JPWO2003036251A1

JPWO2003036251A1 - Sensor device

Info

Publication number: JPWO2003036251A1
Application number: JP2003538702A
Authority: JP
Inventors: 敦史宮崎; 勝彦菊池
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: JP4127396B2; WO2003036251A1

Abstract

リード材（１３，３１；４２）は、一部が外部との電気的接続用コネクタ端子（１４；３２；４３）になっている。半導体センサチップ（１）は、物理量を電気信号に変換する。電子部品（２２，２３；３６；４７）は、半導体センサチップ（１）とコネクタ端子（１４；３２；４３）との間に設けられるとともに、予め第一の樹脂で封止されている。外装ケース（３０；４１；５０）は、リード材（１３，３１；４２）と電子部品（２２，２３；３６；４７）を第二の樹脂で一体成形して形成される。Part of the lead material (13, 31; 42) is a connector terminal (14; 32; 43) for electrical connection with the outside. The semiconductor sensor chip (1) converts physical quantities into electrical signals. The electronic components (22, 23; 36; 47) are provided between the semiconductor sensor chip (1) and the connector terminals (14; 32; 43), and are sealed with a first resin in advance. The outer case (30; 41; 50) is formed by integrally molding the lead material (13, 31; 42) and the electronic component (22, 23; 36; 47) with a second resin.

