ貫通孔が貫通する領域を覆い、かつ、貫通孔とセンサハウジングの内部空間が互いに連なって、凹部に対して閉じた空間を形成するように配置され、ＩＣ基板は、凹部内であってセンサハウジングの外部に配置されていることを特徴とする。

【0022】

これにより、ＩＣ基板をセンサハウジングの外部に配置したため、センサハウジングをより小型化することが可能となる。これにより、センサハウジングやＩＣ基板の配置の自由度を上げることができる。また、被測定物である流体が帯電性を持つものであっても、ＩＣ基板をセンサハウジングの外部に配置したことにより、圧力伝達媒体を介してＩＣ基板の表面に電荷が溜まることがなく、ＩＣ基板の静電破壊を抑制することができる。

【0023】

本発明のセンサパッケージはまた、貫通孔内と内部空間には圧力伝達媒体が充填され、内部空間に配置されている圧力センサが圧力伝達媒体で覆われており、凹部内には圧力伝達媒体よりもヤング率の高い樹脂が充填され、ＩＣ基板がヤング率の高い樹脂によって覆われていることも特徴とする。

【0024】

これにより、メインハウジングとリードフレームとの隙間や界面の空気が膨張しにくくなるため、圧力伝達媒体内の圧力変化を防止でき、これにより圧力検知の精度を確保することができる。

【0025】

本発明のセンサパッケージにおいて、ＩＣ基板とセンサハウジングの底面に設けられたパッドとを繋ぐ金属ワイヤが設けられ、金属ワイヤを介してＩＣ基板と圧力センサとが電気的に接続されており、ヤング率の高い樹脂は金属ワイヤも覆っていることが好ましい。

【0026】

この構成においては、ＩＣ基板と圧力センサとを電気的に接続する金属ワイヤが圧力伝達の経路上になく、かつ、ヤング率の高い樹脂で覆われているため、圧力伝達媒体が圧力を伝達する際の応力で切断されるおそれがなく、電気的接続の信頼性を向上させることができる。

【0027】

本発明のセンサパッケージにおいて、圧力センサとセンサハウジングの底面のパッドは、センサハウジングを貫通するホール部を介して互いに電気的に接続されていることが好ましい。

【0028】

これにより、センサハウジングを小型化することができるため、キャリブレーション装置の大型化を防ぐことができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明によると、周辺環境の影響による、温度特性精度や圧力検知精度の低下を抑えることができ、かつ、大型かつ複雑な構造のキャリブレーション装置を必要とせず、さらに、リードフレームやその周辺の構造を複雑化させることのない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】

【0030】

【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】第１実施形態に係るセンサパッケージの構成を示す分解斜視図である。

【図3】第１実施形態に係るセンサパッケージの構成を示す断面図である。

【図4】第１実施形態に係るセンサハウジングの構成を示す、上面側から見た斜視図である。

【図5】第１実施形態に係るセンサハウジングの構成を示す、底面側から見た斜視図である。

【図6】第１実施形態に係るセンサパッケージに取り付け部を設けた構成を示す斜視図である。

【図7】図６のＶＩＩ面における断面図である。

【図8】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9】第２実施形態に係るセンサパッケージの構成を示す分解斜視図である。

【図10】第２実施形態に係るセンサパッケージの構成を示す断面図である。

【図11】（Ａ）は封止された状態のメインハウジングの構成を示す下面図、（Ｂ）は封止する前であって、センサハウジング及びＩＣ基板を配置する前の状態のメインハウジングの構成を示す下面図である。

【図12】センサハウジング及びＩＣ基板を配置し、ワイヤーボンディングを行った後であって、封止を行う前の状態のメインハウジングの構成を示す下面図である。

【図13】（Ａ）は、センサハウジングの構成を示す平面図、（Ｂ）はセンサハウジングの構成を示す下面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

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。

【0032】

＜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の構成を示す分解斜視図である。図３は、センサパッケージ１０の構成を示す断面図であり、図１のＩＩＩ面を、Ｙ方向に沿った矢印ＩＩＩ’の方向から見た断面図である。各図には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｘ−Ｙ面はＺ方向に直交する面であり、以下の説明において、Ｚ方向を上方向と呼び、Ｚ方向上側から見た状態を平面視と呼ぶことがある。

