WO2014203554A1 - 樹脂封止型センサ装置 - Google Patents

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矢口　昭弘
雅秀 林
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    • H10W74/10—Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their shape or disposition
    • H10W74/111—Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their shape or disposition the semiconductor body being completely enclosed

Definitions

  • a sensor element such as an inertial force sensor for detecting acceleration or angular velocity, or an inertial force sensor in which a plurality of acceleration / angular velocity detectors are combined, and a circuit board on which the sensor element is mounted by resin molding or the like.
  • the present invention relates to a resin-sealed inertial force sensor device formed by stopping and forming a package.
  • acceleration sensors and angular velocity sensors are particularly widespread for controlling equipment (for example, airbags) for preventing skidding and improving passenger safety.
  • the sensor device will be installed in the engine room when applied to automobiles, so it is necessary to withstand severe environmental loads such as heat changes and mechanical vibrations, and it is installed in a limited space. In order to make this possible, it is essential to reduce the size of the sensor device itself.
  • inertial force sensors are used for posture control (for example, for horizontal control) of attached accessories in order to perform stable work on slopes.
  • the acceleration sensors and angular velocity sensors mounted on the various sensor devices described above are designed to be miniaturized, multi-functional and complex, and to improve mass productivity.
  • Silicon (Si) micromachining technology (MEMS: Micro Electro) Detection methods using Mechanical Systems are becoming mainstream.
  • a silicon fine comb-like structure is formed by a microfabrication technique, and a physical quantity such as acceleration or angular velocity is detected by converting a minute displacement of the comb-like structure into an electric signal.
  • a circuit board for example, LSI board
  • LSI board that processes signals from the sensor and controls signal input / output with the outside
  • the sensor is mounted on the board, and the sensor and circuit board are mounted on the pad (tab). Leads that transmit electrical signals to the outside are connected to the pad and then sealed with resin.
  • the pad and the lead are integrally formed as a lead frame, and after the package is formed of resin, the lead is an inner lead in the package and an outer lead protruding outside the package. On the other hand, the pad is held on the lead frame by the suspension leads.
  • resin packaging of inertial force sensors a resin-sealed package by a transfer mold method is generally used.
  • a circuit board and an inertial force sensor element are mounted on a pad via an adhesive (including an adhesive film such as DAF (die attach film)), and after these are bonded, a thin metal wire ( Wires are electrically connected between the inertial force sensor element and the circuit board, and between the circuit board and the inner lead.
  • an adhesive including an adhesive film such as DAF (die attach film)
  • Wires are electrically connected between the inertial force sensor element and the circuit board, and between the circuit board and the inner lead.
  • the assembly is placed in a mold, resin is injected from one end of the mold, and the resin is cured to form a resin-sealed package.
  • unnecessary portions such as the outer frame of the lead frame other than the outer leads are cut and removed, and the outer lead is processed into a predetermined shape to manufacture a resin-sealed sensor device.
  • This imbalance of the resin flow causes a distribution in the pressure due to the resin flow acting on the sensor element and the circuit board surface, and if the suspension lead cannot withstand this pressure distribution, the pad moves in the vertical direction (the thickness direction of the member). fluctuate. Due to this variation, the resin may be cured and packaged while the sensor element is tilted from the horizontal.
  • the inertial force sensor element of acceleration or angular velocity is mounted in a state tilted from the horizontal, the sensor output will drop by that tilt angle (If the tilt angle is ⁇ , it will be 1 / cos ⁇ lower). This is a factor that hinders the stability of the sensor.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose sensor devices that take into account the prevention of tilting of the sensor element in the transfer mold package.
  • a plurality of suspension leads for holding a sensor are formed on each of a pair of two sides of a rectangular circuit board in plan view.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems.
  • a resin-sealed sensor device in which a sensor element for detecting an inertial force such as acceleration and angular velocity is mounted on a pad and molded entirely with resin
  • a resin-sealed sensor device includes a sensor element for detecting a physical quantity, a circuit board on which the sensor element is mounted, the circuit board, and a rectangular shape in plan view.
  • a circuit unit composed of a pad having a circular or elliptical shape, a suspension lead connected to the pad and an external conductive lead, and a molded resin body for sealing the circuit unit.
  • each of the divided regions is formed by temporarily dividing the shape into four regions.
  • the suspension leads are respectively disposed.
  • a pad having a rectangular shape, a circular shape, or an elliptical shape in plan view on which a sensor element and a circuit board are mounted has two axes orthogonal to the center point.
  • Suspension leads are arranged in each of the four divided regions that are formed when the intersections of the two are matched, thereby suppressing or eliminating the deformation and inclination of the circuit unit composed of the sensor element, the circuit board, and the pad at the time of resin injection. Therefore, the sensor output error is suppressed, and a highly reliable resin-sealed sensor device is obtained.
  • Embodiment 1 of the resin-sealed sensor apparatus of this invention Comprising: It is the figure which showed the inside except the upper mold resin body.
  • FIG. 2 is an II-II arrow view of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view taken in the direction of arrows III-III in FIG. 1. It is a top view of Embodiment 1 of a pad and a suspension lead. It is a top view of Embodiment 2 of a pad and a suspension lead. It is a top view of Embodiment 3 of a pad and a suspension lead. It is a top view of Embodiment 4 of a pad and a suspension lead.
