JP5820342B2 - 流量センサおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、流量センサおよびその製造技術に関し、特に、樹脂封止型の流量センサおよびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
特開2011−122984号公報(特許文献1)には、気体(空気)の流れを検出する流量検出部を封止体から部分露出した流量センサの製造方法として、弾性体フィルムを設置した金型により、半導体チップを搭載した基材をクランプしながら、樹脂を流し込む技術が記載されている。
特開2004−74713号公報(特許文献2)には、半導体パッケージの製造方法として、離型フィルムシートを設置した金型によって部品をクランプして、樹脂を流し込む技術が記載されている。
特開2011−122984号公報 特開2004−74713号公報
例えば、現在、自動車などの内燃機関には、電子制御燃料噴射装置が設けられている。この電子制御燃料噴射装置は、内燃機関に流入する気体(空気)と燃料の量を適切に調整することにより、内燃機関を効率よく稼動させる役割を有している。このため、電子制御燃料噴射装置においては、内燃機関に流入する気体(空気)を正確に把握する必要がある。このことから、電子制御燃料噴射装置には、気体(空気)の流量を測定する流量センサ(エアフローセンサ)が設けられている。
流量センサの中でも、特に、半導体マイクロマシンニング技術により製造された流量センサは、コストを削減でき、かつ、低電力で駆動できることから、注目されている。このような流量センサは、例えば、シリコンからなる半導体基板の裏面に異方性エッチングにより形成したダイヤフラム(薄板部)を形成し、このダイヤフラムと相対する半導体基板の表面に、発熱抵抗体と測温抵抗体とからなる流量検出部を形成した構成をしている。
実際の流量センサでは、例えば、ダイヤフラムおよび流量検出部を形成した第1半導体チップの他に、流量検出部を制御する制御回路部を形成した第2半導体チップも有している。上述した第1半導体チップおよび第2半導体チップは、例えば、基板上に搭載され、基板上に形成されている配線(端子)と電気的に接続されている。具体的には、例えば、第1半導体チップは金線からなるワイヤによって基板に形成されている配線と接続され、第2半導体チップは、第2半導体チップに形成されているバンプ電極を使用して、基板に形成されている配線と接続されている。
このようにして、基板上に搭載されている第1半導体チップと第2半導体チップは、基板に形成されている配線を介して電気的に接続される。この結果、第1半導体チップに形成されている流量検出部を、第2半導体チップに形成されている制御回路部で制御することが可能となり、流量センサが構成されることになる。
このとき、第1半導体チップと基板とを接続する金線(ワイヤ)は、変形による接触などを防止するため、通常、ポッティング樹脂によって固定されている。つまり、金線(ワイヤ)は、ポッティング樹脂によって覆われて固定されており、このポッティング樹脂により、金線(ワイヤ)は保護されている。一方、流量センサを構成する第1半導体チップおよび第2半導体チップは通常、ポッティング樹脂で封止されていない。すなわち、通常の流量センサにおいては、金線(ワイヤ)だけがポッティング樹脂で覆われた構造をしている。
ここで、金線(ワイヤ)のポッティング樹脂による固定は、第1半導体チップを金型などで固定した状態で行われないため、ポッティング樹脂の収縮により、第1半導体チップが搭載位置からずれてしまう問題がある。さらに、ポッティング樹脂は滴下することにより形成されるので、ポッティング樹脂の寸法精度が低い問題がある。この結果、個々の流量センサごとに、流量検出部が形成されている第1半導体チップの搭載位置にずれが生じるとともに、ポッティング樹脂の形成位置も微妙に異なることとなり、各流量センサの検出性能にバラツキが生じることになる。
このため、各流量センサの性能バラツキを抑制するため、流量センサごとに検出性能の補正を行なう必要があり、流量センサの製造工程における性能補正工程を追加する必要性が生じる。特に、性能補正工程が長くなると、流量センサの製造工程におけるスループットが低下し、流量センサのコストが上昇してしまう問題点も存在する。
さらに、ポッティング樹脂は、加熱による硬化の促進を行っていないので、ポッティング樹脂が硬化するまでの時間が長くなり、流量センサの製造工程におけるスループットが低下してしまう。
本発明の目的は、流量センサごとの性能バラツキを抑制して性能向上を図る(信頼性を向上して性能向上を達成する場合も含む)ことができる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
例えば、代表的な実施の形態における流量センサは、第1チップ搭載部と、第1チップ搭載部上に接着材を介して接着された第1半導体チップと、を備え、上述した接着材は、第1チップ搭載部上のうち、平面視において、半導体チップに形成されたダイヤフラムと重なる領域上にも形成されているものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
流量センサごとの性能バラツキを抑制して性能向上を図ることができる。
実施の形態1における流量センサの回路構成を示す回路ブロック図である。 実施の形態1における流量センサの一部を構成した半導体チップのレイアウト構成を示す平面図である。 関連技術における流量センサの実装構成を示す図であり、樹脂で封止する前の構成を示す図である。(a)は、関連技術における流量センサの実装構成を示す平面図であり、(b)は、(a)のA−A線で切断した断面図であり、(c)は半導体チップの裏面を示す平面図である。 関連技術における流量センサの実装構成を示す図であり、樹脂で封止した後の構成を示す図である。(a)は、関連技術における流量センサの実装構成を示す平面図であり、(b)は、(a)のA−A線で切断した断面図であり、(c)は(a)のB−B線で切断した断面図である。 関連技術における流量センサを樹脂封止する工程を示す断面図である。 実施の形態1における流量センサの実装構成を示す図であり、樹脂で封止する前の構成を示す図である。(a)は、実施の形態1における流量センサの実装構成を示す平面図であり、(b)は、(a)のA−A線で切断した断面図であり、(c)は、半導体チップの裏面を示す平面図である。 実施の形態1における流量センサの実装構成を示す図であり、樹脂で封止した後の構成を示す図である。(a)は、実施の形態1における流量センサの実装構成を示す平面図であり、(b)は、(a)のA−A線で切断した断面図であり、(c)は、(a)のB−B線で切断した断面図である。 実施の形態1における流量センサの製造工程を示す断面図である。 図8に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 図9に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 図10に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態1における流量センサの製造工程を示す断面図である。 図12に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 図13に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 図14に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 図15に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 変形例1における流量センサの樹脂封止工程を示す断面図である。 変形例1における流量センサの樹脂封止工程を示す断面図である。 変形例2において、樹脂封止後の流量センサの構造を示す図である。(a)は、樹脂封止後の流量センサの構造を示す平面図であり、(b)は、(a)のA−A線で切断した断面図であり、(c)は、(a)のB−B線で切断した断面図である。 実施の形態2における流量センサの実装構成を示す図であり、樹脂で封止した後の構成を示す図である。(a)は、実施の形態2における流量センサの実装構成を示す平面図であり、(b)は、(a)のA−A線で切断した断面図であり、(c)は、(a)のB−B線で切断した断面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
(実施の形態1)
<流量センサの回路構成>
まず、流量センサの回路構成を説明する。図1は、本実施の形態1における流量センサの回路構成を示す回路ブロック図である。図1において、本実施の形態1における流量センサは、まず、流量センサを制御するためのCPU(Central Processing Unit)1を有し、さらに、このCPU1に入力信号を入力するための入力回路2、および、CPU1からの出力信号を出力するための出力回路3を有している。そして、流量センサにはデータを記憶するメモリ4が設けられており、CPU1は、メモリ4にアクセスして、メモリ4に記憶されているデータを参照できるようになっている。
次に、CPU1は、出力回路3を介して、トランジスタTrのベース電極と接続されている。そして、このトランジスタTrのコレクタ電極は電源PSに接続され、トランジスタTrのエミッタ電極は発熱抵抗体HRを介してグランド(GND)に接続されている。したがって、トランジスタTrは、CPU1によって制御されるようになっている。すなわち、トランジスタTrのベース電極は、出力回路3を介してCPU1に接続されているので、CPU1からの出力信号がトランジスタTrのベース電極に入力される。
この結果、CPU1からの出力信号(制御信号)によって、トランジスタTrを流れる電流が制御されるように構成されている。CPU1からの出力信号によってトランジスタTrを流れる電流が大きくなると、電源PSから発熱抵抗体HRに供給される電流が大きくなり、発熱抵抗体HRの加熱量が大きくなる。
一方、CPU1からの出力信号によってトランジスタTrを流れる電流が少なくなると、発熱抵抗体HRへ供給される電流が少なくなり、発熱抵抗体HRの加熱量は減少する。
このように本実施の形態1における流量センサでは、CPU1によって発熱抵抗体HRを流れる電流量が制御され、これによって、発熱抵抗体HRからの発熱量がCPU1によって制御されるように構成されていることがわかる。
続いて、本実施の形態1における流量センサでは、CPU1によって発熱抵抗体HRを流れる電流を制御するため、ヒータ制御ブリッジHCBが設けられている。このヒータ制御ブリッジHCBは、発熱抵抗体HRから放散される発熱量を検知し、この検知結果を入力回路2へ出力するように構成されている。この結果、CPU1は、ヒータ制御ブリッジHCBからの検知結果を入力することができ、これに基づいて、トランジスタTrを流れる電流を制御する。
具体的に、ヒータ制御ブリッジHCBは、図1に示すように、参照電圧Vref1とグランド(GND)との間にブリッジを構成する抵抗体R1〜抵抗体R4を有している。このように構成されているヒータ制御ブリッジHCBでは、発熱抵抗体HRで加熱された気体が吸気温度よりもある一定温度(ΔT、例えば、100℃)だけ高い場合に、ノードAの電位とノードBの電位の電位差が0Vとなるように、抵抗体R1〜抵抗体R4の抵抗値が設定されている。つまり、ヒータ制御ブリッジHCBを構成する抵抗体R1〜抵抗体R4は、抵抗体R1と抵抗体R3を直列接続した構成要素と、抵抗体R2と抵抗体R4を直列接続した構成要素とが、参照電圧Vref1とグランド(GND)との間に並列接続されるようにしてブリッジが構成されている。そして、抵抗体R1と抵抗体R3の接続点がノードAとなっており、抵抗体R2と抵抗体R4の接続点がノードBとなっている。
このとき、発熱抵抗体HRで加熱された気体は、ヒータ制御ブリッジHCBを構成する抵抗体R1に接触するようになっている。したがって、発熱抵抗体HRからの発熱量によって、ヒータ制御ブリッジHCBを構成する抵抗体R1の抵抗値が主に変化することになる。このように抵抗体R1の抵抗値が変化すると、ノードAとノードBとの間の電位差が変化する。このノードAとノードBとの電位差は、入力回路2を介してCPU1に入力されるので、CPU1は、ノードAとノードBとの電位差に基づいて、トランジスタTrを流れる電流を制御する。
具体的に、CPU1は、ノードAとノードBとの電位差が0VとなるようにトランジスタTrを流れる電流を制御して、発熱抵抗体HRからの発熱量を制御するようになっている。すなわち、本実施の形態1における流量センサでは、CPU1がヒータ制御ブリッジHCBの出力に基づいて、発熱抵抗体HRで加熱された気体が吸気温度よりもある一定温度(ΔT、例えば、100℃)だけ高い一定値に保持するようにフィードバック制御するように構成されていることがわかる。
続いて、本実施の形態1における流量センサは、気体の流量を検知するための温度センサブリッジTSBを有している。この温度センサブリッジTSBは、参照電圧Vref2とグランド(GND)との間にブリッジを構成する4つの測温抵抗体から構成されている。この4つの測温抵抗体は、2つの上流測温抵抗体UR1、UR2と、2つの下流測温抵抗体BR1、BR2から構成されている。
つまり、図1の矢印の方向は、気体が流れる方向を示しており、この気体が流れる方向の上流側に上流測温抵抗体UR1、UR2が設けられ、下流側に下流測温抵抗体BR1、BR2が設けられている。これらの上流測温抵抗体UR1、UR2および下流測温抵抗体BR1、BR2は、発熱抵抗体HRまでの距離が同じになるように配置されている。
温度センサブリッジTSBでは、参照電圧Vref2とグランド(GND)の間に上流測温抵抗体UR1と下流測温抵抗体BR1が直列接続されており、この上流測温抵抗体UR1と下流測温抵抗体BR1の接続点がノードCとなっている。
一方、グランド(GND)と参照電圧Vref2の間に上流測温抵抗体UR2と下流測温抵抗体BR2が直列接続されており、この上流測温抵抗体UR2と下流測温抵抗体BR2の接続点がノードDとなっている。そして、ノードCの電位とノードDの電位は、入力回路2を介してCPU1に入力されるように構成されている。そして、矢印方向に流れる気体の流量が零である無風状態のとき、ノードCの電位とノードDの電位との差電位が0Vとなるように、上流測温抵抗体UR1、UR2と下流測温抵抗体BR1、BR2の各抵抗値が設定されている。
具体的に、上流測温抵抗体UR1、UR2と下流測温抵抗体BR1、BR2は、発熱抵抗体HRからの距離が等しく、かつ、抵抗値も等しくなるように構成されている。このため、温度センサブリッジTSBでは、発熱抵抗体HRの発熱量にかかわらず、無風状態であれば、ノードCとノードDの差電位は0Vとなるように構成されていることがわかる。
<流量センサの動作>
本実施の形態1における流量センサは上記のように構成されており、以下に、その動作について図1を参照しながら説明する。まず、CPU1は、出力回路3を介してトランジスタTrのベース電極に出力信号(制御信号)を出力することにより、トランジスタTrに電流を流す。すると、トランジスタTrのコレクタ電極に接続されている電源PSから、トランジスタTrのエミッタ電極に接続されている発熱抵抗体HRに電流が流れる。このため、発熱抵抗体HRは発熱する。そして、発熱抵抗体HRからの発熱で暖められた気体がヒータ制御ブリッジHCBを構成する抵抗体R1を加熱する。
