JP6218724B2 - センサーモジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサーなどのセンサーチップを備えたセンサーモジュールおよびその製造方法に関する。

特許文献１と特許文献２には、圧力センサーを搭載したセンサーモジュールに関する発明が記載されている。

特許文献１に記載されているセンサーモジュールは、エポキシ樹脂によるモールド体に、リードフレームの一部と共にＩＣチップとコンデンサならびに抵抗が埋設されている。モジュール体に凹状キャビティが形成されており、凹状キャビティ内に圧力センサ素子が収納されて、圧力センサ素子とリードフレームとがボンディングワイヤーで接続されている。

特許文献２の図６に記載されているセンサーモジュールは、リードフレームの裏側にＩＣチップと複数のチップ部品が実装された状態で、樹脂成形体が成形され、リードフレームの一部が樹脂成形体に埋設されているとともに、ＩＣチップとチップ部品が樹脂成形体に埋設されている。樹脂成形体には、リードフレームの表側にキャビティが形成されており、このキャビティ内に圧力センサーチップが収納され、圧力センサーチップとリードフレームとが、ボンディングワイヤーによって接続されている。

特開２００１−２４３４３７号公報 特開２０００−３２９６３２号公報

特許文献１と特許文献２に記載されたセンサーモジュールは、いずれもＩＣチップとリードフレームとがボンディングワイヤーで接続されており、このＩＣチップがモールド体の内部に埋設されている。この構造では、モールド体を成形するときの熱および溶融樹脂の流れによって、ＩＣチップとリードフレームとを接続するボンディングワイヤーが溶融したり切断されやすく、不良品が製造される可能性が高くなる。

また、特許文献１に記載されたものは、リードフレームの一方の面に、ＩＣチップとコンデンサと抵抗ならびに圧力センサ素子が平面的に並べられた構造であるため、モジュールの面積が広くなり、小型化に適していない。

特許文献２に記載されたものは、ＩＣチップとチップ部材の実装領域と、圧力センサーチップを収納するキャビティとが厚さ方向に重ねられているため、平面方向での寸法を小さくできる。しかし、その製造工程では、図６（ａ）に示すように、リードフレームの裏面を上向きにしてＩＣチップとチップ部品とをリードフレーム上に実装し、樹脂成形体を成形した後に、図６（ｂ）に示すように、リードフレームと樹脂成形体を上下に反転させた状態で、キャビティ内に圧力センサーチップを収納しボンディングワイヤーを行うことが必要である。このように、製造工程においてリードフレームを反転させる工程設けると、製造ラインが複雑になり、製造効率も低下する。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、ＩＣチップを成形体の内部に埋設することなく、全体を小型に構成することが可能なセンサーモジュールおよびその製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、樹脂材料で成形された成形体と、前記成形体に一部が埋設された端子板と、前記成形体の内部に実装されたセンサーチップおよびＩＣチップを有するセンサーモジュールにおいて、
前記成形体には、第１の凹部と第２の凹部が、前記端子板に対して同じ側に形成され、前記第１の凹部に前記センサーチップが収納されて、前記第１の凹部の底部に露出する前記端子板と前記センサーチップとがボンディングワイヤーで接続され、前記第２の凹部に前記ＩＣチップが収納されて、前記第２の凹部の底部に露出する前記端子板と前記ＩＣチップとがボンディングワイヤーで接続されており、
前記成形体には、前記第１の凹部と前記第２の凹部の少なくとも一方を囲む壁部が形成されており、この壁部の内部にチップ部品が埋設され、このチップ部品が前記端子板に接続されていることを特徴とするものである。

