JP4362949B2

JP4362949B2 - Semiconductor pressure sensor device

Info

Publication number: JP4362949B2
Application number: JP2000167361A
Authority: JP
Inventors: 啓二堀場; 之啓加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2020-06-05
Also published as: JP2001343298A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出するための半導体圧力センサチップを樹脂パッケージにマウントして構成される半導体圧力センサ装置に関するものである。なお、本発明の半導体圧力センサ装置は、例えば、自動車用エンジンの吸気負圧を測定するためのセンサ装置、或いは自動車の煤煙用フィルタの詰まり具合を検出すべく該フィルタ前後の圧力差を検出するためのセンサ装置として用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、特開平１１−３０４６１９号公報の半導体圧力センサ装置が知られている。同公報の装置では、樹脂パッケージに凹部が形成され、その凹部内に半導体圧力センサチップがマウントされる。また、樹脂パッケージには導体部がインサート成形され、その導体部がボンディングワイヤを介して半導体圧力センサチップに電気的に接続される。そしてその状態で、導体部及びその周辺部は、電気的な絶縁性を有し且つヤング率が比較的高いもの（樹脂材料或いはゴム材料）として構成された第１の保護部材によって覆われる。また、第１の保護部材は、半導体圧力センサチップのセンシング部を露出させた状態で設けられ、これらセンシング部及び第１の保護部材は、電気的な絶縁性を有し且つヤング率が比較的低いもの（ゲル状物質）として構成された第２の保護部材によって覆われる。
【０００３】
かかる場合、第１及び第２の保護部材から成る２層構造により、樹脂パッケージと導体部との間に生ずる空隙や導体部周囲の界面部分などに空気が閉じ込められた状態となる場合にも、その部分を覆う第１の保護部材が高ヤング率の材料から構成されるために、圧力検出時において上記空隙や界面部分などから気泡が発生する事態が抑制できる。これにより、半導体圧力センサ装置の動作信頼性を向上させるようにしていた。
【０００４】
また、上記センサ装置では、低ヤング率のゲル状物質により半導体圧力センサのセンシング部分を覆うことで、外部からの水、オイル、煤等に対し半導体圧力センサが影響を受けにくい構造となっていた。
【０００５】
しかしながら、上記の半導体圧力センサ装置を自動車に搭載することを考えると、その使用環境が過酷になるため、以下のような問題が生ずる。例えば、上記のセンサ装置を吸気負圧測定用の圧力センサとして用いる場合、ＥＧＲ等により多量な水や煤等が吸気管に導入されるため、その水や煤等がセンシング部分のゲル状物質に完全に覆い被さると、正常な圧力を検出することができなくなる。
【０００６】
また一方で、経済性の観点から保護部材の必要量を考えると、凹部の容積は小さい方が望ましく、上記の従来構成では、導体部やボンディングワイヤなどでの気泡発生を抑制するのに十分なだけの領域で凹部の開口面積を決めていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、経済性を考慮しつつ、汚れに対する耐量を向上させてひいては圧力を正しく検出することができる半導体圧力センサ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の半導体圧力センサ装置では、樹脂パッケージの第１の凹部には半導体圧力センサチップが配設され、該センサチップは、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する。また、樹脂パッケージの第１の凹部には、第１の凹部が設けられた面とは反対側の面に設けられた第２の凹部と同第１の凹部とを連通する貫通孔を塞ぐように半導体圧力センサチップをマウントした状態で、当該第１及び第２の凹部内に電気的な絶縁性を有する保護部材が設けられ、それにより半導体圧力センサチップが保護される。
【０００９】
特に本発明では、第１の凹部の底部の貫通孔の周囲にある開口面積が比較的小さい狭開口部には、半導体チップのセンシング部を露出させた状態で、電気的な絶縁性を有し且つヤング率の高い第１の保護部材が設けられると共に、その狭開口部よりも入り口側に設けられた開口面積が比較的大きい広開口部には、半導体圧力センサチップのセンシング部及び第１の保護部材を覆うようにして、電気的な絶縁性を有し且つヤング率の低い第２の保護部材が設けられており、狭開口部を設けたことにより第１の保護部材の充填量を必要最小限とする経済的な効果が得られ、広開口部を設けたことにより本センサ装置の汚れ耐量が向上するといった機能的な効果が得られる。すなわち、第１の凹部の入り口付近を拡げたことにより、第２の保護部材の表面に多量な水、煤等が付着したとしてもその水や煤等が保護部材表面で分散され、センシング部近辺の保護部材を完全に覆い塞ぐことが防止される。故に、圧力検出値への悪影響が解消される。その結果、本発明の半導体圧力センサ装置では、経済性を考慮しつつ、汚れに対する耐量を向上させてひいては圧力を正しく検出することができるようになる。
