JP3620185B2 - Semiconductor sensor device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体センサチップおよび半導体素子チップを一体に備えた半導体センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体センサ装置として、例えば、半導体圧力センサ装置においては、半導体圧力センサチップが圧力測定環境下にさらされた状態で、圧力媒体から受ける圧力でダイヤフラム部が変位するように設けられている。半導体圧力センサチップのダイヤフラム部にはピエゾ抵抗効果を有する抵抗体が形成されており、ダイヤフラム部が変位するとこれに応じて抵抗体の抵抗値が変化する。その抵抗値の変化をブリッジ接続した回路の出力端子から電圧信号としてセンサ出力を得て圧力を検出するものである。
【０００３】
このような半導体圧力センサ装置により、例えば、エンジンの吸入空気量を検出するために圧力を測定することに用いられるが、この場合に、圧力媒体としての吸入空気には、排気ガスや排気ガスが冷却されてできる酸性の凝縮水が混在していることが一般的である。そこで、このようにダイヤフラム部を圧力測定環境下にさらす必要があることから、圧力測定媒体からセンサチップを保護するための構成が必要となる。
【０００４】
このような構成のものとして、例えば、図１０に示すような半導体圧力センサ装置がある。この図１０において、ケース１にはコネクタとの接続を行うためのコネクタ部１ａが形成されていると共にセンサモジュール２が実装される実装部１ｂとが形成されている。また、ケース１にはセンサモジュール２とコネクタとを電気的に接続するための複数本のコネクタピン３がインサート成形により設けられている。
【０００５】
ケース１の実装部１ｂは、上下に開口しており、ここにはセンサモジュール２が接着固定されている。センサモジュール２は、セラミック製のプリント基板４の一方の面側には、台座５を介して圧力センサチップ６が接着固定されており、その圧力センサチップ６の電極パッドとプリント基板４に形成された電極部とがボンディングワイヤ７により電気的に接続されている。プリント基板４の他方の面側には、圧力センサチップ６から出力されるセンサ信号を処理するための信号処理回路を設けたＩＣチップ８や他の電子部品９などが実装されている。そして、プリント基板４とケース１のコネクタピン３との間が接続導体１０により電気的に接続されている。
【０００６】
センサモジュール２が実装された状態で、プリント基板４の圧力センサチップ６が搭載された面側には弾性を有する保護用の樹脂１１がコーティングされており、圧力センサチップ６は、樹脂１１を介して圧力測定媒体から圧力を受けるとダイヤフラム部が変位して圧力に応じた検出信号を出力するようになっている。また、プリント基板４の反対側の面にはポッティングにより樹脂１２が充填されており、これによってＩＣチップ８の部分への圧力測定媒体の侵入による特性劣化を防止すると共に、コネクタピン３と接続導体１０との接続部が保護されるように構成している。
【０００７】
そして、本体ケース１のＩＣチップ８が搭載された側にはキャップ１３が接着固定され、圧力センサチップ６が搭載された側には圧力導入口１４ａが形成されたポート１４が接着固定されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記構成のものでは、センサモジュール２の構成として、一方の面に圧力センサチップ６を実装すると共に他方の面にＩＣチップ８等を実装する構成であるから、本体ケース１への実装に手間がかかると共に、ＩＣチップ８が圧力媒体により汚染されるのを防止するためのシール構造も複雑になり、総じて実装組立ての工数が増大することによりコスト高になる不具合がある。
【０００９】
そこで、このような不具合を解消すべく、本発明者らは図１１および図１２に示すような構成のものを考えた。すなわち、このものでは、センサモジュール１５を、導体パターン１６ａを一体に設けた基板１６の一方側の面に圧力センサチップ６およびＩＣチップ８などを実装したものとして構成している。そして、このセンサモジュール１５を本体ケース１７に実装する際には、圧力センサチップ６部分のみを樹脂１１でコーティングして圧力測定時に汚染されないようにして圧力媒体の圧力を伝達可能な構成とし、ＩＣチップ８を含んだ他の部分をポッティング用の樹脂１２でコーティングするようにするために、隔壁部材１８を別途に接着する構成としている。
【００１０】
この場合、ＩＣチップ８を圧力媒体による汚染から保護するためには、耐汚染性の優れた弾性率の高いコーティング用の樹脂１２を設ける必要があり、一方、圧力センサチップ６には圧力伝達をするためにゲル状の柔らかい弾性率をもった樹脂１１をコーティングする必要があり、このために隔壁部材１８を設けることが必須条件となる。
【００１１】