  • FIG. 1 is a plan view of Embodiment 1 of the resin-sealed sensor device of the present invention, showing the inside thereof except for the upper mold resin body, and FIG. 2 is an arrow II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the apparatus, and FIG. 3 is a sectional view taken along arrows III-III in FIG.
  • a resin-sealed sensor device 100 shown in FIG. 1 includes a sensor element 1 for detecting a physical quantity such as inertia force (acceleration and angular velocity), a circuit board 2 (also referred to as a semiconductor element) on which the sensor element 1 is mounted, and a circuit board. 2 and a pad 3 (also referred to as a die pad, chip pad, tab, etc.) having a rectangular shape in plan view, suspension leads 5A, 5B, 5C, 5D connected to the pad 3, and external electrical leads 4 , And a molded resin body 20 that seals the circuit unit 10.
  • a physical quantity such as inertia force (acceleration and angular velocity)
  • a circuit board 2 also referred to as a semiconductor element
  • a circuit board. 2 and a pad 3 also referred to as a die pad, chip pad, tab, etc.
  • the sensor element 1 and the circuit board 2, and the circuit board 2 and the pad 3 are both connected by a paste-like or film-like bonding material 7.
  • An electrode (not shown) on the upper surface of the sensor element 1 and an electrode (not shown) on the upper surface of the circuit board 2 are electrically connected by a wire 6, and the electrode of the circuit board 2 and the external conductive lead 4 are also the same.
  • the wires 6 are electrically connected.
  • the external conductive lead 4 is formed integrally with an inner lead that is in the molded resin body 20 and is electrically connected to the circuit board 2 and an outer lead that is connected to an external mounting board (not shown) or a housing. The whole is composed.
  • the sensor element 1 incorporates a comb-like physical quantity detection unit formed by finely processing silicon (Si), and the periphery thereof is laminated and sealed with Si, glass, or the like.
  • Si finely processing silicon
  • the circuit board 2 is obtained by forming predetermined fine circuits and electrodes on Si by a semiconductor process processing technique.
  • the circuit board 2 controls the detection operation of the sensor element 1 and also performs control for inputting and outputting a detection signal from the sensor element 1 to and from the inside and outside of the apparatus 100.
  • connection between the pad and the suspension lead means that both are integrally formed of the same material as described above, and both are separate members of different materials. It also means that it is integrated through a connection process.
  • the pad 3, the external conducting lead 4, and the suspension leads 5A to 5D constituting the lead frame are formed of a metal material such as copper (Cu), an alloy thereof, or an iron-nickel alloy (Fe-42Ni or the like).
  • the wire 6 is, for example, a gold (Au) material thin wire with a diameter of 20 to 25 ⁇ m.
  • the mold resin body 20 is made of, for example, a thermosetting resin (epoxy resin) filled with silica particles.
  • both conductive and non-conductive materials can be applied.
  • a paste-like or film-like bonding material mainly composed of resin, epoxy resin, polyimide resin, or the like is applied.
  • a paste or film-like bonding material filled with silver (Ag) particles is applied.
  • the film-like bonding material 7 can keep the thickness uniform after bonding the members, variation in the mounting position of the members (variation in horizontality) can be suppressed, and variation in output of the sensor element 1 can be reduced. The effect can be expected.
  • the sensor element 1, the circuit board 2, the pad 3, and the mold resin body 20 are all rectangular in shape in plan view.
  • these planar view shapes are not limited to rectangles, and may be squares, circles, ellipses, or the like.
  • a rectangle or a square includes a shape in which a corner portion is chamfered and curved.
  • the manufacturing method of the resin-sealed sensor device 100 will be outlined.
  • the sensor element 1, the circuit board 2, the pads 3, the suspension leads 5A to 5D, and the external electrical leads 4 are assembled, and the sensor element 1 and the circuit board 2 and the circuit board 2 and the external electrical leads using the wires 6 are assembled. 4
  • Each circuit unit 10 is assembled by making electrical connections.
  • the manufactured circuit unit 10 is placed in a mold die (not shown) having a cavity having a predetermined shape, and at this time, the suspension leads 5A to 5D are fixed to the four sides of the die, and the circuit unit 10 is fixed. Suspend in the cavity.
  • resin is injected into the cavity from one end of the mold, and is cured to form the molded resin body 20 so as to surround the circuit unit 10.
  • the suspension leads 5A to 5D maintain the planar posture of the circuit unit 10 suspended in the mold against the resin pressure of the resin injected into the cavity, and deform the deformation. It has an inhibitory effect.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the pad 3 and the suspension leads 5A to 5D constituting the resin-sealed sensor device 100 shown in FIG.
  • the pad 3 is rectangular (rectangular) in plan view, and the long side 3a (length t1) and the short side 3b (length t2) of the two pairs Suspension leads 5A to 5D are connected to the respective midpoints.
  • the four suspension leads 5A to 5D extend in the direction perpendicular to each side at the midpoint of each side of the pad 3.
  • the present inventors are conducting an experiment for calculating the amount of deflection as follows. Specifically, a copper pad with a thickness of 0.15mm is manufactured on a rectangular plane with dimensions of 5mm x 3mm, and an evenly distributed load of 0.5MPa is applied to the pad with the pad supported at the midpoint of each side of the pad. The maximum deflection amount is measured when the load is loaded and when the same equally distributed load is loaded while the pad is supported at each corner of the same pad.