【0033】

第１実施形態に係るセンサパッケージ１０は、図１又は図２に示すように、ノズル部２０と、メインハウジング３０と、メインハウジング３０から外部へ延出するリードフレーム４０と、センサハウジング５０とを備える。センサハウジング５０とメインハウジング３０との間には、図２に示すように、アンダーフィル材６０と導電材７１、７２、７３、７４が配置されている。

【0034】

ノズル部２０は、例えばポリアセタール（ＰＯＭ）やポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）で構成され、メインハウジング３０から上方向（Ｚ方向）へ延びるように形成されている。図３に示すように、ノズル部２０の内部には、圧力導入孔２１が形成されている。圧力導入孔２１は、上部に開口２２が設けられ、下に向かうほど内径が広がるように形成されており、ノズル部２０の下面２３には、下側へ突出する嵌合凸部２４が形成されている。

【0035】

メインハウジング３０は、ノズル部２０と同様の材料、例えばポリアセタール（ＰＯＭ）やポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）で構成され、平面視略矩形状に形成される。メインハウジング３０には、ＸＹ平面の中央部分に、センサハウジング５０を収容するために内側へ凹んだ形状としたキャビティ３１が形成されている。また、メインハウジング３０の上面３２には、ＸＹ平面においてキャビティ３１の外側を囲む位置であって、ノズル部２０の嵌合凸部２４に対応した位置において、下側へ凹んだ嵌合凹部３３が設けられている。この嵌合凹部３３は、ノズル部２０の嵌合凸部２４に対応した形状を備えており、嵌合凹部３３内に嵌合凸部２４を嵌合することにより、ノズル部２０とメインハウジング３０が互いに結合されるとともに、ノズル部２０の圧力導入孔２１とメインハウジング３０のキャビティ３１とが互いに連通した空間を形成する。

【0036】

リードフレーム４０は、４本のリード材４１、４２、４３、４４からなり、インサート成形によってメインハウジング３０内の所定位置に配置される。リード材４１、４２、４３、４４は、図２に示すように、一方の端部４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａがメインハウジング３０から外部へそれぞれ延出している。これに対して、他方の端部４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂは、キャビティ３１内において、センサハウジング５０の底面５０ｂの第２パッド部５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ（図５）にそれぞれ対応する位置まで引き回され、キャビティ３１内において上面が露出している。リード材４１、４２、４３、４４は、例えば銅の母材の表面に金メッキを施した構成を備える。

【0037】

図４は、センサハウジング５０の構成を示す、上面５０ａ側から見た斜視図である。図５は、センサハウジング５０の構成を示す、底面５０ｂ側から見た斜視図である。

【0038】

センサハウジング５０は、図４に示すように平面視略矩形状をなしており、ＸＹ平面の中央部分に、内側へ凹んだ形状とした内部空間５１が形成されている。この内部空間５１には、ＩＣ基板５２と圧力センサ５３が配置されている。ＩＣ基板５２と圧力センサ５３は、内部空間５１の底面５１ａに対してダイボンド樹脂によって固定されている。ＩＣ基板５２と圧力センサ５３は金属製のボンディングワイヤ５４（金属ワイヤ）によって電気的に接続されており、圧力センサ５３による検知信号がＩＣ基板５２へ出力される。

【0039】

センサハウジング５０を構成する材料は、絶縁性であり、かつ、そのヤング率及び融点は、メインハウジング３０、アンダーフィル材６０、メインハウジング３０とアンダーフィル材６０を結合させる接着剤、及び、センサハウジング５０とアンダーフィル材６０を結合させる接着剤のヤング率及び融点よりも高い。センサハウジング５０に用いる材料としてはセラミックスが好ましく、例えば、酸化アルミニウムの焼結体やガラスが挙げられる。

【0040】

ＩＣ基板５２は、圧力センサ５３から出力される検知結果としての電流や電圧に基づいて、デジタル出力用のデータを作成する演算を行う演算部を有する。また、ＩＣ基板５２は、温度センサと記憶部（不図示）を有しており、この温度センサによる検知結果に基づいて、記憶部に予め保存された補正テーブルを用いて、圧力センサ５３による検知結果を補正する。

