DE102005060642A1

DE102005060642A1 - Halbleiterdrucksensor

Info

Publication number: DE102005060642A1
Application number: DE102005060642A
Authority: DE
Inventors: Shinsuke Asada; Hiroshi Nakamura; Masaaki Taruya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: US20070017294A1; KR20070012173A; JP2007033047A; DE102005060642B4; KR100705918B1

Abstract

Ein Halbleiterdrucksensor kann die Fördereinrichtung auf einem Fließband vereinfachen, den Herstellungswirkungsgrad in wesentlichem Ausmaß verbessern, und die Herstellungskosten verringern. Der Halbleiterdrucksensor weist einen Halbleitersensor-Chip zur Erfassung des Drucks auf, eine Verarbeitungsschaltung zum Korrigieren und Verstärken eines elektrischen Signals von dem Halbleitersensor-Chip, ein Teilgehäuse, das eine Klemme aufweist, die elektrisch mit dem Halbleitersensor-Chip und der Verarbeitungsschaltung über Kontaktierungsdrähte verbunden ist, und ein Gehäuse, das einstückig oder vereinigt mit dem Teilgehäuse an seiner Außenseite durch Einsetzformen ausgebildet ist. Das Teilgehäuse weist eine Montageoberfläche auf, auf welcher der Halbleitersensor-Chip und die Verarbeitungsschaltung angebracht sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterdrucksensor, der beispielsweise zur Messung des Ansaugdrucks einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge verwendet wird.

Es ist bereits ein herkömmlicher Halbleiterdrucksensor bekannt, der ein Gehäuse aufweist, das aus Harz besteht, mit welchem ein Leiter durch Einsetzformen vereinigt ist, einen Halbleitersensor-Chip, der auf dem Gehäuse angebracht ist, und einen Verarbeitungsschaltungs-IC, der ebenfalls auf dem Gehäuse angebracht ist, zur Verstärkung, und zur Einstellung der Eigenschaften des Halbleitersensor-Chips. Der Halbleitersensor weist weiterhin Kontaktierungsdrähte auf, die dazu dienen, elektrisch den Halbleitersensor-Chip, den Verarbeitungsschaltungs-IC und Leiter, wie beispielsweise Klemmen, miteinander zu verbinden, und eine Schutzharzschicht, die dazu dient, den Halbleitersensor-Chip, den Verarbeitungsschaltungs-IC, die Leiter und die Kontaktierungsdrähte abzudecken, um deren Korrosion infolge eines zu messenden Mediums zu verhindern, und um deren elektrische Isolierung sicherzustellen (vergleiche beispielsweise ein erstes Patentdokument, nämlich die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2000-162075 (1)).

Bei dem Halbleiterdrucksensor mit der voranstehend geschilderten Konstruktion werden jedoch mehrere Leiter einstückig oder vereinigt mit dem Gehäuse durch Einsetzformen ausgebildet, und daher führt das Vorhandensein der mehreren Leiter, wenn das Gehäuse durch Einsetzformen hergestellt wird, zu einer entsprechend komplizierten Ausbildung einer Form, und ist ein verlängerter Zeitraum für den Formvorgang erforderlich, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten führt.

Aus diesen Gründen wird tatsächlich zuerst ein Teilgehäuse-Hauptkörper hergestellt, der durch Einsetzformen mit einem Leiterrahmen vereinigt wird, mit welchem mehrere Leiter verbunden sind, und dann werden die Verbindungsabschnitte des Leiterrahmens mit dem Teilgehäuse-Hauptkörper durchgeschnitten, um ein Teilgehäuse zu erzeugen, bei welchem die Leiter unabhängig voneinander sind, worauf dann ein Gehäuse außerhalb des Teilgehäuses durch Einsetzformen hergestellt wird, wobei das Teilgehäuse als das Einsetzteil eingesetzt wird. Hiermit sollen die Herstellungskosten verringert werden.

Bei dem Halbleiterdrucksensor mit der voranstehend geschilderten Konstruktion ist jedoch das Teilgehäuse nicht mit einer Montageoberfläche für den Halbleitersensor-Chip und den Verarbeitungsschaltungs-IC versehen, und daher ist es erforderlich, den Halbleitersensor-Chip und den Verarbeitungsschaltungs-IC auf der Montageoberfläche des Gehäuses anzubringen, nachdem das Gehäuse außerhalb des Teilgehäuses durch Einsetzformen hergestellt wurde.