  • the pad 3 and the suspension leads 5A to 5D shown in FIG. 4 are supported by the suspension lead at the midpoint of each side of the pad. It turns out that it is a form which can reduce effectively the deformation
  • FIG. 5 is a plan view of Embodiment 2 of the pad and the suspension lead.
  • the long side 3a and the short side 3b are respectively divided into three equal parts, and a range of 1/3 of the center is set as a central region, and the suspension leads 5A to 5D are respectively disposed in the central region. .
  • the setting of the central area is not limited to the central area when each side is divided into three equal parts, but suspension leads are arranged according to the relationship between the planar dimensions and thickness of the pad, and the applied load.
  • an appropriate range in which deformation and deflection of the pad can be effectively suppressed can be set, and each side can be set to a central region divided into five, a central region divided into seven, or the like.
  • FIG. 6 is a plan view of the pad and the suspension lead according to the third embodiment.
  • four suspension leads 5A to 5D are disposed at four points where two circular diameters intersect the circular shape with respect to the pad 3A having a circular shape in plan view.
  • these four suspension leads 5A to 5D are included in the four virtual divided areas A to D formed when the intersecting point O of the two orthogonal axes L1 and L2 coincides with the center of the circular pad 3A. Exists in each.
  • FIG. 7 is a plan view of Embodiment 4 of the pad and the suspension lead.
  • four suspension leads 5A to 5D are arranged at four points where the elliptical major axis and minor axis intersect the elliptical shape with respect to the elliptical pad 3B.
  • these four suspension leads 5A to 5D are formed of four virtual divided areas A to D formed when the intersection point O of the two orthogonal axes L1 and L2 coincides with the center of the elliptical pad 3B. Each exists inside.
  • FIG. 8 is a plan view of the second embodiment of the resin-sealed sensor device of the present invention, and shows the inside thereof except for the upper mold resin body.
  • the resin-sealed sensor device 100A shown in FIG. 1 and the resin-sealed sensor device 100 shown in FIG. 1 have different configurations in which the suspension leads 5C ′ and 5D ′ on the long sides extend to the outside of the molded resin body 20, It is a point which has an effect
  • one of the suspension leads 5C 'and 5D' is a suspension lead for signal use, and is electrically connected to the sensor element 1 and the circuit board 2 via the wire 6.
  • FIG. 8 shows an example in which the suspension lead 5 ⁇ / b> C ′ is connected to the circuit board 2 with a wire 6.
  • the resin-sealed sensor device 100A can be downsized relative to the resin-sealed sensor device 100. This also contributes to miniaturization of the printed circuit board and equipment on which the resin-sealed sensor device 100A is mounted.
  • suspension leads 5C 'and 5D' include the outer leads, it is also possible to expect a heat radiation action. That is, the heat generated by the operation of the circuit board 2 can be radiated from the suspension leads 5C ′ and 5D ′ to the outside of the resin-sealed sensor device 100A via the pad 3, thereby improving the heat dissipation of the device. It leads to.
  • suspension leads 5C 'and 5D' may be signal leads and suspension leads.
  • suspension lead for signal use may be connected to a ground terminal outside the resin-sealed sensor device 100A, thereby reducing noise superimposed on the output signal of the resin-sealed sensor device 100A. It becomes possible to do. In this case, it is possible to enhance resistance to noise by connecting the entire lower surface of the circuit board 2 to an external ground terminal.
  • FIG. 9 is a plan view of Embodiment 3 of the resin-sealed sensor device according to the present invention, and shows the inside thereof except for the upper mold resin body.
  • the resin-sealed sensor device 100B shown in the figure and the resin-sealed sensor device 100 shown in FIG. 1 are different in that the sensor element 1A has a biaxial acceleration sensor element 1a having detection sensitivity in the X-axis direction and the Y-axis direction, 1b.
  • the four suspension leads 5A to 5D each include a pair of two suspension leads whose extending direction is the X-axis direction, and another pair of two suspension leads whose extending direction is the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction.
  • the extending direction of the suspension leads 5A to 5D and the detection axis direction by the biaxial acceleration sensor elements 1a and 1b coincide with each other.
  • each sensor element 1a, 1b If there is a tilt in the detection axis direction of each sensor element 1a, 1b, there is a risk of significant output fluctuations depending on the tilt angle.
  • the suspension leads 5A to 5D in the direction coinciding with the output axis of the sensor, it is possible to suppress deformation or inclination of the pad 3 on which the acceleration sensor elements 1a and 1b are mounted in the detection axis direction. This leads to suppression of output fluctuations of the sensor elements 1a and 1b.
  • the two-axis acceleration sensor elements 1a and 1b are integrated to form the sensor element 1A.
  • the acceleration sensor elements 1a and 1b are separate and separated on the circuit board. It may be mounted in a state (not shown).
  • the acceleration sensor elements 1a and 1b are mounted at separate positions, the respective portions that are not easily affected by the expansion / contraction of the molded resin body 20 or the deformation of the entire resin-sealed sensor device are provided.
  • An element can be mounted.
  • a triaxial sensor element obtained by adding an acceleration sensor element in the Z-axis direction to a biaxial acceleration sensor may be applied, or a sensor element combining an acceleration sensor and an angular velocity sensor may be applied.