このとき、発熱抵抗体HRで暖められた気体が一定温度(例えば、100℃)だけ高くなっている場合、ヒータ制御ブリッジHCBのノードAとノードBの差電位が0Vとなるように、抵抗体R1〜R4の各抵抗値が設定されている。このため、例えば、発熱抵抗体HRで暖められた気体が一定温度(例えば、100℃)だけ高くなっている場合、ヒータ制御ブリッジHCBのノードAとノードBとの間の差電位は0Vとなり、この差電位(0V)が入力回路2を介してCPU1に入力される。そして、ヒータ制御ブリッジHCBからの差電位が0Vであることを認識したCPU1は、出力回路3を介してトランジスタTrのベース電極に、現状の電流量を維持するための出力信号(制御信号)を出力する。
一方、発熱抵抗体HRで暖められた気体が一定温度(例えば、100℃)からずれている場合、ヒータ制御ブリッジHCBのノードAとノードBとの間に0Vではない差電位が発生し、この差電位が入力回路2を介してCPU1に入力される。そして、ヒータ制御ブリッジHCBからの差電位が発生していることを認識したCPU1は、出力回路3を介してトランジスタTrのベース電極に、差電位が0Vになるような出力信号(制御信号)を出力する。
例えば、発熱抵抗体HRで暖められた気体が一定温度(例えば、100℃)よりも高くなる方向の差電位が発生している場合、CPU1は、トランジスタTrを流れる電流が減少するような制御信号(出力信号)を、トランジスタTrのベース電極へ出力する。これに対し、発熱抵抗体HRで暖められた気体が一定温度(例えば、100℃)よりも低くなる方向の差電位が発生している場合、CPU1は、トランジスタTrを流れる電流が増加するような制御信号(出力信号)を、トランジスタTrのベース電極へ出力する。
以上のようにして、CPU1は、ヒータ制御ブリッジHCBのノードAとノードBとの間の差電位が0V(平衡状態)になるように、ヒータ制御ブリッジHCBからの出力信号に基づいて、フィードバック制御する。このことから、本実施の形態1における流量センサでは、発熱抵抗体HRで暖められた気体が一定温度となるように制御されることがわかる。
次に、本実施の形態1における流量センサでの気体の流量を測定する動作について説明する。まず、無風状態の場合について説明する。矢印方向に流れる気体の流量が零である無風状態のとき、温度センサブリッジTSBのノードCの電位とノードDの電位との差電位が0Vとなるように、上流測温抵抗体UR1、UR2と下流測温抵抗体BR1、BR2の各抵抗値が設定されている。
具体的に、上流測温抵抗体UR1、UR2と下流測温抵抗体BR1、BR2は、発熱抵抗体HRからの距離が等しく、かつ、抵抗値も等しくなるように構成されている。このため、温度センサブリッジTSBでは、発熱抵抗体HRの発熱量にかかわらず、無風状態であれば、ノードCとノードDの差電位は0Vとなり、この差電位(0V)が入力回路2を介してCPU1に入力される。そして、温度センサブリッジTSBからの差電位が0Vであることを認識したCPU1は、矢印方向に流れる気体の流量が零であると認識し、出力回路3を介して気体流量Qが零であることを示す出力信号が本実施の形態1における流量センサから出力される。
続いて、図1の矢印方向に気体が流れている場合を考える。この場合、図1に示すように、気体の流れる方向の上流側に配置されている上流測温抵抗体UR1、UR2は、矢印方向に流れる気体によって冷却される。このため、上流測温抵抗体UR1、UR2の温度は低下する。これに対し、気体の流れる方向の下流側に配置されている下流測温抵抗体BR1、BR2は、発熱抵抗体HRで暖められた気体が下流測温抵抗体BR1、BR2に流れてくるので温度が上昇する。この結果、温度センサブリッジTSBのバランスが崩れ、温度センサブリッジTSBのノードCとノードDとの間に零ではない差電位が発生する。
この差電位が入力回路2を介してCPU1に入力される。そして、温度センサブリッジTSBからの差電位が零ではないことを認識したCPU1は、矢印方向に流れる気体の流量が零ではないことを認識する。その後、CPU1はメモリ4にアクセスする。メモリ4には、差電位と気体流量を対応づけた対比表(テーブル)が記憶されているので、メモリ4にアクセスしたCPU1は、メモリ4に記憶されている対比表から気体流量Qを算出する。このようにして、CPU1で算出された気体流量Qは出力回路3を介して、本実施の形態1における流量センサから出力される。以上のようにして、本実施の形態1における流量センサによれば、気体の流量を求めることができることがわかる。
<流量センサのレイアウト構成>
次に、本実施の形態1における流量センサのレイアウト構成について説明する。例えば、図1に示す本実施の形態1における流量センサは、2つの半導体チップに形成される。具体的には、発熱抵抗体HR、ヒータ制御ブリッジHCBおよび温度センサブリッジTSBが1つの半導体チップに形成され、CPU1、入力回路2、出力回路3およびメモリ4などが別の半導体チップに形成される。以下では、発熱抵抗体HR、ヒータ制御ブリッジHCBおよび温度センサブリッジTSBが形成されている半導体チップのレイアウト構成について説明する。
図2は、本実施の形態1における流量センサの一部を構成した半導体チップCHP1のレイアウト構成を示す平面図である。まず、図2に示すように、半導体チップCHP1が矩形形状をしており、この半導体チップCHP1の左側から右側に向って(矢印方向)、気体が流れるようになっている。そして、図2に示すように、矩形形状をした半導体チップCHP1の裏面側に矩形形状のダイヤフラムDFが形成されている。ダイヤフラムDFとは、半導体チップCHP1の厚さを薄くした薄板領域のことを示している。つまり、ダイヤフラムDFが形成されている領域の厚さは、その他の半導体チップCHP1の領域の厚さよりも薄くなっている。
このようにダイヤフラムDFが形成されている裏面領域に相対する半導体チップCHP1の表面領域には、図2に示すように、流量検出部FDUが形成されている。具体的に、この流量検出部FDUの中央部には、発熱抵抗体HRが形成されており、この発熱抵抗体HRの周囲にヒータ制御ブリッジを構成する抵抗体R1が形成されている。そして、流量検出部FDUの外側にヒータ制御ブリッジを構成する抵抗体R2〜R4が形成されている。このように形成された抵抗体R1〜R4によってヒータ制御ブリッジが構成される。
特に、ヒータ制御ブリッジを構成する抵抗体R1は、発熱抵抗体HRの近傍に形成されているので、発熱抵抗体HRからの発熱で暖められた気体の温度を抵抗体R1に精度良く反映させることができる。
一方、ヒータ制御ブリッジを構成する抵抗体R2〜R4は、発熱抵抗体HRから離れて配置されているので、発熱抵抗体HRからの発熱の影響を受けにくくすることができる。
したがって、抵抗体R1は発熱抵抗体HRで暖められた気体の温度に敏感に反応するように構成することができるとともに、抵抗体R2〜R4は発熱抵抗体HRの影響を受けにくく抵抗値を一定値に維持しやすく構成することができる。このため、ヒータ制御ブリッジの検出精度を高めることができる。
さらに、流量検出部FDUに形成されている発熱抵抗体HRを挟むように、上流測温抵抗体UR1、UR2と下流測温抵抗体BR1、BR2が配置されている。具体的に、気体が流れる矢印方向の上流側に上流測温抵抗体UR1、UR2が形成され、気体が流れる矢印方向の下流側に下流測温抵抗体BR1、BR2が形成されている。
このように構成することにより、気体が矢印方向に流れる場合、上流測温抵抗体UR1、UR2の温度を低下させることができるとともに、下流測温抵抗体BR1、BR2の温度を上昇させることができる。このように流量検出部FDUに配置されている上流測温抵抗体UR1、UR2および下流測温抵抗体BR1、BR2により温度センサブリッジが形成される。
上述した発熱抵抗体HR、上流測温抵抗体UR1、UR2および下流測温抵抗体BR1、BR2は、例えば、白金(プラチナ)などの金属膜やポリシリコン(多結晶シリコン)などの半導体薄膜をスパッタリング法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法などの方法で形成した後、イオンエッチングなどの方法でパターニングすることにより形成することができる。
このように構成されている発熱抵抗体HR、ヒータ制御ブリッジを構成する抵抗体R1〜R4、および、温度センサブリッジを構成する上流測温抵抗体UR1、UR2と下流測温抵抗体BR1、BR2は、それぞれ、配線WL1と接続されて、半導体チップCHP1の下辺に沿って配置されているパッドPD1に引き出されている。
以上のようにして、本実施の形態1における流量センサの一部を構成する半導体チップCHP1がレイアウト構成されている。実際の流量センサは、発熱抵抗体HR、ヒータ制御ブリッジHCBおよび温度センサブリッジTSBが形成された1つの半導体チップと、CPU1、入力回路2、出力回路3およびメモリ4などが形成されたもう1つの半導体チップとを有し、これらの半導体チップを基板上に実装した構造をしている。
以下では、まず、流量センサの実装構成に関する関連技術について説明し、その後、この関連技術が有する改善の必要性について説明する。その次に、関連技術が有する改善の余地を克服する工夫を施した本実施の形態1における流量センサの実装構成について説明する。
<関連技術の説明>
図3は、関連技術における流量センサFSPの実装構成を示す図であり、樹脂で封止する前の構成を示す図である。特に、図3(a)は、関連技術における流量センサFSPの実装構成を示す平面図である。図3(b)は、図3(a)のA−A線で切断した断面図であり、図3(c)は半導体チップCHP1の裏面を示す平面図である。
まず、図3(a)に示すように、関連技術における流量センサFSPは、例えば、銅材からなるリードフレームLFを有している。このリードフレームLFは、外枠体を構成するダムバーDMで囲まれた内部にチップ搭載部TAB1とチップ搭載部TAB2を有している。そして、チップ搭載部TAB1上に半導体チップCHP1が搭載され、チップ搭載部TAB2上に半導体チップCHP2が搭載されている。
半導体チップCHP1は、矩形形状をしており、ほぼ中央部に流量検出部FDUが形成されている。そして、流量検出部FDUと接続する配線WL1が半導体チップCHP1上に形成されており、この配線WL1は、半導体チップCHP1の一辺に沿って形成された複数のパッドPD1と接続されている。すなわち、流量検出部FDUと複数のパッドPD1とは配線WL1で接続されていることになる。これらのパッドPD1は、リードフレームLFに形成されているリードLD1と、例えば、金線からなるワイヤW1を介して接続されている。リードフレームLFに形成されているリードLD1は、さらに、半導体チップCHP2に形成されているパッドPD2と、例えば、金線からなるワイヤW2を介して接続されている。
半導体チップCHP2には、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体素子や配線からなる集積回路が形成されている。具体的には、図1に示すCPU1、入力回路2、出力回路3、あるいは、メモリ4などを構成する集積回路が形成されている。これらの集積回路は、外部接続端子として機能するパッドPD2やパッドPD3と接続されている。そして、半導体チップCHP2に形成されているパッドPD3は、リードフレームLFに形成されているリードLD2と、例えば、金線からなるワイヤW3を介して接続されている。このようにして、流量検出部FDUが形成されている半導体チップCHP1と、制御回路が形成されている半導体チップCHP2は、リードフレームLFに形成されているリードLD1を介して接続されていることがわかる。
続いて、図3(b)に示すように、リードフレームLFにはチップ搭載部TAB1が形成されており、このチップ搭載部TAB1上に半導体チップCHP1が搭載されている。この半導体チップCHP1は、接着材ADHによってチップ搭載部TAB1と接着している。半導体チップCHP1の裏面には、ダイヤフラムDF(薄板部)が形成されており、ダイヤフラムDFと相対する半導体チップCHP1の表面には、流量検出部FDUが形成されている。一方、ダイヤフラムDFの下方に存在するチップ搭載部TAB1の底部には開口部OP1が形成されている。
さらに、図3(b)に示すように、半導体チップCHP1の表面(上面)には、流量検出部FDUの他に、流量検出部FDUと接続されたパッドPD1が形成されており、このパッドPD1は、リードフレームLFに形成されたリードLD1とワイヤW1を介して接続されている。そして、リードフレームLFには、半導体チップCHP1の他に半導体チップCHP2も搭載されており、半導体チップCHP2は、接着材ADHによってチップ搭載部TAB2に接着している。さらに、半導体チップCHP2に形成されているパッドPD2と、リードフレームLFに形成されているリードLD1がワイヤW2を介して接続されている。また、半導体チップCHP2に形成されているパッドPD3と、リードフレームLFに形成されているリードLD2は、ワイヤW3を介して電気的に接続されている。
図3(c)は、半導体チップCHP1の裏面を示す平面図である。図3(c)に示すように、半導体チップCHP1の裏面には、ダイヤフラムDFが形成されており、このダイヤフラムDFを囲むように接着材ADHが塗布されている。つまり、関連技術において、接着材は、平面視において、ダイヤフラムDFと重ならないように形成されていることがわかる。
関連技術における流量センサFSPにおいて、樹脂で封止する前の流量センサFSPの実装構成は上記のようになっており、以下に、樹脂で封止した後の流量センサFSPの実装構成について説明する。
図4は、関連技術における流量センサFSPの実装構成を示す図であり、樹脂で封止した後の構成を示す図である。特に、図4(a)は、関連技術における流量センサFSPの実装構成を示す平面図である。図4(b)は、図4(a)のA−A線で切断した断面図であり、図4(c)は図4(a)のB−B線で切断した断面図である。
図4(a)〜(c)に示すように、関連技術における流量センサFSPでは、半導体チップCHP2が樹脂MRを含む封止体で封止されているとともに、半導体チップCHP1の一部およびチップ搭載部TAB1の一部が樹脂MRを含む封止体で封止されている。具体的に、関連技術における流量センサFSPでは、半導体チップCHP1の上面に形成されている流量検出部FDUを露出させながら、半導体チップCHP1の側面および上面の一部を覆うように樹脂MRが形成されている。
このように構成されている関連技術における流量センサFSPは、例えば、図5に示す製造工程によって樹脂封止される。図5は、関連技術における流量センサFSPを樹脂封止する工程を示す断面図である。
図5に示すように、リードフレームLFに形成されているチップ搭載部TAB1上に接着材ADHで半導体チップCHP1が固定されている。そして、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで第2空間を介して挟み込む。その後、加熱下において、この第2空間に樹脂MRを流し込むことにより、半導体チップCHP1の一部を樹脂MRで封止する。
このとき、図5に示すように、ダイヤフラムDFの内部空間は、接着材ADHによって、上述した第2空間と隔離されているので、第2空間を樹脂MRで充填する際にも、ダイヤフラムDFの内部空間へ樹脂MRが侵入することを防止できる。
