JP2006003260A - センサ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 センシング部を有するセンサ素子と信号出力部とを電気的に接続した状態で基板に設け、センシング部を露出させた状態でセンサ素子における信号出力部との電気接続部を絶縁体により封止してなるセンサ装置において、センシング部の周囲における絶縁体の付着を極力防止する。
【解決手段】 基板１０と、基板１０に設けられセンシング部２１を有するセンサ素子２０と、センサ素子２０と電気的に接続された状態で基板１０に設けられセンサ素子２０からの信号を外部に出力する信号出力部３０とを備え、センサ素子２０は、基板１０上に弾性変形可能な接着部材４０を介して搭載され、センサ素子２０は、センシング部２１を露出させた状態で信号出力部３０との電気接続部が絶縁体５０により封止されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、センシング部を有するセンサ素子と信号出力部とを電気的に接続した状態で基板に設け、センシング部を露出させた状態でセンサ素子における信号出力部との電気接続部を絶縁体により封止してなるセンサ装置およびその製造方法に関する。

この種のセンサ装置は、一般に、センシング部を有するセンサ素子と、センサ素子からの信号を外部に出力する信号出力部とを、基板に設けるとともに、これらセンサ素子および信号出力部を電気的に接続し、センシング部を露出させた状態で、センサ素子における信号出力部との電気接続部を絶縁体としてのモールド樹脂により封止した構成を備えている。

たとえば、このようなセンサ装置としては、従来より、半導体基板を用いた熱式空気流量センサが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平７−１７４５９９号公報 特開平１１−６７５２号公報

ところで、上記した従来のセンサ装置は、基板にセンサ素子および信号出力部を設け、センサ素子と信号出力部とを電気的に接続した後、このものを金型に設置し、センサ素子のセンシング部を露出させた状態で、センサ素子と信号出力部との電気接続部をモールド樹脂により封止することで製造される。

しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記した従来のセンサ装置では、センサ素子の組付けばらつきが考慮されておらず、センサ素子の側面に樹脂バリが発生する問題があることがわかった。

この樹脂バリの問題について、図７を参照して、具体的に述べる。図７は、従来の一般的なセンサ装置および製造工程における金型へのワークの設置状態を示す図であり、（ａ）はセンサ装置の概略断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図、（ｃ）は金型２００へのワークの設置状態を示す図である。

図７に示されるように、センサ装置においては、センシング部２１を有するセンサ素子２０と、信号出力部としての回路チップ３１とが基板１０に搭載され、これらセンサ素子２０および回路チップ３１とが電気接続部としてのボンディングワイヤ２２により電気的に接続されている。

そして、センシング部２１を露出させた状態で、センサ素子２０におけるボンディングワイヤ２２との接続部、ボンディングワイヤ２２、および回路チップ３１が、絶縁体としてのモールド樹脂５０によって包み込まれるように封止されている。

ここで、モールド樹脂５０による封止を行う工程では、図７（ｃ）に示されるように、ワークを金型２００に設置する。金型２００は、互いに合致する下型２１０および上型２２０からなるものである。

そして、金型２００には、センサ素子２０のセンシング部２１がはめ込まれる凹部２４０が設けられている。ここでは、上型２２０に凹部２４０が設けられている。

この凹部２４０にセンシング部２１がはめ込まれることにより、樹脂封止の時に、センシング部２１の周囲が凹部２４０の内面に覆われて樹脂が付かないため、センシング部２１をモールド樹脂５０から露出させることができるようになっている。

しかし、従来の製造方法では、金型２００の凹部２４０へのセンサ素子２０の挿入や取り外しのために当該凹部２４０とセンサ素子２０の側面との間に、図７（ｃ）に示されるような隙間Ｇを設けている。

この隙間Ｇは、従来ではセンサ素子２０が基板１０に固定されて動かないため、センサ素子２０と基板１０との組み付け誤差を考慮して、設けられているもので、たとえば０．３ｍｍ程度の大きさである。

このような隙間Ｇの存在により、モールド樹脂５０の封止工程においては、当該隙間Ｇに樹脂が入り込み、その結果、センサ素子２０の側面に樹脂バリが発生することになる。つまり、センサ素子２０のセンシング部２１の周囲に樹脂バリが付着してしまうことになる。

このようなセンシング部２１の周囲への樹脂バリの付着は、センサ特性へ悪影響を及ぼすことが考えられる。

たとえば、熱式空気流量センサでは、樹脂バリの付着によりセンシング部の熱質量が変化し、流量検出の感度がばらついたり、あるいは、たとえば、ダイアフラム式の圧力センサでは、樹脂バリの付着によりダイアフラムの圧力による歪み特性が変化したりすることが考えられる。

そこで、このようなセンサ特性への悪影響を防止すべく、樹脂などからなる絶縁体によってセンシング部２１を露出させつつセンサ素子２０の一部を封止するときには、センサ素子２０の露出部における側面での樹脂バリの発生、すなわち当該側面への絶縁体の付着を極力防止することが必要となる。

