JP2001116644A - 半導体式センサ - Google Patents
半導体式センサInfo
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- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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- H01L2924/181—Encapsulation
Abstract
気,湿気の侵入、およびコーティング樹脂層内の気泡発
生を防止して厳しい使用環境下でも高い信頼性が確保で
きるようにする。 【解決手段】外部導出用リード端子4をインサート成形
した樹脂ケース4に半導体の感圧センサチップ1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5で接続するとともに、樹脂ケース内にコー
ティング樹脂6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、前
記樹脂ケース3を、エポキシ樹脂を成形材料として射出
成形することにより、樹脂ケース/端子リードの間の界
面を水素結合の働きにより密着接合させて周囲からの空
気,湿気の侵入防止を図り、使用環境温度(−40〜1
30℃)の変化に対しても安定した状態で使用できるよ
うにする。
Description
各種分野に適用する半導体圧力センサ,半導体加速度セ
ンサなどを対象とした半導体式センサに関する。
センサとして、表面加圧型半導体圧力センサの構成を図
1に示す。図において、1はシリコンチップの表面に半
導体歪ゲージ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を搭載して陽極接合したガ
ラス台座(スペーサ)、3は樹脂ケース、4は樹脂ケー
ス3と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の回路
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、6は感圧センサチップ1の表面,ボンデイングワイ
ヤ5を汚染物質,湿気から保護するシリコーンゲルなど
の軟質なコーティング樹脂、7は前記樹脂ケース3に結
合した導圧ポート付きキャップである。
であり、被測定圧がキャップ7の導圧ポートを通じて感
圧センサチップ1の表面に加わると、感圧センサチップ
1に形成した肉薄なダイヤフラム部1aが変形して半導
体歪ゲージ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。
導体加速度センサの構成を図2に示す。図において、8
はセンサチップであり、該シリコンチップにはカンチレ
バー部8a,梁部8bが作られ、梁部8bには半導体歪
ゲージ8cが形成されている。このセンサチップ8は、
その上下面にガラスカバー9,ガラス台座10を陽極接
合してセンサユニットを構成しており、かつセンサユニ
ットは樹脂ケース11に収容し、さらに樹脂ケース11
と一体にインサート成形されたリード端子12(リード
フレーム)とチップ表面に形成したボンディングパット
との間をボンデイングワイヤ13により接続している。
なお、センサチップ8,およびボンデイングワイヤ13
はその周域に充填したJCR(Junction Coating Resi
n) などのコーティング樹脂14により封止して保護さ
れている。また、樹脂ケース11の上面には樹脂キャッ
プ15を被着している。
わると、歪ゲージ8cのゲージ抵抗値が変化して加速度
に相当する電気信号を検出することは周知の通りであ
る。ここで、従来における半導体圧力センサ,半導体加
速度センサの製品では、前記した樹脂ケース3,11
は、いずれも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
脂のモールド成形品として作られている。
導体式センサについて、その樹脂ケース3,11をPP
S,PBT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、 (1) 樹脂ケースの成形材料であるPPS,PBT樹脂は
末端に極性基を持たず、化学的に安定した状態にあるこ
とから、樹脂ケースと一体にインサート成形されたリー
ド端子の表面と樹脂の間の界面はミクロ的に見ると、図
3(a) で表すように表面の凹凸面が物理的に重なり合っ
たアンカー効果が働くだけで、水素結合が働かないため
に十分な接合性が得られない。しかも、樹脂ケース3,
11の成形硬化後の樹脂収縮,およびリード端子4,1
2との線膨張係数差に起因してヒートサイクルが加わる
と両者間の接合界面には微小な隙間gが発生する。この
ために、図1に示した半導体圧力センサにおいては、加
圧,減圧を繰り返すサイクル試験などで急激な負圧が加
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を通じて外部から空
気,湿気が吸引されて樹脂ケース内に侵入し、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コー
ティング樹脂層内に生成した気泡が成長し、これが原因
でボンデイングワイヤ5が腐食を受けて断線することが