また、上金型UMには、半導体チップCHP1の上面SUR(CHP)に形成されている流量検出部FDUを囲む第1空間SP1(密閉空間)を確保するように凹み部が形成されている。このことから、上金型UMを半導体チップCHP1上に押し当てると、上金型UMに形成されている凹み部によって、半導体チップCHP1に形成されている流量検出部FDUおよびその近傍領域を囲む第1空間SP1(密閉空間)が確保されつつ、例えば、半導体チップCHP1の側面および上面の一部を封止することができる。すなわち、関連技術によれば、半導体チップCHP1に形成されている流量検出部FDUおよびその近傍領域を露出させつつ、半導体チップCHP1の一部を封止することができる。
具体的に、図5では、流量センサの製造方法として、下金型BMと、弾性体フィルムLAFを設置した上金型UMとによって、リードフレームLFに形成されているチップ搭載部TAB1上に搭載された半導体チップCHP1などの部品をクランプした状態が示されている。そして、図5では、上金型UMと下金型BMとの間に形成される第2空間に樹脂MRを注入する工程が示されている。特に、図5は、流量センサの空気(気体)の流れ方向の断面図が示されている。図5に示すように、半導体チップCHP1の端部は、弾性体フィルムLAFを介して上金型UMで押し付けられており、これによって、半導体チップCHP1が上金型UMで固定される。
上述した関連技術では、流量検出部FDUが形成されている半導体チップCHP1を、金型で固定した状態で封止工程を実施することができるので、半導体チップCHP1の位置ずれを抑制しながら、半導体チップCHP1の一部を樹脂MRで封止することができる。このことは、関連技術における流量センサFSPの製造方法によれば、各流量センサの位置ずれを抑制しながら、半導体チップCHP1の一部を樹脂MRで封止できることを意味し、半導体チップCHP1に形成されている流量検出部FDUの位置のバラツキを抑制できることを意味する。
この結果、関連技術によれば、気体の流量を検出する流量検出部FDUの位置を各流量センサで一致させることができるため、各流量センサにおいて気体流量を検出する性能バラツキを抑制できる。つまり、金型で固定しながら半導体チップCHP1の一部を封止する関連技術によれば、ポッティング樹脂を使用する技術に比べて、流量センサFSPごとの性能バラツキを抑制することができる。
なお、樹脂封止工程を採用する関連技術における流量センサFSPの製造工程では、樹脂MRを含む封止体を下金型BMからスムーズに離型する必要がある。そこで、図5に示すように、下金型BMには、上下動が可能な突き出しピン(イジェクタピン)EJPNが挿入されており、この突き出しピンEJPNを使用することにより、樹脂封止後の封止体を下金型BMから容易に離型することができる。
ここで、例えば、図3に示すように、樹脂封止前のリードフレームLFの下端部から半導体チップCHP1の上端部までの実装高さHの寸法にはバラツキが生じるおそれがある。なぜなら、各部品(リードフレームLF、接着材ADH、半導体チップCHP1)の厚さ寸法には、一定のバラツキが存在するからである。つまり、各部品(リードフレームLF、接着部材ADH、半導体チップCHP1)の厚さ寸法のバラツキに起因して実装高さHの寸法バラツキが生じるおそれがあるのである。
このような実装高さHの寸法バラツキが生じると、上金型UMと下金型BMで部品をクランプした際、半導体チップCHP1の破断、もしくは、半導体チップCHP1上への樹脂漏れが発生するおそれが高まる。
そこで、関連技術では、半導体チップCHP1の破断、もしくは、半導体チップCHP1上への樹脂漏れの発生を防止するために、例えば、図5に示すように、半導体チップCHP1と上金型UMとの間に弾性体フィルムLAFを介在させている。
これにより、例えば、半導体チップCHP1の厚さが平均的な厚さよりも薄い場合、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、隙間が生じるが、この隙間を弾性体フィルムLAFで充填できるため、半導体チップCHP1上への樹脂漏れを防止できる。
一方、半導体チップCHP1の厚さが平均的な厚さよりも厚い場合、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、弾性体フィルムLAFは、半導体チップCHP1よりも弾性率が低いため、半導体チップCHP1の厚さを吸収するように弾性体フィルムLAFの厚さ方向の寸法が変化する。この結果、半導体チップCHP1の厚さが平均的な厚さよりも厚くても、必要以上に半導体チップCHP1へ力が加わることを防止することができ、この結果、半導体チップCHP1の破断を防止することができる。
つまり、関連技術における流量センサFSPの製造方法によれば、弾性体フィルムLAFを介して半導体チップCHP1が上金型UMで押さえ付けられている。このため、半導体チップCHP1、接着材ADH、あるいは、リードフレームLFの厚さバラツキに起因する部品の実装バラツキを弾性体フィルムLAFの厚さ変化により吸収することができるのである。
このように関連技術によれば、半導体チップCHP1に加わるクランプ力を緩和することができる。この結果、半導体チップCHP1の割れ、欠け、あるいは、ひび割れなどに代表される破損を防止することができる。すなわち、関連技術における流量センサFSPの製造方法によれば、部品の実装バラツキに起因したクランプ力の増大に伴う半導体チップCHP1の割れ、欠け、あるいは、ひび割れなどに代表される破損から半導体チップCHP1を保護することができる。
<関連技術における改善の余地>
上述した関連技術においては、部品の実装バラツキに起因したクランプ力の増大に伴う半導体チップCHP1の割れ、欠け、あるいは、ひび割れなどに代表される破損から半導体チップCHP1を保護する観点から、さらなる改善の余地がある。以下に、この関連技術の存在する改善の余地について説明する。
例えば、図3に示す実装高さHの寸法バラツキが大きい場合には、弾性フィルムLAFの寸法変化だけでは実装高さHの寸法バラツキを吸収できない場合がある。つまり、弾性体フィルムLAFを介して上金型UMと下金型BMで、半導体チップCHP1を接着したチップ搭載部TAB1を挟み込んでも、弾性フィルムLAFの厚さ変化では吸収できないほど、実装高さHが高い場合には、半導体チップCHP1に必要以上のクランプ力が加わることになり、半導体チップCHP1が破断するおそれが顕在化する。
一方、実装高さHが弾性フィルムLAFの厚さ変化で吸収できないほど実装高さHが低い場合には、弾性体フィルムLAFと半導体チップCHP1間に隙間が生じ、この隙間に樹脂が流れるため、半導体チップCHP1上への樹脂漏れが発生するおそれが顕在化する。
この点に関し、弾性体フィルムLAFの厚さを大きくすることで、実装高さHの寸法バラツキに対応することが考えられる。ところが、弾性体フィルムLAFの厚さを大きくすると材料コストが高くなることが考えられる。
さらに、厚さが厚い弾性体フィルムLAFは、上金型UMへの追従性が悪くなるため、弾性体フィルムLAFにしわが発生しやすい。弾性体フィルムLAFのしわは、特に、上金型UMの寸法が変化する場所において発生しやすく、例えば、図5に示す第1空間SP1(密閉空間)を確保するための上金型UMの凹み部において発生しやすい。このようにして発生した弾性体フィルムLAFのしわは、図5に示す樹脂封止工程において、モールド品(製品)となる流量センサFSPの封止体に転写される。この結果、流量センサFSPの外観不良が発生して歩留りの低下を招くことになる。
そこで、本実施の形態1における技術的思想では、上述した事項を改善するため、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着する接着材ADH1に着目した工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態1における技術的思想について説明する。
<実施の形態1における流量センサの実装構成>
図6は、本実施の形態1における流量センサFS1の実装構成を示す図であり、樹脂で封止する前の構成を示す図である。特に、図6(a)は、本実施の形態1における流量センサFS1の実装構成を示す平面図であり、図6(b)は、図6(a)のA−A線で切断した断面図である。また、図6(c)は、半導体チップの裏面を示す平面図である。
まず、図6(a)に示すように、本実施の形態1における流量センサFS1は、例えば、銅材からなるリードフレームLFを有している。このリードフレームLFは、外枠体を構成するダムバーDMで囲まれた内部にチップ搭載部TAB1とチップ搭載部TAB2を有している。そして、チップ搭載部TAB1上に半導体チップCHP1が搭載され、チップ搭載部TAB2上に半導体チップCHP2が搭載されている。
半導体チップCHP1は、矩形形状をしており、ほぼ中央部に流量検出部FDUが形成されている。そして、流量検出部FDUと接続する配線WL1が半導体チップCHP1上に形成されており、この配線WL1は、半導体チップCHP1の一辺に沿って形成された複数のパッドPD1と接続されている。すなわち、流量検出部FDUと複数のパッドPD1とは配線WL1で接続されていることになる。
これらのパッドPD1は、リードフレームLFに形成されているリードLD1と、例えば、金線からなるワイヤW1を介して接続されている。リードフレームLFに形成されているリードLD1は、さらに、半導体チップCHP2に形成されているパッドPD2と、例えば、金線からなるワイヤW2を介して接続されている。
半導体チップCHP2には、MISFETなどの半導体素子や配線からなる集積回路が形成されている。具体的には、図1に示すCPU1、入力回路2、出力回路3、あるいは、メモリ4などを構成する集積回路が形成されている。これらの集積回路は、外部接続端子として機能するパッドPD2やパッドPD3と接続されている。そして、半導体チップCHP2に形成されているパッドPD3は、リードフレームLFに形成されているリードLD2と、例えば、金線からなるワイヤW3を介して接続されている。このようにして、流量検出部FDUが形成されている半導体チップCHP1と、制御回路が形成されている半導体チップCHP2は、リードフレームLFに形成されているリードLD1を介して接続されていることがわかる。
ここで、図示はしていないが、半導体チップCHP1の最外表面には、接着する樹脂との応力緩衝、表面保護、絶縁などを目的としてポリイミド膜が形成されていてもよい。
なお、図6(a)に示すダムバーDMは、後述する樹脂封止工程における樹脂漏れを防止する機能を有しており、樹脂封止工程後に、ダムバーDMは切断除去される。
続いて、図6(b)に示すように、リードフレームLFにはチップ搭載部TAB1が形成されており、このチップ搭載部TAB1上に半導体チップCHP1が搭載されている。この半導体チップCHP1は、接着材ADH1によってチップ搭載部TAB1と接着している。半導体チップCHP1の裏面には、ダイヤフラムDF(薄板部)が形成されており、ダイヤフラムDFと相対する半導体チップCHP1の表面には、流量検出部FDUが形成されている。
一方、ダイヤフラムDFの下方に存在するチップ搭載部TAB1の底部には開口部OP1が形成されている。ここでは、ダイヤフラムDFの下方に存在するチップ搭載部TAB1の底部に開口部OP1が形成されている例を示したが、本実施の形態1における技術的思想は、これに限定されるものではなく、開口部OP1が形成されていないリードフレームLFを使用することもできる。
さらに、図6(b)に示すように、半導体チップCHP1の表面(上面)には、流量検出部FDUの他に、流量検出部FDUと接続されたパッドPD1が形成されており、このパッドPD1は、リードフレームLFに形成されたリードLD1とワイヤW1を介して接続されている。そして、リードフレームLFには、半導体チップCHP1の他に半導体チップCHP2も搭載されており、半導体チップCHP2は、接着材ADH1によってチップ搭載部TAB2に接着している。
さらに、半導体チップCHP2に形成されているパッドPD2と、リードフレームLFに形成されているリードLD1がワイヤW2を介して接続されている。また、半導体チップCHP2に形成されているパッドPD3と、リードフレームLFに形成されているリードLD2は、ワイヤW3を介して電気的に接続されている。
なお、第1半導体チップCHP1のパッドPD1と第2半導体チップCHP2のパッドPD2は、金線で直接接続することもできる。
半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1や、半導体チップCHP2とチップ搭載部TAB2とを接着している接着材ADH1は、例えば、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂を成分とした接着材、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂やフッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を成分とした接着材を使用することができる。
また、接着材ADH1は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を主成分として、金、銀、銅、すずなどの金属材料、シリカ、ガラス、カーボン、マイカ、タルクなどを成分として含む無機材料を混入することによって、導電性を持たせたり、線膨張係数を制御できるものとする。
ここで、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の接着は、接着材ADH1を塗布することや、シート状の接着材を貼り付けることにより行うことができる。例えば、図6(c)に示すように、半導体チップCHP1の裏面には、シート状の接着材ADH1が貼り付けられている。
このとき、本実施の形態1において、接着材ADH1は、例えば、図6(b)に示すように、チップ搭載部TAB1上のうち、平面視において、ダイヤフラムDFと重なる領域上にも形成されている。別の言い方をすれば、ダイヤフラムDFのチップ搭載部TAB1への投影面にも接着材ADH1が形成されているということもできる。
そして、この場合、接着材ADH1には、少なくとも1つの開口部(貫通孔)OPAが形成されており、この接着材ADH1に形成されている開口部OPAは、チップ搭載部TAB1に形成されている開口部OP1と連通している。この結果、ダイヤフラムDFの直下に形成されている内部空間は、開口部OPAおよび開口部OP1を介して外部空間と繋がっていることになる。
図6(c)は、半導体チップCHP1の裏面を示す平面図である。図6(c)に示すように、半導体チップCHP1の裏面には、ダイヤフラムDFが形成されており、ダイヤフラムDFが形成された半導体チップCHP1の裏面に接着材ADH1が形成されている。この接着材ADH1は、平面的にダイヤフラムDFと重なる領域にも形成されており、ダイヤフラムDFと重なる領域に形成されている接着材ADH1には、開口部OPAが形成されている。つまり、開口部OPAは、ダイヤフラムDFと平面的に重なるように形成されていることになる。
続いて、樹脂で封止した後の本実施の形態1における流量センサFS1の実装構成について説明する。図7は、本実施の形態1における流量センサFS1の実装構成を示す図であり、樹脂で封止した後の構成を示す図である。特に、図7(a)は、本実施の形態1における流量センサFS1の実装構成を示す平面図である。図7(b)は、図7(a)のA−A線で切断した断面図であり、図7(c)は、図7(a)のB−B線で切断した断面図である。
