JP2000356561A - 半導体歪みセンサ - Google Patents

半導体歪みセンサ

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JP2000356561A JP2000052163A JP2000052163A JP2000356561A JP 2000356561 A JP2000356561 A JP 2000356561A JP 2000052163 A JP2000052163 A JP 2000052163A JP 2000052163 A JP2000052163 A JP 2000052163A JP 2000356561 A JP2000356561 A JP 2000356561A
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Seiichiro Ishio
誠一郎 石王
Ineo Toyoda
稲男 豊田
Yasutoshi Suzuki
康利 鈴木
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Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂製のパッケージ部材に固定されたリード
フレームに、歪み信号検出用のセンサチップを搭載して
なる半導体歪みセンサにおいて、パッケージ部材のクリ
ープ応力を、センサチップに伝わりにくくする。 【解決手段】 シリコンよりなるセンサチップ10は、
樹脂よりなるパッケージ部材30に支持されたリードフ
レーム20の素子搭載部21における一面20a側に搭
載され、圧力等の印加時に発生する歪みに基づく電気信
号をワイヤ50を介して外部に出力可能となっている。
リードフレーム20における素子搭載部21の他面20
bのうちセンサチップ10搭載領域の直下部全域と、パ
ッケージ部材30とは、パッケージ部材30に形成され
た空間部31を介して非接触状態になっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂製のパッケー
ジ部材に固定されたリードフレームにセンサ素子(セン
サチップ)を搭載してなる半導体歪みセンサに関し、例
えば、自動車用の吸気圧センサやブレーキ圧センサ等の
高圧センサに用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種の半導体歪みセンサと
しては、例えば、特開平9−61271号公報や特開平
5−172674号公報に記載のものが提案されてい
る。これらのものは、樹脂材料よりなるパッケージ部材
によって表裏両面を包み込むようにモールドされたリー
ドフレームに、外力(圧力や加速度)印加時の歪みを電
気信号に変換可能なシリコンよりなるセンサ素子(セン
サチップ)を樹脂接着剤を用いて搭載した構造を有して
いる。
【0003】そして、例えば圧力検出用のものにおいて
は、センサ素子に被検出体からの圧力(例えば、自動車
エンジンの吸気圧やブレーキ圧等)が印加されると、セ
ンサ素子に歪みが生じ、センサ素子からはこの歪みに基
づく電気信号(以下、歪み信号という)が出力される。
このセンサ素子からの出力はボンディングワイヤにより
リードフレームから外部に出力される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来構造において
は、センサ特性を確保すべくセンサ素子に印加される熱
応力を低減するために、センサ素子、リードフレーム及
びパッケージ部材の熱膨張係数を近似させた構造が取ら
れている。しかしながら、本発明者等の検討によれば、
このような構造であっても、低温と高温とを繰り返す冷
熱サイクル等によりセンサ特性が初期性能から変動して
しまう現象、いわゆる熱ヒステリシスが発生するという
問題があることがわかった。
【0005】図7は、この熱ヒステリシスの説明図とし
ての模式的なグラフであり、横軸に時間(グラフ中、一
点鎖線図示)、左縦軸にセンサ出力(歪み信号、グラフ
中、実線図示)、右縦軸にデバイス温度を示す。
【0006】熱ヒステリシスとは、図7に示す様に、初
期の室温(例えば25℃)におけるセンサ出力と、熱履
歴後(例えば120℃の高温とした後)の室温における
センサ出力との差であり、この熱履歴後の室温における
センサ出力が時間軸で変動する現象である。
【0007】本発明者等の検討によれば、この現象は、
次のような原因により発生する。即ち、パッケージ部材
