JP6602744B2 - Sensor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は空気流量や圧力などの物理量を計測するセンサ装置に係り、特に、内燃機関の吸入空気量を計測する空気流量センサに関する。 The present invention relates to a sensor device that measures a physical quantity such as an air flow rate or pressure, and more particularly to an air flow sensor that measures an intake air amount of an internal combustion engine.
空気流量や圧力などの物理量は、様々な機器において重要な制御パラメータとして広く使用されており、これらの物理量を計測するセンサは、機器の性能を左右する重要な構成部品のひとつである。例えば、内燃機関を搭載した車両では、省燃費の要望や排気ガス浄化の要望が非常に高い。これらの要望に応えるには、内燃機関の主要パラメータである吸入空気量を高い精度で計測する空気流量センサが必要となる。 Physical quantities such as air flow rate and pressure are widely used as important control parameters in various devices, and sensors that measure these physical quantities are one of the important components that affect the performance of the devices. For example, a vehicle equipped with an internal combustion engine has a very high demand for fuel saving and exhaust gas purification. In order to meet these demands, an air flow sensor that measures the intake air amount, which is a main parameter of the internal combustion engine, with high accuracy is required.
空気流量センサなどのセンサ装置は、例えば、基板上にセンサ素子や電子部品を搭載し、樹脂封止により筐体を形成することで作製される。このとき、空気流量を測定するためにはセンサ素子が外気に暴露される構造となる必要があるため、筐体を形成する樹脂封止工程で、金型で基板を押圧することで、樹脂をせき止め、部分的に基板やセンサを露出した構造とする必要がある。このような技術は、例えば特開平11−150216号公報(特許文献1)に開示されている。 A sensor device such as an air flow sensor is manufactured by, for example, mounting a sensor element or an electronic component on a substrate and forming a housing by resin sealing. At this time, since it is necessary to have a structure in which the sensor element is exposed to the outside air in order to measure the air flow rate, the resin is removed by pressing the substrate with a mold in the resin sealing process for forming the housing. It is necessary to have a structure in which the substrate and the sensor are partially exposed. Such a technique is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-15216 (Patent Document 1).
特許文献1に記載の技術では、放熱板上に半導体素子を装着し、半導体素子とリードフレームの各リード部をボンディングワイヤにより接続する。放熱板の露出面に、周端縁部からやや内側の位置を全周に連続して延びる突起部を形成する。金型をリードフレームに設置し、放熱板を金型で押圧しながら樹脂封止する。このとき、金型の押圧により放熱板の突起部が塑性変形し、金型に密着することで、放熱板露出面への樹脂流入および樹脂バリの発生を防止している。
In the technique described in
上記技術は、金型の押圧により放熱板の突起部が塑性変形する金属などの延性材料には用いることができる。一方で、プリント基板やセラミック基板のような脆性材料を基板に用いた場合には、金型の押圧により基板が損傷を受けてしまうという課題があった。また、基板は厚さばらつきを有しているため、この厚さばらつきにより金型の押圧力が変化することによって、樹脂バリや基板の損傷が発生することも課題であった。このため、従来の樹脂封止方法では、プリント基板やセラミック基板の一部を部分的に露出しながら樹脂封止することが難しかった。 The above technique can be used for a ductile material such as a metal in which a protrusion of a heat sink is plastically deformed by pressing of a mold. On the other hand, when a brittle material such as a printed circuit board or a ceramic substrate is used for the substrate, there is a problem that the substrate is damaged by pressing of the mold. Further, since the substrate has a thickness variation, it is also a problem that the resin burrs and the substrate are damaged when the pressing force of the mold is changed due to the thickness variation. For this reason, in the conventional resin sealing method, it is difficult to seal the resin while partially exposing a part of the printed circuit board or the ceramic substrate.
本発明の目的は、プリント基板のような脆性材料にセンサ素子を搭載し、センサ素子を露出しながら樹脂封止する工程において、樹脂バリや基板の損傷を防止し、信頼性の高いセンサ装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a highly reliable sensor device in which a sensor element is mounted on a brittle material such as a printed circuit board, and a resin burr and a substrate are prevented from being damaged in a process of resin sealing while exposing the sensor element. Is to provide.
上記目的を達成するために、本発明のセンサ装置は、被計測流体の一部を取り込む副通路と、前記副通路に配置されるセンサ素子と、前記センサ素子が実装される基板と、前記基板を保持するハウジングとを備え、前記ハウジングは、前記副通路の壁面の一部を形成しつつ、前記基板を保持する固定部を有し、前記基板は前記固定部に沿った方向に形成される溝部を有しており、前記溝部は、その底部が、前記基板が前記固定部で保持される領域とそうでない領域を有するように形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a sensor device of the present invention includes a sub-passage that takes in a part of a fluid to be measured, a sensor element disposed in the sub-passage, a substrate on which the sensor element is mounted, and the substrate And a housing having a fixing portion that holds the substrate while forming a part of a wall surface of the sub-passage, and the substrate is formed in a direction along the fixing portion. It has a groove part, and the groove part is formed so that the bottom part may have a field where the substrate is held by the fixed part, and a field which is not so.
