JP6249865B2 - Semiconductor pressure sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、水深計を搭載した腕時計などの携帯用の機器に使用できる半導体圧力センサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor pressure sensor that can be used in a portable device such as a wristwatch equipped with a depth gauge, and a method for manufacturing the same.
従来、携帯用の機器などには、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）技術を利用した、小型の半導体圧力センサが用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。
この種の圧力センサとしては、例えば、圧力センサ素子と、圧力センサ素子からの信号を受ける制御素子と、を有するものがある。
Conventionally, small-sized semiconductor pressure sensors using MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) technology have been used for portable devices and the like (see, for example,
As this type of pressure sensor, for example, there is one having a pressure sensor element and a control element that receives a signal from the pressure sensor element.
近年では、携帯用の機器の小型化に伴い、圧力センサにもさらなる小型化が要求されている。
しかし、従来技術で用いられるリードフレームは、強度を保つために一定の厚みが必要となるため、小型化は困難であった。また、リードフレームの厚みに伴って長くなったボンディングワイヤが、外界からの電磁ノイズをひろい、ノイズが増加することがあった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、小型化が可能であり、かつ耐ノイズ性に優れた圧力センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
In recent years, along with miniaturization of portable devices, further miniaturization of pressure sensors is required.
However, the lead frame used in the prior art requires a certain thickness in order to maintain strength, and thus it has been difficult to reduce the size. Moreover, the bonding wire that has become longer with the thickness of the lead frame spreads electromagnetic noise from the outside world, and noise may increase.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor that can be reduced in size and has excellent noise resistance and a method for manufacturing the same.
本発明は、圧力センサ素子と、前記圧力センサ素子からの信号を受けて圧力検出信号を出力する制御素子と、前記圧力センサ素子および前記制御素子に電気的に接続されたフレキシブルプリント配線板と、を備え、前記圧力センサ素子は、前記フレキシブルプリント配線板の実装部分の第１の面側に設けられ、前記制御素子は、前記フレキシブルプリント配線板の実装部分の第２の面側に設けられ、前記圧力センサ素子と前記制御素子とは、前記フレキシブルプリント配線板の実装部分の厚さ方向から見たときに、少なくとも一部が互いに重なるように配置されている半導体圧力センサおよびその製造方法を提供する。 The present invention includes a pressure sensor element, a control element that receives a signal from the pressure sensor element and outputs a pressure detection signal, a flexible printed wiring board electrically connected to the pressure sensor element and the control element, The pressure sensor element is provided on the first surface side of the mounting portion of the flexible printed wiring board, and the control element is provided on the second surface side of the mounting portion of the flexible printed wiring board, Provided is a semiconductor pressure sensor in which the pressure sensor element and the control element are arranged so that at least a part thereof overlaps each other when viewed from the thickness direction of the mounting portion of the flexible printed wiring board, and a manufacturing method thereof To do.
本発明は、以下のような構成を有していてもよい。
本発明は、前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の面側には、前記実装部分を覆う台座部が設けられ、前記台座部は、前記フレキシブルプリント配線板の実装部分に対して交差する方向に形成された貫通孔を有し、前記フレキシブルプリント配線板は、前記実装部分を外れた部分が前記貫通孔を通して前記台座部の底面側に導出されている構成としてもよい。
本発明は、前記フレキシブルプリント配線板の曲げ変形を規制する補強手段、をさらに備え、前記補強手段は、前記フレキシブルプリント配線板より曲げ剛性が高く、前記フレキシブルプリント配線板に重ねて設けられた補強用配線基板であり、前記圧力センサ素子は、前記補強用配線基板に設けられ、前記補強用配線基板を介して前記フレキシブルプリント配線板に電気的に接続されている構成としてもよい。
本発明は、前記フレキシブルプリント配線板の曲げ変形を規制する補強手段、をさらに備え、前記補強手段は、前記フレキシブルプリント配線板に積層された他のフレキシブルプリント配線板である構成としてもよい。
本発明は、前記フレキシブルプリント配線板の曲げ変形を規制する補強手段、をさらに備え、前記補強手段は、前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の面に、前記制御素子を覆って設けられた固定樹脂層であり、前記制御素子は、前記固定樹脂層によって前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の面に固定されている構成としてもよい。
前記圧力センサ素子または制御素子は、ボンディングワイヤにより前記フレキシブルプリント配線板または前記補強用配線基板に接続することができる。
前記圧力センサ素子または制御素子は、フリップチップ実装により前記フレキシブルプリント配線板または前記補強用配線基板に接続することができる。
The present invention may have the following configuration.
In the present invention, a pedestal portion that covers the mounting portion is provided on the second surface side of the flexible printed wiring board, and the pedestal portion intersects the mounting portion of the flexible printed wiring board. The flexible printed wiring board may include a formed through hole, and a portion of the flexible printed wiring board may be led out to a bottom surface side of the pedestal through the through hole.
The present invention further includes reinforcing means for restricting bending deformation of the flexible printed wiring board, and the reinforcing means has higher bending rigidity than the flexible printed wiring board and is provided to overlap the flexible printed wiring board. The pressure sensor element may be provided on the reinforcing wiring board and electrically connected to the flexible printed wiring board via the reinforcing wiring board.
The present invention may further include reinforcing means for restricting bending deformation of the flexible printed wiring board, and the reinforcing means may be another flexible printed wiring board laminated on the flexible printed wiring board.
The present invention further comprises reinforcing means for restricting bending deformation of the flexible printed wiring board, and the reinforcing means is provided on the second surface of the flexible printed wiring board so as to cover the control element. It is a resin layer, The said control element is good also as a structure fixed to the said 2nd surface of the said flexible printed wiring board by the said fixed resin layer.