あるほか、圧力センサに導入した被測定圧力が正しく感
圧センサチップ1に伝達されなくなって圧力センサの測
定特性にも悪影響を及ぼすといった問題がある。また、
半導体加速度センサにおいても、周囲温度の変化などに
伴うヒートサイクルにより樹脂ケース11とリード端子
12との間の界面に残る隙間を通じて外部から湿気など
の水分が侵入し、これが原因でリード端子12,ボンデ
ィングワイヤ13を腐食させたり,断線させるといった
問題が発生する。
形材料に使用されているPPS,PBT等の熱可塑性樹
脂はガラス転移温度が100℃以下であり、車載用など
に適用する場合には周囲温度(−40〜130℃)の変
動に伴う樹脂の熱膨張係数,力学的性質の変化に起因す
る熱的ストレスの影響が懸念される。本発明は上記の点
に鑑みなされたものであり、樹脂ケースと金属製のリー
ド端子との間を確実に密着接合させて樹脂ケース/リー
ド端子間の界面に隙間が発生するのを抑え、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
の気泡発生を防ぎ、厳しい使用環境下でも高い信頼性が
確保できるようにした半導体圧力センサ,半導体加速度
センサなどを対象とする半導体式センサを提供すること
を目的とする。
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に半導体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
グワイヤで接続するとともに、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
の周域を封止した半導体式センサにおいて、前記樹脂ケ
ースを、エポキシ樹脂を成形材料として射出成形法によ
り成形するものとする。
いては、エポキシ樹脂の射出成形品としてなる樹脂ケー
スと該ケースと一体にインサート成形されたリード端子
との間の界面には化学結合の一種である水素結合の働き
によってその接合界面の全域が密着接合された状態とな
る。これにより、圧力センサに負圧が作用した場合で
も、樹脂ケースとリード端子との間の界面を通して周囲
から樹脂ケースの内部に空気,湿気が侵入することがな
く、樹脂ケース内に充填したコーティング樹脂層に気泡
の発生を防止することができ、この気泡発生に起因する
ボンデイングワイヤーの腐食,断線、および被測定圧に
対する感圧ダイヤフラムの動特性低下を確実に防止でき
る。また、半導体加速度センサにおいても、樹脂ケース
(エポキシ樹脂製)とリード端子との間が密着接合され
ているので、ヒートサイクルが加わっても外部から湿気
が侵入することがなく、これによりリード端子,ボンデ
ィングワイヤの腐食を防止して使用環境の変化に対する
信頼性が向上する。
80℃付近でPPS,PBT樹脂に比べて高く、通常の
車載用としての使用する場合の温度(−40〜130
℃)ではガラス転移温度以下で使用できるため、熱スト
レスの変化が少ない安定した状態での使用が可能とな
り、それだけ耐使用環境性が向上する。さらにエポキシ
樹脂は特に金属との接着性に優れており、エポキシ樹脂
を成形材料とした射出成形では、射出成形時の樹脂粘度
が低くて高い流動性が得られることから、ゲート,ラン
ナーを短小化して樹脂ロスを低く抑え、従来のトランス
ファー成形法の樹脂効率40〜60%と比べて90%以
上の樹脂効率も可能で廃棄樹脂の量を低減できる。
る。まず、図1に示した半導体圧力センサにおいて、リ
ード端子4を一体にインサート成形した樹脂ケース3
は、本発明によりエポキシ樹脂を成形材料とした射出成
形法により成形するものとする。このようにエポキシ樹
脂を成形材料とした射出成形工程では、成形樹脂が流動
性の高い液状を保ったままリード端子4がインサートさ
れている金型に導入されるので、エポキシ樹脂の分子が
ミクロ的に凹凸面を呈しているリード端子4の表面を十
分に濡らした状態でエポキシ基が触媒反応で開環して近
接分子のエポキシ基同士が接合するとともに、リード端
子4との間の接触界面には端子表面に生じている水酸基
(OH)とエポキシ基(官能基)との水素結合が働いて
密着結合する(図4(a),(b) に表した模式図参照)。こ
のように、樹脂ケース3の材料であるエポキシ樹脂と、
樹脂ケース3にインサート形成されるリード端子4との
間に分子間の化学結合(水素結合)が働くことにより、
図3(b) で表すように樹脂ケース3とリード端子4との
間の接着界面が強力に密着接合されようになる。
態では、樹脂ケース3とリード端子4との接合界面を通
じて周囲から樹脂ケース3の内部に空気,湿気が侵入す
ることがなくなり、これにより樹脂ケース内に充填した
コーティング樹脂6の層内に気泡の発生を防ぎ、この気
泡発生に起因するボンデイングワイヤーの腐食,断線、
および被測定圧に対する感圧ダイヤフラムの動特性低下
を確実に防止できる。また、エポキシ樹脂のガラス転移
温度は180℃付近でPPS,PBT樹脂に比べて高
く、通常の車載用としての周囲温度での使用(−40〜
130℃)ではガラス転移温度以下で使用できるため、
熱ストレスの変化が少ない安定した状態での使用が可能
となる。なお、この点については、発明者等が行った各
種の信頼性試験(加圧サイクル,ヒートサイクル試験な
ど)の結果から、過酷な使用環境(周囲温度:−40〜
130℃,最大圧力差:5気圧程度)でも樹脂ケースの
