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JP2006010426A - センサ装置およびその製造方法 - Google Patents

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JP2006010426A
JP2006010426A JP2004186045A JP2004186045A JP2006010426A JP 2006010426 A JP2006010426 A JP 2006010426A JP 2004186045 A JP2004186045 A JP 2004186045A JP 2004186045 A JP2004186045 A JP 2004186045A JP 2006010426 A JP2006010426 A JP 2006010426A
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Japan
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sensor element
sensor
insulating member
sensor device
electrical connection
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JP2004186045A
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English (en)
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Masaaki Tanaka
昌明 田中
Hiromi Ariyoshi
博海 有吉
Chiaki Mizuno
千昭 水野
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Priority to DE102005029174A priority patent/DE102005029174A1/de
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Abstract

【課題】 センサ素子のセンシング部を露出させた状態で、センサ素子の電気接続部が電気絶縁性部材にて被覆され保護されてなるセンサ装置において、センシング部への電気絶縁性部材の付着を防止し、検出感度の劣化を抑制する。
【解決手段】 検出用のセンシング部２１を有するセンサ素子２０を備え、センシング部２１を露出させた状態で、センサ素子２０と外部とを電気的に接続する部分である電気接続部３０が電気絶縁性部材にて被覆され保護されてなるセンサ装置１００において、電気絶縁性部材は、電気接続部３０に対して蒸着法により形成されたパリレンなどからなる蒸着膜である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、センサ素子のセンシング部を露出させた状態で、センサ素子の電気接続部が電気絶縁性部材にて被覆され保護されてなるセンサ装置およびその製造方法に関する。
この種のセンサ装置は、一般に、検出用のセンシング部を有するセンサ素子を備え、センシング部を露出させた状態で、センサ素子と外部とを電気的に接続する部分である電気接続部を電気絶縁性部材にて被覆し保護してなるものである。
このようなセンサ装置としては、たとえば、従来より、半導体基板を用いた熱式空気流量センサ（以下、エアフローセンサという）が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
このエアフローセンサのセンサ素子である流量検出素子は、シリコン基板で形成され、その表面にはセンシング部として発熱抵抗体（ヒータ）などが形成されている。流量検出素子の表面を空気が流れるとヒータの放熱量が変化し、これを抵抗値の変化として取り出して、回路素子で処理することにより流量を検出する。
ここで、流量検出素子と回路素子はボンディングワイヤによって電気的に接続されるが、この流量検出素子の電気接続部は、腐食防止などのために電気絶縁性部材としてのシール材で封止し、保護する必要がある。
従来では、シール材としてゲルを使用しており、このシール材が流量検出素子のヒータ部に付着するとヒータの放熱が鈍くなり、流量検出感度が低下する。このため、従来では、上記特許文献１に記載されているように、流量検出素子上にシール材流出防止用のストッパー部を設けてシール材を充填していた。
特開２０００−２５７２号公報
しかしながら、従来では、シール材の経時劣化によりシール材が流量検出素子の表面に漏出してしまうことがあり、流量検出感度がばらつくなど、センサ装置における検出感度が劣化するという問題があった。
なお、このような問題は、センサ素子のセンシング部を露出させた状態で、センサ素子の電気接続部が電気絶縁性部材にて被覆され保護されてなるセンサ装置については、共通した問題であると考えられる。