しかしながら、このような構成を想定した場合には、本体ケース１７への実装時にセンサモジュール１５に隔壁部材１８を個々に装着するための作業が必要となるが、位置合わせを行って接着する工程は面倒な作業となり、多大な工数を要することになる。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、隔壁部材などを設ける必要がなく、しかもＩＣチップを汚染物質から保護するための構成を新たな構成を追加することなく得られるようにした半導体センサ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、樹脂パッケージには、半導体センサチップが検知動作が可能となるように露出した状態に設けられると共に、半導体回路チップが樹脂に封入された状態に設けられるので、半導体センサチップと半導体回路チップとを一体に設ける構成としながら、半導体回路チップを汚染から保護するための構成を別途に採用する必要がなくなり、ケースなどに実装するための実装工数を低減することができるようになり、取り扱い上も便利になる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、ケースなどに実装する場合に、半導体センサチップの表面を検出媒体の状態が伝達可能となる状態で保護するようにコーティングすると共に、樹脂パッケージから外部に導出された接続用のリード部を検出媒体の雰囲気から保護するようにコーティングする必要があるときには、樹脂パッケージのセンサマウント部が凹状に形成されているので、樹脂パッケージそのものを分離用の隔壁として利用して上述の異なるコーティングを行うことができるようになり、実装時の組立てコストの低減を図れるようになる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、樹脂パッケージをセンサマウント部の裏面側に対応して凹部を形成した構造としているので、樹脂パッケージを成形する際に、センサマウント部を形成している凹状部と裏面側に形成する凹部との両方により樹脂流れに対する抵抗を受けるようになり、これによって樹脂が一方側にだけ流れることによる内部での気泡残りが防止されて充填性の良い樹脂パッケージを形成することができるようになる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、樹脂パッケージを熱硬化性の樹脂により形成するので、内部に封入している半導体回路チップに対する気密性を高くすることができ、これによって耐汚染性の向上を図って信頼性の高い樹脂パッケージを得ることができるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を半導体圧力センサ装置に適用した場合の第１の実施の形態について図１ないし図５を参照しながら説明する。
図１および図２は本実施の形態の半導体圧力センサ装置２１を示しており、これは、例えば自動車のエンジン制御用としてエンジンの吸入空気量を検出するために用いられるもので、圧力測定範囲は、例えば１０ｋＰａ［ａｂｓ］〜２５０ｋＰａ［ａｂｓ］程度のものである。したがって、圧力媒体である吸入空気には空気だけではなく排気ガスや排気ガスが冷却されてできる酸性の凝縮水等が混じっており、このような半導体圧力センサ装置２１にとっては汚染環境下に配置して使用することになる。
【００１８】
さて、半導体圧力センサ装置２１は、後述するトランスファ成形法により形成した矩形容器状をなす樹脂パッケージ２２の一端面側から３本のターミナル２３を導出した状態に形成されている。これら３本のターミナル２３は、それぞれ電源端子，信号出力端子および接地端子に対応して設けられたものである。樹脂パッケージ２２の内部には、ターミナル２３を含んだリードフレーム２４およびこのリードフレーム２４の半導体回路用リード部２４ａに搭載された半導体回路チップとしてのＩＣチップ２５が封入されている。
【００１９】
リードフレーム２４は、上述した半導体回路用リード部２４ａ，ターミナル２３となる３つの端子リード部２４ｂおよび４つの半導体センサ用リード部２４ｃから構成されている。ＩＣチップ２５は、センサ信号が入力されるとこれを信号処理して検出信号として出力するもので、チップ表面に形成されている７つのボンディングパッドとリードフレーム２４の各部に対してボンディングワイヤ２６により電気的に接続されている。
【００２０】
樹脂パッケージ２２は、ＩＣチップ２５が搭載された側の面に矩形状をなす凹状に形成されたセンサマウント部２７が設けられており、このセンサマウント部２７の底面にはリードフレーム２４のセンサ用リード部２４ｃの一端部側が四隅部に露出されている。また、樹脂パッケージ２２のセンサマウント部２７の裏面側には、凹部として２本の凹状溝部２８が形成されている。この凹状溝部２８は後述するように成形時の樹脂流れに抵抗を与えるように設けられるもので、各凹状溝部２８の両端部にはセンサ用リード部２４ｃの裏面側が露出するように貫通した支持ピン用の孔２８ａが形成されており、成形時に裏面側から挿通される支持ピンによりセンサ用リード部２４ｃが支持されることにより形成されるものである。
【００２１】
このようにして形成されているセンサマウント部２７の中央にはガラス製の台座２９が接着固定され、その上に半導体センサチップとしての圧力センサチップ３０が陽極接合により接着された状態で搭載されている。圧力センサチップ３０は、シリコン基板の中央部にエッチングにより形成した薄肉部をダイヤフラムとして形成したもので、台座２９に接着することにより密閉された空間を圧力基準室３０ａとして用いるようになっている。そして、圧力センサチップ３０のダイヤフラム部にはピエゾ抵抗効果を利用した複数の抵抗体が形成されている。そして、これら複数の抵抗体はブリッジ接続された状態で信号端子および電源端子が４つの電極パッドに接続されている。
【００２２】