本実施の形態1における流量センサFS1では、図7(a)に示すように、半導体チップCHP1に形成されている流量検出部FDUを露出した状態で、半導体チップCHP1の一部および半導体チップCHP2の全体が樹脂MRで覆われた構造をしている。つまり、本実施の形態1では、流量検出部FDUが形成されている領域を露出させながら、半導体チップCHP1のパッド形成領域および半導体チップCHP2の全領域を一括して樹脂MRで封止している。
ここで、本実施の形態1では、例えば、半導体チップCHP1に形成されているパッドPD1と電気的に接続するワイヤW1を覆うように、樹脂MRからなる凸部を設けてもよい。すなわち、ループ高さが高い金線(ワイヤ)などの部品を確実に封止するため、樹脂MR(封止体)に凸部を形成することができる。ただし、図7(a)および図7(b)に示すように、本実施の形態1において、凸部は必須構成要件ではない。つまり、凸部を設けなくても、半導体チップCHP1に形成されているパッドPD1とリードLD1とを電気的に接続する金線(ワイヤ)を樹脂MRで封止することができれば、樹脂MR(封止体)に凸部を設ける必要はない。
なお、上述した樹脂MRは、例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ボリブチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂を使用することができる。さらに、樹脂MRには、金、銀、銅、すずなどの金属材料、シリカ、ガラス、カーボン、マイカ、タルクなどを成分として含む無機材料を混入することによって、導電性を持たせたり、線膨張係数を制御するようにしてもよい。
本実施の形態1によれば、この樹脂MRによる封止は、例えば、流量検出部FDUが形成されている半導体チップCHP1を金型で固定した状態で行なうことができる。この結果、本実施の形態1によれば、半導体チップCHP1の位置ずれを抑制しながら、半導体チップCHP1の一部および半導体チップCHP2を樹脂MRで封止することができる。このことは、本実施の形態1における流量センサFS1によれば、各流量センサFS1の位置ずれを抑制しながら、半導体チップCHP1の一部および半導体チップCHP2の全領域を樹脂MRで封止できることを意味し、半導体チップCHP1に形成されている流量検出部FDUの位置のバラツキを抑制できることを意味する。
このことから、本実施の形態1によれば、気体の流量を検出する流量検出部FDUの位置を各流量センサFS1で一致させることができるため、各流量センサFS1において気体流量を検出する性能バラツキを抑制できる顕著な効果を得ることができる。
ここで、本実施の形態1では、ダイヤフラムDFが形成された半導体チップCHP1の裏面に接着材ADH1が形成されており、この接着材ADH1は、平面的にダイヤフラムDFと重なる領域にも形成されている。そして、ダイヤフラムDFと重なる領域に形成されている接着材ADH1には、開口部OPAが形成されている。さらに、図7(b)および図7(c)に示すように、半導体チップCHP1の裏面に形成されたダイヤフラムDFの下方にあるチップ搭載部TAB1の底部には開口部OP1が形成され、チップ搭載部TAB1の裏面を覆う樹脂MRに開口部OP2が設けられている。
これにより、本実施の形態1による流量センサFS1によれば、ダイヤフラムDFの内部空間は、接着材ADH1に形成された開口部OPAと、チップ搭載部TAB1の底部に形成された開口部OP1と、樹脂MRに形成された開口部OP2とを介して流量センサFS1の外部空間と連通することになる。この結果、ダイヤフラムDFの内部空間の圧力と、流量センサFS1の外部空間の圧力とを等しくすることができ、ダイヤフラムDF上に応力が加わることを抑制できる。
また、本実施の形態1における流量センサFS1では、図7(b)に示すように、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、ダイヤフラムDFの内部空間に形成されている接着材ADH1の厚さの最大値HDFよりも小さくなるように構成されている。さらに、本実施の形態1における流量センサFS1においては、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、半導体チップCHP2とチップ搭載部TAB2との間に挟み込まれた接着材ADH1の厚さHCT2よりも小さくなっている。
なお、本実施の形態1においては、半導体チップCHP1の上面SUR(CHP)よりも樹脂MRの上面SUR(MR)の方が高く、半導体チップCHP1の上部を部分的に樹脂MRが覆う形状の例が示されている。ただし、本実施の形態1における流量センサFS1の構成は、このような形状に限定されるものではなく、例えば、半導体チップCHP1の上面SUR(CHP)よりも樹脂MRの上面SUR(MR)の方が低い箇所が存在してもよく、この箇所において、半導体チップCHP1の上部を部分的に樹脂MRが覆っていない構成であってもよい。
<本実施の形態1における流量センサの製造方法(本実施の形態1の特徴)>
本実施の形態1における流量センサFS1は、上記のように構成されており、以下では、本実施の形態1における流量センサFS1の製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図7(a)のB−B線で切断した断面図を使用して、本実施の形態1における特徴工程が明確化される観点で説明することにする(図8〜図11)。その後、本実施の形態1における流量センサFS1が半導体チップCHP1と半導体チップCHP2を有する2チップ構造であることが明確化される観点で説明する(図12〜図16)。
まず、図8に示すように、例えば、銅材からなるリードフレームLFを用意する。このリードフレームLFには、チップ搭載部TAB1が形成されており、チップ搭載部TAB1の底部に開口部OP1が形成されている。
次に、図9に示すように、チップ搭載部TAB1上に接着材ADH1を形成する。この接着材ADH1は、例えば、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂を成分とした接着材、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂やフッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を成分とした接着材を使用することができる。また、接着材ADH1は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を主成分として、金、銀、銅、すずなどの金属材料、シリカ、ガラス、カーボン、マイカ、タルクなどを成分として含む無機材料を混入することによって、導電性を持たせたり、線膨張係数を制御するようにしてもよい。
そして、この接着材ADH1に開口部OPAを形成する。この開口部OPAは、チップ搭載部TAB1に形成された開口部OP1と連通するように形成される。
続いて、図10に示すように、チップ搭載部TAB1上に半導体チップCHP1を搭載する。具体的には、リードフレームLFに形成されたチップ搭載部TAB1上に半導体チップCHP1を接着材ADH1で接続する。
このとき、本実施の形態1では、平面的にダイヤフラムDFと重なる領域にも接着材ADH1が形成されており、ダイヤフラムDFと重なる領域に形成されている接着材ADH1には、開口部OPAが形成されている。そして、半導体チップCHP1に形成されているダイヤフラムDFが、接着材ADH1に形成されている開口部OPAおよびチップ搭載部TAB1の底部に形成されている開口部OP1と連通するように、半導体チップCHP1がチップ搭載部TAB1上に搭載される。
なお、半導体チップCHP1には、通常の半導体製造プロセスによって流量検出部FDU、配線(図示されず)およびパッド(図示されず)が形成される。そして、例えば、異方性エッチングにより、半導体チップCHP1の表面に形成された流量検出部FDUと相対する裏面の位置にダイヤフラムDFが形成されることになる。
その後、図面には示されていないが、半導体チップCHP1に形成されているパッドと、リードフレームLFに形成されているリードとをワイヤで接続する(ワイヤボンディング)。このワイヤは、例えば、金線から形成される。
次に、図11に示すように、半導体チップCHP1の一部を樹脂MRで封止する(モールド工程)。つまり、半導体チップCHP1に形成されている流量検出部FDUを露出させつつ、半導体チップCHP1の一部を樹脂MR(封止体)で封止する。
具体的には、まず、上金型UMと、突き出しピンEJPNを挿入した下金型BMとを用意する。
続いて、半導体チップCHP1の上面に上金型UMの一部を密着させ、かつ、上金型UMと半導体チップCHP1の間に流量検出部FDUを囲む第1空間SP1を形成しながら、上金型UMと下金型BMとで、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを、第2空間を介して挟み込む。
その後、加熱下において、プランジャによって第2空間に樹脂MRを流し込む。このとき、図11に示すように、下金型BMには、突き出しピンEJPNが挿入されている。この突き出しピンEJPNは、突き出しピンプレート(図示せず)によって上下移動できるように構成されており、突き出しピンプレート(図示せず)は、成形装置の加圧機構とバネによって上下方向に移動できるように構成されている。
次に、樹脂MRが硬化した段階で、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMから取り外す。具体的には、まず、樹脂MRを含む封止体から上金型UMを取り外した後、突き出しピンEJPNも上方向に移動する。この結果、上方向に移動した突き出しピンEJPNによる突き出しによって、半導体チップCHP1の一部を封止した封止体が下金型BMから離型する。以上のようにして、本実施の形態1における流量センサFS1を製造することができる。
ここで、本実施の形態1における特徴は、図11に示す樹脂封止工程において、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1を、上金型UMと下金型BMによって挟み込んで、接着材ADH1を圧縮した状態で樹脂封止する点にある。これにより、各部品(リードフレームLF、半導体チップCHP1)の厚さ寸法のバラツキに起因する実装高さの寸法バラツキを吸収することができる。
すなわち、本実施の形態1では、各部品(リードフレームLF、半導体チップCHP1)の厚さ寸法にバラツキが生じる場合であっても、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の間に介在する接着材ADH1が、上金型UMを半導体チップCHP1に押し付ける圧力によって、圧縮変形することにより、各部品の厚さの寸法バラツキを吸収することができるのである。
この際、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の間に挟まれた接着材ADH1が圧縮されることにより、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の間に挟まれた接着材ADH1の一部が、平面視において、ダイヤフラムDFと重なる領域や半導体チップCHP1の外側領域に押し出されることになる。
この結果、本実施の形態1によれば、樹脂封止後の流量センサFS1おいて、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、ダイヤフラムDFの内部空間に形成されている接着材ADH1の厚さの最大値HDFよりも小さくなる。
特に、本実施の形態1における流量センサにおいては、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1の弾性率が、半導体チップCHP1の弾性率よりも小さくなっている。具体的には、例えば、接着材ADH1がエポキシ系樹脂から構成される場合を考えると、エポキシ系樹脂の弾性率は、室温で1GpPa〜20GPa程度である。これに対し、半導体チップCHP1を構成するシリコン(Si)の弾性率は、室温で193GPaである。
このことから、本実施の形態1における流量センサFS1によれば、接着材ADH1の弾性率が半導体チップCHP1の弾性率よりも小さくなっていることがわかる。このことは、接着材ADH1が半導体チップCHP1よりも柔らかく、変形しやすいことがわかる。なお、弾性率とは、弾性体内の応力とひずみが互いに比例するというフックの法則を、「応力がひずみに比例する」という形に表したときの比例定数をいう。
このように、本実施の形態1では、半導体チップCHP1よりも弾性率が低い材質を接着材ADH1に使用している。これにより、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、半導体チップCHP1が破断する前に、部品の厚さ寸法のバラツキを吸収するように接着材ADH1の厚さが変化する。これにより、部品の実装高さが平均値よりも高い場合であっても必要以上に半導体チップCHP1へ力が加わることを防止することができ、この結果、半導体チップCHP1の破断を防止することができる。
一方、例えば、部品の実装高さが平均値よりも低い場合でも、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1が圧縮されるように、上金型UMと下金型BMとの間の寸法を調整することにより、半導体チップCHP1の端部に圧縮荷重が加わるので、半導体チップCHP1上への樹脂漏れを防止できる。
例えば、関連技術で説明したように、各部品(リードフレームLF、半導体チップCHP1)の厚さ寸法のバラツキに起因して実装高さHの寸法バラツキが生じるおそれがある。このような実装高さの寸法バラツキが生じると、上金型UMと下金型BMで部品をクランプした際、半導体チップCHP1の破断、もしくは、半導体チップCHP1上への樹脂漏れが発生するおそれが高まる。
この点に関し、上述した関連技術で説明したように、半導体チップCHP1の破断を防止するために、例えば、図5に示すように、半導体チップCHP1と上金型UMとの間に弾性体フィルムLAFを介在させる構成が考えられる。
この構成を採用する場合、半導体チップCHP1の厚さが平均的な厚さよりも厚いと、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、半導体チップCHP1の厚さを吸収するように弾性体フィルムLAFの厚さ方向の寸法が変化する。この結果、半導体チップCHP1の厚さが平均的な厚さよりも厚くても、必要以上に半導体チップCHP1へ力が加わることを防止することができ、この結果、半導体チップCHP1の破断を防止することができると考えられる。
ところが、実装高さの寸法バラツキが大きい場合には、弾性フィルムLAFの寸法変化だけでは実装高さの寸法バラツキを吸収できない場合が考えられる。つまり、弾性体フィルムLAFを介して上金型UMと下金型BMで、半導体チップCHP1を接着したチップ搭載部TAB1を挟み込んでも、弾性フィルムLAFの厚さ変化では吸収できないほど、実装高さが高い場合には、半導体チップCHP1に必要以上のクランプ力が加わることになり、半導体チップCHP1が破断するおそれが顕在化する。
この点に関し、弾性体フィルムLAFの厚さを大きくすることで、実装高さの寸法バラツキに対応することが考えられるが、弾性体フィルムLAFの厚さを大きくすると材料コストが高くなることが考えられる。
