JP2016029348A - 半導体圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
従来の圧力センサには、圧力を検知する圧力センサ素子(信号処理回路含む)と、これに電気的に接続されたリードフレームと、これら圧力センサ素子及びリードフレームを封止する樹脂パッケージと、を備えるものがある。
特許文献1には、リードフレームの端部(以下、リード部と呼ぶ)を樹脂パッケージの側方から延出させた上で、リード部が樹脂パッケージの外面(側面及び下面)に沿うようにリード部を折り曲げた構成が開示されている。
そして、リード部の浮き上がり部分を引っ掛けると、リード部の折り曲げ部分、特に、リード部の延出方向基端における折り曲げ部分に力が加わるため、この折り曲げ部分が脆弱となったり、破損したりする。その結果、半導体圧力センサの電気的な信頼性が低下する虞がある。
上記半導体圧力センサでは、外部リード部のうち第一外面に配された部分が被覆部によって支持体に一体に固定されている。このため、仮に第二外面上に位置する外部リード部が第二外面から浮き上がっており、第二外面上に位置する外部リード部の浮き上がり部分を引っ掛けても、外部リード部の第一折曲部に力が加わることを防止できる。したがって、半導体圧力センサの電気的な信頼性を向上できる。
以下、本発明に係る半導体圧力センサ及びその製造方法の第一実施形態について、図1〜7を参照して説明する。
図1は本実施形態の半導体圧力センサ1(以下、圧力センサ1と呼ぶ)の側断面図である。図2は圧力センサ1の下面図である。図3は圧力センサ1の斜視図である。本実施形態の圧力センサ1の説明において、「上」及び「下」は、図1における上下に即している。また、高さ方向とは、図1における上方である。「平面視」とは、圧力センサ1を上下方向から見ることを意味する。
圧力センサ素子3としては、ピエゾ抵抗効果を用いたピエゾ抵抗式の圧力センサ素子の他、静電容量式等、その他の方式の圧力センサ素子であってよい。
制御素子4は、圧力センサ素子3からのセンサ信号が入力された際に、センサ信号を処理して圧力検出信号として出力するように構成されている。また、制御素子4は、例えば、圧力センサ素子3のON/OFF制御、内蔵する温度センサによる検出値の補正、検出データのA/D変換、リニアリティの補正、信号波形の整形などの機能を有する。
演算処理部では、上記した温度信号に基づいて、圧力センサ素子3からのセンサ信号に補正処理を行うことができる。
温度センサとしては、抵抗式(ブリッジ抵抗式)、ダイオード式、熱電対式、赤外線式などがある。温度センサは、制御素子4の内部において回路形成面4aに近接した位置に設けることができる。
リードフレーム5は、導電体からなる板状体からなる。リードフレーム5の形成材料としては、例えば銅(Cu)、鉄(Fe)等の金属が挙げられる。
リードフレーム5は、圧力センサ素子3に電気接続するためのリード部11を備える。リード部11は、短冊状に形成され、支持体6に封止または埋設された内部リード部12と、支持体6の側面(第一外面)6cから延出する外部リード部13と、を備える。
すなわち、外部リード部13のうちその延出方向基端部が、折り曲げられた第一折曲部13Aである。また、外部リード部13のうち支持体6の側面6c上において第一折曲部13Aから延びる部分が、第一延出部13Bである。また、外部リード部13のうち第一延出部13Bの延出方向先端に連ねて形成され、支持体6の側面6cと下面6bとの角部に配される部分が、折り曲げられた第二折曲部13Cである。また、外部リード部13のうち支持体6の下面6b上において第二折曲部13Cから延びる部分が、第二延出部13Dである。第二延出部13Dは、圧力センサ1の回路を外部に接続するための外部端子である。
前述した複数のリード部11の内部リード部12は、実装部14の周囲に間隔をあけて配されている。本実施形態では、同じ数の内部リード部12が、実装部14から互いに逆向きに離れるように延びている。
実装部14の下面14bに固定された制御素子4は、金、アルミニウム等の金属からなるボンディングワイヤ7A(第一ボンディングワイヤ7A)によって内部リード部12に電気接続される。第一ボンディングワイヤ7Aの両端は、下方に向く制御素子4の回路形成面4a、及び、内部リード部12の下面12bに接合される。
支持体6は、リードフレーム5のうちリード部11の内部リード部12及び実装部14を一体に固定するものである。本実施形態の支持体6は、圧力センサ素子3を搭載する基体部2の搭載面2aを構成する。また、本実施形態の支持体6の内部には、上記したリードフレーム5の実装部14、これに搭載される制御素子4、第一ボンディングワイヤ7A、及び、内部リード部12の少なくとも一部が埋設される。以下、本実施形態の支持体6について詳細に説明する。
上記した本体部21の外周面は、外部リード部13の第一延出部13Bを配する支持体6の側面6cである。図示例では、本体部21の外周面のうち互いに逆に向く二つの平坦面21a(第一平坦面21a1)に、外部リード部13の第一延出部13Bが配される。