本発明は上記問題に鑑み、センシング部を有するセンサ素子と信号出力部とを電気的に接続した状態で基板に設け、センシング部を露出させた状態でセンサ素子における信号出力部との電気接続部を絶縁体により封止してなるセンサ装置において、センシング部の周囲における絶縁体の付着を極力防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１０）と、基板（１０）に設けられ、センシング部（２１）を有するセンサ素子（２０）と、センサ素子（２０）と電気的に接続された状態で基板（１０）に設けられ、センサ素子（２０）からの信号を外部に出力する信号出力部（３０）とを備え、センサ素子（２０）は、基板（１０）上に弾性変形可能な接着部材（４０）を介して搭載されており、センサ素子（２０）は、センシング部（２１）を露出させた状態で信号出力部（３０）との電気接続部が絶縁体（５０）により封止されていることを特徴としている。

それによれば、基板（１０）にセンサ素子（２０）を接着部材（４０）を介して搭載し、センサ素子（２０）と信号出力部（３０）とを電気接続して一体化したワーク（１０１）を、絶縁体封止用の金型（２００）に設置し、絶縁体（５０）による封止を行うことになる。

このとき、基板（１０）とセンサ素子（２０）との接着は、弾性変形可能な接着部材（４０）により行われているため、基板（１０）とセンサ素子（２０）との相対的な位置を接着部材（４０）の弾性変形可能な範囲で、ずらすことができる。

上述したように、樹脂封止の時に、センシング部（２１）の周囲を覆って樹脂が付かないようにするために、金型（２００）においては、センシング部（２１）がはめ込まれる凹部（２４０）が設けられている。そして、従来では、当該凹部とセンサ素子の側面との間に、センサ素子と基板との組み付け誤差を考慮した大きさの隙間Ｇ（図７参照）を設けていた。

それに対して、本発明では、金型（２００）に設置した状態で、基板（１０）とセンサ素子（２０）との相対的な位置を接着部材（４０）の弾性変形可能な範囲で、ずらして修正できることから、この修正可能な分、センサ素子（２０）と基板（１０）との組み付け誤差を吸収することができる。

そのため、本発明では、上記した凹部（２４０）とセンサ素子（２０）の側面との間の隙間Ｇを極力小さくすることができ、その結果、センサ素子（２０）の側面に発生する絶縁体（５０）の付着も、極力少ないものにできる。

このように、本発明によれば、センシング部（２１）を有するセンサ素子（２０）と信号出力部（３０）とを電気的に接続した状態で基板（１０）に設け、センシング部（２１）を露出させた状態でセンサ素子（２０）における信号出力部（３０）との電気接続部を絶縁体（５０）により封止してなるセンサ装置において、センシング部（２１）の周囲における絶縁体（５０）の付着を極力防止することができる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のセンサ装置においては、絶縁体（５０）は、樹脂材料であるものにできる。

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載のセンサ装置においては、センサ素子（２０）と信号出力部（３０）との電気的な接続は、ボンディングワイヤ（２２）により行うことができる。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項１〜請求項３に記載のセンサ装置においては、基板（１０）としてリードフレームを用いることができる。

ここで、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載のセンサ装置においては、リードフレームは、信号出力部（３０）として構成されるとともに、外部とも電気的に接続されるものにできる。

また、請求項６に記載の発明のように、請求項１〜請求項５に記載のセンサ装置においては、センサ素子（２０）の一端部側にセンシング部（２１）が設けられ、センサ素子（２０）の他端部側が信号出力部（３０）との電気接続部となっており、センサ素子（２０）の他端部側が絶縁体（５０）に封止されて支持された片持ち構造となっているものにできる。

また、請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６に記載のセンサ装置において、センサ素子（２０）は、絶縁体（５０）における厚さ方向の中心部に位置していることを特徴としている。

センサ素子（２０）に対しては、絶縁体（５０）からの応力が加わる。たとえば、金型（２００）を用いてセンサ素子（２０）を絶縁体（５０）で封止した後、絶縁体（５０）が固化する過程で応力が発生する。

このとき、本発明のように、センサ素子（２０）を絶縁体（５０）における厚さ方向の中心部に位置させれば、センサ素子（２０）に加わる応力のバランスが均一になり、センサ素子（２０）へのダメージを極力小さいものにできる。

また、請求項８に記載の発明のように、請求項１〜請求項７に記載のセンサ装置においては、信号出力部（３０）は、基板（１０）上に搭載された回路素子（３１）を含むものであり、センサ素子（２０）および回路素子（３１）は、別々の半導体チップにより構成されているものにできる。

また、請求項９に記載の発明では、請求項１〜請求項８に記載のセンサ装置において、センサ素子（２０）側に位置する絶縁体（５０）の端部（５１）は、曲線形状となっていることを特徴としている。

上述したように、センサ素子（２０）に対しては、絶縁体（５０）からの応力が加わるが、このとき、本発明のように、センサ素子（２０）側に位置する絶縁体（５０）の端部（５１）を曲線形状とすれば、センサ素子（２０）に加わる応力が緩和され、センサ素子（２０）へのダメージを極力小さいものにできる。

