JP5023792B2 - 半導体圧力センサ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体圧力センサチップと回路チップを有する半導体圧力センサ装置に関する。
従来、ケースの凹部に半導体圧力センサチップと回路チップが搭載され、これらのチップの周囲が封止材により封止された半導体圧力センサ装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３０４６１９号公報
本発明者が試作した半導体圧力センサ装置の概略平面構成を図５（ａ）に示す。また、図５（ａ）中のＡ−Ａ線の沿った概略断面構成を図５（ｂ）に示す。
図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、半導体圧力センサ装置Ｓ１は、ケース１０に半導体圧力センサチップ２０と回路チップ３０とが搭載され、２種類の封止材６０、６１により２層で封止されている。また、ケース１０の凹部１１の底部には、回路チップ３０の搭載面を高くするための突起部１２が形成されており、回路チップ３０はこの突起部１２の上面に固着されている。また、半導体圧力センサチップ２０は、突起部１２の近傍のケースの底面に固着されている。回路チップ３０と半導体圧力センサチップ２０の上面の高さは同一となっており、回路チップ３０と半導体圧力センサチップ２０との間はボンディングワイヤ５０によって接続されている。そして、ケース１０の凹部１１内には、センサ内部発生する気泡を抑制するための第１の封止材６０と、保護のための第２の封止材６１とが二層に充填されている。なお、第１の封止材６０は、ヤング率が比較的高い材料或いはゴム材料のもので構成さており比較的高い粘性を有している。
このような半導体圧力センサ装置Ｓ１では、図５（ｂ）に示されるように回路チップ３０が搭載される突起部１２の端部と半導体圧力センサチップ２０との隙間が狭くなっているため、その隙間に比較的高い粘性を有する第１の封止材が十分に回り込むまでに時間がかかるといった問題があった。
本発明は上記問題に鑑みたもので、封止材の充填に要する時間を短縮することを目的とする。
本発明の第１の特徴は、ケース（１０）に搭載された半導体圧力センサチップ（２０）および回路チップ（３０）を有し、ケースの底部には回路チップの搭載面を高くするための突起部（１２）が形成されており、回路チップは突起部の上面に固着され、回路チップと半導体圧力センサチップの間は、ボンディングワイヤを用いて接続され、半導体圧力センサチップは突起部の近傍のケースの底面に固着され、半導体圧力センサチップおよび回路チップの周囲が気泡の発生を抑制するための第１の封止材（６０）で封止され、ボンディングワイヤの周囲が第２の封止材（６１）で封止される半導体圧力センサ装置であって、突起部の半導体圧力センサチップ側の端部に沿って突起部の上面に第１の封止材の流れ性を向上させるための溝部（１２ａ）が形成されていることである。
このような構成では、突起部の上面に形成された溝部に沿って封止材が流れ易くなり、突起部の端部と半導体圧力センサチップとの間隔が狭くなっていても、第１の封止材が突起部と半導体圧力センサチップの間に位置する溝部に比較的速く溜まるので、封止材の充填に要する時間を短縮することができる。
また、本発明の第２の特徴は、溝部の断面がＶ字形状となっていることである。
このように、溝部の断面をＶ字形状とすることができる。
また、本発明の第３の特徴は、溝部の断面が矩形形状となっていることである。
このように、溝部の断面を矩形形状とすることができる。
また、本発明の第４の特徴は、溝部の断面が半円形状となっていることである。
このように、溝部の断面を半円形状とすることができる。
また、本発明の第５の特徴は、ケース（１０）は、樹脂製またはセラミック製であることである。
このように、ケースは、樹脂製またはセラミック製とすることができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサ装置の概略平面構成を図１（ａ）に示す。また、図１（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面構成を図１（ｂ）に示す。本半導体圧力センサ装置Ｓ１は、ケース１０、半導体圧力センサチップ２０および回路チップ３０を備えている。
ケース１０は、例えば樹脂で成型されたものであり、凹部１１を有し、この凹部１１に半導体圧力センサチップ２０および回路チップ３０が収納される。
ケース１０の凹部１１の底面には、回路チップ３０の搭載面を高くするための突起部１２が形成されており、該突起部１２の上面に回路チップ３０が搭載され、該突起部１２の近傍の凹部１１の底面に半導体圧力センサチップ２０が搭載されている。この突起部１２により、回路チップ３０と半導体圧力センサチップ２０の上面の高さが同一となっている。そして、回路チップ３０の上面に形成されたパッドと半導体圧力センサチップ２０の上面に形成されたパッド（いずれも図示せず）との間はボンディングワイヤ５０によって接続されている。