この圧力センサチップ３０の四隅の電極パッドとセンサ用リード部２４ｃの露出された部分との間は、ボンディングワイヤ３１によりボンディングされており、圧力センサチップ３０から出力されるセンサ信号はボンディングワイヤ３１，センサ用リード部２４ｃを介してＩＣチップ２５に入力されるようになっている。そして、圧力センサチップ３０のダイヤフラム部は圧力を受けて変位すると、抵抗体がこれに応じてピエゾ抵抗効果によって抵抗値が変化するので、ブリッジ回路の平衡状態が崩れてセンサ信号を出力するようになっている。
【００２３】
このように圧力センサチップ３０が搭載された状態で、圧力センサチップ３０のダイヤフラムの部分およびボンディングワイヤ３１が接続されるセンサ用リード部２４ｃの表面部分には、これらを覆うようにして保護用の樹脂３２がコーティングされている。この樹脂３２は、圧力センサチップ３０による圧力検出動作に支障を来さない程度の硬さのものを用いており、例えば、シリコーン樹脂系のゲル状物などを用いており、その複素弾性率としては、例えば１０３〜１０５Ｐａ程度のものを採用している。また、ボンディングワイヤ３１の表面には、図示はしないが薄くコーティング剤が塗布されており、汚染環境下でも電気的に絶縁状態が保たれるようになっている。
【００２４】
次に、このような半導体圧力センサ２１を実装用のケース３３に搭載した状態での構成について説明する。図３および図４において、ケース３３は、例えばＰＢＴ樹脂により形成されたもので、実装面側が開口された実装部３３ａおよびコネクタ部３３ｂが形成されこれらの間を電気的に接続するための３本のコネクタピン３４がインサート成形されている。
【００２５】
半導体圧力センサ２１はケース３３の実装部３３ａに収容載置されており、３本のターミナル２３とコネクタピン３４との間は溶接により電気的に接続されている。また、半導体圧力センサ２１の樹脂パッケージ２２は、外周部に樹脂注型剤（ポッティングシール剤）３５を用いてポッティング樹脂封止されており、これにより半導体圧力センサ２１がケース３３内に接着固定されている。
【００２６】
この場合、樹脂注型剤３５は、ケース３３内でコネクタピン３４のインサート部を介して負圧を受けたときでも実装部３３ａ内部に気泡が発生せず、しかもＩＣチップ２５が封入された樹脂パッケージ２２が実装部３３ａに強固に接着固定され、且つターミナル２３とコネクタピン３４との溶接部が汚染環境下でも保護できるような硬度および密着度の材質のものを使用する必要がある。このような樹脂注型剤３５としては、例えば、弾性率が１０５〜１０６Ｐａ程度のシリコーン樹脂系のゴムやエポキシ系の樹脂などがある。
【００２７】
上述のようにして半導体圧力センサ２１がケース３３内に収容されると、実装部３３ａの開口部３６に同じくＰＢＴ樹脂製のポート３７が接着固定される。このポート３７には、中央部に筒状をなす圧力伝達孔３８が形成されており、この圧力伝達孔３８を介してケース３３内部の半導体圧力センサ２１に搭載した圧力センサチップ３０に外部の圧力を伝達するようになっている。
【００２８】
次に、半導体圧力センサ２１の樹脂パッケージ２２の成形過程について簡単に説明する。成形時の樹脂流れの状態を縦断面で示す図５において、リードフレーム２４にはＩＣチップ２５がマウントされた状態でボンディングワイヤ２６が接続されている。この状態でリードフレーム２４は、下金型３９の所定部位に載置される。次いで、上金型４０により型を閉じた後、熱硬化性樹脂４１を型内に投入してプランジャ４２を押し込む。
【００２９】
これにより、熱硬化性樹脂４１は、一旦、金型３９，４０の熱によって溶融するとプランジャ４２による圧力でゲート４３を介してキャビティ４４内に流動するようになる。このとき、熱硬化性樹脂４１は、上金型４０の凸部４０ａ（樹脂パッケージ２２のセンサマウント部２７に対応する部分）と下金型３９の凸部３９ａ，３９ｂ（樹脂パッケージ２２の凹状溝部２８に対応する部分）との間が狭くなっていることにより、流れが抵抗を受けて上下共に均一に遅くなる。
【００３０】
これによって、熱硬化性樹脂４１は、キャビティ４４の末端部分まで気泡を残すことなく充填され、キャビティ４４内部の空気はエアベント４５を介して外部に抜けるようになる。そして、このように充填された熱硬化性樹脂４１は、さらに型内で加熱されて硬化し、固化し樹脂パッケージ２２が形成されるようになる。この後、成形物は金型３９，４０から取り出され、ゲート４３部分で切断されて樹脂パッケージ２２を得ることができるようになる。
【００３１】
上記構成の半導体圧力センサ２１では、圧力を検出する場合に次のようにして動作する。すなわち、ポート３７の圧力伝達孔３８を介して圧力媒体である空気が内部に連通しているので、保護用樹脂３２を介して圧力センサチップ３０のダイヤフラムに対して変形応力を与える。ダイヤフラムで受ける変形応力で、ピエゾ抵抗効果により抵抗体の抵抗値が変化し、ブリッジ回路の平衡状態が崩れて電圧出力が得られる。この電圧信号をＩＣチップ２５において信号処理して圧力検出信号を得るようになる。
【００３２】
このような本実施の形態によれば、熱硬化性樹脂４１を用いて成形した樹脂パッケージ２２により、ＩＣチップ２５を封入した状態で圧力センサチップ３０のセンサマウント部２７を設ける構成としたので、ケース３３への実装時にＩＣチップ２５を圧力媒体としての空気による汚染から保護するためのコーティング剤を圧力センサチップ３０とは異なるコーティング剤で保護するための構造を設ける必要がなくなり、組立て性や実装作業が簡単且つ安価に行えると共に、ＩＣチップ２５の封入状態を熱可塑性樹脂などに比べて良好に保持することができるようになる。
【００３３】