でリードフレームをモールドする時の初期応力や部材間
の熱膨張係数差が、熱履歴により歪みとして発生し、パ
ッケージ部材を構成する樹脂にクリープを引き起こす。
そして、熱履歴後のセンサ素子においては初期とは異な
り、パッケージ部材のクリープ変形に伴って発生する応
力(以下、クリープ応力という)が印加されるため、セ
ンサ素子の出力(歪み信号)特性が変化し熱ヒステリシ
スが発生するのである。
【0008】また、センサ素子とリードフレームとが樹
脂接着剤を介して固定されている場合には、パッケージ
部材のクリープ応力が、この接着剤にも作用し、接着剤
を構成する樹脂にもクリープを引き起こす。この接着剤
のクリープ応力も、センサ素子に影響を与える。
【0009】また、パッケージ部材を構成する樹脂に発
生するクリープ応力によるセンサ特性の変動という問題
は、樹脂製のパッケージ部材に、歪み信号検出用のセン
サ素子を収納し搭載した半導体歪みセンサ一般に、起こ
りうる問題である。
【0010】本発明は上記問題に鑑み、樹脂製のパッケ
ージ部材に、歪み信号検出用のセンサ素子を搭載してな
る半導体歪みセンサにおいて、パッケージ部材のクリー
プ応力によるセンサ素子への影響を抑制することを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1〜請求項5の発
明は、上記従来公報に記載の半導体歪みセンサにおいて
は、リードフレームのセンサ素子搭載面とは反対側の面
のうち、センサ素子搭載領域の直下部分の全領域に樹脂
が接触した形でモールドがなされているため、上記クリ
ープ応力が直にリードフレーム上のセンサ素子に作用し
やすくなっていることに着目してなされたものである。
【0012】即ち、請求項1に記載の発明では、樹脂製
のパッケージ部材(30)で支持されたリードフレーム
(20)の一面(20a)側に、半導体よりなる歪み信
号検出用のセンサ素子(10)を搭載してなる半導体歪
みセンサにおいて、該リードフレームの他面(20b)
のうち該センサ素子の搭載領域に対応する部位の少なく
とも一部と、該パッケージ部材とを、該パッケージ部材
に形成された空間部(31〜35)を介して非接触状態
としたことを特徴としている。
【0013】本発明では、リードフレームにおいてセン
サ素子が搭載された一面とは反対側の他面において、セ
ンサ素子搭載領域に対応する部位の少なくとも一部が、
空間部の存在によって、樹脂であるパッケージ部材に接
触していない状態となるため、パッケージ部材にクリー
プが発生しても、そのクリープ応力をセンサ素子に伝わ
りにくくすることができる。よって、パッケージ部材の
クリープ応力によるセンサ素子への影響を抑制すること
ができる。
【0014】ここで、請求項2記載の発明のように、空
間部(31〜35)を、リードフレーム(20)の他面
(20b)のうちセンサ素子(10)の搭載領域に対応
する部位の全域と、パッケージ部材(30)とが非接触
状態になるように形成すれば、上記クリープ応力を、よ
りセンサ素子に伝わりにくくでき、請求項1の発明の効
果を高いレベルで実現できる。
【0015】また、請求項3記載の発明のように、セン
サ素子(10)が接着剤(40)を介してリードフレー
ム(20)に接着されている場合、該接着剤として、ヤ
ング率が10MPa以下の樹脂接着剤を用いれば、該接
着剤においてクリープを発生しにくくできる。
【0016】また、請求項4及び請求項5記載の発明の
ように、センサ素子(10)、リードフレーム(20)
及びパッケージ部材(30)における熱膨張係数の関係
を、規定すれば、センサ素子にかかる熱応力を小さくで
きるという効果もある。
【0017】また、請求項6〜請求項9の発明は、樹脂
よりなるパッケージ部材と、このパッケージ部材に収納
され、半導体よりなり、外力が印加されたとき歪みを発
生するとともに該歪みに基づく電気信号を出力するセン
サ素子とを備える半導体歪みセンサに係るものである。
【0018】即ち、本発明においては、センサ素子(8
0)は、パッケージ部材(60)を構成する樹脂材料よ
りも熱膨張係数が該センサ素子に近い材料よりなる素子
搭載用部材(90)を介して、該パッケージ部材に搭載
されていることを特徴としている。
【0019】それによれば、センサ素子とパッケージ部
材との間に、パッケージ部材よりもセンサ素子に熱膨張
係数が近い素子搭載用部材が介在するから、センサ素子
とパッケージ部材との熱膨張計数の差に起因して発生す