【0041】

圧力センサ５３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。圧力センサ５３が配置された内部空間５１は、メインハウジング３０とノズル部２０を結合するとノズル部２０の圧力導入孔２１に連なった空間となっており、この空間には、圧力伝達媒体として、例えばポッティングによってフッ素ゲルが充填される。圧力導入孔２１内のゲルの圧力が変化すると、圧力センサ５３のダイアフラムに加わる圧力が変化する。このため、圧力導入孔２１内のゲルの圧力を検知することによって、例えばノズル部２０に接続されたチューブの内部の液体の圧力を検知することができる。

【0042】

センサハウジング５０の内部空間５１には、導電性材料（例えば金）からなる複数の第１パッド部５５が設けられており、ボンディングワイヤ５４によってＩＣ基板５２と電気的に接続されている。センサハウジング５０の底面５０ｂには、図５に示すように、導電性材料（例えば金）からなる第２パッド部５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄが設けられている。また、センサハウジング５０には、厚み方向（Ｚ方向）に貫通する複数のスルーホール５６（ホール部）（図３、図５）が形成され、このスルーホール５６内に導電性材料（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導通路が形成される。この導通路によって、センサハウジング５０の底面５０ｂに設けた、第２パッド部５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄと、内部空間５１内の対応する第１パッド部５５がそれぞれ電気的に接続される。

【0043】

センサハウジング５０は、アンダーフィル材６０を介してメインハウジング３０のキャビティ３１内に配置される。アンダーフィル材６０は、樹脂で形成され、例えばエポキシ樹脂を用いる。アンダーフィル材６０は、非導電性の接着剤によって、その底面部６０ａ及び側面部６０ｂがキャビティ３１の底面３１ａ及び内側面３１ｂにそれぞれ固定される。この接着剤としては、例えばエポキシ樹脂やフッ素系エラストマーを用いる。

【0044】

アンダーフィル材６０の底面部６０ａには、センサハウジング５０の第２パッド部５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄにそれぞれ対応する位置に、厚み方向に貫通する孔部６１、６２、６３、６４が形成されている。孔部６１、６２、６３、６４は、アンダーフィル材６０をメインハウジング３０のキャビティ３１内に配置したときに、端部４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ上にそれぞれ位置する。

【0045】

センサハウジング５０をアンダーフィル材６０を介してキャビティ３１内に固定するには、まず、端部４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ上において、センサハウジング５０の第２パッド部５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄに対応する位置に、導電材７１、７２、７３、７４を配置し、かつ、キャビティ３１の底面３１ａにおいて導電材７１、７２、７３、７４以外の領域に熱硬化性の接着剤を配置する。ここで、導電材７１、７２、７３、７４は、例えば半田や導電性ペーストで構成する。

【0046】

次に、導電材７１、７２、７３、７４に、センサハウジング５０の第２パッド部５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄがそれぞれ接触するように、メインハウジング３０のキャビティ３１内にセンサハウジング５０を配置する。この状態で導電材７１、７２、７３、７４の溶融温度まで加熱を行った後に冷却させると、接着剤が固化するとともに、導電材７１、７２、７３、７４が溶融・固化し、これによって、リード材４１、４２、４３、４４と第２パッド部５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄとがそれぞれ電気的に接続された状態で固定される。

【0047】

つづいて、メインハウジング３０とセンサハウジング５０との隙間に液体状のアンダーフィル材６０を流し込む。次に、この状態のセンサパッケージ１０を、閉ざされた空間内に載置して所定の圧力まで脱気することによって、液体状のアンダーフィル材６０に対して脱泡を行う。さらに、脱泡の終了後に加熱を行ってアンダーフィル材６０を固化させる。

【0048】

このようにしてアンダーフィル材６０を介してセンサハウジング５０が固定されたメインハウジング３０の嵌合凹部３３に対して、嵌合凸部２４を嵌合することによって、ノズル部２０をメインハウジング３０に結合し、これによってセンサパッケージ１０が完成する。