また、本実施の形態によれば、樹脂パッケージ２２に圧力センサチップ３０をマウントするためのセンサマウント部２７として凹状に形成したので、ターミナル２３とコネクタピン３４との溶接部を保護する樹脂注型剤３５とを隔てるための部材を別途に設ける必要がなくなり、部品点数を削減すると共に実装工数を低減することができるようになる。
【００３４】
さらに、本実施の形態によれば、樹脂パッケージ２２のセンサマウント部２７の裏面側に対応して２本の凹状溝部２８を設ける構成としたので、トランスファ成形時に熱硬化性樹脂４１の流れを均一にしてキャビティ４４内部に気泡などを残すことなく末端まで充填させることができるようになり、信頼性の高い樹脂パッケージ２２を製作することができるようになる。
【００３５】
図６は本発明の第２の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と異なるところは、樹脂パッケージ２２に代えて、裏面側に広く浅く形成した凹状溝部４６を設けた樹脂パッケージ４７を形成したところである。つまり、凹状溝部４６を、センサマウント部２７の開口寸法とほぼ同じ程度となるように形成したもので、その深さ寸法については、第１の実施の形態のものに比べて肉厚になるように設定することができる。
【００３６】
そして、このような構成によっても、樹脂パッケージ４７をトランスファ成形する際に、センサマウント部２７と裏面側の凹状溝部４６とに熱硬化性樹脂４１を均一に流動させることができ、気泡など残留空気のない状態で樹脂パッケージ４７を成形することができるものである。
【００３７】
図７は本発明の第３の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と異なるところは、樹脂パッケージ２２に代えて、裏面側に狭く深く形成した凹状溝部４８を設けた樹脂パッケージ４９を形成したところであり、これによっても、第２の実施の形態と略同様の作用効果を得ることができる。なお、センサマウント部２７の裏面側の樹脂の厚さ寸法は、圧力センサチップ３０のマウント時に強度が保持できる程度に設定することが好ましい。
【００３８】
図８および図９は本発明の第４の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と異なるところは、樹脂パッケージ２２に代えて樹脂パッケージ５０を設ける構成としたところである。すなわち、樹脂パッケージ５０においては、センサマウント部５１の外周には周壁となるような部分がなく、熱硬化性樹脂はＩＣチップ２５がマウントされた部分に形成されるだけの構成である。
【００３９】
この実施の形態の場合には、圧力センサチップ３０を保護するための樹脂３２をターミナル２３とコネクタピン３４との溶接部にも樹脂注型剤として使用可能な測定環境下での用途に対応するもので、ケース３３に実装する際には、樹脂パッケージ５０の全体が覆われるように保護用の樹脂３２でポッティング樹脂封止されるものである。
【００４０】
このような第４の実施の形態によれば、用途に応じては簡単に保護用の樹脂３２をポッティングにより圧力センサチップ３０部分と樹脂パッケージ５０の外周部分とに同時に充填してポッティング樹脂封止することができるようになる。
【００４１】
本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形また拡張できる。
圧力センサチップ３０を保護する樹脂３２は、センサマウント部２７内全域に渡って充填する構成としても良い。
気体の圧力センサ以外に、水圧センサ，湿度センサ，成分センサ，光センサあるいは加速度センサなど半導体センサチップが検出雰囲気の影響を受ける状態で検出動作を行うようにした半導体センサ装置全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す縦断側面図
【図２】平面図
【図３】本体ケースに実装した状態で示す縦断側面図
【図４】本体ケースのポートを外した状態で示す平面図
【図５】成形時の樹脂の流れる状態を示す縦断側面図
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す図１相当図
【図７】本発明の第３の実施の形態を示す図１相当図
【図８】本発明の第４の実施の形態を示す図３相当図
【図９】同図４相当図
【図１０】従来例を示す図３相当図
【図１１】発明者の想定した従来例を示す図３相当図
【図１２】同図４相当図
【符号の説明】
２１は半導体圧力センサ（半導体センサ装置）、２２は樹脂パッケージ、２３はターミナル、２４はリードフレーム、２４ａは半導体回路用リード部、２４ｂは端子リード部、２４ｃは半導体センサ用リード部、２５はＩＣチップ（半導体回路チップ）、２６はボンディングワイヤ、２７はセンサマウント部、２８は凹状溝部（凹部）、２９は台座、３０は圧力センサチップ（半導体センサチップ）、３１はボンディングワイヤ、３２は保護用樹脂、３３はケース、３３ａは実装部、３３ｂはコネクタ部、３４はコネクタピン、３５は樹脂注型剤、３７はポート、３８は圧力伝達孔、３９は下金型、４０は上金型、４１は熱硬化性樹脂、４２はプランジャ、４３はゲート、４４はキャビティ、４５はエアベント、４６，４８は凹状溝部、４７，４９，５０は樹脂パッケージ、５１はセンサマウント部である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor sensor device integrally including a semiconductor sensor chip and a semiconductor element chip.