る熱応力を抑制でき、パッケージ部材にクリープが発生
しにくくできる。よって、パッケージ部材のクリープ応
力によるセンサ素子への影響を抑制することができる。
【0020】ここで、請求項7の発明のように、パッケ
ージ部材(60)において、センサ素子(80)の搭載
領域に対応する部位を、他の部位よりも薄肉化された薄
肉部(66)とすれば、この薄肉部で発生するクリープ
応力を比較的小さいものとできるため、パッケージ部材
のクリープ応力によるセンサ素子への影響を、よりいっ
そう抑制することができる。
【0021】また、請求項8の発明のように、パッケー
ジ部材(60)に、センサ素子(80)の電気信号を外
部に出力可能な信号出力用部材(65)を一体に形成し
た場合、素子搭載用部材(90)を、この信号出力用部
材と同一部材よりなるものとすれば、素子搭載用部材と
信号出力用部材とを同時に加工できる等、センサが作り
やすくなるというメリットがある。
【0022】さらに、請求項9の発明では、信号出力用
部材(65)を、パッケージ部材(60)の内面に設け
てセンサ素子(80)とワイヤボンディングされたもの
とし、パッケージ部材における信号出力用部材が設けら
れている内面の周囲に、該内面より凹んだ凹部(63)
を形成し、この凹部の底面(64)に素子搭載用部材
(90)を設けたことを特徴としている。
【0023】それによれば、素子搭載用部材と信号出力
用部材のワイヤボンディング部とは、凹部の深さに対応
して段違いの高さに配置された構成となる。ここで、凹
部の深さを調整することで、素子搭載用部材上のセンサ
素子と信号出力用部材のワイヤボンディング部との高さ
を近くできるため、ワイヤボンディングがしやすくなる
というメリットがある。
【0024】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。
【0025】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1は本実施形
態に係る半導体歪みセンサ100の全体構成を示す平面
図、図2は図1中のA−A断面図である。本半導体歪み
センサ100は、例えば、自動車エンジンの吸気系統に
設置されて吸気圧を検出する吸気圧センサに適用され
る。該吸気系統への設置は、例えば、吸気系統のパイプ
と連通して接続可能なケースに収納される等によりなさ
れる。
【0026】センサチップ(本発明のセンサ素子)10
は、キャビティが形成されたシリコン基板11と他のシ
リコン基板12とが酸化膜を介して接合された半導体基
板であり、その内部に上記キャビティ部分を空間とする
圧力基準室13が形成されている。この圧力基準室13
は、例えば減圧容器内にて上記接合を行うことにより1
kPa以下の一定圧力に保たれている。
【0027】本例のセンサチップ10は、シリコン基板
11のうち圧力基準室13に対応した部分に形成された
ダイヤフラム14に、ブリッジ回路を構成するようにゲ
ージ抵抗(図示せず)が形成されており、ダイヤフラム
14が吸気圧等の外力を受けたときに歪み変形し、その
歪み変形を上記ブリッジ回路を介して電気信号として出
力できるようになっている。
【0028】リードフレーム20は、例えば42アロイ
(42%Ni−Fe合金)の板材を用いて型抜きにより
成形されたもので、パッケージ部材30に形成された凹
部から露出する素子搭載部21及びリード部22と、リ
ード部22と導通しつつパッケージ部材30の外周囲に
引き出された端子部23とを備える。そして、エポキシ
系樹脂等により型成形されたパッケージ部材30によっ
て、一面(図2にて上側)20aとその反対側の面であ
る他面20bとを包み込むように一体化されて支持され
ている。
【0029】素子搭載部21は、センサチップ10が搭
載可能な面積を有するプレート状のもので、上記一面2
0a側において、センサチップ10が接着剤40を介し
て接着固定されている。接着剤40としては、接着剤4
0自体の熱履歴等によるクリープの発生を抑制するため
に、10MPa以下の低ヤング率の樹脂接着剤(例えば
シリコン系の接着剤)を採用している。
【0030】リード部22は、センサチップ10の上記
ブリッジ回路とワイヤ50を介して電気的に接続されて
おり、端子部23は、適当な配線部材を介して外部回路
(例えば車両のECU等)と電気的に接続されるもので
ある。このように、センサチップ10からの上記電気信
号は、ワイヤ50、リード部22、端子部23を介して
外部に出力可能な形態となっている。