Daher ist es erforderlich, nach Vereinigung des Teilgehäuses mit dem Gehäuse, jeweilige Schritte durchzuführen, die für den Herstellungsprozess des Halbleiterdrucksensors benötigt werden, beispielsweise einen Chip-Montageschritt, einen Drahtkontaktierungsschritt, einen Schritt zur Herstellung der Schutzharzschicht, einen Sensoreigenschaftseinstellschritt, usw.

Daher wird in dem Herstellungsprozess das Gehäuse auf einem Förderband transportiert, während es auf einem Fördertablett angebracht ist, jedoch tritt in einem Fall, in welchem mehrere Gehäuse mit unterschiedlichen Formen auf demselben Förderband hergestellt werden, das Problem auf, dass es erforderlich wird, Fördertabletts bereitzustellen, die an die einzelnen Gehäuseformen angepasst sind, und Einstelländerungen bei der Fördereinrichtung vorzunehmen.

Da ein Gehäuse ein relativ großes Teil ist, tritt darüber hinaus ein weiteres Problem auf, nämlich dass die Anzahl an Behandlungen pro Heiztank verringert wird, die benötigt werden, wenn ein Chip-Montagematerial und ein Schutzharzmaterial ausgehärtet werden, in einem Chip-Montageschritt und einem Schritt zur Herstellung einer Schutzharzschicht.

Weiterhin weisen große Teile große Wärmekapazitäten auf, so dass ein weiteres Problem in der Hinsicht entsteht, dass eine lange Temperaturänderungszeit bei einer Restwärmebehandlung in dem Drahtkontaktierungsprozess oder bei Schritten zur Einstellung der Eigenschaften benötigt wird, insbesondere in einem Schritt zur Einstellung der Temperaturcharakteristik.

Diese Probleme stellen daher eine Ursache zur Erhöhung der Herstellungskosten dar.

Daher sollen mit der vorliegenden Erfindung die voranstehend geschilderten Probleme ausgeschaltet werden, und besteht ihr Ziel darin, einen Halbleiterdrucksensor zu erhalten, welcher die Fördereinrichtungen auf einem Fließband verbessern kann, den Herstellungswirkungsgrad in beträchtlichem Ausmaß verbessern kann, und die Herstellungskosten verringern kann.

Ein Halbleiterdrucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Halbleitersensor zur Erfassung des Drucks; ein Verarbeitungsschaltungsteil zum Korrigieren und Verstärken eines elektrischen Signals von dem Halbleitersensor; ein Teilgehäuse, das eine Klemme aufweist, die elektrisch mit dem Halbleitersensor und dem Verarbeitungsschaltungsteil über Kontaktierungsdrähte verbunden ist; und ein Gehäuse, das einstückig oder vereinigt mit dem Teilgehäuse an einer Außenseite von diesem durch Einsetzformen ausgebildet ist. Das Teilgehäuse ist mit einer Montageoberfläche versehen, auf welcher der Halbleitersensor und das Verarbeitungsschaltungsteil angebracht sind.