本発明のセンサーモジュールは、前記第１の凹部と前記第２の凹部を区画する前記壁部内に前記チップ部品が埋設されていることが好ましい。

本発明のセンサーモジュールは、前記第１の凹部と前記第２の凹部に、封止樹脂が充填されているものとして構成される。

さらに、本発明は、樹脂材料で成形された成形体と、前記成形体に一部が埋設された端子板と、前記成形体の内部に実装されたセンサーチップおよびＩＣチップを有するセンサーモジュールの製造方法において、
（１）端子板にチップ部品を実装する工程と、
（２）前記端子板の一部が埋設されて前記端子板に対して同じ側に第１の凹部と第２の凹部とを有する成形体を樹脂材料によって成形し、前記第１の凹部と前記第２の凹部の少なくとも一方を囲む壁部に前記チップ部品を埋設する工程と、
（３）前記第１の凹部に前記センサーチップを収納して、前記第１の凹部の底部に露出する前記端子板と前記センサーチップとをワイヤーボンディング工程で接続し、前記第２の凹部に前記ＩＣチップを収納して、前記第２の凹部の底部に露出する前記端子板と前記ＩＣチップとをワイヤーボンディング工程で接続する工程と、
を有することを特徴とするものである。

本発明のセンサーモジュールの製造方法は、前記（２）の工程では、前記第１の凹部と前記第２の凹部を区画する前記壁部内に前記チップ部品を埋設することが好ましい。

また本発明のセンサーモジュールの製造方法は、前記（３）の工程の後で、前記第１の凹部と前記第２の凹部に封止樹脂を充填するものとすることが可能である。

本発明は、樹脂材料で成形された成形体に２つの凹部が形成されて、前記凹部にセンサーチップとＩＣチップが収納されてボンディングワイヤーで端子板と接続されるため、成形体の成形工程でボンディングワイヤーが溶融したり切断されることがない。しかもチップ部品が壁部の内部に埋設されるため、チップ部品の半田付け工程などが、センサーチップとＩＣチップのワイヤーボンディング工程に影響を与えることがない。

特に、チップ部品が、第１の凹部と第２の凹部を区画する壁部内に埋設されていると、全ての部品を効果的に配置できるようになり、モジュールの小型化を実現できるようになる。

（Ａ）は本発明の実施の形態のセンサーモジュールの平面図、（Ｂ）は前記センサーモジュールをＢ−Ｂ線で切断した断面図、 センサーモジュールの製造工程の第１の実施の形態を示す説明図、 センサーモジュールの製造工程の第２の実施の形態を示す説明図、 フープ材で形成された端子板を示す平面図、 端子板にチップ部品を実装した状態を示す平面図、 端子板の一部が埋設されチップ部品が埋設された成形体の成形工程を示す平面図、

図１は本発明の実施の形態のセンサーモジュール１を示している。
センサーモジュール１は、成形体２を有している。成形体２は、エポキシ樹脂などで形成されている。成形体２には、複数の端子板３と複数の端子板４の一部が埋設されている。端子板は鋼板の表面に金メッキなどが施されたものであり、または全体が銅などの低抵抗材料で形成されている。

成形体２は、端子板３，４の一方の側において肉厚が大きく成形されており、この肉厚が大きい部分に第１の凹部５と第２の凹部６が形成されている。第１の凹部５と第２の凹部６は同じ方向（上方）に向けて開口している。図１に示すように、成形体２には、第１の凹部５の側部を囲む第１の側方壁部２ａと、第２の凹部６の側部を囲む第２の側方壁部２ｂ、および第１の凹部５と第２の凹部６を区画する境界壁部２ｃとが一体に形成されている。また、これら壁部２ａ，２ｂ，２ｃよりも下側部分に端子支持部２ｄ，２ｅが一体に形成されている。

４枚の端子板３は、主に端子支持部２ｄに埋設されており、先部３ａの表面が第１の凹部５の底部に露出し、基部が端子支持部２ｄから外部へ突出して接続片３ｂとなっている。３枚の端子板４は、先部４ａの表面が第１の凹部５の底部に露出し、中間部４ｂが第２の凹部６の底部に露出し、基部が端子支持部２ｅから外部へ突出して接続片４ｃとなっている。