そこで、本発明は上記問題に鑑み、センサ素子のセンシング部を露出させた状態で、センサ素子の電気接続部が電気絶縁性部材にて被覆され保護されてなるセンサ装置において、センシング部への電気絶縁性部材の付着を防止し、検出感度の劣化を抑制することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、検出用のセンシング部（２１）を有するセンサ素子（２０）を備え、センシング部（２１）を露出させた状態で、センサ素子（２０）と外部とを電気的に接続する部分である電気接続部（３０）が電気絶縁性部材（４０）にて被覆され保護されてなるセンサ装置において、電気絶縁性部材（４０）は、電気接続部（３０）に対して蒸着法により形成された蒸着膜であることを特徴としている。
それによれば、従来の電気絶縁性部材であるゲルなどからなるシール材に比べて、経時劣化がほとんどない蒸着膜を電気絶縁性部材（４０）として用い、電気接続部（３０）を被覆している。そのため、従来のような電気接続部（３０）以外への電気絶縁性部材（４０）の流出を抑止することができる。
したがって、本発明によれば、センサ素子（２０）のセンシング部（２１）を露出させた状態で、センサ素子（２０）の電気接続部（３０）が電気絶縁性部材（４０）にて被覆され保護されてなるセンサ装置において、センシング部（２１）への電気絶縁性部材（４０）の付着を防止し、検出感度の劣化を抑制することができる。
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のセンサ装置において、蒸着膜は、有機膜であるものにできる。
さらに、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載のセンサ装置において、前記有機膜はパリレンからなる膜であるものにできる。
請求項４に記載の発明では、検出用のセンシング部（２１）を有するセンサ素子（２０）を備え、センシング部（２１）を露出させた状態で、センサ素子（２０）と外部とを電気的に接続する部分である電気接続部（３０）が電気絶縁性部材（４０）にて被覆され保護されてなるセンサ装置を製造する製造方法であって、電気接続部（４０）に対応して開口した開口部（２２１）を有するマスク治具（２００）を用意し、このマスク治具（２００）により電気接続部（３０）を開口させた状態で蒸着を行うことにより、形成された蒸着膜を電気絶縁性部材（４０）として形成することを特徴としている。
それによれば、請求項１に記載のセンサ装置を適切に製造しうるセンサ装置の製造方法を提供することができる。
つまり、本発明の製造方法によれば、センサ素子（２０）のセンシング部（２１）を露出させた状態で、センサ素子（２０）の電気接続部（３０）が電気絶縁性部材（４０）にて被覆され保護されてなるセンサ装置において、センシング部（２１）への電気絶縁性部材（４０）の付着を防止し、検出感度の劣化を抑制することができる。
また、請求項５に記載の発明では、請求項４に記載のセンサ装置の製造方法において、マスク治具（２００）として、センサ素子（２０）に当たる部分に、当該部分がセンサ素子（２０）に当たる力を緩衝させる緩衝機構（２２２）が備えられたものを用いることを特徴としている。
それによれば、センサ素子（２０）のうちマスク治具（２００）が当たる部位では、マスク治具（２００）からセンサ素子（２０）に加わる応力を緩和することができ、センサ素子（２０）へのダメージを極力小さいものにできる。
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。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
本実施形態では、本発明のセンサ装置１００を熱式空気流量センサ（以下、単にフローセンサという）に適用したものとして説明する。
図１は、本センサ装置１００を用いた流量測定装置８００を吸気管９００に取り付けた状態を示す断面図である。この吸気管９００は、たとえば自動車の吸気管であり、その内部を空気が流れるものである。
この流量測定装置８００は、樹脂等により成形されたケース部材をその本体とするものであり、図１に示されるように、回路モジュール８１０、流路部材８２０およびフローセンサとしてのセンサ装置１００を備える。
図１に示されるように、流量測定装置８００は、吸気管９００に形成された取付穴９１０に流路部材８２０が挿入されることにより、流路部材８２０が吸気管９００内に位置した形で取り付けられる。なお、上記取付穴９１０は、流量測定装置８００のＯリング等よりなるシール部材８４０によりシールされる。
回路モジュール８１０内には、図示しない信号処理用の回路等が収納されており、また、回路モジュール８１０には、外部と電気的な接続を行うためのコネクタ８１１が備えられている。コネクタ８１１には、ワイヤハーネス等の配線部材が接続され、この接続部材を介してエンジン制御装置などに電気的に接続されるようになっている。