Description

技術分野
本発明は、センサ装置に係り、特に、１チップ半導体センサを用いたセンサ装置に関する。
背景技術
従来のセンサ装置は、例えば、特開平１０−１７０３８０号公報に記載のように、物理量を電気信号に変換する半導体センサチップと、センサチップのセンサ出力信号に演算処理をして検出信号を得る半導体回路チップで構成されている。半導体回路チップはリードフレームに配設したのち樹脂で封止することにより、パッケージを構成する。パッケージの一部には、凹部キャビテイが形成されている。凹部キャビテイに半導体センサチップを配設し、電気的に接合してセンサユニットを構成する。リード材と一体成形した外装ケースは、凹型開口部を備えている。リード材の一部がコネクタ端子となり、他の部分が凹型開口部に露出している。センサユニットは、凹部開口部に配設し、リード材とリードフレームを電気的に接合したのち、カバーで塞ぐことで、センサ装置を構成する。
発明の開示
しかしながら、従来の２チップ構成のセンサ装置では、耐過渡電圧性や耐電磁気性のユーザ要求仕様がより厳しくスペックアップされた場合に、従来の半導体チップでは仕様を満足できない場合が生じることがある。このとき、カスタマイズされたチップを再設計して対応することが必要となり、多大な開発工数と費用が発生することになるという問題点があった。
本発明の目的は、多大な開発工数や費用が発生することなく、従来よりも耐性の向上したセンサ装置を提供することにある。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、一部が外部との電気的接続用コネクタ端子になっているリード材と、物理量を電気信号に変換する半導体センサチップと、この半導体センサチップと上記コネクタ端子との間に設けられるとともに、予め第一の樹脂で封止された電子部品と、上記リード材と上記電子部品を第二の樹脂で一体成形した外装ケースとを備えるようにしたものである。
かかる構成により、多大な開発工数や費用が発生することなく、従来よりも耐性を向上し得るものとなる。
（２）上記（１）において、好ましくは、半導体センサチップを予め端子付チップケースに収納し、端子と半導体センサチップを電気的に接続してセンサユニットを構成し、上記リード材と上記センサユニットを電気的に接続して第２の樹脂でモールド一体成形して外装ケースを構成するようにしたものである。
（３）上記（１）において、好ましくは、上記電子部品の固着されたリード材を上記第一の樹脂で封止してチップケースを構成し、このチップケースに半導体センサチップを配設し、リード材と電気的に接続してセンサユニットを構成し、このセンサユニットのリード材の一部がコネクタ端子となるように第二の樹脂で一体成形して外装ケースを構成するようにしたものである。
（４）上記（３）において、好ましくは、コネクタ端子となるリード材と、電子部品と共に第一の樹脂で封止されたチップケースの端子となるリード材を別部材から構成し、第二の樹脂で一体成形される前に電気的に接続するようにしたものである。
（５）上記（１）において、好ましくは、上記外装ケースは、凹型開口部を有するともに、この開口部内に上記リード材の一部を露出させ、半導体センサチップの配設されたチップケースを上記凹型開口部に配設するようにしたものである。
（６）上記（１）において、好ましくは、上記外装ケースは、凹型開口部を有するともに、この開口部内に上記リード材の一部を露出させ、上記半導体センサチップを上記凹型開口部に配設し、上記凹型開口部を塞ぐカバーを備えるようにしたものである。
（７）上記（１）において、好ましくは、半導体センサチップは、物理量を電気信号に変換するセンサ回路と上記センサ出力信号を演算処理する補償回路を備えた１チップであり、上記電子部品は、コンデンサや抵抗体等のチップ部品であり、上記リード材とは金属材料から構成され、上記リード材と上記電子部品とは、はんだ若しくは導電性接着剤の接合部材によって電気的に接続され、上記第一の樹脂は、熱硬化性樹脂から構成され、上記第二の樹脂とは、熱可塑性樹脂から構成するようにしたものである。
（８）上記（７）において、好ましくは、上記接合部材の融点は、上記第一の樹脂と上記第二の樹脂のモールド成形温度より高く、上記第一の樹脂の線膨張係数は、上記リード材と上記電子部品の主たる構成材料の線膨張係数の間に入る値としたものである。
発明を実施するための最良の形態
最初に、図１および図２を用いて、本発明の第１の実施形態によるセンサ装置の構成について説明する。ここでは、本実施形態のセンサ装置として、圧力センサを例にして説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるセンサ装置の構成を示す断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態によるセンサ装置のセンサユニットとリード材ユニットの構成を示す平面図である。
本実施形態では、後述するように、半導体チップ１を内設した端子付きチップケース５からなるセンサユニット１１と、電子部品２２，２３を搭載し、第１の樹脂で予め封止されたリード材１３とを電気的に接続するようにしている。
半導体センサチップ１は、シリコンから成る。半導体センサチップ１は、中央部下面をエッチング等により凹型加工を施し、中央部に薄肉ダイヤフラム２が形成されている。半導体センサチップ１のダイヤフラム２の上面には、図示しない圧力検出回路が半導体プロセスにより一体的に形成されている。圧力検出回路は、ダイヤフラム２の上面に形成された４個の拡散抵抗から成り、アルミ導体でブリッジに配線して構成される。また、半導体チップ１の上面でダイヤフラム以外の周辺部には、図示しない特性補償回路及び保護回路が、同じく半導体プロセスにより一体的に構成されている。特性補償回路は、圧力と出力の関係を所定の伝達関数に調整するデジ・アナ混成回路で構成されている。デジ・アナ混成回路は、特性調整信号を記憶・保持するＥＰＲＯＭを有したデジタル部と、信号増幅をするアナログ部を主要部として構成されている。特性調整信号とは、ゼロ−スパン調整、感度調整、温度特性調整のときに得られる各特性を調整するためのものである。保護回路は、外部と接続される入出力段に設けられた入出力信号に対する過渡的な電磁気ノイズ等から内部回路を保護するための回路である。圧力検出回路、特性調整回路及び保護回路は、それぞれ、アルミ導線等で電気的に接続されている。
半導体センサチップ１は、ガラス台３とアノーディックボンディング等で接合されている。半導体センサチップ１とガラス台３により、チップクミを構成する。半導体センサチップ１のダイヤフラム２の下面とガラス台３の上面とに挟まれた部分には、真空室４が設けられている。ガラス台３の線膨張係数は、半導体チップ１の線膨張係数と略等しく構成されている。チップケース５は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂またはＰＰＳ等の熱可塑性樹脂からなる。端子６は、リン青銅から構成される。端子６は、ニッケルでプリメッキされたフープ材をプレス成形することで得られる。端子６を、エポキシ樹脂等を用いてインサートモールドすることにより、端子付チップケース５が構成される。チップケース５の成形後、端子６は矩形状に繋がっているが、５本の調整端子と３本の入出力端子が各々独立するように切断される。
チップケース５の開口部側底面には、凹型チップクミ収納部７が設けられている。端子６は、一部をチップクミの配設部周辺に露出し、一部をチップケース５の外側に引き出されるように配置されている。半導体センサチップ１とガラス台３から成るチップクミは、チップケース５の凹型チップクミ収納部７にシリコーン系の接着剤８により、接着・固定されている。
半導体センサチップ１の電極は、金やアルミ等で構成されるワイヤ９を用いて端子６とワイボンデイングされている。チップケース５に配設された半導体センサチップ１とガラス台３からなるチップクミと、アルミワイヤ９と、リード端子６の露出部は、フロロシリコーン系またはフッ素系のシリコーンゲル１０で被覆されている。シリコーンゲル１０は、半導体チップ１に圧力を伝達するとともに腐食性の液体や気体が接触することを防止している。
以上のようにしてセンサユニット１１が構成される。センサユニット１１は、調整端子及び入出力端子１２にプローブを接触させて外部圧力調整装置との電気的やり取りを行うことで、半導体センサチップ内部回路の特性調整を行なうことができる。特性調整後、調整端子及び入出力端子１２のケース外側に配した端子は、所定の長さに切断される。
リード材１３は、黄銅で構成される。リード材１３は、錫をプリメッキしたフープ材をプレス加工することで形成される。リード材１３の右側はコネクタ端子１４の形状に加工され、左側はセンサユニット１１の入出力端子１２と勘合する端子形状に加工される。左側の端子の一部には、プロジェクション溶接用突起１５が設けられる。さらに、端子の左端は、図示しないフープ材本体に連なっている。
リード材１３は、図２の紙面上側よりグランド端子１６、出力端子１７、電源端子１８として構成される。グランド端子１６と出力端子１７の中央付近には、チップコンデンサ２２を配設するための凹型加工部１９がそれぞれ施されている。リード材１３の凹型加工部１９の深さは、リード材１３の厚さの１／３〜１／２程度が好ましい。同様に、グランド端子１６と電源端子１８にも、チップコンデンサ２３を配設するための凹型加工部２０が設けられている。なお、グランド端子１６と電源端子１８の間には出力端子１７が介在するため、グランド端子１６と電源端子１８の中央部付近には、端子１７，１８の延在する方向と直角方向に張り出した部分が設けられている。凹型加工部２０は、この直角方向に張り出した部分に形成されている。
リード材１３の凹型加工部１９，２０には、印刷マスクやデイスペンサ等を用いて所定量の導電性ペースト又ははんだ等の接合部材２１が塗布される。この接合部材２１の上に、チップコンデンサ２２，２３が配設される。チップコンデンサ２２，２３の両側には、それぞれ、電極が設けられている。導電性ペースト又ははんだなどの接合部材２１の溶融温度は、樹脂２４の射出成形温度より高い材料が選定される。例えば、モールド射出成形温度２６０℃より高い高温はんだ（３２０℃）などが使用される。はんだ塗布部と接したチップコンデンサ２２，２３の電極部には、所定量の光の照射により、又は、所定量の温度に加熱されたプレートからの熱伝導が加えられ、はんだが溶融することで、リード材１３とチップコンデンサ２２，２３が接合される。
チップコンデンサ２２，２３およびリード材１３の中央部は、エポキシ樹脂２４を用いて、射出成形により長方形状に被覆が施される。エポキシ樹脂２４は、好ましくはガラス転移点が自動車に搭載される部品に求められる使用温度上限１３０℃より高いものであって、ガラス転移点温度以下の線膨張係数が、セラミックス製のチップコンデンサ２２，２３とリード材１３の線膨張係数の間にあることが望ましい。本例では、ガラス転移点温度が１５０℃、ガラス転移点温度以下の線膨張係数が１１ｐｐｍのエポキシ樹脂を用いている。射出成形後、リード材１３はフープ材本体より、所定の形状を残して切断される。以上により、リード材ユニット２５が得られる。
センサユニット１１の端子６と、リード材ユニット２５のリード材１３に設けられたプロジェクション溶接用突起１５は、所定の位置に位置決めされ、プロジェクション溶接で電気的に接続される。パイプ２６は、一端にセンサユニット１１のリング状の突起２７と勘合する凹型溝２８を備え、他端に中央部が上下に貫通している円筒形状を備えている。パイプ２６の凹型溝２８に、ゴム系シート、又は、熱により溶融硬化するエポキシ系接着シート等のシール材２９を配設し、外装ケース２８を形成するためのモールド成形金型にセットする。また、センサユニット１１のリード材にコネクタカップラ部をモールド成形するための入れ駒をセットした後、リング状突起２７をパイプの凹型溝２８に勘合させるように、モールド成形金型にセットする。この状態でＰＢＴ樹脂又はＰＰＳ樹脂により射出成形することで、センサユニット１１，リード材ユニット２５，パイプ２６を一体に固着し内蔵した外装ケース３０が得られる。外装ケース３０には、図示しない外部との取り付け用フランジ等が設けられている。以上により圧力センサが構成される。
半導体センサチップを標準のＣＭＯＳプロセスで製作することは、製造コスト面でメリット得ることができるが、静電気やサージ等の過渡的電圧で過大電圧が印加される場合のデバイス耐性については、バイポーラ等の他のプロセスより劣るのが一般的である。それに対して、高耐圧のＤＭＯＳと組み合わせた１チップセンサとすることで耐性を上げることは可能である。しかし、顧客や産業界の要求レベルが上がって、１チップ内に盛り込まれた保護素子では対応しきれなくなった場合には、チップ設計を全てやり直す必要があり、多大な開発コストと開発期間を要することになる。