また、請求項１０に記載の発明では、請求項１〜請求項９に記載のセンサ装置において、センサ素子（２０）側に位置する絶縁体（５０）の端部（５１）において、絶縁体（５０）がセンサ素子（２０）に接する部位からセンサ素子（２０）から離れる方向へ沿った断面形状は、Ｒ形状となっていることを特徴としている。

上述したように、センサ素子（２０）に対しては、絶縁体（５０）からの応力が加わるが、このとき、本発明のように、センサ素子（２０）側に位置する絶縁体（５０）の端部（５１）における上記断面形状をＲ形状とすれば、センサ素子（２０）に加わる応力が緩和され、センサ素子（２０）へのダメージを極力小さいものにできる。

請求項１１に記載の発明では、基板（１０）に、センシング部（２１）を有するセンサ素子（２０）およびセンサ素子（２０）からの信号を外部に出力する信号出力部（３０）を設け、センサ素子（２０）と信号出力部（３０）とを電気的に接続した後、金型（２００）を用いて、センサ素子（２０）のセンシング部（２１）を露出させた状態で、センサ素子（２０）における信号出力部（３０）との電気接続部を絶縁体（５０）により封止するようにしたセンサ装置の製造方法であって、センサ素子（２０）を、基板（１０）上に弾性変形可能な接着部材（４０）を介して搭載し、センサ素子（２０）と信号出力部（３０）との電気的接続を行った後、金型（２００）を用いた絶縁体（５０）による封止を行うことを特徴としている。

それによれば、請求項１に記載のセンサ装置を適切に製造しうるセンサ装置の製造方法を提供することができる。

つまり、本発明によっても、センシング部（２１）を有するセンサ素子（２０）と信号出力部（３０）とを電気的に接続した状態で基板（１０）に設け、センシング部（２１）を露出させた状態でセンサ素子（２０）における信号出力部（３０）との電気接続部を絶縁体（５０）により封止してなるセンサ装置において、センシング部（２１）の周囲における絶縁体（５０）の付着を極力防止することができる。

ここで、請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載のセンサ装置の製造方法において、絶縁体（５０）による封止工程では、センサ素子（２０）の表面のうち金型（２００）が当たる部位と金型（２００）との間に緩衝材（２６０）を介在させることを特徴としている。

それによれば、センサ素子（２０）の表面のうち金型（２００）が当たる部位と金型（２００）との間に緩衝材（２６０）を介在させるため、絶縁体（５０）による封止工程において、金型（２００）からセンサ素子（２０）に加わる応力を緩和することができ、センサ素子（２０）へのダメージを極力小さいものにできる。

また、請求項１３に記載の発明では、請求項１１または請求項１２に記載されているセンサ装置の製造方法において、絶縁体（５０）による封止工程では、金型（２００）として、センサ素子（２０）を所定位置まで案内するガイド部（２５０）が設けられたものを用い、センサ素子（２０）を接着部材（４０）の弾性変形を利用してガイド部（２５０）に沿って前記所定位置まで導いた後、絶縁体（５０）による封止を行うことを特徴としている。

それによれば、センサ素子（２０）を接着部材（４０）の弾性変形を利用してガイド部（２５０）に沿って所定位置まで容易に導くことができる。つまり、金型（２００）へワークを設置するときに、基板（１０）とセンサ素子（２０）との相対的な位置を接着部材（４０）の弾性変形可能な範囲で、ずらして修正するが、この修正を容易に行うことができる。

ここで、請求項１４に記載の発明のように、請求項１３に記載のセンサ装置の製造方法においては、前記所定位置は、金型（２００）に設けられセンサ素子（２０）がはめ込まれる凹部（２４０）であるものにできる。

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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

本実施形態では、本発明のセンサ装置１００を熱式空気流量センサ（以下、単にフローセンサという）に適用したものとして説明する。

図１は、本センサ装置１００を用いた流量測定装置８００を吸気管９００に取り付けた状態を示す断面図である。この吸気管９００は、たとえば自動車の吸気管であり、その内部を空気が流れるものである。

この流量測定装置８００は、樹脂等により成形されたケース部材をその本体とするものであり、図１に示されるように、回路モジュール８１０、流路部材８２０およびフローセンサとしてのセンサ装置１００を備える。

図１に示されるように、流量測定装置８００は、吸気管９００に形成された取付穴９１０に流路部材８２０が挿入されることにより、流路部材８２０が吸気管９００内に位置した形で取り付けられる。なお、上記取付穴９１０は、流量測定装置８００のＯリング等よりなるシール部材８４０によりシールされる。

回路モジュール８１０内には、図示しない信号処理用の回路等が収納されており、また、回路モジュール８１０には、外部と電気的な接続を行うためのコネクタ８１１が備えられている。コネクタ８１１には、ワイヤハーネス等の配線部材が接続され、この接続部材を介してエンジン制御装置などに電気的に接続されるようになっている。

流路部材８２０には、上記吸気管９００からの空気をバイパスさせる逆Ｕ字形状のバイパス流路８２１が形成されており、図１中の矢印Ｙに示されるように、吸気管９００からの空気はバイパス流路８２１へ導入されてバイパス流路８２１内を流れ、再び、吸気管９００へ流れ出すようになっている。