【0031】図3にリードフレーム20における素子搭
載部21近傍の形状の一例を示す。図3中の破線は、上
述した素子搭載部21及びリード部22を露出させるた
めのパッケージ部材30の凹部外形を示すものである。
素子搭載部21はリード部22からつながる部分に、吊
りピン部24によって連結されており、リードフレーム
20の各部21〜24は一体化されている。
【0032】ここで、本実施形態では、リードフレーム
20の他面20bのうちセンサチップ10の搭載領域に
対応する部位(図2ではセンサチップ10の直下に位置
する他面20b)の全域が露出するように、パッケージ
部材30に開口部(本発明の空間部)31が形成された
独自の構成としている。この開口部31を介して、リー
ドフレーム20における他面20bのうちセンサチップ
10の直下に位置する全領域は、パッケージ部材30と
非接触状態になっている。
【0033】そして、素子搭載部21は、図2に示す様
に、素子搭載部21におけるセンサチップ10の搭載領
域の外側に位置する周縁部をパッケージ部材30に支持
されている。なお、リードフレーム20の素子搭載部2
1に相当する他面20bの全域が開口部31により露出
した形となっても、素子搭載部21は吊りピン24を介
してパッケージ部材30に支持されているため、問題は
ない。
【0034】かかる半導体歪みセンサ100は、パッケ
ージ部材30に対応した形状を有する型の内部にリード
フレーム20を固定した後、樹脂を充填することによ
り、図4に示す様なパッケージ部材30とリードフレー
ム20とが一体化された構造体を得て、この構造体に対
して、接着剤40を用いて素子搭載部21にセンサチッ
プ10を固定し、ワイヤボンディング等によりワイヤ5
0の結線を行うことで製造できる。
【0035】ところで、本実施形態によれば、開口部3
1においては、リードフレーム20の他面20bはパッ
ケージ部材30と非接触状態になっているため、例え
ば、上記の熱履歴等により、パッケージ部材30にクリ
ープが発生しても、そのクリープ変形に伴って発生する
応力(クリープ応力)をセンサチップ10に伝わりにく
くすることができる。
【0036】そのため、パッケージ部材30のクリープ
応力による接着剤40のクリープも発生しにくくなり、
上記の熱ヒステリシスを低減し、冷熱サイクルにさらさ
れても常に安定したセンサ出力(初期性能)を実現する
半導体歪みセンサを提供できる。
【0037】なお、図2に示す例では、開口部(空間
部)31は、センサチップ10の直下に位置するリード
フレーム20の他面20bの全域が露出するように形成
されているが、本発明の空間部は図5(a)〜(d)の
各変形例に示す様な形状であってもよい。
【0038】本発明の空間部として図5(a)に示す開
口部32及び図5(b)に示す内部空間33は、センサ
チップ10の直下に位置する他面20bの一部がパッケ
ージ部材30と非接触状態になるように形成されてい
る。また、図5(c)に示す様に、本発明の空間部は開
口部32と内部空間33とを組み合わせたものでも良
い。更に、センサチップ10の直下に位置する他面20
bの全域が露出するように形成された空間部としては、
図5(d)に示すような内部空間34であってもよい。
【0039】これらの空間部32〜34もパッケージ部
材30の型成形によって形成することができ、それによ
って、パッケージ部材30のクリープ応力をセンサチッ
プ10に伝わりにくくすることができる。ただし、図2
に示す開口部31や図5(d)に示す内部空間34のよ
うに、センサチップ10の直下に位置する他面20bの
全域がパッケージ部材30と非接触となるようにした方
が、一部を非接触とする場合よりも、パッケージ部材3
0との接触面積が小さく、上記クリープ応力をよりセン
サチップ10に伝わりにくくできる。
【0040】また、本実施形態によれば、センサチップ
10をリードフレーム20の素子搭載部21に接着固定
する接着剤40として、10MPa以下の低ヤング率の
樹脂接着剤を採用しているから、接着剤40自体の熱履
歴等によるクリープの発生を抑制することができる。
【0041】また、本実施形態では、シリコン(熱膨張
係数:2〜3×10-6/℃)よりなるセンサチップ10
に対して、例えば、リードフレーム20を42アロイ
(熱膨張係数:4〜5×10-6/℃)、パッケージ部材
30をエポキシ樹脂(熱膨張係数:12〜14×10-6
/℃)とし、部材10、20、30間の熱膨張係数の関
係を、該センサ素子、該リードフレーム、該パッケージ