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Abstract

　加速度や角速度といった慣性力を検出するセンサ素子がパッド上に搭載され、全体が樹脂にてモールドされた樹脂封止型センサ装置において、樹脂注入時におけるセンサ素子やパッドの傾斜や変形を低減もしくは解消することでセンサ出力誤差が抑制もしくは解消され、信頼性の高い樹脂封止型センサ装置を提供するために、物理量検出用のセンサ素子１と、回路基板２と、平面視形状が矩形、円形、楕円形のいずれかの形状を有するパッド３と、パッド３に接続される吊りリード５Ａ～５Ｄおよび外部電通リード４とからなる回路ユニット１０と、回路ユニット１０を封止するモールド樹脂体２０と、から構成される樹脂封止型センサ装置１００において、パッド３の形状の中心点に、直交する２つの軸Ｌ１，Ｌ２の交点Ｏを一致させた際に、該形状が４つの領域に仮に分割されてできる各分割領域にそれぞれ吊りリード５Ａ～５Ｄが配設されている。

Description

樹脂封止型センサ装置
　本発明は、加速度や角速度を検出する１つの慣性力センサ、もしくは複数の加速度や角速度の検出部が複合された慣性力センサ等のセンサ素子とこれを搭載する回路基板をトランスファーモールドなどによって樹脂封止してパッケージを形成してなる樹脂封止型慣性力センサ装置に関する。
　近年、自動車や農業機械、建設機械などでは車両姿勢の安定制御や安全性の向上、あるいは作業性の向上のために種々の物理量を検出するセンサ装置が開発されている。
　自動車においては、横滑り防止や乗員の安全性向上のための機器（例えばエアバック）制御用として、特に加速度センサや角速度センサの適用が拡大している。
　また、センサ装置の自動車への適用においてはエンジンルームへの搭載も想定されることから、熱変化や機械的振動などの過酷な環境負荷に耐えることが必要であるとともに、限られたスペースに搭載可能とするために、センサ装置自体も小型化することが不可欠となっている。
　また、農業機械や建設機械では、傾斜地などで安定した作業を実施するために、接続される付属機の姿勢制御用（たとえば水平制御用）として慣性力センサが使用されている。
　上記する各種のセンサ装置に搭載される加速度センサや角速度センサでは、小型化や多機能化および複合化、さらには量産性向上などを目的として、シリコン（Si）の微細加工技術(MEMS：Micro Electro Mechanical Systems)を用いた検出手段が主流となってきている。微細加工技術によってシリコンの微細なくし歯状構造体を形成し、このくし歯状構造体の微小変位を電気信号に変換することにより、加速度や角速度などの物理量を検出している。
　このMEMS技術で製作された慣性力センサ（加速度センサや角速度センサ）を備えたセンサ装置の形態として、センサからの信号を処理するとともに外部との信号入出力を制御する回路基板(例えばLSI基板)の上にセンサを搭載し、これらセンサおよび回路基板をパッド（タブ）に搭載し、外部との電気的信号の伝達を行うリードをパッドに接続した上で、これらを樹脂で封止してパッケージを構成した形態のセンサ装置はよく知られるところである。
　この形態のセンサ装置では、パッドとリードはリードフレームとして一体に形成されており、樹脂によるパッケージ形成後に、リードは、パッケージ内にあるインナーリードとパッケージの外に突出したアウターリードとなる。一方、パッドは吊りリードによってリードフレームに保持されている。なお、慣性力センサの樹脂によるパッケージングでは、トランスファーモールド方式による樹脂封止パッケージが一般的である。
　トランスファーモールドによるパッケージングでは、パッド上に回路基板と慣性力センサ素子が接着剤（DAF（ダイアタッチフィルム）などの接着フィルムを含む）を介して搭載され、これらが接着された後に、金属細線（ワイヤ）によって慣性力センサ素子と回路基板の間、および回路基板とインナーリードの間が電気的に接続される。その後、この組立体はモールド金型内に載置され、金型の一端から樹脂が注入され、これが硬化することで樹脂封止パッケージが形成される。パッケージが形成された後、アウターリード以外のリードフレーム外枠などの不要部分が切断除去され、アウターリードを所定の形状に加工することで樹脂封止型センサ装置が製造される。
　ところで、このトランスファーモールドによる樹脂封止では、パッケージ内部のセンサ素子や回路基板の配置、インナーリード形状などに起因して樹脂流動にアンバランスが生じる場合がある。
　この樹脂流動のアンバランスは、センサ素子や回路基板表面に作用する樹脂流動による圧力に分布を生じさせ、この圧力分布に吊りリードが耐えられなくなるとパッドが上下方向(部材の厚さ方向)に変動する。この変動によってセンサ素子が水平から傾いた状態になったまま樹脂が硬化し、パッケージングされる場合がある。
　加速度や角速度の慣性力センサ素子が水平から傾いた状態で実装されると、センサ出力はその傾斜角度分だけ低下（傾斜角をθとすると1/cosθ低下）するため、これが出力誤差となってセンサの安定性を阻害する要因となる。