前記境界壁部２ｃの内部にチップ部品１１，１１が埋設されている。チップ部品１１，１１は固定抵抗器やコンデンサあるいはインダクタなどである。チップ部品１１，１１の電極部は、隣り合う端子板３に半田付けされて固定されている。または導電性接着剤を介して導通状態で固定されている。このチップ部品１１，１１は、成形体２を形成している樹脂材料の内部に埋め込まれている。

第１の凹部５内に圧力センサーチップ１２が収納されている。圧力センサーチップ１２は、ダイボンディング工程によって、第１の凹部５の底部に接着剤を介して固定されている。さらにワイヤーボンディング工程に移行し、圧力センサーチップ１２の電極部と、各端子板３の先部３ａならびに各端子板４の先部とが、ボンディングワイヤー１３によって接続されている。

第２の凹部６内にＩＣチップ１４が収納されている。ＩＣチップ１４は、ダイボンディング工程によって、第２の凹部６の底部に接着剤を介して固定されている。さらにワイヤーボンディング工程に移行し、ＩＣチップ１４の電極部と、各端子板４の先部中間部４ｂとが、ボンディングワイヤー１５によって接続されている。ＩＣチップ１４内の集積回路はＡＳＩＣであり、圧力センサーチップ１２からの検知信号に基づいて圧力値が算出される。

図１（Ｂ）に示すように、第１の凹部５内に封入樹脂１８が充填されて、圧力センサーチップ１２とボンディングワイヤー１３とが封入樹脂１８で保護される。封入樹脂１８は、シリコーン樹脂などのように軟質であり、外部の圧力変化を圧力センサーチップ１２に伝達できる樹脂材料で形成されている。

第２の凹部６内にも封入樹脂１９が充填されて、ＩＣチップ１４とボンディングワイヤー１５が保護される。この封入樹脂１９はエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が使用され、液体の状態で第２の凹部６に充填され、硬化後は、前記封入樹脂１８よりも硬質となる。熱硬化性の樹脂は、硬化前の状態で粘度が低いため、第２の凹部６の内部に注入されるときにボンディングワイヤー１５を切断することがない。

次に、前記センサーモジュール１の製造方法を説明する。
図２に示す製造工程では、端子板３，４を形成するための金属フープ材２０が図示右方向へ送られる。金属フープ材２０は間欠送りされ、停止時に以下の各工程での製造作業が行われる。

図２に示すように、製造作業は、端子打ち抜き工程Ｉ、チップ部品のマウント工程ＩＩ、チップ部品固定工程ＩＩＩ，射出成型工程ＩＶ、製品打ち抜き工程Ｖであり、これらの工程を経てセンサーモジュール１が製造される。

図２に示す製造工程では、金属フープ材２０が、端子打ち抜き工程Ｉから製品打ち抜き工程Ｖまで連続して送り込まれる。これに対し、図３に示す製造工程では、端子打ち抜き工程Ｉを経た金属フープ材２０が巻き取られる。巻き取られた金属フープ材２０は、チップ部品のマウント工程ＩＩとチップ部品固定工程ＩＩＩに送られ、ここでも金属フープ材２０が巻き取られる。そして、金属フープ材２０が最終工程へ送られ、射出成型工程ＩＶと製品打ち抜き工程Ｖを経て、センサーモジュール１が完成する。

図４に示すように、金属フープ材２０には、一定ピッチの送り穴２１が形成されて図示右方向へ間欠的に送られる。端子打ち抜き工程Ｉでは、一旦停止した金属フープ材２０が、打ち抜き金型で上下から打ち抜かれ、端子部３と端子部４が形成される。

図２に示すように、マウント工程ＩＩにはマウント装置２２が設けられており、右方向へ送られて一旦停止した金属フープ材２０の端子板４上にチップ部品１１，１１がマウントされる（図５参照）。その後、金属フープ材２０が、チップ部品固定工程ＩＩＩへ送られ、チップ部品１１，１１が端子板４上に固定される。