また、第１及び第２の保護部材から成る２層構造により、樹脂パッケージと当該半導体圧力センサ装置を構成する部材との間に生ずる空隙や界面部分などに空気が閉じ込められた状態となる場合にも、圧力検出時に上記空隙や界面部分などから気泡が発生する事態が抑制できる。これにより、半導体圧力センサ装置の動作信頼性が向上する。
しかも、上記構成では、第２の凹部の底部には低ヤング率のゲル状物質にて構成された保護部材が、且つ、第２の凹部の開口側には高ヤング率の樹脂材料或いはゴム材料にて構成された保護部材がそれぞれ設けられており、貫通孔には上記低ヤング率のゲル状物質にて構成された保護部材が充填されている。すなわち、貫通孔とその出口付近に配設される保護部材は低ヤング率のゲル状物質にて構成されており、高ヤング率の物質を用いる場合に比べて温度変化による貫通孔内での体積膨張収縮の影響が軽減される。よって、体積膨張収縮により半導体圧力センサチップが変位して正常な圧力検出値が得られなくなるといった不都合が解消されるようになる。
【００１０】
第１の凹部の構造としては、次の請求項２又は３の如く構成すると良い。つまり、請求項２に記載の発明では、第１の凹部の狭開口部及び広開口部が階段状に設けられ、請求項３に記載の発明では、第１の凹部の狭開口部及び広開口部がテーパ状に連続的に設けられる。
【００１１】
経済性の観点から保護部材の必要量を規定するには、請求項４に記載したように、導体部上のボンディングパッド部を最小限含む領域で前記第１の凹部の狭開口部を設けるようにすると良い。またこの場合、その狭開口部を拡げて広開口部を設けると良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、半導体圧力センサ装置を、自動車におけるエンジン吸気負圧測定用の圧力センサ装置に適用した比較例について図面を参照しながら説明する。図１には、半導体圧力センサ装置を要部で切断した状態の縦断面図を示し、図２には、同センサ装置の概略的な平面図を示す。
【００１４】
これら図１及び図２において、樹脂パッケージ１は、例えばフィラーが充填されたエポキシ樹脂より成るものであり、その上面には受圧面側（図の上側）に開口する凹部３が形成されている。そして、この凹部３に、後述する半導体圧力センサチップ２がマウントされている。樹脂パッケージ１には、銅などの導電材料より成る複数本のインサートピン４（本発明でいう導体部に相当）がインサート成形により一体的に設けられており、それらインサートピン４のうち所定の４本は、凹部３の底面における四隅部に露出した状態で配置されている。この場合、インサートピン４の各露出部分に金メッキが施されることにより、ボンディングパッド４ａ（図２参照）として機能するように構成されている。
【００１５】
半導体圧力センサチップ（以下、センサチップと略称する）２は、ピエゾ抵抗効果を利用した周知構成のものであり、負圧を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する。また、該センサチップ２は、その上面にセンシング部としてのダイヤフラム２ａ及び図示しない拡散抵抗などを備えた構成となっており、凹部３の底面に例えばフロロシリコーン系の接着剤５を介してダイボンディングされると共に、インサートピン４のボンディングパッド４ａに対し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。
【００１６】
凹部３には、その底部付近において開口面積が比較的小さい狭開口部７が設けられると共に、その狭開口部７よりも入り口側において開口面積が比較的大きい広開口部８が設けられ、その凹部３内には、センサチップ２及びボンディングワイヤ６等の保護、電気的な絶縁性の確保、並びに防食などを図るための絶縁材料製の第１の保護部材９及び第２の保護部材１０が二層に充填されている。なおここで、狭開口部７は、インサートピン４上のボンディングパッド４ａを最小限含む領域で設けられ、その狭開口部７を拡げるようにして広開口部８が設けられる。
【００１７】
より具体的には、狭開口部７と広開口部８とは階段状に２段に設けられ、狭開口部７内に第１の保護部材９が配設され、広開口部８内に第２の保護部材１０が配設されている。
【００１８】
第１及び第２の保護部材９，１０のうち、下層側に配置された第１の保護部材９は、比較的高いヤング率（例えば０．１ＭＰａ以上、望ましくは０．３ＭＰａ以上、この場合は比較的硬いため針入度測定は困難）のフッ素系或いはフロロシリコーン系の樹脂材料若しくはゴム材料により構成されたものであり、センサチップ２のダイヤフラム２ａを露出させた状態で、インサートピン４の凹部３内での露出部分（ボンディングパッド４ａ部分）及びその周辺部、並びにセンサチップ２の下半部（樹脂パッケージ１に対するマウント部分である接着剤５も含む）を共に覆うように設けられている。
【００１９】
