JP2001116639A - 半導体圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents

半導体圧力センサおよびその製造方法

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JP2001116639A JP30088699A JP30088699A JP2001116639A JP 2001116639 A JP2001116639 A JP 2001116639A JP 30088699 A JP30088699 A JP 30088699A JP 30088699 A JP30088699 A JP 30088699A JP 2001116639 A JP2001116639 A JP 2001116639A
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resin case
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Kazunori Saito
和典 斉藤
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】樹脂ケース内への空気,湿気の侵入,およびコ
ーティング樹脂層内の気泡発生を防止して耐使用環境
性,信頼性の向上化を図る。 【解決手段】リード端子4をインサート成形した樹脂ケ
ース3の中に半導体歪みゲージを形成した感圧センサチ
ップ1を組み込み、センサチップとリード端子の間をボ
ンディングワイヤ5で接続し、さらに樹脂ケース内に軟
質なゲル状コーティング樹脂を充填してセンサチップ,
ボンディングワイヤの周域を封止した半導体圧力センサ
において、リード端子とボンディングワイヤとの接合部
を含めて該リード端子のケース貫通領域を比較的硬度の
高いゲル,もしくは接着剤の封止樹脂8で覆い、残る樹
脂ケース内の領域に防水性,耐薬品性を有する軟質なゲ
ル状コーティング樹脂6を充填して感圧センサチップ,
およびボンディングワイヤの周域を覆うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用を中心に
各種分野に適用する半導体圧力センサ,およびその製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】まず、本発明の実施対象となる表面加圧
型半導体圧力センサの構成を図3に示す。図において、
1はシリコンチップの肉薄なダイヤフラム部1aに半導
体歪ゲージ1bを含む測定回路を形成した感圧センサチ
ップ、2は感圧センサチップ1を搭載して真空中で陽極
接合したガラス台座(スペーサ)、3は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)等の熱可塑性樹脂で成形した樹脂ケース、4
は樹脂ケース3を貫通して一体にインサート成形した外
部導出用のリード端子(リードフレーム)、5は感圧セ
ンサチップ1の端子部に形成したボンディングパッドと
リード端子4との間を内部接続したボンディングワイヤ
(アルミワイヤ)、6は感圧センサチップ1の表面,ボ
ンデイングワイヤ5を被測定圧力媒体に含まれる汚染物
質,湿気などから保護しつつ、被測定圧力を感圧センサ
チップ1に伝達させるシリコーンゲル,フルオロシリコ
ーンゲルなどの軟質なゲル状コーティング樹脂、7は前
記樹脂ケース3に被着した導圧ポート付きキャップであ
る。
【0003】かかる半導体圧力センサの動作原理は周知
であり、キャップ7の導圧ポートを通じて加わる被測定
圧力はゲル状コーティング樹脂6を介して感圧センサチ
ップ1の表面に加わり、これにより感圧センサチップ1
のダイヤフラム部1aが変形して半導体歪ゲージ1bの
ゲージ抵抗値が変化し、被測定圧力に相応した電気信号
がリード端子4より外部回路に取り出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した半
導体式センサについて、その樹脂ケース3をPPS,P
BT等の熱可塑性樹脂で成形した従来製品では耐使用環
境性,信頼性の面で次に記すような問題点がある。すな
わち、PPS,PBT樹脂で作られた樹脂ケースと該ケ
ースにインサート成形されたリード端子との間の界面は
端子表面の凹凸面によるアンカー効果が働くだけであ
り、樹脂ケース3の成形時に生じる成形収縮,およびリ
ード端子4との線膨張係数差に起因して両者間の界面に
は微小な隙間gが生じる。このために、例えば150〜
13.3kPa/・abs の範囲で加圧,減圧を繰り返すサイ
クル試験などにより圧力センサに急激な負圧が加わる
と、図示のように樹脂ケース3とリードフレーム4との
接触界面に残る微小な隙間gを通じて外部(大気圧)か
ら空気,湿気が吸引されて樹脂ケース内に侵入し、樹脂
ケース内に充填したゲル状コーティング樹脂6の層内に
気泡を生成する。しかも、感圧センサチップ1の表面に
負庄が繰り返し加わると前記気泡が成長し、これが原因
で感圧センサチップ1,ボンデイングワイヤ5が腐食を
受けたり、ボンディングワイヤ5が断線することがある
ほか、圧力センサに導入した被測定圧力が気泡との干渉
を受けて感圧センサチップ1に正しく伝達されなくな
