JP5494425B2 - センサ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モールドＩＣの外側に２次成形によりケースを形成するセンサ装置の製造方法に関するものである。

従来のセンサ装置は、センサチップおよび信号処理回路用ＩＣをモールド成形してモールドＩＣを形成し、このモールドＩＣの外側を覆うケースを２次成形により形成している（例えば、特許文献１参照）。ここで、モールドＩＣは内部にセンサチップやワイヤボンディング等が内包されているため、モールド成形の樹脂は、強度、線膨張、耐薬品性等を重視して熱硬化性樹脂（エポキシ等）が主に用いられる。また、２次成形の樹脂は、耐衝撃性、耐環境性、成形性等を重視して熱可塑性樹脂（ＰＰＳ等）が主に用いられる。

特開平１０−１７０３７９号公報

しかしながら、モールド成形時に熱硬化性樹脂を用い、２次成形時に熱可塑性樹脂を用いているため、モールド成形の樹脂層と２次成形の樹脂層とが密着しにくく、両樹脂層の界面を通って被測定物としての流体が漏れてしまうという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、モールドＩＣの外側に２次成形によりケースを形成するセンサ装置において、被測定物がセンサ装置内部を通過して漏れることを防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、物理量に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（１１）および信号処理回路用ＩＣ（１２）をモールド成形してモールドＩＣ（１）を形成し、このモールドＩＣ（１）の外側を覆うケース（３）を２次成形により形成するセンサ装置の製造方法であって、センサチップ（１１）および信号処理回路用ＩＣ（１２）が実装されたリードフレーム（１３）を成形型（４）内にセットし、センサチップ（１１）および信号処理回路用ＩＣ（１２）を覆う第１樹脂層（１４）を形成するための熱硬化性樹脂を成形型（４）内に注入し、第１樹脂層（１４）の熱硬化性樹脂が半硬化状態のときに熱可塑性樹脂を成形型（４）内に注入して、第１樹脂層（１４）の外側を覆う第２樹脂層（１５）を形成するモールド成形工程と、モールド成形工程の後、ケース（３）が第２樹脂層（１５）の外側を覆うように、熱可塑性樹脂にてケース（３）を２次成形により形成する２次成形工程とを備えることを特徴とする。

これによると、モールド成形工程では、第１樹脂層（１４）の熱硬化性樹脂が半硬化状態のときに第２樹脂層（１５）形成用の熱可塑性樹脂を成形型（４）内に注入するため、半硬化状態の熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂が一部混ざり、両樹脂層の界面が通常よりも強固に密着する。また、２次成形工程では、第２樹脂層（１５）の熱可塑性樹脂とケース（３）形成用の熱可塑性樹脂とが溶け合って、第２樹脂層（１５）とケース（３）との界面が無くなる。したがって、被測定物がセンサ装置内部を通過して漏れることを防止することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のセンサ装置の製造方法において、モールド成形工程にて用いる熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のうち少なくとも一方に、カップリング剤を添加することを特徴とする。

これによると、第１樹脂層（１４）と第２樹脂層（１５）の界面がさらに強固に密着するため、その界面からの被測定物の漏れをより確実に防止することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のセンサ装置の製造方法において、モールド成形工程においては、熱硬化性樹脂を成形型（４）内に注入した後に成形型（４）の一部を移動させて成形型（４）と第１樹脂層（１４）との間に隙間（Ｓ）を形成し、この隙間（Ｓ）に熱可塑性樹脂を注入して第２樹脂層（１５）を形成することを特徴とする。これによると、第２樹脂層（１５）を容易に形成することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のセンサ装置の製造方法において、成形型（４）は、上型（４１）と、下型（４２）と、上型（４１）に対してスライドする上型スライド（４３）と、下型（４２）に対してスライドする下型スライド（４４）とを備え、モールド成形工程において、上型スライド（４３）および下型スライド（４４）を移動させて隙間（Ｓ）を形成した状態では、上型（４１）と下型（４２）とによってリードフレーム（１３）の外枠部が挟持されていることを特徴とする。

これによると、上型スライド（４３）および下型スライド（４４）を移動させて隙間（Ｓ）を形成した状態でも、リードフレーム（１３）を所定位置に保持することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。

本発明の一実施形態に係るセンサ装置を一部断面で示す図である。 センサチップ等をリードフレームに実装した状態を示す図である。 図１のモールドＩＣ単体を示す図である。 図１のセンサ装置の製造方法を示す図である。 変形例を示すセンサチップ単体の断面図である。

本発明の一実施形態について説明する。図１は一実施形態に係るセンサ装置を一部断面で示す図、図２はセンサチップ等をリードフレームに実装した状態を示す図、図３（ａ）は図１のモールドＩＣ単体の正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４は図１のセンサ装置の製造方法を示す図である。