それに対して、本実施形態では、予め入出力端子１６，１７，１８に過渡電圧や電磁気耐性を向上させるチップコンデンサ２２，２３を搭載しているので、チップ設計をやり直すことなく、チップ耐性を向上することができる。しかも、顧客要求に応じて、さらに、耐性を向上させたい場合でも、チップコンデンサの容量を変えることで容易に対応することができる。
なお、以上の説明では、２つの入出力端子を跨ぐようにしてチップコンデンサを配設する場合について説明したが、耐性を向上させるための電子部品としては、チップ抵抗とコンデンサを組み合わせて用いることもできる。チップ抵抗の配設は、例えば、１つの入出力端子を途中で切断した形状とし、チップ抵抗で切断された端子を接続することで、入出力端子の途中に行うことができる。
また、本実施形態では、チップコンデンサをリード材にはんだや導電性接着剤で接合した後、チップコンデンサ（６ｐｐｍ）とリード材（１７ｐｐｍ）の線膨張係数の中間のエポキシ樹脂（１１ｐｐｍ）で被覆することで使用環境の温度変化により生じるチップコンデンサ接合部の熱応力を緩和することができ、熱劣化寿命を大幅に改善できる。
さらに、エポキシ樹脂は、チップコンデンサ接合部周辺との密着性が、樹脂と部品の表面間で水素結合が施されることにより極めてよいものである。また、エポキシ樹脂は、射出成形時に溶融する際に数ミクロン程度の微小隙間に対しても充填可能であり、空間が残ることがないものである。従って、接合部材のはんだや導電性接着剤等への水や腐食性ガスの侵入による腐食を防止することができるとともに、ＰＢＴやＰＰＳ等の熱可塑性樹脂では常に問題となるインサート端子との密着不足による気密不良の問題も解決できるため、コネクタ端子に成形後にシリコーン接着剤等を塗布硬化して気密保持を補強することも不要となる。
また、さらに、本実施形態では、リード材にチップコンデンサを配設した後エポキシ樹脂でがっちりと被覆したリード材ユニットをＰＢＴ等でインサート射出成形するため、成形作業時のリード材ユニットの取り扱い性が非常に良好で、且つ、チップコンデンサ実装部を外装ケースを構成する樹脂内部に配設することが可能となるため、外装ケースを小型化することができる。
一方、リード材ユニットの製造方法に着目すると、フープ材で一連にプレス加工されたリード材を１０個ごとに繋がった状態で切り出し、リード材を更に１０セット並べ、はんだ又は導電性接着剤を印刷マスクを用いて纏めて塗布し、チップコンデンサを各々搭載してバッジで硬化し、１０連端子の状態で纏めて射出成形することで安く大量に製造することが可能となる。
次に、図３および図４を用いて、本発明の第２の実施形態によるセンサ装置の構成について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態によるセンサ装置の構成を示す断面図である。図４は、本発明の第２の実施形態によるセンサ装置のセンサユニットの構成を示す平面図である。また、図１，図２と同一符号は同一部分を示している。
本実施形態では、後述するように、電子部品３６を搭載したリード材３１を一体成形してチップケース３８を構成したものに、半導体センサチップ１を配設してセンサユニット４０を構成している。
リード材３１は、一方の端部がコネクタ端子３２として、他方の端部がチップケース３８の端子３３として構成される。リード材３１は、コネクタ端子３２となる部分の板厚が０．６４ｍｍ、チップケース３８の端子３３の部分の板厚が０．３０ｍｍとなるように、フープ材を予め切削加工し、次にプレス加工することで形成される。リード材３１のチップケース３８に埋め込まれる端子部には、チップコンデンサを搭載するための凹型溝３４が形成されている。凹型溝３４には、はんだ又は導電性ペースト等の接合部材３５が所定量塗布される。凹型溝３４に、チップコンデンサ３６を配設し、所定の温度が加えられることで、リード材３１とチップコンデンサ３６が接合される。以上により、リード材ユニット３７が構成される。
リード材ユニット３７は、エポキシ樹脂によりインサートモールド成形されて、チップケース３８が形成される。チップケース３８は、凹型チップクミ収納部７を有している。凹型チップクミ収納部７の周辺には、リード材３１の端子の一部が露出している。凹型チップクミ収納部７に半導体センサチップ１とガラス台３を接合したチップクミをシリコーン系の接着剤８を介して配設し、所定の熱を加えることで両部材を接合する。次に、半導体センサチップ１の電極とリード材の端子部３２をワイヤ９により電気的に接合し、フロロシリコーン系、または、フッ素系のシリコーンゲル１０により上記凹型チップクミ収納部全体を被覆する。以上によりセンサユニット４０が構成される。
センサユニット４０は、図１に示した実施形態と同様に、パイプ２６とシール材２９を介して図示しないモールド成形金型にセットされ、ＰＢＴ等の樹脂によりインサートモールドされることで外装ケース４１が得られる。以上により、本発明の別の実施例による圧力センサが得られる。
以上説明したように、本実施形態では、チップコンデンサを搭載し、一部がコネクタ端子となったリード材ユニットをチップケースと一体にしたことで、リード材ユニットの単体の成形工程の廃止でき、リード材とチップケース端子との電気的接続工程も廃止することができるため、工程を簡略化でき、コストを低減することができる。
さらに、一体化によって、図１に示した実施形態よりも小型化することができ、更なる圧力センサの小型・軽量化を行うことができる。
なお、本実施形態では、チップケース端子３３とコネクタ端子３２を予め一体としたが、チップケース端子３３にチップコンデンサ３６を一体化し、コネクタ端子を別部材として構成し、後から電気的に接続する方法を採用しても良いものである。この場合は、顧客要求により種々形状の異なるコネクタ端子を其々単体で製作することが可能となるため、コネクタ端子を含まないセンサユニットの標準化を図ることができ、センサユニットを低コスト化できる。
次に、図５を用いて、本発明の第３の実施形態によるセンサ装置の構成について説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態によるセンサ装置の構成を示す断面図である。なお、図１〜図４と同一符号は同一部分を示している。
本実施形態では、リード材４２には、一方の端部にコネクタ端子４３を設け、他方の端部に溶接用突起４４を設けてある。また中央部付近には、電子部品４７を搭載するための凹型溝４５が設けてある。
凹型溝４５にはんだ等の接合部材４６を適量塗布し、チップコンデンサ４７を配設し、所定の温度を加えることで溶融接合される。次に、チップコンデンサ４７をエポキシ樹脂４８により封止することで、リード材ユニット４９が得られる。
リード材ユニット４９は、図示しないモールド金型にセットされ、ＰＢＴ等の樹脂によりインサート成形されることで外装ケース５０が得られる。外装ケース５０のリード材４２の溶接用突起４４とセンサユニット５１の端子５２を溶接し、接着剤５３を両部材の勘合部に周辺から塗布して硬化する。次に、外装ケースの開口部周辺に設けられた凹型溝５４に接着剤５５を塗布し、カバー５６を配設して硬化することで、圧力センサが得られる。
本実施形態も、電子部品をコネクタ端子に一体化して外装ケースを構成する樹脂材に内蔵しているため、外装ケースの開口部内に電子部品を個別に実装する場合に比べ、外装ケースを小型化でき、また、電子部品の接続信頼性を向上することができる。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、多大な開発工数や費用が発生することなく、従来よりも耐性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態によるセンサ装置の構成を示す断面図である。
図２は、本発明の第１の実施形態によるセンサ装置のセンサユニットとリード材ユニットの構成を示す平面図である。
図３は、本発明の第２の実施形態によるセンサ装置の構成を示す断面図である。
図４は、本発明の第２の実施形態によるセンサ装置のセンサユニットの構成を示す平面図である。
図５は、本発明の第３の実施形態によるセンサ装置の構成を示す断面図である。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sensor device, and more particularly to a sensor device using a one-chip semiconductor sensor.
BACKGROUND ART A conventional sensor device, for example, as described in JP-A-10-170380, a semiconductor sensor chip that converts a physical quantity into an electrical signal, and a sensor output signal of the sensor chip is subjected to arithmetic processing to generate a detection signal. It consists of a semiconductor circuit chip to be obtained. The semiconductor circuit chip is disposed on the lead frame and then sealed with resin to form a package. A concave cavity is formed in a part of the package. A semiconductor sensor chip is disposed in the concave cavity and electrically joined to constitute a sensor unit. The exterior case integrally molded with the lead material has a concave opening. A part of the lead material becomes a connector terminal, and the other part is exposed to the concave opening. The sensor unit is disposed in the opening of the recess, electrically connects the lead material and the lead frame, and then closes with a cover to constitute a sensor device.
DISCLOSURE OF THE INVENTION However, in the conventional sensor device with a two-chip configuration, when the specifications required by the user for transient voltage resistance and electromagnetic resistance are more severely increased, the conventional semiconductor chip may not satisfy the specifications. There is. At this time, it is necessary to redesign the customized chip to cope with it, and there is a problem that a lot of development man-hours and costs are generated.
An object of the present invention is to provide a sensor device having improved resistance compared to the conventional one without generating much development man-hours and costs.