The pressure sensor element or the control element can be connected to the flexible printed wiring board or the reinforcing wiring board by a bonding wire.
The pressure sensor element or the control element can be connected to the flexible printed wiring board or the reinforcing wiring board by flip chip mounting.
本発明は、圧力センサ素子と、前記圧力センサ素子からの信号を受けて圧力検出信号を出力する制御素子とを、それぞれフレキシブルプリント配線板の実装部分の第１の面側および第２の面側に、前記フレキシブルプリント配線板に電気的に接続されるように設け、この際、前記圧力センサ素子と前記制御素子とを、前記フレキシブルプリント配線板の実装部分の厚さ方向から見たときに、少なくとも一部が互いに重なるように配置する半導体圧力センサの製造方法を提供する。 The present invention provides a pressure sensor element and a control element that receives a signal from the pressure sensor element and outputs a pressure detection signal, respectively, on the first surface side and the second surface side of the mounting portion of the flexible printed wiring board. In order to be electrically connected to the flexible printed wiring board, at this time, when the pressure sensor element and the control element are viewed from the thickness direction of the mounting portion of the flexible printed wiring board, Provided is a method for manufacturing a semiconductor pressure sensor, which is arranged so that at least a part thereof overlaps with each other.
本発明によれば、圧力センサ素子と制御素子とが、平面視において少なくとも一部が重なる位置にあるため、圧力センサ素子と制御素子が占有する合計のスペースを小さくできる。従って、圧力センサの小型化を図ることができる。
また、ＦＰＣを用いるため、配線構造を必要以上に長く形成する必要がなく、耐電磁ノイズ性を高め、検出精度を高めることができる。
また、ＦＰＣをそのまま外部接続用の端子として使用できるため、配線の引き回しが容易となる。外部機器との中継接続のための構造が不要となることから、構造を簡略化し、小型化および低コスト化を図ることができる。
According to the present invention, since the pressure sensor element and the control element are at least partially overlapped in plan view, the total space occupied by the pressure sensor element and the control element can be reduced. Therefore, the pressure sensor can be downsized.
In addition, since the FPC is used, it is not necessary to form a wiring structure longer than necessary, and electromagnetic noise resistance can be improved and detection accuracy can be improved.
Further, since the FPC can be used as a terminal for external connection as it is, the wiring can be easily routed. Since a structure for relay connection with an external device is not required, the structure can be simplified, and downsizing and cost reduction can be achieved.
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の半導体圧力センサ（以下、単に圧力センサという）の第１の実施形態である圧力センサ１０の断面図である。
以下の説明において、「上」および「下」は、図１における上下に即している。また、高さ方向とは、図１における上方である。「平面視」とは、フレキシブルプリント配線板４の実装部２１の厚さ方向（図１の上下方向）から見ることをいう。
Hereinafter, based on a preferred embodiment, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
In the following description, “upper” and “lower” correspond to the upper and lower sides in FIG. Further, the height direction is the upper side in FIG. “Plan view” means viewing from the thickness direction (vertical direction in FIG. 1) of the
図１に示すように、圧力センサ１０は、圧力センサ素子２と、圧力センサ素子２からの信号を受けて圧力検出信号を出力する制御素子３と、圧力センサ素子２および制御素子３に電気的に接続されたフレキシブルプリント配線板（以下、ＦＰＣという）４と、ＦＰＣ４に積層された補強用配線基板９（補強手段）と、これらを一括して保持する基体部１（パッケージ部）とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
基体部１は、台座部６と、制御素子３を固定する固定樹脂層５（固定部）と、台座部６上に設けられた上部基体７とを有する。
固定樹脂層５は、例えばエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂などからなり、ＦＰＣ４の実装部２１の第２面２１ｂに、制御素子３を固定することができる。
固定樹脂層５は、制御素子３を覆って形成することが望ましい。図示例の固定樹脂層５は、実装部２１の第２面２１ｂ、制御素子３、およびボンディングワイヤ１４を覆って形成されている。
The
The
The
固定樹脂層５は、ＦＰＣ４の曲げ変形を規制する補強手段として機能し得る程度の曲げ剛性（好ましくはＦＰＣ４よりも高い曲げ剛性）を有することが望ましい。
固定樹脂層５は、樹脂成型によって形成することができる。
「曲げ変形を規制する」とは、ＦＰＣ４（実装部２１）単独の場合に比べて、ＦＰＣ４（実装部２１）が曲がりにくくなることをいう。
The
The
“Regulating bending deformation” means that the FPC 4 (mounting portion 21) is less likely to bend as compared to the case where the FPC 4 (mounting portion 21) is alone.