流路部材８２０には、上記吸気管９００からの空気をバイパスさせる逆Ｕ字形状のバイパス流路８２１が形成されており、図１中の矢印Ｙに示されるように、吸気管９００からの空気はバイパス流路８２１へ導入されてバイパス流路８２１内を流れ、再び、吸気管９００へ流れ出すようになっている。
また、流路部材８２０には、センサ装置１００がバイパス流路８２１内へ突き出した形で設置されている。それにより、センサ装置１００においては、後述するセンサ素子２０のセンシング部２１が、バイパス流路８２１内の空気の流れにさらされるようになっている。
センサ装置１００は台座などに接着等により固定され、この台座を介して流路部材８２０に固定されている。また、センサ装置１００は回路モジュール１０内の上記回路と図示しないワイヤ等を介して電気的に接続されている。
かかる流量測定装置８００においては、測定流にさらされたセンサ装置１００が、空気流量に応じた信号を発生し、この信号は回路モジュール８１０へ出力されて上記回路等によって処理され、この処理された信号がコネクタ８１１から上記エンジン制御装置などへ送信されるようになっている。
次に、本実施形態のセンサ装置１００について、図２、図３および図４を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係るセンサ装置１００の概略断面構成を示す図であり、図３は、図２の上視平面図である。また、図４は、図２および図３中におけるボンディングワイヤ３０の表面を被覆する電気絶縁性部材４０の様子を模式的に示す図である。
本センサ装置１００は、大きくは、外部接続用のターミナル１１が設けられたケース１０と、検出用のセンシング部２１を有するセンサ素子２０と、センサ素子２０とターミナル１１とを電気的に接続する電気接続部としてのボンディングワイヤ３０と、ボンディングワイヤ３０を被覆保護する電気絶縁性部材４０とを備えて構成されている。
センサ装置１００のケース１０は、たとえば、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ものである。このケース１０の上面には、センサ素子２０を搭載するための開口した凹部１１が形成されている。
ケース１０には、導体部材としてのターミナル１２がインサート成形により一体的に設けられている。このターミナル１２は、たとえば銅などの導電材料よりなるもので、このターミナル１２の一部は、センサ素子２０の近傍にてケース１０の表面に露出した状態となるように配置されている。
そして、このターミナル１２の露出部分は、たとえば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、ターミナル１２のうち上記ボンディングパッドとは反対側の端部が、ケース１０の外部に突出しており、このターミナル１２の突出部は、外部の配線部材などに接続が可能となっている。
ここでは、図２に示されるように、ターミナル１２は８本設けられている。このように、ターミナル１２は、外部と電気的に接続されセンサ装置１００の信号を外部へ出力するための端子部材として構成される。
センサ素子２０としては、たとえば、メンブレン上に形成された発熱抵抗体や感温抵抗体の温度−抵抗特性を利用して空気流量測定を行う薄膜式のフローセンサ素子を採用することができる。
図２および図３に示される例では、センサ素子２０は、薄肉のメンブレンの部分がセンシング部２１となっており、この部分に上記発熱抵抗体（ヒータ）や感温抵抗体が形成されている。
そして、このセンシング部２１が、上記図１に示される流量測定装置８００におけるバイパス流路８２１内の空気の流れにさらされ、この空気流量に応じた信号を発生するようになっている。
このようなセンサ素子２０は、シリコン半導体などの半導体基板を用いて公知の半導体製造技術やエッチング技術などを用いて製造された半導体チップとして構成することができる。
このセンサ素子２０は、上述したように、ケース１０の凹部１１の底部に、樹脂やセラミックなどからなる図示しない接着材を介して搭載され、接着固定されている。そして、図２に示されるように、センサ素子２０の上面とケース１０の右側の上面とが、略同一平面となっている。
また、センサ素子２０の各入出力端子（図示せず）は、ターミナル１２の上記ボンディングパッドに対して金やアルミニウムなどのボンディングワイヤ３０を介して電気的に接続されている。
ここで、ボンディングワイヤ３０は、センサ素子２０と外部すなわちターミナル１２とを電気的に接続する部分である電気接続部であるが、電気接続部としては、ボンディングワイヤ３０およびこのボンディング３０とセンサ素子２０との接続部、ボンディングワイヤ３０とターミナル１２との接続部までも含むものである。
そして、本実施形態では、センサ素子２０のセンシング部２１を露出させた状態で、図３に示されるように、上記電気接続部３０が電気絶縁性部材４０にて被覆され保護されてなる。
