特開 2024-139026 センサモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024139026

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】センサモジュール

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/14 20060101AFI20241002BHJP

   H01L 23/02 20060101ALI20241002BHJP

   G01L 9/00 20060101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

G01L19/14

H01L23/02 G

G01L9/00 301A

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023049798

(22)【出願日】2023-03-27

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 肇

【テーマコード（参考）】

2F055

【Ｆターム（参考）】

2F055AA01

2F055BB03

2F055CC60

2F055EE40

2F055FF38

2F055GG25

(57)【要約】

【課題】圧力センサ等が収容されたパッケージの内部に、パッケージの外部から異物が侵入するのを抑制することができるセンサモジュールを提供する。
【解決手段】センサモジュール１は、箱状のパッケージ３、センサ部１１およびカバー部材２１を備えている。箱状のパッケージ３は、底面部５と側面部７とを有している。側面部７は、底面部５に立設するように形成されている。パッケージ３は、複数のグリーンシートを積層し焼成したセラミック積層構造体とされる。パッケージ３における側面部７には、センサ部１１が収容されているパッケージ３の内部の空間と、パッケージ３の外部とを連通する開口部９が形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

底面部および前記底面部に立設する側面部を有する箱状構造体と、
前記箱状構造体の前記底面部に搭載され、圧力センサ本体を含むセンサ部と、
前記センサ部を覆うように、前記側面部に載置されたカバー部材と
を備え、
前記箱状構造体における前記側面部には、前記センサ部が収容された前記箱状構造体の内側の空間と外部とを連通する開口部が形成された、センサモジュール。

【請求項2】

前記底面部は、
前記センサ部が搭載されている第１面と、
前記第１面とは反対側に位置する第２面と
を有し、
前記第２面には、前記センサ部と電気的にそれぞれ接続された複数の実装端子が配置された、請求項１記載のセンサモジュール。

【請求項3】

複数の前記実装端子は、実装基板に対する配置位置を特定する位置決め端子を含み、
前記開口部は、前記位置決め端子に対応する位置に形成された、請求項２記載のセンサモジュール。

【請求項4】

前記箱状構造体は、前記カバー部材を上から見た平面視において、正方形状となるように４つの平面部を含み、
４つの前記平面部は、
前記正方形状の一の辺に対応する一の平面部と、
前記一の平面部に繋がり、前記正方形状の他の辺に対応する他の平面部と
を含み、
前記開口部は、前記一の平面部における、前記一の辺の長さ方向中央よりも前記他の平面部に近い位置に形成された、請求項３記載のセンサモジュール。

【請求項5】

前記底面部と前記センサ部との間に介在し、前記センサ部と前記実装端子とを電気的に接続するバンプを有し、
前記バンプは、
前記底面部の前記第１面に接続されている第１部と、
前記センサ部に接続されている第２部と
の複合体として形成された、請求項２記載のセンサモジュール。

【請求項6】

複数の前記実装端子は、前記底面部における前記第２面において、前記箱状構造体の端に対応する位置から前記第２面の内側に向かって延在する態様で形成されている、請求項２記載のセンサモジュール。

【請求項7】

複数の前記実装端子は、前記底面部における前記第２面において、前記箱状構造体の端に対応する位置とは距離を隔てられた位置から前記第２面の内側に向かって延在する態様で形成されている、請求項２記載のセンサモジュール。

【請求項8】

前記開口部は、前記底面部から前記圧力センサ本体と対向する高さ位置に形成された、請求項１記載のセンサモジュール。

【請求項9】

前記箱状構造体は、セラミック積層構造体を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、センサモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

センサモジュールの一つとして、たとえば、特許文献１には、圧力センサを備えたセンサモジュールが提案されている。圧力センサは、半導体装置の微細加工に適用されているＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用して製造される。圧力センサは、圧力センサが検出した信号を処理する電子部品に搭載される。電子部品と圧力センサとは、パッケージに収容される。パッケージには、収容された圧力センサ等を覆うように、カバー部材が取り付けられている。

【0003】

圧力センサ等を収容したパッケージは、実装基板に実装されることになる。実装基板と対向するパッケージにおける実装面には、複数の電極パッドが配置されている。圧力センサおよび電子部品は、対応する電極パッドと電気的に接続されている。一方、実装基板には回路パターンが形成されている。複数の電極パッドは、実装基板に実装された状態において、対応する回路パターンと電気的に接続されることになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０２２／０８０１３０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

