JP2007086081A - 半導体センサ装置、半導体センサ収納容器及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】容器本体とリード端子との間の隙間をなくし、圧力漏れが発生するのを防ぐ。
【解決手段】容器本体３１とリード端子３５との間の隙間およびリード端子３５とボンディングワイヤ３６との接続部位を、ポリイミド樹脂等を塗布、硬化させてなる充填部４６で埋める。
【選択図】 図１
【解決手段】容器本体３１とリード端子３５との間の隙間およびリード端子３５とボンディングワイヤ３６との接続部位を、ポリイミド樹脂等を塗布、硬化させてなる充填部４６で埋める。
【選択図】 図１
Description
本発明は、半導体センサ装置、並びに半導体センサ収納容器およびその製造方法に関し、特に自動車等の圧力センサに適用して好適な技術に関する。
一般に、自動車用の圧力センサ装置では、センサ素子としてピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサチップが用いられる。この半導体圧力センサは、単結晶シリコン等のダイヤフラム上にピエゾ抵抗効果を有する材料でできた複数個の半導体歪ゲージをブリッジ接続した構成となっている。圧力変化によりダイヤフラムが変形すると、その変形量に応じて半導体歪ゲージのゲージ抵抗が変化し、その変化量が電圧信号としてブリッジ回路から取り出される。
図１６は、上述した従来の半導体圧力センサ装置を示す断面図である。この圧力センサ装置は、容器本体１１に形成された凹状のセンサマウント部１２内に半導体圧力センサチップ１３を収納し、容器本体１１に蓋体１４をかぶせた構成となっている。半導体圧力センサチップ１３は、容器本体１１を貫通して一体にインサート成型された外部導出用のリード端子（リードフレーム）１５にボンディングワイヤ１６を介して電気的に接続される。半導体圧力センサチップ１３の表面とボンディングワイヤ１６は、ゲル状保護部材１７により、被測定圧力媒体に含まれる汚染物質などの付着から保護されている。
また、半導体圧力センサチップ１３はガラス製の台座１８に固定されている。台座１８は、容器本体１１の熱膨張の影響が半導体圧力センサチップ１３に及ぶのを抑制するために設けられており、ある程度の厚さが必要となる。台座１８はセンサマウント部１２の底面に接着剤１９により接着される。また、蓋体１４は、容器本体１１との間の圧力検出室２０と、圧力の被測定空間とを連通接続する圧力導入孔２１を有する。
特開平１１−３５１９８９号公報
特開平０６−１８６１０４号公報
特開平０８−１５２３７４号公報
特開平１０−１７０３７９号公報
特開平１０−０７８３６７号公報
特開平０７−２０９１１５号公報
特開平０３−０７２２２９号公報
しかしながら、上述した従来の構成の圧力センサ装置では、樹脂製の容器本体１１とリード端子１５との熱膨張差が大きいため、インサート成型後の収縮により、容器本体１１とリード端子１５との間にわずかに隙間が生じることがある。この隙間ができると、圧力センサ装置の製造工程において検出圧力値の校正をおこなう際に、圧力漏れが生じてしまい、正確な校正をおこなうことができないという不具合が生じる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、容器本体とリード端子との隙間をなくし、圧力漏れが生じることを抑制することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、リード端子の、容器本体の内部に埋まる所定部位を被覆して容器本体との境界に存在する隙間を埋めることを特徴とする。
また、容器本体とリード端子との間の隙間およびリード端子とワイヤボンディングの接続部位を充填部により埋めることを特徴とする。
また、容器本体とリード端子との間の隙間およびリード端子とワイヤボンディングの接続部位を充填部により埋めることを特徴とする。
本発明によれば、容器本体とリード端子との間の隙間が充填部により埋められるので、容器本体とリード端子との間の隙間をなくすことができる。また、リード端子とボンディングワイヤとの接続部位の強度が高くなる。