本発明によれば、信頼性の高いセンサ装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable sensor device.
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、センサ装置の第1実施例について図1〜図13を用いて説明する。図1はセンサアセンブリ10の平面図であり、図2はセンサアセンブリ10の底面図、図3は図1上のA−A断面図である。
First, a first embodiment of the sensor device will be described with reference to FIGS. 1 is a plan view of the
図1から3に示すように、センサアセンブリ10は、センサ素子2と、センサ素子2の信号を処理する電子部品3を基板1上に実装することで形成される。基板1には、セラミック基板を用いてもプリント基板を用いても構わない。センサ素子2は、流体の物理量を計測する役割があり、例えば、流量センサ、圧力センサ、湿度センサが挙げられる。電子部品3は、例えばLSIやマイコンが挙げられる。基板1とセンサチップ2の間、及び基板1と電子部品3の間をはんだもしくはボンディングワイヤを用いて電気的に結線する。例えば、センサ装置が流量センサであれば、図1の矢印方向もしくは反対方向から空気26がセンサ素子2の流量検出部を通過することで空気流量を測定する。基板1は、両面実装する構成を採用することができる。その場合には、例えば、裏面側に、湿度センサや圧力センサ等の他のセンサを実装することも可能である。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
図4は副通路12を含む筐体5にセンサアセンブリ10を実装したときの平面図であり、図5は底面図である。また、図6は図4上のB−B断面図であり、図7は図6の断面拡大図である。図4から6に示すように、筐体5は、主通路を流れる空気をセンサチップ2に導くための副通路12を、図示しないカバーと協働で形成する。筐体5とセンサアセンブリ10は、樹脂封止によって一体成型される。そして、センサアセンブリ10は、図1の斜線で示した固定領域4で、筐体5にインサートされた状態で固定される。筐体5に用いる樹脂は例えば熱可塑性樹脂である。この際、センサ素子2は、上記副通路12中に露出するようにして配置される。
4 is a plan view when the
そして、センサアセンブリ10の基板1には、固定領域4とその周縁に溝6が、例えば機械加工により形成される。
And the fixed area |
第1実施例による作用効果について図8、図9を用いて説明する。図8は、センサアセンブリ10の樹脂封止工程における図1上のA-A断面図であり、図9は図8の断面拡大図である。
The operation and effect of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 in the resin sealing process of the
センサアセンブリ10を、筐体5に固定する場合、モールド工程を採用している。モールド工程では、センサアセンブリ10の基板1を、金型25に設置した後、金型25でクランプし樹脂封止することで、筐体5に固定する。このとき、センサ素子2は、副通路12中に露出する必要があるため、基板1を金型25によって押圧した状態で樹脂封止し、樹脂が副通路12内へ流出することを防止している。
When the
ここで、金型25の押圧の大きさは、金型25が基板1を押し付ける量により決まる。しかし、基板1の厚さ20aはばらつきを有するため、このばらつきにより金型25の押圧力がばらつく。つまり、基板1の厚さ20aが設計中央値より小さければ金型25の押圧力は減少し、ある押圧力以下になると樹脂が副通路12内へ流出する。一方、基板1の厚さ20aが設計中央値より大きければ、金型25の押圧力は増加し、ある押圧力以上になると基板1への損傷が生じる。そのため、基板1の厚さ20aのばらつきにより歩留まりが悪化してしまう。
Here, the magnitude of pressing of the
本実施例では、基板1に対して、筐体5の固定領域4とその周縁に、基板1の厚さばらつきよりも精度がよい工程で溝6を形成する構造とした。樹脂封止の工程で金型25は基板1の溝部6を押圧するため、厚さばらつきによる押圧力の変動は溝間の厚さ20bのばらつきに依存する。そして、この溝部6は、基板1の厚さばらつきよりも精度がよい工程にて形成することにより、金型により押圧される押圧部(溝部)のばらつきを、基板1の厚さばらつきよりも小さくすることができる。例えば、溝6は、機械加工により形成する。
In the present embodiment, the
本実施例によれば、基板1の厚さばらつき20aに比べて、溝間の厚さ20bのばらつきを小さくできる。そのため、樹脂封止工程の金型25の押圧力のばらつきを低減でき、押圧力不足による樹脂の流出や押圧力過剰による基板1への損傷を抑制し、より高信頼なセンサ装置を提供できる。
According to this embodiment, the variation in the
基板1を保持する固定部を筐体5は有し、基板1は固定部に沿った方向に形成される溝部を有しており、溝部6は、その底部が、基板1が固定部で保持される領域とそうでない領域を有する。
The
本実施例は、基板1の厚さばらつき20aを低減するために、精度の良い後工程により基板1の精度を向上させている。本実施例では、溝を例に挙げているが、当然ながら、全面を切削してもよい。
In this embodiment, in order to reduce the
溝6とする更なる有利な効果は、樹脂が流出した場合でも、溝6により樹脂がせき止められるため、センサ素子2へ樹脂が到達することをより抑制できること、必要最低限の切削範囲にて効果を得られるため、製造が容易であること、が挙げられる。
A further advantageous effect of using the
本実施例では、溝6を、固定領域4の全てに用いている例を示しているが、必ずしもこれに限定されない。製造時の応力が特に気になる領域が、副通路12の壁面を形成しつつ、固定部を形成する領域である場合には、この固定領域4に溝6を設けるとよい。すなわち、センサ2と電子部品3の間に溝6を設けている。
In the present embodiment, an example in which the
本実施例の変形例について図10〜13を用いて説明する。図10はセンサアセンブリの平面図、図11は底面図であり、図12は筐体5にセンサアセンブリ10を実装したときの平面図、図13は底面図である。先の実施例と異なる構成は、基板1上に複数の電子部品3、13およびセンサ素子2、14〜16を設置している点である。電子部品は、例えばマイコンやLSI、センサ素子は、例えば温度センサや圧力センサ、湿度センサである。図10〜13に示すように基板1上にセンサ素子2、14〜16や電子部品3、13を複数設置する構成としても同等の作用効果を奏することは言うまでもない。