パッケージに収容された圧力センサによって、たとえば、気圧を測定するために、センサモジュールには、圧力センサが収容されているパッケージの内部と、パッケージの外部とを連通する開口部が設けられている。上述したセンサモジュールでは、開口部は、パッケージに収容された圧力センサ等を覆うカバー部材に形成されている。このため、実装基板の上方に異物が漂っているような場合には、そのような異物が、カバー部材に形成された開口部から侵入しやすくなることが想定される。

【0006】

本開示は、そのような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、圧力センサ等が収容されたパッケージの内部に、パッケージの外部から異物が侵入するのを抑制することができるセンサモジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係るセンサモジュールは、箱状構造体とセンサ部とカバー部材とを備えている。箱状構造体は、底面部および底面部に立設する側面部を有する。センサ部は、箱状構造体の底面部に搭載され、圧力センサ本体を含んでいる。カバー部材は、センサ部を覆うように、側面部に載置されている。箱状構造体における側面部には、センサ部が収容された箱状構造体の内部の空間と外部とを連通する開口部が形成されている。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係るセンサモジュールによれば、箱状構造体における側面部には、センサ部が収容された箱状構造体の内部の空間と外部とを連通する開口部が形成されている。これにより、箱状構造体の内部の空間に異物が侵入するのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施の形態に係るセンサモジュールの一例を示す斜視図である。

【図2】図２は、同実施の形態において、図１に示される断面線ＩＩ－ＩＩにおける断面図である。

【図3】図３は、同実施の形態において、センサモジュールの内部の構造を示す上面図である。

【図4】図４は、同実施の形態において、センサモジュールの底面部に配置された実装端子の一例を示す底面図である。

【図5】図５は、同実施の形態において、図４に示す実装端子が配置されたセンサモジュールの側面図である。

【図6】図６は、同実施の形態において、センサモジュールを実装基板に実装した状態の一例を示す斜視図である。

【図7】図７は、比較例に係るセンサモジュールの一例を示す斜視図である。

【図8】図８は、同実施の形態において、センサモジュールの底面部に配置された実装端子の他の例を示す底面図である。

【図9】図９は、同実施の形態において、図８に示す実装端子が配置されたセンサモジュールの側面図である。

【図10】図１０は、同実施の形態において、バンプの形成方法の第１例を説明するための一工程を示す断面図である。

【図11】図１１は、同実施の形態において、図１０に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。

【図12】図１２は、同実施の形態において、バンプの形成方法の第２例を説明するための一工程を示す断面図である。

【図13】図１３は、同実施の形態において、図１２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。

【図14】図１４は、同実施の形態において、図１３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

実施の形態に係るセンサモジュールの一例について説明する。図１、図２、図３および図４に示すように、センサモジュール１は、箱状のパッケージ３（箱状構造体）、センサ部１１およびカバー部材２１を備えている。

【0011】

箱状のパッケージ３は、底面部５と側面部７とを有している。パッケージ３（センサモジュール１）は、上から見た平面視において正方形状を呈している。パッケージ３は、その正方形状となる、第１平面部３ａ（一の平面部、一の辺）、第２平面部３ｂ、第３平面部３ｃ（他の平面部、他の辺）および第４平面部３ｄを含む。第１平面部３ａ～第４平面部３ｄのそれぞれは、対応する側面部７の表面と、その表面と面一の底面部５の表面（端面）とを有する。なお、正方形状とは、幾何学的に厳密な正方形状を意図するものではなく、一見して正方形状であることが認識できる形状を意図する。また、製造上の誤差等も含む。

【0012】

側面部７は、底面部５に立設するように形成されている。パッケージ３は、複数のグリーンシートを積層し焼成したセラミック積層構造体とされる。底面部５は、たとえば、比較的薄い３層のセラミック層から形成されている。側面部７は、たとえば、比較的厚いセラミック層を含む３層のセラミック層から形成されている。

【0013】

１層目から３層目までのセラミック層（底面部５）の厚さＣ１は、たとえば、１８０μｍ程度とされる。４層目のセラミック層（側面部７の最下層）の厚さＣ２は、たとえば、２００μｍ程度とされる。５層目のセラミック層（側面部７の中央の層）の厚さＣ３は、たとえば、２４０μｍ程度とされる。後述する開口部９の高さ方向の寸法は、約０．２４ｍｍ（２４０μｍ）とされる。６層目のセラミック層（側面部７の最上層）の厚さＣ４は、たとえば、１００μｍ程度とされる。

