JP2020187056A - Semiconductor sensor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体センサモジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor sensor module.
各種センサの市場は年々拡大しており、ひずみセンサもその一つである。ひずみセンサは、被計測体の正負の圧力によるセンサ受圧部（ダイヤフラム）のひずみを計測する。このひずみ計測は、例えば圧力センサ、荷重センサ、トルクセンサのように広く利用することができる。ひずみセンサの利用分野は、例えば自動車、建設機械、ロボット、工業製品、医療機器、ウェアラブルデバイスなど多岐に渡る。 The market for various sensors is expanding year by year, and strain sensors are one of them. The strain sensor measures the strain of the sensor pressure receiving portion (diaphragm) due to the positive and negative pressure of the object to be measured. This strain measurement can be widely used, for example, a pressure sensor, a load sensor, and a torque sensor. The fields of use of strain sensors are diverse, such as automobiles, construction machinery, robots, industrial products, medical equipment, and wearable devices.
近年では、金属ひずみゲージを用いた金属ひずみセンサに代わり、半導体素子をひずみゲージとして用いた半導体ひずみセンサの市場が拡大している。半導体ひずみセンサは、半導体素子に機械的応力が加わると電気的性質が変化する、という半導体の特性を利用している。半導体ひずみゲージは、ひずみゲージの感度を表すゲージ率が金属ひずみゲージのそれよりも数十倍から数百倍と高い。このため、半導体ひずみセンサは、微小なひずみを高精度に検出することができる。 In recent years, the market for semiconductor strain sensors using semiconductor elements as strain gauges has expanded in place of metal strain sensors using metal strain gauges. Semiconductor strain sensors utilize the characteristic of semiconductors that their electrical properties change when mechanical stress is applied to the semiconductor element. Semiconductor strain gauges have a gauge ratio that indicates the sensitivity of strain gauges, which is tens to hundreds of times higher than that of metal strain gauges. Therefore, the semiconductor strain sensor can detect minute strains with high accuracy.
センサチップと回路部とを一つの樹脂成型体の内部に搭載し、両者を一体とすることにより圧力センサモジュールの小型化を実現する技術は、特許文献１に記載されている。特許文献１には、「樹脂材料で成型された成型体と、前記成型体に一部が埋設された端子板と、前記成型体の内部に実装されたセンサチップおよびＩＣチップを有するセンサモジュールにおいて、前記成型体には第１の凹部と第２の凹部が、前記端子板に対して同じ側に形成され、前記第１の凹部に前記センサチップが収納されて、前記第１の凹部の底部に露出する前記端子板と前記センサチップとがボンディングワイヤーで接続され、前記第２の凹部に前記ＩＣチップが収納されて、前記第２の凹部の底部に露出する前記端子板と前記ＩＣチップとがボンディングワイヤーで接続されており、前記成型体には、前記第１の凹部と前記第２の凹部の少なくとも一方を囲む壁部が形成されており、この壁部の内部にチップ部品が埋設され、このチップ部品が前記端子板に接続されていることを特徴とするセンサモジュール。」と記載されている。
半導体素子と被計測体との接合に低融点ガラスを用い、接合部のクリープ現象を無くすことによりセンサの特性変動を抑制する技術は、特許文献２に記載されている。特許文献２には、「力学量の印加を検出する検出部を有した半導体チップが接合層を介して台座に接合された力学量検出装置において、前記検出部と該検出部が検出した値を処理する処理回路部を有した前記半導体チップを準備する第１工程と、前記台座上に前記接合層を配設し、前記接合層上に前記半導体チップを配設する第２工程と、前記接合層に熱処理を施し、前記半導体チップを前記台座に接合する第３工程とを備え、前記第３工程における熱処理の温度は４００℃以下であることを特徴とする力学量検出装置の製造方法」と記載されている。
特許文献１は、一つの樹脂成型体の内部に圧力センサチップと端子板に搭載されたＩＣチップとを内蔵したセンサモジュールである。圧力センサチップと端子板に搭載されたＩＣチップはそれぞれ、樹脂成型体内部の別の空間に分けて搭載されている。特許文献１では、外部電極と接続するための端子がモジュールの相対する両側に形成されている。したがって、特許文献１では、被計測対象側の接続電極に該モジュール専用の電極を設ける必要があるため、被計測対象への接続は容易ではない。
さらに特許文献１では、圧力センサチップと回路部とをそれぞれ、樹脂成型体の別の空間に搭載し、２つの空間に異なる材質の封入樹脂を充填することにより、回路を保護している。特許文献１では、２つの空間を仕切る境界壁という、電気的に機能しない部位を有しているため、センサ構造が複雑であり、小型化が難しい。さらに特許文献１では、圧力センサチップを接着剤を用いて樹脂成型体へ取り付けているため、弾性変形および塑性変形を生じ易く、高精度な測定は難しい。
Further, in
特許文献２では、半導体チップと台座との接合に低融点ガラスを用いることにより、接合部の塑性変形を防ぎ、特性変化を抑制する。しかし、特許文献２は、力学量検出装置単体の構成のみを開示しており、自動車または建設機械に適用するためのアッセンブリは開示されていない。特許文献２の技術を自動車などの技術分野に適用する場合は、力学量検出装置に電気回路を接続する必要があり、作業工数および製造コストが増加する。さらに、特許文献２では、半導体チップを、被測定対象に合わせて、ガラス層で接合する必要があり、設計および製造の手間、取付けの手間がかかる。
In
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化できるようにした半導体センサモジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor sensor module that can be miniaturized.