上記した本体部21の下面は、外部リード部13の第二延出部13Dを配する支持体6の下面6bである。
外部リード部13の第二延出部13Dは、上記した段差面21dに配される。基準面21cと段差面21dとの段差の大きさは、例えば、段差面21d上に配された第二延出部13Dが基準面21cから突出しないように設定されるとよい。
圧力センサ素子3は、収容部23の底面23aに搭載されている。すなわち、本実施形態では、収容部23の底面23aが基体部2の搭載面2aをなす。収容部23の底面23aに搭載された圧力センサ素子3は、前述したリードフレーム5の実装部14及び制御素子4と上下方向(Z軸方向)に重なるように位置する。また、収容部23の底面23aには、圧力センサ素子3と電気接続するための内部リード部12の上面12aが露出している。
収容部23の底面23aに露出する内部リード部12の上面12aは、例えば図1のように収容部23の底面23a(搭載面2a)よりも低く位置してもよいが、例えば収容部23の底面23aと同じ高さに位置してもよい。また、収容部23の底面23aに露出する内部リード部12の上面12aは、例えば収容部23の底面23aよりも高く位置してもよい。
また、台座部27の上面は、収容部23の底面23aをなす。台座部27は、例えば図1のように平面視した収容部23の一部の領域に形成されてもよいし、例えば平面視した収容部23の全部の領域に形成されてもよい。
本実施形態の被覆部9は、熱により収縮する熱収縮チューブである。熱収縮チューブの具体的な材料としては、例えばフッ素樹脂(FEP)や軟質難燃性塩化ビニル樹脂が挙げられる。フッ素樹脂の場合、熱収縮チューブの収縮率は25〜30%となる。また、軟質難燃性塩化ビニル樹脂の場合、熱収縮チューブの内径収縮率は50%以上となる。
保護剤8は、水や外気の浸入を防ぎ、圧力センサ素子3や第二ボンディングワイヤ7Bへの悪影響を防ぐ。具体的な保護剤8としては、例えば、シリコン系の樹脂(例えばシリコーン樹脂)やフッ素系の樹脂が挙げられる。保護剤8は液状やゲル状とすることができる。保護剤8は高い粘性を持つことが好ましい。
保護剤8は、光透過性が低いことが望ましい。これによって、可視光や紫外線を遮断することができるため、圧力センサ素子3に光起電力を発生させることを防ぎ、測定誤差を低減できる。また、圧力センサ素子3やその周囲の配線の劣化を防ぐ効果も期待できる。
保護剤8は、顔料等を含有させることによって、光透過性を低くすることができる。
圧力センサ1を製造する際には、はじめに、図4(a)に示すように、リード部11及び実装部14を備えるリードフレーム5を用意する(フレーム準備工程)。フレーム準備工程におけるリードフレーム5のリード部11は、その長手方向にわたって直線状に形成されている。すなわち、リード部11には折り曲げ加工が施されていない。
その後、制御素子4とリード部11とを第一ボンディングワイヤ7Aによって電気接続する(第一接続工程)。この工程において、第一ボンディングワイヤ7Aは、リード部11のうち制御素子4や実装部14が位置する長手方向の端部(図1の圧力センサ1において内部リード部12に相当する部分)に接合される。
封止工程後の状態において、リード部11のうち制御素子4や実装部14が位置する長手方向の端部は、支持体6の内部に埋設されており、圧力センサ1における内部リード部12である。また、支持体6に埋設されないリード部11の残部は、支持体6の側面6cから直線状に延出しており、圧力センサ1における外部リード部13である。また、外部リード部13の延出方向基端部の上側には、支持体6の突出部24が支持体6の上下方向に重ねて配されている。
上記した封止工程を実施することで、リードフレーム5及び支持体6を備える基体部2が得られる。
折り曲げ工程では、外部リード部13の延出方向基端(第一折曲部13A)において折り曲げることで、外部リード部13の第一延出部13Bが支持体6の側面6c上に配される。また、支持体6の側面6cと下面6bとの角部に位置する外部リード部13の部分(第二折曲部13C)において折り曲げることで、外部リード部13の第二延出部13Dが支持体6の下面6b上に配される。折り曲げ工程では、例えば外部リード部13の第二折曲部13Cに折り曲げ加工を施した後に、第一折曲部13Aに折り曲げ加工を施すことが好ましい。
埋設工程後が完了することで、図4(d)に示す圧力センサ中間体100が得られる。圧力センサ中間体100は、図1〜3に示す圧力センサ1から被覆部9を除いた構成である。
次いで、支持体6の側面6c上に配された外部リード部13の第一延出部13Bが被覆部9の内周面に対向するように、支持体6を被覆部9に挿入する。本実施形態では、本体部21の外周面が被覆部9の内周面に対向するように、支持体6の本体部21を被覆部9に挿入する。