さらに、厚さが厚い弾性体フィルムLAFは、上金型UMへの追従性が悪くなるため、弾性体フィルムLAFにしわが発生しやすい。弾性体フィルムLAFのしわは、特に、上金型UMの寸法が変化する場所において発生しやすく、例えば、図5に示す第1空間SP1(密閉空間)を確保するための上金型UMの凹み部において発生しやすい。このようにして発生した弾性体フィルムLAFのしわは、図5に示す樹脂封止工程において、モールド品(製品)となる流量センサFSPの封止体に転写される。この結果、流量センサFSPの外観不良が発生して歩留りの低下を招くことになる。
これに対し、本実施の形態1では、大きな実装高さの寸法バラツキが存在する場合、大きな実装高さの寸法バラツキを吸収するために、接着材ADH1の厚さを大きくすることが考えられる。この場合、上金型UMの形状に追従する必要がある弾性フィルムLAFとは異なり、接着材ADH1の厚さを厚くしても、接着材ADH1にしわが発生することはなく、しわが完成品の外観に転写される問題は生じない。
さらに、接着材ADH1の設置面積は、上金型UM全体に設置する弾性フィルムLAFの設置面積よりも小さいため、接着材ADH1の厚さを厚くしても、弾性フィルムLAFの厚さを厚くする場合よりも材料コストを少なくできる。
つまり、本実施の形態1によれば、大きな実装高さの寸法バラツキが存在する場合であっても、上述した関連技術のように弾性体フィルムLAFに発生したしわが完成品に転写される点や材料コストが大幅に上昇する点に代表される副作用を生じることはない。このため、本実施の形態1によれば、大きな実装高さの寸法バラツキが存在する場合であっても、新たな懸念事項を発生させることなく、半導体チップの破断に代表される流量センサFS1の信頼性の低下要因を効果的に抑制することができ、これによって、流量センサFS1の信頼性の向上を図ることができる。
以上のように、本実施の形態1においては、接着材ADH1の厚さ方向の寸法変化によって、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収している。したがって、部品の実装高さにおける寸法バラツキを効果的に吸収して半導体チップCHP1の破断を抑制する観点から、接着材ADH1の弾性率は、半導体チップCHP1の弾性率よりも小さいことが望ましいことがわかる。また、接着材ADH1の厚さが薄い場合には、厚さ方向における寸法変化量が少なくなり、充分に実装高さの寸法バラツキを吸収できないおそれがあるため、接着材ADH1の厚さは、吸収すべき実装高さの寸法バラツキに対応した適切な厚さとすることが必要である。
なお、本実施の形態1によれば、例えば、図11に示すように、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、ダイヤフラムDFの内部空間に形成されている接着材ADH1の厚さの最大値HDFよりも小さくなる。すなわち、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1の厚さHCTは、圧縮されて薄くなるため、ダイヤフラムDFの端部近傍の接着材ADH1の厚さが部分的に大きくなる。この結果、本実施の形態1によれば、ダイヤフラムDFの端部と接着材ADH1の接触面積が大きくなり、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との剥離を効果的に防止することができる。
つまり、本実施の形態1によれば、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1に挟み込まれた領域だけでなく、ダイヤフラムDFの一部にも接着材ADH1が接着することになる。このため、本実施の形態1によれば、半導体チップCHP1と接着材ADH1との接触面積を大きくすることができる。さらに、本実施の形態1によれば、接着材ADH1の弾性率は、半導体チップCHP1の弾性率よりも小さくなっている。
したがって、本実施の形態1によれば、接着材ADH1は、半導体チップCHPとチップ搭載部TAB1を接着するという本来備える機能の他に、半導体チップCHP1を外部からの衝撃から保護するというクッション材としても機能することになる。すなわち、本実施の形態1では、接着材ADH1の弾性率が半導体チップCHP1の弾性率よりも小さい点と、ダイヤフラムDFの一部とも接触して半導体チップCHP1との接触面積が大きくなる点の相乗効果により、外部からの衝撃を接着材ADH1で吸収できる結果、外部からの衝撃に起因する半導体チップCHP1の破損を抑制することができる。
つまり、本実施の形態1によれば、流量センサFS1の製造工程中の半導体チップCHP1の破損を防止できるとともに、完成後の流量センサFS1における半導体チップCHP1の破損も防止できるという顕著な効果を得ることができる。
具体的には、上述したように、本実施の形態1によれば、部品の実装高さの寸法バラツキが生じる場合であっても、接着材ADH1の厚さ方向の変化により、寸法バラツキを吸収することができる。このため、樹脂封止工程(モールド工程)において、半導体チップCHP1に上金型UMからの必要以上のクランプ力が加わることを抑制でき、これによって、半導体チップCHP1が破断することを抑制することができる。
さらに、本実施の形態1によれば、完成後の流量センサFS1においても、接着材ADH1の弾性率が半導体チップCHP1の弾性率よりも小さく、かつ、ダイヤフラムDFの一部とも接触して、接着材ADH1と半導体チップCHP1との接触面積が大きくなっている。このため、本実施の形態1における流量センサFS1によれば、外部からの衝撃を接着材ADH1で効果的に吸収できる結果、外部からの衝撃に起因する半導体チップCHP1の破損を抑制することができるのである。
なお、本実施の形態1における樹脂封止工程(モールド工程)では、80℃以上の高温度の上金型UMと下金型BMを使用しているため、加熱された上金型UMと下金型BMから第2空間に注入された樹脂MRに短時間で熱が伝わる。この結果、本実施の形態1における流量センサFS1の製造方法によれば、樹脂MRの加熱・硬化時間を短縮することができる。
例えば、発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、ポッティング樹脂による金線(ワイヤ)の固定だけを行なう場合、ポッティング樹脂は、加熱による硬化の促進を行っていないので、ポッティング樹脂が硬化するまでの時間が長くなり、流量センサの製造工程におけるスループットが低下してしまう問題点が顕在化する。
これに対し、本実施の形態1における樹脂封止工程では、上述したように、加熱された上金型UMと下金型BMを使用しているため、加熱された上金型UMと下金型BMから樹脂MRへの短時間での熱伝導が可能となり、樹脂MRの加熱・硬化時間を短縮することができる。この結果、本実施の形態1によれば、流量センサFS1の製造工程におけるスループットを向上させることができる。以上のようにして、本実施の形態1における流量センサFS1を製造することができる。
続いて、本実施の形態1における流量センサFS1が半導体チップCHP1と半導体チップCHP2を有する2チップ構造であることが明確化される観点で、本実施の形態1における流量センサFS1の製造方法について説明する(図12〜図16)。
まず、図12に示すように、例えば、銅材からなるリードフレームLFを用意する。このリードフレームLFには、チップ搭載部TAB1、チップ搭載部TAB2、リードLD1およびリードLD2が一体的に形成されており、チップ搭載部TAB1の底部に開口部OP1が形成されている。
次に、図13に示すように、チップ搭載部TAB1上およびチップ搭載部TAB2上に接着材ADH1を形成する。そして、この接着材ADH1に開口部OPAを形成する。この開口部OPAは、チップ搭載部TAB1に形成された開口部OP1と連通するように形成される。
続いて、図14に示すように、チップ搭載部TAB1上に半導体チップCHP1を搭載し、チップ搭載部TAB2上に半導体チップCHP2を搭載する。具体的には、リードフレームLFに形成されたチップ搭載部TAB1上に半導体チップCHP1を接着材ADH1で接続する。このとき、半導体チップCHP1に形成されているダイヤフラムDFが、接着材ADH1に形成されている開口部OPAおよびチップ搭載部TAB1の底部に形成されている開口部OP1と連通するように、半導体チップCHP1がチップ搭載部TAB1上に搭載される。
なお、半導体チップCHP1には、通常の半導体製造プロセスによって流量検出部FDU、配線(図示せず)およびパッドPD1が形成される。そして、例えば、異方性エッチングにより、半導体チップCHP1の表面に形成された流量検出部FDUと相対する裏面の位置にダイヤフラムDFが形成されている。また、リードフレームLFに形成されているチップ搭載部TAB2上に、接着材ADH1によって半導体チップCHP2も搭載されている。この半導体チップCHP2には、予め、通常の半導体製造プロセスによって、MISFETなどの半導体素子(図示せず)や配線(図示せず)、パッドPD2、パッドPD3が形成されている。
この段階においては、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1の厚さと、半導体チップCHP2とチップ搭載部TAB2とを接着している接着材ADH1の厚さは、同等となっている。
次に、図15に示すように、半導体チップCHP1に形成されているパッドPD1と、リードフレームLFに形成されているリードLD1とをワイヤW1で接続する(ワイヤボンディング)。同様に、半導体チップCHP2に形成されているパッドPD2をリードLD1とワイヤW2で接続し、半導体チップCHP2に形成されているパッドPD3をリードLD2とワイヤW3で接続する。ワイヤW1〜W3は、例えば、金線から形成される。
その後、図16に示すように、流量検出部FDUおよびその近傍を除く半導体チップCHP1の表面、ワイヤW1、リードLD1、ワイヤW2、半導体チップCHP2の主面全面、ワイヤW3およびリードLD2の一部を樹脂MRで封止する(モールド工程)。
具体的には、半導体チップCHP1の上面に上金型UMの一部を密着させ、かつ、上金型UMと半導体チップCHP1の間に流量検出部FDUを囲む第1空間SP1を形成しながら、上金型UMと下金型BMとで、半導体チップCHP1および半導体チップCHP2を搭載したリードフレームLFを、第2空間を介して挟み込む。つまり、図16に示すように、半導体チップCHP1および半導体チップCHP2を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで第2空間(密閉空間)を介して挟み込む。その後、加熱下において、この第2空間(密閉空間)に樹脂MRを流し込むことにより、流量検出部FDUおよびその近傍を除く半導体チップCHP1の表面、ワイヤW1、リードLD1、ワイヤW2、半導体チップCHP2の主面全面、ワイヤW3およびリードLD2の一部を樹脂MRで封止する。
このとき、図16に示すように、ダイヤフラムDFの内部空間は、接着材ADH1によって、上述した第2空間と隔離されているので、第2空間を樹脂MRで充填する際にも、ダイヤフラムDFの内部空間へ樹脂MRが侵入することを防止できる。
さらに、本実施の形態1では、流量検出部FDUが形成されている半導体チップCHP1を金型で固定した状態で行なうことができるので、半導体チップCHP1の位置ずれを抑制しながら、半導体チップCHP1の一部および半導体チップCHP2を樹脂MRで封止することができる。このことは、本実施の形態1における流量センサの製造方法によれば、各流量センサの位置ずれを抑制しながら、半導体チップCHP1の一部および半導体チップCHP2の全領域を樹脂MRで封止できることを意味し、半導体チップCHP1に形成されている流量検出部FDUの位置のバラツキを抑制できることを意味する。
この結果、本実施の形態1によれば、気体の流量を検出する流量検出部FDUの位置が各流量センサで一致させることができるため、各流量センサにおいて気体流量を検出する性能バラツキを抑制できる顕著な効果を得ることができる。
ここで、本実施の形態1における流量センサの製造方法では、半導体チップCHP1に形成されている流量検出部FDUを第2空間とは隔離された第1空間SP1で囲まれるように、下金型BMと上金型UMで、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを挟み込んでいる。これにより、本実施の形態1によれば、半導体チップCHP1に形成されている流量検出部FDUおよびその近傍領域を露出させつつ、それ以外の半導体チップCHP1の表面領域を封止することができる。
続いて、図16に示すように、本実施の形態1では、リードフレームLFの裏面側にも樹脂MRが流れ込む。したがって、本実施の形態1では、チップ搭載部TAB1の底部に開口部OP1が形成されているため、この開口部OP1からダイヤフラムDFの内部空間へ樹脂MRが流れ込むことが懸念される。
そこで、本実施の形態1では、リードフレームLFを挟み込む下金型BMの形状に工夫を施している。具体的には、図16に示すように、下金型BMに突起状の入れ駒IP1を形成し、上金型UMと下金型BMでリードフレームLFを挟み込む際、下金型BMに形成されている突起状の入れ駒IP1が、チップ搭載部TAB1の底部に形成された開口部OP1に挿入されるように構成している。これにより、開口部OPAおよび開口部OP1に入れ駒IP1が隙間無く挿入されるので、開口部OP1からダイヤフラムDFの内部空間への樹脂MRの侵入を防止することができる。
つまり、本実施の形態1では、下金型BMに突起状の入れ駒IP1を形成し、樹脂封止の際、この入れ駒IP1をチップ搭載部TAB1の底部に形成された開口部OP1に挿入している。なお、入れ駒IP1は、開口部OP1だけでなく、接着材ADH1に形成された開口部OPAも貫通するように構成してもよい。
例えば、本実施の形態1においては、樹脂封止工程(モールド工程)において、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の間に挟まれた接着材ADH1の一部が、平面視において、ダイヤフラムDFと重なる領域や半導体チップCHP1の外側領域に押し出されることになる。この場合、ダイヤフラムDFと重なる領域に押し出された接着材ADH1の一部が、接着材ADH1に形成された開口部OPAを塞いでしまうことが考えられる。この場合であっても、開口部OP1だけでなく、接着材ADH1に形成された開口部OPAも貫通するように入れ駒IP1を構成することにより、接着材ADH1に形成された開口部OPAが塞がれてしまうことを防止することができる。
さらに、本実施の形態1では、入れ駒IP1の形状に工夫を施している。具体的に、本実施の形態1において、入れ駒IP1は、開口部OP1に挿入する挿入部と、この挿入部を支持する台座部から構成されており、挿入部の断面積よりも台座部の断面積が大きくなっている。これにより、入れ駒IP1は、挿入部と台座部の間に段差部が設けられる構造となり、この段差部がチップ搭載部TAB1の底面に密着することになる。
このように入れ駒IP1を構成することにより、以下に示す効果が得られる。例えば、入れ駒IP1の形状を上述した挿入部だけから構成する場合、挿入部は開口部OP1に挿入されるため、入れ駒IP1の挿入部の径は、開口部OP1の径よりもわずかに小さくなっている。したがって、入れ駒IP1を挿入部だけから構成する場合、入れ駒IP1の挿入部を開口部OP1に挿入した場合であっても、挿入した挿入部と開口部OP1の間にわずかな隙間が存在すると考えられる。この場合、隙間から樹脂MRがダイヤフラムDFの内部空間へ侵入するおそれがある。