【0014】

センサ部１１は、パッケージ３に収容されている。センサ部１１は、圧力センサ本体１３と電子部品１５とを含む。圧力センサ本体１３は、ＭＥＭＳ技術を利用して製造されている。圧力センサ本体１３には、圧力の変動を検知する薄板状のダイヤフラム（図示せず）が形成されている。電子部品１５は、圧力センサ本体１３が検出した電気信号を処理する機能を有する。電子部品１５は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）素子として構成されている。

【0015】

パッケージ３における側面部７には、電極パッド２５が形成されている。圧力センサ本体１３と電極パッド２５とが、ボンディングワイヤ２７によって電気的に接続されている。パッケージ３における底面部５は、搭載面５ａと実装面５ｂとを有する。搭載面５ａには、バンプ３１を介在させてセンサ部１１が搭載されている。センサ部１１を覆うようにカバー部材２１が取り付けられている。カバー部材２１は、パッケージ３にカバー部材接合部１９を介在させて取り付けられている。

【0016】

パッケージ３における側面部７には、センサ部１１が収容されているパッケージ３の内部の空間と、パッケージ３の外部とを連通する開口部９が形成されている。開口部９は、第１平面部３ａに位置し、センサ部１１における圧力センサ本体１３と対向する位置（高さ）に形成されている。開口部９は、たとえば、側面部７を構成する３層のセラミック層のうち、比較的厚いセラミック層に形成されている。

【0017】

底面部５における実装面５ｂは、センサモジュール１が実装基板４１（図６参照）に実装された状態で実装基板４１と対向することになる。正方形状の実装面５ｂには、一方向に距離を隔てて対向する端部６ａと端部６ｂとが位置している。また、実装面５ｂには、一方向と直交する他方向に距離を隔てて対向する端部６ｃと端部６ｄとが位置している。

【0018】

実装面５ｂには、複数の実装端子２９が配置されている。センサ部１１は、電極パッド２５およびボンディングワイヤ２７を介して対応する実装端子２９と電気的に接続されている。また、センサ部１１は、バンプ３１を介して対応する実装端子２９と電気的に接続されている。実装端子２９として、１つの実装端子２９ａと９つの実装端子２９ｂとが配置されている。

【0019】

実装端子２９ａは、センサモジュール１の実装基板４１（図６参照）に対する位置決めを行う位置決め端子（ｐｉｎ）として、実装端子２９ｂとはパターン（平面形状）が異なっている。開口部９は、その実装端子２９ａが配置されている位置に対応するように、パッケージ３における側面部７に形成されている。開口部９は、第１平面部３ａ（一の平面部）における、一の辺の長さ方向中央よりも、第３平面部３ｃ（他の平面部）に近い位置に形成されている。

【0020】

実装端子２９は、パッケージ３の端に対応する位置から実装面５ｂの内側に向かって延在する態様で形成されている。端部６ａから端部６ｂに向かって、１つの実装端子２９ａと１つの実装端子２９ｂとが延在するように配置されている。端部６ｂから端部６ａに向かって、２つの実装端子２９ｂが延在するように配置されている。端部６ｃから端部６ｄに向かって、３つの実装端子２９ｂが延在するように配置されている。端部６ｄから端部６ｃに向かって、３つの実装端子２９ｂが延在するように配置されている。

【0021】

図５に示すように、パッケージ３の底面部５における側面部７と面一の面には、対応する実装端子２９（実装端子２９ａ、実装端子２９ｂ）の端面が露出している。図６に示すように、センサモジュール１は実装基板４１に実装されることになる。センサモジュール１の実装端子２９と、実装基板４１に形成された対応する回路パターン（図示せず）とが、たとえば、はんだによって接合される。この場合、露出した実装端子２９の端面には、はんだフィレット４３が形成されることになる。実施の形態に係るセンサモジュール１は、上記のように構成される。

【0022】

上述したセンサモジュール１では、パッケージ３の内部の空間と外側とを連通する開口部９が、パッケージ３の側面部７（第１平面部３ａ）に形成されている。これにより、パッケージ３の内側の空間へ異物等が侵入するのを抑制することができる。これについて、比較例に係るセンサモジュールと比べて説明する。

【0023】

図７に示すように、比較例に係るセンサモジュール１０１は、箱状のパッケージ１０３、センサ部１１１およびカバー部材１２１を備えている。パッケージ１０３は、底面部１０５と側面部１０７とを有している。センサ部１１１は、パッケージ１０３に収容されている。センサ部１１１は、圧力センサ本体１１３と電子部品１１５とを含む。