治具Tは、充填工程を経た圧力センサ中間体100を収容する凹部T1を有する。凹部T1は上方に開口している。凹部T1には、圧力センサ中間体100がその上下を逆にして収容される。すなわち、凹部T1の底部側の空間(底部側空間TA1)には主に支持体6の上部基体22が収容され、凹部T1の開口側の空間(開口側空間TA2)には支持体6の本体部21が収容される。
平面視した底部側空間TA1の大きさは、支持体6の大きさに対応している。平面視した底部側空間TA1の大きさは、底部側空間TA1に収容された上部基体22の外周面(特に突出部24の突出方向先端)と底部側空間TA1の内周面との間の隙間が被覆部9の肉厚よりも小さくなるように設定されることが好ましい。
凹部T1の底面T1aに対する段差面T1bの高さ位置は、圧力センサ中間体100が凹部T1に収容された状態で外部リード部13の第一延出部13Bが開口側空間TA2の内周面に対向するように設定される。図5〜7において、段差面T1bは、支持体6の本体部21と上部基体22との境界(具体的には凹部T1の開口側に向く突出部24の端面)と同等の高さに位置するが、これに限ることはない。
また、段差面T1bから凹部T1の開口に至る開口側空間TA2の内周面の高さは、例えば図5,6に示すように、凹部T1内に収容される圧力センサ中間体100及び被覆部9が凹部T1の開口から突出しないように設定されるとよい。
次いで、図6に示すように、支持体6の本体部21が筒状の被覆部9に挿入されるように、筒状の被覆部9を凹部T1の段差面T1b上に載置する。この状態では、被覆部9の内周面が、本体部21の外周面及びこれに配された外部リード部13の第一延出部13Bに対向する。すなわち、被覆部9と外部リード部13の第一延出部13Bとの相対的な位置決めを容易に行うことができる。また、この状態では、筒状の被覆部9が開口側空間TA2の内周面に囲まれる。
ここで、開口側空間TA2の内周面の高さが被覆部9の軸方向長さよりも長く設定されている場合には、上記した加熱の際に、被覆部9全体を均一に加熱することができる。
上記した被覆工程を実施することで、図1〜3に示す圧力センサ1の製造が完了する。
また、支持体6の側面6cに配された外部リード部13の第一延出部13Bは、被覆部9によって覆われて支持体6に一体に固定されるため、仮に第一延出部13Bが支持体6の側面6cから浮き上がっていても、第一延出部13Bを引っ掛けることを防止できる。
すなわち、圧力センサ1をFPCに実装する場合には、はんだ等により圧力センサ1の外部端子である外部リード部13の第二延出部13DをFPCの配線パターンに接合する。この実装状態において、例えばFPCを撓ませると、第二延出部13Dにはこれを支持体6の下面6bから離そうとする外力が作用することがある。ここで、本実施形態の圧力センサ1では、支持体6の側面6cに配された第一延出部13Bが被覆部9によって支持体6に一体に固定されるため、上記した外力によって第一折曲部13Aに力が加わることを防止できる。
次に、本発明の第二実施形態について、図8を参照して第一実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第一実施形態と共通する構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態の被覆部9は、第一実施形態と同様に、外部リード部13のうち支持体6の側面6c上に配された第一延出部13Bを被覆すると共に、第一延出部13Bを支持体6に一体に固定する。その上で、本実施形態の被覆部9は、外部リード部13の第二折曲部13Cを被覆すると共に支持体6に一体に固定する。
そして、本実施形態の被覆部9は、第一実施形態と同様の熱収縮チューブである。
ただし、本実施形態の製造方法では、被覆工程において、例えば軸方向長さが本体部21の外周面よりも長い筒状の被覆部9を用意する。これにより、支持体6の本体部21を被覆部9に挿入した上で、被覆部9を加熱して被覆部9の径寸法を縮めると、被覆部9のうち本体部21の外周面よりも下面(支持体6の下面6b)側に突出する軸方向の端部が、本体部21の外周面よりも径方向内側に撓むように縮径して、外部リード部13の第二折曲部13Cや本体部21の外周面と下面との角部に密着する。これにより、外部リード部13の第一延出部13B及び第二折曲部13Cが被覆部9によって被覆されると共に支持体6に一体に固定される。
さらに、本実施形態の圧力センサ1A及びその製造方法によれば、仮に支持体6の下面6b上に位置する外部リード部13の第二延出部13Dが浮き上がっており、第二延出部13Dを引っ掛けても、外部リード部13の第二折曲部13Cに力が加わることも防止できる。したがって、圧力センサ1Aの電気的な信頼性をさらに向上できる。
そして、外部リード部13の第一、第二折曲部13A,13Cに力が加わることを防止できるため、支持体6に対する外部リード部13の位置がずれることを防止できる。したがって、外部リード部13の位置を修正する必要が無くなり、圧力センサ1Aの取り扱いが容易となる。