り、圧力センサの測定特性にも悪影響を及ぼすといった
問題が発生する。
【0005】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、その目的は前記課題を解決し、圧力センサとしての
機能をいささかも損なうことなく、樹脂ケース内への空
気,湿気の侵入,およびコーティング樹脂層内の気泡発
生を防止して耐使用環境性,信頼性の向上化を図った半
導体圧力センサ,およびその製造方法を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、外部導出用リード端子をインサー
ト成形した樹脂ケースの中に半導体歪みゲージを形成し
た感圧センサチップを組み込んだ上で、センサチップと
リード端子の間をボンディングワイヤで接続し、さらに
樹脂ケース内にコーティング樹脂を充填してセンサチッ
プ,ボンディングワイヤの周域を覆った半導体圧力セン
サにおいて、リード端子とボンディングワイヤとの接合
部を含めて該リード端子のケース貫通領域を比較的硬度
の高いゲル,もしくは接着剤の封止樹脂で覆い、残る樹
脂ケース内の領域に防水性,耐薬品性を有する軟質なゲ
ル状コーティング樹脂を充填して感圧センサチップ,お
よびボンディングワイヤの周域を覆うものとし(請求項
1)、具体的には次記の方法により製造するものとす
る。
【0007】(1) 樹脂ケースに感圧センサチップを組み
込んでリード端子との間にボンディングワイヤを接続し
た組立状態で、まずリード端子のケース貫通領域に比較
的硬度の高いゲル状封止樹脂をポッティングした後に脱
泡処理を経て加熱硬化させ、次に樹脂ケース内の全領域
に軟質なゲル状コーティング樹脂を未硬化状態でポッテ
ィングした後に脱泡工程,加熱硬化工程を経てゲル化さ
せる(請求項2)。
【0008】(2) 樹脂ケースに感圧センサチップを組み
込んでリード端子との間にボンディングワイヤを接続し
た組立状態で、リード端子のケース貫通領域に封止樹脂
として接着剤をポッティングし、続いて樹脂ケース内の
全領域に軟質なゲル状コーティング樹脂を未硬化状態で
ポッティングした後に、脱泡工程を経て接着剤,および
コーティング樹脂を同時に加熱硬化させる(請求項
3)。
【0009】上記の構成によれば、製品の組立状態で樹
脂ケースと該ケースにインサート成形されたリード端子
との間の界面に成形収縮,熱膨張差などに起因する隙間
が発生しても、リード端子が樹脂ケースの内方に突き出
した貫通領域が比較的硬度の高いゲル,もしくは接着剤
の封止樹脂で局部的に気密封止されていることから、圧
力センサに急激な負圧が加わった状態でも周囲から樹脂
ケースとリード端子との間の隙間を通じてケース内への
空気,湿気の侵入、および空気の侵入に起因する樹脂ケ
ース内に充填したコーティング層内の気泡生成が防止さ
れ、この気泡生成に起因するボンディングワイヤの断
線,および被測定圧に対する感圧センサチップの特性変
動を防止できる。
【0010】また、前記領域を除いて感圧センサチッ
プ,ボンディングワイヤの周域が樹脂ケース内に充填し
た防水性,耐薬品性を有する軟質なゲル状コーティング
樹脂に覆われているので、被測定圧の伝達機能を些かも
損なうことなしに、圧力センサに加わる測定圧力媒体に
混在している汚染ガス,液体などの悪影響を受けること
がない。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図
1,図2に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施
例の図中で図3に対応する部材には同じ符号を付してそ
の詳細な説明は省略する。この実施例においては、圧力
センサとしての基本的な構造は図3と同様であるが、樹
脂ケース3と一体にインサート成形された外部導出用の
リード端子4について、ボンディングワイヤ5との接合
部を含めてリード端子4がケース内に突き出す貫通領域
を封止樹脂8で覆い、さらに樹脂ケース3の内方全域に
は従来(図3参照)と同様に樹脂ケース内に軟質なゲル
状コーティング樹脂6を充填して感圧センサチップ1,
およびボンディングワイヤ5の周域を覆っている。
【0012】ここで、ゲル状コーティング樹脂6は、例
えば針入度70程度の軟質で防水性,耐薬品性の高いフ
ッ素ゲルを使用し、その層厚さ(センサチップ1の上面
からの厚さ)は感圧センサチップ1,ボンディングワイ
ヤ5の保護性を考慮して0.8〜1.5mm程度とする。
一方、封止樹脂8は、コーティング樹脂6に比べて硬度
が高い針入度30程度のフルオロシリコーンゲル,フッ
素ゲル、もしくはPPS樹脂,リード端子に対する接着
性の優れた合成樹脂接着剤を用い、その厚さは50〜3
00μm程度とする。
【0013】次に、前記封止樹脂8として接着剤8aを
使用した場合の組立工程を図2(a)〜(d) により説明す
る。すなわち、樹脂ケース3に感圧センサチップ1をガ
ラス台座2とともに組み込み、さらに感圧センサチップ
1とリード端子との間にボンディングワイヤ5を接続し
た組立状態で、まず図2(a) で示すようにディスペンサ
9に収容した接着剤8aをリード端子4がケース内方に
突き出た貫通領域を覆うようにポッティングする。続い
て、図2(b) で示すように別なディスペンサ9に収容し
