JP5175538B2

JP5175538B2 - Waterproof mounting structure of the sensor

Info

Publication number: JP5175538B2
Application number: JP2007324815A
Authority: JP
Inventors: 勝也菊入; 隆幸源川; 清佐藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2027-12-17
Also published as: JP2009145267A

Description

本発明は、機器筐体に圧力センサの防水性を有する実装構造に関する。 The present invention relates to a mounting structure having a waterproof pressure sensor in a device casing.

従来、半導体圧力センサなどのセンサとして、センサチップ２１がシリコン等で形成されたセンサパッケージ１２１に封入され、ゲル樹脂１２４等が充填されて、センサパッケージ単品ではセンサチップ２１に水がかからないパッケージ構造になったものが知られている（図５、図６、特許文献１）。図５に示したセンサチップ２１は、ダイアフラム２３の撓みをピエゾ素子等の抵抗変化として検出し、その抵抗変化を、ピエゾ素子に接続された端子部２２を介して検出する公知の半導体圧力センサである。このセンサチップ２１は、従来は図６に示したようにパッケージングされ、センサパッケージ１２１の状態で使用される。図６において、符号１２３はボンディングワイヤであって、センサチップ２１の端子部２２とセンサパッケージ１２１に設けられた端子部(図示せず）とを接続する。 Conventionally, as a sensor such as a semiconductor pressure sensor, the sensor chip 21 is sealed in a sensor package 121 formed of silicon or the like, and filled with a gel resin 124 or the like, so that the sensor chip 21 does not splash water on the sensor chip 21 alone. This is known (FIG. 5, FIG. 6, Patent Document 1). The sensor chip 21 shown in FIG. 5 is a known semiconductor pressure sensor that detects the deflection of the diaphragm 23 as a resistance change of a piezoelectric element or the like, and detects the resistance change via a terminal portion 22 connected to the piezoelectric element. is there. The sensor chip 21 is conventionally packaged as shown in FIG. 6 and used in the state of the sensor package 121. In FIG. 6, reference numeral 123 denotes a bonding wire that connects the terminal portion 22 of the sensor chip 21 and a terminal portion (not shown) provided in the sensor package 121.

このようなセンサパッケージ１２１を携帯電話、腕時計等の機器筐体１１１に装着する際は、センサパッケージ１２１と、機器内部に配置した主回路基板１１５との接続にはＦＰＣ１１７や特殊基板を用い、センサパッケージ１２１と機器筐体のセンサ取り付け部１１３との間をＯリング１１４を用いて封止される（図７参照）。
特開昭６２-２１０３０号公報 When such a sensor package 121 is mounted on a device casing 111 such as a mobile phone or a wristwatch, an FPC 117 or a special substrate is used to connect the sensor package 121 to the main circuit board 115 disposed inside the device. The space between the package 121 and the sensor mounting portion 113 of the device casing is sealed using an O-ring 114 (see FIG. 7).
JP-A-62-221030

しかし、特許文献１記載発明のようにセンサパッケージ単体で防水構造とするにはパッケージ小型化が困難であり、このようなセンサパッケージを収容するためには機器筐体に設けるキャビティ容量も大きくなるので機器筐体のセンサ装着スペースの小型が困難であり、機器の小型、薄型化が困難であった。 However, it is difficult to reduce the size of the package in order to provide a waterproof structure with the sensor package alone as in the invention described in Patent Document 1, and the cavity capacity provided in the device casing is also increased to accommodate such a sensor package. It was difficult to reduce the sensor mounting space of the device casing, and it was difficult to reduce the size and thickness of the device.

そこで本発明は、センサを機器筐体に省スペースで防水装着可能にし、機器の小型、薄型化を可能にするセンサの防水装着構造を得ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain a waterproof mounting structure for a sensor that enables the sensor to be waterproofly mounted in a device housing in a space-saving manner, and that enables the device to be reduced in size and thickness.

本発明は、回路基板を内部に収容する機器筐体にセンサチップを防水装着する構造であって、前記機器筐体と一体にモールド成形された、前記センサチップを収容する凹状のキャビティと、このキャビティの底面に前記機器筐体内部から突出する端部を有し、この端部を介して前記キャビティ内に収容された前記センサチップと前記機器筐体内に収容された前記回路基板とを電気的に接続するリード配線とを備え、前記センサチップが収容された前記キャビティ内にゲル樹脂が充填されることに特徴を有する。 The present invention is a structure in which a sensor chip is waterproofly attached to a device housing that accommodates a circuit board therein, and a concave cavity that accommodates the sensor chip and is molded integrally with the device housing; An end portion protruding from the inside of the device housing is formed on the bottom surface of the cavity, and the sensor chip housed in the cavity and the circuit board housed in the device housing are electrically connected via the end portion. And the lead wiring connected to the sensor chip, and the cavity containing the sensor chip is filled with a gel resin.