また、上層側に配置された第２の保護部材１０は、比較的低いヤング率（例えば針入度１０以上、望ましくは針入度４０以上、この場合は柔らかいため正確なヤング率の測定は困難）のフッ素系或いはフロロシリコーン系のゲル状物質により構成されたものであり、第１の保護部材９並びにセンサチップ２の上半部（ダイヤフラム２ａを含む）をボンディングワイヤ６のセンサチップ接続部分と共に覆うように設けられている。なおこの場合、センシング部であるダイヤフラム２ａはゲル状物質より成る第２の保護部材１０により覆われた状態となっているため、センサチップ２によるセンシング機能が損なわれることはない。
【００２０】
因みに、上記半導体圧力センサ装置ではその製造工程において、樹脂パッケージ１の凹部３にセンサチップ２が接着固定された状態で、ボンディングワイヤ６がセンサチップ２及びボンディングパッド４ａに接合され、その後、真空雰囲気で凹部３（狭開口部７と広開口部８）内に第１及び第２の保護部材９，１０が充填されるようになっている。
【００２１】
上記構成の半導体圧力センサ装置は、図示しないハウジングにより収納された状態で、その凹部３が自動車におけるエンジン吸気路と連通するように配置され、これによりセンサチップ２にて負圧が検出される。樹脂パッケージ１内には、センサチップ２の出力信号を増幅するための増幅回路１１及びその増幅率などの回路定数を調節するためのトリミング回路１２が設けられており、センサチップ２及び増幅回路１１間は図示しないリードフレームなどによって互いに接続されている。
【００２２】
以上詳述した比較例によれば、以下に示す効果が得られる。
樹脂パッケージ１の凹部３において、狭開口部７を設けたことにより第１の保護部材９の体積（充填量）を必要最小限とする経済的な効果が得られ、広開口部８を設けたことにより本センサ装置の汚れ耐量が向上するといった機能的な効果が得られる。すなわち、凹部３の入り口付近を拡げたことにより、第２の保護部材１０の表面に多量な水、煤等が付着したとしてもその水や煤等が保護部材１０表面で分散され、センシング部近辺の第２の保護部材１０を完全に覆い塞ぐことが防止される。故に、圧力検出値への悪影響が解消される。その結果、経済性を考慮しつつ、汚れに対する耐量を向上させてひいては負圧を正しく検出することができる半導体圧力センサ装置が実現できる。
【００２３】
因みに、広開口部８の開口面積と本センサ装置の汚れ耐量とはほぼ比例関係にあり、広開口部８の開口面積を大きくするほどセンサ装置の汚れ耐量が向上する。この場合、設計上実現したい汚れ耐量に基づいて、広開口部８の開口面積を決定するようにしても良い。
【００２４】
各々ヤング率が異なる第１及び第２の保護部材９，１０にて２層構造としたことにより、樹脂パッケージ１とインサートピン４との間に生ずる空隙（一般的にインサート成型後の樹脂収縮に起因して発生する）や、ボンディングパッド４ａ周囲の界面部分などに空気が閉じ込められた状態となる場合にも、センサチップ２による負圧検出時において上記空隙や界面部分などから気泡が発生する事態が抑制できる。また、接着剤５から気泡が発生する事態も未然に防止できる。これにより、気泡の発生に起因して第１及び第２の保護部材９，１０による絶縁保護性能が低下したり、気泡によりボンディングワイヤ６が断線したりするおそれがなくなり、以て半導体圧力センサ装置の動作信頼性が向上する。
【００２５】
更に、第１及び第２の保護部材９，１０が共に、ガソリンや軽油などに対し耐性がある材料のフッ素系或いはフロロシリコーン系の材料により構成されるので、本実施の形態のエンジン吸気負圧測定用の圧力センサ装置のように、ガソリン或いは軽油雰囲気などに晒される状況下にある場合であっても問題なく使用できるようになる。
【００２６】
（実施の形態）
本発明は、車載煤煙用フィルタに付加される差圧センサへの応用が有用であり、本実施の形態ではその概要を説明する。ここで、煤煙用フィルタとは、煤煙排出量の多いディーゼル自動車の排気系に設けられ、排ガス中に含まれるパティキュレート（黒煙微粒子）等を除去するものである。また、差圧センサは、煤煙用フィルタの前後の差圧を検出し、それにより当該フィルタの詰まり具合（捕集具合）をモニタするものである。
【００２７】
図３には、差圧センサの構成の概要を示す。図３において、樹脂パッケージ２１には、図中上下一対のカバー２２，２３が組み付けられ、それにより、上下一対の排ガス室２４，２５が形成されている。一方（図の上側）の排ガス室２４には連通路２６を介して煤煙用フィルタ通過後の排ガスが導入され、他方（図の下側）の排ガス室２５には連通路２７を介して煤煙用フィルタ通過前の排ガスが導入されるようになっている。
【００２８】
また、樹脂パッケージ２１には、図の上側の排ガス室２４側に開口する凹部（便宜上、これを上側凹部という）２８と、図の下側の排ガス室２５側に開口する凹部（便宜上、これを下側凹部という）２９とが形成されており、これら凹部２８，２９は貫通孔３０を介して連通されている。上側凹部２８には、貫通孔３０を塞ぐような状態で半導体圧力センサチップ（センサチップ）３１がマウントされ、接着剤等により固定されている。また、センサチップ３１は、ボンディングワイヤ３２を介してインサートピン３３に電気的に接続されている。
【００２９】