なお、突起部１２の上面は、回路チップ３０の搭載時の位置ずれを考慮して、回路チップ３０の搭載面よりも大きな形状となっている。また、回路チップ３０および半導体圧力センサチップ２０は、それぞれ接着剤（図示せず）によりケース１０の凹部１１に接着されている。
また、本実施形態の半導体圧力センサ装置Ｓ１は、突起部１２の半導体圧力センサチップ２０側の端部に沿って突起部１２の上面に第１の封止材６０の流れ性を向上させるための溝部１２ａが形成されている。この溝部１２ａの断面は、Ｖ字形状となっている。
半導体圧力センサチップ２０は、圧力を検出してその圧力に応じたレベルの電気信号を発生するものであり、ピエゾ抵抗効果を利用したものである。本実施形態では、半導体圧力センサチップ２０は、圧力に応じたレベルの電気信号として電圧を検出する感圧素子を備えている。このような半導体圧力センサチップ２０は、歪み部としてのダイヤフラムを有し、このダイヤフラムに拡散抵抗などにより形成されたブリッジ回路（ゲージ回路）などを備えた構成となっている。
回路チップ３０は、半導体圧力センサチップ２０に対する駆動信号の出力や外部への検出用信号の出力、半導体圧力センサチップ２０からの電気信号に対し増幅等の処理を行う。このような回路チップ３０は、例えばシリコン基板等に対してＣＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等が半導体プロセスで形成されたものであり、ＩＣチップや一般的なフリップチップ等で構成されたものである。
ケース１０には、外部と接続されるターミナル４０がインサート成形されている。このターミナル４０と半導体圧力センサチップ２０の上面に形成されたパッドとの間およびターミナル４０と回路チップ３０の上面に形成されたパッドとの間は、それぞれボンディングワイヤ５０にて接続されている。
さらに、ケース１０の凹部１１内には、第１、第２の封止材６０、６１が充填され、これらの封止材６０、６１により２層保護構造をなしている。
第１の封止材６０は、ターミナル１１とケース１０との界面等からの気泡の発生を抑制するために高弾性率を持ち且つ耐薬品性を有する材料からなるものにできる。例えば、フッ素系のゴム材料などを採用することができる。
第２の封止材６１は、半導体圧力センサチップ２０、回路チップ３０およびボンディングワイヤ５０へ応力を与えないような低弾性率を持ち且つ耐薬品性を有する材料からなるものにできる。例えば、フッ素系のゲル材料やフロロシリコーンゲルなどを採用することができる。
次に、本半導体圧力センサ装置Ｓ１の製造方法について説明する。まず、ターミナル４０がインサート成形されたケース１０を用意する。
そして、ケース１０の凹部１１の底面に半導体圧力センサチップ２０を接着剤を介して搭載固定するとともに、凹部１１に形成された突起部１２の上面に回路チップ３０を接着剤を介して搭載固定し、半導体圧力センサチップ２０と回路チップ３０との間でワイヤボンディングを行い、両者２０、３０間をボンディングワイヤ５０により結線する。また、半導体圧力センサチップ２０とターミナル４０との間および回路チップ３０とターミナル４０との間についても同様に、ワイヤボンディングを行いボンディングワイヤ５０により結線する。
次に、ケース１０の凹部１１内に比較的粘性の高い第１の封止材６０を注入する。封止材６０の注入は、複数のノズルを用いて行う。例えば、図１（ａ）に示される４箇所の充填部Ｂに各ノズルを配置して同時に封止材６０を注入する。
このとき、凹部１１の底面に位置するノズルから流れ出る第１の封止材６０は、凹部１１の底面にて半導体圧力センサチップ２０の周囲に徐々に広がり、突起部１２の端面と半導体圧力センサチップ２０との隙間に回り込む。
一方、突起部１２の上面に位置するノズルから流れ出る第１の封止材６０は、突起部１２の上面にて徐々に周囲に広がり、その一部が突起部１２の上面に形成された溝部１２ａに入り込むと、この溝部１２ａに沿う方向に比較的速く広がる。そして、溝部１２ａから溢れたものは凹部１１の底面側に流れ落ちて突起部１２の端面と半導体圧力センサチップ２０との隙間に入り込む。
このようにして、第１の封止材６０を、回路チップ３０と半導体圧力センサチップ２０の上面より若干低い位置まで真空充填させた後、第１の封止材６０の上から第２の封止材６１を真空充填する。この第２の封止材６１についても、第１の封止材６０と同様に複数のノズルを用いて行う。そして、第２の封止材６１が、図１（ｂ）に示される位置まで充填されると、第２の封止材６１の充填を終了する。その後、加熱硬化させ、本実施形態の圧力センサＳ１が完成する。
上記した構成によれば、突起部の上面に形成された溝部に沿って封止材が流れ易くなり、封止材が突起部と半導体圧力センサチップとの間に速く回り込むので、封止材の充填に要する時間を短縮することができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサ装置の概略平面構成を図２（ａ）に示す。また、図２（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面構成を図２（ｂ）に示す。上記実施形態では、図１（ｂ）に示されたように、突起部１２の半導体圧力センサチップ２０側の端部に沿って、突起部１２の上面に封止材６０の流れ性を向上させるための溝部が形成された例を示したが、本実施形態では、図２（ｂ）に示されるように、突起部１２の半導体圧力センサチップ２０側の端面と上面とのなす角部１２ｂが直線状に面取りされたテーパ面取り形状となっている。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分を中心に説明する。