台座部６（制御側基体）は、例えばエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイドなどの樹脂からなり、固定樹脂層５の外面の大部分（または全部）を覆って形成されている。このため、台座部６は、固定樹脂層５を介して、（間接的に）実装部２１の第２面２１ｂおよび制御素子３を覆っている。台座部６は、平面視において実装部２１を包含して形成されている。
The pedestal 6 (control-side substrate) is made of, for example, an epoxy resin, urethane resin, polyimide resin, polyamide resin, polyethylene, polyphenylene sulfide, or the like, and most (or all) of the outer surface of the
台座部６は、例えば、平面視略円形とすることができる。台座部６には、後述するＦＰＣ４の垂直延出部２２ｃが挿通する挿通孔６ａ（貫通孔）が形成されている。挿通孔６ａは台座部６を上下に貫通して形成され、底面６ｂに開口している。
台座部６は、樹脂成型によって形成することができる。台座部６は、例えばＦＰＣ４を樹脂中に埋め込んだ状態でこの樹脂を成型することにより形成することができる。この場合でも垂直延出部２２ｃは挿通孔６ａに挿通した形態となる。
The
The
なお、挿通孔６ａの形成方向は、上下方向に限らず、ＦＰＣ４の実装部２１に対し交差する方向であればよい。例えば、実装部２１に対して０°を越え、９０°未満の角度で傾斜する方向であってもよい。
The formation direction of the
上部基体７（センサ側基体）は、本体部１１と、本体部１１の上面１１ａから上方に突出する環状壁部１２と、を有する筒状に形成されている。この例では、本体部１１および環状壁部１２は、それぞれ平面視円形に形成されている。
上部基体７の内部空間（収容部７ａ）は、圧力センサ素子２、補強用配線基板９および保護剤８を収容できる。収容部７ａは円筒形とすることができる。環状壁部１２は、本体部１１と一体に形成することができる。
上部基体７は、例えばエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイドなどの樹脂からなり、樹脂成型によって形成することができる。
The upper base body 7 (sensor-side base body) is formed in a cylindrical shape having a
The internal space (accommodating
The
環状壁部１２は、圧力センサ素子２の外面（図１では回路形成面２ａ）およびボンディングワイヤ１３より高い位置に達するように上方に突出して形成することができる。これによって、圧力センサ素子２およびボンディングワイヤ１３に外力が及ぶのを防ぐことができる。
The
台座部６および上部基体７の平面視形状は円形に限らず、多角形（矩形など）、その他、任意の形状とすることができる。収容部７ａの形状は、収容される部品（例えば圧力センサ素子２および補強用配線基板９）の形状に応じて設計でき、その平面視形状は円形に限らず、多角形（矩形など）、その他、任意の形状とすることができる。
台座部６と上部基体７とは別体であってもよいし、樹脂成型（一体成型）により一体に形成されていてもよい。
The planar view shapes of the
The
ＦＰＣ４は、可撓性を有する絶縁フィルムの一方または両方の面に、銅などの金属からなる配線層が形成されたものである。絶縁フィルムとしては、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、液晶ポリマー等が使用できる。
図２は、第１面２１ａ（図１の上面）側から見たＦＰＣ４、補強用配線基板９および圧力センサ素子２の平面図である。図３は、第２面２１ｂ（図１の下面）側から見たＦＰＣ４および制御素子３の平面図である。
図２および図３に示すように、ＦＰＣ４は、平面視矩形の実装部２１と、実装部２１から延出する一定幅の帯状の延出部２２とを有する。延出部２２の先端部には端子部２２ａが形成されている。端子部２２ａは、外部の機器に接続可能である。
The
FIG. 2 is a plan view of the
As shown in FIGS. 2 and 3, the
実装部２１の第１面２１ａの配線層（図示略）は、絶縁基板に形成された貫通孔（図示略）を介して、第２面２１ｂの配線層（図示略）に電気的に接続されている。
The wiring layer (not shown) on the
図１に示すように、延出部２２は、長さ方向の一箇所で厚さ方向に屈曲して形成されている。すなわち、延出部２２は、実装部２１と平行に延出する基延出部２２ｂと、基延出部２２ｂの延出端から、基延出部２２ｂに対して垂直に延出する垂直延出部２２ｃとを有する。
垂直延出部２２ｃは、台座部６を上下方向に貫通する挿通孔６ａに挿通し、台座部６の底面６ｂから外方（下方）に導出されている。
As shown in FIG. 1, the extending
The vertically extending
図１および図２に示すように、補強用配線基板９は、実装部２１の第１面２１ａに積層して設けられている。
補強用配線基板９は、絶縁基板の一方または両方の面に、銅などの金属からなる配線層が形成されたものである。
補強用配線基板９は、ＦＰＣ４の曲げ変形を規制する補強手段として機能し得る程度の曲げ剛性（好ましくはＦＰＣ４よりも高い曲げ剛性）を有することが望ましい。
絶縁基板は、非可撓性材料からなるもの、例えばガラス基板、セラミックス基板等が使用できる。また、樹脂材料からなる非可撓性基板、例えば、ガラス繊維で強化した樹脂（エポキシ系樹脂等）からなる基板を使用してもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the reinforcing
The reinforcing
It is desirable that the reinforcing
As the insulating substrate, a substrate made of an inflexible material, for example, a glass substrate or a ceramic substrate can be used. Moreover, you may use the non-flexible board | substrate which consists of resin materials, for example, the board | substrate which consists of resin (epoxy resin etc.) reinforced with glass fiber.