たフッ素ゲルなどの軟質なゲル状コーティング樹脂6を
未硬化の状態(主剤に重合剤を混合したゾル状の状態)
で樹脂ケース3の内方にポッティングし、感圧センサチ
ップ1,ボンディングワイヤ5を覆ってケース内の隅々
まで行き渡るように充填する。
【0014】次に、図2(c) のように樹脂ケース3を脱
泡槽10に収容した上で槽内を真空引きしてゲル状コー
ティング樹脂6,接着剤8aに混入している気泡を十分
に脱気した後、樹脂ケース3を図2(d) に示すキュア炉
(恒温槽)11に移し、ここでコーティング樹脂6,接
着剤8aを同時に加熱硬化させる。また、封止樹脂8と
して比較的硬度の高いゲルを使用する場合には、次のよ
うな方法で行うものとする。すなわち、樹脂ケース3に
対して図2(a) と同様に、ディスペンサ9を使ってリー
ド端子4の貫通領域にゲルをポッティングした後に、図
2(c),(d) の脱泡,硬化工程に移して硬化処理する。次
に、図2(b) と同様に樹脂ケース3に軟質なゲル状コー
ティング樹脂6を未硬化状態でポッティングした後、脱
泡工程,加熱硬化工程を経てコーティング樹脂6をゲル
化させる。
【0015】なお、図1に示した半導体圧力センサにつ
いて、発明者等が行った評価試験(圧力作動サイクルテ
スト)の結果から、従来構成のものと比べて耐低温作動
サイクル性が3〜5倍に向上することが確認されてい
る。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、リード端子とボンディングワイヤとの接合部を含め
て該リード端子のケース貫通領域を比較的硬度の高いゲ
ル,もしくは接着剤の封止樹脂で覆い、残る樹脂ケース
内の領域に防水性,耐薬品性を有する軟質なゲル状コー
ティング樹脂を充填して感圧センサチップ,およびボン
ディングワイヤの周域を覆うことにより、圧力センサに
急激な負圧が加わった状態でも周囲から樹脂ケースとリ
ード端子との間の隙間を通じてケース内への空気,湿気
の侵入、および空気の侵入に起因する樹脂ケース内に充
填したコーティング層内の気泡生成が防止され、この気
泡生成に起因するボンディングワイヤの断線,および被
測定圧に対する感圧センサチップの特性変動を防止して
耐使用環境性,信頼性の高い半導体圧力センサを提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る半導体圧力センサの組立
構造を示す断面図
【図2】図1に示した半導体圧力センサの組立方法の説
明図であり、(a) 〜(d) は封止樹脂,軟質コーティング
樹脂の供給から加熱硬化までの工程を順に表した図
【図3】従来における表面加圧型半導体圧力センサの組
立構造を示す断面図
【符号の説明】
1 感圧センサチップ 3 樹脂ケース 4 リード端子 5 ボンディングワイヤ 6 軟質なゲル状コーティング樹脂 8 封止樹脂 8a 接着剤

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部導出用リード端子をインサート成形し
    た樹脂ケースの中に半導体歪みゲージを形成した感圧セ
    ンサチップを組み込んだ上で、センサチップとリード端
    子の間をボンディングワイヤで接続し、さらに樹脂ケー
    ス内にコーティング樹脂を充填してセンサチップ,ボン
    ディングワイヤの周域を覆った半導体圧力センサにおい
    て、リード端子とボンディングワイヤとの接合部を含め
    て該リード端子のケース貫通領域を比較的硬度の高いゲ
    ル,もしくは接着剤の封止樹脂で覆い、残る樹脂ケース
    内の領域に防水性,耐薬品性を有する軟質なゲル状コー
    ティング樹脂を充填して感圧センサチップ,およびボン
    ディングワイヤの周域を覆ったことを特徴とする半導体
    圧力センサ。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体圧力センサの製造方
    法であり、樹脂ケースに感圧センサチップを組み込んで
    リード端子との間にボンディングワイヤを接続した組立
    状態で、まずリード端子のケース貫通領域に比較的硬度
    の高いゲル状封止樹脂をポッティングした後に脱泡処理
    を経て加熱硬化させ、次に樹脂ケース内の全領域に軟質
    なゲル状コーティング樹脂を未硬化状態でポッティング
    した後に脱泡工程,加熱硬化工程を経てゲル化させるこ
    とを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の半導体圧力センサの製造方
    法であり、樹脂ケースに感圧センサチップを組み込んで
    リード端子との間にボンディングワイヤを接続した組立
    状態で、リード端子のケース貫通領域に封止樹脂として
    接着剤をポッティングし、続いて樹脂ケース内の全領域
    に軟質なゲル状コーティング樹脂を未硬化状態でポッテ
    ィングした後に、脱泡工程を経て接着剤,およびコーテ
    ィング樹脂を同時に加熱硬化させることを特徴とする半
    導体圧力センサの製造方法。
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