【0049】

以上の構成によれば、端部４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂの直上にセンサハウジング５０が配置され、ＩＣ基板５２及び圧力センサ５３は、メインハウジング３０に直接接触することなく、キャビティ３１内に配置される。また、リードフレーム４０に関しては、（１）リード材４１が、その端部４１ｂ上に配置された導電材７１を介して、第２パッド部５７ａに電気的に接続され、（２）リード材４２が、その端部４２ｂ上に配置された導電材７２を介して、第２パッド部５７ｂに電気的に接続され、（３）リード材４３が、その端部４３ｂ上に配置された導電材７３を介して、第２パッド部５７ｃに電気的に接続され、（４）リード材４４が、その端部４４ｂ上に配置された導電材７４を介して、第２パッド部５７ｄに電気的に接続される。このような接続関係としたことにより、圧力センサ５３による検知結果に基づいてＩＣ基板５２の演算部で行われた演算の結果は、リードフレーム４０が接続された外部機器へ出力される。

【0050】

図６は、センサパッケージ１０に取り付け部８０を設けた構成を示す斜視図である。図７は、図６のＶＩＩ面における断面図であって、Ｘ方向に沿った矢印ＶＩＩ’の方向から見た図である。

【0051】

センサパッケージ１０を外部機器に固定する方法は種々あるが、図６又は図７に示すように取り付け部８０を設ける構成がある。取り付け部８０は、ノズル部２０の側面２５に取り付け部８０の取り付け面８２を固定することによって、メインハウジング３０に取り付け部８０を結合させている。この取り付け部８０には、厚み方向（Ｚ方向）に貫通するようにボルト挿入孔８１が設けられ、このボルト挿入孔８１に挿入したボルトの先端側を外部機器に設けた固定孔に嵌め込むことによって、センサパッケージ１０を外部機器に結合させることができる。

【0052】

以上のように構成されたことから、第１実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）圧力センサ５３を収容するセンサハウジング５０とリードフレーム４０を保持するメインハウジング３０とを別体で形成したため、メインハウジング３０、リードフレーム４０、及び装置周辺の温度変化の影響がセンサハウジング５０の内部空間５１内の圧力センサ５３まで及びづらくなることから、圧力センサ５３の温度特性の精度を維持することができる。また、リードフレーム４０とメインハウジング３０の樹脂との隙間や界面に残った空気の影響が、センサハウジング５０によって遮られるため、圧力センサ５３の圧力検知精度を維持することができる。

【0053】

（２）圧力センサ５３を収容するセンサハウジング５０をメインハウジング３０とは独立した形態にしているため、圧力センサ５３のキャリブレーションは、圧力センサ５３を内包したセンサハウジング５０のみで行うことができる。したがって、キャリブレーション装置の大型化及び複雑化を招くおそれがなくなり、設備投資を抑えることが可能となる。

【0054】

（３）ＩＣ基板５２をセンサハウジング５０内に配置し、かつ、アンダーフィル材６０、及び、導電材７１、７２、７３、７４を介して、Ｚ方向に沿ってＩＣ基板からリードフレーム４０への電気的接続をとる構成をとっている。このため、センサハウジング５０内には柔らかいゲルを充填してＩＣ基板の静電破壊を防止し、かつ、リードフレーム４０を固い樹脂によって保持して気泡の発生を抑えるという構成でありながら、リードフレーム４０の形状、及び、ＩＣ基板からリードフレーム４０への電気配線を複雑化させることがない。

【0055】

（４）リードフレーム４０を覆う樹脂、すなわち、メインハウジング３０を構成する樹脂を、ヤング率の高い樹脂で構成しているため、リードフレーム４０との隙間や界面の空気が膨張しにくくなっており、これにより、圧力伝達媒体内の圧力変化を防止して圧力検知の精度を確保することができる。

【0056】

（５）メインハウジング３０とセンサハウジング５０との間に、センサハウジング５０よりもヤング率の低い樹脂からなるアンダーフィル材６０及び接着剤を配置することにより、装置周辺やリードフレーム４０の温度変化が圧力センサ５３に伝わりにくくなるため、圧力センサ５３の温度特性の精度を高いレベルで維持することができる。