前記センサチップが半導体圧力センサチップと場合は、前記キャビティは蓋で閉じられていて、該蓋には、キャビティ外の圧力を導入する圧力導入口が形成される。 When the sensor chip is a semiconductor pressure sensor chip, the cavity is closed with a lid, and a pressure inlet for introducing pressure outside the cavity is formed in the lid.

実際的には、前記センサチップの端子と前記リード配線とはボンディングワイヤにより接続される。前記リード配線は、前記機器筐体にインサート形成されることが好ましい。 Actually, the terminal of the sensor chip and the lead wiring are connected by a bonding wire. It is preferable that the lead wiring is formed by insertion in the device casing.

以上の構成からなる本発明によれば、パッケージに収容していないセンサチップを携帯機器に装着し、装着された機器筐体のキャビティがパッケージを兼ねているので、センサ装着部の小型化が可能となり、小型、薄型の防水筐体を低コストで提供できる。 According to the present invention having the above configuration, a sensor chip that is not housed in a package is mounted on a portable device, and the cavity of the mounted device casing also serves as a package, so the sensor mounting portion can be reduced in size. Thus, a small and thin waterproof housing can be provided at low cost.

本発明の最良な実施形態について、添付図を参照して説明する。図１は、本発明のセンサの防水装着構造を適用した携帯電話を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は背面図である。この実施形態では、携帯電話１０の背面となる機器筐体１１に、パッケージングしていない半導体圧力センサチップ２１を防水状態で装着してある。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1A and 1B are diagrams showing a cellular phone to which a waterproof mounting structure of a sensor of the present invention is applied, in which FIG. 1A is a front view and FIG. 1B is a rear view. In this embodiment, an unpackaged semiconductor pressure sensor chip 21 is mounted in a waterproof state on a device housing 11 that is the back surface of the mobile phone 10.

図２には、図１（Ｂ）の切断線II-IIに沿う断面図を示した。合成樹脂によりモールド成形された機器筐体１１には、センサチップ２１を収容する平面視円形凹状のキャビティ１２が形成されている。キャビティ１２の底面１２ａには、機器筐体１１を貫通して端部がキャビティ１２内及び機器筐体１１内に露出したリードピン１３が複数本設けられている。機器筐体１１内に突出した各リードピン１３は、機器筐体１１内に収容された回路基板１５の対応する端子部に接続されている。 FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a cutting line II-II in FIG. A cavity 12 having a circular concave shape in a plan view for accommodating the sensor chip 21 is formed in the device housing 11 molded by a synthetic resin. The bottom surface 12 a of the cavity 12 is provided with a plurality of lead pins 13 penetrating the device housing 11 and having end portions exposed in the cavity 12 and the device housing 11. Each lead pin 13 protruding into the device housing 11 is connected to a corresponding terminal portion of the circuit board 15 accommodated in the device housing 11.

センサチップ２１はリードピン１３の間に設けられた領域に配置され、センサチップ２１の上面に設けられた端子部２２とリードピン１３とがボンディングワイヤ１４により接続されている。 The sensor chip 21 is disposed in a region provided between the lead pins 13, and the terminal portions 22 provided on the upper surface of the sensor chip 21 and the lead pins 13 are connected by bonding wires 14.

このキャビティ１２内には、ゲル樹脂３１が充填されている。ゲル樹脂３１は、センサチップ２１とキャビティ１２との隙間を塞ぎ、さらにリードピン１３、ボンディングワイヤ１４及びセンサチップ２１全体を包み込むように覆っている。センサチップ２１の上面には感応部として、付与される圧力に応じて撓むダイアフラム２３が形成されているが（図５参照）、ダイアフラム２３もゲル樹脂３１で覆われていて、外気圧は、ゲル樹脂３１を介してダイアフラム２３に作用する。 The cavity 12 is filled with a gel resin 31. The gel resin 31 covers the gap between the sensor chip 21 and the cavity 12 and further covers the lead pins 13, the bonding wires 14, and the entire sensor chip 21. A diaphragm 23 that bends according to the applied pressure is formed as a sensitive portion on the upper surface of the sensor chip 21 (see FIG. 5), but the diaphragm 23 is also covered with the gel resin 31, and the external pressure is It acts on the diaphragm 23 via the gel resin 31.