補強用配線基板９の第１面９ａ（図１の上面）には、１または複数の電極２３が形成されている。電極２３は、補強用配線基板９に形成された貫通孔（図示略）を介して、第２面９ｂ（図１の下面）の配線層（図示略）に電気的に接続され、この第２面９ｂの配線層は、実装部２１の第１面２１ａの配線層（図示略）に電気的に接続されている。
図２に示す例では、補強用配線基板９は、実装部２１と同じ平面視形状（矩形）とされ、平面視において実装部２１と重なる位置に設けられている。
One or a plurality of
In the example shown in FIG. 2, the reinforcing
図３に示すように、実装部２１の第２面２１ｂには、１または複数の電極２４が形成されている。
実装部２１の第１面２１ａの配線層（図示略）、および第２面２１ｂの電極２４は、実装部２１および延出部２２に形成された配線層（図示略）を介して延出部２２の端子部２２ａに電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3, one or a plurality of
The wiring layer (not shown) on the
圧力センサ素子２としては、例えば、シリコン等からなる半導体基板の一面側に、ダイヤフラム部と、基準圧力室としての密閉空間と、圧力によるダイアフラム部の歪抵抗の変化を測定するための複数の歪ゲージとを備えたものが使用できる。
この例の圧力センサ素子２は、ダイアフラム部が圧力を受けて撓むと、各歪ゲージにダイアフラム部の歪み量に応じた応力が発生し、この応力に応じて歪ゲージの抵抗値が変化し、この抵抗値変化に応じたセンサ信号が出力される。
この圧力センサ素子２は、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）技術を利用した圧力センサ素子である。
As the
In the
The
圧力センサ素子２は、補強用配線基板９の第１面９ａに設置されている。このため、圧力センサ素子２は、補強用配線基板９を介して実装部２１の第１面２１ａ側に設けられていることになる。
圧力センサ素子２の回路形成面２ａは外側（図１の上面側）に向けられている。回路形成面２ａの回路をなす配線層（図示略）は、ボンディングワイヤ１３を介して補強用配線基板９の電極２３に電気的に接続されている。
The
The
図２に示すように、圧力センサ素子２の幅は実装部２１の幅より小さいことが好ましく、圧力センサ素子２の長さは実装部２１の長さより小さいことが好ましい。図示例では、平面視において、圧力センサ素子２は、実装部２１の形成範囲に含まれる位置に形成されている。
なお、実装部２１、補強用配線基板９および圧力センサ素子２の大小関係（平面視における大小関係）は図示例に限定されない。例えば、圧力センサ素子２は平面視において実装部２１より大きくてもよい。また、圧力センサ素子２は、平面視において一部領域が実装部２１から外れた位置にあってもよい。
As shown in FIG. 2, the width of the
In addition, the magnitude relationship (magnitude relationship in planar view) of the mounting
図１に示すように、圧力センサ素子２は、補強用配線基板９とともに収容部７ａ内に収容されている。
圧力センサ素子２および補強用配線基板９は、収容部７ａ内に充てんされた保護剤８に覆われていることが好ましい。保護剤８は、水や外気の浸入を防ぎ、圧力センサ素子２への悪影響を防ぐことができる。
As shown in FIG. 1, the
The
保護剤８としては、例えば、シリコン系の樹脂（例えばシリコーン樹脂）やフッ素系の樹脂が使用できる。保護剤８は液状やゲル状とすることができる。保護剤８は高い粘性を持つことが好ましい。
保護剤８としては、例えば、硬度約０（ショアＡ硬度。ＪＩＳ Ｋ ６２５３に準拠）の柔らかいゲル剤を用いることが望ましい。
保護剤８は、測定対象から加えられる圧力をそのまま圧力センサ素子２に伝達できる。このため、圧力センサ素子２による圧力検出の精度を低下させることはない。
As the
As the
The
保護剤８は、光透過性が低いことが望ましい。これによって、可視光や紫外線を遮断することができるため、圧力センサ素子２に光起電力を発生させることを防ぎ、測定誤差を低減できる。また圧力センサ素子２やその周囲の配線の劣化を防ぐ効果も期待できる。保護剤８は、顔料等を含有させることによって、光透過性を低くすることができる。
The
制御素子３は、圧力センサ素子２からのセンサ信号が、ボンディングワイヤ１３、補強用配線基板９、ＦＰＣ４、ボンディングワイヤ１４を介して入力されると、これを処理して圧力検出信号として出力できる。
制御素子３は、例えば、圧力センサ素子２のＯＮ／ＯＦＦ制御、内蔵する温度センサによる検出値の補正、検出データのＡ／Ｄ変換、リニアリティの補正、信号波形の整形などの機能を有する。
When the sensor signal from the
The
制御素子３は、例えば、外部温度を測定する温度センサ（図示略）と、温度センサからの信号をＡ／Ｄ変換して温度信号として出力するＡ／Ｄ変換器（図示略）と、前記温度信号が入力される演算処理部（図示略）とを有する構造を採用できる。
前記演算処理部では、前記温度信号に基づいて、圧力センサ素子２からのセンサ信号に補正処理を行うことができる。
温度センサとしては、抵抗式（ブリッジ抵抗式）、ダイオード式、熱電対式、赤外線式などがある。
温度センサは、制御素子３内部において、回路形成面３ａに近接した位置に設けることができる。
The
The arithmetic processing unit can perform correction processing on the sensor signal from the
Examples of the temperature sensor include a resistance type (bridge resistance type), a diode type, a thermocouple type, and an infrared type.