上記課題を解決するべく、本発明に従う半導体センサモジュールは、薄板状の金属部材と、金属部材に接続される半導体素子と、配線が形成され、金属部材に接続される樹脂構造体とを備え、半導体素子は、ひずみを計測する素子であり、金属部材はダイヤフラムである。 In order to solve the above problems, a semiconductor sensor module according to the present invention includes a thin plate-shaped metal member, a semiconductor element connected to the metal member, and a resin structure in which wiring is formed and connected to the metal member. The semiconductor element is an element for measuring strain, and the metal member is a diaphragm.
本発明によれば、ひずみを計測する半導体素子が接続されたダイヤフラムと、配線が形成された樹脂構造体であってダイヤフラムに接続される樹脂構造体とを備える半導体センサモジュールを得ることができ、小型化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor sensor module including a diaphragm to which a semiconductor element for measuring strain is connected and a resin structure in which wiring is formed and connected to the diaphragm. It is possible to reduce the size.
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、ひずみを計測する半導体素子４は、ダイヤフラムとなる薄板状の金属部材３にあらかじめガラス接合されている。金属部材３にあらかじめガラス接合された半導体素子４は、あらかじめ配線が形成された樹脂構造体２に取り付けられることにより、半導体センサモジュール１を構成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the semiconductor element 4 for measuring strain is glass-bonded to the thin plate-
樹脂構造体２は、立体的な樹脂成型体に電気回路が形成されたいわゆる成形回路部品（Molded Interconnect Device）として構成することができる。樹脂構造体２には、配線２４が形成されており、配線２４には回路素子５が実装される。回路素子５は、例えば、ノイズフィルタ、サージキラー等の保護素子である。回路素子５として、信号増幅素子等を含んでもよい。半導体素子４内に、増幅回路または信号成形回路などの制御回路４１を含んでもよい。
The
本実施形態に係る半導体センサモジュールでは、ひずみを検出するダイヤフラムにガラス接合された半導体素子が、配線の形成された樹脂構造体に機械的にかつ電気的に接続されるため、一体型の半導体センサモジュールとして構成される。 In the semiconductor sensor module according to the present embodiment, since the semiconductor element glass-bonded to the diaphragm for detecting strain is mechanically and electrically connected to the resin structure in which the wiring is formed, it is an integrated semiconductor sensor. It is configured as a module.
したがって、本実施形態によれば、例えば、被測定対象の或る領域に半導体素子を接合し、被測定対象の他の領域に回路基板を取り付け、それら半導体素子と回路基板とをワイヤなどで接続する必要はない。本実施形態では、一体型の半導体センサモジュールとして構成されるため、被測定対象に簡単に取り付けることができる。したがって、本実施形態によれば、被測定対象に合わせて半導体素子、回路基板、配線を個別に設計して製作したり、取り付けたりする手間がかからない。 Therefore, according to the present embodiment, for example, a semiconductor element is bonded to a certain region to be measured, a circuit board is attached to another region to be measured, and the semiconductor element and the circuit board are connected by a wire or the like. do not have to. In the present embodiment, since it is configured as an integrated semiconductor sensor module, it can be easily attached to the object to be measured. Therefore, according to the present embodiment, it is not necessary to individually design, manufacture, or attach the semiconductor element, the circuit board, and the wiring according to the object to be measured.
以上述べた通り、半導体ひずみセンサは、半導体素子と、圧力を受けるための受圧部（ダイヤフラム）とを備える。さらに、半導体素子へのノイズの入出力を除去するための保護回路や半導体素子で検出した信号を処理する回路を備える場合もある。従来、これらの回路は回路基板を用いて形成し、半導体素子とは別体としている。 As described above, the semiconductor strain sensor includes a semiconductor element and a pressure receiving unit (diaphragm) for receiving pressure. Further, a protection circuit for removing the input / output of noise to the semiconductor element and a circuit for processing the signal detected by the semiconductor element may be provided. Conventionally, these circuits are formed by using a circuit board and are separate from the semiconductor element.
半導体素子と回路基板とが別体の場合、両者を合わせたセンサ全体のサイズを小型化するのは容易でない。特に、医療機器やウエアラブルデバイスでは、被測定対象は非常に小さい場合が多い。自動車でも、ごく狭いスペースで計測する需要が拡大している。 When the semiconductor element and the circuit board are separate bodies, it is not easy to reduce the size of the entire sensor including both. In particular, in medical devices and wearable devices, the object to be measured is often very small. Even in automobiles, the demand for measuring in a very small space is increasing.
さらに、半導体素子と回路基板とが別体であることから、被測定対象への搭載が難しくなる。なぜなら、半導体素子を被測定対象へ接合するプロセスと、回路基板を被測定対象へ搭載するプロセスと、半導体素子と回路基板とを電気的に接続するプロセスと、外部電極と回路基板とを電気的に接続するプロセスなどの、複数のプロセスが必要となるためである。 Further, since the semiconductor element and the circuit board are separate bodies, it becomes difficult to mount them on the object to be measured. This is because the process of joining the semiconductor element to the object to be measured, the process of mounting the circuit board on the object to be measured, the process of electrically connecting the semiconductor element and the circuit board, and the external electrode and the circuit board are electrically connected. This is because multiple processes are required, such as the process of connecting to.