本実施形態における第１の封止材６０の注入は、第１実施形態と同様に、４つのノズルを、図２（ａ）に示される４箇所の充填部Ｂに配置して同時に行う。
このとき、凹部１１の底面に位置するノズルから流れ出る第１の封止材６０は、凹部１１の底面にて半導体圧力センサチップ２０の周囲に徐々に広がり、突起部１２の端面と半導体圧力センサチップ２０との隙間に回り込む。
一方、突起部１２の上面に位置するノズルから流れ出る第１の封止材６０は、突起部１２の上面にて徐々に周囲に広がり、その一部が直線状に面取りされた角部１２ｂに到達すると、この角部１２ｂから比較的速く凹部１１の底面側に流れ込み突起部１２の端面と半導体圧力センサチップ２０との隙間に入り込む。
このようにして、第１の封止材６０を、回路チップ３０と半導体圧力センサチップ２０の上面より若干低い位置まで真空充填させた後、第１の封止材６０の上から第２の封止材６１を真空充填した後、加熱硬化させ、本実施形態の圧力センサＳ１が完成する。
上記した構成によれば、突起部の半導体圧力センサチップ側の端面と上面とのなす角部が直線状に面取りされ丸め処理された形状となっているので、封止材が突起部と半導体圧力センサチップとの間に速く回り込み、封止材の充填に要する時間を短縮することができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る半導体圧力センサ装置の概略平面構成を図３（ａ）に示す。また、図３（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面構成を図３（ｂ）に示す。本実施形態では、凹部１１に形成された突起部１２の一部が、突起部１２の半導体圧力センサチップ２０側の端面と直交する方向に、半導体圧力センサチップ２０の端面に沿って突出している。
本実施形態における第１の封止材６０の注入は、第１実施形態と同様に、４つのノズルを、図３（ａ）に示される４箇所の充填部Ｂに配置して同時に行う。
このとき、凹部１１の底面に位置するノズルから流れ出る第１の封止材６０は、凹部１１の底面にて半導体圧力センサチップ２０の周囲に徐々に広がり、突起部１２の端面と半導体圧力センサチップ２０との隙間に回り込む。
一方、突起部１２の上面に位置するノズルから流れ出る第１の封止材６０は、突起部１２の上面にて徐々に周囲に広がり、第１の封止材６０の一部が突起部１２の半導体圧力センサチップ２０側の端面と直交する方向に突出した部分から凹部１１の底面側に流れ落ちて突起部１２の端面と半導体圧力センサチップ２０との隙間に入り込む。
このようにして、第１の封止材６０を、回路チップ３０と半導体圧力センサチップ２０の上面より若干低い位置まで真空充填させた後、第１の封止材６０の上から第２の封止材６１を真空充填した後、加熱硬化させ、本実施形態の圧力センサＳ１が完成する。
上記した構成によれば、突起部の一部が突起部の半導体圧力センサチップ側の端面と直交する方向に、半導体圧力センサチップの端面に沿って突出しているので、封止材が突起部の半導体圧力センサチップの端面に沿って突出した部位の上面から突起部と半導体圧力センサチップの間に流れ落ちて突起部と半導体圧力センサチップの間に速く回り込むので、封止材の充填に要する時間を短縮することができる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る半導体圧力センサ装置の概略平面構成を図４（ａ）に示す。また、図４（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面構成を図４（ｂ）に示す。本実施形態では、突起部１２の半導体圧力センサチップ２０側の端面と半導体圧力センサチップ２０との間へ封止材６０が流れ込むようにするためのＶ字形状の傾斜部１３がケース１０の底部に形成されている。すなわち、突起部１２の半導体圧力センサチップ２０側の端面と直交する方向にＶ字形状の谷が位置するように傾斜部１３が形成されている。
本実施形態における第１の封止材６０の注入は、第１実施形態と同様に、４つのノズルを、図４（ａ）に示される４箇所の充填部Ｂに配置して同時に行う。
このとき、凹部１１の底面に位置するノズルから流れ出る第１の封止材６０は、凹部１１の底面にて半導体圧力センサチップ２０の周囲に徐々に広がり、突起部１２の端面と半導体圧力センサチップ２０との隙間に回り込む。
一方、傾斜部１３の上面に位置するノズルから流れ出る第１の封止材６０は、傾斜部１３の傾斜に沿って流れ、突起部１２の端面と半導体圧力センサチップ２０との隙間に回り込む。このように、第１の封止材６０は、まず、突起部１２の端面と半導体圧力センサチップ２０との隙間に入り込み、ケース１０内に充填される。
このようにして、第１の封止材６０を、回路チップ３０と半導体圧力センサチップ２０の上面より若干低い位置まで真空充填させた後、第１の封止材６０の上から第２の封止材６１を真空充填した後、加熱硬化させ、本実施形態の圧力センサＳ１が完成する。