The temperature sensor can be provided in the
制御素子３は、実装部２１の第２面２１ｂ側に設けられている。
図３に示すように、制御素子３の幅は、実装部２１の幅より小さいことが好ましく、制御素子３の長さは、実装部２１の長さより小さいことが好ましい。図示例では、平面視において、制御素子３は、実装部２１の形成範囲に含まれる範囲に形成されている。
なお、実装部２１、制御素子３の大小関係（平面視における大小関係）は図示例に限定されない。例えば、制御素子３は平面視において実装部２１より大きくてもよい。また、制御素子３は、平面視において一部領域が実装部２１から外れた位置にあってもよい。
The
As shown in FIG. 3, the width of the
In addition, the magnitude relationship (magnitude relationship in planar view) of the mounting
図２および図３に示すように、制御素子３は、平面視において、少なくとも一部が圧力センサ素子２に重なる位置にある。図示例では、制御素子３は、中央部の一部領域が圧力センサ素子２に重なる位置にある。このため、制御素子３は、平面視において圧力センサ素子２の全体を包含している。
なお、この例では、平面視において、制御素子３の中央の一部領域が圧力センサ素子２の全領域に重なっているが、制御素子３の一部領域が圧力センサ素子２の一部領域と重なっていてもよいし、制御素子３の全領域が圧力センサ素子２の一部領域または全領域と重なる位置にあってもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
In this example, a partial area at the center of the
図１に示すように、制御素子３の回路形成面３ａは外側（図１の下面側）に向けられている。回路形成面３ａの回路をなす配線層（図示略）は、ボンディングワイヤ１４を介して実装部２１の電極２４に電気的に接続されている。
ボンディングワイヤ１３，１４は、例えば金、アルミニウムなどの金属からなる。
As shown in FIG. 1, the
The
図６は、圧力センサ１０の使用例を示す図である。
この図に示すように、圧力センサ１０は、機器の筐体２８内に設置できる。
筐体２８は、下壁２５と、その周縁部に立設された側壁２６，２６と、上壁２７とを有する。筐体２８は、下壁２５と側壁２６，２６と上壁２７とで区画される収容空間２９に圧力センサ１０を収容できる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a usage example of the
As shown in this figure, the
The
基体部１の環状壁部１２は、上壁２７の開口部２７ａ内に配置される。
本体部１１の上面１１ａと上壁２７の下面との間には、軟質樹脂からなるパッキン１８（Ｏリング等）が設けられる。パッキン１８は環状壁部１２を囲んで設けられる。
台座部６の底面６ｂは下壁２５に当接しており、圧力センサ１０は、下壁２５によって上方に押圧されている。パッキン１８は弾性的に圧縮変形し、その弾性力により上面１１ａと上壁２７の下面との隙間を気密に塞いでいる。
ＦＰＣ４の延出部２２は、下壁２５の通過孔２５ａ（貫通孔）を通して外部に導出される。
The
Between the
The
The extending
次に、圧力センサ１０を製造する方法の一例を、図４および図５を参照しつつ説明する。
図４に示すように、平面視矩形の実装部２１Ａと、実装部２１Ａの辺縁部２１Ａａ，２１Ａａからそれぞれ延出する複数の延出部２２とを有するＦＰＣ４Ａを用意する。図示例のＦＰＣ４Ａでは、実装部２１Ａの辺縁部２１Ａａ，２１Ａａにそれぞれ３本の延出部２２が形成されている。各辺縁部２１Ａａの複数の延出部２２は、互いに間隔をおいて形成されている。
実装部２１Ａの第１面２１ａ（図４における裏面側）には、実装部２１Ａと同じ平面視形状を有する補強用配線基板（図示略）を積層しておく。
Next, an example of a method for manufacturing the
As shown in FIG. 4, an
A reinforcing wiring board (not shown) having the same planar view shape as the mounting
実装部２１Ａの第２面２１ｂに、複数（図４では６つ）の制御素子３を搭載し、制御素子３と電極２４とをボンディングワイヤ１４によって接続する。
この際、前記補強用配線基板が実装部２１Ａに重ねられているため、実装部２１Ａの曲げ変形が規制されることから、電極２４の位置が変動することはない。よって、ボンディングワイヤ１４を実装部２１Ａの電極２４に確実に接続できる。
A plurality (six in FIG. 4) of
At this time, since the reinforcing wiring board is overlaid on the mounting
次いで、実装部２１の第２面２１ｂ、制御素子３、およびボンディングワイヤ１４を覆うように固定樹脂層５Ａを形成する。固定樹脂層５Ａは実装部２１Ａの第２面２１ｂの全域に一体的に形成することができる。
次いで、実装部２１Ａおよび補強用配線基板（図示略）を、ダイシングにより複数に分離する。図示例では、実装部２１Ａおよび補強用配線基板を図４における上下に３分割かつ左右に２分割して６つのＦＰＣ４を得る（図３を参照）。
Next, the fixed
Next, the mounting
図２に示すように、補強用配線基板９に圧力センサ素子２を搭載し、圧力センサ素子２と電極２３とをボンディングワイヤ１３によって接続する。
次いで、図５に示すように、予め作製した上部基体７を補強用配線基板９上に設置する。
As shown in FIG. 2, the
Next, as shown in FIG. 5, the
この方法では、圧力センサ素子２と電極２３との接続の後に上部基体７を設けるため、小型の上部基体７を使用できる。よって、圧力センサ１０を小型化するうえで有利である。
これに対し、逆に、上部基体７を設けた後にボンディングワイヤ１３による接続を行う場合には、前記接続の操作のために収容部７ａの内径が大きい上部基体７を用いる必要があり、圧力センサ１０を小型化するうえで不利である。
In this method, since the
On the other hand, when the connection by the
次いで、樹脂成型により台座部６を形成する。次いで、上部基体７の収容部７ａに保護剤８を充てんし、圧力センサ素子２を覆う。
以上の工程を経て、図１等に示す圧力センサ１０を得る。
Next, the
Through the above steps, the
圧力センサ１０では、圧力センサ素子２と制御素子３とが、少なくとも一部において重なる位置にあるため、圧力センサ素子２と制御素子３が占有する合計のスペースを小さくできる。このため、圧力センサ１０の小型化を図ることができる。
In the
圧力センサ１０では、ＦＰＣ４を用いるため、配線構造を必要以上に長く形成する必要がなく、耐電磁ノイズ性を高めることができ、検出精度を高めることができる。
これに対し、リードフレームを用いる場合には、リードフレームを基体部１に埋設する都合上、リードフレームを長く形成する必要があり、この余分な部分のリードフレームによって電磁ノイズをひろいやすくなることがある。
Since the
On the other hand, when a lead frame is used, it is necessary to make the lead frame long for the purpose of embedding the lead frame in the
圧力センサ１０では、圧力センサ素子２および制御素子３がＦＰＣ４に実装されているため、このＦＰＣ４（延出部２２）をそのまま外部接続用の端子として使用できる。このため、配線の引き回しが容易となる。
外部機器との中継接続のための構造が不要となることから、構造を簡略化し、小型化および低コスト化を図ることができるという利点もある。
In the
Since a structure for relay connection with an external device is not required, there is an advantage that the structure can be simplified, and the size and cost can be reduced.
