JP2004251741A

JP2004251741A - 半導体圧力センサ装置

Info

Publication number: JP2004251741A
Application number: JP2003042062A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 浩田中; Yasuo Ishihara; 康生石原; Taku Katsumata; 卓勝間田; Hironobu Baba; 広伸馬場
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】より厳しい環境下にあっても、動作特性を確保することのできる半導体圧力センサ装置を提供する。
【解決手段】導電材料よりなる導体部としてのリード部材２と、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体よりなるセンサチップ３と、センサチップ３上のとリード部材２とを電気的に接続するボンディングワイヤ５と、電気的な絶縁性且つ柔軟性を有し、センサチップ３及びボンディングワイヤ５を被覆して保護する保護部材６とを備える半導体圧力センサ装置１００において、保護部材６におけるセンサチップ３を被覆する部位の厚さｔが、１ｍｍ以上である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生するセンサチップを樹脂パッケージにマウントし、該センサチップ及び電気的接続部を保護部材にて被覆保護してなる半導体圧力センサ装置に関し、例えば自動車におけるエンジン吸気圧測定用センサとして用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体圧力センサ装置は、一般に、導電材料よりなる導体部と、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体よりなるセンサチップと、センサチップと導体部とを電気的に接続するボンディングワイヤとを備える。
【０００３】
さらに、センサチップ、ボンディングワイヤおよびこれらの接続部を、外部から電気的、機械的または化学的に保護するために、電気的な絶縁性且つ柔軟性を有する保護部材によって、センサチップ及びボンディングワイヤを被覆保護するようにしている。
【０００４】
ここで、保護部材としては、従来より、電気絶縁性、耐熱衝撃性、耐振動性、耐熱・耐寒性に優れたゲル材料が用いられており、そのようなゲル材料としてはシリコーンゲル、フロロシリコーンゲル、フッ素ゲル等の材料が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−９９７３７号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−１５３７４６号公報（第４−６頁）
【０００７】
【特許文献３】
特開２００２−１０７２４９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した半導体圧力センサ装置においては、ゲル等からなる保護部材を用いることによって、初期的には、センサチップの保護がなされている。
【０００９】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、より厳しい環境、例えばｐＨが１〜２の酸性水溶液蒸気の雰囲気中にさらされたり、当該酸性水溶液に浸漬された場合には、センサチップ上の金属薄膜（一般にはアルミ）が腐食してしまい、数１００時間以上になるとセンサが動作しなくなることがわかった。
【００１０】
このような環境は、半導体圧力センサ装置を、自動車の排気圧を測定する排気圧センサ等に適用した場合に、強い酸性水溶液である排気凝縮水によって実際に起こりうる環境である。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑み、より厳しい環境下にあっても、動作特性を確保することのできる半導体圧力センサ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、従来では、強い酸性雰囲気中では保護部材であるゲル中を水分が拡散して、センサチップ上の金属薄膜を腐食させることが原因で、動作特性の劣化を引き起こすことがわかった。
【００１３】
このセンサチップ上の金属薄膜は、ボンディングワイヤと結線される部分等に用いられるもので、この金属薄膜が腐食すると、センサ装置の電気特性等に悪影響が生じ、動作しなくなる可能性が大きい。
【００１４】
本発明は、センサチップ上の金属薄膜腐食の原因が、ゲル中を水分が拡散して金属薄膜表面に到達することによるものであることに着目し、ゲル中の水分を薄膜表面まで拡散し、到達させないように、ゲルの厚みを制御し腐食を防ごうとするものである。