さらに、半導体素子の被測定対象への接合は、その接合方法によってセンサの特性が変化するため、慎重に検討する必要がある。例えば、電子部品の接合に広く用いられているはんだ（Ｓｎ３Ｓｇ０．５Ｃｕ）の場合、はんだ自体が塑性変形（クリープ）を生じるため、センサの特性が変化してしまう。ガラス接合は塑性変形を生じないが、ガラス接合は数百℃での焼結が必要となる。したがって、被測定対象の材質などによってはガラス接合を使用できない場合がある。 Further, the bonding of the semiconductor element to the object to be measured needs to be carefully examined because the characteristics of the sensor change depending on the bonding method. For example, in the case of solder (Sn3Sg0.5Cu) widely used for joining electronic components, the solder itself undergoes plastic deformation (creep), so that the characteristics of the sensor change. Glass bonding does not cause plastic deformation, but glass bonding requires sintering at several hundred degrees Celsius. Therefore, depending on the material to be measured, the glass joint may not be used.
そこで、本実施形態では、半導体素子４と保護回路等の周辺回路５とを一体化することにより、半導体素子とは別体の回路基板を不要とし、小型化された半導体センサモジュール１を実現する。
Therefore, in the present embodiment, by integrating the semiconductor element 4 and the
さらに本実施形態の半導体センサモジュール１は、上述の通り、薄板状の金属部材３を被測定対象に貼り付けるだけで歪を計測できるため、被測定対象の製品に半導体素子および周辺回路基板をそれぞれ個別で搭載しなければならないセンサに比べて、搭載性を大幅に改善できる。
Further, as described above, the
さらに本実施形態の半導体センサモジュール１は、外部配線との接続機能を持つ入出力端子を形成したカバー８を備えることもできる。このカバーにより、半導体素子４と配線２４と配線に搭載する素子５とを外部環境から保護することができると共に、外部配線へ容易に接続することができる。
Further, the
本実施形態の半導体センサモジュールは、ひずみを計測するひずみセンサモジュールとして構成することができ、例えば自動車、建設機械、医療機器、工場内の製造設備、ウェアラブル機器など種々の製品へ適用可能である。 The semiconductor sensor module of the present embodiment can be configured as a strain sensor module for measuring strain, and can be applied to various products such as automobiles, construction machines, medical equipment, manufacturing equipment in factories, and wearable equipment.
本実施形態の半導体センサモジュールは、ひずみ計測用の半導体素子、ダイヤフラム、保護回路、入出力端子が一体化されて小型化されているため、同一の半導体センサモジュールを種々の製品へ一つ以上適用することが可能であり、製品毎にセンサの設計を行う必要が無い。 Since the semiconductor sensor module of the present embodiment is miniaturized by integrating the semiconductor element for strain measurement, the diaphragm, the protection circuit, and the input / output terminal, one or more of the same semiconductor sensor module is applied to various products. It is possible to do so, and there is no need to design a sensor for each product.
なお、本実施形態に係る半導体センサモジュール構造は、圧力、トルク、引張り、せん断力と幅広い物理量の変化を計測するセンサモジュールとして利用可能である。以下、本実施形態に係る半導体センサモジュール１を詳細に説明する。
The semiconductor sensor module structure according to the present embodiment can be used as a sensor module for measuring changes in pressure, torque, tension, shearing force and a wide range of physical quantities. Hereinafter, the
図１〜図６を用いて実施例を説明する。図１は、半導体センサモジュール１の全体構造を示す斜視図である。
Examples will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. 1 is a perspective view showing the overall structure of the
半導体センサモジュール１は、例えば、電気回路の形成された筒状の樹脂構造体２と、薄板状の金属部材３にガラス接合された半導体４とを備える。金属部材３は、接着等の固定手段を用いることにより、樹脂成型体２の底面側に機械的に接続されている。半導体素子４は、樹脂成型体２の内部に位置して、樹脂成型体２に形成された電気回路とボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されている。
The
樹脂構造体２は、例えばＭＩＤ（Molded Interconnect Device）のように構成されており、楕円筒状の壁部２１と、壁部２１の底面側（一方の開口部側）を一部施蓋して形成された回路形成部２２と、壁部２１の底面側に設けられた取付穴２３とを備える。
The
樹脂構造体２の表面には、壁部２１の上面から壁部２１の内周面を介して回路形成部２２まで、複数の配線２４（１），２４（２），２４（３）が形成されており、回路形成部２２には配線２４（１），２４（２），２４（３）上に「電子部品」としての複数のチップ部品５が実装されている。チップ部品５は、例えば、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップビーズなどとして構成される。チップ部品５により、ノイズを除去する保護回路が樹脂構造体２内に形成される。
A plurality of wirings 24 (1), 24 (2), and 24 (3) are formed on the surface of the