圧力センサ１０では、配線をＦＰＣ４に集約できるため、台座部６の底面６ｂにおける、外部との接続のための構造（挿通孔６ａ）が占める面積を小さくできる。このため、底面６ｂを広範囲にわたって平坦な構造とすることができる。
よって、図６に示す例において、下壁２５によって台座部６の底面６ｂの広い面積を押圧することができるため、圧力センサ１０に外部から大きな圧力が加えられた場合でも、圧力センサ１０を安定に保持できる。
圧力センサ１０を安定に保持できるため、筐体２８の保持構造（下壁２５、側壁２６および上壁２７）の小型化も可能となる。
これに対し、リードフレームを用いる場合には、基体部１の複数箇所からリードフレームが外方に延出する構造となることがあり、これを原因として、下壁２５が押圧できる底面６ｂの面積が狭くなる場合がある。
In the
Therefore, in the example shown in FIG. 6, since the
Since the
On the other hand, when the lead frame is used, the lead frame may be structured to extend outward from a plurality of locations of the
また、ＦＰＣ４は引き回しが容易であるため、挿通孔６ａを通して直接、底面６ｂに導くことができることから、基体部１の側面に配線のための構造（溝部等）を形成する必要はない。
このため、基体部１の側面についても凹凸がない構造とすることできる。よって、図６に示す例において、筐体２８の側壁２６，２６によって、圧力センサ１０をさらに安定に保持できる。
Further, since the
For this reason, it can be set as the structure without an unevenness | corrugation also about the side surface of the base |
圧力センサ１０では、圧力センサ素子２と制御素子３とが近接しているため、両者の温度差を小さくできる。このため、制御素子３が温度センサを備えている場合には、圧力検出値を安定化し、検出精度を高めることができる。
また、ボンディングワイヤ１３，１４の使用によって、圧力センサ素子２および制御素子３と、ＦＰＣ４との接続信頼性を高め、高精度で圧力を検出できる。
In the
Further, by using the
圧力センサ素子２と制御素子３とが近接しているため、これらを接続する電気的な配線（ボンディングワイヤ１３，１４など）が短くなる。このため、耐電磁ノイズ性をさらに高めることができる。
Since the
圧力センサ１０では、制御素子３に接続される配線（ボンディングワイヤ１４、第２面２１ｂの配線層など）に高い電圧が加えられるが、前記配線は保護剤８から隔てられているため、保護剤８の性質によらず、前記配線の劣化を防止し、長期信頼性を確保することができる。
In the
なお、図１に示す圧力センサ１０では、補強用配線基板９は実装部２１の第１面２１ａ側に設けられているが、補強用配線基板９は実装部２１の第２面２１ｂ側に設けてもよい。
In the
図７は、本発明の圧力センサの第２の実施形態である圧力センサ２０を示す側断面図である。
以下に説明する各実施形態では、既出の圧力センサとの共通部分については同じ符号を付してその説明を省略または簡略化する。
FIG. 7 is a side sectional view showing a
In each embodiment described below, the same reference numerals are given to common parts with the above-described pressure sensor, and the description thereof is omitted or simplified.
圧力センサ２０は、補強用配線基板９を備えておらず、これに代えて、ＦＰＣ４（第１のＦＰＣ４）の実装部２１の第２面２１ｂに、第２のＦＰＣ１５（補強手段）が設けられている点で、図１に示す圧力センサ１０と異なる。
The
第２のＦＰＣ１５は、第１のＦＰＣ４と同様に、可撓性を有する絶縁フィルムの一方または両方の面に、銅などの金属からなる配線層が形成されたものである。第２のＦＰＣ１５の曲げ剛性は特に限定されず、第１のＦＰＣ４の曲げ剛性より大きくてもよいし、小さくてもよい。また、第２のＦＰＣ１５の曲げ剛性は第１のＦＰＣ４の曲げ剛性と同じでもよい。
第２のＦＰＣ１５は、第１のＦＰＣ４の実装部２１の第２面２１ｂ側に積層されている。第２のＦＰＣ１５は、実装部２１と同じ平面視形状（矩形）とされ、平面視において実装部２１と重なる位置に設けられている。
Similar to the
The
第２のＦＰＣ１５の第１面１５ａの配線層（図示略）は、第１のＦＰＣ４の実装部２１の第２面２１ｂの配線層（図示略）と電気的に接続されている。
第２のＦＰＣ１５の第１面１５ａの配線層（図示略）は、第２のＦＰＣ１５の絶縁基板に形成された貫通孔（図示略）に形成された配線（図示略）を介して、第２面１５ｂの配線層（図示略）に電気的に接続されている。
The wiring layer (not shown) on the
The wiring layer (not shown) on the
圧力センサ素子２は、ボンディングワイヤ１３を介して、第１のＦＰＣ４の実装部２１の第１面２１ａの配線層（図示略）に電気的に接続されている。
制御素子３は、ボンディングワイヤ１４を介して第２のＦＰＣ１５の第２面１５ｂの配線層（図示略）に電気的に接続されている。
The
The
圧力センサ２０では、第２のＦＰＣ１５が実装部２１に重ねられているため、実装部２１の曲げ変形が規制される。また、実装部２１によって第２のＦＰＣ１５の変形も規制される。このため、ボンディングワイヤ１３，１４をそれぞれ実装部２１および第２のＦＰＣ１５に確実に接続できる。
In the
なお、図示例では、第２のＦＰＣ１５は、実装部２１の第２面２１ｂ側に設けられているが、第１面２１ａ側に設けてもよい。
