JP2007033047A - 半導体圧力センサ - Google Patents

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Abstract

【課題】製造ラインの搬送設備の簡素化を図ることができるとともに、製造作業能率が大幅に向上し、製造コストが低減される半導体圧力センサを得る。
【解決手段】この発明に係る半導体圧力センサは、圧力を検出する半導体センサチップ１と、この半導体センサチップ１からの電気信号を補正及び増幅処理する処理回路ＩＣ２と、半導体センサチップ１及び処理回路ＩＣ２にボンディングワイヤ３を介して電気的に接続された端子５ｂを有するサブパッケージ５と、このサブパッケージ５の外側にインサートモールド成形により一体化されて設けられたハウジング４とを備えた半導体圧力センサにおいて、サブパッケージ５には、半導体センサチップ１及び処理回路ＩＣ２を搭載する搭載面５ｄが形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば自動車用エンジンの吸気圧を測定するために用いられる半導体圧力センサに関するものである。
従来の半導体圧力センサとして、インサートモールド成形により導体が一体化された樹脂製のハウジングと、このハウジングに搭載された、半導体センサチップ及びこの半導体センサチップの特性を増幅、調整する処理回路ＩＣと、半導体センサチップ、処理回路ＩＣと端子等の導体とを電気的に接続したボンディングワイヤと、被測定媒体による腐食を防止し、かつ絶縁性を確保するために、半導体センサチップ、処理回路ＩＣ、導体及びボンディングワイヤを被覆した保護樹脂層とを備えた半導体センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、上記構成の半導体圧力センサの場合、ハウジングに複数の導体がインサートモールド成形により一体化されており、一つのハウジングをインサートモールド成形により製造する際に、複数の導体があることは、それだけ金型の形状が複雑になり、また成形にも時間を要してしまい、製造コストの増大につながる。
そのため、実際には、複数の導体がそれぞれ連結されたリードフレームとインサートモールド成形により一体化されたサブパッケージ本体を形成し、その後リードフレームの連結部を切断して導体同士が独立したサブパッケージを製造し、このサブパッケージをインサート部品としてさらにインサートモールド成形によりサブパッケージの外側にハウジングを形成して製造コストの低減を図ることが多い。
特開２０００−１６２０７５号公報（図１）。
しかしながら、上記構成の半導体圧力センサでは、サブパッケージには半導体センサチップ、処理回路ＩＣの搭載面が設けられてなく、インサートモールド成形によりサブパッケージの外側にハウジングを形成した後、半導体センサチップ及び処理回路ＩＣをハウジングの搭載面に搭載しなければならない。
即ち、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程、保護樹脂層の形成工程及びセンサ特性調整工程等の、半導体圧力センサの製造工程に必要な各工程を、サブパッケージをハウジングと一体化した後に実施しなければならない。
このため、製造工程において、ハウジングは、搬送トレイに搭載された状態で製造ライン上を搬送されるが、異なる形状のハウジングを同一の製造ラインで製造する場合には、個別の形状に適合した搬送トレイを用意する必要があり、搬送設備の段取り替えも発生するといった問題点があった。
また、ハウジングは比較的大型の部品であるため、ダイボンディング工程や保護樹脂層形成工程において、ダイボンド材や保護樹脂材を加熱硬化する際の、加熱槽一台当たりの処理数が少なくなってしまうという問題点もあった。
また、部品が大型であると、熱容量も大きいため、ワイヤボンディング工程における余熱処理や、特性調整工程、特に温度特性調整工程において、変温時間に長時間を要してしまうという問題点もあった。
そして、これらの問題点は、結果的に製造コストを引き上げる原因となっていた。
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、製造ラインの搬送設備の簡素化を図ることができるとともに、製造作業能率が大幅に向上し、製造コストが低減される半導体圧力センサを得ることを目的とする。
この発明に係る半導体圧力センサは、圧力を検出する半導体センサと、この半導体センサからの電気信号を補正及び増幅処理する処理回路部と、前記半導体センサ及び前記処理回路部にボンディングワイヤを介して電気的に接続された端子を有するサブパッケージと、このサブパッケージの外側にインサートモールド成形により一体化されて設けられたハウジングとを備えた半導体圧力センサにおいて、前記サブパッケージには、前記半導体センサ及び前記処理回路部を搭載する搭載面が形成されている。