また、流路部材８２０には、センサ装置１００がバイパス流路８２１内へ突き出した形で設置されている。それにより、センサ装置１００においては、後述するセンサ素子２０のセンシング部２１が、バイパス流路８２１内の空気の流れにさらされるようになっている。

センサ装置１００は台座などに接着等により固定され、この台座を介して流路部材８２０に固定されている。また、センサ装置１００は回路モジュール１０内の上記回路と図示しないワイヤ等を介して電気的に接続されている。

かかる流量測定装置８００においては、測定流にさらされたセンサ装置１００が、空気流量に応じた信号を発生し、この信号は回路モジュール８１０へ出力されて上記回路等によって処理され、この処理された信号がコネクタ８１１から上記エンジン制御装置などへ送信されるようになっている。

次に、本実施形態のセンサ装置１００について、図２、図３および図４を参照して説明する。

図２は、本実施形態に係るセンサ装置１００の概略断面構成を示す図であり、図３は、図２の左側面図であり、図４は、図２の上視平面図である。なお、図４では、絶縁体５０の内部構成が示されており、この絶縁体５０の外形は破線にて示してある。

本センサ装置１００は、大きくは、基板１０と、基板１０に設けられセンシング部２１を有するセンサ素子２０と、センサ素子２０と電気的に接続された状態で基板１０に設けられた信号出力部３０と、センサ素子２０を基板１０上に弾性変形可能な状態で接着する接着部材４０と、これら部材１０〜４０をセンサ素子２０のセンシング部２１を露出させた状態で封止する絶縁体５０とを備えて構成されている。

基板１０は、センサ素子２０と信号出力部３０とを設けることが可能なものであればよく、リードフレームのアイランド部やセラミック基板などを用いることができる。本例では、基板１０としては、リードフレームのアイランド部が用いられている。

センサ素子２０としては、たとえば、メンブレン上に形成された発熱抵抗体や感温抵抗体の温度−抵抗特性を利用して空気流量測定を行う薄膜式のフローセンサ素子を採用することができる。

図２〜図４では、センサ素子２０は、薄肉のメンブレンの部分がセンシング部２１となっており、この部分に上記発熱抵抗体（ヒータ）や感温抵抗体が形成されている。そして、このセンシング部２１が、上記図１に示される流量測定装置８００におけるバイパス流路８２１内の空気の流れにさらされ、この空気流量に応じた信号を発生するようになっている。

このようなセンサ素子２０は、シリコン半導体などの半導体基板を用いて公知の半導体製造技術やエッチング技術などを用いて製造された半導体チップとして構成することができる。

このセンサ素子２０は、上述したように、基板１０上に弾性変形可能な接着部材４０を介して搭載されている。この接着部材４０は、もし、センサ素子２０が絶縁体５０で封止され固定されていない状態ならば、基板１０とセンサ素子２０との相対的な位置を接着部材４０の弾性変形可能な範囲で、ずらすことができるものである。

そして、センサ素子２０が絶縁体５０で封止され固定されていない状態で、基板１０とセンサ素子２０との相対的な位置がずれるようになっていても、基板１０とセンサ素子２０とが接着していれば、最終的には絶縁体５０による封止固定がなされるので、何ら問題はない。

このような接着部材４０としては、たとえば、ゴム系の接着材やゲル接着材などの接着後においても弾性変形可能な且つ電気絶縁性を有する接着材を採用することができる。より具体的には、たとえばシリコンゴムまたはフッ素ゴム系接着材、シリコンゲルまたはフッ素ゲル系接着材を採用できる。

また、接着部材４０としては、たとえばフロロシリコーン系の接着材を用いることも可能である。この場合、接着部材４０に上記の弾性を持たせるために、接着部材４０の厚さを最低限１００μｍ程度あるいはそれ以上となるように厚くすることが好ましい。ちなみに、従来では、センサ素子と基板との間の接着部材の厚さは、せいぜい２０〜３０μｍ程度の薄いものである。

また、本実施形態では、信号出力部３０は、回路素子としての回路チップ３１、基板１０としてのリードフレームとは離れて設けられたリードフレームのリード部３２、および、これら回路チップ３１とリード部３２との間を接続するボンディングワイヤ３３とを備えて構成されている。

そして、本実施形態では、センサ素子２０と回路チップ３１との間は、ボンディングワイヤ２２により結線され電気的に接続されている。つまり、本実施形態においては、センサ素子２０と信号出力部３０との電気的な接続は、ボンディングワイヤ２２によって行われている。

ここで、回路チップ３１は、センサ素子２０からの信号を外部に出力するのに適切な形とするために処理する部分である。このような回路チップ３１は、シリコン半導体などの半導体基板を用いて公知の半導体製造技術を用いて製造された半導体チップつまりＩＣチップとして構成することができる。

この回路チップ３１は、電気絶縁性を有する接着材３４を介して基板１０上に接着固定され搭載されている。この接着材３４としては、樹脂やセラミックなどの接着材を採用することができる。

このように、本実施形態では、信号出力部３０は、基板１０上に搭載された回路素子としての回路チップ３１を含むものであり、センサ素子２０および回路チップ３１は、別々の半導体チップにより構成されている。