安定した気密性が確保されることが確認されている。
おいても、本発明により樹脂ケース11は、エポキシ樹
脂を成形材料として射出成形法によりリード端子12と
一体にインサート成形するものとする。これにより、前
述と同様に樹脂ケース11とリード端子12との間が水
素結合の働きにより密着接合されるので、使用環境の温
度変化などによりヒートサイクルが加わっても外部から
湿気が侵入することがなく、これによりリード端子1
2,ボンディングワイヤ13の腐食を防止して耐使用環
境性が向上する。
ンサによれば、外部導出用リード端子と一体成形して半
導体式センサのパッケージを構成する樹脂ケースを、エ
ポキシ樹脂を成形材料として射出成形法により成形した
ことにより、樹脂ケースのエポキシ樹脂と金属のリード
端子との間の界面には分子間の化学結合(水素結合)に
より密着接合された状態となる。これにより、自動車に
搭載して使用する場合の使用環境(−40℃〜130
℃、圧力差5気圧程度)でも樹脂ケースとリード端子と
の間の接着界面の気密性を安定保持して周囲からの空気
侵入により樹脂ケース内に充填したゲル状コーティング
樹脂層内に気泡が発生するのを抑えることができ、厳し
い環境で使用可能な高信頼性の半導体式センサを提供で
きる。
80℃付近と高く、通常の車載用としての使用する場合
の環境温度(−40〜130℃)ではガラス転移温度以
下で使用できるため、熱的ストレスの変化が少ない安定
した状態での使用が可能であり、さらに射出成形法を採
用することにより、成形時の樹脂粘度が低く、かつ金型
内の流動性が良いので、ゲート,ランナーでの樹脂のロ
ス分を低減して高い樹脂効率(廃棄樹脂の低減)が得ら
れる利点もある。
成断面図
構成断面図
ード端子との接合部分の拡大図であり、(a),(b) はそれ
ぞれ従来,本発明の実施例による接合状態を表す図
面間の化学結合状態を表す図であり、(a),(b) はその水
素結合を表す模式図
Claims (1)
- 【請求項1】外部導出用リード端子をインサート成形し
た樹脂ケースに半導体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
接続するとともに、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封
止した半導体式センサにおいて、前記樹脂ケースを、エ
ポキシ樹脂を成形材料として射出成形法により成形した
ことを特徴とする半導体式センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30088799A JP2001116644A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 半導体式センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30088799A JP2001116644A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 半導体式センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001116644A true JP2001116644A (ja) | 2001-04-27 |
Family
ID=17890326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30088799A Withdrawn JP2001116644A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 半導体式センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001116644A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010002198A (ja) * | 2008-06-18 | 2010-01-07 | Denso Corp | 圧力センサの製造方法 |
CN104568285A (zh) * | 2013-10-18 | 2015-04-29 | 株式会社日立制作所 | 压力传送器 |
JP2015092193A (ja) * | 2015-02-10 | 2015-05-14 | 大日本印刷株式会社 | センサデバイスの製造方法及びセンサデバイス |
-
1999
- 1999-10-22 JP JP30088799A patent/JP2001116644A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010002198A (ja) * | 2008-06-18 | 2010-01-07 | Denso Corp | 圧力センサの製造方法 |
CN104568285A (zh) * | 2013-10-18 | 2015-04-29 | 株式会社日立制作所 | 压力传送器 |
JP2015092193A (ja) * | 2015-02-10 | 2015-05-14 | 大日本印刷株式会社 | センサデバイスの製造方法及びセンサデバイス |
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