さらにこのキャビティ１２は、センサ保護用蓋４１で塞がれている。ただしこのセンサ保護用蓋４１の中央には、キャビティ１２外の圧力をキャビティ１２内に導入する圧力導入口４２が形成されている。この圧力導入口４２によりキャビティ１２の内外が連通し、外気がゲル樹脂３１を介してダイアフラム２３に作用し、撓ませる。 Further, the cavity 12 is closed with a sensor protection lid 41. However, a pressure inlet 42 for introducing the pressure outside the cavity 12 into the cavity 12 is formed at the center of the sensor protection lid 41. The inside and outside of the cavity 12 communicate with each other through the pressure introduction port 42, and the outside air acts on the diaphragm 23 via the gel resin 31 to bend.

この実施形態によれば、パッケージングしていないセンサチップ２１を機器筐体１１のキャビティ１２に収容し、キャビティ１２内にゲル樹脂３１を充填しているので、キャビティ１２がセンサチップ２１のパッケージを兼ねることになり、キャビティ１２が小さく、浅くて済み、機器筐体１１の薄型化が可能になる。 According to this embodiment, the sensor chip 21 that has not been packaged is accommodated in the cavity 12 of the device casing 11 and the cavity 12 is filled with the gel resin 31. Thus, the cavity 12 can be small and shallow, and the device casing 11 can be made thin.

さらにこの半導体圧力センサチップ２１の防水装着構造の製造工程に関する実施形態について、図３を参照して説明する。図３において、（Ａ）の（１）乃至（５）は機器筐体１１のチップ装着部を拡大した平面図、（Ｂ）の（１）乃至（５）は図１（Ｂ）の切断線II-IIに沿う断面図であって、これらの図はセンサチップ２１を実装する工程順に示してある。 Further, an embodiment relating to the manufacturing process of the waterproof mounting structure of the semiconductor pressure sensor chip 21 will be described with reference to FIG. 3, (1) to (5) in (A) are enlarged plan views of the chip mounting portion of the device housing 11, and (1) to (5) in (B) are cutting lines in FIG. 1 (B). It is sectional drawing which follows II-II, Comprising: These figures are shown in order of the process which mounts the sensor chip 21. FIG.

合成樹脂によりモールド成形された機器筐体１１には、半導体圧力センサチップ２１を収容する平面視円形凹状のキャビティ１２が形成されている。このキャビティ１２は径が異なる二段形状であって、底面１２ａ側に小径のセンサキャビティ１２ｂが形成され、表側に大径の蓋収容段部１２ｃが形成されていて、センサキャビティ１２ｂと蓋収容段部１２ｃとの間には棚面１２ｄが形成されている。キャビティ１２の底面１２ａには、半導体センサチップ２１を載置する領域外に、機器筐体１１を貫通して端部がキャビティ１２内及び機器筐体１１内に露出したリードピン１３が複数本（この実施形態では４本）設けられている（図３（Ａ）の（１）、（２））。リードピン１３は、機器筐体１１をモールド形成する際にインサート形成することができる。なお、機器筐体１１の内部に突出した各リードピン１３は、機器筐体１１内に収容された回路基板１５の対応する端子部に接続されている（図２）。 A cavity 12 having a circular concave shape in a plan view for accommodating the semiconductor pressure sensor chip 21 is formed in the device housing 11 molded by a synthetic resin. The cavity 12 has a two-stage shape with different diameters, a small-diameter sensor cavity 12b is formed on the bottom surface 12a side, and a large-diameter lid housing step portion 12c is formed on the front side. The sensor cavity 12b and the lid housing step A shelf surface 12d is formed between the portion 12c. On the bottom surface 12 a of the cavity 12, a plurality of lead pins 13 penetrating the device housing 11 and having end portions exposed in the cavity 12 and the device housing 11 outside the region where the semiconductor sensor chip 21 is placed (this is shown) In the embodiment, four are provided ((1) and (2) in FIG. 3A). The lead pins 13 can be insert-formed when the device casing 11 is molded. In addition, each lead pin 13 protruding inside the device housing 11 is connected to a corresponding terminal portion of the circuit board 15 accommodated in the device housing 11 (FIG. 2).

