JP5936475B2 - 流量測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、流量測定装置に関する。
本技術分野の背景技術として、特開２００５−１７２５２６号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、流量検出チップを小型にすることができ、安価に製造することのできる流量測定装置、およびその製造方法を提供すると記載されている。また、特許文献１に記載の流量測定装置では、流量検出チップの薄膜部、ヒータ部上を空気が流れると、ヒータ部の放熱量が変化する。これを、抵抗値の変化として検出し、回路チップで計算処理して、空気の流量を測定する。前記流量測定措置では、流量検出チップを部分的に覆う上板部を有し、底板部と上板部の間に、シール材が充填される構造により流量検出チップを小型にすることができ、安価に製造することのできるとある。
また、特開２００１−１２９８７号公報（特許文献２）には、積層基板に窪みを設けそこに半導体センサ素子を配置する構造では段差ができないため印刷法で所定の位置に再現性よく樹脂封止膜を形成することが可能である、と記載されている。特許文献２に記載の流量測定装置では、積層基板に窪みを設けそこに半導体センサ素子を配置する構造では段差ができないため印刷法で所定の位置に再現性よく樹脂封止膜を形成することが可能である。特に、センサ自身が小さい半導体センサ素子では、センサ近傍に形成された樹脂封止膜の形状がばらつくと、それが直接出力特性のばらつきに繋がるため重要である。このような構造をとることにより、精度向上や高信頼性の熱式空気流量センサを低価格で提供できるとしている。
半導体センサ素子は、空気通路中にむき出しになるため、腐食性ガスやガソリン、エジンオイル等にさらされる。そのため、ボンディングパッドおよび、接続ワイヤをシール材で腐食から保護する必要がある。また、シール材の形状がばらつくとそれが直接出力特性のばらつきとなるため、形状、位置を高精度に決める必要がある。上記例によればシール材位置決めを高精度に行うことができる。しかし、一般的にシール材として用いられるエポキシ樹脂、フッ素樹脂、ゲル等は、熱硬化を必要とする。例えば、エポキシ樹脂粘度の温度依存を見ると、硬化シーケンス中に粘度が大きく低下することが知られている。
このため、位置決めを精度良く行っても、シール材が流動し、結果として意図した位置、形状が得られなくなるという問題があった。特に、センサ近傍にまでシール材が流動した場合、環境温度変化によってシール材が膨張、収縮し、その応力によって特性が変化する問題がある。一方、ボンディングパッド、および接続ワイヤは、腐食から保護するためにシール材で覆う必要がある。
本発明の目的は、特性ばらつきの少ない高精度の流量測定装置を提供することである。
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
一例を挙げると、半導体基板と、薄肉部と、該薄肉部に形成された発熱抵抗体と、有機保護膜と、該有機保護膜よりも下層に形成される金属配線層と、を有する半導体センサ素子と、前記半導体センサ素子と電気的に接続され、前記半導体センサ素子を制御する制御回路と、前記半導体センサ素子と前記制御回路との電気的接続部を保護するシール材と、を有し、前記シール材は、前記有機保護膜を覆うように設けられ、前記有機保護膜は、前記電気的接続部を露出するように形成され、かつ、前記シール材の形状に合うように形成されている流量測定装置。
本発明によれば、特性ばらつきの少ない高精度の流量測定装置を提供できる。
以下、発明を実施するための形態について図１乃至４を用いて説明する。
まず初めに本発明の一実施例である実施例１について説明する。
図１は、本実施例の流量測定装置の流量検出素子実装部Ａおよび、制御回路実装部Ｂの例を示す断面図である。実装基板１０１に窪み部１０７が設けられ、ダイアフラム１０６上に設けられた発熱抵抗体を持つ流量検出素子１０８と制御回路素子１０４が実装されている。流量検出素子１０８の信号は、実装基板上配線部１０２に例えば、金ワイヤ１０５ａで接続される。また、実装基板上配線部１０２と制御回路素子１０４は、例えば、金ワイヤ１０５ｂで電気的に接続される。そして制御回路素子１０４で信号処理を行い、その信号は、パッド１０３から出力端子へ接続され出力信号として出力される。
流量検出素子実装部Ａは、外部に直接さらされるため、腐食性ガスやガソリン、エンジンオイル等からアルミパッド部や金線１０５ａを保護する必要がある。本実施例では、シール材１１０をポッティング塗布し、アルミパッド部および金線１０５ａを保護している。このような実装構成の場合、シール材１１０の位置、形状が重要となる。これは、流量検出素子１０８とシール材１１０の線膨張係数の違いによる応力や、シール材１１０の残留応力によって、抵抗値が変化するためである。