上側凹部２８には、その底部付近において開口面積が比較的小さい狭開口部３４が設けられると共に、入り口付近において開口面積が比較的大きい広開口部３５が設けられている。そして、狭開口部３４内には、高ヤング率の樹脂又はゴム材料から成る第１の保護部材３６が配設され、広開口部３５内には、低ヤング率のゲル状物質から成る第２の保護部材３７が配設されている。ここで、第１の保護部材３６は、センサチップ３１のダイヤフラム３１ａ（センシング部）を露出させた状態でインサートピン３３上のボンディングパッド部を覆うようにして設けられ、第２の保護部材３７は、センサチップ３１のダイヤフラム３１ａ及び第１の保護部材３６を覆うようにして設けられる。
【００３０】
また、下側凹部２９には、保護部材３８及び３９が２層に分けて設けられている。ここで、貫通孔３０とその出口付近に配設される保護部材３８は低ヤング率のゲル状物質にて構成されており、高ヤング率の物質を用いる場合に比べて温度変化による貫通孔３０内での体積膨張収縮の影響が軽減される。故に、体積膨張収縮によりダイヤフラム３１ａが変位して正常な差圧圧力が得られなくなるといった不都合が解消されるようになっている。
【００３１】
一方、図の下側の保護部材３９は、高ヤング率の樹脂材料或いはゴム材料にて構成されており、上側の保護部材３８の下面を完全に覆うように配設される。この場合、上側の保護部材３８（ゲル状物質）が振動してもそれが下側の保護部材３９（樹脂材料或いはゴム材料）で緩和され、圧力検出値への影響が抑制される。なお、貫通孔３０の入り口部分にはテーパ部４０が設けられており、保護部材３８，３９が充填し易くなるように構成されている。
【００３２】
上記構成の差圧センサでは、センサチップ３１上下の排ガス室２４，２５の圧力差により煤煙用フィルタ前後の差圧が測定される。そして、該センサの検出結果に応じて、煤煙用フィルタに捕集したパティキュレート等が燃焼除去されて該フィルタが再生される。
【００３３】
以上詳述した本実施の形態によれば、樹脂パッケージ２１の上側凹部２８において、狭開口部３４と広開口部３５とを２段に設けたことにより、保護部材の体積（充填量）を必要最小限とする経済的な効果と、水や煤等の汚れに対する耐量が向上するといった機能的な効果が共に得られる。それ故、圧力検出値への悪影響が解消され、長期に渡って差圧センサを正しく機能させることが可能となる。また、下側凹部２９についてもその開口面積を拡げたことにより、上側凹部２８と同様に、水や煤等の汚れに対する耐量が向上する。
【００３４】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、樹脂パッケージの第１の凹部の構造として、狭開口部及び広開口部を階段状に２段に設けたが、これを変更する。例えば、第１の凹部の狭開口部及び広開口部をテーパ状に連続的に設けるようにしても良い。
【００３５】
また、上記実施の形態では、第１の凹部の狭開口部には高ヤング率の第１の保護部材を設け、同第１の凹部の広開口部には低ヤング率の第２の保護部材を設けるといった２層構造としたが、これを変更し、第１の凹部の狭開口部及び広開口部内を全て低ヤング率の保護部材としても良い。或いは、第１の保護部材と第２の保護部材との間に、それら保護部材の中間レベルの硬さ（ヤング率）の第３の層が存在する構成としても良い。
【００３６】
過給圧を検出する過給圧用圧力センサに本発明を具体化することも可能である。半導体圧力センサチップとしては、ピエゾ抵抗効果を利用したダイヤフラム形式のものに限らず、静電容量形式の半導体センサチップなど、他の形式のものを利用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例における半導体圧力センサ装置の縦断面図。
【図２】半導体圧力センサ装置の概略的な平面図。
【図３】車載煤煙用フィルタに付加される差圧センサへの応用例を示す断面図。
【符号の説明】
１…樹脂パッケージ、２…センサチップ、３…凹部、４…インサートピン、４ａ…ボンディングパッド、６…ボンディングワイヤ、７…狭開口部、８…広開口部、９…第１の保護部材、１０…第２の保護部材、２１…樹脂パッケージ、２８…上側凹部、３１…センサチップ、３２…ボンディングワイヤ、３３…インサートピン、３４…狭開口部、３５…広開口部、３６…第１の保護部材、３７…第２の保護部材。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor pressure sensor device configured by mounting a semiconductor pressure sensor chip for detecting pressure on a resin package. The semiconductor pressure sensor device of the present invention detects a pressure difference before and after the sensor device for measuring the intake negative pressure of an automobile engine or a filter for a smoke filter of an automobile, for example. Used as a sensor device.