以下に、本発明を圧力センサ装置に適用した実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体センサ装置の構成を示す断面図である。この圧力センサ装置は、樹脂でできた容器本体３１の収納部の一部をなすセンサマウント部３２に、センサ素子である半導体圧力センサチップ３３を固定したたとえばガラス製の台座３８を接着剤３９により固定し、センサチップ３３とリード端子（リードフレーム）３５とをボンディングワイヤ３６によって電気的に接続し、ゲル状保護部材３７でセンサチップ３３の表面およびボンディングワイヤ３６を保護し、容器本体３１に蓋体３４を接着して圧力検出室４０を構成したものである。収納部の一部をなす圧力検出室４０は、蓋体３４を貫通する圧力導入孔４１によって圧力の被測定空間に連通接続する。半導体センサ収納容器は容器本体３１および蓋体３４により構成される。
容器本体３１は、図２および図３に示すように、圧力検出室４０の外側で、かつ蓋体３４との当接部位よりも内側に、圧力検出室４０を囲む溝４２を有する。この溝４２は、圧力検出室４０から溢れ出したり、染み出したりしたゲル状保護部材３７を溜めるためのものである。溝４２の幅および深さは、溢れ出したり染み出したりすると推測されるゲル状保護部材３７の量に応じて適宜選択される。したがって、蓋体３４をかぶせる前にゲル状保護部材３７が圧力検出室４０から溢れ出したり染み出しても、そのゲル状保護部材３７は溝４２に溜まるので、蓋体３４との当接部位に付着することはない。なお、溢れ出したり染み出したゲル状保護部材３７を溜める溝４２を、二重以上に設けてもよい。
また、容器本体３１は、圧力検出室４０を囲むように形成された凹部４３を有する。一方、蓋体３４は、容器本体３１にかぶせられたときに圧力検出室４０を囲むように容器本体３１の凹部４３と係合する凸部４４を有する。したがって、容器本体３１の凹部４３に接着剤を塗布して、蓋体３４を容器本体３１にかぶせると、蓋体３４の凸部４４が容器本体３１の凹部４３に係合して接着されることになる。凹部４３と凸部４４との大小関係は、凹部４３に凸部４４が遊びのある状態で入る程度でもよいし、隙間なく丁度入る程度でもよい。
また、容器本体３１において、各リード端子３５が容器本体３１から外向きに突出する部位にポリイミドのような流動性を具えた樹脂が塗布されており、これが硬化して充填部４５となっている。同様に、各リード端子３５がセンサチップ３３とのワイヤボンディングのためにセンサマウント部３２に向かって突出する部位にも、充填部４６としてポリイミドのような流動性を具えた樹脂を塗布し、硬化させている。
ポリイミド樹脂のような接着剤等は、化学反応により金属と結合するため、金属との密着強度が非常に強く、金属表面に固着する。また、ポリイミド樹脂のような接着剤等は成型樹脂との密着強度も非常に強い。したがって、ポリイミド樹脂のような接着剤等は、成型樹脂と金属とを密着させる中間材として作用するため、充填部４５，４６は、容器本体３１とリード端子３５との間にできた隙間を埋めている。
充填部４５，４６は、容器本体３１の形成時、即ち、センサユニット３３を接着する前に塗布・硬化させて図２および図３に示す構成としてもよい。あるいは、容器本体３１の形成時には充填部４５，４６の塗布・硬化を行わず、センサユニット３３を容器本体に接着し、センサユニットとリード端子とをワイヤボンディングした後に、ポリイミド樹脂等を塗布・硬化させて図１に示す構成としてもよい。
ここで、充填部４５，４６は、いずれか一方を形成することにより所望の密封度が得られるのであれば、他方の形成を省略してもよい。特に、図１の充填部４６のようにワイヤボンディングも覆うように塗布・硬化させれば、ワイヤボンディング部の強度が高くなる。なお、図２および図３に示す容器本体を用いて図１の如くワイヤボンディングも充填部４６で覆うためには、センサユニット３３の容器本体への接着、ワイヤボンディング工程の後で再度ポリイミド等の樹脂を塗布・硬化させればよい。
また、容器本体３１は、センサマウント部３２に、台座３８に半導体圧力センサチップ３３を固定したセンサユニットを接着するための接着剤３９の過剰な分を逃がす逃げ部４７を有する。センサマウント部３２は、従来同様、底にいくにしたがってすぼまるようにテーパー形状となっている。つまり、センサマウント部３２の側面は傾斜していることになる。その傾斜した側面の一部は、傾斜しないように成型されており、その側面の、傾斜していない部位と台座３８との間の隙間が逃げ部４７を構成する。