また、補強手段として用いるＦＰＣの数は、図示例に限らず、２枚以上の任意の数とすることもできる。すなわちＦＰＣ４の実装部２１に、２枚以上のＦＰＣ１５を積層することができる。
In the illustrated example, the
Further, the number of FPCs used as the reinforcing means is not limited to the illustrated example, and may be an arbitrary number of two or more. That is, two or more FPCs 15 can be stacked on the mounting
図８は、本発明の圧力センサの第３の実施形態である圧力センサ３０を示す側断面図である。
圧力センサ３０は、補強用配線基板９を備えていない点、および制御素子３がフリップチップ実装により実装部２１に接続されている点で、図１に示す圧力センサ１０と異なる。
圧力センサ素子２は、ボンディングワイヤ１３を介して、ＦＰＣ４の実装部２１の第１面２１ａの配線層（図示略）に電気的に接続されている。
制御素子３は、回路形成面３ａが実装部２１に向けられている。回路形成面３ａの回路をなす配線層（図示略）は、半田バンプ１６を介して実装部２１の第２面２１ｂの配線層（図示略）に電気的に接続されている。
FIG. 8 is a side sectional view showing a
The
The
In the
圧力センサ３０を製造するには、次の方法をとることができる。
図４に示すＦＰＣ４Ａを用意する。
実装部２１Ａの第２面２１ｂに制御素子３を搭載する。第２面２１ｂの配線層（図示略）に、半田バンプ１６（図８参照）を介して制御素子３の配線層（図示略）を接続する。
実装部２１の第２面２１ｂおよび制御素子３を覆うように固定樹脂層５Ａ（補強手段）を形成する。
次いで、ＦＰＣ４Ａを、ダイシングにより複数のＦＰＣ４に分割する。
In order to manufacture the
An
The
The fixed
Next, the
次いで、図８に示すように、実装部２１の第１面２１ａに圧力センサ素子２を搭載し、圧力センサ素子２と実装部２１の配線層（図示略）とをボンディングワイヤ１３によって接続する。
この際、固定樹脂層５によって実装部２１Ａの曲げ変形が規制されることから、ボンディングワイヤ１３を実装部２１Ａに確実に接続できる。
上部基体７を設置し、樹脂成型により台座部６を形成し、収容部７ａに保護剤８を充てんすることによって、圧力センサ３０を得る。
Next, as shown in FIG. 8, the
At this time, since the bending deformation of the mounting
The
圧力センサ３０では、温度センサ（図示略）に近い回路形成面３ａが実装部２１に向けられているため、この温度センサを圧力センサ素子２に近い位置に配置できる。このため、温度センサと圧力センサ素子２との温度差を小さくし、圧力検出値を安定化し、検出精度を高めることができる。
In the
圧力センサ３０では、制御素子３がフリップチップ実装によりＦＰＣ４に実装されているため、ワイヤボンディングのためのスペースを省くことができ、さらなる小型化が可能となる。
In the
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
図１に示す圧力センサ１０で使用される補強用配線基板９は、ＦＰＣ４よりも高い曲げ剛性を有することが望ましいが、曲げ剛性がＦＰＣ４と同じまたはこれより低くてもよい。
なお、圧力センサ素子２は、フリップチップ実装により補強用配線基板９または実装部２１に接続することも可能ではあるが、ワイヤボンディングを採用する方が、圧力センサ素子２の精度確保の点で好ましい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
The reinforcing
Although the
２・・・圧力センサ素子、３・・・制御素子、４・・・ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）、５・・・固定樹脂層（補強手段）、６・・・台座部、６ａ・・・挿通孔（貫通孔）、６ｂ・・・底面、７・・・上部基体、７ａ・・・収容部、８・・・保護剤、９・・・補強用配線基板（補強手段）、１０，２０，３０・・・圧力センサ、１５・・・第２のＦＰＣ（補強手段）、１６・・・半田バンプ、２１・・・実装部（実装部分）、２１ａ・・・第１面、２１ｂ・・・第２面、２２・・・延出部、２２ｃ・・・垂直延出部（実装部分を外れた部分）。 2 ... pressure sensor element, 3 ... control element, 4 ... FPC (flexible printed wiring board), 5 ... fixed resin layer (reinforcing means), 6 ... pedestal, 6a ... Insertion hole (through hole), 6b ... bottom surface, 7 ... upper base, 7a ... housing part, 8 ... protective agent, 9 ... reinforcing wiring board (reinforcing means), 10, 20 , 30 ... Pressure sensor, 15 ... Second FPC (reinforcing means), 16 ... Solder bump, 21 ... Mounting part (mounting part), 21a ... First surface, 21b ... -2nd surface, 22 ... extension part, 22c ... vertical extension part (part which removed the mounting part).