【0057】

以下に変形例について説明する。
上述のセンサパッケージ１０においては、センサハウジング５０とメインハウジング３０との間にアンダーフィル材６０を配置していたが、アンダーフィル材６０を省略して、非導電性の接着剤でセンサハウジング５０をメインハウジング３０のキャビティ３１に固定させてもよい。これにより、センサパッケージ１０をより安価に製造することができる。

【0058】

ノズル部２０及び圧力導入孔２１の形状は、上述の形状に限定されることはなく、センサパッケージ１０の仕様に応じて任意の形状とすることができ、仕様によってはノズル部のない構成も可能である。

【0059】

圧力センサ１５３による検知結果に基づいて所定の演算を行う演算部は、上述のように、ＩＣ基板５２にその機能を持たせてもよいが、単機能の単体部品として構成させてもよいし、圧力センサ１５３に演算部の機能を持たせてもよい。

【0060】

＜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。第２実施形態においては、ＩＣ基板がセンサハウジングの外部に設けられている点が第１実施形態と異なる。

【0061】

図８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９は、センサパッケージ１１０の構成を示す分解斜視図である。図１０は、センサパッケージ１１０の構成を示す断面図であり、図９のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。図１１（Ａ）は、封止された状態のメインハウジング１３０の構成を示す下面図、（Ｂ）は封止する前であって、センサハウジング１５０及びＩＣ基板１５２を配置する前の状態のメインハウジング１３０の構成を示す下面図である。図１２は、センサハウジング１５０及びＩＣ基板１５２を配置し、ワイヤーボンディングを行った後であって、封止を行う前の状態のメインハウジング１３０の構成を示す下面図である。図１３（Ａ）は、センサハウジング１５０の構成を示す平面図、（Ｂ）はセンサハウジング１５０の構成を示す下面図である。図１０においては、ボンディングワイヤの図示を省略している。

【0062】

第２実施形態に係るセンサパッケージ１１０は、図８又は図９に示すように、ノズル部１２０と、メインハウジング１３０と、メインハウジング１３０から外部へ延出するリードフレーム１４１、１４２とを備える。

【0063】

ノズル部１２０は、第１実施形態のノズル部２０と同様の材料で構成され、メインハウジング１３０から上方向（Ｚ方向）へ延びるように形成されている。図１０に示すように、ノズル部１２０の内部には、圧力導入孔１２１が形成されている。圧力導入孔１２１は、上部に開口１２２が設けられ、下に向かうほど内径が広がるように形成されており、ノズル部１２０の下面には、メインハウジング１３０を内部へ嵌め込む嵌合凹部１２４が形成されている。

【0064】

メインハウジング１３０は、ノズル部１２０と同様の材料で構成され、平面視略矩形状に形成される。メインハウジング１３０には、図１０、図１１（Ｂ）、図１２に示すように、上面１３０ａに対向する面である、底面１３０ｆに上方向（Ｚ方向）に凹むように形成された凹部１３１が設けられている。この凹部１３１において、Ｙ方向の一方の側壁１３０ｄ側には、凹部１３１からさらに上方向に凹んだ形状のハウジング収容空間１３２が形成されている。ハウジング収容空間１３２の上側には、メインハウジング１３０の上面１３０ａからハウジング収容空間１３２内まで貫通したポッティング孔１３３が形成されている。図１０に示すように、ハウジング収容空間１３２内には、センサハウジング１５０が配置されている。センサハウジング１５０には、下方向に凹んだ内部空間１５１が形成されており、ＸＹ平面において、ポッティング孔１３３の下部開口１３３ａが、センサハウジング１５１によって覆われ、かつ、内部空間１５１の範囲内に収まるように、ポッティング孔１３３に対してセンサハウジング１５０が配置されている。内部空間１５１内には圧力センサ１５３が配置されている。この構成において、ポッティング孔１３３と内部空間１５１が互いに連なって凹部１３１に対して閉じた空間を形成する。この空間に対して、ポッティングによって、ノズル部１２０の開口１２２から圧力伝達媒体（例えばフッ素ゲル）を流入すると、圧力伝達媒体はポッティング孔１３３を経てセンサハウジング１５０の内部空間１５１内に充填され、圧力センサ１５３が圧力伝達媒体で覆われる。