この発明に係る半導体圧力センサによれば、製造ラインの搬送設備の簡素化を図ることができるとともに、製造作業能率が大幅に向上し、製造コストが低減される。
以下、この発明の各実施の形態について説明するが、同一または相当の部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の半導体圧力センサを示す断面図、図２は図１のハウジング４を示す平面図である。
この半導体圧力センサでは、箱状のサブパッケージ５の底面の搭載面５ｄに、半導体センサである半導体センサチップ１、及び処理回路部である処理回路ＩＣ２が搭載されている。サブパッケージ５は、インサートモールド成形によりコネクタ４ａを有するハウジング４と一体化されている。ハウジング４には、圧力導入孔６ａを有するポート６が接着剤を用いて接合されており、圧力導入孔６ａを経由して半導体センサチップ１に圧力が伝達される。
サブパッケージ５は、半導体センサチップ１及び処理回路ＩＣ２が搭載される搭載面５ｄを有する断面コの字形状のサブパッケージ本体５ａと、コネクタ端子５ｂと、調整端子５ｃと、内部配線５ｇとを備えている。
半導体センサチップ１は、ピエゾ抵抗効果を利用した周知のものであって、ダイヤフラムを有するシリコンチップ１ａと、このシリコンチップ１ａと陽電極接合されたガラス台座１ｂから構成されている。シリコンチップ１ａとガラス台座１ｂとの接合によって、ダイヤフラムの下部には真空室１ｃが形成されている。圧力は、反真空室１ｃ側と真空室１ｃとの圧力差によって生じたダイヤフラムの歪みを、このダイヤフラム上に形成したゲージ抵抗の抵抗値変化から検出し、電気信号として出力するものである。
処理回路部である処理回路IＣ２は、半導体センサチップ１からの電気信号を増幅する増幅回路と、所望の特性調整を行う調整回路と、調整データを格納するＲＯＭとから構成されている。特性調整は、調整端子５ｃを介して、電気信号を入力することによって行われる。
半導体センサチップ１及び処理回路ＩＣ２は、例えばフッ素エラストマ等のダイボンド材を介して搭載面５ｄにダイボンディングされている。処理回路ＩＣ２は、コネクタ端子５ｂ、調整端子５ｃ及び内部配線５ｇと金等のボンディングワイヤ３を介して電気的に接続されている。また、半導体センサチップ１は、内部配線５ｇと金等のボンディングワイヤ３を介して電気的に接続されている。
半導体センサチップ１、処理回路IＣ２、コネクタ端子５ｂ、調整端子５ｃ、内部配線５ｇ及びボンディングワイヤ３は、例えばフッ素ゲルなどの保護樹脂層８によって被覆されており、被測定媒体による腐食が防止され、また電気絶縁性が確保されている。
ハウジング４は、サブパッケージ５をインサート部品として、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）樹脂等の熱可塑性樹脂で射出成形法によってインサートモールド成形により形成されている。この時、サブパッケージ５の内側領域はモールド樹脂から露出している。また、ハウジング４の調整端子５ｃ側でも、調整端子５ｃの中間部に孔４ｂが形成されている。この孔４ｂを形成することで、サブパッケージ５をハウジング４にモールドした後でも処理回路IＣ２に書き込まれたＲＯＭの情報を読み出すことができる。
なお、この孔４ｂは、必須ではない。
次に、上記構成の半導体圧力センサの製造手順について説明する。
先ず、図３に示すように、リードフレーム２０にエポキシ樹脂からなるサブパッケージ本体５ａをトランスファー成形法によるインサートモールド成形によって複数形成する。
次に、半導体センサチップ１及び処理回路ＩＣ２を例えばフッ素エラストマ等のダイボンド材を介してサブパッケージ本体５ａの搭載面５ｄにダイボンディングする。
その次に、処理回路ＩＣ２と、コネクタ端子５ｂ、調整端子５ｃ及び内部配線５ｇのそれぞれとをボンディングワイヤ３を介して電気的に接続する。また、半導体センサチップ１と内部配線５ｇとをボンディングワイヤ３を介して電気的に接続する。
その後、サブパッケージ５内にフッ素ゲル等の保護樹脂材を充填し、半導体センサチップ１、処理回路IＣ２、コネクタ端子５ｂ、調整端子５ｃ、内部配線５ｇ及びボンディングワイヤ３を被覆した保護樹脂層８を形成する。
その次に、リードフレーム２０の連結部２０ａの一部を切断し、電気的に独立させた状態で調整端子５ｃを通じて電気信号を入力することによってセンサ特性の調整を行う。
次に、連結部２０ａの残りの部分を切断して個々に分離されたサブパッケージ５を形成する。
その後、サブパッケージ５をインサート部品として、ＰＢＴ樹脂等の熱可塑性樹脂で射出成形法によるインサートモールド成形によりハウジング４を形成する。
最後に、ポート６をハウジング４に接着剤を介して接合する。