Bei dem Halbleiterdrucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung können die Fördereinrichtungen eines Fließbands vereinfacht werden, kann der Herstellungswirkungsgrad wesentlich verbessert werden, und können die Herstellungskosten verringert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben. Es zeigt:
1 eine Querschnittsansicht eines Halbleiterdrucksensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Aufsicht auf das Innere eines Gehäuses von 1;
3 eine Aufsicht, welche das Erscheinungsbild eines Leiterrahmens und eines Teilgehäuse-Hauptkörpers zeigt, die einstückig oder vereinigt miteinander bei dem Herstellungsvorgang des Halbleiterdrucksensors von 1 ausgebildet werden; und
4 eine Querschnittsansicht der wesentlichen Abschnitte eines Halbleiterdrucksensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Bei den nachstehenden Ausführungsformen und den dargestellten Figuren der vorliegenden Erfindung werden gleiche oder entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Ausführungsform 1
1 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Halbleiterdrucksensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine Aufsicht auf ein Gehäuse von 1.
Bei diesem Halbleiterdrucksensor sind ein Halbleitersensor in Form eines Halbleitersensor-Chips 1 und ein Verarbeitungsschaltungsteil in Form einer Verarbeitungsschaltung IC2 auf einer Montageoberfläche 5d eines Bodens eines kastenförmigen Teilgehäuses 5 angebracht. Das Teilgehäuse 5 ist einstückig oder vereinigt mit einem Gehäuse 4, das einen Verbinder 4a aufweist, durch Einsetzformen ausgebildet. Eine Öffnung 6 mit einem Druckeinlassloch 6a ist mit dem Gehäuse 4 unter Verwen dung eines Klebers verbunden, so dass ein Druck auf den Halbleitersensor-Chip 1 über das Druckeinlassloch 6a übertragen wird.
Das Teilgehäuse 5 weist einen Teilgehäuse-Hauptkörper 5a auf, der im Querschnitt kanalförmig oder C-förmig ausgebildet ist, und der die Montageoberfläche 5d aufweist, auf welcher der Halbleitersensor-Chip 1 und der Verarbeitungsschaltungs-IC2 angebracht sind, eine Verbinderklemme 5b, eine Einstellklemme 5c und eine Verbindung oder interne Verdrahtung 5g.
Der Halbleitersensor-Chip 1 ist von bekannter Art, der auf Grundlage des Piezowiderstandseffekts arbeitet, und besteht aus einem Silizium-Chip 1a mit einer Membran, und einer Glasaufnahme 1b, die anodisch mit dem Silizium-Chip 1a verbunden ist. Eine Vakuumkammer 1c ist in einem unteren Abschnitt der Membran durch die Verbindung des Silizium-Chips 1a und der Glasaufnahme 1b vorgesehen. Der Druck in der Öffnung 6 wird als ein elektrisches Signal durch Erfassen der Verformung oder der Verwindung der Membran ausgegeben, hervorgerufen durch die Druckdifferenz an deren entgegengesetzten Seiten, also zwischen dem Druck in der Vakuumkammer 1c und dem Druck an der Seite entgegengesetzt zur Vakuumkammer 1c, aus einer Änderung des Widerstandswerts eines Dehnungsmessgeräts, das auf der Membran vorgesehen ist.
Der Verarbeitungsschaltungs-IC2, welcher das Verarbeitungsschaltungsteil bildet, weist eine Verstärkerschaltung auf, die ein elektrisches Signal verstärkt, eine Einstellschaltung, welche eine gewünschte Einstellung der Eigenschaften durchführt, und einen ROM, der Einstelldaten speichert. Die Einstellung der Eigenschaften wird so durchgeführt, dass das elektrische Signal von dem Halbleitersensor-Chip 1 der Einstellschaltung über die Einstellklemme 5c zugeführt wird.
Der Halbleitersensor-Chip 1 und der Verarbeitungsschaltungs-IC2 werden an der Montageoberfläche 5d über ein Chip-Montagematerial befestigt, beispielsweise ein Fluorelastomer und dergleichen. Der Verarbeitungsschaltungs-IC2 ist elektrisch mit der Verbinderklemme 5b, der Einstellklemme 5c und der internen Verdrahtung 5g über Kontaktierungsdrähte 3, wie beispielsweise Golddrähte, verbunden. Weiterhin ist der Halbleitersensor-Chip 1 elektrisch mit der internen Verdrahtung 5g über einen Kontaktierungsdraht 3, wie beispielsweise einen Golddraht, verbunden.
Der Halbleitersensor-Chip 1, der Verarbeitungsschaltungs-IC2, die Verbinderklemme 5b, die Einstellklemme 5c, die interne Verdrahtung 5g und die Kontaktierungsdrähte 3 sind mit einer Schutzharzschicht 8, wie beispielsweise einem Fluorgel und dergleichen, abgedeckt, so dass die Korrosion dieser Bauteile infolge eines zu messenden Mediums verhindert werden kann, und gleichzeitig ihre elektrische Isolierung sichergestellt werden kann.
Das Gehäuse 4 ist aus einem thermoplastischen Harz, wie beispielsweise PBT-Harz (Polybutylenterephthalat-Harz) hergestellt, durch Einsetzformen, wobei das Teilgehäuse 5 als Einsetzteil bei einem Spritzgussprozess eingesetzt wird. Hierbei ist ein Innenseitenbereich des Teilgehäuses 5 frei von dem Formharz, und ist an einer Seite des Gehäuses 4 in der Nähe der Einstellklemme 5c ein Loch 4b in einem mittleren Abschnitt der Einstellklemme 5c vorgesehen. Infolge der Ausbildung dieses Lochs 4b kann Information in dem ROM, die in den Verarbeitungsschaltungs-IC2 eingeschrieben ist, ausgele sen werden, nachdem das Teilgehäuse 5 an das Gehäuse 4 angeformt wurde.
Hierbei wird darauf hingewiesen, dass dieses Loch 4b nicht unbedingt erforderlich ist, sondern auch nicht vorhanden sein kann.
Als nächstes wird der Vorgang zur Herstellung des Halbleiterdrucksensors mit der voranstehend geschilderten Konstruktion beschrieben.
Zuerst werden, wie in 3 gezeigt, mehrere Teilgehäuse-Hauptkörper 5a, die aus Epoxyharz bestehen, auf einem Leiterrahmen 20 durch Einsetzformen mit einem Transfer-Verfahren hergestellt.
Dann erfolgt bei einem Halbleitersensor-Chip 1 und einem Verarbeitungsschaltungs-IC2 eine Chip-Montage an der Montageoberfläche 5d jedes Teilgehäuse-Hauptkörpers 5a über ein Chip-Montagematerial, beispielsweise ein Fluorelastomer und dergleichen.
Dann wird jeder Verarbeitungsschaltungs-IC2 elektrisch mit einer zugehörigen Verbinderklemme 5b verbunden, einer zugehörigen Einstellklemme 5c, und einer zugehörigen internen Verdrahtung 5g, jeweils über Kontaktierungsdrähte 3, und wird jeder Halbleitersensor-Chip 1 elektrisch mit einer zugehörigen internen Verdrahtung 5g über einen Kontaktierungsdraht 3 verbunden.