[0002]
[Prior art]
As this type of semiconductor sensor device, for example, in a semiconductor pressure sensor device, a diaphragm portion is provided to be displaced by pressure received from a pressure medium in a state where the semiconductor pressure sensor chip is exposed to a pressure measurement environment. . A resistor having a piezoresistive effect is formed on the diaphragm portion of the semiconductor pressure sensor chip, and when the diaphragm portion is displaced, the resistance value of the resistor changes accordingly. A sensor output is obtained as a voltage signal from an output terminal of a circuit in which the change in resistance value is bridge-connected, and pressure is detected.
[0003]
Such a semiconductor pressure sensor device is used, for example, to measure the pressure in order to detect the intake air amount of the engine. In this case, exhaust gas or exhaust gas is contained in the intake air as the pressure medium. In general, acidic condensed water formed by cooling is mixed. Thus, since the diaphragm portion needs to be exposed to the pressure measurement environment in this way, a configuration for protecting the sensor chip from the pressure measurement medium is required.
[0004]
An example of such a configuration is a semiconductor pressure sensor device as shown in FIG. In FIG. 10, the case 1 is formed with a connector portion 1a for connection with a connector and a mounting portion 1b on which the sensor module 2 is mounted. The case 1 is provided with a plurality of connector pins 3 by insert molding for electrically connecting the sensor module 2 and the connector.
[0005]
The mounting portion 1b of the case 1 is opened up and down, and the sensor module 2 is bonded and fixed thereto. In the sensor module 2, a pressure sensor chip 6 is bonded and fixed to one surface side of a ceramic printed board 4 through a pedestal 5. The pressure sensor chip 6 is formed on the electrode pad of the pressure sensor chip 6 and the printed board 4. The electrode part is electrically connected by a bonding wire 7. On the other surface side of the printed circuit board 4, an IC chip 8 provided with a signal processing circuit for processing a sensor signal output from the pressure sensor chip 6, another electronic component 9, and the like are mounted. The printed circuit board 4 and the connector pin 3 of the case 1 are electrically connected by the connection conductor 10.
[0006]
In a state where the sensor module 2 is mounted, the surface of the printed circuit board 4 on which the pressure sensor chip 6 is mounted is coated with a protective resin 11 having elasticity, and the pressure sensor chip 6 passes through the resin 11. When pressure is received from the pressure measuring medium, the diaphragm portion is displaced and a detection signal corresponding to the pressure is output. The opposite surface of the printed circuit board 4 is filled with resin 12 by potting, thereby preventing deterioration of characteristics due to the pressure measurement medium intruding into the IC chip 8 and the connector pins 3 and connecting conductors. 10 is configured to be protected.
[0007]
A cap 13 is bonded and fixed to the side of the main body case 1 on which the IC chip 8 is mounted, and a port 14 having a pressure inlet 14a is bonded and fixed to the side of the pressure sensor chip 6 mounted. .
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above configuration, the sensor module 2 is configured such that the pressure sensor chip 6 is mounted on one surface and the IC chip 8 or the like is mounted on the other surface. In addition to the time and effort, the seal structure for preventing the IC chip 8 from being contaminated by the pressure medium is complicated, and there is a problem that the cost increases due to an increase in the number of steps for mounting and assembly as a whole.
[0009]
Therefore, in order to solve such a problem, the present inventors have considered a configuration as shown in FIG. 11 and FIG. In other words, in this device, the sensor module 15 is configured such that the pressure sensor chip 6 and the IC chip 8 are mounted on one surface of the substrate 16 integrally provided with the conductor pattern 16a. When mounting the sensor module 15 on the main body case 17, only the pressure sensor chip 6 is coated with the resin 11 so that the pressure of the pressure medium can be transmitted so as not to be contaminated during pressure measurement. In order to coat other portions including the chip 8 with the potting resin 12, the partition member 18 is separately bonded.
[0010]
In this case, in order to protect the IC chip 8 from contamination by the pressure medium, it is necessary to provide a coating resin 12 having excellent anti-contamination and high elastic modulus, while pressure is transmitted to the pressure sensor chip 6. For this purpose, it is necessary to coat the resin 11 having a soft elastic modulus in the form of a gel. For this purpose, it is an essential condition to provide the partition member 18.
[0011]
However, when such a configuration is assumed, an operation for individually mounting the partition wall member 18 to the sensor module 15 is required when mounting the main body case 17, but the process of performing alignment and bonding is performed. This is a tedious work and requires a lot of man-hours.
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is not required to provide a partition member or the like, and can be obtained without adding a new configuration for protecting the IC chip from contaminants. An object of the present invention is to provide a semiconductor sensor device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the semiconductor package is provided in an exposed state so that the detection operation can be performed, and the semiconductor circuit chip is provided in a state sealed in the resin. While the sensor chip and the semiconductor circuit chip are integrally provided, it is not necessary to separately adopt a configuration for protecting the semiconductor circuit chip from contamination, and the mounting man-hours for mounting in the case or the like can be reduced. It becomes convenient in handling.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, when mounted on a case or the like, the surface of the semiconductor sensor chip is coated so as to protect the state of the detection medium so that the state of the detection medium can be transmitted, and is led out from the resin package. When it is necessary to coat the connecting lead portion so as to protect it from the atmosphere of the detection medium, since the sensor mount portion of the resin package is formed in a concave shape, the resin package itself is used as a separation partition. Thus, it becomes possible to perform different coatings, and the assembly cost during mounting can be reduced.