なお、半導体素子４の検出信号を外部電極へ送るに際して必要な回路の少なくとも一部を、半導体素子４の内部にあらかじめ形成することもできる。半導体素子４が内部回路４１を備えることにより、半導体センサモジュール１の部品点数を削減でき、製造コストを低減することができ、信頼性も向上する。
It should be noted that at least a part of the circuit necessary for sending the detection signal of the semiconductor element 4 to the external electrode can be formed in advance inside the semiconductor element 4. Since the semiconductor element 4 includes the
樹脂構造体２の配線２４（１），２４（２），２４（３）には、壁部２１の上面において、配線２４（１），２４（２），２４（３）を貫通して壁部２１に侵入するようにして、孔２５（１），２５（２），２５（３）が形成されている。これら孔２５（１），２５（２），２５（３）は、外部電極（不図示）へ信号を引き出すための入出力端子（メス端子）としての役割を持つ。
Wiring 24 (1), 24 (2), 24 (3) of the
なお、以下では、同種の構成を区別しない場合、参照符号からかっこ付きの数字を外して呼ぶことがある。すなわち、例えば配線２４（１），２４（２），２４（３）を配線２４と、孔２５（１），２５（２），２５（３）を孔２５と、略記する場合がある。
In the following, when the same type of configuration is not distinguished, the numbers in parentheses may be removed from the reference code. That is, for example, the wiring 24 (1), 24 (2), 24 (3) may be abbreviated as the
少なくとも一部がダイヤフラムとしての役割を持つ薄板状の金属部材３は、樹脂構造体２の底面側、すなわち回路形成部２２の裏側に位置して壁部２１の下面側に接着などの固定手段により取り付けられている。
The thin plate-shaped
金属部材３の外周側は、壁部２１の外側へはみ出すフランジ部３１となっている。フランジ部３１は、「取り付け用領域」の例であり、被測定対象１００（図６で後述）に溶接または接着などの固定手段を用いて取り付けられる。
The outer peripheral side of the
金属部材３の表面には、例えばガラス接合などの固定手段を用いることにより、半導体素子４が設けられている。薄板状の金属部材３の少なくとも一部の領域は、ダイヤフラムとして機能し、被測定対象の正圧または負圧によりダイヤフラムに生じる歪みを半導体素子４へ伝達する。
A semiconductor element 4 is provided on the surface of the
半導体素子４は、ダイヤフラムに出現した歪みを計測して電気信号に変換する。その電気信号は、ボンディングワイヤ６などの電気的接続部材を介して、回路形成部２２上の配線２４に送られ、配線２４を介してチップ部品５からなる電気回路へ入力される。電気回路により処理された電気信号は、図２で後述するコネクタピン１１を介して、外部電極へ送られる。
The semiconductor element 4 measures the distortion appearing in the diaphragm and converts it into an electric signal. The electric signal is sent to the
図２は、半導体センサモジュール１に入出力用コネクタ１０を取り付ける様子を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state in which the input /
入出力用コネクタ１０は、半導体センサモジュール１へ電力を供給したり、半導体センサモジュール１からの信号を外部電極へ送ったりするコネクタである。入出力用コネクタ１０は、配線２４の孔２５へそれぞれ挿通されるコネクタピン１１と、各コネクタピン１１に接続される配線ケーブル１２とを備える。
The input /
各コネクタピン１１は、導電性ペーストなどの導電性接合材１３を用いて孔２５に取り付けられ、配線２４と電気的に接続される。これにより、半導体素子４は、ボンディングワイヤ６を介して配線２４およびチップ部品５に電気的に接続され、さらに、孔２５と導電性接合材１３およびコネクタピン１１を介して入出力用コネクタ１０に電気的に接続され、さらに配線ケーブル１２を介して外部電極と電気的に接続される。
Each
このように、本実施例では、電気回路（チップ部品５、配線２４、孔２５）の形成された樹脂構造体２と半導体素子４とをそれぞれ薄板状の金属部材３に接合し、さらに樹脂構造体２に入出力用コネクタ１０を取り付けることにより、電気回路（保護回路）と半導体素子４および入出力端子２４，１１とが一体化された半導体センサモジュール１を得ることができる。
As described above, in this embodiment, the
次に、半導体センサモジュール１の製造方法について説明する。まず、樹脂構造体２の製作について述べる。
Next, a method of manufacturing the
所定形状の金型に樹脂を射出して成型することにより、樹脂構造体２の形状を製作することができる。あるいは、樹脂材料を切削加工することにより、樹脂構造体２の形状を製作することができる。さらには、いわゆる３Ｄプリンタを用いることにより、樹脂構造体２の形状を製作してもよい。
The shape of the
樹脂材料は、半導体センサモジュール１の使用方法、使用環境、製作方法などを考慮して適宜選択すればよい。樹脂材料として、例えば耐熱性の高いＬＣＰやＰＡ、多くの分野で使用されているＰＢＴやＰＣ、ＡＢＳなどを使用してもよい。
The resin material may be appropriately selected in consideration of the usage method, usage environment, manufacturing method, etc. of the
次に、樹脂構造体２に配線２４を形成する。樹脂構造体２への配線形成には、例えば、ＬＤＳ（Laser Direct Structuring）法を用いることができる。ＬＤＳ法では、例えば、レーザによって配線パターンを形成し、その後、無電解めっきあるいは電解めっきにより必要とする厚みの導体を析出させてパターンを形成する。つまり、ＭＩＤのＬＤＳ工法であるが、この場合は、ＭＩＤ専用の樹脂材料を使用する。
Next, the
レーザを用いる配線形成法に代えて、金型を用いて配線が不要な箇所をマスキングし、触媒を付与することにより配線を形成し、その後所定の厚みとなるようめっきを施す方法を採用してもよい。つまりＭＩＤのＳＫＷ法である。 Instead of the wiring formation method using a laser, a method is adopted in which a mold is used to mask the parts that do not require wiring, a catalyst is applied to form the wiring, and then plating is performed to a predetermined thickness. May be good. That is, it is the SKW method of MID.