ここで、この電気絶縁性部材４０は、電気接続部３０に対して蒸着法により形成された蒸着膜である。ここで、蒸着法とは、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ＰＶＤ（物理的気相成長法）、スパッタなどの成膜方法である。
また、この蒸着膜としては、パリレンなどの有機膜やシリコン窒化膜やシリコン酸化膜などの無機膜を採用することができる。特に、電気接続部の保護においては、パリレンを用いることが好ましい。
かかるセンサ装置１００は、ターミナル１２がインサート成形されたケース１０を用意し、センサ素子２０をケース１０へ搭載固定し、センサ素子２０とターミナル１２とをワイヤボンディングにより結線した後、上記電気接続部３０への電気絶縁性部材４０としての蒸着膜の形成を行うことにより、製造される。
この電気絶縁性部材４０としての蒸着膜の形成について、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
図５において、（ａ）は、電気絶縁性部材４０を形成する前のセンサ装置１００をマスク治具としての金型２００に設置した状態を示す概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の上視平面図である。なお、この（ｂ）においては、金型２００の上型２２０を透過した状態でセンサ装置１００を示してある。
電気絶縁性部材４０を形成する前のセンサ装置１００を、マスク治具としての金型２００に設置し、電気接続部３０への電気絶縁性部材４０としての蒸着膜の形成を行う。
ここで、金型２００は、互いに合致する下型２１０および上型２２０からなるものである。たとえば、下型２１０にセンサ装置１００を置き、その上から上型２２０を被せるように下型２１０に合致させる。下型２１０と上型２２０との固定は、たとえばネジ締めなどにより行う。
ここで、図５に示されるように、金型２００の上型２２０は、電気接続部３０に対応して開口した開口部２２１を有するとともに、センサ素子２０のセンシング部２１は覆う形状となっている。
この状態で、蒸着を行えば、電気絶縁性部材４０としての蒸着膜が、電気接続部３０に成膜され、センサ素子２０のセンシング部２１を露出させた状態で電気接続部３０が電気絶縁性部材４０により被覆保護されたセンサ装置１００ができあがる。
また、本実施形態では、図５（ａ）に示されるように、このマスク治具としての金型２００において、上型２２０のセンサ素子２０に当たる部分に、当該部分がセンサ素子２０に当たる力を緩衝させる緩衝機構２２２が備えられたものを用いている。
この緩衝機構２２２は、本例では、バネ部材２２３とこのバネ部材２２３に取り付けられたブロック部材２２４とから構成されるものである。
ここにおいて、センサ装置１００を金型２００に設置した状態では、このブロック部材２２４が、センサ素子２０の上面に当たるが、バネ部材２２３の弾性力によって、ブロック部材２２４がセンサ素子２０に当たる力は緩和される。
なお、この緩衝機構２２２としては、バネ部材２２３とブロック部材２２４とからなるもの以外にも、センサ素子２０に当たる力を緩衝させるものであればよい。たとえば、ゴムなどからなる弾性体を上型２２０の内面のうちセンサ素子２０に当たる部位に取り付けたものであってもよい。
こうして、上記電気接続部３０への電気絶縁性部材４０としての蒸着膜の形成を行うことにより、センサ装置１００が完成する。そして、このセンサ装置１００は、上記流量測定装置８００の一部として取り付けられ、自動車の吸気管９００内の流量測定を行うようになっている。
ところで、本実施形態によれば、検出用のセンシング部２１を有するセンサ素子２０を備え、センシング部２１を露出させた状態で、センサ素子２０と外部とを電気的に接続する部分である電気接続部３０が電気絶縁性部材４０にて被覆され保護されてなるセンサ装置１００において、電気絶縁性部材４０は、電気接続部３０に対して蒸着法により形成された蒸着膜であることを特徴とするセンサ装置１００が提供される。
それによれば、従来の電気絶縁性部材であるゲルなどからなるシール材に比べて、経時劣化がほとんどない蒸着膜を電気絶縁性部材４０として用い、電気接続部３０を被覆している。そのため、従来のような電気接続部３０以外への電気絶縁性部材４０の流出を抑止することができる。
したがって、本実施形態のセンサ装置１００によれば、センサ素子２０のセンシング部２１を露出させた状態で、センサ素子２０の電気接続部３０が電気絶縁性部材４０にて被覆され保護されてなるセンサ装置において、センシング部２１への電気絶縁性部材４０の付着を防止し、検出感度の劣化を抑制することができる。
ここで、本実施形態のセンサ装置１００においては、蒸着膜は、有機膜であるものにでき、具体的には、有機膜はパリレンからなる膜であるものにすることで、上記した本実施形態の効果を適切に実現している。