また、本例では、リード部３２は、基板１０を構成するリードフレームと同一のリードフレームからなるものであり、当該リードフレームのリード部が、本例のリード部３２として構成されている。このリード部３２は、樹脂５０から突出する部位にて外部と電気的に接続可能になっている。

つまり、本例では、基板１０としてリードフレームを用い、しかも、このリードフレームは、信号出力部３０であるリード部３３としても構成され、外部とも電気的に接続されるものとしている。

このようなリードフレームとしては、通常の電子装置の分野で用いられる銅や４２アロイなどからなるリードフレーム材料を採用することができる。また、上記したボンディングワイヤ２２、３３は、Ａｕ（金）やＡｌ（アルミニウム）などからなり、ワイヤボンディングによって形成されるものである。

上述したが、図２〜図４に示されるように、絶縁体５０は、上記した基板１０、センサ素子２０、信号出力部３０および接着部材４０をセンサ素子２０のセンシング部２１を露出させた状態で封止している。

さらに言うならば、図２〜図４から明らかなように、センサ素子２０は、センシング部２１を露出させた状態で信号出力部３０との電気接続部が絶縁体５０により封止されている。

ここで、センサ素子２０における信号出力部３０との電気接続部とは、センサ素子２０におけるボンディングワイヤ２２との接続部および当該ボンディングワイヤ２２のことである。

このような絶縁体５０は、金型を用いて成形される樹脂材料であればよく、たとえば通常の電子装置の分野で封止材料として用いられるエポキシ系樹脂などのモールド樹脂を採用することができる。

そして、本実施形態では、センサ素子２０におけるセンシング部２１が、基板１０の一部およびリード部３３の一部とともに、樹脂５０から突出して露出している。

ここで、本実施形態では、図２、図４に示されるように、センサ素子２０の一端部側にセンシング部２１が設けられ、センサ素子２０の他端部側が信号出力部３０との電気接続部となっており、センサ素子２０の他端部側が絶縁体５０に封止されて支持された片持ち構造となっている。

また、図２には、絶縁体５０における厚さ方向の寸法Ｌ１およびＬ２が示されている。寸法Ｌ１は、絶縁体５０の上面とセンサ素子２０との間の距離であり、寸法Ｌ２は、絶縁体５０の下面とセンサ素子２０との間の距離である。

図２では、接着部材４０の厚さが実際よりも大きくデフォルメしてあるため、これら両寸法Ｌ１とＬ２とは大きく異なるように見えるが、実際には、これら両寸法Ｌ１とＬ２とは同程度であることが好ましい。つまり、センサ素子２０は、絶縁体５０における厚さ方向の中心部に位置していることが好ましい。

また、本実施形態のセンサ装置１００では、図４に示されるように、センサ素子２０側に位置する絶縁体５０の端部５１は、曲線形状となっている。もちろん、当該端部は直線状でもよいが、応力緩和の点から、曲線形状であることが好ましい。図４では、円弧形状となっている。

また、本実施形態においては、図２において矢印Ｒにて示されるように、センサ素子２０側に位置する絶縁体５０の端部５１において、絶縁体２０がセンサ素子２０に接する部位からセンサ素子２０から離れる方向へ沿った断面形状は、Ｒ形状となっていることが好ましい。

次に、上記センサ装置１００の製造方法について述べる。図５は本製造方法を説明するための概略断面図であり、図６は図５の左側面図である。

まず、基板１０に、センサ素子２０および信号出力部３０を設け、センサ素子２０と信号出力部３０とを電気的に接続する。

具体的には、センサ素子２０を接着部材４０を介して基板１０上に接着する。また、回路チップ３１を接着材３４を介して基板１０上に接着固定する。そして、センサ素子２０と回路チップ３１との間、および、回路チップ３１と基板１０の周囲に設けられたリード部３２との間にてワイヤボンディングを行い、各ボンディングワイヤ２２、３３による電気的な接続を行う。

ここまでの工程により形成されたワーク１０１を、金型２００に投入し、金型２００を用いて、センサ素子２０のセンシング部２１を露出させた状態で、センサ素子２０における信号出力部３０との電気接続部を絶縁体５０により封止する。

ここで、本実施形態において、絶縁体５０としては、通常モールド樹脂が用いられる。この絶縁体５０による封止工程では、図５、図６に示されるように、ワーク１０１を金型２００に設置する。

金型２００は、互いに合致する下型２１０および上型２２０からなるものである。たとえば、下型２１０にワーク１０１を置き、その上から上型２２０を被せるように下型２１０に合致させる。

これら上下の型２１０、２２０が合致することにより金型２００が構成され、金型２００の内部には、モールド樹脂すなわち絶縁体５０の形状に対応した形状を有するキャビティ２３０が形成されている。

そして、図６に示されるように、金型２００には、センサ素子２０のセンシング部２１がはめ込まれる凹部２４０が設けられている。ここでは、上型２２０に凹部２４０が設けられている。

この凹部２４０にセンシング部２１がはめ込まれることにより、樹脂封止の時に、センシング部２１の周囲が凹部２４０の内面に覆われて樹脂が付かないため、センシング部２１を絶縁体５０から露出させることができるようになっている。