部材の順に大きくすることにより、センサチップ10に
かかる熱応力を小さくできる。
【0042】ここで、互いに隣接する部材10、20、
30間の熱膨張係数の差は、センサの仕様等によっても
異なるが、小さい方が好ましく、例えば1×10-5/℃
未満あることが好ましく、1×10-6/℃未満あること
がより好ましい。
【0043】(第2実施形態)図6に本発明の第2実施
形態に係る半導体歪みセンサ200の概略断面を示す。
本半導体歪みセンサ200は、例えば、車両のブレーキ
圧やエンジンの燃料噴射圧等を検出する高圧型センサと
して適用されるものである。
【0044】より具体的には、本センサ200は、例え
ば図6の上方側にて、シールダイヤフラムを有するハウ
ジング部材(図示せず)をパッケージ部材30に組付
け、該シールダイヤフラムとパッケージ部材30との間
でセンサチップ10を気密封止するもの、いわゆるシー
ルダイヤフラム型の圧力検出装置に適用できる。
【0045】図6に示す半導体歪みセンサ200におい
ては、リードフレーム20のリード部22が途中で折り
曲げられてパッケージ部材30の内部から外部まで伸び
ている。このリード部22は、外部回路等と電気的に接
続するためのコネクタピンとして機能する。
【0046】そして、リードフレーム20の他面20b
のうちセンサチップ10の搭載領域に対応する部位(図
6ではセンサチップ10の直下に位置する他面20b)
の全域が露出するように、パッケージ部材30の内部に
内部空間(本発明の空間部)35が形成されている。こ
の内部空間35を介して、リードフレーム20における
他面20bのうちセンサチップ10の直下に位置する全
領域は、パッケージ部材30と非接触状態になってい
る。
【0047】なお、この内部空間35を図6中の下方に
延ばして開口部とした形としても良い。そして、本実施
形態においても、上記第1実施形態と同様に、パッケー
ジ部材30からのクリープ応力をセンサチップ10に伝
えにくくできる。
【0048】(第3実施形態)図8に、本発明の第3実
施形態に係る半導体歪みセンサ300の概略断面を示
す。本センサ300も、例えば、上記した吸気圧センサ
等に適用される。60は、パッケージ部材としての樹脂
製のコネクタケースであり、本例ではPPS(ポリフェ
ニレンサルファイド)をモールド成形したものである。
【0049】また、このコネクタケース60には、例え
ば樹脂等よりなるハウジングケース70が組み付けられ
て一体化されている。ハウジングケース70は、被測定
体(例えば、エンジンの吸気配管)へ取り付けられるも
のであり、被測定体とのシールを行うためのOリング7
1と、被測定体から圧力(例えば吸気圧)を導入するた
めの圧力導入孔72とを有する。
【0050】両ケース60、70の組付は、本例では、
コネクタケース60に形成された凹部61へハウジング
ケース70に形成された凸部としての接合部73を挿入
し、この凹部61内へ接着剤62を充填することによ
り、両ケース60、70を固定するようになっている。
【0051】ここで、組み付けられた両ケース60、7
0により、センサチップ(本発明のセンサ素子)80が
収納される空間部81が形成される。この空間部81
は、ハウジングケース70の圧力導入孔72と連通して
おり、外部から圧力導入孔72を介して測定圧力が導入
されるところである。また、この空間部81は、上記接
着剤62により封止されている。
【0052】この空間部81を区画するコネクタケース
60の内面には、チップ収納用凹部63が形成されてお
り、このチップ収納用凹部63内に、本実施形態のセン
サチップ80が収納されている。本実施形態のセンサチ
ップ80は、ピエゾ抵抗効果を利用したもので、シリコ
ン基板の上面にセンシング部としてのダイヤフラム80
a及び図示しないゲージ抵抗(拡散抵抗)などを備えた
構成となっている。そして、外力が印加されたときダイ
ヤフラム80aに歪みを発生するとともに該歪みに基づ
く電気信号を出力するようになっている。
【0053】このセンサチップ80は、センサチップ8
0を構成するシリコン基板と熱膨張係数が近似したガラ
ス台座82に接合されて支持されている。また、チップ
収納用凹部63の底面64には、素子搭載用部材として
のプレート90が固定されている。
【0054】このプレート90は、コネクタケース60
を構成する樹脂材料(本例ではPPS)よりも熱膨張係
数がセンサチップ(本例では単結晶シリコン)80に近
い材料(本例では42アロイ)よりなる。そして、プレ