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a lead material, a part of which is a connector terminal for electrical connection with the outside, a semiconductor sensor chip that converts a physical quantity into an electrical signal, and the semiconductor sensor An electronic component provided between the chip and the connector terminal and previously sealed with a first resin, and an exterior case in which the lead material and the electronic component are integrally molded with a second resin are provided. It is a thing.
With such a configuration, resistance can be improved as compared with the conventional one without generating much development man-hours and costs.
(2) In the above (1), preferably, a semiconductor sensor chip is previously stored in a chip case with a terminal, and a terminal and the semiconductor sensor chip are electrically connected to constitute a sensor unit, and the lead material and the sensor unit Are electrically connected and molded integrally with a second resin to form an exterior case.
(3) In the above (1), preferably, the lead material to which the electronic component is fixed is sealed with the first resin to form a chip case, and a semiconductor sensor chip is disposed in the chip case. A sensor unit is configured by electrical connection with a lead material, and an exterior case is configured by integrally molding with a second resin so that a part of the lead material of the sensor unit becomes a connector terminal. is there.
(4) In the above (3), preferably, the lead material to be the connector terminal and the lead material to be the terminal of the chip case sealed with the first resin together with the electronic component are constituted by separate members, and the second Electrical connection is made before the resin is integrally formed.
(5) In the above (1), preferably, the exterior case has a concave opening, a part of the lead material is exposed in the opening, and the chip case in which the semiconductor sensor chip is disposed It is arranged in the concave opening.
(6) In the above (1), preferably, the exterior case has a concave opening, a part of the lead material is exposed in the opening, and the semiconductor sensor chip is disposed in the concave opening. And a cover for closing the concave opening.
(7) In the above (1), preferably, the semiconductor sensor chip is a chip including a sensor circuit that converts a physical quantity into an electrical signal and a compensation circuit that performs arithmetic processing on the sensor output signal. A chip component such as a capacitor or a resistor, wherein the lead material is made of a metal material, and the lead material and the electronic component are electrically connected by a bonding member of solder or a conductive adhesive; One resin is composed of a thermosetting resin, and the second resin is composed of a thermoplastic resin.
(8) In the above (7), preferably, the melting point of the joining member is higher than the molding temperature of the first resin and the second resin, and the linear expansion coefficient of the first resin is the lead It is a value that falls between the linear expansion coefficients of the material and the main constituent material of the electronic component.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, the configuration of a sensor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a pressure sensor will be described as an example of the sensor device of the present embodiment.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing configurations of a sensor unit and a lead material unit of the sensor device according to the first embodiment of the present invention.
In the present embodiment, as will be described later, a lead unit on which a sensor unit 11 including a chip case 5 with a terminal in which a semiconductor chip 1 is provided and electronic components 22 and 23 are mounted and sealed in advance with a first resin. 13 is electrically connected.
The semiconductor sensor chip 1 is made of silicon. The semiconductor sensor chip 1 has a concave shape on the lower surface of the central portion by etching or the like, and a thin diaphragm 2 is formed in the central portion. A pressure detection circuit (not shown) is integrally formed on the upper surface of the diaphragm 2 of the semiconductor sensor chip 1 by a semiconductor process. The pressure detection circuit is composed of four diffused resistors formed on the upper surface of the diaphragm 2, and is configured by wiring an aluminum conductor to the bridge. In addition, a characteristic compensation circuit and a protection circuit (not shown) are integrally formed by a semiconductor process in the peripheral portion other than the diaphragm on the upper surface of the semiconductor chip 1. The characteristic compensation circuit includes a digital / analog hybrid circuit that adjusts the relationship between pressure and output to a predetermined transfer function. The digital / analog hybrid circuit is mainly composed of a digital part having an EPROM for storing / holding a characteristic adjustment signal and an analog part for amplifying the signal. The characteristic adjustment signal is for adjusting each characteristic obtained at the time of zero-span adjustment, sensitivity adjustment, and temperature characteristic adjustment. The protection circuit is a circuit for protecting the internal circuit from transient electromagnetic noise or the like with respect to an input / output signal provided in an input / output stage connected to the outside. The pressure detection circuit, the characteristic adjustment circuit, and the protection circuit are each electrically connected by an aluminum conductor or the like.