[0002]
[Prior art]
As this type of prior art, a semiconductor pressure sensor device disclosed in JP-A-11-304619 is known. In the apparatus of the publication, a recess is formed in a resin package, and a semiconductor pressure sensor chip is mounted in the recess. In addition, a conductor portion is insert-molded in the resin package, and the conductor portion is electrically connected to the semiconductor pressure sensor chip via a bonding wire. In this state, the conductor portion and its peripheral portion are covered with a first protective member configured as a material (resin material or rubber material) having electrical insulation and a relatively high Young's modulus. The first protective member is provided in a state in which the sensing portion of the semiconductor pressure sensor chip is exposed, and the sensing portion and the first protective member have electrical insulation and a relatively low Young's modulus. Covered by a second protective member configured as a low (gel-like substance).
[0003]
In such a case, even when air is trapped in a gap formed between the resin package and the conductor part, an interface part around the conductor part, or the like due to the two-layer structure including the first and second protective members, Since the first protective member that covers the portion is made of a material having a high Young's modulus, it is possible to suppress the occurrence of bubbles from the voids or the interface portion during pressure detection. Thereby, the operation reliability of the semiconductor pressure sensor device is improved.
[0004]
In the above sensor device, the semiconductor pressure sensor is not easily affected by water, oil, soot and the like from the outside by covering the sensing portion of the semiconductor pressure sensor with a gel material having a low Young's modulus. .
[0005]
However, considering the mounting of the semiconductor pressure sensor device in an automobile, the use environment becomes severe, and the following problems arise. For example, when the above sensor device is used as a pressure sensor for measuring intake negative pressure, a large amount of water or soot is introduced into the intake pipe by EGR or the like. If it is completely covered, normal pressure cannot be detected.
[0006]
On the other hand, considering the necessary amount of the protective member from the viewpoint of economy, it is desirable that the volume of the concave portion is small, and the above-described conventional configuration is sufficient to suppress the generation of bubbles in the conductor portion and the bonding wire. The opening area of the recess was determined only by the area.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor capable of detecting pressure correctly by improving resistance to dirt while considering economy. Is to provide a device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the semiconductor pressure sensor device according to claim 1, a semiconductor pressure sensor chip is disposed in the first recess of the resin package, and the sensor chip detects the pressure and has an electric signal at a level corresponding to the detected value. Is generated. Also, the first recess of the resin package is configured to block a through hole that communicates the second recess provided on the surface opposite to the surface provided with the first recess and the first recess. In the state where the semiconductor pressure sensor chip is mounted, a protective member having electrical insulation is provided in the first and second recesses, thereby protecting the semiconductor pressure sensor chip .
[0009]
In particular, in the present invention, the narrow opening having a relatively small opening area around the through hole at the bottom of the first recess has electrical insulation with the sensing portion of the semiconductor chip exposed. The first protective member having a high Young's modulus is provided, and the wide opening having a relatively large opening area provided on the entrance side of the narrow opening has a sensing portion of the semiconductor pressure sensor chip and the first opening. A second protective member having electrical insulation and a low Young's modulus is provided so as to cover the protective member, and a filling amount of the first protective member is required by providing a narrow opening. An economical effect of minimizing can be obtained, and a functional effect of improving the dirt resistance of the sensor device by providing the wide opening can be obtained. That is, by expanding the vicinity of the entrance of the first recess, even if a large amount of water, soot, or the like adheres to the surface of the second protective member, the water or soot is dispersed on the surface of the protective member, It is prevented that the protective member is completely covered and closed. Therefore, the adverse effect on the pressure detection value is eliminated. As a result, in the semiconductor pressure sensor device of the present invention, it is possible to detect the pressure correctly by improving the resistance to dirt while considering economy.
In addition, when the two-layer structure including the first and second protective members causes air to be trapped in a gap or an interface portion generated between the resin package and the member constituting the semiconductor pressure sensor device. However, it is possible to suppress the occurrence of bubbles from the voids or the interface portion during pressure detection. This improves the operational reliability of the semiconductor pressure sensor device.
Moreover, in the above configuration, a protective member made of a low Young's modulus gel-like substance is provided at the bottom of the second recess, and a high Young's modulus resin material or rubber material is provided on the opening side of the second recess. And the through holes are filled with the protective member made of the low Young's modulus gel material . That is, the protection member that will be disposed near the outlet and the through hole of the low Young's modulus gel is constituted by material in the through hole due to the temperature change as compared with the case of using a material of high Young's modulus The effect of volume expansion and contraction is reduced. Therefore, the inconvenience that the semiconductor pressure sensor chip is displaced by volume expansion and contraction and a normal pressure detection value cannot be obtained can be solved .
[0010]
The structure of the first recess may be configured as in the following second or third aspect. That is, in the invention described in claim 2, the narrow opening and the wide opening of the first recess are provided in a step shape, and in the invention of claim 3, the narrow opening and the wide opening of the first recess. The portion is continuously provided in a tapered shape.