ート90上には、樹脂等の接着剤91を介して、ガラス
台座82が接着されている。このように、センサチップ
80は、ガラス台座82、接着剤91、プレート90を
介して、チップ収納用凹部63の底面64に固定支持さ
れている。
【0055】また、コネクタケース60は、センサ30
0と外部配線部材との電気的接続を行う機能を有するも
のであり、接続端子としてのターミナル(本発明の信号
出力用部材)65が、インサート成形により、一体化し
ている。このターミナル65の一端側65aは外部配線
部材と接続される側であり、他端65b側は、ワイヤボ
ンディングにより形成されたワイヤ83により、センサ
チップ80と電気的に接続されている。
【0056】ここで、プレート90とターミナル65と
は、同一部材(本例では42アロイ)とすることが好ま
しい。例えば、ターミナル65をリードフレームのリー
ド部、プレート90をリードフレームのアイランド部
(素子搭載部)とすれば良い。両者65、90を同一部
材とすれば、例えば、コネクタケース60にプレート9
0とターミナル65を形成する際に、同一のリードフレ
ームをインサート成形すれば、同時に両者65、90を
形成することができる。
【0057】このように、プレート90とターミナル6
5とを同一部材とすれば、センサ300の製造プロセス
上、あるいは、構成の簡素化といった面で有利である。
なお、両者65、90は別部材であっても、勿論良い。
この場合、プレート90は、コネクタケース60にイン
サート成形されたものでも良いし、コネクタケース60
の成形後に、チップ収納用凹部63の底面64に貼り付
けたものでも良い。
【0058】また、本実施形態では、チップ収納用凹部
63は、ターミナル65の他端65bが設けられている
コネクタケース60の内面よりも凹んでいる。従って、
この凹部63の底面64に固定されたプレート90は、
ターミナル65の他端(ワイヤボンディング部)65b
とは、高さが段違いになった配置となる。このような段
違い構成とすることで、図8に示す様に、センサチップ
80とターミナル65の他端65bとの高さを近くで
き、ワイヤボンディングがしやすくなっている。
【0059】さらに、チップ収納用凹部63、センサチ
ップ80上、及び、ワイヤボンディング部分は、シリコ
ンゲルやフッ素ゲル等の保護用ゲル84にて埋められて
封止されている。これにより、センサチップ80及びワ
イヤ83の保護、電気的な絶縁性の確保、並びに防食な
どが図られている。この保護用ゲル84は例えば、図示
の形状に塗布した後、熱硬化処理を行うことで形成され
る。
【0060】また、コネクタケース60において、セン
サチップ80の搭載領域に対応する部位、即ち、チップ
収納用凹部63に対応する部位は、図8に示す様に、周
囲部位よりも凹んでおり、肉厚が薄肉化された薄肉部6
6を形成している。これにより、薄肉部66で発生する
クリープ応力は、薄肉部66の周囲の厚肉部分に比較的
して小さいものとできる。
【0061】かかる構成を有する半導体歪みセンサ30
0においては、被測定体からの測定圧力(例えばエンジ
ンの吸気圧)を、ハウジングケース70の圧力導入孔7
2から空間部81へ導入する。導入された圧力は、ゲル
84を介して、センサチップ80のダイヤフラム80a
に伝達され、信号出力(抵抗変化)が発生する。この出
力(電気信号)をワイヤ83から、ターミナル65へ導
く。そして、ターミナル65から外部に圧力信号を導出
し、外部回路にて信号処理して圧力を求めるようになっ
ている。
【0062】以上のように、本実施形態によれば、樹脂
よりなるコネクタケース(パッケージ部材)60内に、
半導体よりなる歪み信号発生可能な電気信号を出力する
センサチップ(センサ素子)80を収納してなる半導体
歪みセンサ300において、センサチップ80を、コネ
クタケース60を構成する樹脂材料よりも熱膨張係数が
センサチップ80に近い材料よりなるプレート(素子搭
載用部材)90を介して、コネクタケース60に搭載し
たことを主たる特徴としている。
【0063】それによって、センサチップ80とコネク
タケース60との間に、コネクタケース60よりもセン
サチップ80に熱膨張係数が近いプレート90が介在す
るから、センサチップ80とコネクタケース60との熱
膨張係数の差に起因してコネクタケース60に発生する
熱応力を抑制でき、コネクタケース60にクリープが発
生しにくくできる。そのため、コネクタケース60のク
リープ応力によるセンサチップ80への影響を抑制する
ことができる。