Dann wird ein Schutzharzmaterial, beispielsweise Fluorgel oder dergleichen, in jedes Teilgehäuse 5 eingefüllt, um eine Schutzharzschicht 8 auszubilden, die den Halbleitersensor- Chip 1, den Verarbeitungsschaltungs-IC2, die Verbinderklemme 5b, die Einstellklemme 5c, die interne Verdrahtung 5g und die Kontaktierungsdrähte 3 abdeckt.
Dann werden Teile der Verbindungsabschnitte 20a des Leiterrahmens 20 weg geschnitten, so dass die Sensoreigenschaften jeder Sensoreinheit, die auf diese Weise elektrisch unabhängig voneinander ausgebildet werden, durch Eingabe eines elektrischen Signals durch die Einstellklemme 5c der Sensoreinheit eingestellt werden.
Dann werden die übrigen Verbindungsabschnitte 20a weg geschnitten, um Teilgehäuse 5 auszubilden, die voneinander getrennt sind.
Dann werden Gehäuse 4 aus einem thermoplastischen Harz, wie beispielsweise PBT-Harz, ausgeformt, wobei die Teilgehäuse 5 als Einsetzteile verwendet werden, durch Einsetzformen bei einem Spritzgussprozess.
Schließlich wird jede Öffnung 6 mit einem zugehörigen Gehäuse 4 über einen Kleber verbunden.
Wie voranstehend geschildert, ist bei dem Halbleiterdrucksensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Teilgehäuse 5 mit der Montageoberfläche 5d versehen, auf welche der Halbleitersensor-Chip 1 und der Verarbeitungsschaltungs-IC2 angebracht sind, so dass ermöglicht wird, die Chip-Montage, die Drahtkontaktierung, die Ausbildung der Schutzharzschicht 8, und die Einstellung der Sensoreigenschaften in einem Zustand des Leiterrahmens 20 vor der Ausbildung des Gehäuses 4 durchzuführen.
Daher ist es nicht erforderlich, ein Fördertablett einzusetzen, und ist es selbst bei Teilgehäusen 5 mit unterschiedlichen Ausbildungen nicht erforderlich, Einstellungsänderungen bei der Fördereinrichtung durchzuführen, wenn die äußere Konfiguration der Leiterrahmen 20 gleich ist.
Da das Teilgehäuse 5 kleine Abmessungen aufweist, im Vergleich zum Gehäuse 4, kann darüber hinaus die Anzahl an Behandlungen pro Heiztank erhöht werden, wenn das Chip-Montagematerial und das Kunstharz durch Wärmeeinwirkung ausgehärtet werden, und kann die Zeit verkürzt werden, die für die Restwärmebehandlung in dem Drahtkontaktierungsprozess benötigt wird, sowie die Zeit zur Temperaturänderung in dem Einstellschritt der Sensoreigenschaften.
Daher kann die Betriebsleistung der jeweiligen Schritte in wesentlichem Ausmaß verbessert werden, was dazu führt, dass die Herstellungskosten verringert werden können.
Da der Teilgehäuse-Hauptkörper 5a jedes Teilgehäuses 5 im Querschnitt kanalförmig ist, so dass der Wandabschnitt 5e vorhanden ist, der den Halbleitersensor-Chip 1, den Verarbeitungsschaltungs-IC2 und die Kontaktierungsdrähte 3 umschließt, sind der Halbleitersensor-Chip 1, der Verarbeitungsschaltungs-IC2 und die Kontaktierungsdrähte 3 weniger äußeren Kräften ausgesetzt, insbesondere entlang der Förderrichtung bei dem Herstellungsprozess des Halbleiterdrucksensors, und können daher weniger leicht beschädigt werden.
Weiterhin wird durch Einfüllen des Schutzharzmaterials in den Wandabschnitt 5e die Schutzharzschicht 8, welche den Halbleitersensor-Chip 1, den Verarbeitungsschaltungs-IC2, die Verbinderklemme 5b, die Einstellklemme 5c, die interne Verdrahtung 5g und die Kontaktierungsdrähte 3 abdeckt, verlässlich ausgebildet.
Ausführungsform 2
4 ist eine Querschnittsansicht, welche die wesentlichen Abschnitte eines Halbleiterdrucksensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der voranstehend geschilderten, ersten Ausführungsform in der Hinsicht, dass eine Verbinderklemme 22 durch Widerstandsschweißen mit einem Leite 21 verbunden ist, der ein Bauteil eines Leiterrahmens darstellt.
Im Übrigen ist die Konstruktion bei dieser zweiten Ausführungsform, abgesehen von dem voranstehend geschilderten Unterschied, ebenso wie bei dem Halbleiterdrucksensor gemäß der ersten Ausführungsform, und kann die gleichen vorteilhaften Auswirkungen wie bei der ersten Ausführungsform zur Verfügung stellen.
Zwar ist bei der ersten und zweiten Ausführungsform der Teilgehäuse-Hauptkörper 5a aus einem Epoxyharz hergestellt, das ein thermisch aushärtendes Harz darstellt, jedoch kann er auch beispielsweise unter Verwendung eines thermoplastischen Harzes wie PBT-Harz (Polybutylenterephthalat-Harz) hergestellt sein.
Weiterhin ist der Halbleitersensor-Chip 1 nicht auf jenen Druckerfassungstyp beschränkt, der den Piezowiderstandseffekt nutzt. So kann beispielsweise ein Halbleiterdrucksensor-Chip des Kapazitätstyps eingesetzt werden.
Weiterhin sind zwar bei der ersten und zweiten Ausführungsform der Halbleitersensor-Chip 1 und de Verarbeitungsschaltungs-IC2 getrennt voneinander ausgebildet, jedoch können sie auch aus einem IC bestehen, bei welchem auf demselben Chip ein Halbleitersensor, der zur Erfassung des Drucks dient, und ein Verarbeitungsschaltungsteil vorgesehen sind, das zum Korrigieren und Verstärken eines elektrischen Signals von dem Halbleitersensor dient. In diesem Fall können die Abmessungen des Halbleiterdrucksensors verkleinert werden.
Weiterhin erfolgt bei dem Halbleitersensor-Chip 1 und dem Verarbeitungsschaltungs-IC2 eine Chip-Montage an der Montageoberfläche 5d des Teilgehäuse-Hauptkörpers 5a durch ein Chip-Montagematerial, wie beispielsweise ein Fluorelastomer, jedoch können auch der Halbleitersensor-Chip 1 und der Verarbeitungsschaltungs-IC2 auf der internen Verdrahtung 5g des Teilgehäuses 5 angebracht sein.
Zwar wurde die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, jedoch werden Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass die Erfindung abgeändert in die Praxis umgesetzt werden kann, innerhalb des Wesens und Umfangs der Erfindung, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben, und von den beigefügten Patentansprüchen umfasst sein sollen.