The semiconductor sensor chip 1 is bonded to the glass table 3 by anodic bonding or the like. The semiconductor sensor chip 1 and the glass table 3 constitute a chip kumi. A vacuum chamber 4 is provided in a portion sandwiched between the lower surface of the diaphragm 2 of the semiconductor sensor chip 1 and the upper surface of the glass table 3. The linear expansion coefficient of the glass table 3 is configured to be approximately equal to the linear expansion coefficient of the semiconductor chip 1. The chip case 5 is made of a thermosetting resin such as an epoxy resin or a thermoplastic resin such as PPS. Terminal 6 is made of phosphor bronze. The terminal 6 is obtained by press molding a hoop material pre-plated with nickel. The terminal case 6 is configured by insert molding the terminal 6 using an epoxy resin or the like. After the chip case 5 is molded, the terminals 6 are connected in a rectangular shape, but are cut so that the five adjustment terminals and the three input / output terminals are independent of each other.
On the bottom surface of the chip case 5 on the opening side, a concave chip kumi storage portion 7 is provided. A part of the terminal 6 is disposed so as to be exposed to the periphery of the chip kumi placement portion, and a part of the terminal 6 is pulled out of the chip case 5. A chip kumi consisting of the semiconductor sensor chip 1 and the glass table 3 is bonded and fixed to a concave chip kumi storage portion 7 of the chip case 5 with a silicone-based adhesive 8.
The electrodes of the semiconductor sensor chip 1 are wired to the terminals 6 using wires 9 made of gold, aluminum, or the like. The chip sensor composed of the semiconductor sensor chip 1 and the glass table 3 disposed in the chip case 5, the aluminum wire 9, and the exposed portion of the lead terminal 6 are covered with a fluorosilicone-based or fluorine-based silicone gel 10. The silicone gel 10 transmits pressure to the semiconductor chip 1 and prevents contact with corrosive liquids and gases.
The sensor unit 11 is configured as described above. The sensor unit 11 can adjust the characteristics of the internal circuit of the semiconductor sensor chip by bringing the probe into contact with the adjustment terminal and the input / output terminal 12 to perform electrical exchange with the external pressure adjustment device. After the characteristic adjustment, the terminals arranged outside the case of the adjustment terminal and the input / output terminal 12 are cut to a predetermined length.
The lead material 13 is made of brass. The lead material 13 is formed by pressing a hoop material pre-plated with tin. The right side of the lead material 13 is processed into the shape of the connector terminal 14, and the left side is processed into a terminal shape that fits with the input / output terminal 12 of the sensor unit 11. A projection welding projection 15 is provided on a part of the left terminal. Furthermore, the left end of the terminal is connected to a hoop material body (not shown).
The lead material 13 is configured as a ground terminal 16, an output terminal 17, and a power supply terminal 18 from the upper side in FIG. In the vicinity of the center of the ground terminal 16 and the output terminal 17, a concave processed portion 19 for disposing the chip capacitor 22 is provided. The depth of the concave processed portion 19 of the lead material 13 is preferably about 1/3 to 1/2 of the thickness of the lead material 13. Similarly, the ground terminal 16 and the power supply terminal 18 are also provided with a concave processed portion 20 for disposing the chip capacitor 23. Since the output terminal 17 is interposed between the ground terminal 16 and the power supply terminal 18, the ground terminal 16 and the power supply terminal 18 project in the direction perpendicular to the extending direction of the terminals 17, 18 near the center. A part is provided. The concave mold portion 20 is formed in a portion protruding in the perpendicular direction.
A predetermined amount of a bonding member 21 such as a conductive paste or solder is applied to the concave processed portions 19 and 20 of the lead material 13 using a printing mask, a dispenser, or the like. Chip capacitors 22 and 23 are disposed on the bonding member 21. Electrodes are provided on both sides of the chip capacitors 22 and 23, respectively. For the melting temperature of the joining member 21 such as conductive paste or solder, a material higher than the injection molding temperature of the resin 24 is selected. For example, high-temperature solder (320 ° C.) higher than the mold injection molding temperature 260 ° C. is used. The electrode portions of the chip capacitors 22 and 23 that are in contact with the solder application portion are irradiated with a predetermined amount of light, or heat conduction from a plate heated to a predetermined amount of temperature is applied to melt the solder. The lead material 13 and the chip capacitors 22 and 23 are joined.
The center portions of the chip capacitors 22 and 23 and the lead material 13 are coated in a rectangular shape by injection molding using an epoxy resin 24. The epoxy resin 24 preferably has a glass transition point higher than a use temperature upper limit of 130 ° C. required for a component mounted on an automobile, and has a linear expansion coefficient equal to or lower than the glass transition temperature, which is a ceramic chip capacitor 22. It is desirable to be between the linear expansion coefficient of the lead 23 and the lead material 13. In this example, an epoxy resin having a glass transition temperature of 150 ° C. and a linear expansion coefficient equal to or lower than the glass transition temperature of 11 ppm is used. After injection molding, the lead material 13 is cut from the hoop material body leaving a predetermined shape. Thus, the lead material unit 25 is obtained.