【0024】

カバー部材１２１は、パッケージ１０３にカバー部材接合部材１１９を介在させて取り付けられている。そのカバー部材１２１には、センサ部１１が収容されているパッケージ１０３の内部の空間と、パッケージ１０３の外部とを連通する開口部１０９が形成されている。開口部１０９のサイズは、たとえば、０．３ｍｍφとされる。

【0025】

センサモジュール１０１は、実装基板（図示せず）に実装された状態で使用されることになる。このとき、センサモジュール１０１の上方に、異物が漂っていた場合には、その異物が、カバー部材１２１に形成された開口部１０９から、パッケージ１０３の内部に侵入しやすくなることが想定される。センサ部１１１が収容されているパッケージ１０３の内部に異物が侵入すると、圧力センサ本体１１３による圧力のセンシングに、悪影響を及ぼすことが想定される。

【0026】

比較例に係るセンサモジュール１０１に対して、実施の形態に係るセンサモジュール１では、開口部９が、パッケージ３の側面部７（第１平面部３ａ）に形成されている。これにより、センサモジュール１が実装された実装基板４１（図６参照）の上方に異物が漂っているような場合に、カバー部材１２１に開口部１０９が形成されている場合（図７参照）と比べて、異物が、パッケージ３の側面部７に形成された開口部９からパッケージ３の内側の空間へ侵入するのを抑制することができる。

【0027】

（実装端子２９のバリエーション）
パッケージ３の底面部５における実装面５ｂに配置される複数の実装端子２９の他の例について説明する。

【0028】

図８に示すように、実装端子２９は、パッケージ３の端に対応する位置とは距離を隔てられた位置から実装面５ｂの内側に向かって延在する態様で形成されていてもよい。実装端子２９として、１つの実装端子２９ｃと９つの実装端子２９ｄとが配置されている。実装端子２９ｃは、センサモジュール１の実装基板４１（図６参照）に対する位置決めを行う位置決め端子（ｐｉｎ）として、実装端子２９ｄとはパターン（平面形状）が異なっている。

【0029】

端部６ａから端部６ｂに向かって、１つの実装端子２９ｃと１つの実装端子２９ｄとが延在するように配置されている。端部６ｂから端部６ａに向かって、２つの実装端子２９ｄが延在するように配置されている。端部６ｃから端部６ｄに向かって、３つの実装端子２９ｄが延在するように配置されている。端部６ｄから端部６ｃに向かって、３つの実装端子２９ｄが延在するように配置されている。この場合には、図９に示すように、パッケージ３の底面部５における側面部７と面一の面には、対応する実装端子２９（実装端子２９ｃ、実装端子２９ｄ）の端面は露出しないことになる。

【0030】

このようなセンサモジュール１も、実装端子２９と、実装基板４１（図６参照）に形成された対応する回路パターンとを、はんだによって接合することで、実装基板４１に実装されることになる。

【0031】

（バンプ３１の構造）
次に、センサ部１１のパッケージ３（底面部５）への搭載態様について説明する。上述したように、センサ部１１は、実装面５ｂ（底面部５）に配置された実装端子２９とは、搭載面５ａ（底面部５）とセンサ部１１との間に介在するバンプ３１を介して電気的に接続されている。

【0032】

（第１例）
バンプ３１の構造の一例として、センサ部１１にあらかじめ配置されたセンサ部側バンプ３３によって形成されるバンプ３１を適用するようにしてもよい。バンプ３１を形成する一連の工程を、図１０および図１１に示す。

【0033】

この場合、センサ部１１を下に配置し、パッケージ３を上に配置した状態から、センサ部１１とパッケージ３とを接近させることで、バンプ３１が形成される。バンプ３１を形成することで、センサ部１１と搭載面５ａ（底面部５）との距離Ｔ１（図１１参照）を確保することができる。

【0034】

（第２例）
バンプ３１の構造の他の例として、センサ部１１にあらかじめ配置されたセンサ部側バンプ３３と、実装面５ｂにあらかじめ配置された実装面側バンプ３５とが接合された複合体のバンプ３１を適用するようにしてもよい。複合体のバンプ３１を形成する一連の工程を、図１２、図１３および図１４に示す。複合体のバンプ３１を形成することで、センサ部１１と搭載面５ａ（底面部５）とは、距離Ｔ１よりも長い距離Ｔ２（図１４参照）を確保することができる。