センサチップ２１は、センサキャビティ１２ｂ内に収納され、底部１２ａ上に置かれる（図３（Ａ）、（Ｂ）の（２））。なお、底部１２ａに、センサチップ２１が嵌る凹部、または間にセンサチップ２１が嵌るように複数の凸部を設ければ、センサチップ２１の位置決めが容易になる。 The sensor chip 21 is housed in the sensor cavity 12b and placed on the bottom 12a (FIG. 3A, (B) (2)). In addition, if the convex part which the sensor chip 21 fits in the bottom part 12a or a some convex part so that the sensor chip 21 may fit in between is provided, positioning of the sensor chip 21 will become easy.

次に、端子部２２とリードピン１３とを、ボンディングワイヤ１４により接続する（図３（Ａ）、（Ｂ）の（３））。ボンディングワイヤ１４は、金等の素材で形成され、ワイヤボンディング工程によってボンディングされる。 Next, the terminal portion 22 and the lead pin 13 are connected by the bonding wire 14 ((3) in FIGS. 3A and 3B). The bonding wire 14 is formed of a material such as gold and is bonded by a wire bonding process.

ボンディングが終了したセンサキャビティ１２ｂ内にゲル樹脂３１をポッティング（充填）する（図３（Ａ）、（Ｂ）の（４））。ゲル樹脂３１は、センサチップ２１とセンサキャビティ１２ｂとの隙間を埋め、さらにリードピン１３及びボンディングワイヤ１４を包み込み、ダイアフラム２３も覆うようにポッティングされる。このゲル樹脂３１の充填により、センサチップ２１が防水されると同時に、センサチップ２１を装着したキャビティ１２も防水される。 The gel resin 31 is potted (filled) into the sensor cavity 12b after the bonding is completed ((4) in FIGS. 3A and 3B). The gel resin 31 is potted so as to fill a gap between the sensor chip 21 and the sensor cavity 12b, enclose the lead pin 13 and the bonding wire 14, and also cover the diaphragm 23. By filling the gel resin 31, the sensor chip 21 is waterproofed, and at the same time, the cavity 12 in which the sensor chip 21 is mounted is waterproofed.

その後、蓋収容段部１２ｃにセンサ保護用蓋４１を嵌め込み、棚面１２ｄに接着する（図３（Ａ）、（Ｂ）の（５））。センサ保護用蓋４１には、中央部に圧力導入口４２が設けられていて、外気がこの圧力導入口４２を通ってゲル樹脂３１に作用し、ゲル樹脂３１を介してセンサチップ２１のダイアフラム２３に作用する。このセンサ保護用蓋４１により柔らかいゲル樹脂３１が保護されて、使用者の指や衣服その他がゲル樹脂３１に接触することがない。 Thereafter, the sensor protection lid 41 is fitted into the lid housing step 12c and bonded to the shelf surface 12d (FIGS. 3A and 5B). The sensor protection lid 41 is provided with a pressure introduction port 42 at the center, and outside air acts on the gel resin 31 through the pressure introduction port 42, and the diaphragm 23 of the sensor chip 21 passes through the gel resin 31. Act on. The soft gel resin 31 is protected by the sensor protection lid 41 so that the user's finger, clothes, etc. do not come into contact with the gel resin 31.

なお、リードピン１３は、回路基板１５の端部に設けられた端子部、またはリードピン１３を折り曲げてキャビティ１２と反対側の面まで延ばして、この反対側の面に設けた端子部にはんだ付けする。
また、リード配線は予め回路基板１５の端子に回路基板１５から起立するようにはんだ付けし、機器筐体１１にリード配線挿通孔を形成しておいて、回路基板１５を機器筐体１１に装着する際に、リード配線をリード配線挿通孔に挿入する構成でもよい。 In addition, the lead pin 13 is soldered to a terminal portion provided on the end portion of the circuit board 15 or a lead pin 13 which is bent to extend to a surface opposite to the cavity 12 and is provided on the opposite surface. .
In addition, the lead wiring is previously soldered to the terminal of the circuit board 15 so as to stand up from the circuit board 15, a lead wiring insertion hole is formed in the equipment housing 11, and the circuit board 15 is attached to the equipment housing 11. In this case, the lead wire may be inserted into the lead wire insertion hole.