チップ部品１１が半田付けで固定される場合には、マウント工程ＩＩでは、チップ部品１１がペースト半田によって端子板４上に仮止めされ、チップ部品固定工程ＩＩＩでは、金属フープ材２０が加熱炉に送られ、半田が溶解してチップ部品１１が端子板４に固定される。チップ部品１１が導電性接着剤で固定される場合には、マウント工程ＩＩで、チップ部品１１が接着剤によって端子板４上に仮止めされ、チップ部品固定工程ＩＩＩでは、金属フープ材２０が加熱炉に送られ、接着剤が加熱硬化させられる。

射出成型工程ＩＶでは、金属フープ材２０に形成された端子板３，４とチップ部品が、射出成型金型のキャビティ内に位置決めされ、溶融樹脂がキャビティ内に射出されて、図６に示す成形体２が形成される。この射出成型工程ＩＶでは、成形体２が成形される際に、境界壁部２ｃの内部にチップ部品１１が埋設される。その後の製品打ち抜き工程Ｖでは、端子板３と端子板４とが切断線Ｃで切断される。

その後、図１に示すように、第１の凹部５の内部に圧力センサーチップ１２が収納されてワイヤーボンディング工程で端子板３，４に接続され、第２の凹部６の内部にＩＣチップ１４が収納されてワイヤーボンディング工程で端子板４に接続される。さらに第１の凹部５に封入樹脂１８が封入され、第２の凹部６に封入樹脂１９が封入されて、個々のセンサーモジュール１が完成する。

上記工程で製造された図１に示すセンサーモジュールは、圧力センサーモジュールとして使用され、例えば内燃機関の吸気圧などが封入樹脂１８を介して圧力センサーチップ１２に与えられ、その圧力が検知される。圧力センサーチップ１２の検知信号は、ＩＣチップ１４内のＡＳＩＣによって処理されて、圧力値が算出される。

図１に示す実施の形態では、チップ部品１１，１１が境界壁部２ｃの内部に埋設されているが、チップ部品１１，１１が埋設されるさらに好ましい箇所として、図１において破線で囲む（ｉ）部と（ｉｉ）部を挙げることができる。

（ｉ）部と（ｉｉ）部は、第１の側方壁部２ａと第２の側方壁部２ｂおよび境界壁部２ｃとの境界部である。チップ部品１１，１１はその少なくとも一部が（ｉ）部と（ｉｉ）部に位置するように埋設されることが好ましく、さらに半分以上が位置し、さらには全部が位置することが好ましい。なお、この場合には端子板３，４の形状を幅広に形成するなどの変更が必要である。

第１の側方壁部２ａと第２の側方壁部２ｂおよび境界壁部２ｃのそれぞれを必要以上に肉厚にしなくても、（ｉ）部と（ｉｉ）部は、比較的広い領域を確保でき、チップ部品１１，１１を確実に埋設することができる。第１の側方壁部２ａと第２の側方壁部２ｂおよび境界壁部２ｃのそれぞれを必要以上に肉厚にしなくてもよいため、全体を小型化にしても、第１の凹部５と第２の凹部６の内容積を十分に広く確保でき、ワイヤーボンディング作業も容易に行えるようになる。

センサーモジュール１は、端子板３，４が埋設された成形体２が射出成形構成で成形された後に、第１の凹部５に圧力センサーチップ１２が設置され、第２の凹部６にＩＣチップ１４が収納されて、それぞれがボンディングワイヤー１３，１５を介して端子板に接続されるため、成形体２を成形するときの溶融樹脂の熱や流れによって、ボンディングワイヤー１３，１５が溶けたり破断することがない。また、チップ部品１１は、成形体２が成形される前に、端子板４に接続された状態で成形体２の内部に埋設されているため、チップ部品１１を固定している半田や導電性接着剤が、端子板３，４のボンディングワイヤー１３，１５の接続部に流れ出るなどの不都合を防止できる。