　このようにトランスファーモールドパッケージでのセンサ素子の傾斜防止を考慮したセンサ装置が特許文献１，２に開示されている。
　特許文献１に開示されるセンサ装置では、センサを保持するための吊りリードが平面視矩形の回路基板の一対の２つの辺にそれぞれ複数本形成されている。
　一方、特許文献２に開示される半導体装置においては、センサチップおよびコントローラチップを搭載する平面視矩形のダイパッドの一対の対向する２つの辺に吊りリードがそれぞれ１本ずつ形成されている形態や、さらに他の一対の２つの辺のうちの１つの辺に吊りリードが形成されている形態（合計３つの吊りリードでダイパッドが吊られた形態）が開示されている。
特開２０１３－４４５２４号公報 特開２０１０－１７７５１０号公報
　特許文献１に記載のセンサ装置では、平面視矩形の回路基板の一対の２つの辺をそれぞれ２本の吊りリードが支持するように形成されているので、その吊り方向に対しての変形には抵抗力がある。しかしながら、吊りリード形成面以外の他の一対の辺は吊りリードにて支持されていないことから、この一対の辺における変形や、この一対の辺で規定される方向の変形に対する抵抗力は不足しており、回路基板の変形防止としては不十分である。そのため、センサ出力を用いて高精度の車体制御や付属機器の姿勢制御を実施する場合には、センサの変形による誤差が問題となる可能性が高い。
　この問題は、平面視矩形のダイパッドの一対の対向する２つの辺のみ、あるいは３つの辺のみを吊りリードで支持する特許文献２に記載の半導体装置においても同様に生じるものである。仮にダイパッドの３つの辺をそれぞれ吊りリードで吊った場合では、吊りリードで吊られていない残りの１辺の樹脂注入時の変形や傾きは抑制できず、センサチップの傾斜等による出力誤差を解消できない。尤も、特許文献２において吊りリードでダイパッドを吊る目的は、既述するように樹脂注入時のセンサ素子の傾き等を抑制することを目的としたものではなく、キャビティ内に樹脂を完全に充填することを目的としたものであることから、このようにダイパッドの２辺もしくは３辺を吊りリードで吊った形態であっても、特許文献２で掲げる目的は十分に達成されるものと考えられる。
　本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、加速度や角速度といった慣性力を検出するセンサ素子がパッド上に搭載され、全体が樹脂にてモールドされた樹脂封止型センサ装置において、樹脂注入時におけるセンサ素子やパッドの傾斜や変形を低減もしくは解消することでセンサ出力誤差が抑制もしくは解消された、信頼性の高い樹脂封止型センサ装置を提供することを目的とする。
　前記目的を達成すべく、本発明による樹脂封止型センサ装置は、物理量検出用のセンサ素子と、前記センサ素子を搭載する回路基板と、前記回路基板を搭載するとともに、平面視形状が矩形、円形、楕円形のいずれかの形状を有するパッドと、前記パッドに接続される吊りリードおよび外部電通リードと、からなる回路ユニットと、前記回路ユニットを封止するモールド樹脂体と、から構成される樹脂封止型センサ装置において、パッドの前記いずれかの形状の中心点に、直交する２つの軸の交点を一致させた際に、該形状が４つの領域に仮に分割されてできる各分割領域に、それぞれ前記吊りリードが配設されているものである。
　本発明の樹脂封止型センサ装置によれば、センサ素子と回路基板を搭載する平面視形状が矩形、円形、楕円形のいずれかの形状を有するパッドが、その中心点に直交する２つの軸の交点を一致させた際にできる４つの各分割領域に吊りリードが配設されていることにより、樹脂注入時におけるセンサ素子、回路基板およびパッドからなる回路ユニットの変形や傾斜を抑制もしくは解消することができ、もってセンサ出力誤差を抑制して信頼性の高い樹脂封止型センサ装置となる。
本発明の樹脂封止型センサ装置の実施の形態１の平面図であって上方のモールド樹脂体を除いてその内部を示した図である。 図１のII－II矢視図である。 図１のIII－III矢視図である。 パッドと吊りリードの実施の形態１の平面図である。 パッドと吊りリードの実施の形態２の平面図である。 パッドと吊りリードの実施の形態３の平面図である。 パッドと吊りリードの実施の形態４の平面図である。 本発明の樹脂封止型センサ装置の実施の形態２の平面図であって上方のモールド樹脂体を除いてその内部を示した図である。 本発明の樹脂封止型センサ装置の実施の形態３の平面図であって上方のモールド樹脂体を除いてその内部を示した図である。
　以下、図面を参照して本発明の樹脂封止型センサ装置の実施の形態を説明する。
（樹脂封止型センサ装置の実施の形態１）
＜樹脂封止型センサ装置について＞
　図１は本発明の樹脂封止型センサ装置の実施の形態１の平面図であって上方のモールド樹脂体を除いてその内部を示した図であり、図２は図１のII－II矢視図であって装置の長手方向断面図であり、図３は図１のIII－III矢視図であって装置の短手方向断面図である。