図１に示すように、センサ装置は、被測定物の物理量（本実施形態では、流体の圧力）に応じたセンサ信号を出力するモールドＩＣ１、図示しない相手側ターミナルに嵌合されるターミナル２、モールドＩＣ１およびターミナル２を収容するケース３を備えている。

図２に示すように、圧力に応じて抵抗値が変化するセンサチップ１１、およびセンサチップ１１の抵抗値変化に基づいて圧力に応じたセンサ信号を出力する信号処理回路用ＩＣ１２が、リードフレーム１３に実装されている。また、信号処理回路用ＩＣ１２は、リードフレーム１３の３つの外部端子１３１と電気的に接続されている。これらの外部端子１３１は、それぞれ信号処理回路用ＩＣ１２の電源端子、接地端子、およびセンサ信号出力端子を構成している。

図３に示すように、モールドＩＣ１は、センサチップ１１および信号処理回路用ＩＣ１２がリードフレーム１３に実装された実装部品をモールド成形した後、リードフレーム１３の不要部分が切断除去されている。

このモールドＩＣ１におけるモールド樹脂層は、熱硬化性樹脂よりなる第１樹脂層１４と、熱可塑性樹脂よりなる第２樹脂層１５からなる。また、第１樹脂層１４は、センサチップ１１および信号処理回路用ＩＣ１２を覆う直方体形状のチップ側第１樹脂層１４１と、外部端子１３１を覆う円柱形状の外部端子側第１樹脂層１４２とからなる。そして、第２樹脂層１５は、外部端子側第１樹脂層１４２の外周側に形成されている。なお、図３中の矢印Ｃは、モールド成形する際の熱硬化性樹脂の注入位置を示し、矢印Ｄは、モールド成形する際の熱可塑性樹脂の注入位置を示している。

次に、本実施形態のセンサ装置の製造方法について、図４を参照して説明する。なお、図４（ａ）は成形型の平面図、図４（ｂ）〜図４（ｅ）は各工程の状態を図４（ａ）のＥ−Ｅ断面で示したものである。

図４（ａ）〜図４（ｅ）に示すように、成形型４は、上型４１、下型４２、上型４１に対してスライドする上型スライド４３、下型４２に対してスライドする下型スライド４４とからなる。上型スライド４３および下型スライド４４は、平面視したときには外部端子１３１の一部と重なっており、上型スライド４３および下型スライド４４により、外部端子側第１樹脂層１４２の外周部や、第２樹脂層１の外周部が形成される。

まず、モールド成形工程では、図４（ｂ）に示すように、センサチップ１１および信号処理回路用ＩＣ１２が実装されたリードフレーム１３を成形型４内にセットして成形型４を閉じる。この際、上型４１と下型４２とによってリードフレーム１３を挟持し、また、上型スライド４３および下型スライド４４とによってリードフレーム１３を挟持して、リードフレーム１３を所定位置に保持する。

次に、図４（ｃ）に示すように、成形型４内に熱硬化性樹脂（エポキシ等）を注入して第１樹脂層１４を形成する。

続いて、図４（ｄ）に示すように、第１樹脂層１４の熱硬化性樹脂が半硬化状態のときに、上型スライド４３および下型スライド４４を所定量移動させて、上型スライド４３および下型スライド４４と外部端子側第１樹脂層１４２の外周部との間に隙間Ｓを設ける。この状態では、上型４１と下型４２とによってリードフレーム１３の外枠部を挟持して、リードフレーム１３を所定位置に保持する。

次に、図４（ｅ）に示すように、第１樹脂層１４の熱硬化性樹脂が半硬化状態のときに、成形型４内の隙間Ｓに熱可塑性樹脂（ＰＰＳ等）を注入して、外部端子側第１樹脂層１４２の外側を覆う第２樹脂層１５を形成する。より詳細には、第２樹脂層１５として、外部端子側第１樹脂層１４２の外側を覆う第２樹脂層本体部１５１と、第２樹脂層本体部１５１から外方に突出する２つのフランジ部１５２とを形成する。そして、加熱により第１樹脂層１４の熱硬化性樹脂を完全に硬化させ、次に、冷却により第２樹脂層１５の熱可塑性樹脂を硬化させる。

このように、第１樹脂層１４の熱硬化性樹脂が半硬化状態のときに、成形型４内の隙間Ｓに熱可塑性樹脂を注入することにより、半硬化状態の熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂が一部混ざり、両樹脂層の界面が通常よりも強固に密着する。