以上述べた以外の方法で樹脂構造体２に配線２４を形成してもよい。図３は、製造方法を問わずに製作される樹脂構造体２の斜視図である。図３の樹脂構造体２には、チップ部品５は実装されておらず、半導体素子４および金属部材３も取り付けられていない。
The
次に、配線２４上にチップ部品５を実装する。図３に示す樹脂構造体２の配線２４上に導電性接合材（不図示）を塗布し、その上にチップ部品５を搭載して硬化させる。導電性接合材は、例えば、樹脂構造体２の材料の耐熱性と他部材の特性とを考慮するなどして、選定する。例えば、鉛フリーはんだまたは銀ペーストのような導電性接合材を使用することができる。鉛フリーはんだを用いる場合、その樹脂材が高耐熱材料であるＬＣＰ樹脂であっても、リフローのピーク温度はそれ程高くない温度２３０℃〜２４０℃とすることが望ましい。
Next, the
次に、半導体素子４を薄板状の金属部材３に接合する。図４は、半導体センサモジュール１を長手方向の軸に沿ってカットした断面図である。
Next, the semiconductor element 4 is joined to the thin plate-shaped
半導体素子４と金属部材３の接合には、ガラス材料の接合材７を用いる。接合材７は、ガラス接合のための材料であり、例えば焼結温度が４００℃以下の低融点ガラスが用いられる。ガラス接合部は、クリープのような塑性変形を生じることがないため、半導体センサモジュール１の特性変化を抑制することができる。一方、高い性能が求められないアプリケーションへ適用する場合は、接合材７として、接合プロセスが容易な金属接合材または接着剤を用いることができる。
A glass
続いて、半導体素子４がガラス接合された薄板状の金属部材３に、樹脂構造体２を接合する。詳しくは、樹脂構造体２２の取付穴２３内に半導体素子４が収まるように位置決めして、金属部材３と樹脂構造体２とを接合させる。
Subsequently, the
ここで、ダイヤフラム（金属部材３）には、被測定対象から圧力以外の力学的な力ができるだけ加わらないことが望ましい。よって、薄板状の金属部材３と樹脂構造体２の接合には、例えば接着剤を使用する。
Here, it is desirable that a mechanical force other than pressure is not applied to the diaphragm (metal member 3) from the object to be measured as much as possible. Therefore, for joining the thin plate-shaped
図５は、樹脂構造体２の下面図である。樹脂構造体２の下面の外周側には、接着剤を塗布するための溝２４が形成されている。この溝２４に接着剤を塗布して金属部材３と接合させることにより、溝２４以外の領域へ接着剤がはみ出すのを防止できる。なお、樹脂構造体２と金属部材３とは、接着剤以外の方法、例えば化学的接合方法または物理的接合方法などを用いることにより、接合することもできる。接合方法は、半導体センサモジュール１の適用されるアプリケーションに応じて選択すればよい。
FIG. 5 is a bottom view of the
図４に戻り、薄板状の金属部材３の外周側には、樹脂構造体２の外部へはみ出す外周部３１が形成されている。外周部３１は、「取り付け用領域」の例である。
Returning to FIG. 4, an outer
樹脂構造体２と接合されていない外周部３１を利用して、半導体センサモジュール１を被測定対象へ取り付ける。例えば、外周部３１をレーザ溶接またはスポット溶接等の接合方法により、被測定対象へ接合する。
The
なお、薄板状の金属部材３は、先に述べたようにダイヤフラムとしての役割を持つ。よって、薄板状の金属部材３の厚みは、所定の厚み寸法以下であることが望ましい。所定の厚み寸法は、数ミリ（例えば３ｍｍ）程度に設定することができる。
The thin plate-shaped
ここまでの工程により、薄板状の金属部材３に半導体素子４と保護回路の形成された樹脂構造体２とが搭載されて一体化された、半導体センサモジュール１が得られる。その後、半導体素子４および保護回路の上面に封止用のゲル（不図示）を塗布する。これにより、半導体素子４および保護回路を外部環境から保護することができる。
Through the steps up to this point, the
最後に配線を引き出す。樹脂構造体２に形成された入出力端子の孔２５に入出力用コネクタ１０のコネクタピン１１を挿入し、孔２５とコネクタピン１１とを導電性接合材１３により電気的に接続する。導電性接合材には、例えば鉛フリーはんだ等を用いることができる。以上の工程により、本実施例の半導体センサモジュール１が得られる。
Finally pull out the wiring. The
図６を用いて、本実施例の半導体センサモジュール１の効果を説明する。図６（１）は、半導体センサモジュール１を被測定対象１００に取り付けた様子を示す。本実施例の半導体センサモジュール１は、上述の通り、半導体素子４と保護回路（チップ部品５）とダイヤフラム３とをあらかじめ一体化して形成されており、全体のサイズを小型化することができる。したがって、自動車のブレーキキャリパなどの被測定対象１００に半導体センサモジュール１を容易に取り付けることができる。すなわち、半導体センサモジュール１は小さいため、被測定対象１００の表面の空いた領域に取り付けることができる。図６（１）では、複数の半導体センサモジュール１（１），１（２）を被測定対象１００に取り付けている。
The effect of the
図６（２）は、本実施例に係る半導体センサモジュール１の比較例となるセンサの取り付け例を示す。比較例のセンサは、保護回路、半導体素子、入出力端子はそれぞれ別体となっている。したがって、被測定対象１００に半導体素子１１１をガラス接合により取り付け、保護回路の実装された回路基板１１２も同様に被測定対象１００に取り付け、さらに半導体素子１１１と回路基板１１２とをリード線１１３で接続する必要がある。
FIG. 6 (2) shows an example of mounting a sensor as a comparative example of the
このように比較例の場合は、保護回路、半導体素子、入出力端子などを被測定対象１００に個別に搭載する必要があり、それぞれに製造プロセス、製造時間、接合材料等が必要となる。さらに、被測定対象の形状、種類あるいは材料が異なると、そのたびに半導体素子、保護回路、入出力端子などを設計する必要があり、製造コストが増大する。 As described above, in the case of the comparative example, it is necessary to individually mount the protection circuit, the semiconductor element, the input / output terminal, and the like on the object to be measured 100, and a manufacturing process, a manufacturing time, a bonding material, and the like are required for each. Further, if the shape, type or material of the object to be measured is different, it is necessary to design a semiconductor element, a protection circuit, an input / output terminal, etc. each time, which increases the manufacturing cost.