以上、図示実施形態に基づいて本発明を説明したが、センサチップは半導体センサチップに限られない。また、図４に示すように、端子部が側面またはキャビティの底面と対向する面に設けられたセンサチップ２１ａにも適用できる。すなわち、リードピン１３ａ上にセンサチップ２１ａの端子部２２ａが重なり、これらのリードピン１３ａ及び端子部２２ａを例えば半田ボール等を介して接合することにより表面実装が可能になる。

As mentioned above, although this invention was demonstrated based on illustration embodiment, a sensor chip is not restricted to a semiconductor sensor chip. Further, as shown in FIG. 4, the present invention can also be applied to a sensor chip 21 a provided with a terminal portion on a side surface or a surface facing the bottom surface of the cavity. That is, the overlap is the terminal portion 22a of the sensor chip 21a on the lead pins 13a, it made these lead pins 13a and the terminal portion 22a to allow surface mounting by joining, for example, via a solder ball or the like.

本発明のセンサチップの防水装着構造を適用した携帯電話の実施形態を示す、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は背面図である。1A and 1B show an embodiment of a mobile phone to which a waterproof mounting structure of a sensor chip of the present invention is applied, in which FIG. 図１（Ｂ）の切断線II-IIに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the cutting line II-II of FIG. 1 (B). 本発明のセンサチップの防水装着構造の製造工程順を示す図であって（Ａ）の（１）乃至（５）は機器筐体のチップ装着部を拡大した平面図、（Ｂ）の（１）乃至（５）は図１（Ｂ）の切断線II-IIに沿う断面図である。It is a figure which shows the manufacturing process order of the waterproof mounting structure of the sensor chip | tip of this invention, Comprising: (1) thru | or (5) of (A) are the top views which expanded the chip | tip mounting part of an apparatus housing | casing, (1) of (B) ) To (5) are cross-sectional views taken along section line II-II in FIG. 他の半導体圧力センサチップを携帯電話に実装する際に本発明のセンサチップの防水構造を適用した他の実施形態を示す図３（５）同様の図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。FIG. 3 (5) is a view similar to FIG. 3 (5) showing another embodiment in which the waterproof structure of the sensor chip of the present invention is applied when another semiconductor pressure sensor chip is mounted on a mobile phone, (A) is a plan view; (B) is a sectional view. 本発明を適用した、パッケージングしていない半導体圧力センサチップの実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view showing an embodiment of an unpackaged semiconductor pressure sensor chip to which the present invention is applied. 従来の半導体圧力センサチップをパッケージングした場合の断面図である。It is sectional drawing at the time of packaging the conventional semiconductor pressure sensor chip. 従来の半導体圧力センサパッケージの装着構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the mounting structure of the conventional semiconductor pressure sensor package.

Explanation of symbols

１１機器筐体
１２キャビティ
１２ａ底面
１２ｂセンサキャビティ
１２ｃ蓋収容段部
１３リードピン（リード配線）
１４ボンディングワイヤ
２１センサチップ
２２端子部
３１ゲル樹脂
４１センサ保護用蓋
４２圧力導入口 11 Device housing 12 Cavity 12a Bottom surface 12b Sensor cavity 12c Lid housing step 13 Lead pin (lead wiring)
14 Bonding wire 21 Sensor chip 22 Terminal section 31 Gel resin 41 Sensor protection lid 42 Pressure inlet

Claims

A structure in which a sensor chip is waterproofly attached to a device housing that houses a circuit board therein ,
A concave cavity for housing the sensor chip , which is molded integrally with the device housing;
The bottom surface of the cavity has an end protruding from the inside of the device casing, and the sensor chip accommodated in the cavity and the circuit board accommodated in the device casing are electrically connected via the end. And lead wiring to connect
Waterproof mounting structure of the sensor chip, wherein the gel resin is filled into the cavity of the sensor chip is accommodated.

2. The waterproof mounting structure for a sensor chip according to claim 1, wherein the sensor chip is a semiconductor pressure sensor chip, the cavity is closed by a lid, and a pressure introduction port for introducing pressure outside the cavity into the lid. A waterproof mounting structure for sensor chips.

3. The waterproof mounting structure for a sensor chip according to claim 1, wherein a terminal of the sensor chip and the lead wiring are connected by a bonding wire.

4. The waterproof mounting structure for a sensor chip according to claim 1, wherein the lead wiring is inserted into the device housing. 5.