そこで、本実施の形態1において、入れ駒IP1を挿入部よりも断面積の大きな台座部上に挿入部を形成する構成をとっている。この場合、図16に示すように、開口部OP1の内部に入れ駒IP1の挿入部が挿入されるとともに、入れ駒IP1の台座部がチップ搭載部TAB1の底面に密着するようになる。この結果、入れ駒IP1の挿入部と開口部OP1の間にわずかな隙間が生じても、台座部がチップ搭載部TAB1の裏面にしっかり押し付けられているので、樹脂MRが開口部OP1内へ侵入することを防止できるのである。つまり、本実施の形態1では、入れ駒IP1を挿入部よりも断面積の大きな台座部上に挿入部を設けるように構成しているので、台座部によって、樹脂MRが開口部OP1にまで達することはないという点と、台座部と挿入部との間に形成される段差部がチップ搭載部TAB1に押し付けられるという点との組み合わせにより、樹脂MRが開口部OP1を介してダイヤフラムDFの内部空間へ侵入することを効果的に防止することができるのである。
その後、樹脂MRが硬化した段階で、半導体チップCHP1および半導体チップCHP2を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMから取り外す。これにより、本実施の形態1における流量センサFS1を製造することができる。
このとき製造される流量センサFS1においては、樹脂封止工程で入れ駒IP1を形成した下金型BMを使用する結果、例えば、図7(b)に示すように、チップ搭載部TAB1の底面に開口部OP1が形成され、この開口部OP1と連通する開口部OP2が樹脂MRに形成される。この開口部OP2は、入れ駒IP1に台座部を形成した結果として生じるものであり、この開口部OP2の断面積は、開口部OP1の断面積よりも大きくなっている。これにより、本実施の形態1による流量センサFS1によれば、ダイヤフラムDFの内部空間は、チップ搭載部TAB1の底部に形成された開口部OP1および樹脂MRに形成された開口部OP2を介して流量センサFS1の外部空間と連通することになる。この結果、ダイヤフラムDFの内部空間の圧力と、流量センサFS1の外部空間の圧力とを等しくすることができ、ダイヤフラムDF上に応力が加わることを抑制できる。
ここで、本実施の形態1における特徴は、図16に示す樹脂封止工程において、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1を、上金型UMと下金型BMによって挟み込みんで、接着材ADH1を圧縮した状態で樹脂封止する点にある。これにより、各部品(リードフレームLF、半導体チップCHP1)の厚さ寸法のバラツキに起因する実装高さの寸法バラツキを吸収することができる。
すなわち、本実施の形態1では、各部品(リードフレームLF、半導体チップCHP1)の厚さ寸法にバラツキが生じる場合であっても、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の間に介在する接着材ADH1が、上金型UMを半導体チップCHP1に押し付ける圧力によって、圧縮変形することにより、各部品の厚さの寸法バラツキを吸収することができるのである。
この際、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の間に挟まれた接着材ADH1が圧縮されることにより、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の間に挟まれた接着材ADH1の一部が、平面視において、ダイヤフラムDFと重なる領域や半導体チップCHP1の外側領域に押し出されることになる。
この結果、本実施の形態1によれば、樹脂封止後の流量センサFS1おいて、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、ダイヤフラムDFの内部空間に形成されている接着材ADH1の厚さの最大値HDFよりも小さくなる。
さらに、本実施の形態1においては、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、半導体チップCHP2とチップ搭載部TAB2との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCT2よりも薄くなっているということもできる。つまり、図16に示すように、半導体チップCHP1においては、上金型UMによって半導体チップCHP1が押し付けられる(クランプされる)ため、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1が圧縮される結果、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが薄くなる。一方、半導体チップCHP2においては、半導体チップCHP2の全体が樹脂MRで封止されるため、半導体チップCHP2自体が上金型UMで抑え付けられる(クランプされる)ことはない。このことから、半導体チップCHP2とチップ搭載部TAB2との間に挟みこまれた接着材ADH1には大きな圧縮力が加わることはない。この結果、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、半導体チップCHP2とチップ搭載部TAB2との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCT2よりも薄くなるのである。
このように、本実施の形態1における特徴は、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、半導体チップCHP2とチップ搭載部TAB2との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCT2よりも薄くなるという形でも顕在化することがわかる。
<本実施の形態1における代表的な効果>
本実施の形態1における流量センサFS1によれば、以下に示す効果が得られる。
(1)本実施の形態1によれば、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1は、半導体チップCHP1よりも弾性率が低い材質を使用している。このため、例えば、図11に示すように、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、接着材ADH1は、部品の実装寸法のバラツキを吸収するように、接着材ADH1の厚さ方向の寸法が変化する。
これにより、実装高さが平均値よりも高い場合にも、必要以上に半導体チップCHP1へ力が加わることを防止することができ、この結果、半導体チップCHP1の破断を防止することができる。一方、実装高さが低い場合でも、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1が圧縮されるように、上金型UMと下金型BMとの間の寸法を調整することにより、半導体チップCHP1の端部に圧縮荷重を加えることができ、これによって、半導体チップCHP1上への樹脂漏れを防止できる。
つまり、半導体チップCHP1およびリードフレームLFの厚さバラツキに起因する部品の実装高さの寸法バラツキを半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1の厚さ変化により吸収することができる。このようにして、本実施の形態1によれば、半導体チップCHP1に加わるクランプ力を緩和することができる。この結果、半導体チップCHP1の割れ、欠け、あるいは、ひび割れなどに代表される破損を防止することができる。
なお、上述した本実施の形態1の特徴は、例えば、図7(b)に示すように、樹脂封止後の流量センサFS1おいて、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、ダイヤフラムDFの内部空間に形成されている接着材ADH1の厚さの最大値HDFよりも小さくなる点に顕在化するといえる。
また、特に、流量センサFS1が2チップ構造をしている場合、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、半導体チップCHP2とチップ搭載部TAB2との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCT2よりも薄くなるという形でも、本実施の形態1の特徴が顕在化するといえる。
(2)本実施の形態1によれば、例えば、図7(b)に示すように、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、ダイヤフラムDFの内部空間に形成されている接着材ADH1の厚さの最大値HDFよりも小さくなる。すなわち、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1の厚さHCTは、圧縮されて薄くなるため、ダイヤフラムDFの端部近傍の接着材ADH1の厚さが部分的に大きくなる。この結果、本実施の形態1によれば、ダイヤフラムDFの端部と接着材ADH1の接触面積が大きくなり、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との剥離を効果的に防止することができる。
(3)さらに言及すると、本実施の形態1によれば、接着材ADH1は、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1を接着するという本来備える機能の他に、半導体チップCHP1を外部からの衝撃から保護するというクッション材としても機能することになる。すなわち、本実施の形態1では、接着材ADH1の弾性率が半導体チップCHP1の弾性率よりも小さい点と、ダイヤフラムDFの一部とも接触して半導体チップCHP1との接触面積が大きくなる点の相乗効果により、外部からの衝撃を接着材ADH1で吸収できる結果、外部からの衝撃に起因する半導体チップCHP1の破損を抑制することができる。
(4)本実施の形態1では、例えば、図11および図16に示すように、流量検出部FDUが形成されている半導体チップCHP1を金型で固定した状態で行なうことができるので、半導体チップCHP1の位置ずれを抑制しながら、半導体チップCHP1の一部および半導体チップCHP2を樹脂MRで封止することができる。
このことは、本実施の形態1における流量センサの製造方法によれば、各流量センサの位置ずれを抑制しながら、半導体チップCHP1の一部および半導体チップCHP2の全領域を樹脂MRで封止できることを意味し、半導体チップCHP1に形成されている流量検出部FDUの位置のバラツキを抑制できることを意味する。
この結果、本実施の形態1によれば、気体の流量を検出する流量検出部FDUの位置が各流量センサで一致させることができるため、各流量センサにおいて気体流量を検出する性能バラツキを抑制できる顕著な効果を得ることができる。
<変形例1>
前記実施の形態1では、部品の実装高さの寸法バラツキを接着材ADH1の厚さの変化で吸収する例について説明した。これに対し、本変形例1では、部品の実装高さの寸法バラツキを接着材ADH1の厚さの変化で吸収するとともに、上金型UMに貼り付けた弾性体フィルムLAFの膜厚変化によっても吸収する例について説明する。
図17は、本変形例1における流量センサの樹脂封止工程を示す断面図であって、図7(a)のB−B線での切断面に対応した図である。また、図18は、本変形例1における流量センサの樹脂封止工程を示す断面図であって、図7(a)のA−A線での切断面に対応した図である。
図17および図18に示す本変形例1における樹脂封止工程は、例えば、図11および図16に示す前記実施の形態1における樹脂封止工程とほぼ同様の構成をしており、相違点は、上金型UMに半導体チップCHP1よりも弾性率の小さな弾性体フィルムLAFが貼り付けられている点である。
このように構成されている本変形例1における樹脂封止工程では、前記実施の形態1と同様に、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、部品の実装寸法のバラツキを吸収するように、接着材ADH1の厚さ方向の寸法が変化する。
これにより、実装高さが平均値よりも高い場合にも、必要以上に半導体チップCHP1へ力が加わることを防止することができ、この結果、半導体チップCHP1の破断を防止することができる。一方、実装高さが低い場合でも、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1が圧縮されるように、上金型UMと下金型BMとの間の寸法を調整することにより、半導体チップCHP1の端部に圧縮荷重を加えることができ、これによって、半導体チップCHP1上への樹脂漏れを防止できる。
また、本変形例1における樹脂封止工程では、例えば、半導体チップCHP1の厚さが平均的な厚さよりも薄い場合、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、隙間が生じることが考えられるが、この隙間を弾性体フィルムLAFで充填できるため、半導体チップCHP1上への樹脂漏れを防止できる。
一方、半導体チップCHP1の厚さが平均的な厚さよりも厚い場合、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、弾性体フィルムLAFは、半導体チップCHP1よりも弾性率が低いため、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収するように弾性体フィルムLAFの厚さ方向の寸法が変化する。この結果、半導体チップCHP1の厚さが平均的な厚さよりも厚くても、必要以上に半導体チップCHP1へ力が加わることを防止することができ、この結果、半導体チップCHP1の破断を防止することができる。
以上のように、本変形例1における樹脂封止工程によれば、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の間に介在する接着材ADH1の厚さの変化と、上金型UMに貼り付けられている弾性体フィルムLAFの厚さの変化の両方によって、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収することができる。この結果、本変形例1においても、半導体チップCHP1の破断を防止することができる。
本変形例1においては、例えば、部品の実装高さの寸法バラツキが大きくなる場合であっても、接着材ADH1による厚さの変化と、弾性体フィルムLAFによる厚さの変化の両方によって、部品の実装高さの寸法バラツキを効果的に吸収できる。したがって、例えば、接着材ADH1による厚さの変化だけでは吸収できないほどの部品の実装高さの寸法バラツキが存在する場合であっても、弾性体フィルムLAFによる厚さの変化も利用することにより、部品の実装高さの寸法バラツキを効果的に吸収することができる。
また、本変形例1においては、部品の実装高さの寸法バラツキが大きい場合であっても、接着材ADH1の厚さの変化も利用しているため、弾性体フィルムLAFの厚さ変化だけで部品の実装高さの寸法バラツキを吸収する場合よりも、弾性体フィルムLAFの厚さを厚くしなくてもよい。この結果、本変形例1によれば、弾性体フィルムLAFを使用する場合であっても、弾性体フィルムLAFにしわが発生することを抑制でき、これによって、しわに起因する流量センサの外観不良を抑制できる。また、弾性体フィルムLAFの厚さを厚くしなくても済むので、製造コストの上昇を抑制することができる。