この凹部２４０へのセンシング部２１のはめ込みは、ワーク１０１に対して上型２２０を被せていくことで行う。このとき、治具または人手などにより、センサ素子２０を接着部材４０の弾性変形可能な範囲でずらしながら、センサ素子２０を凹部２４０にはめ込むようにする。

特に、本実施形態では、図６に示されるように、金型２００の上型２２０には、センサ素子２０を凹部２４０まで案内するガイド部２５０が設けられている。

このガイド部２５０は、上型２２０の下端面から凹部２４０までにつながる開口部であり、上型２２０の下端面から凹部２４０へ向かって狭まるテーパ状の開口部である。この場合、センサ素子２０を接着部材４０の弾性変形を利用してガイド部２５０に沿って凹部２４０まで導くことができる。

こうして、センサ素子２０を凹部２４０にはめ込んで、ワーク１０１を金型２００に設置した後、モールド樹脂をキャビティ２３０内に注入して充填し、これを冷却固化させる。それにより、上記図２〜図４に示されるような本実施形態のセンサ装置１００ができあがる。

また、本実施形態の製造方法においては、図５、図６に示されるように、絶縁体５０による封止工程では、センサ素子２０の表面のうち金型２００の上型２２０が当たる部位と金型２００の上型２２０との間に緩衝材２６０を介在させることが好ましい。

この緩衝材２６０としては、塗布して硬化されたＰＩＱ（ポリイミド）や光硬化性樹脂、レジスト材料、あるいは、接着などにより設けられた弾性体（たとえばゴムなど）からなるプレートなどを採用することができる。緩衝材２６０はセンサ素子２０側に設けてもよいし、上型２２０側に設けてもよい。

緩衝材２６０をセンサ素子２０に設ける場合、センシング部２１および上記電気接続部には、緩衝材２６０を設けないようにすることは言うまでもない。

ところで、本実施形態によれば、基板１０と、基板１０に設けられセンシング部２１を有するセンサ素子２０と、センサ素子２０と電気的に接続された状態で基板１０に設けられセンサ素子２０からの信号を外部に出力する信号出力部３０とを備え、センサ素子２０は、基板１０上に弾性変形可能な接着部材４０を介して搭載されており、センサ素子２０は、センシング部２１を露出させた状態で信号出力部３０との電気接続部が絶縁体５０により封止されていることを特徴とするセンサ装置１００が提供される。

それによれば、上記製造方法にも示したように、基板１０にセンサ素子２０を接着部材４０を介して搭載し、センサ素子２０と信号出力部３０とを電気接続して一体化したワーク１０１を、絶縁体封止用の金型２００に設置し、絶縁体５０による封止を行うことになる。

このとき、基板１０とセンサ素子２０との接着は、弾性変形可能な接着部材４０により行われているため、基板１０とセンサ素子２０との相対的な位置を接着部材４０の弾性変形可能な範囲で、ずらすことができる。

上述したように、モールド樹脂すなわち絶縁体５０による封止の時に、センシング部２１の周囲を覆って樹脂が付かないようにするために、金型２００においては、センシング部２１がはめ込まれる凹部２４０が設けられている。そして、従来では、当該凹部とセンサ素子の側面との間に、センサ素子と基板との組み付け誤差を考慮した大きさの隙間Ｇ（図７参照）を設けていた。

それに対して、本実施形態では、金型２００に設置した状態で、基板１０とセンサ素子２０との相対的な位置を接着部材４０の弾性変形可能な範囲で、ずらして修正できることから、この修正可能な分、センサ素子２０と基板１０との組み付け誤差を吸収することができる。

そのため、本実施形態では、上記した凹部２４０とセンサ素子２０の側面との間の隙間Ｇを極力小さくすることができる。たとえば、従来では上述したように、この隙間Ｇは、センサ素子２０と基板１０との組み付け誤差を考慮して０．３ｍｍ程度の大きさであったが、本実施形態では、隙間Ｇの大きさは、センサ素子２０の加工誤差を考慮すればよく、おおよそ２０μｍ〜３０μｍ程度と、従来の約１／１０程度まで小さくできる。

その結果、本実施形態では、センサ素子２０の側面と金型２００との隙間Ｇに樹脂が入り込みにくくなり、センサ素子２０の側面に発生する樹脂バリなどの絶縁体５０の付着も、極力少ないものにできる。

このように、本実施形態によれば、センシング部２１を有するセンサ素子２０と信号出力部３０とを電気的に接続した状態で基板１０に設け、センシング部２１を露出させた状態でセンサ素子２０における信号出力部３０との電気接続部を絶縁体５０により封止してなるセンサ装置１００において、センシング部２１の周囲における絶縁体５０の付着を極力防止することができる。

また、本実施形態では、絶縁体５０としては、樹脂材料、特にモールド樹脂材料を用いることができるが、金型による成形が可能なものであれば、通常のモールド樹脂以外の樹脂材料であってもよい。

また、本実施形態では、センサ素子２０と信号出力部３０との電気的な接続は、ボンディングワイヤ２２により行われているが、それ以外の配線部材、導体部材などを用いて行うことも適宜可能である。