A modification of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10 is a plan view of the sensor assembly, FIG. 11 is a bottom view, FIG. 12 is a plan view when the
本発明の第2実施例について図14〜図16を用いて説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
第1実施例と異なる構成は、基板1に対して、筐体5の固定領域4の両端に溝6を形成することで、固定領域に凸部7を形成している点である。図16に示すように基板1の凸部7上に筐体5が形成されることで、基板1と筐体5の固定力が増加し、より高信頼なセンサ装置を提供できる。また、実施例1と同様に、基板1を保持する固定部を筐体5は有し、基板1は固定部に沿った方向に形成される溝部を有しており、溝部6は、その底部が、基板1が固定部で保持される領域とそうでない領域を有するため、製造時の金型押当部が溝部とすることができ、製造ばらつきを抑制できる。
The configuration different from the first embodiment is that the
次に、本発明の第3実施例について図17〜19を用いて説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
先の実施例と異なる構成は、基板1上の溝6を例えば切削のような機械加工により形成することで、表面を粗化している点である。これにより、基板1と筐体5の固定領域4において固定力が増加し、より高信頼なセンサ装置を提供できる。
A different configuration from the previous embodiment is that the surface is roughened by forming the
次に、本発明の第4実施例について図20〜22を用いて説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
先の実施例と異なる構成は、基板1上の溝6を基板1の一方の面にのみ形成している点である。本構成としても、基板1の厚さ20aのばらつきよりも溝間の厚さ20bのばらつきを小さくすることができ、先の実施例と同等の作用効果を奏することは言うまでもない。さらに、溝6を一方の面にのみ形成することで、溝を加工する工程を削減できるため、製造コストを低減しつつ、信頼性の高いセンサ装置を提供できる。
A different configuration from the previous embodiment is that the
次に、本発明の第5実施例について図23〜25を用いて説明する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
先の実施例と異なる点は、基板1の表面に保護層8を形成し、保護層8上に溝6を形成している点である。本構成としても、先の実施例と同等の作用効果を奏することは言うまでもない。さらに、基板1表面に保護層を形成することで、腐食性ガスなどが基板1の内部へ侵入することを防止できるため、より信頼性の高いセンサ装置を提供することができる。
The difference from the previous embodiment is that a
また、図26〜28に示すように基板1の表面に溝6を形成した後に、溝6上に保護膜8を形成する構成としても同等の効果を奏することは言うまでもない。
Further, as shown in FIGS. 26 to 28, it is needless to say that the same effect can be obtained by forming the
当然のことながら、各実施例は組み合わせ可能である。 Of course, the embodiments can be combined.
1…基板
2…センサ素子
3…電子部品
4…固定領域
5…筐体
6…溝
7…凸部
8…保護層
10…センサアセンブリ
12…副通路
13…電子部品
14…センサ素子
15…センサ素子
16…センサ素子
20a…基板の厚さ
20b…溝間の厚さ
25…金型
26…空気
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記ハウジングは、前記副通路の壁面の一部を形成しつつ、前記基板を保持する固定部を有し、前記基板は前記固定部に沿った方向に形成される溝部を有しており、
前記溝部は、その底部が、前記基板が前記固定部で保持される領域と前記固定部に接しない領域を有するように形成されているセンサ装置。 A sub-passage that takes in a part of the fluid to be measured, a sensor element disposed in the sub-passage, a substrate on which the sensor element is mounted, and a housing that holds the substrate,
The housing has a fixing portion that holds the substrate while forming a part of the wall surface of the sub-passage, and the substrate has a groove formed in a direction along the fixing portion,
The groove portion is a sensor device in which a bottom portion thereof is formed so as to have a region where the substrate is held by the fixing portion and a region which is not in contact with the fixing portion.
前記基板に溝を形成する工程と、
前記溝に固定部形成用の金型を押し当てて、樹脂を注入し、固定部を形成する工程と、を備えるセンサ装置の製造方法。 A sensor device, a substrate on which the sensor element is mounted, and a sensor device manufacturing method for fixing a housing for holding the substrate by molding,
Forming a groove in the substrate;
And a step of pressing a mold for forming a fixing portion into the groove, injecting resin, and forming the fixing portion.
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