比較例に対して、本実施例の半導体センサモジュール１では、半導体素子、保護回路、入出力端子が一体化されているため、被測定対象へ容易に取り付けることができる。例えば、比較例のセンサでは、３つ以上必要であった接合プロセスが、本実施例の半導体センサモジュール１では一つで済む。
In contrast to the comparative example, in the
さらに、本実施例の半導体センサモジュール１は、半導体素子、保護回路、入出力端子を一体としているため、全体サイズを小型化することができる。小型化された半導体センサモジュール１は、狭い場所にも取り付けることができ、搭載位置の選択肢が広がり、使い勝手が向上する。
Further, since the
さらに、本実施例の半導体センサモジュール１は、上述のように小型モジュールとして構成されるため、様々な種類の被測定対象への適用することができる。したがって、適用アプリケーション毎に半導体センサモジュール１を設計する必要がなく、一種類の半導体センサモジュール１を種々のアプリケーションへ適用でき、コストの低減と使い勝手の向上とを実現することができる。
Further, since the
本実施例の半導体センサモジュール１では、樹脂構造体２を楕円筒状に形成するため、応力による変形への耐性を高めることができ、半導体センサモジュール１の信頼性を向上させることができる。
In the
図７を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例では、第１実施例との相違を中心に述べる。本実施例では、樹脂構造体２の開口部を施蓋するカバー８の構成例を説明する。ここでの開口部とは、樹脂構造体２の開口部のうち金属部材３が取り付けられていない方の開口部である。
The second embodiment will be described with reference to FIG. 7. In each of the following examples including this embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described. In this embodiment, a configuration example of the
カバー８は、第１実施例で述べた半導体センサモジュール１に用いられるものであり、半導体センサモジュール１を外部環境から保護する保護機能のほかに、入出力用コネクタとしての機能も併せ持つ。
The
カバー８の下面の所定位置には、孔２５に対応するコネクタピン８１がそれぞれ設けられている。図７では、コネクタピン８１が２つだけ見えているが、実際には孔２５の数に応じて、３つのコネクタピン８１がカバー８の下面に設けられる。そして、各コネクタピン８１には、配線ケーブル８２が接続されている。これにより、半導体素子４の信号は、チップ部品５、配線２４、孔２５、コネクタピン８１、配線ケーブル８２を介して、外部電極へ送られる。
Connector pins 81 corresponding to the
各コネクタピン８１は、例えば、プレスフィットピンとして形成される。各コネクタピン８１を変形させながら孔２５へ圧入すると、コネクタピン８１は孔２５の内部で元の形状に戻ろうとする。コネクタピン８１の復元力により、コネクタピン８１と孔２５の内周面とが接触し、配線２４と電気的に接続される。
Each
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例では、樹脂構造体２の開口部をカバー８で施蓋するため、樹脂構造体２内の半導体素子４およびチップ部品５を保護することができる。さらに、カバー８は、入出力用コネクタとしての機能を備えるため、回路の保護と外部電極への接続とを一度のプロセスで実現することができる。
This embodiment configured in this way also has the same effect as that of the first embodiment. Further, in this embodiment, since the opening of the
さらに、本実施例では、コネクタピン８１をプレスフィットピンとして構成するため、孔２５へ圧入するだけで樹脂構造体２へ取り付けることができる。したがって、本実施例では、接合材を塗布したり、接合材を硬化させたりするプロセスが不要であり、製造コストをより一層低減しつつ性能（回路の保護機能）を向上させることができる。
Further, in this embodiment, since the
図８，図９を用いて第３実施例を説明する。本実施例の半導体センサモジュール１Ａは、角筒状の樹脂構造体２Ａを用いる。図８は、チップ部品５を除いた状態で示す、半導体センサモジュール１Ａの斜視図である。
A third embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. The
本実施例では、角筒状の樹脂構造体２Ａに配線２４Ａを形成し、薄板状の金属部材３Ａに接合する。一方、半導体素子４もガラス接合材等の接合材７を用いて、薄板状の金属部材３Ａに接合する。半導体素子４が取付部２３Ａに収まるようにして、金属部材３Ａは樹脂構造体２Ａへ接合される。上述の通り、回路形成部２２Ａに実装されるチップ部品５は、図８では省略されている。
In this embodiment, the
配線２４Ａには、壁部２１Ａの上面に位置して、孔２５Ａが形成されている。図９は、角筒状の樹脂構造体２Ａの開口部（金属部材３Ａが取り付けられていない側）を施蓋するカバー８Ａの斜視図である。
A
カバー８Ａは、樹脂構造体２Ａの平面形状に合わせて、平面視で矩形状に形成されており、一つの辺には各孔２５Ａに対応するコネクタピン８１Ａが設けられている。コネクタピン８１Ａは、プレスフィットピンとして形成されており、配線ケーブル８２Ａが接続されている。
The
このように構成される本実施例も、各コネクタピン８１Ａが各孔２５Ａに圧入されることにより、半導体素子４と配線ケーブル８２Ａとは電気的に接続されると共に、カバー８Ａによって樹脂構造体２Ａの内部が保護される。第２実施例と同様に、半導体素子４の信号は、配線２４Ａおよびコネクタピン８１Ａなどを介して配線ケーブル８２Ａに伝わり、配線ケーブル８２Ａから外部電極へ送られる。