図２および図３に示す例では、センサマウント部３２の側面のうち、逃げ部４７は四方の側面の中央部分に設けられており、四隅部はテーパー形状となっている。なお、センサマウント部３２の内周面の四隅部を逃げ部とし、四方の側面の中央部分をテーパー部としてもよい。また、逃げ部４７を必ずしも４箇所設ける必要はなく、逃げ部４７に溜まる接着剤の量に応じて１箇所以上設ければよい。
図４は、容器本体３１の製造手順を示すフローチャートである。まず、プレス加工によりリード端子（リードフレーム）３５を作製し（ステップＳ４１）、それを脱脂処理（ステップＳ４２）、メッキ前処理（ステップＳ４３）、メッキ処理（ステップＳ４４）および洗浄、乾燥（ステップＳ４５）した後、金型にセットする（ステップＳ４６）。乾燥させておいた成型樹脂（ステップＳ４７）を金型に注入し、成型する（ステップＳ４８）。
脱型後、容器本体３１とリード端子（リードフレーム）３５との間にできた隙間にポリイミド等の流動性を有する樹脂を塗布し（ステップＳ４９）、それを硬化させて（ステップＳ５０）、容器本体３１が完成する（ステップＳ５１）。このようにして製造された容器本体３１に、台座３８に半導体圧力センサチップ３３を固定したセンサユニットを接着し、ワイヤボンディングをおこなった後、ゲル状保護部材３７を充填し、別途作製しておいた蓋体３４をかぶせれば、圧力センサ装置ができあがる。
図４に示すフローチャートでは、容器本体３１の形成時、即ち、センサユニット３３を容器本体３１への接着する前にポリイミドの塗布・硬化を行っている。容器本体３１に形成時に、ポリイミドの塗布・硬化の工程（ステップＳ４９，Ｓ５０）行わず、センサユニット３３を容器本体３１へ接着し、センサユニット３１とリード端子３５とのワイヤボンディングの後にポリイミドを塗布・硬化させてもよい。
このように、ワイヤボンディングの後にポリイミドの塗布・硬化を行えば、図１に示すように、ボンディング部もポリイミド樹脂で覆うことができる。上述した実施の形態１によれば、容器本体３１に溝４２が設けられているため、圧力検出室４０からゲル状保護部材３７が溢れ出したり染み出しても、それは溝４２内に溜まるので、容器本体３１の、蓋体３４との当接部位にゲル状保護部材３７が付着するのを防ぐことができる。したがって、ゲル状保護部材３７の溢れ出し等による蓋体３４の接着不良を防ぐことができる。
また、上述した実施の形態１によれば、容器本体３１および蓋体３４にそれぞれ互いに係合する凹部４３および凸部４４が設けられているため、容器本体３１に蓋体３４を接着すると、それら凹部４３と凸部４４とが係合するため、容器本体３１に蓋体３４を確実に接着することができる。したがって、容器本体３１と蓋体３４との気密不良を防ぐことができる。
また、上述した実施の形態１によれば、容器本体３１とリード端子（リードフレーム）３５との間の隙間が充填部４５，４６により埋められており、容器本体３１とリード端子（リードフレーム）３５との間に隙間がない。そのため、圧力センサ装置の製造工程において検出圧力値の校正をおこなう際に、圧力漏れが発生するのを防ぐことができるので、正確な校正をおこなうことができる。
本発明者らが、１５個のセンサ装置について、容器本体とリードフレームとの間の隙間を埋める前と埋めた後で圧力漏れ量を測定し比較した結果を図５に示す。この測定は、前記センサ装置に所定の圧力（13.3kPaの負圧）を印加した状態で供給圧力側のバルブを閉じ、所定時間（３０秒）経過後の圧力の増加量を測定したものである。すべてのセンサ装置において隙間を埋めたことによって圧力漏れ量が著しく減少したことがわかる。また、容器本体３１とリード端子（リードフレーム）３５との間の隙間を埋めたことによって、ゲル状保護部材３７の漏出も防ぐことができるので、品質低下を防ぐことができる。
また、上述した実施の形態１によれば、センサマウント部３２に、台座３８に半導体圧力センサチップ３３を固定したセンサユニットを接着するための接着剤３９の過剰な分を溜める逃げ部４７が設けられており、その逃げ部４７に接着剤３９のはみ出た分が溜まるため、台座３８に沿って余分な接着剤３９がはい上がるのを抑制することができる。したがって、台座３８による熱応力の緩和効果が十分に得られる。また、接着剤３９のはい上がりが従来よりも少なくなることによって、従来よりも台座３８を薄くすることができるので、台座のコスト低減を図ることができる。また、台座３８が薄くなれば容器本体３１を薄くすることができるので、使用樹脂量が減り、コストが低減する。