また、本実施形態のセンサ装置１００によれば、上述したように、センサ素子２０が、絶縁体５０における厚さ方向の中心部に位置していることを特徴としている（上記図２参照）。

センサ素子２０に対しては、絶縁体５０からの応力が加わる。たとえば、金型２００を用いてセンサ素子２０を絶縁体５０で封止した後、絶縁体５０が固化する過程、具体的にはモールド樹脂が冷却して固化する過程において応力が発生する。

このとき、本実施形態のように、センサ素子２０を絶縁体５０における厚さ方向の中心部に位置させれば、センサ素子２０に加わる応力のバランスが均一になり、センサ素子２０へのダメージを極力小さいものにできる。

また、本実施形態のセンサ装置１００では、センサ素子２０側に位置する絶縁体５０の端部５１は、曲線形状となっていることを特徴としている（上記図４参照）。

上述したように、センサ素子２０に対しては、絶縁体５０からの応力が加わるが、このとき、本実施形態のように、センサ素子２０側に位置する絶縁体５０の端部５１を曲線形状とすれば、センサ素子２０に加わる応力が緩和され、センサ素子２０へのダメージを極力小さいものにできる。

また、本実施形態のセンサ装置１００によれば、センサ素子２０側に位置する絶縁体５０の端部５１において、絶縁体５０がセンサ素子２０に接する部位からセンサ素子２０から離れる方向へ沿った断面形状は、Ｒ形状となっていることを特徴としている（上記図２参照）。

上述したように、センサ素子２０に対しては、絶縁体５０からの応力が加わるが、このとき、本実施形態のように、センサ素子２０側に位置する絶縁体５０の端部５１における上記断面形状をＲ形状とすれば、センサ素子２０に加わる応力が緩和され、センサ素子２０へのダメージを極力小さいものにできる。

また、本実施形態によれば、基板１０に、センシング部２１を有するセンサ素子２０および信号出力部３０を設け、センサ素子２０と信号出力部３０とを電気的に接続した後、金型２００を用いて、センサ素子２０のセンシング部２１を露出させた状態で、センサ素子２０における信号出力部３０との電気接続部を絶縁体５０により封止するようにしたセンサ装置１００の製造方法であって、センサ素子２０を、基板１０上に弾性変形可能な接着部材４０を介して搭載し、センサ素子２０と信号出力部３０との電気的接続を行った後、金型２００を用いた絶縁体５０による封止を行うことを特徴とするセンサ装置の製造方法が提供される。

それによれば、本実施形態のセンサ装置１００を適切に製造しうるセンサ装置の製造方法を提供することができる。つまり、本製造方法によれば、センシング部２１の周囲における絶縁体５０の付着を極力防止することの可能なセンサ装置１００を提供することができる。

ここで、上述したが、この本実施形態の製造方法においては、絶縁体５０による封止工程では、センサ素子２０の表面のうち金型２００が当たる部位と金型２００との間に緩衝材２６０を介在させることが好ましいとしている。

それによれば、センサ素子２０の表面のうち金型２００が当たる部位と金型２００との間に緩衝材２６０を介在させるため、絶縁体５０による封止工程において、金型２００からセンサ素子２０に加わる応力を緩和することができ、センサ素子２０へのダメージを極力小さいものにできる。

また、本実施形態の製造方法では、絶縁体５０による封止工程では、金型２００として、センサ素子２０を所定位置すなわち凹部２４０まで案内するガイド部２５０が設けられたものを用い、センサ素子２０を接着部材４０の弾性変形を利用してガイド部２５０に沿って凹部２４０まで導いた後、絶縁体５０による封止を行うことも、特徴点のひとつとしている。

それによれば、センサ素子２０を接着部材４０の弾性変形を利用してガイド部２５０に沿って凹部２４０まで容易に導くことができる。つまり、金型２００へワーク１０１を設置するときに、基板１０とセンサ素子２０との相対的な位置を接着部材４０の弾性変形可能な範囲で、ずらして修正するが、この修正を容易に行うことができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、センサ素子２０および回路チップ３１は、別々の半導体チップにより構成されていたが、回路チップ３１に設けられている信号処理回路が、センサ素子２０を構成する半導体チップに集積化されていてもよい。

このように集積化センサ素子を構成した場合、回路チップは不要になる。ただし、センサ素子２０を構成する半導体チップに設けられている信号処理回路部は、信号出力部３１として構成されるものである。

また、上記実施形態では、１個のセンサ装置１００において、センサ素子２０は、１個であったが、複数個であってもよい。たとえば、複数個設ける場合、図２における紙面垂直方向に沿ってセンサ素子２０を複数個並列に配置すればよい。

この場合、図示しないが、センサ素子２０は基板１０に複数個設けられており、それぞれのセンサ素子２０は、基板１０上に弾性変形可能な接着部材４０を介して搭載されており、それぞれのセンサ素子２０は、センシング部２１を露出させた状態で信号出力部３０との電気接続部が絶縁体５０により封止されているものとなる。

また、本発明のセンサ装置は、上記したフローセンサに限定されるものではないことはもちろんである。それ以外には、たとえば、湿度センサ、ガスセンサ、光センサ、タイヤ圧センサ、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）センサ等の半導体センサへ適用することができる。