[0011]
In order to define the required amount of the protection member from the viewpoint of economy, the narrow opening of the first recess is provided in the region including the bonding pad portion at the minimum on the conductor portion. It is good to make it. In this case, it is preferable to provide a wide opening by expanding the narrow opening.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a semi-conductor pressure sensor device will be described with reference to the drawings comparative example applied to a pressure sensor device of the engine intake negative pressure measurement in a motor vehicle. FIG. 1 shows a longitudinal cross-sectional view of the semiconductor pressure sensor device cut at a main portion, and FIG. 2 shows a schematic plan view of the sensor device.
[0014]
1 and 2, the resin package 1 is made of, for example, an epoxy resin filled with a filler, and a recess 3 is formed on the upper surface thereof so as to open on the pressure receiving surface side (upper side in the figure). A semiconductor pressure sensor chip 2 to be described later is mounted in the recess 3. The resin package 1 is integrally provided with a plurality of insert pins 4 (corresponding to a conductor portion in the present invention) made of a conductive material such as copper by insert molding. The book is arranged in a state of being exposed at the four corners on the bottom surface of the recess 3. In this case, each exposed portion of the insert pin 4 is plated with gold to function as a bonding pad 4a (see FIG. 2).
[0015]
A semiconductor pressure sensor chip (hereinafter abbreviated as a sensor chip) 2 has a well-known configuration utilizing the piezoresistive effect, detects a negative pressure, and generates an electric signal at a level corresponding to the detected value. The sensor chip 2 includes a diaphragm 2a as a sensing unit and a diffusion resistor (not shown) on its upper surface, and is bonded to the bottom surface of the recess 3 via, for example, a fluorosilicone adhesive 5. At the same time, it is electrically connected to the bonding pad 4 a of the insert pin 4 via the bonding wire 6.
[0016]
The concave portion 3 is provided with a narrow opening portion 7 having a relatively small opening area in the vicinity of the bottom portion thereof, and a wide opening portion 8 having a relatively large opening area on the entrance side of the narrow opening portion 7. 3, there are two first protective members 9 and second protective members 10 made of an insulating material for protecting the sensor chip 2 and the bonding wires 6, ensuring electrical insulation, and preventing corrosion. The layer is filled. Here, the narrow opening 7 is provided in a region including the bonding pad 4 a on the insert pin 4 at a minimum, and the wide opening 8 is provided so as to expand the narrow opening 7.
[0017]
More specifically, the narrow opening 7 and the wide opening 8 are provided in two steps in a stepped manner, the first protective member 9 is disposed in the narrow opening 7, and the first opening in the wide opening 8. Two protective members 10 are provided.
[0018]
Of the first and second protective members 9, 10, the first protective member 9 disposed on the lower layer side has a relatively high Young's modulus (for example, 0.1 MPa or more, preferably 0.3 MPa or more, in this case, It is made of a fluorine-based or fluorosilicone-based resin material or rubber material because it is relatively hard, and the recess of the insert pin 4 is exposed with the diaphragm 2a of the sensor chip 2 exposed. 3 is provided so as to cover both the exposed portion (bonding pad 4a portion) and its peripheral portion in 3 and the lower half portion of sensor chip 2 (including adhesive 5 which is a mount portion for resin package 1).
[0019]
Further, the second protective member 10 disposed on the upper layer side has a relatively low Young's modulus (for example, a penetration of 10 or more, preferably a penetration of 40 or more, in this case, it is soft, so accurate Young's modulus is difficult to measure. ) Or a fluorosilicone gel material, and the first protective member 9 and the upper half of the sensor chip 2 (including the diaphragm 2a) together with the sensor chip connecting portion of the bonding wire 6 It is provided to cover. In this case, since the diaphragm 2a as the sensing unit is covered with the second protective member 10 made of a gel substance, the sensing function of the sensor chip 2 is not impaired.
[0020]
Incidentally, in the manufacturing process of the semiconductor pressure sensor device, the bonding wire 6 is bonded to the sensor chip 2 and the bonding pad 4a in a state where the sensor chip 2 is bonded and fixed to the recess 3 of the resin package 1, and then the vacuum atmosphere is obtained. The first and second protective members 9 and 10 are filled in the recess 3 (the narrow opening 7 and the wide opening 8).
[0021]
The semiconductor pressure sensor device having the above-described configuration is disposed so that the recess 3 communicates with the engine intake passage in the automobile in a state where the semiconductor pressure sensor device is housed in a housing (not shown), and thereby the negative pressure is detected by the sensor chip 2. In the resin package 1, an amplifier circuit 11 for amplifying the output signal of the sensor chip 2 and a trimming circuit 12 for adjusting circuit constants such as an amplification factor thereof are provided, and the sensor chip 2 and the amplifier circuit 11 are provided. The gaps are connected to each other by a lead frame (not shown).
[0022]
According to the comparative example described in detail above, the following effects can be obtained.