　図１で示す樹脂封止型センサ装置１００は、慣性力（加速度や角速度）などの物理量検出用のセンサ素子１と、センサ素子１を搭載する回路基板２（半導体素子ともいう）と、回路基板２を搭載するとともに平面視形状が矩形（長方形）のパッド３（ダイパッド、チップパッド、タブなどともいう）と、パッド３に接続される吊りリード５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄおよび外部電通リード４と、からなる回路ユニット１０と、回路ユニット１０を封止するモールド樹脂体２０と、から大略構成されている。
　センサ素子１と回路基板２、回路基板２とパッド３はともに、ペースト状もしくはフィルム状の接合材７で接続されている。
　センサ素子１の上面にある不図示の電極と回路基板２の上面にある不図示の電極はワイヤ６にて電気的に接続されており、回路基板２の該電極と外部電通リード４も同様にワイヤ６にて電気的に接続されている。
　外部電通リード４は、モールド樹脂体２０内にあって回路基板２と電気的に接続されるインナーリードと、不図示の外部の実装基板や筐体などに接続されるアウターリードが一体に形成されてその全体が構成されている。
　センサ素子１は、シリコン（Si）を微細加工して形成されたくし歯状の物理量検出部を内蔵しており、それらの周囲がSiやガラスなどで積層封止されている。このセンサ素子１としては、加速度センサや角速度センサが単独に存在する形態のほか、これらが複数個複合化された形態が適用される。
　回路基板２は、半導体プロセス加工技術によって所定の微細な回路や電極がSi上に形成されたものである。この回路基板２は、センサ素子１の検出動作を制御するとともに、センサ素子１からの検出信号を装置１００の内外に入出力するための制御などもおこなう。
　パッド３、外部電通リード４、および吊りリード５Ａ～５Ｄは、同素材で一体に形成されており、モールド樹脂体２０が形成される前の段階では全体としてリードフレームを構成している。なお、本明細書において、パッドと吊りリードの「接続」とは、このように双方が同素材で一体に形成されていることを意味することの他にも、双方が異種素材の別部材であって接続工程を経て一体とされることをも意味する。
　このリードフレームを構成するパッド３、外部電通リード４、および吊りリード５Ａ～５Ｄは、銅(Cu)やその合金、鉄－ニッケル合金(Fe-42Niなど)等の金属材料から形成される。
　ワイヤ６は、たとえば直径20～25μmの金(Au)素材の細線が使用される。
　モールド樹脂体２０は、たとえばシリカ粒子が充填された熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂）から形成される。
　センサ素子１と回路基板２、および回路基板２とパッド３を接続する接合材７には、導電性、非導電性の双方の材料が適用可能であるが、導電性が不要な場合は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などを主成分とするペースト状もしくはフィルム状の接合材が適用される。一方、導電性が必要な場合は、銀(Ag)粒子が充填されたペースト状もしくはフィルム状の接合材が適用される。中でも、フィルム状の接合材７は、部材同士の接合後にその厚みを均一に保つことができるため、部材の搭載位置のばらつき（水平度のばらつき）を抑制でき、センサ素子１の出力のばらつき低減効果が期待できる。
　図示例では、センサ素子１、回路基板２、パッド３、モールド樹脂体２０の平面視形状がともに矩形（長方形）である。なお、これらの平面視形状は矩形に限定されるものでなく、正方形、円形、楕円形などであってもよい。また、長方形や正方形には、隅角部が面取りされて湾曲している形状も包含される。
　ここで、樹脂封止型センサ装置１００の製造方法を概説する。
　トランスファーモールドに先行して、センサ素子１、回路基板２、パッド３および吊りリード５Ａ～５Ｄ、および外部電通リード４を組み付け、ワイヤ６によるセンサ素子１と回路基板２、回路基板２と外部電通リード４それぞれの電気的接続をおこなって回路ユニット１０を組み付けておく。
　製作された回路ユニット１０を、所定形状のキャビティを具備する不図示のモールド金型内に載置し、この際に吊りリード５Ａ～５Ｄを金型のそれぞれ４辺に固定して回路ユニット１０をキャビティ内に吊持させる。
　この状態で金型の一端から樹脂をキャビティ内に注入し、これが硬化することで回路ユニット１０を包囲するようにしてモールド樹脂体２０が形成される。
　モールド樹脂体２０が形成された後、アウターリード以外のリードフレーム外枠などの不要部分を切断除去し、アウターリードを所定の形状に加工することによって図示する樹脂封止型センサ装置１００が製造される。
　吊りリード５Ａ～５Ｄは、このモールド樹脂体２０形成の際に、キャビティ内に注入された樹脂の樹脂圧に対して金型内で吊持された回路ユニット１０の平面姿勢を保持し、変形を抑制する作用を奏するものである。
　次に、以下、パッドと吊りリードの実施の形態を説明する。
＜パッドと吊りリードの実施の形態１＞
　図１で示す樹脂封止型センサ装置１００を構成するパッド３と吊りリード５Ａ～５Ｄの実施の形態を図４に示す。
　図示する形態のパッド３と吊りリード５Ａ～５Ｄにおいて、パッド３は平面視形状が矩形（長方形）であり、二対のうちの長辺３ａ（長さt1）、短辺３ｂ（長さt2）の各中点に吊りリード５Ａ～５Ｄが接続されている。