要するに、本発明は、センシング部を有するセンサ素子と信号出力部とを電気的に接続した状態で基板に設け、センシング部を露出させた状態でセンサ素子における信号出力部との電気接続部を絶縁体により封止してなるセンサ装置において、センサ素子を、基板上に弾性変形可能な接着部材を介して搭載したことを要部とするものであり、その他の部分については適宜設計変更が可能である。

本発明の実施形態に係るセンサ装置を用いた流量測定装置を吸気管に取り付けた状態を示す断面図である。 上記実施形態に係るセンサ装置の概略断面図である。 図２の左側面図である。 図２の上視平面図である。 本実施形態に係るセンサ装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 図５の左側面図である。 従来の一般的なセンサ装置および製造工程における金型へのワークの設置状態を示す図であり、（ａ）はセンサ装置の概略断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図、（ｃ）は金型へのワークの設置状態を示す図である。

符号の説明

１０…基板、２０…センサ素子、２１…センシング部、
２２…ボンディングワイヤ、３０…信号出力部、
３１…回路素子としての回路チップ、４０…接着部材、５０…絶縁体、
５１…センサ素子側に位置する絶縁体の端部、２００…金型、２４０…凹部、
２５０…ガイド部。

Claims (14)

1. 基板（１０）と、
   前記基板（１０）に設けられ、センシング部（２１）を有するセンサ素子（２０）と、
   前記センサ素子（２０）と電気的に接続された状態で前記基板（１０）に設けられ、前記センサ素子（２０）からの信号を外部に出力する信号出力部（３０）とを備え、
   前記センサ素子（２０）は、前記基板（１０）上に弾性変形可能な接着部材（４０）を介して搭載されており、
   前記センサ素子（２０）は、前記センシング部（２１）を露出させた状態で前記信号出力部（３０）との電気接続部が絶縁体（５０）により封止されていることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記絶縁体（５０）は、樹脂材料であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記センサ素子（２０）と前記信号出力部（３０）との電気的な接続は、ボンディングワイヤ（２２）により行われていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. 前記基板（１０）としてリードフレームを用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のセンサ装置。
5. 前記リードフレームは、前記信号出力部（３０）として構成されるとともに、外部とも電気的に接続されるものであることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
6. 前記センサ素子（２０）の一端部側に前記センシング部（２１）が設けられ、前記センサ素子（２０）の他端部側が前記信号出力部（３０）との電気接続部となっており、
   前記センサ素子（２０）の他端部側が前記絶縁体（５０）に封止されて支持された片持ち構造となっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のセンサ装置。
7. 前記センサ素子（２０）は、前記絶縁体（５０）における厚さ方向の中心部に位置していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のセンサ装置。
8. 前記信号出力部（３０）は、前記基板（１０）上に搭載された回路素子（３１）を含むものであり、
   前記センサ素子（２０）および前記回路素子（３１）は、別々の半導体チップにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のセンサ装置。
9. 前記センサ素子（２０）側に位置する前記絶縁体（５０）の端部（５１）は、曲線形状となっていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のセンサ装置。
10. 前記センサ素子（２０）側に位置する前記絶縁体（５０）の端部（５１）において、前記絶縁体（５０）が前記センサ素子（２０）に接する部位から前記センサ素子（２０）から離れる方向へ沿った断面形状は、Ｒ形状となっていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のセンサ装置。
11. 基板（１０）に、センシング部（２１）を有するセンサ素子（２０）および前記センサ素子（２０）からの信号を外部に出力する信号出力部（３０）を設け、前記センサ素子（２０）と前記信号出力部（３０）とを電気的に接続した後、
    金型（２００）を用いて、前記センサ素子（２０）の前記センシング部（２１）を露出させた状態で、前記センサ素子（２０）における前記信号出力部（３０）との電気接続部を絶縁体（５０）により封止するようにしたセンサ装置の製造方法であって、
    前記センサ素子（２０）を、前記基板（１０）上に弾性変形可能な接着部材（４０）を介して搭載し、前記センサ素子（２０）と前記信号出力部（３０）との電気的接続を行った後、
    前記金型（２００）を用いた前記絶縁体（５０）による封止を行うことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
12. 前記絶縁体（５０）による封止工程では、前記センサ素子（２０）の表面のうち前記金型（２００）が当たる部位と前記金型（２００）との間に緩衝材（２６０）を介在させることを特徴とする請求項１１に記載のセンサ装置の製造方法。
13. 前記絶縁体（５０）による封止工程では、前記金型（２００）として、前記センサ素子（２０）を所定位置まで案内するガイド部（２５０）が設けられたものを用い、
    前記センサ素子（２０）を前記接着部材（４０）の弾性変形を利用してガイド部（２５０）に沿って前記所定位置まで導いた後、前記絶縁体（５０）による封止を行うことを特徴とする請求項１１または１２に記載のセンサ装置の製造方法。
14. 前記所定位置は、前記金型（２００）に設けられ前記センサ素子（２０）がはめ込まれる凹部（２４０）であることを特徴とする請求項１３に記載のセンサ装置の製造方法。
    

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