上記した構成によれば、突起部の半導体圧力センサチップ側の端面と半導体圧力センサチップとの間へ封止材が流れ込むようにするための傾斜部がケースの底部に形成されているので、封止材が突起部と半導体圧力センサチップの間に速く回り込み、封止材の充填に要する時間を短縮することができる。
（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、突起部１２の上面に形成された溝部１２ａの断面がＶ字形状をなす例を示したが、例えば、溝部１２ａの断面を矩形形状、半円形状としてもよい。
また、上記第２実施形態では、突起部１２の半導体圧力センサチップ２０側の端面と上面とのなす角部を直線状に面取りした形状とした例を示したが、例えば、円弧状に面取りした形状としてもよい。
また、上記第２実施形態では、突起部１２の半導体圧力センサチップ２０側の端面と上面とのなす角部１２ｂを直線状に面取りした形状として、第１の封止材６０の流れ性を向上させる例を示したが、この角部１２ｂに多段の段差を設けて、この段差を第１の封止材６０が突起部１２の上面から流れ落ちるようにして第１の封止材６０の流れ性を向上させるようにしてもよい。
また、上記第３実施形態では、突起部１２の一部が、突起部１２の半導体圧力センサチップ２０側の端面と直交する方向に、半導体圧力センサチップ２０の端面に沿って突出した形状となっている例を示したが、例えば、この突出した形状となっている部位を、突出した方向に沿って低くなるように傾斜させて、第１の封止材６０の流れ性を向上させるようにしてもよい。
また、第３実施形態では、突起部１２の一部が、突起部１２の半導体圧力センサチップ２０側の端面と直交する方向に、半導体圧力センサチップ２０の端面に沿って突出した形状となっている例を示したが、例えば、突出した形状となっている部位に、突出した方向に沿って低くなるように段差を設けて、第１の封止材６０の流れ性を向上させるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、樹脂製のケースを用いた例を示したが、例えば、セラミック製のケースを用いてもよい。
（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサ装置の概略平面構成を示す図、（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサ装置の概略平面構成を示す図、（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の第３実施形態に係る半導体圧力センサ装置の概略平面構成を示す図、（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の第４実施形態に係る半導体圧力センサ装置の概略平面構成を示す図、（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面構成を示す図である。 課題を説明するための図である。
符号の説明
Ｓ１…半導体圧力センサ装置、１０…ケース、１１…凹部、１２…突起部、
１２ａ…溝部、１２ｂ…角部、２０…半導体圧力センサチップ、３０…回路チップ、
４０…ターミナル、５０…ボンディングワイヤ。

Claims (5)

  1. ケース（１０）に搭載された半導体圧力センサチップ（２０）および回路チップ（３０）を有し、
    前記ケースの底部には前記回路チップの搭載面を高くするための突起部（１２）が形成されており、
    前記回路チップは前記突起部の上面に固着され、前記半導体圧力センサチップは前記突起部の近傍の前記ケースの底面に固着され、
    前記回路チップと前記半導体圧力センサチップの間は、ボンディングワイヤを用いて接続され、
    前記半導体圧力センサチップおよび前記回路チップの周囲が気泡の発生を抑制するための第１の封止材（６０）で封止され、前記ボンディングワイヤの周囲が第２の封止材（６１）で封止される半導体圧力センサ装置であって、
    前記突起部の前記半導体圧力センサチップ側の端部に沿って前記突起部の上面に前記第１の封止材の流れ性を向上させるための溝部（１２ａ）が形成されていることを特徴とする半導体圧力センサ装置。
  2. 前記溝部の断面は、Ｖ字形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。
  3. 前記溝部の断面は、矩形形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。
  4. 前記溝部の断面は、半円形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。
  5. 前記ケース（１０）は、樹脂製またはセラミック製であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体圧力センサ装置。
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