なお、上述した実施の形態１では、容器本体３１および蓋体３４にそれぞれ互いに係合する凹部４３および凸部４４を設けた構成としたが、これに限らず、図６に示すように、容器本体３１および蓋体３４にそれぞれ互いに係合する凸部４８および凹部４９を設けた構成としてもよい。また、上述した実施の形態１では、容器本体３１に蓋体３４をかぶせる構成としたが、これに限らず、図７に示すように、容器本体３１に蓋体として、自動車等のエンジンに直接実装するためのコネクタ５１やターミナル５２を備えた外装ケース５を接着する構成としてもよい。この場合、図示例のように、容器本体３１および外装ケース５にそれぞれ互いに係合する凹部４３および凸部５４を設けてもよいし、その反対に容器本体３１および外装ケース５にそれぞれ互いに係合する凸部および凹部を設けた構成としてもよい。
実施の形態２．図８は、本発明の実施の形態２にかかる半導体センサ装置の構成を示す断面図であり、図９および図１０は、それぞれ半導体センサ収納容器の構成を示す正面図および断面図である。実施の形態２が実施の形態１と異なるのはつぎの点である。すなわち、実施の形態１では、容器本体３１とリード端子（リードフレーム）３５との間の隙間を、リード端３５が容器本体３１から露出している側からポリイミド樹脂等を塗布、硬化させて埋めていた。即ち、リード端子が露出している部分あるいは露出部の容器本体近傍にポリイミド樹脂等を塗布し、硬化させていた。
それに対して、実施の形態２では、リード端子（リードフレーム）３５の、容器本体６１内に埋め込まれる部分をポリイミド膜よりなる充填部６５で被覆し、それによって容器本体６１とリード端子（リードフレーム）３５との間の隙間を埋めている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図１１は、容器本体６１の製造手順を示すフローチャートである。リードフレームのプレス加工（ステップＳ１１１）、脱脂処理（ステップＳ１１２）、メッキ前処理（ステップＳ１１３）、メッキ処理（ステップＳ１１４）および洗浄、乾燥（ステップＳ１１５）の工程までは実施の形態１と同じである。乾燥後、リード端子（リードフレーム）３５の、容器本体６１内に埋め込まれる部分にポリイミド樹脂を塗布し（ステップＳ１１６）、それを硬化させる（ステップＳ１１７）。
充填部６５となるポリイミド膜が被着したリード端子（リードフレーム）３５を金型にセットし（ステップＳ１１８）、その金型に、乾燥させておいた成型樹脂（ステップＳ１１９）を注入して成型し（ステップＳ１２０）、脱型すれば容器本体６１が完成する（ステップＳ１２１）。このようにして製造された容器本体６１に、台座３８に半導体圧力センサチップ３３を固定したセンサユニットを接着し、ワイヤボンディングをおこなった後、ゲル状保護部材３７を充填し、別途作製しておいた蓋体３４をかぶせれば、圧力センサ装置ができあがる。
上述した実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、容器本体６１とリード端子（リードフレーム）３５との間に隙間ができないため、圧力センサ装置の製造工程において検出圧力値の校正をおこなう際に、圧力漏れが発生するのを防ぐことができる。したがって、正確な校正をおこなうことができる。また、ゲル状保護部材３７の漏出による品質低下を防ぐことができる。
実施の形態３．図１２は、本発明の実施の形態３にかかる半導体センサ装置の構成を示す断面図であり、図１３および図１４は、それぞれ半導体センサ収納容器の構成を示す正面図および断面図である。実施の形態３が実施の形態１と異なるのはつぎの点である。すなわち、実施の形態１では、容器本体３１とリード端子（リードフレーム）３５との間の隙間を、外側からポリイミド樹脂等を塗布、硬化させて埋めていた。
それに対して、実施の形態３では、リード端子（リードフレーム）３５の、容器本体７１内に埋め込まれる部分を、あらかじめシリコーンゴム、エポキシ樹脂、成型樹脂と同じ種類の樹脂（たとえばポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂）、または別の種類の樹脂中に封入（一次成型）することにより充填部７５を形成し、それを用いて容器本体７１を成型（二次成型）する。その他の構成は実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図１５は、容器本体７１の製造手順を示すフローチャートである。リードフレームのプレス加工（ステップＳ１５１）、脱脂処理（ステップＳ１５２）、メッキ前処理（ステップＳ１５３）、メッキ処理（ステップＳ１５４）、洗浄、乾燥（ステップＳ１５５）、金型へのリードフレームのセット（ステップＳ１５６）、一次成型用の樹脂の乾燥（ステップＳ１５７）および成型樹脂の注入、成型（ステップＳ１５８）の工程までは実施の形態１と同じである。ここで、ステップ１５８の工程は一次成型工程である。