【0065】

図９に示すように、メインハウジング１３０の上面１３０ａには、Ｘ方向においてポッティング孔１３３よりも側壁１３０ｂ側に、下方向に凹むようにセンサ収容凹部１３４が形成されている。このセンサ収容凹部１３４は、凹部１３１には至らない有底の空間であって、内部に温度センサ１３５が収容されている。このセンサ収容凹部１３４に対しても、ポッティングによって、ノズル部１２０の開口１２２から流入された圧力伝達媒体が充填され、温度センサ１３５が圧力伝達媒体で覆われる。

【0066】

リードフレーム１４１、１４２を構成するリード材は、第１実施形態のリード材４１、４２、４３、４４と同様の材料で構成される。

【0067】

リードフレーム１４１は、６本のリード材１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ、１４１ｅ、１４１ｆからなり、インサート成形によりメインハウジング１３０の側壁１３０ｂから、Ｘ方向に沿うように外部へ延出するように、それぞれ配置されている。図１２に示すように、リード材１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃの先端部１４１ａ１、１４１ｂ１、１４１ｃ１は、凹部１３１内に露出しており、それぞれが金属製のボンディングワイヤ１５４ａによってＩＣ基板１５２において対応するパッド部１５２ａに電気的に接続されている。

【0068】

リードフレーム１４２は、６本のリード材１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄ、１４２ｅ、１４２ｆからなり、インサート成形により、上記側壁１３０ｂに対向する側壁１３０ｃから、Ｘ方向に沿うように外部へ延出するように、それぞれ配置されている。図１２に示すように、リード材１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄ、１４２ｅ、１４２ｆの先端部１４２ａ１、１４２ｂ１、１４２ｃ１、１４２ｄ１、１４２ｅ１、１４２ｆ１は、凹部１３１内に露出しており、これらのうちの先端部１４２ａ１、１４２ｂ１、１４２ｃ１は、それぞれが金属製のボンディングワイヤ１５４ｂによってＩＣ基板１５２の対応するパッド部１５２ｂに対して電気的に接続されている。また、先端部１４２ｄ１は、金属製のボンディングワイヤ１５４ｃによってＩＣ基板１５２のパッド部１５２ｃに電気的に接続されるとともに、金属製のホンディングワイヤ１５４ｄによって、センサハウジング１５０の下面１５０ｂのパッド部１５７ｃに電気的に接続されている。

【0069】

センサハウジング１５０は、第１実施形態のセンサハウジング５０と同様の材料で構成され、接着剤（例えばエポキシ樹脂）により、ハウジング収容空間１３２の上面１３２ａに固定されている。センサハウジング１５０の構成材料は、メインハウジング１３０、及び、ハウジング収容空間１３２に固定するための接着剤よりもヤング率の高い材料である。センサハウジング１５０は、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように平面視略矩形状をなしており、ＸＹ平面の中央部分に、Ｚ方向内側へ凹んだ形状とした内部空間１５１が形成されている。この内部空間１５１においては、底面１５１ａに対して、圧力センサ１５３がダイボンド樹脂によって固定されている。圧力センサ１５３は４本のボンディングワイヤ１５６によって、内部空間１５１内に設けられたパッド部１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄに対してそれぞれ電気的に接続されている。パッド部１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄは、センサハウジング１５０を厚み方向に貫通するスルーホール１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃ、１５８ｄ（ホール部）によって、下面１５０ｂに設けたパッド部１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、１５７ｄにそれぞれ電気的に接続されている。スルーホール１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃ、１５８ｄ内には、導電性材料（例えばタングステン、モリブデン）が充填され、導通路が形成されている。図１２に示すように、パッド部１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃは、金属製のボンディングワイヤ１５４ｅによってＩＣ基板１５２のパッド部１５２ｄにそれぞれ電気的に接続されており、パッド部１５７ｄは、上述のとおり、ボンディングワイヤ１５４ｄによってリード材１４２ｄの先端部１４２ｄ１に電気的に接続されている。ここで、ＩＣ基板１５２のパッド部１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ、及び、センサハウジング１５０のパッド部１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄ、１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、１５７ｄは導電性材料（例えば金）で構成されている。