[0015]
According to the invention of claim 3, since the resin package has a structure in which the concave portion is formed corresponding to the back side of the sensor mount portion, the concave portion forming the sensor mount portion is formed when the resin package is molded. Resistant to the resin flow is received by both the concave portion formed on the back side, thereby preventing the remaining of bubbles inside due to the resin flowing only to one side and forming a resin package with good filling property Will be able to.
[0016]
According to the invention of claim 4, since the resin package is formed of a thermosetting resin, it is possible to increase the airtightness of the semiconductor circuit chip enclosed therein, thereby improving the contamination resistance. And a highly reliable resin package can be obtained.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment when the present invention is applied to a semiconductor pressure sensor device will be described with reference to FIGS.
1 and 2 show a semiconductor pressure sensor device 21 of the present embodiment, which is used, for example, for detecting the intake air amount of an engine for controlling an automobile engine, and the pressure measurement range is as follows. For example, it is about 10 kPa [abs] to 250 kPa [abs]. Therefore, the intake air, which is a pressure medium, contains not only air but also exhaust gas, acidic condensed water formed by cooling the exhaust gas, and the like. For such a semiconductor pressure sensor device 21, it is disposed in a contaminated environment. Will be used.
[0018]
The semiconductor pressure sensor device 21 is formed in a state in which three terminals 23 are led out from one end surface side of a resin package 22 having a rectangular container shape formed by a transfer molding method described later. These three terminals 23 are provided corresponding to a power supply terminal, a signal output terminal, and a ground terminal, respectively. Inside the resin package 22, a lead frame 24 including a terminal 23 and an IC chip 25 as a semiconductor circuit chip mounted on a semiconductor circuit lead portion 24a of the lead frame 24 are enclosed.
[0019]
The lead frame 24 includes the above-described semiconductor circuit lead portion 24a, three terminal lead portions 24b serving as the terminals 23, and four semiconductor sensor lead portions 24c. When the sensor signal is input, the IC chip 25 processes the signal and outputs it as a detection signal. The bonding chip 26 is used to connect the seven bonding pads formed on the chip surface and each part of the lead frame 24. Electrically connected.
[0020]
The resin package 22 is provided with a sensor mount portion 27 formed in a concave shape having a rectangular shape on the surface on which the IC chip 25 is mounted. The sensor mount portion 27 has a bottom surface for the sensor of the lead frame 24. One end of the lead portion 24c is exposed at the four corners. In addition, two concave grooves 28 are formed as concave portions on the back surface side of the sensor mount portion 27 of the resin package 22. As will be described later, the concave groove portions 28 are provided so as to provide resistance to the resin flow at the time of molding, and support pins that are penetrated so that the back side of the sensor lead portion 24c is exposed at both ends of each concave groove portion 28. Hole 28a is formed, and is formed by supporting the sensor lead 24c by a support pin inserted from the back side during molding.
[0021]
A glass pedestal 29 is bonded and fixed to the center of the sensor mount portion 27 formed in this way, and a pressure sensor chip 30 as a semiconductor sensor chip is mounted on the pedestal 29 by anodic bonding. Yes. The pressure sensor chip 30 is formed by forming a thin portion formed by etching at the center of a silicon substrate as a diaphragm, and a space sealed by bonding to a pedestal 29 is used as the pressure reference chamber 30a. The diaphragm portion of the pressure sensor chip 30 is formed with a plurality of resistors using the piezoresistance effect. The signal terminals and the power supply terminals are connected to the four electrode pads while the plurality of resistors are bridge-connected.
[0022]
The electrode pads at the four corners of the pressure sensor chip 30 and the exposed portions of the sensor lead portions 24c are bonded by bonding wires 31, and the sensor signals output from the pressure sensor chip 30 are the bonding wires 31, The signal is input to the IC chip 25 via the sensor lead 24c. When the diaphragm portion of the pressure sensor chip 30 receives pressure and is displaced, the resistance value of the resistor changes according to the piezoresistive effect, so that the equilibrium state of the bridge circuit is broken and a sensor signal is output. It has become.
[0023]
With the pressure sensor chip 30 mounted in this manner, the diaphragm portion of the pressure sensor chip 30 and the surface portion of the sensor lead portion 24c to which the bonding wire 31 is connected are covered so as to cover them. Resin 32 is coated. The resin 32 has a hardness that does not hinder the pressure detection operation by the pressure sensor chip 30, and uses, for example, a silicone resin-based gel or the like, and has a complex elastic modulus. Employs, for example, about 10 3 to 10 5 Pa. Further, although not shown, a thin coating agent is applied to the surface of the bonding wire 31 so that an electrically insulating state can be maintained even in a contaminated environment.
[0024]
Next, a configuration in a state where such a semiconductor pressure sensor 21 is mounted on a mounting case 33 will be described. 3 and 4, the case 33 is formed of, for example, PBT resin, and a mounting portion 33 a and a connector portion 33 b having an opening on the mounting surface side are formed, and three cases are used to electrically connect between them. The connector pins 34 are insert-molded.