なお、第１樹脂層１４の熱硬化性樹脂および第２樹脂層１５の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一方に、カップリング剤（例えばシラン材等）を添加することにより、両樹脂層の界面がさらに強固に密着する。

続いて、リードフレーム枠除去工程では、成形型４からモールド成形品を取り出し、リードフレーム１３の不要部分を切断除去する。これにより、図３に示すモールドＩＣ１が完成する。

続いて、ターミナル接合工程では、モールドＩＣ１の３つの外部端子１３１にそれぞれターミナル２を溶接する。

続いて、２次成形工程では、ターミナル２が溶接されたモールドＩＣ１を図示しない２次成形用の型にセットし、その型内に熱可塑性樹脂（ＰＰＳ等）を注入してケース３を形成する。これにより、図１に示すセンサ装置が完成する。

図１に示すように、ケース３は、第２樹脂層１５の全体を覆い、チップ側第１樹脂層１４１のうち第２樹脂層１５側の部位を覆い、さらに、モールドＩＣ１の外部端子１３１とターミナル２との溶接部近傍を覆っている。そして、２次成形工程では、第２樹脂層１５の熱可塑性樹脂とケース形成用の熱可塑性樹脂とが溶け合って、第２樹脂層１５とケース３との界面が無くなる。

以上述べたように、本実施形態では、第１樹脂層１４と第２樹脂層１５の界面が通常よりも強固に密着するとともに、第２樹脂層１５とケース３との界面が無くなるため、被測定物がセンサ装置内部を通過して漏れることを防止することができる。

なお、上記実施形態においては、第２樹脂層１５により外部端子側第１樹脂層１４２のみを覆ったが、図５に示す変形例のように、第２樹脂層１５によりチップ側第１樹脂層１４１および外部端子側第１樹脂層１４２を覆うようにしてもよい。

また、上記実施形態のセンサ装置は、圧力を検出するものであるが、本発明は、圧力以外の物理量（例えば流体の温度）を検出するものにも適用することができる。

１ モールドＩＣ
３ ケース
４ 成形型
１１ センサチップ
１２ 信号処理回路用ＩＣ
１３ リードフレーム
１４ 第１樹脂層
１５ 第２樹脂層

Claims (6)

1. 物理量に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（１１）および信号処理回路用ＩＣ（１２）をモールド成形してモールドＩＣ（１）を形成し、このモールドＩＣ（１）の外側を覆うケース（３）を２次成形により形成するセンサ装置の製造方法であって、
   前記センサチップ（１１）および前記信号処理回路用ＩＣ（１２）が実装されたリードフレーム（１３）を成形型（４）内にセットし、前記センサチップ（１１）および前記信号処理回路用ＩＣ（１２）を覆う第１樹脂層（１４）を形成するための熱硬化性樹脂を前記成形型（４）内に注入し、前記第１樹脂層（１４）の熱硬化性樹脂が半硬化状態のときに熱可塑性樹脂を前記成形型（４）内に注入して、前記第１樹脂層（１４）の外側を覆う第２樹脂層（１５）を形成するモールド成形工程と、
   前記モールド成形工程の後、前記ケース（３）が前記第２樹脂層（１５）の外側を覆うように、熱可塑性樹脂にて前記ケース（３）を２次成形により形成する２次成形工程とを備えることを特徴とするセンサ装置の製造方法。
2. 前記モールド成形工程にて用いる熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のうち少なくとも一方に、カップリング剤を添加することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置の製造方法。
3. 前記モールド成形工程においては、熱硬化性樹脂を前記成形型（４）内に注入した後に前記成形型（４）の一部を移動させて前記成形型（４）と前記第１樹脂層（１４）との間に隙間（Ｓ）を形成し、この隙間（Ｓ）に熱可塑性樹脂を注入して前記第２樹脂層（１５）を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置の製造方法。
4. 前記成形型（４）は、上型（４１）と、下型（４２）と、前記上型（４１）に対してスライドする上型スライド（４３）と、前記下型（４２）に対してスライドする下型スライド（４４）とを備え、
   前記モールド成形工程において、前記上型スライド（４３）および前記下型スライド（４４）を移動させて前記隙間（Ｓ）を形成した状態では、前記上型（４１）と前記下型（４２）とによって前記リードフレーム（１３）の外枠部が挟持されていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置の製造方法。
5. 前記第２樹脂層（１５）は、前記第１樹脂層（１４）の外側を覆う第２樹脂層本体部（１５１）と、前記第２樹脂層本体部（１５１）から外方に突出するフランジ部（１５２）とを備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のセンサ装置の製造方法。
6. 前記第２樹脂層本体部（１５１）および前記フランジ部（１５２）は前記モールド成形工程にて形成されることを特徴とする請求項５に記載のセンサ装置の製造方法。

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