In this embodiment also configured in this way, the semiconductor element 4 and the
本実施例も第１、第２実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、樹脂構造体２Ａを角筒状に形成するため、製造、保管、輸送などの各段階における取り扱いが容易となり、コスト低減に寄与することができる。
This example also has the same effects as those of the first and second examples. Further, in this embodiment, since the
図１０，図１１を用いて第４実施例を説明する。本実施例の半導体センサモジュール１Ｂでは、カバー８Ｂのコネクタピン８２Ｂの取り付け位置（すなわち配線２４の形成位置）を、樹脂構造体２Ｂの壁部２１Ｂ上面において複数の辺に分散させることにより、取り付け強度を高めている。半導体素子４は金属部材３Ｂにガラス接合７により接合されており、樹脂構造体２Ｂも金属部材３Ｂに取り付けられている。
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. In the semiconductor sensor module 1B of the present embodiment, the attachment strength of the
すなわち、一方の配線２４Ｂ（１），２４Ｂ（３）は、一方の辺に位置して壁部２１Ｂの上面に形成されており、他の配線２４Ｂ（２）は、一方の辺に対向する辺に位置して壁部２１Ｂの上面に形成されている。これにより、平面視では、二等辺三角形の各頂点に配線２４Ｂ（１），２４Ｂ（２），２４Ｂ（３）がそれぞれ位置し、その結果、孔２５Ｂ（１），２５Ｂ（２），２５Ｂ（３）も三角形状に分散してされ、各孔２５Ｂ（１），２５Ｂ（２），２５Ｂ（３）には図１１で後述するコネクタピン８１Ｂ（１），８１Ｂ（２），８２Ｂ（３）が挿入されて取り付けられる。
That is, one
このように、本実施例では、配線２４Ｂを樹脂構造体１Ｂの同一面かつ同一方向に形成するのではなく、相対する側の面にも形成し、それぞれの配線２４Ｂ上に入出力端子（メス）の孔２５Ｂを形成する。
As described above, in this embodiment, the
そして、図１１に示すように、配線２４Ｂおよび孔２５Ｂの形成位置に対応するようにして、カバー８Ｂには、コネクタピン８１Ｂ（１），８１Ｂ（２），８１Ｂ（３）を形成する。
Then, as shown in FIG. 11, the connector pins 81B (1), 81B (2), and 81B (3) are formed on the
コネクタピン８１Ｂ（２）は、コネクタピン８１Ｂ（１），８１Ｂ（３）とは相対する側に形成されているが、複数の配線ケーブル８２Ｂを全て同一面から引き出すために、コネクタピン８１Ｂ（２）から反対のコネクタピン８１Ｂ（１），８１Ｂ（３）側の面まで、カバー８Ｂの裏面に配線８３を形成する。ここで、カバー８Ｂが樹脂構造体である場合、配線８３は例えばＭＩＤ工法により形成することができる。
The
このように構成される本実施例も前記各実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、カバー８Ｂと樹脂構造体２Ｂとが接続される取付位置を、三角形状に配置するため、支持点となる取付位置の形成する面積を増加させることができる。この結果、カバー８Ｂによって樹脂構造体２Ｂを施蓋した場合の機械的かつ電気的な接続性を安定させることができ、信頼性が向上する。なお、図１０，図１１では、３つの取付位置（２４Ｂ，２５Ｂ，８２Ｂ）を三角形状に配置する例を述べたが、これに限らず、４つ以上の取付位置を壁部２１Ｂの上面に分散させて配置してもよい。
This embodiment configured in this way also has the same effects as those of each of the above-described embodiments. Further, in this embodiment, since the mounting positions where the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例に構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、カク実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned examples, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration with the configuration of another embodiment in a certain embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of a certain embodiment. In addition, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of the Kaku embodiment with another configuration.
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。 In addition, each component of the present invention can be arbitrarily selected, and the present invention also includes an invention having the selected configuration. Further, the configurations described in the claims can be combined in addition to the combinations specified in the claims.