[0025]
The semiconductor pressure sensor 21 is accommodated and mounted on the mounting portion 33a of the case 33, and the three terminals 23 and the connector pins 34 are electrically connected by welding. Further, the resin package 22 of the semiconductor pressure sensor 21 is sealed with potting resin at the outer peripheral portion by using a resin casting agent (potting sealant) 35, whereby the semiconductor pressure sensor 21 is bonded and fixed in the case 33. ing.
[0026]
In this case, the resin casting agent 35 is a resin in which bubbles are not generated in the mounting portion 33a even when a negative pressure is applied through the insert portion of the connector pin 34 in the case 33, and the IC chip 25 is enclosed. It is necessary to use a material having such a hardness and adhesion that the package 22 is firmly bonded and fixed to the mounting portion 33a and the welded portion between the terminal 23 and the connector pin 34 can be protected even in a contaminated environment. Examples of the resin casting agent 35 include a silicone resin rubber and an epoxy resin having an elastic modulus of about 10 5 to 10 6 Pa.
[0027]
When the semiconductor pressure sensor 21 is accommodated in the case 33 as described above, the port 37 made of PBT resin is also bonded and fixed to the opening 36 of the mounting portion 33a. The port 37 is formed with a cylindrical pressure transmission hole 38 at the center, and an external pressure is applied to the pressure sensor chip 30 mounted on the semiconductor pressure sensor 21 inside the case 33 via the pressure transmission hole 38. To communicate.
[0028]
Next, the molding process of the resin package 22 of the semiconductor pressure sensor 21 will be briefly described. In FIG. 5 which shows the state of the resin flow during molding in a longitudinal section, a bonding wire 26 is connected to the lead frame 24 with the IC chip 25 mounted. In this state, the lead frame 24 is placed on a predetermined portion of the lower mold 39. Next, after closing the mold with the upper mold 40, the thermosetting resin 41 is put into the mold and the plunger 42 is pushed in.
[0029]
Thereby, once the thermosetting resin 41 is melted by the heat of the molds 39 and 40, the thermosetting resin 41 flows into the cavity 44 through the gate 43 by the pressure of the plunger 42. At this time, the thermosetting resin 41 is composed of the convex portion 40a of the upper mold 40 (the portion corresponding to the sensor mount portion 27 of the resin package 22) and the convex portions 39a and 39b of the lower mold 39 (the concave groove portion of the resin package 22). 28), the flow is subjected to resistance, and the upper and lower sides are uniformly slowed.
[0030]
As a result, the thermosetting resin 41 is filled up to the end portion of the cavity 44 without leaving air bubbles, and the air inside the cavity 44 can escape to the outside through the air vent 45. The thermosetting resin 41 filled in this way is further heated and cured in the mold, and solidifies to form the resin package 22. Thereafter, the molded product is taken out from the molds 39 and 40 and cut at the gate 43 portion so that the resin package 22 can be obtained.
[0031]
The semiconductor pressure sensor 21 configured as described above operates as follows when pressure is detected. That is, since air as a pressure medium communicates with the inside through the pressure transmission hole 38 of the port 37, a deformation stress is applied to the diaphragm of the pressure sensor chip 30 through the protective resin 32. Due to the deformation stress received by the diaphragm, the resistance value of the resistor changes due to the piezoresistive effect, and the equilibrium state of the bridge circuit is broken to obtain voltage output. This voltage signal is processed in the IC chip 25 to obtain a pressure detection signal.
[0032]
According to this embodiment, since the sensor mount 27 of the pressure sensor chip 30 is provided with the IC chip 25 enclosed by the resin package 22 formed using the thermosetting resin 41, There is no need to provide a structure for protecting the coating agent for protecting the IC chip 25 from air contamination as a pressure medium with a coating agent different from the pressure sensor chip 30 when mounting on the case 33. The operation can be performed easily and inexpensively, and the encapsulated state of the IC chip 25 can be better maintained as compared with a thermoplastic resin or the like.
[0033]
In addition, according to the present embodiment, since the sensor mount portion 27 for mounting the pressure sensor chip 30 on the resin package 22 is formed in a concave shape, the resin casting for protecting the welded portion between the terminal 23 and the connector pin 34 is performed. There is no need to separately provide a member for separating the agent 35, so that the number of parts can be reduced and the number of mounting steps can be reduced.
[0034]
Furthermore, according to the present embodiment, since the two concave groove portions 28 are provided corresponding to the back surface side of the sensor mount portion 27 of the resin package 22, the flow of the thermosetting resin 41 is uniform during transfer molding. Thus, it becomes possible to fill the cavity 44 to the end without leaving bubbles or the like, and it is possible to manufacture the resin package 22 with high reliability.
[0035]
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a resin package provided with a recessed groove 46 formed wide and shallow on the back side in place of the resin package 22. 47 is formed. That is, the concave groove 46 is formed so as to be approximately the same as the opening dimension of the sensor mount 27, and the depth dimension thereof is thicker than that of the first embodiment. Can be set to
[0036]
Even with such a configuration, when the resin package 47 is transfer molded, the thermosetting resin 41 can flow uniformly in the sensor mount portion 27 and the concave groove portion 46 on the back surface side, and residual air such as bubbles can be obtained. The resin package 47 can be molded in a state without any defects.