<変形例2>
次に、本変形例2における流量センサFS1について説明する。前記実施の形態1では、例えば、図7(b)や図7(c)に示すように、チップ搭載部TAB1上に接着材ADH1を介して半導体チップCHP1を配置する例について説明した。本変形例2では、例えば、図19に示すように、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の間に板状構造体PLTを挿入する例について説明する。
図19は、本変形例2において、樹脂封止後の流量センサFS1の構造を示す図である。図19(a)は、樹脂封止後の流量センサFS1の構造を示す平面図である。また、図19(b)は、図19(a)のA−A線で切断した断面図であり、図19(c)は、図19(a)のB−B線で切断した断面図である。
図19(b)や図19(c)に示すように、本変形例2における流量センサFS1は、半導体チップCHP1の下層および半導体チップCHP2の下層にわたって板状構造体PLTが形成されていることがわかる。この板状構造体PLTは、例えば、矩形形状をしており、平面視において、半導体チップCHP1および半導体チップCHP2を内包するような外形寸法を有している。すなわち、本変形例2では、チップ搭載部TAB1およびチップ搭載部TAB2上に接着材ADH2を介して板状構造体PLTが搭載され、この板状構造体PLT上に接着材ADH1によって半導体チップCHP1および半導体チップCHP2が搭載されていることになる。
また、板状構造体PLTには溝DPLTが形成されており、この溝DPLTによって、半導体チップCHP1に形成されているダイヤフラムDFの内部空間と樹脂MRに形成されている開口部OP3が接続されている。この結果、ダイヤフラムDFの内部空間の圧力と、流量センサFS1の外部空間の圧力とを等しくすることができ、ダイヤフラムDF上に応力が加わることを抑制できる。
ここで、本変形例2では、樹脂MRに形成されている開口部OP3がダイヤフラムDFと平面的に重ならない領域に形成されているが、この利点について説明する。例えば、図7(b)に示す前記実施の形態1では、ダイヤフラムDFと平面的に重なる直下領域に開口部OP2が形成されている。この場合もダイヤフラムDFの内部空間と流量センサFS1の外部空間とは、開口部OP1および開口部OP2を介して連通することになり、ダイヤフラムDFの内部空間の圧力と、流量センサFS1の外部空間の圧力とを等しくすることができる。
ただし、このような構成の場合、開口部OP2は、気体が流れる位置に配置されることになる。つまり、開口部OP2の近傍の外部空間では気体が流れることにより、外部空間の圧力が不安定となる。つまり、ダイヤフラムDFの直下領域に形成されている開口部OP2によって、ダイヤフラムDFの内部空間と外部空間とを連通させると、外部空間に流れる気体の流れに起因して、ダイヤフラムDFの内部空間の圧力が不安定となるおそれがある。
そこで、本変形例2では、例えば、図19(b)に示すように、樹脂MRに形成される開口部OP3を、気体の流れる位置から離れるように、平面的にダイヤフラムDFと重ならない領域に配置している。これにより、本変形例2によれば、気体の流れに影響を受けることなく、ダイヤフラムDFの内部空間の圧力を安定化させることができる。つまり、本変形例2によれば、気体の流れの影響を受けにくい場所に開口部OP3を設けることにより、ダイヤフラムDFの内部空間の圧力を流量センサFS1の外部空間の圧力と等しくしつつ、ダイヤフラムDFの内部空間の圧力を安定化させることができる。
次に、本変形例2では、例えば、図19(b)に示すように、チップ搭載部TAB1およびチップ搭載部TAB2上に板状構造体PLTが配置されている。この板状構造体PLTは、例えば、接着材ADH2を用いて、チップ搭載部TAB1やチップ搭載部TAB2と接着されているが、ペースト材料を使用して接合することもできる。
そして、この板状構造体PLT上には、接着材ADH1を介して半導体チップCHP1が搭載されているとともに、接着材ADH1を介して半導体チップCHP2が搭載されている。このとき、板状構造体PLTが金属材料から形成されている場合には、半導体チップCHP1とワイヤで接続することができるとともに、半導体チップCHP2とワイヤで接続することもできる。
上述した板状構造体PLTは、主に、流量センサFS1の剛性向上や外部からの衝撃に対する緩衝材として機能する。さらに、図19(b)では、半導体チップCHP1のパッドPD1と半導体チップCHP2のパッドPD2を金線で直接接続する例を示している。ただし、板状構造体PLTが導電材料から構成される場合には、半導体チップCHP1(パッドPD1)や半導体チップCHP2(パッドPD2)と電気的に接続し、グランド電位(基準電位)の供給に使用することもできるし、グランド電位の安定化を図ることもできる。例えば、板状構造体PLTは、金属材料などの剛性の高い材料を使用する場合、流量センサFS1の剛性向上を図ることができる。一方、樹脂材料などの剛性が低い材料を使用する場合には、樹脂封止工程において、上金型UMと下金型BMの間にクランプした部品の実装高さの寸法バラツキを板状構造体PLTの変形によっても吸収することができる。
板状構造体PLTは、例えば、PBT樹脂、ABS樹脂、PC樹脂、ナイロン樹脂、PS樹脂、PP樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂から構成することができる。この場合、板状構造体PLTは、主に、外部の衝撃から半導体チップCHP1や半導体チップCHP2を保護する緩衝材として機能させることができる。
一方、板状構造体PLTは、鉄合金、アルミニウム合金、あるいは、銅合金などの金属材料をプレス加工することにより形成することもできるし、ガラス材料から形成することもできる。特に、板状構造体PLTを金属材料から形成する場合には、流量センサFS1の剛性を高めることができる。さらには、板状構造体PLTを半導体チップCHP1や半導体チップCHP2と電気的に接続し、板状構造体PLTをグランド電位の供給やグランド電位の安定化に利用することもできる。
なお、板状構造体PLTを熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂から構成する場合、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂には、ガラス、タルク、シリカ、マイカなどの無機フィラー、カーボンなどの有機フィラーを充填することができる。そして、板状構造体PLTは、トランスファ成形法により金型内に樹脂を充填してモールド成形することもできるし、ロール加工によってシート形状品を任意に積層して形成することもできる。
また、半導体チップCHP1や半導体チップCHP2と板状構造体PLTとを接着している接着材ADH1や、板状構造体PLTとチップ搭載部TAB1およびチップ搭載部TAB2とを接着している接着材ADH2は、例えば、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂を成分とした接着材、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂やフッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を成分とした接着材を使用することができる。また、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を主成分として、金、銀、銅、すずなどの金属材料、シリカ、石英、カーボン、マイカ、タルクなどの無機材料を混入することによって、導電性を持たせたり、線膨張係数を制御することができる。
このように構成されている本変形例2における流量センサFS1においても、前記実施の形態1と同様に、接着材ADH1の変形によって、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収することができる。
例えば、本変形例2によれば、半導体チップCHP1と板状構造体PLTとを接着している接着材ADH1は、半導体チップCHP1よりも弾性率が低い材質を使用している。このため、例えば、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、接着材ADH1は、部品の実装寸法のバラツキを吸収するように、接着材ADH1の厚さ方向の寸法が変化する。
この際、半導体チップCHP1と板状構造体PLTの間に挟まれた接着材ADH1が圧縮されることにより、半導体チップCHP1と板状構造体PLTの間に挟まれた接着材ADH1の一部が、平面視において、ダイヤフラムDFと重なる領域や半導体チップCHP1の外側領域に押し出されることになる。
この結果、本変形例2によれば、樹脂封止後の流量センサFS1おいて、半導体チップCHP1と板状構造体PLTとの間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、ダイヤフラムDFの内部空間に形成されている接着材ADH1の厚さの最大値HDFよりも小さくなる。
以上のことから、実装高さが平均値よりも高い場合にも、必要以上に半導体チップCHP1へ力が加わることを防止することができ、この結果、半導体チップCHP1の破断を防止することができる。一方、実装高さが低い場合でも、半導体チップCHP1と板状構造体PLTとを接着している接着材ADH1が圧縮されるように、上金型UMと下金型BMとの間の寸法を調整することにより、半導体チップCHP1の端部に圧縮荷重を加えることができ、これによって、半導体チップCHP1上への樹脂漏れを防止できる。
つまり、半導体チップCHP1およびリードフレームLFの厚さバラツキに起因する部品の実装高さの寸法バラツキを半導体チップCHP1と板状構造体PLTとを接着している接着材ADH1の厚さ変化により吸収することができる。このようにして、本変形例2によれば、半導体チップCHP1に加わるクランプ力を緩和することができる。この結果、半導体チップCHP1の割れ、欠け、あるいは、ひび割れなどに代表される破損を防止することができる。
また、本変形例2では、弾性フィルムLAFを使用せずに、半導体チップCHP1と板状構造体PLTとを接着している接着材ADH1の寸法変化だけで、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収することを想定しているが、例えば、前記変形例1のように、弾性体フィルムLAFを使用し、この弾性体フィルムLAFによる寸法変化によっても、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収するように構成してもよい。つまり、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、弾性体フィルムLAFの寸法変化と、半導体チップCHP1と板状構造体PLTとを接着している接着材ADH1の寸法変化を併用することによって、より大きな実装高さの寸法バラツキに対応することができる。
さらに、本変形例2では、板状構造体PLTとチップ搭載部TAB1およびチップ搭載部TAB2とを接着している接着材ADH2の厚さ変化によっても、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収することができる。
このとき、接着材ADH1および接着材ADH2の厚さ方向における寸法変化によって、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収するためには、接着材ADH1および接着材ADH2は、半導体チップCHP1よりも弾性率が低い必要がある。また、接着材ADH1および接着材ADH2の厚さが薄い場合には、厚さ方向における寸法変化量が少なくなり、充分に実装高さの寸法バラツキを吸収できないので、接着材ADH1および接着材ADH2の厚さは、実装高さの寸法バラツキに対応した適切な寸法とすることが必要である。
(実施の形態2)
前記実施の形態1では、例えば、図7(b)に示すように、半導体チップCHP1と半導体チップCHP2を備える2チップ構造の流量センサFS1を例に挙げて説明した。本発明の技術的思想は、これに限らず、例えば、流量検出部と制御部(制御回路)を一体的に形成した1つの半導体チップを備える1チップ構造の流量センサにも適用することができる。本実施の形態2では、本発明の技術的思想を1チップ構造の流量センサに適用する場合を例に挙げて説明する。
<実施の形態2における流量センサの実装構成>
図20は、本実施の形態2における流量センサFS2の実装構成を示す図であり、樹脂で封止した後の構成を示す図である。特に、図20(a)は、本実施の形態2における流量センサFS2の実装構成を示す平面図である。図20(b)は、図20(a)のA−A線で切断した断面図であり、図20(c)は、図20(a)のB−B線で切断した断面図である。特に、図20(b)は、露出している流量検出部FDU上を流れる気体の進行方向と並行する一断面を示しており、図20(b)において、気体は、例えば、X軸を左側から右側に向って流れるものとする。
まず、図20(a)に示すように、本実施の形態2における流量センサFS2は、矩形形状をした樹脂MRを含む封止体を有し、樹脂MRからリードLD2が突き出ている。そして、樹脂MRの上面(表面)から半導体チップCHP1の一部が露出している。特に、半導体チップCHP1には、流量検出部FDUと、この流量検出部FDUを制御する制御部が形成されている。具体的に、半導体チップCHP1に形成されている流量検出部FDUは、配線WL1によって、制御部と電気的に接続されている。この制御部は、図20(a)においては、樹脂MRに覆われているため、図示されていないが、樹脂MRの内部に配置されている。つまり、本実施の形態2における流量センサFS2においては、流量検出部FDUと制御部が一体的に形成された半導体チップCHP1を有し、樹脂MRから流量検出部FDUが露出する構成をしていることになる。
次に、図20(b)に示すように、本実施の形態2における流量センサFS2は、チップ搭載部TAB1上に接着材ADH1を介して半導体チップCHP1が搭載されていることがわかる。このとき、半導体チップCHP1の上面(表面、主面)には、流量検出部FDUが形成されており、この流量検出部FDUと相対する半導体チップCHP1の裏面にダイヤフラムDF(薄板部)が形成されている。一方、ダイヤフラムDFの下方に存在するチップ搭載部TAB1の底部には開口部OP1が形成されている。
なお、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1は、例えば、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂を成分とした接着材、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂やフッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を成分とした接着材を使用することができる。また、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を主成分として、金、銀、銅、すずなどの金属材料、シリカ、石英、カーボン、マイカ、タルクなどの無機材料を混入することによって、導電性を持たせたり、線膨張係数を制御することができる。