線膨張係数の違いによる応力の影響は温度特性に現れる。例えば、常温で出力特性を調整しても、流量検出素子１０８にかかる応力が変わるため周囲温度変化によって特性が変化する。
また、シール材１１０の残留応力の影響は、耐久特性変化として現れる。高温環境や、熱サイクルによって、シール材１１０物性値が変動し、特性が変化する。これらの影響は、当然ながら、シール材１１０が発熱抵抗体に近いほど大きくなる。従って、シール材１１０とダイアフラム１０６上に設けられた発熱抵抗体は一定の距離を保つ必要がある。
図４は、シール材１１０と発熱抵抗体が配置してあるダイアフラム１０６の端部との距離を変えたときの、熱サイクル試験前後での特性変化量を示したものである。図からわかるように、シール材１１０とダイアフラム１０６の端部との距離が近くなるに従い、特性変化量が大きくなる。このように、シール材の塗布領域管理が信頼性確保の面から重要になる。
図２に、図１の詳細平面図を示す。シール材１１０領域の構成を図２のＡ−Ａ断面模式図である図３で説明する。
Ｓｉ基板１５０上に絶縁膜１３１を介して抵抗配線１４０が形成される。さらに、絶縁膜１３０を介して金属配線１２０が形成される。本実施例においては、抵抗配線１４０は、センサのヒータ、および、センシング、および、配線としての機能を持つ。また、金属配線１２０は、抵抗配線１４０と接続されており、金ワイヤ１０５ａ接続のためのボンディングパッドと配線層として機能する。金属配線１４０を配線にも使用することで、配線領域の面積を低減することができる。
金属配線１４０上には、実装工程でのキズを防止するために有機膜１０９が形成される。シール材１１０は、有機膜１０９を覆うように形成される。有機膜１０９は吸湿性があるために、水分が金属配線１４０に達すると腐食等の不具合を起こす可能性がある。このため、シール材１１０で、有機膜１０９を完全に覆う必要がある。しかし、前述のようにシール材１１０を過度に塗布すると、ダイアフラム１０６近くにまでシール材の領域が広がり、金属配線１４０の腐食等の可能性があり、信頼性の低下が懸念される。
そこで、本実施例では、有機膜１０９、金属配線１２０の配線形状をシール材１１０の塗布時の形状に合うよう、エッジ部をカットした六角形形状としており、シール材１１０の塗布ばらつきマージンを向上させるようにした。そのためシール材１１０の塗布領域を必要領域のみに抑え、塗布量ばらつきによるダイアフラム１０６方向へのシール材１１０の流動を低減できる。これにより、シール材１１０とダイアフラム１０６の端部までの距離を確保でき、かつ有機膜１０９を露出なく覆うことができため特性ばらつきの少ない高精度の流量測定装置を提供することができる。
なお、本実施例では、有機膜１０９の形状は、六角形としているが、必要に応じ、さらに多角形、または、曲線形状にしてもよく、同様の効果が得られる。
また、有機膜１０９として、ポリイミドシリコーンを用いれば、通常、半導体製造プロセスで保護膜として使用されている材料であり、流量検出素子１０８製造時に同時に形成することができ、低コスト化を図ることが可能となる。
１０１ 実装基板
１０２ 実装基板上配線
１０３ パッド
１０４ 制御回路素子
１０５ａ，ｂ 金ワイヤ
１０６ ダイアフラム
１０７ 窪み部
１０８ 流量検出素子
１０９ 有機膜
１１０ シール材
１２０ 金属配線
１３０ 絶縁膜
１３１ 絶縁膜
１４０ 抵抗配線
１５０ Ｓｉ基板
１０２ 実装基板上配線
１０３ パッド
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１０９ 有機膜
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１３１ 絶縁膜
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１５０ Ｓｉ基板
Claims (3)
- 半導体基板と、薄肉部と、該薄肉部に形成された発熱抵抗体と、有機保護膜と、該有機保護膜よりも下層に形成される金属配線層と、を有する半導体センサ素子と、
前記半導体センサ素子と電気的に接続され、前記半導体センサ素子を制御する制御回路と、
前記半導体センサ素子と前記制御回路との電気的接続部を保護するシール材と、を有し、
前記シール材は、前記有機保護膜を覆うように設けられ、
前記有機保護膜は、前記電気的接続部を露出するように形成され、かつ、前記シール材の形状に合うように形成されている流量測定装置。 - 前記有機膜の形状は、少なくとも六角形以上の多角形形状としたことを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
- 前記有機膜はポリイミドシリコーンからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量測定装置。
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