【0064】ちなみに、本例のセンサチップ80、ガラ
ス台座82、接着剤91、プレート90、及びコネクタ
ケース60のヤング率、線膨張係数を示しておく。セン
サチップ80を構成するシリコン(Si)では、ヤング
率は、<110>方向で17200kgf/mm2、<
100>方向で13300kgf/mm2であり、線膨
張係数は2.4×10-6/℃である。また、ガラス台座
82を構成するガラスでは、ヤング率は6080kgf
/mm2であり、線膨張係数は2.6×10-6/℃であ
る。
【0065】接着剤91を構成する樹脂では、ヤング率
は15kgf/mm2であり、線膨張係数は2.7×1
-6/℃であり、プレート90を構成する42アロイで
は、ヤング率は14800kgf/mm2であり、線膨
張係数は4.3×10-6/℃である。そして、コネクタ
ケース60を構成するPPSでは、ヤング率は890k
gf/mm2であり、線膨張係数は10.0×10-6
℃である。こうして、本例では、上記したコネクタケー
ス60のクリープ応力によるセンサチップ80への影響
の抑制効果を実現している。
【0066】また、本実施形態によれば、コネクタケー
ス60において、センサチップ80の搭載領域に対応す
る部位に、薄肉部66を形成している。そのため、薄肉
部66で発生するクリープ応力を、薄肉部66の周囲の
厚肉部分に比較的して小さいものとでき、上記したコネ
クタケース60のクリープ応力によるセンサチップ80
への影響の抑制効果を、いっそう高いレベルにて実現す
ることができる。
【0067】また、上述したが、本実施形態の好ましい
形態として、プレート90とターミナル65とを同一部
材よりなるものとした場合、両者65、90を同時に加
工できる等、センサが作りやすくなるというメリットが
ある。さらに、プレート90とターミナル65のワイヤ
ボンディング部とを、チップ収納用凹部63の深さに対
応して段違いの高さに配置したことにより、ワイヤボン
ディングがしやすくなるというメリットについては、上
述の通りである。
【0068】(他の実施形態)なお、上記第1及び第2
実施形態においてパッケージ部材30は、成形型を用い
てリードフレーム20と一体成形することで作られる
が、リードフレームとして、素子搭載部が別体となって
いるものを用いた場合、リードフレームの素子搭載部以
外の部分とともに別途一体成形されたパッケージ部材3
0を用意し、空間部30〜35に対応するように素子搭
載部21を接着等によってパッケージ部材30に固定す
るようにしても良い。
【0069】また、本発明におけるセンサ素子として
は、上記センサチップ10以外にも、半導体よりなり、
外力が印加されたとき歪みを発生するとともに該歪みに
基づく信号を出力するものであれば良く、種々のゲージ
素子や感圧素子が採用可能である。
【0070】また、本発明の半導体歪みセンサは、上記
の吸気圧センサ等、外力としての圧力を検出する圧力検
出用センサ以外にも、外力としての加速度により発生す
る歪みを検出するセンサ素子を備えた加速度センサ等、
種々の外力(力学量)による歪みに基づいて検出を行う
ものに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体歪みセンサ
を示す平面図である。
【図2】図1中のA−A断面図である。
【図3】リードフレームの詳細形状の一例を示す図であ
る。
【図4】パッケージ部材とリードフレームとが一体化さ
れた構造体を示す図である。
【図5】本発明の空間部の変形例を示す図である。
【図6】本発明の第2実施形態に係る半導体歪みセンサ
を示す概略断面図である。
【図7】センサ出力における熱ヒステリシスの説明図で
ある。
【図8】本発明の第3実施形態に係る半導体歪みセンサ
を示す概略断面図である。
【符号の説明】
10、80…センサチップ、20…リードフレーム、2
0a…リードフレームの一面、20b…リードフレーム
の他面、30…パッケージ部材、31、32…パッケー
ジ部材の開口部、33、34、35…パッケージ部材の
内部空間、40…接着剤、60…コネクタケース、63
…チップ収納用凹部、64…チップ収納用凹部の底面、
65…ターミナル、66…コネクタケースの薄肉部、9