ここで、図20(b)に示すように、本実施の形態2における流量センサFS2では、半導体チップCHP1の側面および上面の一部およびチップ搭載部TAB1の一部を覆うように樹脂MRが形成されている。
このとき、本実施の形態2では、半導体チップCHP1の裏面に形成されたダイヤフラムDFの下方にあるチップ搭載部TAB1の底部に開口部OP1を形成し、さらに、チップ搭載部TAB1の裏面を覆う樹脂MRに開口部OP2を設けている。
これにより、本実施の形態2による流量センサFS2によれば、ダイヤフラムDFの内部空間は、チップ搭載部TAB1の底部に形成された開口部OP1および樹脂MRに形成された開口部OP2を介して流量センサFS2の外部空間と連通することになる。この結果、ダイヤフラムDFの内部空間の圧力と、流量センサFS2の外部空間の圧力とを等しくすることができ、ダイヤフラムDF上に応力が加わることを抑制できる。さらに、本実施の形態2でも、図20(b)に示すように、樹脂MRの上面SUR(MR)が半導体チップCHP1の上面SUR(CHP)よりも高くなるように形成されている。
なお、図20(c)に示すように、チップ搭載部TAB1上に接着材ADH1を介して半導体チップCHP1が搭載されているが、この半導体チップCHP1の上面に流量検出部FDUおよび制御部CUが形成されていることがわかる。つまり、本実施の形態2では、半導体チップCHP1に流量検出部FDUと制御部CUが一体的に形成されていることがわかる。さらに、半導体チップCHP1の上面にパッドPDが形成されており、このパッドPDとリードLD2がワイヤWによって電気的に接続されている。そして、半導体チップCHP1の上面に形成されている制御部CUおよびパッドPDと、ワイヤWは、樹脂MRで封止されている。
このように構成されている本実施の形態2における流量センサFS2においても、前記実施の形態1と同様に、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収する樹脂封止工程を実現することができる。
例えば、本実施の形態2によれば、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1は、半導体チップCHP1よりも弾性率が低い材質を使用している。このため、例えば、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、接着材ADH1は、部品の実装寸法のバラツキを吸収するように、接着材ADH1の厚さ方向の寸法が変化する。
この際、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の間に挟まれた接着材ADH1が圧縮されることにより、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1の間に挟まれた接着材ADH1の一部が、平面視において、ダイヤフラムDFと重なる領域や半導体チップCHP1の外側領域に押し出されることになる。
この結果、本実施の形態2によれば、樹脂封止後の流量センサFS2おいて、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1との間に挟みこまれた接着材ADH1の厚さHCTが、ダイヤフラムDFの内部空間に形成されている接着材ADH1の厚さの最大値HDFよりも小さくなる。
以上のことから、実装高さが平均値よりも高い場合にも、必要以上に半導体チップCHP1へ力が加わることを防止することができ、この結果、半導体チップCHP1の破断を防止することができる。一方、実装高さが低い場合でも、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1が圧縮されるように、上金型UMと下金型BMとの間の寸法を調整することにより、半導体チップCHP1の端部に圧縮荷重を加えることができ、これによって、半導体チップCHP1上への樹脂漏れを防止できる。
つまり、半導体チップCHP1およびリードフレームLFの厚さバラツキに起因する部品の実装高さの寸法バラツキを半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1の厚さ変化により吸収することができる。このようにして、本実施の形態2によれば、半導体チップCHP1に加わるクランプ力を緩和することができる。この結果、半導体チップCHP1の割れ、欠け、あるいは、ひび割れなどに代表される破損を防止することができる。
また、本実施の形態2では、弾性フィルムLAFを使用せずに、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1の寸法変化だけで、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収することを想定しているが、例えば、前記変形例1のように、弾性体フィルムLAFを使用し、この弾性体フィルムLAFによる寸法変化によっても、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収するように構成してもよい。つまり、半導体チップCHP1を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで挟み込む際、弾性体フィルムLAFの寸法変化と、半導体チップCHP1とチップ搭載部TAB1とを接着している接着材ADH1の寸法変化を併用することによって、より大きな実装高さの寸法バラツキに対応することができる。
なお、接着材ADH1の厚さ方向における寸法変化によって、部品の実装高さの寸法バラツキを吸収するためには、接着材ADH1は、半導体チップCHP1よりも弾性率が低い必要がある。また、接着材ADH1の厚さが薄い場合には、厚さ方向における寸法変化量が少なくなり、充分に実装高さの寸法バラツキを吸収できないので、接着材ADH1の厚さは、実装高さの寸法バラツキに対応した適切な寸法とすることが必要である。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、半導体チップCHP1に形成されているダイヤフラムDFの直下領域に設置したチップ搭載部TAB1の開口部OPT1や板状構造体PLTの溝DPLTは、設置しなくてもよいものとする。また、リードフレームLF上には、コンデンサ、サーミスタ、制御回路、メモリ、トランジスタ、抵抗体、ヒータなどの部品を搭載することもできる。
上述した前記実施の形態で説明した流量センサは、気体の流量を測定するデバイスであるが、具体的な気体の種類は限定されるものではなく、空気、LPガス、炭酸ガス(COガス)、フロンガスなどの任意の気体の流量を測定するデバイスに幅広く適用することができる。
また、上述した前記実施の形態では、気体の流量を測定する流量センサについて説明したが、本発明の技術的思想はこれに限定されるものではなく、湿度センサなどの半導体素子の一部を露出させた状態で樹脂封止する半導体装置にも幅広く適用することができる。
1 CPU
2 入力回路
3 出力回路
4 メモリ
A ノード
ADH 接着材
ADH1 接着材
ADH2 接着材
B ノード
BM 下金型
BR1 下流測温抵抗体
BR2 下流測温抵抗体
C ノード
CHP1 半導体チップ
CHP2 半導体チップ
CU 制御部
D ノード
DF ダイヤフラム
DM ダムバー
DPLT 溝
EJPN 突き出しピン
FDU 流量検出部
FSP 流量センサ
FS1 流量センサ
FS2 流量センサ
H 実装高さ
HCB ヒータ制御ブリッジ
HCT 厚さ
HCT2 厚さ
HDF 最大値
HR 発熱抵抗体
IP1 入れ駒
LAF 弾性体フィルム
LD1 リード
LD2 リード
LF リードフレーム
MR 樹脂
OPA 開口部
OP1 開口部
OP2 開口部
OP3 開口部
PD1 パッド
PD2 パッド
PD3 パッド
PLT 板状構造体
PS 電源
Q 気体流量
R1 抵抗体
R2 抵抗体
R3 抵抗体
R4 抵抗体
SP1 第1空間
SUR(CHP) 上面
SUR(MR) 上面
TAB1 チップ搭載部
TAB2 チップ搭載部
Tr トランジスタ
TSB 温度センサブリッジ
UM 上金型
UR1 上流測温抵抗体
UR2 上流測温抵抗体
Vref1 参照電圧
Vref2 参照電圧
W ワイヤ
WL1 配線
W1 ワイヤ
W2 ワイヤ
W3 ワイヤ

Claims (11)

  1. (a)第1チップ搭載部と、
    (b)前記第1チップ搭載部上に接着材を介して接着された第1半導体チップと、を備え、
    前記第1半導体チップは、
    (b1)第1半導体基板の主面上に形成された流量検出部と、
    (b2)前記第1半導体基板の前記主面とは反対側の裏面のうち、前記流量検出部と相対する領域に形成されたダイヤフラムとを有し、
    前記第1半導体チップに形成されている前記流量検出部を露出した状態で、前記第1半導体チップの一部が、樹脂を含む封止体で封止されており、
    前記接着材は、前記第1チップ搭載部上のうち、平面視において、前記ダイヤフラムと重なる領域上にも形成され
    さらに、
    (c)第2チップ搭載部と、
    (d)前記第2チップ搭載部上に前記接着材を介して接着された第2半導体チップと、を備え、
    前記第2半導体チップは、第2半導体基板に形成された制御部であって、前記流量検出部を制御する前記制御部を有し、
    前記第2半導体チップは、前記封止体で封止され、
    前記第1半導体チップと前記第1チップ搭載部との間に挟み込まれた前記接着材の厚さは、前記第2半導体チップと前記第2チップ搭載部との間に挟み込まれた前記接着材の厚さよりも小さい流量センサ。
  2. 請求項1に記載の流量センサであって、
    前記接着材は、前記ダイヤフラムの一部とも接着している流量センサ。
  3. 請求項2に記載の流量センサであって、
    前記第1半導体チップと前記第1チップ搭載部との間に挟み込まれた前記接着材の厚さは、前記ダイヤフラムの一部と接着している前記接着材の厚さの最大値よりも小さい流量センサ。
  4. 請求項1に記載の流量センサであって、
    前記接着材の弾性率は、前記第1半導体チップの弾性率よりも小さい流量センサ。
  5. 請求項4に記載の流量センサであって、
    前記接着材は、熱硬化性樹脂、または、熱可塑性樹脂を含み、
    前記第1半導体チップは、シリコンを含む流量センサ。
  6. 請求項1に記載の流量センサであって、
    前記第1半導体チップは、さらに、前記流量検出部を制御する制御部を有している流量センサ。
  7. 請求項1に記載の流量センサであって、
    前記第1チップ搭載部と前記第1半導体チップとの間に板状構造体が挿入され、
    前記第1半導体チップと前記板状構造体とは、前記接着材を介して接着され、
    前記第1チップ搭載部と前記板状構造体とは、前記接着材を介して接着されている流量センサ。
  8. 請求項に記載の流量センサであって、
    前記接着材の弾性率は、前記第1半導体チップの弾性率よりも小さい流量センサ。
  9. 請求項1に記載の流量センサであって、
    平面視において、前記ダイヤフラムと重なる領域に形成されている前記接着材には、少なくとも1つの貫通孔が形成されている流量センサ。
  10. (a)第1チップ搭載部と、
    (b)前記第1チップ搭載部上に接着材を介して接着された第1半導体チップと、
    (c)第2チップ搭載部と、
    (d)前記第2チップ搭載部上に前記接着材を介して接着された第2半導体チップと、を備え、
    前記第1半導体チップは、
    (b1)第1半導体基板の主面上に形成された流量検出部と、
    (b2)前記第1半導体基板の前記主面とは反対側の裏面のうち、前記流量検出部と相対する領域に形成されたダイヤフラムとを有し、
    前記第2半導体チップは、第2半導体基板に形成された制御部であって、前記流量検出部を制御する前記制御部を有し、
    前記第1半導体チップに形成されている前記流量検出部を露出した状態で、前記第1半導体チップの一部が、樹脂を含む封止体で封止され、
    前記第2半導体チップは、前記封止体で封止されており、
    前記第1半導体チップと前記第1チップ搭載部との間に挟み込まれた前記接着材の厚さは、前記第2半導体チップと前記第2チップ搭載部との間に挟み込まれた前記接着材の厚さよりも小さい流量センサ。
  11. 第1チップ搭載部と、
    前記第1チップ搭載部上に配置された第1半導体チップと、を備え、
    前記第1半導体チップは、
    第1半導体基板の主面上に形成された流量検出部と、
    前記第1半導体基板の前記主面とは反対側の裏面のうち、前記流量検出部と相対する位置に形成されたダイヤフラムとを有し、
    前記第1半導体チップに形成されている前記流量検出部を露出した状態で、前記第1半導体チップの一部が、樹脂を含む封止体で封止されている流量センサの製造方法であって、
    (a)前記第1チップ搭載部を有する基材を用意する工程と、
    (b)前記第1半導体チップを用意する工程と、
    (c)前記第1チップ搭載部上に接着材を形成する工程と、
    (d)前記第1チップ搭載部上に前記接着材を介して前記第1半導体チップを搭載する工程と、
    (e)前記(d)工程後、前記第1半導体チップに形成されている前記流量検出部を露出させつつ、前記第1半導体チップの一部を前記封止体で封止する工程と、を備え、
    前記(e)工程は、
    (e1)上金型と下金型とを用意する工程と、
    (e2)前記(e1)工程後、前記第1半導体チップの上面に前記上金型の一部を押し当て、かつ、前記上金型と前記第1半導体チップの間に前記流量検出部を囲む第1空間を形成しながら、前記上金型と前記下金型で、前記第1半導体チップを搭載した前記基材を、第2空間を介して挟み込む工程と、
    (e3)前記(e2)工程後、前記第2空間に前記樹脂を流し込む工程と、
    (e4)前記(e3)工程後、前記樹脂を硬化させて前記封止体を形成する工程と、
    (e5)前記(e4)工程後、前記封止体を前記下金型から離型する工程と、を有し、
    前記(e2)工程を実施することにより、平面視において、前記第1チップ搭載部上のうち、前記ダイヤフラムと重なる領域上に形成された前記接着材の厚さが、前記第1チップ搭載部と前記第1半導体チップに挟み込まれた前記接着材の厚さよりも大きくなり、
    さらに、
    (f)前記流量検出部を制御する制御部を有する第2半導体チップを用意する工程を備え、
    前記(a)工程で用意される前記基材は、第2チップ搭載部を有し、
    前記(d)工程は、前記第2チップ搭載部上に前記接着材を介して前記第2半導体チップを搭載し、
    前記(e)工程は、前記第2半導体チップを前記封止体で封止し、
    前記(e2)工程は、前記第1半導体チップおよび前記第2半導体チップを搭載した前記基材を、第2空間を介して挟み込み、
    前記(e2)工程を実施することにより、前記第1半導体チップと前記第1チップ搭載部との間に挟み込まれた前記接着材の厚さは、前記第2半導体チップと前記第2チップ搭載部との間に挟み込まれた前記接着材の厚さよりも小さくなる流量センサの製造方法。
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