The terminal 6 of the sensor unit 11 and the projection welding projection 15 provided on the lead material 13 of the lead material unit 25 are positioned at predetermined positions and are electrically connected by projection welding. The pipe 26 is provided with a concave groove 28 that engages with the ring-shaped protrusion 27 of the sensor unit 11 at one end, and has a cylindrical shape with a central portion penetrating vertically at the other end. A sealing material 29 such as a rubber-based sheet or an epoxy-based adhesive sheet that is melt-cured by heat is disposed in the concave groove 28 of the pipe 26 and is set in a molding die for forming the outer case 28. Further, after setting a slot for molding the connector coupler portion on the lead material of the sensor unit 11, the ring-shaped protrusion 27 is set in the molding die so as to be fitted into the concave groove 28 of the pipe. In this state, the exterior case 30 in which the sensor unit 11, the lead material unit 25, and the pipe 26 are fixed and integrated is obtained by injection molding with PBT resin or PPS resin. The exterior case 30 is provided with a flange for attachment to the outside (not shown). The pressure sensor is configured as described above.
Manufacturing a semiconductor sensor chip with a standard CMOS process can provide advantages in terms of manufacturing cost, but device tolerance when an excessive voltage is applied due to a transient voltage such as static electricity or surge is not limited to bipolar. Generally inferior to other processes. On the other hand, it is possible to increase the durability by using a one-chip sensor combined with a high breakdown voltage DMOS. However, if the level of customer and industry demands rises and the protection elements built into one chip can no longer handle it, it is necessary to redo all chip design, which requires a large development cost and development period. It will be.
On the other hand, in this embodiment, chip capacitors 22 and 23 for improving transient voltage and electromagnetic resistance are mounted in advance on the input / output terminals 16, 17 and 18, so that chip resistance is improved without redesigning the chip. can do. In addition, even if it is desired to further improve the tolerance in accordance with customer requirements, it can be easily handled by changing the capacitance of the chip capacitor.
In the above description, the case where the chip capacitor is disposed so as to straddle the two input / output terminals has been described. However, as an electronic component for improving durability, a chip resistor and a capacitor may be used in combination. it can. The chip resistors can be arranged in the middle of the input / output terminals by, for example, forming a shape in which one input / output terminal is cut halfway and connecting the terminals cut by the chip resistor.
In this embodiment, the chip capacitor is joined to the lead material with solder or a conductive adhesive, and then covered with an epoxy resin (11 ppm) having an intermediate linear expansion coefficient between the chip capacitor (6 ppm) and the lead material (17 ppm). As a result, it is possible to relieve the thermal stress of the chip capacitor joint caused by the temperature change of the usage environment, and to greatly improve the thermal deterioration life.
Furthermore, the epoxy resin has extremely good adhesion with the periphery of the chip capacitor joint portion by hydrogen bonding between the resin and the surface of the component. Further, the epoxy resin can be filled even in a minute gap of about several microns when melted at the time of injection molding, so that no space remains. Therefore, corrosion due to intrusion of water or corrosive gas into solder or conductive adhesive of the joining member can be prevented, and adhesion with the insert terminal which is always a problem with thermoplastic resins such as PBT and PPS is insufficient. Therefore, it is not necessary to reinforce the airtight holding by applying and curing a silicone adhesive or the like after molding on the connector terminal.
Furthermore, in this embodiment, since the lead material unit that is firmly covered with the epoxy resin after the chip capacitor is disposed on the lead material is insert injection molded with PBT or the like, the handling of the lead material unit during the molding operation is improved. Since it is very good and the chip capacitor mounting portion can be disposed inside the resin constituting the outer case, the outer case can be reduced in size.
On the other hand, paying attention to the manufacturing method of the lead material unit, the lead material pressed in series with the hoop material is cut out in a connected state every 10 pieces, and further 10 sets of the lead material are arranged, and solder or conductive adhesive is printed. It is possible to manufacture a large quantity at a low cost by applying them together using a mask, mounting chip capacitors, curing them with badges, and collectively performing injection molding in the state of 10 terminals.
Next, the configuration of the sensor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a sensor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the sensor unit of the sensor device according to the second embodiment of the present invention. 1 and FIG. 2 indicate the same parts.