0…プレート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 康利 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 2F055 AA22 BB20 CC02 DD05 EE13 FF01 FF11 GG01 GG12 GG25 4M112 AA01 BA01 CA13 CA16 DA18 EA02 EA13 EA14 FA04 FA11 GA01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体よりなり、外力が印加されたとき
    歪みを発生するとともに該歪みに基づく電気信号を出力
    するセンサ素子(10)と、 前記電気信号を外部に出力可能な形態で一面(20a)
    側に前記センサ素子が搭載されたリードフレーム(2
    0)と、 樹脂材料よりなり、前記リードフレームを支持するパッ
    ケージ部材(30)とを備える半導体歪みセンサにおい
    て、 前記リードフレームの他面(20b)のうち前記センサ
    素子の搭載領域に対応する部位の少なくとも一部と、前
    記パッケージ部材とは、前記パッケージ部材に形成され
    た空間部(31〜35)を介して非接触状態になってい
    ることを特徴とする半導体歪みセンサ。
  2. 【請求項2】 前記空間部(31〜35)は、前記リー
    ドフレーム(20)の前記他面(20b)のうち前記セ
    ンサ素子(10)の搭載領域に対応する部位の全域と、
    前記パッケージ部材(30)とが非接触状態になるよう
    に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半
    導体歪みセンサ。
  3. 【請求項3】 前記センサ素子(10)は接着剤(4
    0)を介して前記リードフレーム(20)に接着されて
    おり、この接着剤は、ヤング率が10MPa以下の樹脂
    接着剤よりなることを特徴とする請求項1または2に記
    載の半導体歪みセンサ。
  4. 【請求項4】 前記センサ素子(10)、前記リードフ
    レーム(20)及び前記パッケージ部材(30)におけ
    る熱膨張係数の関係は、前記センサ素子、前記リードフ
    レーム、前記パッケージ部材の順に大きくなっているこ
    とを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載
    の半導体歪みセンサ。
  5. 【請求項5】 前記リードフレーム(20)は42アロ
    イよりなり、前記パッケージ部材(30)はエポキシ系
    樹脂よりなることを特徴とする請求項4に記載の半導体
    歪みセンサ。
  6. 【請求項6】 樹脂よりなるパッケージ部材(60)
    と、 このパッケージ部材に収納され、半導体よりなり、外力
    が印加されたとき歪みを発生するとともに該歪みに基づ
    く電気信号を出力するセンサ素子(80)とを備える半
    導体歪みセンサにおいて、 前記センサ素子は、前記パッケージ部材を構成する樹脂
    材料よりも熱膨張係数が前記センサ素子に近い材料より
    なる素子搭載用部材(90)を介して、前記パッケージ
    部材に搭載されていることを特徴とする半導体歪みセン
    サ。
  7. 【請求項7】 前記パッケージ部材(60)において、
    前記センサ素子(80)の搭載領域に対応する部位は、
    他の部位よりも薄肉化された薄肉部(66)となってい
    ることを特徴とする請求項6に記載の半導体歪みセン
    サ。
  8. 【請求項8】 前記パッケージ部材(60)には、前記
    センサ素子(80)の前記電気信号を外部に出力可能な
    信号出力用部材(65)が一体に形成されており、 前記素子搭載用部材(90)は、この信号出力用部材と
    同一部材よりなるものであることを特徴とする請求項6
    または7に記載の半導体歪みセンサ。
  9. 【請求項9】 前記信号出力用部材(65)は、前記パ
    ッケージ部材(60)の内面に設けられて前記センサ素
    子(80)とワイヤボンディングされており、 前記パッケージ部材における前記信号出力用部材が設け
    られている内面の周囲には、該内面より凹んだ凹部(6
    3)が形成されており、 この凹部の底面(64)に前記素子搭載用部材(90)
    が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の半
    導体歪みセンサ。
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