【００１５】
すなわち、請求項１に記載の発明では、導電材料よりなる導体部（２）と、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体よりなるセンサチップ（３）と、センサチップと導体部とを電気的に接続するボンディングワイヤ（５）と、電気的な絶縁性且つ柔軟性を有し、センサチップ及びボンディングワイヤを被覆して保護する保護部材（６）とを備える半導体圧力センサ装置において、保護部材におけるセンサチップを被覆する部位の厚さ（ｔ）が、１ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、実験的に見出されたものであり、保護部材におけるセンサチップを被覆する部位の厚さ（ｔ）を１ｍｍ以上にすることにより、保護部材の外面からセンサチップまでの厚さを十分確保でき、厳しい環境下にあっても水分等が保護部材を透過してセンサチップにまで到達するのを極力防止できる。
【００１７】
そのため、センサチップ上に設けられている金属薄膜が腐食することは実質的に無くなる。このように、本発明によれば、より厳しい環境下にあっても、動作特性を確保することのできる半導体圧力センサ装置を提供することができる。
【００１８】
ここで、請求項２に記載の発明のように、保護部材（６）におけるセンサチップ（３）を被覆する部位の厚さ（ｔ）は、５ｍｍ以下であることが好ましい。これは、当該厚さが５ｍｍよりも大きいと、保護部材が厚すぎて圧力センサとしての感度が低下するためである。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明のように、保護部材（６）としては、圧力センサに用いられるゲルの中でも、最も透湿性の低い（つまり、水分を最も通しにくい）フッ素ゲルを採用することが好ましい。
【００２０】
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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る半導体圧力センサ装置１００の要部概略断面図である。このセンサ１００は、例えば、排気凝縮水、軽油等の薬品が含まれる厳しい酸性環境下にて使用される自動車のエンジン排気圧測定用圧力センサ装置に適用できる。
【００２２】
ケース１は、例えばフィラーが充填されたエポキシ樹脂や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）の樹脂等よりなる。このケース１には、銅などの導電材料よりなるリード部材（本発明でいう導体部に相当）２がインサート成形により一体的に設けられている。
【００２３】
また、ケース１の内部には、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体よりなるセンサチップ３が、設けられている。本例のセンサチップ３は、ピエゾ抵抗効果を利用した周知構成のもので、拡散抵抗などを備えることによって、センサチップ３の厚さ方向に加わる応力に基づいて信号が出力されるようになっている。
【００２４】
このセンサチップ３は、ケース１の底面にガラス台座４を介して例えばフロロシリコーン系の接着剤等によりダイボンディングされている。また、センサチップ３の上面には、金属薄膜３ａが形成されている。この金属薄膜３ａは、スパッタや蒸着等にて成膜されたＡｌ（アルミ）膜が典型的なものであり、本例もＡｌ膜としている。
【００２５】
そして、このセンサチップ３の金属薄膜３ａと、リード部材２とは、金やアルミ等のボンディングワイヤ５によって結線され、電気的に接続されている。
【００２６】
また、ケース１内には、センサチップ３及びボンディングワイヤ５の保護、電気的な絶縁性の確保、並びに防食などを図るための絶縁材料製の保護部材６が、センサチップ３及びボンディングワイヤ５を埋めるように充填されている。
【００２７】
この保護部材６により、センサチップ３、ボンディングワイヤ５、センサチップ３とボンディングワイヤ５との接続部、及び、リード部材２とボンディングワイヤ５との接続部が、被覆保護されている。
【００２８】
このような保護部材６としては、電気絶縁性、柔軟性、耐熱衝撃性、耐振動性、耐熱・耐寒性に優れたフッ素ゲル、シリコーンゲル、フロロシリコーンゲル等のゲル材料が用いられる。本例では、圧力センサに用いられるゲルの中でも、最も透湿性の低いフッ素ゲルを採用している。
【００２９】
このフッ素ゲルからなる保護部材６は、センサチップ３およびワイヤボンディングがなされたケース１の内部へ、流動状態で充填された後、熱硬化処理（例えば、約１５０℃で９０分程度加熱する処理）を行うことで、ケース１内へ配設される。