In the present embodiment, as described later, the sensor unit 40 is configured by disposing the semiconductor sensor chip 1 on the chip case 38 formed by integrally forming the lead material 31 on which the electronic component 36 is mounted. .
One end of the lead material 31 is configured as a connector terminal 32, and the other end is configured as a terminal 33 of the chip case 38. The lead material 31 is formed by cutting the hoop material in advance so that the thickness of the portion serving as the connector terminal 32 is 0.64 mm and the thickness of the portion of the terminal 33 of the chip case 38 is 0.30 mm, and then pressing It is formed by processing. A concave portion 34 for mounting a chip capacitor is formed in a terminal portion embedded in the chip case 38 of the lead material 31. A predetermined amount of a joining member 35 such as solder or conductive paste is applied to the concave groove 34. The chip capacitor 36 is disposed in the concave groove 34 and a predetermined temperature is applied, whereby the lead material 31 and the chip capacitor 36 are joined. The lead material unit 37 is configured as described above.
The lead material unit 37 is insert-molded with an epoxy resin to form a chip case 38. The chip case 38 has a concave chip kumi storage portion 7. A part of the terminal of the lead material 31 is exposed around the recessed chip kumi storage portion 7. The chip kumi which joined the semiconductor sensor chip 1 and the glass pedestal 3 to the concave chip kumi storage portion 7 is disposed via a silicone adhesive 8 and both members are joined by applying predetermined heat. Next, the electrode of the semiconductor sensor chip 1 and the terminal portion 32 of the lead material are electrically joined by the wire 9, and the entire concave chip kumi storage portion is covered with a fluorosilicone-based or fluorine-based silicone gel 10. The sensor unit 40 is configured as described above.
As in the embodiment shown in FIG. 1, the sensor unit 40 is set in a molding die (not shown) via the pipe 26 and the sealing material 29, and insert-molded with a resin such as PBT so that the outer case 41 is can get. As described above, a pressure sensor according to another embodiment of the present invention is obtained.
As described above, in the present embodiment, a chip capacitor is mounted, and the lead material unit part of which is a connector terminal is integrated with the chip case, so that the single molding process of the lead material unit can be abolished. Since the electrical connection process between the lead material and the chip case terminal can also be eliminated, the process can be simplified and the cost can be reduced.
Furthermore, by integration, it can be made smaller than the embodiment shown in FIG. 1, and the pressure sensor can be further reduced in size and weight.
In this embodiment, the chip case terminal 33 and the connector terminal 32 are integrated in advance. However, the chip capacitor 36 is integrated with the chip case terminal 33, the connector terminal is configured as a separate member, and is electrically connected later. The method may be adopted. In this case, since connector terminals having different shapes can be individually manufactured according to customer requirements, standardization of the sensor unit that does not include the connector terminal can be achieved, and the cost of the sensor unit can be reduced.
Next, the configuration of the sensor device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a sensor device according to the third embodiment of the present invention. 1 to 4 indicate the same parts.
In the present embodiment, the lead material 42 is provided with a connector terminal 43 at one end and a welding projection 44 at the other end. A concave groove 45 for mounting the electronic component 47 is provided near the center.
An appropriate amount of a bonding member 46 such as solder is applied to the concave groove 45, a chip capacitor 47 is disposed, and a predetermined temperature is applied to perform fusion bonding. Next, the lead capacitor unit 49 is obtained by sealing the chip capacitor 47 with the epoxy resin 48.
The lead material unit 49 is set in a mold (not shown) and is insert-molded with a resin such as PBT to obtain the outer case 50. The welding projections 44 of the lead material 42 of the outer case 50 and the terminals 52 of the sensor unit 51 are welded, and the adhesive 53 is applied to the fitting portion of both members from the periphery and cured. Next, an adhesive 55 is applied to the concave groove 54 provided around the opening of the exterior case, and the cover 56 is disposed and cured to obtain a pressure sensor.
In this embodiment as well, the electronic parts are integrated into the connector terminals and incorporated in the resin material constituting the outer case, so the outer case is downsized compared to the case where the electronic parts are individually mounted in the opening of the outer case. In addition, the connection reliability of electronic components can be improved.
Industrial Applicability According to the present invention, resistance can be improved as compared with the conventional technique without generating a great number of development steps and costs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing configurations of a sensor unit and a lead material unit of the sensor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a sensor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the sensor unit of the sensor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a sensor device according to the third embodiment of the present invention.