以上説明したように、この半導体圧力センサによれば、サブパッケージ５には、半導体センサチップ１及び処理回路ＩＣ２を搭載する搭載面５ｄが形成されているので、ハウジング４を形成する前のリードフレーム２０の状態で、ダイボンディング、ワイヤボンディング、保護樹脂層８の形成及びセンサ特性の調整を行うことができる。
そのため、搬送トレイが不要になり、また異なる形状のサブパッケージ５でも、リードフレーム２０の外形形状を統一しておけば、搬送設備の段取り替えが不要となる。
また、サブパッケージ５はハウジング４と比較すると小型であるため、ダイボンド材や保護樹脂を加熱硬化する際の、加熱槽一台当たりの処理数を多くでき、さらにはワイヤボンディング工程における余熱処理や、センサ特性の調整工程における変温時間を短時間化することができる。
このようなことから、各工程の作業能率が大幅に向上し、結果として製造コストが低減される。
また、サブパッケージ５のサブパッケージ本体５ａは、断面コの字形状であり、半導体センサチップ１、処理回路ＩＣ２及びボンディングワイヤ３を囲った壁部５ｅが形成されているので、半導体圧力センサの製造工程中において、半導体センサチップ１、処理回路ＩＣ２及びボンディングワイヤ３は、特に搬送方向に沿った方向の外力を受けにくく、それだけ損傷されにくい。
また、壁部５ｅ内に保護樹脂材を充填することで、半導体センサチップ１、処理回路IＣ２、コネクタ端子５ｂ、調整端子５ｃ、内部配線５ｇ及びボンディングワイヤ３を覆った保護樹脂層８は確実に形成される。
実施の形態２．
図４は実施の形態２の半導体圧力センサを示す要部断面図である。
この実施の形態２では、リードフレームの構成要素である導体２１に、コネクタ端子２２を抵抗溶接で接続した点が実施の形態１と異なる。
他の構成は実施の形態１の半導体圧力センサと同一であり、同一の効果を得ることができる。
なお、実施の形態１、２では、サブパッケージ本体５ａを熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を用いて形成しているが、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）樹脂等の熱可塑性樹脂を用いて形成してもよい。
また、半導体センサチップ１としては、ピエゾ抵抗効果を利用した圧力検出方式に限らない。例えば静電容量方式の半導体圧力センサチップであってもよい。
また、実施の形態１、２では、半導体センサチップ１及び処理回路ＩＣ２は、別体であったが、圧力を検出する半導体センサと、この半導体センサからの電気信号を補正及び増幅処理する処理回路部とを同一のチップ上に形成したＩＣで構成したものであってもよい。このものの場合、半導体圧力センサの小型化が図れる。
また、半導体センサチップ１及び処理回路ＩＣ２は、例えばフッ素エラストマ等のダイボンド材を介してサブパッケージ本体５ａの搭載面５ｄにダイボンディングされているが、半導体センサチップ１及び処理回路ＩＣ２を例えばサブパッケージ５の内部配線５ｇ上に搭載してもよい。
この発明の実施の形態１の半導体圧力センサを示す断面図である。 図１のハウジングの内部を示す平面図である。 図１の半導体圧力センサの製造工程の途中においてリードフレームとサブパッケージ本体とが一体化されたときの様子を示す平面図である。 この発明の実施の形態２の半導体圧力センサの要部を示す断面図である。
符号の説明
１ 半導体センサチップ（半導体センサ）、１ａ シリコンチップ、２ 処理回路ＩＣ（処理回路部）、３ ボンディングワイヤ、４ ハウジング、５ サブパッケージ、５ａ サブパッケージ本体、５ｂ コネクタ端子、５ｃ 調整端子、５ｄ 搭載面、５ｅ 壁部、２０ リードフレーム。

Claims (3)

  1. 圧力を検出する半導体センサと、
    この半導体センサからの電気信号を補正及び増幅処理する処理回路部と、
    前記半導体センサ及び前記処理回路部にボンディングワイヤを介して電気的に接続された端子を有するサブパッケージと、
    このサブパッケージの外側にインサートモールド成形により一体化されて設けられたハウジングと
    を備えた半導体圧力センサにおいて、
    前記サブパッケージには、前記半導体センサ及び前記処理回路部を搭載する搭載面が形成されていることを特徴とする半導体圧力センサ。
  2. 前記サブパッケージは、断面コの字形状の樹脂製のサブパッケージ本体と、このサブパッケージ本体に組み込まれた前記端子とを備えている請求項１に記載の半導体圧力センサ。
  3. 前記半導体センサ及び前記処理回路部は、同一のチップ上に形成されたＩＣで構成されている請求項１または２に記載の半導体圧力センサ。
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