By providing the narrow opening 7 in the recess 3 of the resin package 1, the economical effect of minimizing the volume (filling amount) of the first protective member 9 is obtained, and the wide opening 8 is provided. As a result, the functional effect of improving the dirt resistance of the sensor device can be obtained. That is, by expanding the vicinity of the entrance of the recess 3, even if a large amount of water, soot, etc. adheres to the surface of the second protective member 10, the water, soot, etc. are dispersed on the surface of the protective member 10, It is possible to prevent the second protective member 10 from being completely covered and closed. Therefore, the adverse effect on the pressure detection value is eliminated. As a result, it is possible to realize a semiconductor pressure sensor device capable of detecting the negative pressure correctly by improving the resistance to dirt while considering economy.
[0023]
Incidentally, the opening area of the wide opening 8 and the dirt resistance of the sensor device are substantially proportional to each other. The larger the opening area of the wide opening 8, the better the dirt resistance of the sensor device. In this case, the opening area of the wide opening 8 may be determined based on the dirt resistance to be realized in design.
[0024]
By forming a two-layer structure with the first and second protective members 9 and 10 having different Young's moduli, gaps formed between the resin package 1 and the insert pins 4 (generally due to resin shrinkage after insert molding) Even when air is trapped in the interface portion around the bonding pad 4a, bubbles are generated from the gap or the interface portion when the negative pressure is detected by the sensor chip 2. Can be suppressed. In addition, the occurrence of bubbles from the adhesive 5 can be prevented in advance. As a result, there is no possibility that the insulation protection performance by the first and second protection members 9 and 10 will be reduced due to the generation of bubbles, or that the bonding wire 6 may be disconnected due to the bubbles. The operational reliability of the system is improved.
[0025]
Furthermore, since the first and second protective members 9 and 10 are both made of a fluorine-based or fluorosilicone-based material that is resistant to gasoline, light oil, etc., the engine intake negative pressure of the present embodiment Even if it is in a situation where it is exposed to a gasoline or light oil atmosphere or the like, like a pressure sensor device for measurement, it can be used without any problem.
[0026]
(In the form of implementation)
The present invention is useful for application to a differential pressure sensor added to an in-vehicle smoke filter, and an outline thereof will be described in the present embodiment. Here, the soot filter is provided in an exhaust system of a diesel vehicle that emits a large amount of soot, and removes particulates (black smoke particulates) contained in the exhaust gas. The differential pressure sensor detects the differential pressure before and after the smoke filter, thereby monitoring the degree of clogging (collection) of the filter.
[0027]
FIG. 3 shows an outline of the configuration of the differential pressure sensor. In FIG. 3, a pair of upper and lower covers 22 and 23 in the figure are assembled to the resin package 21, thereby forming a pair of upper and lower exhaust gas chambers 24 and 25. The exhaust gas after passing through the smoke filter is introduced into the exhaust gas chamber 24 on one side (upper side in the figure) via the communication path 26, and the exhaust gas chamber 25 is connected to the exhaust gas chamber 25 on the other side (lower side in the figure) via the communication path 27. Exhaust gas before passing through the filter is introduced.
[0028]
Further, the resin package 21 has a recess (for convenience, referred to as an upper recess) 28 opened on the upper exhaust gas chamber 24 side in the figure and a recess (for convenience, this is opened on the lower exhaust gas chamber 25 side in the figure). 29, referred to as a lower concave portion, and these concave portions 28 and 29 are communicated with each other through a through hole 30. A semiconductor pressure sensor chip (sensor chip) 31 is mounted in the upper recess 28 so as to close the through hole 30 and is fixed by an adhesive or the like. Further, the sensor chip 31 is electrically connected to the insert pin 33 via the bonding wire 32.
[0029]
The upper recess 28 is provided with a narrow opening 34 having a relatively small opening area in the vicinity of the bottom, and a wide opening 35 having a relatively large opening area in the vicinity of the entrance. A first protective member 36 made of a resin or rubber material having a high Young's modulus is disposed in the narrow opening 34, and a second material made of a gel material having a low Young's modulus is placed in the wide opening 35. A protective member 37 is provided. Here, the first protection member 36 is provided so as to cover the bonding pad portion on the insert pin 33 in a state where the diaphragm 31a (sensing portion) of the sensor chip 31 is exposed, and the second protection member 37 is provided. The diaphragm 31a and the first protective member 36 of the sensor chip 31 are provided so as to cover them.
[0030]
In the lower recess 29, protective members 38 and 39 are provided in two layers. Here, the through-hole 30 and the protective member 38 disposed in the vicinity of the outlet thereof are made of a gel material having a low Young's modulus, and the through-hole 30 due to a temperature change compared to the case where a material having a high Young's modulus is used. The effect of volume expansion and contraction inside is reduced. Therefore, the inconvenience that the diaphragm 31a is displaced by volume expansion and contraction and a normal differential pressure cannot be obtained is eliminated.