Claims

A lead material (13, 31; 42), a part of which is a connector terminal (14; 32; 43) for electrical connection to the outside;
A semiconductor sensor chip (1) for converting a physical quantity into an electrical signal;
An electronic component (22, 23; 36; 47) provided between the semiconductor sensor chip (1) and the connector terminal (14; 32; 43) and previously sealed with a first resin;
A sensor device comprising: an exterior case (30; 41; 50) in which the lead material and the electronic component are integrally molded with a second resin.

The sensor device according to claim 1,
The semiconductor sensor chip (1) is previously stored in the chip case (5) with terminals, and the terminals (6) and the semiconductor sensor chip (1) are electrically connected to form the sensor unit (11).
The lead member (13) and the sensor unit (11) are electrically connected and molded integrally with a second resin to form an outer case (30).

The sensor device according to claim 1,
The lead material (32) to which the electronic component (36) is fixed is sealed with the first resin to form a chip case (39),
A semiconductor sensor chip (1) is disposed in the chip case (39) and electrically connected to the lead material (32) to constitute a sensor unit (40).
A sensor device characterized in that an exterior case (41) is formed by integral molding with a second resin so that a part of the lead material (32) of the sensor unit (40) becomes a connector terminal.

The sensor device according to claim 3, wherein
The lead material (31) to be the connector terminal (32) and the lead material to be the terminal (33) of the chip case (39) sealed with the first resin together with the electronic component (36) are configured from separate members. A sensor device which is electrically connected before being integrally formed with the second resin.

The sensor device according to claim 1,
The outer case (30; 41; 50) has a concave opening, and a part of the lead material (13, 31; 42) is exposed in the opening.
A sensor device comprising a chip case (5; 39) having a semiconductor sensor chip (1) disposed in the concave opening.

The sensor device according to claim 1,
The outer case has a concave opening, and a part of the lead material is exposed in the opening.
The semiconductor sensor chip is disposed in the concave opening,
A sensor device comprising a cover for closing the concave opening.

The sensor device according to claim 1,
The semiconductor sensor chip (1) is a chip including a sensor circuit that converts a physical quantity into an electrical signal and a compensation circuit that performs arithmetic processing on the sensor output signal.
The electronic component is a chip component such as a capacitor or a resistor,
The lead material is composed of a metal material,
The lead material and the electronic component are electrically connected by a bonding member of solder or conductive adhesive,
The first resin is composed of a thermosetting resin,
Said 2nd resin is comprised from the thermoplastic resin, The sensor apparatus characterized by the above-mentioned.

The sensor device according to claim 7, wherein
The melting point of the joining member is higher than the molding temperature of the first resin and the second resin,
The linear expansion coefficient of said 1st resin is a value which falls between the linear expansion coefficients of the said lead material and the main constituent material of the said electronic component, The sensor apparatus characterized by the above-mentioned.