１，１Ａ，１Ｂ：半導体センサモジュール、２，２Ａ，２Ｂ：樹脂構造体、３，３Ａ，３Ｂ：薄板状の金属部材、４：半導体素子、５：チップ部品、６：ボンディングワイヤ、７：ガラス接合、８，８Ａ，８Ｂ：カバー、２１，２１Ａ，２１Ｂ：壁部、２２，２２Ａ，２２Ｂ：回路形成部、２３，２３Ａ，２３Ｂ：取付穴、２４，２４Ａ，２４Ｂ：配線、２５，２５Ａ，２５Ｂ：孔、１０：入出力用コネクタ、１１，８１，８１Ａ，８１Ｂ：コネクタピン、１２，８２，８２Ａ，８２Ｂ：配線ケーブル、１００：被測定対象 1,1A, 1B: Semiconductor sensor module, 2,2A, 2B: Resin structure, 3,3A, 3B: Thin plate-shaped metal member, 4: Semiconductor element, 5: Chip component, 6: Bonding wire, 7: Glass Joining, 8,8A, 8B: Cover, 21,21A, 21B: Wall part, 22,22A, 22B: Circuit forming part, 23,23A, 23B: Mounting hole, 24,24A, 24B: Wiring, 25,25A, 25B: Hole, 10: Input / output connector, 11,81,81A, 81B: Connector pin, 12,82,82A, 82B: Wiring cable, 100: Target to be measured
Claims (12)
前記金属部材に接続される半導体素子と、
配線が形成され、前記金属部材に接続される樹脂構造体と、を備え、
前記半導体素子は、ひずみを計測する素子であり、
前記金属部材はダイヤフラムである、
半導体センサモジュール。 Thin plate-shaped metal members and
A semiconductor element connected to the metal member and
A resin structure in which wiring is formed and connected to the metal member is provided.
The semiconductor element is an element for measuring strain, and is an element for measuring strain.
The metal member is a diaphragm.
Semiconductor sensor module.
前記金属部材と前記半導体素子とは、ガラス接合により接続される、
半導体センサモジュール。 In the semiconductor sensor module according to claim 1,
The metal member and the semiconductor element are connected by a glass bond.
Semiconductor sensor module.
前記配線に搭載される電子部品を備える、
半導体センサモジュール。 In the semiconductor sensor module according to claim 1,
The electronic component mounted on the wiring is provided.
Semiconductor sensor module.
前記電子部品は、保護素子を含む、
半導体センサモジュール。 In the semiconductor sensor module according to claim 3,
The electronic component includes a protective element.
Semiconductor sensor module.
前記樹脂構造体は、前記半導体素子を囲う壁部を備える、
半導体センサモジュール。 In the semiconductor sensor module according to claim 1,
The resin structure includes a wall portion surrounding the semiconductor element.
Semiconductor sensor module.
前記壁部の上面まで前記配線が形成されており、前記上面のうち前記配線が形成されている箇所に、前記配線と導通する孔部が設けられている、
半導体センサモジュール。 In the semiconductor sensor module according to claim 1,
The wiring is formed up to the upper surface of the wall portion, and a hole portion that conducts with the wiring is provided at a portion of the upper surface where the wiring is formed.
Semiconductor sensor module.
前記樹脂構造体の壁部と前記金属部材とは、それぞれ略楕円形状に形成されている、
半導体センサモジュール。 In the semiconductor sensor module according to claim 1,
The wall portion of the resin structure and the metal member are each formed in a substantially elliptical shape.
Semiconductor sensor module.
前記金属部材は、前記樹脂構造体の搭載される領域から外側へはみ出す取り付け用領域を備えており、
前記取り付け用領域に被計測対象が接合される、
半導体センサモジュール。 In the semiconductor sensor module according to claim 1,
The metal member includes a mounting area that protrudes outward from the mounting area of the resin structure.
The object to be measured is joined to the mounting area.
Semiconductor sensor module.
前記樹脂構造体を覆うカバー部材を備える、
半導体センサモジュール。 In the semiconductor sensor module according to claim 1,
A cover member that covers the resin structure is provided.
Semiconductor sensor module.
前記樹脂構造体を覆うカバー部材を備え、
前記カバー部材には、前記孔部に挿通されて前記配線と電気的に接続されるピンが設けられている、
半導体センサモジュール。 In the semiconductor sensor module according to claim 6,
A cover member for covering the resin structure is provided.
The cover member is provided with a pin that is inserted into the hole and electrically connected to the wiring.
Semiconductor sensor module.
前記孔部は前記壁部の上面に周方向に離間して複数設けられており、
前記カバー部材には、
前記複数の孔部にそれぞれ対応して挿通されるピンと、
前記各ピンのうち少なくともいずれか一つに電気的に接続される配線と、
が設けられている、
半導体センサモジュール。 In the semiconductor sensor module according to claim 10,
A plurality of the holes are provided on the upper surface of the wall portion at intervals in the circumferential direction.
The cover member has
Pins to be inserted corresponding to the plurality of holes and
Wiring that is electrically connected to at least one of the pins,
Is provided,
Semiconductor sensor module.
前記樹脂構造体の壁部の下側には、前記半導体素子が取り付けられる取付穴と、前記取付穴に近接する回路形成部とが形成されており、
前記回路形成部から前記壁部の上面にわたって前記配線が形成されており、
前記取付穴に取り付けられる前記半導体素子と前記回路形成部上の配線とは、電気的接続部材により接続されている、
半導体センサモジュール。 In the semiconductor sensor module according to claim 5,
A mounting hole for mounting the semiconductor element and a circuit forming portion close to the mounting hole are formed on the lower side of the wall portion of the resin structure.
The wiring is formed from the circuit forming portion to the upper surface of the wall portion.
The semiconductor element mounted in the mounting hole and the wiring on the circuit forming portion are connected by an electrical connecting member.
Semiconductor sensor module.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019092960A JP2020187056A (en) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | Semiconductor sensor module |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| JP2020187056A true JP2020187056A (en) | 2020-11-19 |
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Family Applications (1)
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