Claims

Halbleiterdrucksensor, bei welchem vorgesehen sind: ein Halbleitersensor (1) zur Erfassung des Drucks; ein Verarbeitungsschaltungsteil (2) zum Korrigieren und Verstärken eines elektrischen Signals von dem Halbleitersensor (1); ein Teilgehäuse (5), das eine Klemme (5b) aufweist, die elektrisch mit dem Halbleitersensor (1) und dem Verarbeitungsschaltungsteil (2) durch Kontaktierungsdrähte (3) verbunden ist; und ein Gehäuse (4), das einstückig oder vereinigt mit dem Teilgehäuse (5) an seiner Außenkante durch Einsetzformen ausgebildet ist; wobei das Teilgehäuse (5) mit einer Montageoberfläche (5d) versehen ist, auf welcher der Halbleitersensor (1) und das Verarbeitungsschaltungsteil (2) angebracht sind.
Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilgehäuse (5) mit einem Teilgehäuse-Hauptkörper (5a) versehen ist, der aus Harz besteht, und die Form eines Kanals im Querschnitt aufweist, und die Klemme (5b) in den Teilgehäuse-Hauptkörper (5a) eingebaut ist.
Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptleitersensor (1) und der Verarbeitungsschaltungsabschnitt (2) aus einem IC bestehen, der auf demselben Chip vorgesehen ist.