Claims (6)
前記フレキシブルプリント配線板の実装部分の第１の面側に設けられ、ボンディングワイヤを介して前記フレキシブルプリント配線板に電気的に接続された圧力センサ素子と、
前記フレキシブルプリント配線板の実装部分の第２の面側に設けられて、前記フレキシブルプリント配線板に電気的に接続され、前記圧力センサ素子からの信号を受けて圧力検出信号を出力する制御素子と、
前記フレキシブルプリント配線板より曲げ剛性が高く、前記フレキシブルプリント配線板に重ねて設けられた、前記フレキシブルプリント配線板の曲げ変形を規制する第１の補強手段としての補強用配線基板と、
前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の面に前記制御素子を覆って設けられた、前記フレキシブルプリント配線板の曲げ変形を規制する第２の補強手段としての固定樹脂層と、
前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の面側に設けられ、前記固定樹脂層を覆う台座部と、
前記フレキシブルプリント配線板の前記第１の面側に設けられ、前記圧力センサ素子および前記ボンディングワイヤを収容する収容部が形成された上部基体と、
前記圧力センサ素子および前記ボンディングワイヤを覆うように前記上部基体の前記収容部に充填された保護剤と、を備え、
前記圧力センサ素子と前記制御素子とは、前記フレキシブルプリント配線板の実装部分の厚さ方向から見たときに、少なくとも一部が互いに重なるように配置されており、
前記上部基体は、前記圧力センサ素子および前記ボンディングワイヤより高い位置に達するように上方に突出して形成された環状壁部を有し、
前記フレキシブルプリント配線板は、前記実装部分を外れた部分が前記台座部に形成された貫通孔を通して前記台座部の外部に導出されていることを特徴とする半導体圧力センサ。 A flexible printed wiring board;
A pressure sensor element provided on the first surface side of the mounting portion of the flexible printed wiring board and electrically connected to the flexible printed wiring board via a bonding wire ;
A control element provided on the second surface side of the mounting portion of the flexible printed wiring board, electrically connected to the flexible printed wiring board, receiving a signal from the pressure sensor element and outputting a pressure detection signal; ,
Bending rigidity higher than the flexible printed wiring board, provided to overlap the flexible printed wiring board, a reinforcing wiring board as a first reinforcing means for regulating bending deformation of the flexible printed wiring board ;
A fixed resin layer provided as a second reinforcing means for restricting bending deformation of the flexible printed wiring board, provided on the second surface of the flexible printed wiring board so as to cover the control element;
A pedestal that is provided on the second surface side of the flexible printed wiring board and covers the fixed resin layer;
An upper base body provided on the first surface side of the flexible printed wiring board, on which an accommodating portion for accommodating the pressure sensor element and the bonding wire is formed;
A protective agent filled in the accommodating portion of the upper base so as to cover the pressure sensor element and the bonding wire ,
The pressure sensor element and the control element are arranged so that at least part of them overlap each other when viewed from the thickness direction of the mounting portion of the flexible printed wiring board ,
The upper base has an annular wall formed to protrude upward so as to reach a position higher than the pressure sensor element and the bonding wire,
The flexible printed wiring board is a semiconductor pressure sensor characterized in that a portion off the mounting portion is led out of the pedestal through a through hole formed in the pedestal .
前記フレキシブルプリント配線板は、前記実装部分を外れた部分が前記貫通孔を通して前記台座部の底面側に導出されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。 The through hole is formed in a direction intersecting the mounting portion of the flexible printed wiring board ,
2. The semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein a portion of the flexible printed wiring board that is separated from the mounting portion is led out to a bottom surface side of the pedestal portion through the through hole.
この際、前記圧力センサ素子と前記制御素子とを、前記フレキシブルプリント配線板の実装部分の厚さ方向から見たときに、少なくとも一部が互いに重なるように配置し、
前記圧力センサ素子を、ボンディングワイヤを介して前記フレキシブルプリント配線板に電気的に接続し、
前記圧力センサ素子および前記ボンディングワイヤを収容する収容部と、前記圧力センサ素子および前記ボンディングワイヤより高い位置に達するように上方に突出して形成された環状壁部とを有する上部基体を前記フレキシブルプリント配線板の前記第１の面側に設け、前記制御素子を覆う固定樹脂層を前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の面に設け、
前記固定樹脂層を覆う台座部を前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の面側に設け、前記圧力センサ素子および前記ボンディングワイヤを覆うように前記上部基体の前記収容部に保護剤を充填する
ことを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。 A pressure sensor element is provided on the first surface side of the mounting portion of the flexible printed wiring board on which a reinforcing wiring board having higher bending rigidity than the flexible printed wiring board is provided, and receives a signal from the pressure sensor element. A control element for outputting a pressure detection signal is provided on the second surface side of the mounting portion of the flexible printed wiring board so as to be electrically connected to the flexible printed wiring board,
At this time, when the pressure sensor element and the control element are viewed from the thickness direction of the mounting portion of the flexible printed wiring board, at least part of the pressure sensor element and the control element are arranged to overlap each other ,
The pressure sensor element is electrically connected to the flexible printed wiring board via a bonding wire,
The flexible printed wiring includes an upper substrate having a housing portion that houses the pressure sensor element and the bonding wire, and an annular wall portion that protrudes upward so as to reach a position higher than the pressure sensor element and the bonding wire. Provided on the first surface side of the board, a fixed resin layer covering the control element is provided on the second surface of the flexible printed wiring board,
A pedestal portion covering the fixed resin layer is provided on the second surface side of the flexible printed wiring board, and the accommodating portion of the upper base is filled with a protective agent so as to cover the pressure sensor element and the bonding wire.
A method of manufacturing a semiconductor pressure sensor.
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