【0035】

すなわち、バンプ３１の厚さによって、圧力センサ本体１３（センサ部１１）搭載面５ａ（底面部５）からの高さ（位置）を調整することができ、圧力センサ本体１３に対する開口部９の高さ調整を可能にすることができる。なお、複合体のバンプ３１では、センサ部側バンプ３３と実装面側バンプ３５との間には界面が存在することになり、第１例の場合のバンプ３１とは、バンプ３１としての構造が区別される。

【0036】

また、複合体のバンプ３１の場合、センサ部側バンプ３３および実装面側バンプ３５として、たとえば、金（Ａｕ）のように、同じ金属を使用することで、同じ金属同士が接合されることになる。これにより、接合強度がより強固になり、接合不良を低減することができる。

【0037】

上述したセンサモジュールでは、センサ部１１が収容される箱状構造体としてのパッケージ３として、セラミックの積層構造体を例に挙げて説明した。パッケージ３としては、セラミックの積層構造体に限られるものではなく、たとえば、箱状の金属等を適用してもよい。また、実施の形態において挙げた寸法の値および層の数は、一例であって、挙げられた数値に限られるものではない。

【0038】

なお、実施の形態において説明したセンサモジュールについては、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。

【0039】

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0040】

本開示は、以下の態様を含む。
（付記１）
底面部および前記底面部に立設する側面部を有する箱状構造体と、
前記箱状構造体の前記底面部に搭載され、圧力センサ本体を含むセンサ部と、
前記センサ部を覆うように、前記側面部に載置されたカバー部材と
を備え、
前記箱状構造体における前記側面部には、前記センサ部が収容された前記箱状構造体の内部の空間と外部とを連通する開口部が形成された、センサモジュール。

【0041】

（付記２）
前記底面部は、
前記センサ部が搭載されている第１面と、
前記第１面とは反対側に位置する第２面と
を有し、
前記第２面には、前記センサ部と電気的にそれぞれ接続された複数の実装端子が配置された、付記１記載のセンサモジュール。

【0042】

（付記３）
複数の前記実装端子は、実装基板に対する配置位置を特定する位置決め端子を含み、
前記開口部は、前記位置決め端子に対応する位置に形成された、付記２記載のセンサモジュール。

【0043】

（付記４）
前記箱状構造体は、前記カバー部材を上から見た平面視において、正方形状となるように４つの平面部を含み、
４つの前記平面部は、
前記正方形状の一の辺に対応する一の平面部と、
前記一の平面部に繋がり、前記正方形状の他の辺に対応する他の平面部と
を含み、
前記開口部は、前記一の平面部における、前記一の辺の長さ方向中央よりも前記他の平面部に近い位置に形成された、付記３記載のセンサモジュール。

【0044】

（付記５）
前記底面部と前記センサ部との間に介在し、前記センサ部と前記実装端子とを電気的に接続するバンプを有し、
前記バンプは、
前記底面部の前記第１面に接続されている第１部と、
前記センサ部に接続されている第２部と
の複合体として形成された、付記２～４のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

【0045】

（付記６）
複数の前記実装端子は、前記底面部における前記第２面において、前記箱状構造体の端に対応する位置から前記第２面の内側に向かって延在する態様で形成されている、付記２～５のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

【0046】

（付記７）
複数の前記実装端子は、前記底面部における前記第２面において、前記箱状構造体の端に対応する位置とは距離を隔てられた位置から前記第２面の内側に向かって延在する態様で形成されている、付記２～５のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

【0047】

（付記８）
前記開口部は、前記底面部から前記圧力センサ本体と対向する高さ位置に形成された、付記１～７のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

【0048】

（付記９）
前記箱状構造体は、セラミック積層構造体を含む、付記１～８のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本開示は、圧力センサ本体を含むセンサ部を備えたセンサモジュールに有効に利用される。

【符号の説明】

【0050】

１ センサモジュール、３ パッケージ、３ａ 第１平面部、３ｂ 第２平面部、３ｃ 第３平面部、３ｄ 第４平面部、５ 底面部、５ａ 搭載面、５ｂ 実装面、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 端部、７ 側面部、９ 開口部、１１ センサ部、１３ 圧力センサ本体、１５ 電子部品、１７ 接合材、１９ カバー部材接合部、２１ カバー部材、２３、２５ 電極パッド、２７ ボンディングワイヤ、２９、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ 実装端子、３１ バンプ、３３ センサ部側バンプ、３５ 底面部側バンプ、４１ 実装基板、４３ はんだフィレット。

【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】

【図14】