その後、二次成型をおこない（ステップＳ１５９）、脱型すれば容器本体７１が完成する（ステップＳ１６０）。このようにして製造された容器本体７１に、台座３８に半導体圧力センサチップ３３を固定したセンサユニットを接着し、ワイヤボンディングをおこなった後、ゲル状保護部材３７を充填し、別途作製しておいた蓋体３４をかぶせれば、圧力センサ装置ができあがる。
上述した実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、容器本体７１とリード端子（リードフレーム）３５との間に隙間ができないため、圧力センサ装置の製造工程において検出圧力値の校正をおこなう際に、圧力漏れが発生するのを防ぐことができる。したがって、正確な校正をおこなうことができる。また、ゲル状保護部材３７の漏出による品質低下を防ぐことができる。さらに、シリコーンゴムのように高い弾性を有する樹脂を用いて一次成型をおこなえば、容器本体７１とリード端子（リードフレーム）３５との熱膨張差によって生じる歪みを吸収することができるので、容器本体７１とリード端子（リードフレーム）３５との間の隙間をより完全に塞ぐことができる。
以上において本発明は、圧力センサ装置に限らず、加速度センサ装置や温度センサ装置や物理量センサ装置など、種々のセンサ装置に適用することができる。
３１，６１，７１ 容器本体
３２ センサマウント部（収納部）
３３ 半導体圧力センサチップ（センサ素子）
３４ 蓋体
３５ リード端子
３８ 台座
３９ 接着剤
４０ 圧力検出室（収納部）
４２ 溝
４３，４９ 凹部
４４，４８ 凸部
４５，４６，６５，７５ 充填部
４７ 逃げ部
３２ センサマウント部（収納部）
３３ 半導体圧力センサチップ（センサ素子）
３４ 蓋体
３５ リード端子
３８ 台座
３９ 接着剤
４０ 圧力検出室（収納部）
４２ 溝
４３，４９ 凹部
４４，４８ 凸部
４５，４６，６５，７５ 充填部
４７ 逃げ部
Claims (6)
- センサ素子を収納する収納部を有する容器本体と、前記容器本体の前記収納部側から前記容器本体の外側へ突出するリード端子と、前記収納部に固定したセンサ素子と、前記リード端子と前記センサ素子とを接続するボンディングワイヤと、前記リード端子の前記収納部側の露出部および該リード端子と前記ボンディングワイヤとの接続部位を覆うとともに、前記収納部側における前記リード端子と前記容器本体との境界に存在する隙間を埋める充填部を備えたことを特徴とする半導体センサ装置。
- 請求項１に記載の半導体センサ収納容器の収納部に、半導体センサ素子が、該半導体センサ素子と容器本体との熱膨張差によって生じる応力を緩和するための台座に固定された状態で収納され、前記収納部が蓋体で塞がれてなることを特徴とする半導体センサ装置。
- センサ素子を収納する収納部を有する容器本体と、前記容器本体の前記収納部側から前記容器本体の外側へ突出するリード端子と、前記リード端子の、前記容器本体の内部に埋まる所定部位を被覆して前記容器本体との境界に存在する隙間を埋める充填部と、を具備することを特徴とする半導体センサ収納容器。
- 請求項３に記載の半導体センサ収納容器を製造する方法において、リード端子の、容器本体の内部に埋まる所定部位を樹脂膜で被覆する工程と、前記リード端子を容器本体とともにインサート成型する工程と、を含むことを特徴とする半導体センサ収納容器の製造方法。
- 請求項３に記載の半導体センサ収納容器を製造するにあたり、リード端子の、容器本体の内部に埋まる所定部位をあらかじめ一次成型して樹脂中に封入する工程と、前記リード端子を容器本体とともに二次成型して最終形状に成型する工程と、を含むことを特徴とする半導体センサ収納容器の製造方法。
- 請求項３に記載の半導体センサ収納容器の収納部に半導体センサ素子が収納され、前記収納部が蓋体で塞がれてなることを特徴とする半導体センサ装置。
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