【００３０】
そして、このような半導体圧力センサ装置１００においては、図１中の白抜き矢印Ｐに示すように、保護部材６の表面から圧力が印加され、この圧力は保護部材６を介してセンサチップ３に印加される。
【００３１】
そして、センサチップ３からは印加圧力に応じたレベルの電気信号が発生し、この信号は、金属薄膜３ａからボンディングワイヤ５、リード部材２を介して外部へ取り出される。こうして、圧力検出が可能となっている。
【００３２】
ここで、本実施形態では、半導体圧力センサ装置１００において、厳しい環境下にあっても水分等が保護部材６を透過してセンサチップ３にまで到達するのを極力防止する目的で、保護部材６におけるセンサチップ３を被覆する部位の厚さｔを、１ｍｍ以上の大きさとしている。この厚さｔは、厳密には図１に示すように、金属薄膜３ａ上の保護部材６の厚さである。
【００３３】
このように、保護部材６における上記厚さｔを１ｍｍ以上としたことは、次に述べるような、本発明者らが行った実験検討の結果を根拠とするものである。
【００３４】
上記した本例の半導体圧力センサ装置１００において、保護部材６の厚さｔすなわちフッ素ゲルの厚さｔを変えたものを作製し、これら作製されたサンプルを、ｐＨ１．５の酸性水溶液に浸漬し、そのときの浸漬時間と金属薄膜（Ａｌ膜）３ａの腐食率との関係を調べた。その結果を図２に示す。なお、図２中、上記厚さｔは「ゲル厚」として示してある。
【００３５】
ここで、ｐＨ１．５の酸性水溶液は、実際の一般的なエンジンの排気凝縮水を用いた。また、金属薄膜３ａの腐食率は、当該薄膜３ａの全面積のうちの腐食している領域の面積の割合を面積率として百分率で示したものである。なお、腐食はゲル中の水分の拡散により支配されているため、浸漬する溶液のｐＨの変動による影響は小さい。
【００３６】
図２からわかるように、保護部材６すなわちフッ素ゲルの厚みｔが１０００μｍ、２０００μｍの場合は、１２００時間後も腐食率が０％であり、当該厚みｔを１０００μｍ以上（つまり１ｍｍ以上）にすれば、Ａｌからなる金属薄膜３ａの腐食を無くすことができる。このような実験結果から、本実施形態では、保護部材６におけるセンサチップ３を被覆する部位の厚さｔを１ｍｍ以上にしている。
【００３７】
そして、このようにすることにより、保護部材６の外面からセンサチップ３までの厚さを十分確保でき、厳しい環境下にあっても水分等が保護部材６を透過してセンサチップ３にまで到達するのを極力防止できる。
【００３８】
そのため、センサチップ３上に設けられている金属薄膜３ａが腐食することは実質的に無くなり、センサチップ３とボンディングワイヤ５との電気的な接続は高い信頼性をもって確保される。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、ｐＨ１〜２程度の厳しい環境下にあっても、動作特性を確保することのできる半導体圧力センサ装置１００を提供することができる。
【００４０】
ここで、保護部材６におけるセンサチップ３を被覆する部位の厚さｔは、５ｍｍ以下であることが好ましい。これは、当該厚さｔが５ｍｍよりも大きいと、保護部材６が厚すぎて圧力センサとしての感度が低下するためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体圧力センサ装置の要部概略断面図である。
【図２】保護部材の厚さｔを変えた半導体圧力センサ装置について、ｐＨ１．５の酸性水溶液への浸漬時間と金属薄膜の腐食率との関係を調べた結果を示す図である。
【符号の説明】
２…導体部してのリード部材、３…センサチップ、
５…ボンディングワイヤ、６…保護部材、
ｔ…保護部材におけるセンサチップを被覆する部位の厚さ。

Claims

導電材料よりなる導体部（２）と、
圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体よりなるセンサチップ（３）と、
前記センサチップと前記導体部とを電気的に接続するボンディングワイヤ（５）と、
電気的な絶縁性且つ柔軟性を有し、前記センサチップ及び前記ボンディングワイヤを被覆して保護する保護部材（６）とを備える半導体圧力センサ装置において、
前記保護部材における前記センサチップを被覆する部位の厚さ（ｔ）が、１ｍｍ以上であることを特徴とする半導体圧力センサ装置。
前記保護部材（６）における前記センサチップ（３）を被覆する部位の厚さ（ｔ）は、５ｍｍ以下であ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装置。
前記保護部材（６）は、フッ素ゲルであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体圧力センサ装置。