【0070】

圧力センサ１５３は、第１実施形態の圧力センサ５３と同様の構成であって圧力導入孔１２１内の圧力伝達媒体（例えばフッ素ゲル）の圧力が変化すると、圧力導入孔１２１に連通するポッティング孔１３３及び内部空間１５１内の圧力伝達媒体の圧力も変化し、これにより、圧力センサ１５３のダイアフラムに加わる圧力が変化するため、この圧力を検知することによって、例えばノズル部１２０に接続されたチューブ内の液体の圧力を検知することができる。

【0071】

図１２に示すように、メインハウジング１３０の凹部１３１において、ハウジング収容空間１３２よりも側壁１３０ｅ側に、ＩＣ基板１５２が配置されている。ＩＣ基板１５２は、ダイボンド樹脂によって、図１０に示すように、凹部１３１の上面１３１ａに固定されている。ＩＣ基板１５２は、圧力センサ１５３から出力される、検知結果としての電流や電圧に基づいて、デジタル出力用のデータを作成する演算を行う演算部を有する。また、ＩＣ基板１５２には、不図示の接続手段によって、温度センサ１３５が電気的に接続されており、ＩＣ基板１５２は、温度センサ１３５による検知結果に基づいて、記憶部（不図示）に予め保存された補正テーブルを用いて、圧力センサ１５３による検知結果を補正する。

【0072】

凹部１３１においては、以上のようにセンサハウジング１５０とＩＣ基板１５２が配置され、ボンディングワイヤ１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄ、１５４ｅ（金属ワイヤ）によるワイヤーボンディングが施された後に、これらを覆うように、下部の開口１３１ｂ側から封止剤１６０が充填される（図１１（Ａ）、（Ｂ））。封止剤１６０は、絶縁性の樹脂であって、圧力伝達媒体よりもヤング率が高い材料、例えばエポキシ樹脂やフッ素系エラストマーを用いる。

【0073】

第２実施形態によれば、ＩＣ基板１５２をセンサハウジング１５０の外部に配置したため、センサハウジング１５０をより小型化することが可能となる。これにより、センサハウジング１５０やＩＣ基板１５２の配置の自由度を上げることができる。また、被測定物である流体が帯電性を持つものであっても、ＩＣ基板１５２をセンサハウジング１５０の外部に配置したことにより、圧力伝達媒体（ゲル）を介してＩＣ基板１５２の表面に電荷が溜まることがなく、ＩＣ基板１５２の静電破壊を抑制することができる。さらに、ＩＣ基板１５２と圧力センサ１５３とを電気的に接続するボンディングワイヤが圧力伝達の経路上になく、ヤング率の高い樹脂で覆われているため、第１実施形態のセンサパッケージ１０と比べて圧力伝達媒体が圧力を伝達する際の応力で切断されるおそれがなく、電気的接続の信頼性を向上させることができる。

【0074】

また、圧力センサ１５３のキャリブレーションについては、キャリブレーション装置側に、センサハウジング１５０のパッド部１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、１５７ｄにそれぞれ対応する導電板を設けることによって圧力センサ１５３からの出力を受けることが可能となる。
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。

【0075】

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】

【0076】

以上のように、本発明に係るセンサパッケージは、自動車や産業機械等の圧力検知に有用である。

【符号の説明】

【0077】

１０ センサパッケージ
２０ ノズル部
２１ 圧力導入孔
３０ メインハウジング
３１ キャビティ
４０ リードフレーム
４１、４２、４３、４４ リード材
５０ センサハウジング
５１ 内部空間
５２ ＩＣ基板
５３ 圧力センサ
５４ ボンディングワイヤ
６０ アンダーフィル材
７１、７２、７３、７４ 導電材
８０ 取り付け部
１１０ センサパッケージ
１２０ ノズル部
１２１ 圧力導入孔
１３０ メインハウジング
１３０ａ 上面
１３０ｆ 底面
１３１ 凹部
１３３ ポッティング孔（貫通孔）
１４１、１４２ リードフレーム
１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ、１４１ｅ、１４１ｆ リード材
１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄ、１４２ｅ、１４２ｆ リード材
１５０ センサハウジング
１５１ 内部空間
１５２ ＩＣ基板
１５３ 圧力センサ
１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄ、１５４ｅ ボンディングワイヤ（金属ワイヤ）
１６０ 封止剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】