　そして、これら４つの吊りリード５Ａ～５Ｄは、直交する２軸Ｌ１，Ｌ２の交点Ｏを矩形のパッド３の中心に一致させた際にできる４つの仮想の分割領域Ａ～Ｄの中にそれぞれ存在している。
　さらに、４つの吊りリード５Ａ～５Ｄは、パッド３の各辺の中点において各辺に対して直交する方向に延設している。
　ところで、本発明者等は、以下のようなたわみ量を算定する実験をおこなっている。具体的には、寸法が5mm×3mmの矩形平面で厚み0.15mmの銅素材のパッドを製作し、このパッドの各辺の中点でパッドを支持した状態で0.5MPaの等分布荷重をパッドに載荷させた場合と、同様のパッドの各隅角部でパッドを支持した状態で同様の等分布荷重を載荷させた場合とで、双方の最大たわみ量を測定したものである。
　測定の結果、パッドの各辺の中点で支持した場合の最大たわみ量が16μmであったのに対して、パッドの各隅角部で支持した場合の最大たわみ量が164μmであり、およそ10倍もの相違があった。
　この検証結果より、図４で示す形態のパッド３と吊りリード５Ａ～５Ｄでは、パッドの各辺の中点で吊りリードにて支持されていることから、パッドの剛性も高くなり、作用する荷重に対する変形やたわみを効果的に低減できる形態であることが分かる。
　なお、図示を省略するが、各辺に対して吊りリードが直交せずに傾斜して配設されている形態であっても、変形やたわみ低減効果を十分に期待することができる。
＜パッドと吊りリードの実施の形態２＞
　一方、図５は、パッドと吊りリードの実施の形態２の平面図である。この形態では、長辺３ａ、短辺３ｂをそれぞれ三等分し、それらの中央の1/3の範囲を中央領域とし、この中央領域内に吊りリード５Ａ～５Ｄをそれぞれ配設したものである。
　なお、中央領域の設定は、各辺を三等分した際の中央の領域に限定されるものでなく、パッドの平面寸法と厚みの関係、作用する荷重との関係より、吊りリードを配設した際にパッドの変形やたわみを効果的に抑制できる適宜の範囲を設定でき、各辺を五等分した中央領域、七等分した中央領域などに設定することもできる。
＜パッドと吊りリードの実施の形態３＞
　図６は、パッドと吊りリードの実施の形態３の平面図である。この形態では、平面視形状が円形のパッド３Ａに対し、２つの直交する直径と該円形が交差する４つの点に４つの吊りリード５Ａ～５Ｄが配設されている。
　この形態においても、これら４つの吊りリード５Ａ～５Ｄは、直交する２軸Ｌ１，Ｌ２の交点Ｏを円形のパッド３Ａの中心に一致させた際にできる４つの仮想の分割領域Ａ～Ｄの中にそれぞれ存在している。
　図示する形態のパッドと吊りリードによっても、パッドの変形およびたわみの低減効果を期待することができ、作用する樹脂圧に対してパッドの水平姿勢を保持できる作用を期待することができる。
＜パッドと吊りリードの実施の形態４＞
　図７は、パッドと吊りリードの実施の形態４の平面図である。この形態では、平面視形状が楕円形のパッド３Ｂに対し、楕円形の長軸および短軸と該楕円形が交差する４つの点に４つの吊りリード５Ａ～５Ｄが配設されている。
　この形態においても、これら４つの吊りリード５Ａ～５Ｄは、直交する２軸Ｌ１，Ｌ２の交点Ｏを楕円形のパッド３Ｂの中心に一致させた際にできる４つの仮想の分割領域Ａ～Ｄの中にそれぞれ存在している。
　図示する形態のパッドと吊りリードによっても、パッドの変形およびたわみの低減効果を期待することができ、作用する樹脂圧に対してパッドの水平姿勢を保持できる作用を期待することができる。
（樹脂封止型センサ装置の実施の形態２）
　次に、樹脂封止型センサ装置の他の実施の形態２について説明する。ここで、図８は本発明の樹脂封止型センサ装置の実施の形態２の平面図であって上方のモールド樹脂体を除いてその内部を示した図である。
　図示する樹脂封止型センサ装置１００Ａと図１で示す樹脂封止型センサ装置１００の異なる構成は、長辺にある各吊りリード５Ｃ’、５Ｄ’がモールド樹脂体２０の外部に延出して、外部電通リードとしての作用を有する点である。
　さらに、吊りリード５Ｃ’、５Ｄ’のいずれか一方は信号用リード兼用吊りリードであり、センサ素子１および回路基板２とワイヤ６を介して電気的に接続されている点である。図８では、吊りリード５Ｃ’が回路基板２とワイヤ６で接続されている例を示してある。
　吊りリードの一部をこのように外部電通リードとして使用することにより、パッド３を支持する吊りリードを外部電通リードとは別体に設ける必要がなくなるため、図示例では長辺のスペースを小さくすることが可能となり、樹脂封止型センサ装置１００に対して樹脂封止型センサ装置１００Ａを小型化することができる。そして、このことは樹脂封止型センサ装置１００Ａを搭載するプリント基板や機器の小型化にも寄与することになる。
　さらに、吊りリード５Ｃ’、５Ｄ’がアウターリードを包含することから、これらに放熱作用を期待することもできる。すなわち、回路基板２が動作することによって発生した熱を、パッド３を介して吊りリード５Ｃ’、５Ｄ’から樹脂封止型センサ装置１００Ａの外部へ放熱することができ、装置の放熱性の向上に繋がる。
　なお、吊りリード５Ｃ’、５Ｄ’の一方のみでなく、双方が信号用リード兼用吊りリードであってもよい。