このセンサーモジュール１は、第１の凹部５と第２の凹部６が上向きに開口されて設けられており、その内部に圧力センサーチップ１２とＩＣチップ１４とが収納されているが、第１の凹部５と第２の凹部６の少なくとも一方を囲む壁部内にチップ部品１１を埋設することによって、チップ部品１１を実装する専用の領域を設定する必要がなくなるため、全体を小型に構成しやすくなる。特に、第１の凹部５と第２の凹部６とを区画する境界壁部２ｃ内にチップ部品１１を埋設させることによって、チップ部品１１をスペース効率良く実装することが可能になる。

１ センサーモジュール
２ 成形体
２ｃ 境界壁部
３，４ 端子板
５ 第１の凹部
６ 第２の凹部
１１ チップ部品
１２ 圧力センサーチップ
１４ ＩＣチップ
１３，１５ ボンディングワイヤー
１８，１９ 封入樹脂
２０ フープ材
Ｉ 端子打ち抜き工程
ＩＩ マウント工程
ＩＩＩ チップ部品固定工程
ＩＶ 射出成形工程
Ｖ 製品打ち抜き工程

Claims (6)

1. 樹脂材料で成形された成形体と、前記成形体に一部が埋設された端子板と、前記成形体の内部に実装されたセンサーチップおよびＩＣチップを有するセンサーモジュールにおいて、
   前記成形体には、第１の凹部と第２の凹部が、前記端子板に対して同じ側に形成され、前記第１の凹部に前記センサーチップが収納されて、前記第１の凹部の底部に露出する前記端子板と前記センサーチップとがボンディングワイヤーで接続され、前記第２の凹部に前記ＩＣチップが収納されて、前記第２の凹部の底部に露出する前記端子板と前記ＩＣチップとがボンディングワイヤーで接続されており、
   前記成形体には、前記第１の凹部と前記第２の凹部の少なくとも一方を囲む壁部が形成されており、この壁部の内部にチップ部品が埋設され、このチップ部品が前記端子板に接続されていることを特徴とするセンサーモジュール。
2. 前記第１の凹部と前記第２の凹部を区画する前記壁部内に前記チップ部品が埋設されている請求項１記載のセンサーモジュール。
3. 前記第１の凹部と前記第２の凹部に、封止樹脂が充填されている請求項１または２記載のセンサーモジュール。
4. 樹脂材料で成形された成形体と、前記成形体に一部が埋設された端子板と、前記成形体の内部に実装されたセンサーチップおよびＩＣチップを有するセンサーモジュールの製造方法において、
   （１）端子板にチップ部品を実装する工程と、
   （２）前記端子板の一部が埋設されて前記端子板に対して同じ側に第１の凹部と第２の凹部とを有する成形体を樹脂材料によって成形し、前記第１の凹部と前記第２の凹部の少なくとも一方を囲む壁部に前記チップ部品を埋設する工程と、
   （３）前記第１の凹部に前記センサーチップを収納して、前記第１の凹部の底部に露出する前記端子板と前記センサーチップとをワイヤーボンディング工程で接続し、前記第２の凹部に前記ＩＣチップを収納して、前記第２の凹部の底部に露出する前記端子板と前記ＩＣチップとをワイヤーボンディング工程で接続する工程と、
   を有することを特徴とするセンサーモジュールの製造方法。
5. 前記（２）の工程では、前記第１の凹部と前記第２の凹部を区画する前記壁部内に前記チップ部品を埋設する請求項４記載のセンサーモジュールの製造方法。
6. 前記（３）の工程の後で、前記第１の凹部と前記第２の凹部に封止樹脂を充填する請求項４または５記載のセンサーモジュールの製造方法。

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