また、本実施形態によれば、検出用のセンシング部２１を有するセンサ素子２０を備え、センシング部２１を露出させた状態で、センサ素子２０と外部とを電気的に接続する部分である電気接続部３０が電気絶縁性部材４０にて被覆され保護されてなるセンサ装置を製造する製造方法であって、電気接続部４０に対応して開口した開口部２２１を有するマスク治具２００を用意し、このマスク治具２００により電気接続部３０を開口させた状態で蒸着を行うことにより、形成された蒸着膜を電気絶縁性部材４０として形成することを特徴とする製造方法が提供される。
それによれば、本実施形態のセンサ装置１００を適切に製造しうるセンサ装置の製造方法を提供することができる。
つまり、本製造方法によれば、センサ素子２０のセンシング部２１を露出させた状態で、センサ素子２０の電気接続部３０が電気絶縁性部材４０にて被覆され保護されてなるセンサ装置において、センシング部２１への電気絶縁性部材４０の付着を防止し、検出感度の劣化を抑制することができる。
また、上述したように、本実施形態のセンサ装置の製造方法においては、マスク治具２００として、センサ素子２０に当たる部分に、当該部分がセンサ素子２０に当たる力を緩衝させる緩衝機構２２２が備えられたものを用いることを特徴としている。
それによれば、センサ素子２０のうちマスク治具２００が当たる部位では、マスク治具２００からセンサ素子２０に加わる応力を緩和することができ、センサ素子２０へのダメージを極力小さいものにできる。
（他の実施形態）
なお、本発明のセンサ装置は、上記したフローセンサに限定されるものではないことはもちろんである。それ以外には、たとえば、湿度センサ、ガスセンサ、光センサ、タイヤ圧センサ、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）センサ等の耐環境性能が求められる分野のセンサへ適用することができる。
要するに、本発明は、検出用のセンシング部を有するセンサ素子を備え、センシング部を露出させた状態で、センサ素子と外部とを電気的に接続する部分である電気接続部が電気絶縁性部材にて被覆され保護されてなるセンサ装置において、電気絶縁性部材を、電気接続部に対して蒸着法により形成された蒸着膜としたことを要部とするものであり、その他の部分については適宜設計変更が可能である。
本発明の実施形態に係るセンサ装置を用いた流量測定装置を吸気管に取り付けた状態を示す断面図である。 上記実施形態に係るセンサ装置の概略断面構成を示す図である。 図２の上視平面図である。 上記図２および図３中におけるボンディングワイヤの表面を被覆する電気絶縁性部材の様子を模式的に示す図である。 （ａ）は、電気絶縁性部材を形成する前のセンサ装置をマスク治具としての金型に設置した状態を示す概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の上視平面図である。
符号の説明
２０…センサ素子、２１…センサ素子のセンシング部、
３０…電気接続部としてのボンディングワイヤ、４０…電気絶縁性部材、
２００…マスク治具としての金型、２２１…開口部、２２２…緩衝機構。

Claims (5)

  1. 検出用のセンシング部（２１）を有するセンサ素子（２０）を備え、
    前記センシング部（２１）を露出させた状態で、前記センサ素子（２０）と外部とを電気的に接続する部分である電気接続部（３０）が電気絶縁性部材（４０）にて被覆され保護されてなるセンサ装置において、
    前記電気絶縁性部材（４０）は、前記電気接続部（３０）に対して蒸着法により形成された蒸着膜であることを特徴とするセンサ装置。
  2. 前記蒸着膜は、有機膜であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
  3. 前記有機膜はパリレンからなる膜であることを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
  4. 検出用のセンシング部（２１）を有するセンサ素子（２０）を備え、
    前記センシング部（２１）を露出させた状態で、前記センサ素子（２０）と外部とを電気的に接続する部分である電気接続部（３０）が電気絶縁性部材（４０）にて被覆され保護されてなるセンサ装置を製造する製造方法であって、
    前記電気接続部（４０）に対応して開口した開口部（２２１）を有するマスク治具（２００）を用意し、
    このマスク治具（２００）により前記電気接続部（３０）を開口させた状態で蒸着を行うことにより、形成された蒸着膜を前記電気絶縁性部材（４０）として形成することを特徴とするセンサ装置の製造方法。
  5. 前記マスク治具（２００）として、前記センサ素子（２０）に当たる部分に、当該部分が前記センサ素子（２０）に当たる力を緩衝させる緩衝機構（２２２）が備えられたものを用いることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置の製造方法。
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