[0037]
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the resin package is provided with a recessed groove 48 formed narrow and deep on the back side instead of the resin package 22. 49 is formed, and this can also provide substantially the same operational effects as those of the second embodiment. In addition, it is preferable to set the thickness dimension of the resin on the back surface side of the sensor mount portion 27 so that the strength can be maintained when the pressure sensor chip 30 is mounted.
[0038]
FIGS. 8 and 9 show a fourth embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a resin package 50 is provided instead of the resin package 22. That is, in the resin package 50, there is no portion that becomes a peripheral wall on the outer periphery of the sensor mount portion 51, and the thermosetting resin is only formed on the portion where the IC chip 25 is mounted.
[0039]
In the case of this embodiment, the resin 32 for protecting the pressure sensor chip 30 can be used as a resin casting agent in a welded portion between the terminal 23 and the connector pin 34 in a measurement environment. Therefore, when mounting on the case 33, potting resin sealing is performed with a protective resin 32 so that the entire resin package 50 is covered.
[0040]
According to such a fourth embodiment, the resin 32 for protection is easily potted according to the application, and the potting resin sealing is performed by simultaneously filling the pressure sensor chip 30 portion and the outer peripheral portion of the resin package 50 by potting. Will be able to.
[0041]
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
The resin 32 that protects the pressure sensor chip 30 may be filled throughout the sensor mount 27.
In addition to the gas pressure sensor, the semiconductor sensor device such as a water pressure sensor, a humidity sensor, a component sensor, an optical sensor, or an acceleration sensor can be applied to all semiconductor sensor devices that perform a detection operation in a state affected by the detection atmosphere. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view. FIG. 3 is a longitudinal side view showing a state in which it is mounted on a main body case. FIG. 5 is a longitudinal side view showing a state of resin flow during molding. FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a third view of the present invention. FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 3 illustrating the fourth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 4. FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 3 showing a conventional example assumed by the inventor. FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG.
21 is a semiconductor pressure sensor (semiconductor sensor device), 22 is a resin package, 23 is a terminal, 24 is a lead frame, 24a is a semiconductor circuit lead, 24b is a terminal lead, 24c is a semiconductor sensor lead, and 25 is an IC. Chip (semiconductor circuit chip), 26 is a bonding wire, 27 is a sensor mount, 28 is a concave groove (concave), 29 is a pedestal, 30 is a pressure sensor chip (semiconductor sensor chip), 31 is a bonding wire, and 32 is for protection Resin, 33 is a case, 33a is a mounting part, 33b is a connector part, 34 is a connector pin, 35 is a resin casting agent, 37 is a port, 38 is a pressure transmission hole, 39 is a lower mold, 40 is an upper mold, 41 is a thermosetting resin, 42 is a plunger, 43 is a gate, 44 is a cavity, 45 is an air vent, 46 and 48 are concave grooves, 47 49 and 50 the resin package, 51 is a sensor mount portion.

Claims (4)

検出環境の状態を検出してセンサ信号を出力する半導体センサチップと、
この半導体センサチップから出力されるセンサ信号を演算処理して検出信号を生成する半導体回路チップと、
前記半導体センサチップに対応した半導体センサ用リード部および前記半導体回路チップに対応した半導体回路用リード部を有するリードフレームと、
このリードフレームに前記半導体回路チップをマウントすると共に電気的に接続した状態で且つ前記センサ用リード部を露出させてセンサマウント部を形成するように樹脂成形された樹脂パッケージとを備え、
前記半導体センサチップは、前記樹脂パッケージに形成されたセンサマウント部にマウントされると共に、前記リードフレームの半導体センサ用リード部に電気的に接続された状態に設けられ、
前記半導体回路チップは、前記リードフレームと共に前記樹脂パッケージに封入されていることを特徴とする半導体センサ装置。A semiconductor sensor chip that detects the state of the detection environment and outputs a sensor signal;
A semiconductor circuit chip that generates a detection signal by processing the sensor signal output from the semiconductor sensor chip;
A lead frame having a semiconductor sensor lead corresponding to the semiconductor sensor chip and a semiconductor circuit lead corresponding to the semiconductor circuit chip;
A resin package molded with a resin so as to form the sensor mount by exposing the sensor lead and mounting the semiconductor circuit chip on the lead frame and electrically connecting the chip;
The semiconductor sensor chip is mounted on a sensor mount portion formed in the resin package, and is provided in a state of being electrically connected to a lead portion for a semiconductor sensor of the lead frame ,
The semiconductor sensor device , wherein the semiconductor circuit chip is enclosed in the resin package together with the lead frame . 前記樹脂パッケージは、前記センサマウント部の周囲を樹脂により取り囲むようにした凹状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体センサ装置。The semiconductor sensor device according to claim 1, wherein the resin package is formed in a concave shape so as to surround the sensor mount portion with resin. 前記樹脂パッケージは、前記センサマウント部の裏面側に対応して凹部が形成されており、その凹部は成形時に樹脂の流れに抵抗を与えるように設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体センサ装置。The resin package has a concave portion corresponding to the back side of the sensor mount portion, and the concave portion is provided so as to provide resistance to the flow of the resin during molding. 3. The semiconductor sensor device according to 2. 前記樹脂パッケージは、熱硬化性樹脂を用いて成形されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体センサ装置。The semiconductor sensor device according to claim 1, wherein the resin package is molded using a thermosetting resin.
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