　また、信号用リード兼用吊りリードを樹脂封止型センサ装置１００Ａの外部にあるグランド端子に接続してもよく、このことにより、樹脂封止型センサ装置１００Ａの出力信号に重畳されるノイズを低減することが可能となる。なお、この場合は、回路基板２の下面全体を外部のグランド端子と接続することでノイズに対する耐性強化を図ることができる。
（樹脂封止型センサ装置の実施の形態３）
　次に、樹脂封止型センサ装置の他の実施の形態３について説明する。ここで、図９は本発明の樹脂封止型センサ装置の実施の形態３の平面図であって上方のモールド樹脂体を除いてその内部を示した図である。
　図示する樹脂封止型センサ装置１００Ｂと図１で示す樹脂封止型センサ装置１００の異なる構成は、センサ素子１ＡがＸ軸方向とＹ軸方向に検出感度を有する２軸の加速度センサ素子１ａ、１ｂから構成されている点である。さらに、４つの吊りリード５Ａ～５Ｄが、Ｘ軸方向を延伸方向とする一対の２つの吊りリードと、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向を延伸方向とする他の一対の２つの吊りリードとから構成され、吊りリード５Ａ～５Ｄの延伸方向と２軸の加速度センサ素子１ａ、１ｂによる検出軸方向が一致している点である。
　各センサ素子１ａ、１ｂのそれぞれの検出軸方向に傾斜が生じると、傾斜角度に応じた顕著な出力変動が生じる恐れがある。図示するようにセンサの出力軸と一致する方向に吊りリード５Ａ～５Ｄを設けることにより、加速度センサ素子１ａ、１ｂが搭載されているパッド３の検出軸方向への変形や傾斜を抑制することができ、センサ素子１ａ、１ｂの出力変動の抑制に繋がる。
　なお、図示例は２軸の加速度センサ素子１ａ、１ｂが一体となってセンサ素子１Ａが構成されたものであるが、加速度センサ素子１ａ、１ｂが別体であって、回路基板上で離れた状態で搭載された形態であってもよい（図示略）。
　このように別体で離れた位置に加速度センサ素子１ａ、１ｂが搭載されている形態では、モールド樹脂体２０の膨張収縮や樹脂封止型センサ装置全体の変形による影響を受け難い部位にそれぞれの素子を搭載することが可能となる。
　さらに、２軸の加速度センサにＺ軸方向の加速度センサ素子を加えた３軸のセンサ素子を適用してもよいし、加速度センサと角速度センサを組み合わせたセンサ素子を適用してもよい。
　１，１Ａ…センサ素子、２…回路基板（半導体素子）、３，３Ａ，３Ｂ…パッド、４…外部電通リード、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｃ’，５Ｄ，５Ｄ’…吊りリード、６…ワイヤ、７…接合材、１０…回路ユニット、２０…モールド樹脂体、１００，１００Ａ，１００Ｂ…樹脂封止型センサ装置、Ｌ１，Ｌ２…直交する２軸

Claims (9)

  1. 　物理量検出用のセンサ素子と、
    　前記センサ素子を搭載する回路基板と、
    　前記回路基板を搭載するとともに、平面視形状が矩形、円形、楕円形のいずれかの形状を有するパッドと、
    　前記パッドに接続される吊りリードおよび外部電通リードと、からなる回路ユニットと、
    　前記回路ユニットを封止するモールド樹脂体と、から構成される樹脂封止型センサ装置において、
    　パッドの前記いずれかの形状の中心点に、直交する２つの軸の交点を一致させた際に、該形状が４つの領域に仮に分割されてできる各分割領域に、それぞれ前記吊りリードが配設されている樹脂封止型センサ装置。
  2. 　前記パッドの平面視形状が矩形であり、前記吊りリードが該矩形の４つの辺のそれぞれの中央領域に配設されている請求項１に記載の樹脂封止型センサ装置。
  3. 　前記吊りリードが前記矩形の４つの辺のそれぞれの中点に配設されている請求項２に記載の樹脂封止型センサ装置。
  4. 　前記吊りリードが前記矩形の４つの辺のそれぞれの中点において、該辺に対して直交している請求項３に記載の樹脂封止型センサ装置。
  5. 　少なくとも１つの前記吊りリードが前記外部電通リードを兼用している請求項１に記載の樹脂封止型センサ装置。
  6. 　前記吊りリードの延伸方向と前記センサ素子による検出軸方向が一致している請求項１に記載の樹脂封止型センサ装置。
  7. 　４つの前記吊りリードは、Ｘ軸方向を延伸方向とする一対の２つの吊りリードと、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向を延伸方向とする他の一対の２つの吊りリードと、から構成されており、
    　前記センサ素子は、Ｘ軸方向とＹ軸方向に検出感度を有する２軸の加速度センサ素子である請求項６に記載の樹脂封止型センサ装置。
  8. 　前記パッドの平面視形状が円形であり、２つの直交する直径と該円形が交差する４つの点に４つの前記吊りリードが配設されている請求項１に記載の樹脂封止型センサ装置。
  9. 　前記パッドの平面視形状が楕円形であり、該楕円形の長軸および短軸と該楕円形が交差する４つの点に４つの前記吊りリードが配設されている請求項１に記載の樹脂封止型センサ装置。
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