次に、本発明の第二実施形態について、図9〜11を参照して第一実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第一実施形態と共通する構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態の圧力センサ1Bでは、第一実施形態と同様に、外部リード部13が、支持体6の側面6cから延出する。また、外部リード部13は、支持体6の側面6c、及び、側面と異なる方向に向く支持体6の下面6bに沿って配されるように折り曲げられている。すなわち、外部リード部13の第一延出部13Bが支持体6の側面6cに配される。また、外部リード部13の第二延出部13Dが支持体6の下面6bに配される。さらに、複数(図示例では二つ)の外部リード部13が、支持体6の側面6c及び下面6bにおいて隣り合うように配列されている。
本実施形態の突条部29は、支持体6の側面6c及び下面6bにおいて外部リード部13よりも高く突出している。
突条部29の突出方向先端は、例えば図9〜11に示すように基準面21cと同一平面をなしてもよいが、これに限ることはない。また、支持体6の側面6cから突出する突条部29の突出長さは、例えば図9〜11に示すように突出部24の突出長さと同等に設定されてもよいが、これに限ることはない。
さらに、本実施形態の圧力センサ1Bによれば、突条部29によって相互に隣り合う外部リード部13同士の電気的な短絡を防止できる。
また、被覆部9が熱収縮チューブである場合には、被覆工程において熱により被覆部9を収縮させて、被覆部9により外部リード部13の第一延出部13Bを被覆する際に、被覆部9の収縮動作によって隣り合う外部リード部13(特に第一延出部13B)同士が接触することを防止できる。
本実施形態の突条部29は、例えば第二実施形態の圧力センサ1Bにも適用可能である。
被覆部は、例えば支持体6と異なる樹脂材料を塗布し、硬化することで形成されてもよい。この場合、被覆部用の樹脂材料としては、例えばシリコーンゴムやフッ素樹脂等が挙げられる。また、樹脂材料の塗布方法としては、例えばスプレーやディスペンス等の手法が挙げられる。
この構成では、熱収縮チューブの場合と比較して被覆部を薄く形成することが可能である。したがって、圧力センサの小型軽量化を図ることができる。
Claims (7)
- リードフレーム及びこれを支持する樹脂製の支持体を有する基体部と、
該基体部の搭載面に設けられると共に、前記リードフレームのリード部に電気接続される圧力センサ素子と、を備え、
前記リード部の一部が、前記支持体の第一外面から延出する外部リード部であり、
該外部リード部が、前記支持体の第一外面及び該第一外面と異なる方向に向く前記支持体の第二外面に沿って配されるように折り曲げられ、
前記外部リード部のうち少なくとも前記第一外面上に配された部分が、前記支持体と異なる樹脂製の被覆部によって被覆されると共に、前記支持体に一体に固定されていることを特徴とする半導体圧力センサ。 - 前記被覆部が、前記外部リード部のうち前記第一外面と前記第二外面との角部に配された折り曲げ部分を被覆すると共に前記支持体に一体に固定す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。
- 前記被覆部が、熱により収縮する熱収縮チューブであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体圧力センサ。
- 前記被覆部が、樹脂材料を塗布し、硬化することで形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体圧力センサ。
- 前記外部リード部が、前記支持体の第一外面上及び第二外面上において複数配列され、
前記支持体は、相互に隣り合う前記外部リード部の間に配される突条部を備えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ。 - 前記被覆部が電気的な絶縁性を有することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ。
- リードフレーム及びこれを支持する樹脂製の支持体を有する基体部と、該基体部の搭載面に設けられると共に、前記リードフレームのリード部に電気接続される圧力センサ素子と、を備える半導体圧力センサを製造する方法であって、
前記リード部のうち前記支持体の第一外面から延出する外部リード部を折り曲げて、該外部リード部を前記支持体の第一外面及び該第一外面と異なる方向に向く前記支持体の第二外面に沿うように配する折り曲げ工程と、
該折り曲げ工程後に、前記外部リード部のうち少なくとも前記第一外面上に配された部分を、前記支持体と異なる樹脂製の被覆部によって被覆すると共に前記支持体に一体に固定する被覆工程と、を実施することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
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