[0031]
On the other hand, the lower protective member 39 is made of a high Young's modulus resin material or rubber material, and is disposed so as to completely cover the lower surface of the upper protective member 38. In this case, even if the upper protective member 38 (gel substance) vibrates, it is relaxed by the lower protective member 39 (resin material or rubber material), and the influence on the pressure detection value is suppressed. In addition, the taper part 40 is provided in the entrance part of the through-hole 30, and it is comprised so that the protection members 38 and 39 can be filled easily.
[0032]
In the differential pressure sensor having the above configuration, the differential pressure before and after the smoke filter is measured by the pressure difference between the exhaust gas chambers 24 and 25 above and below the sensor chip 31. Then, according to the detection result of the sensor, the particulates collected in the smoke filter are burned and removed, and the filter is regenerated.
[0033]
According to the embodiment described in detail above, the volume (filling amount) of the protective member is required by providing the narrow opening 34 and the wide opening 35 in the upper recess 28 of the resin package 21 in two stages. Both the economical effect to be minimized and the functional effect to improve the resistance to dirt such as water and straw are obtained. Therefore, the adverse effect on the pressure detection value is eliminated, and the differential pressure sensor can function correctly over a long period of time. Further, by expanding the opening area of the lower concave portion 29, as with the upper concave portion 28, the resistance to dirt such as water and soot is improved.
[0034]
In addition to the above, the present invention can be embodied in the following forms.
In the above embodiment, as the structure of the first recess of the resin package, the narrow opening and the wide opening are provided in two steps in a stepped manner, but this is changed. For example, the narrow opening and the wide opening of the first recess may be continuously provided in a tapered shape.
[0035]
In the above-described embodiment, the first protective member having a high Young's modulus is provided in the narrow opening of the first recess, and the second protective member having a low Young's modulus is provided in the wide opening of the first recess. However, this may be changed so that the narrow opening and the wide opening of the first recess are all used as protective members having a low Young's modulus. Or it is good also as a structure where the 3rd layer of the intermediate | middle level hardness (Young's modulus) of these protective members exists between the 1st protective member and the 2nd protective member.
[0036]
The present invention can be embodied in a pressure sensor for supercharging pressure that detects the supercharging pressure. The semiconductor pressure sensor chip is not limited to the diaphragm type using the piezoresistive effect, and other types such as a capacitance type semiconductor sensor chip may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor pressure sensor device in a comparative example .
FIG. 2 is a schematic plan view of a semiconductor pressure sensor device.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an application example to a differential pressure sensor added to a vehicle-mounted smoke filter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Resin package, 2 ... Sensor chip, 3 ... Recessed part, 4 ... Insert pin, 4a ... Bonding pad, 6 ... Bonding wire, 7 ... Narrow opening part, 8 ... Wide opening part, 9 ... 1st protective member, 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2nd protection member 21 ... Resin package, 28 ... Upper recessed part, 31 ... Sensor chip, 32 ... Bonding wire, 33 ... Insert pin, 34 ... Narrow opening part, 35 ... Wide opening part, 36 ... 1st protection Member, 37... Second protective member.

Claims

A semiconductor pressure sensor chip that detects a pressure and generates an electric signal of a level corresponding to the detected value, a first recess opening on the pressure receiving surface side, and a surface opposite to the surface provided with the first recess. A resin package having a second recess formed in the surface and having a through hole communicating the first recess and the second recess, and the first recess of the resin package includes the through hole. In a semiconductor pressure sensor device in which a semiconductor pressure sensor chip is mounted so as to close the hole and a protective member having electrical insulation is provided in the first and second recesses.
A narrow opening having a small opening area around the through hole at the bottom of the first recess has an electrical insulating property and a Young with the sensing part of the semiconductor pressure sensor chip exposed. A first protective member having a high rate is provided, and the wide opening having a larger opening area provided on the entrance side than the narrow opening covers the sensing portion and the first protective member of the semiconductor pressure sensor chip. In this way, the second protective member having electrical insulation and a low Young's modulus is provided, and the protective member is made of a gel material having a low Young's modulus at the bottom of the second recess. However, a protective member made of a high Young's modulus resin material or rubber material is provided on the opening side of the second recess, and the through hole is made of the low Young's modulus gel substance. configured protective member is filled The semiconductor pressure sensor device, characterized in that there.

The semiconductor pressure sensor device according to claim 1, wherein a narrow opening and a wide opening of the first recess are provided in a step shape.

The semiconductor pressure sensor device according to claim 1, wherein the narrow opening and the wide opening of the first recess are continuously provided in a tapered shape.

The conductor part insert-molded in the resin package is electrically connected to the semiconductor pressure sensor chip with a bonding wire, and the narrow opening of the first recess is provided in the region including the bonding pad part on the conductor part at a minimum. On the other hand, the semiconductor pressure sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein a wide opening is provided by expanding the narrow opening.