JPH10170380A - 半導体センサ装置 - Google Patents
半導体センサ装置Info
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- Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
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Abstract
プを汚染物質から保護するための構成得る。 【解決手段】 リードフレーム24にICチップ25を
搭載してボンディングワイヤ26で接続する。この状態
で熱硬化性樹脂でトランスファ成形して樹脂パッケージ
22を形成する。圧力センサチップ30の搭載部分は凹
状のセンサマウント部27として形成される。圧力セン
サチップ30の表面および露出しているリードフレーム
24c部分には圧力伝達を妨げない保護用樹脂32がコ
ーティングされる。ケースへの実装時にはターミナル2
3を溶接した部分を含めてポッティングにより樹脂封止
される。このとき、樹脂パッケージ22の形状により、
圧力センサチップ30部分とは隔絶されているので、簡
単に実装することができる。
Description
プおよび半導体素子チップを一体に備えた半導体センサ
装置に関する。
ば、半導体圧力センサ装置においては、半導体圧力セン
サチップが圧力測定環境下にさらされた状態で、圧力媒
体から受ける圧力でダイヤフラム部が変位するように設
けられている。半導体圧力センサチップのダイヤフラム
部にはピエゾ抵抗効果を有する抵抗体が形成されてお
り、ダイヤフラム部が変位するとこれに応じて抵抗体の
抵抗値が変化する。その抵抗値の変化をブリッジ接続し
た回路の出力端子から電圧信号としてセンサ出力を得て
圧力を検出するものである。
例えば、エンジンの吸入空気量を検出するために圧力を
測定することに用いられるが、この場合に、圧力媒体と
しての吸入空気には、排気ガスや排気ガスが冷却されて
できる酸性の凝縮水が混在していることが一般的であ
る。そこで、このようにダイヤフラム部を圧力測定環境
下にさらす必要があることから、圧力測定媒体からセン
サチップを保護するための構成が必要となる。
10に示すような半導体圧力センサ装置がある。この図
10において、ケース1にはコネクタとの接続を行うた
めのコネクタ部1aが形成されていると共にセンサモジ
ュール2が実装される実装部1bとが形成されている。
また、ケース1にはセンサモジュール2とコネクタとを
電気的に接続するための複数本のコネクタピン3がイン
サート成形により設けられている。
おり、ここにはセンサモジュール2が接着固定されてい
る。センサモジュール2は、セラミック製のプリント基
板4の一方の面側には、台座5を介して圧力センサチッ
プ6が接着固定されており、その圧力センサチップ6の
電極パッドとプリント基板4に形成された電極部とがボ
ンディングワイヤ7により電気的に接続されている。プ
リント基板4の他方の面側には、圧力センサチップ6か
ら出力されるセンサ信号を処理するための信号処理回路
を設けたICチップ8や他の電子部品9などが実装され
ている。そして、プリント基板4とケース1のコネクタ
ピン3との間が接続導体10により電気的に接続されて
いる。
プリント基板4の圧力センサチップ6が搭載された面側
には弾性を有する保護用の樹脂11がコーティングされ
ており、圧力センサチップ6は、樹脂11を介して圧力
測定媒体から圧力を受けるとダイヤフラム部が変位して
圧力に応じた検出信号を出力するようになっている。ま
た、プリント基板4の反対側の面にはポッティングによ
り樹脂12が充填されており、これによってICチップ
8の部分への圧力測定媒体の侵入による特性劣化を防止
すると共に、コネクタピン3と接続導体10との接続部
が保護されるように構成している。
載された側にはキャップ13が接着固定され、圧力セン
サチップ6が搭載された側には圧力導入口14aが形成
されたポート14が接着固定されている。
ものでは、センサモジュール2の構成として、一方の面
に圧力センサチップ6を実装すると共に他方の面にIC
チップ8等を実装する構成であるから、本体ケース1へ
の実装に手間がかかると共に、ICチップ8が圧力媒体
により汚染されるのを防止するためのシール構造も複雑
になり、総じて実装組立ての工数が増大することにより
コスト高になる不具合がある。
本発明者らは図11および図12に示すような構成のも
のを考えた。すなわち、このものでは、センサモジュー
ル15を、導体パターン16aを一体に設けた基板16
の一方側の面に圧力センサチップ6およびICチップ8
などを実装したものとして構成している。そして、この
センサモジュール15を本体ケース17に実装する際に
は、圧力センサチップ6部分のみを樹脂11でコーティ
ングして圧力測定時に汚染されないようにして圧力媒体
の圧力を伝達可能な構成とし、ICチップ8を含んだ他
の部分をポッティング用の樹脂12でコーティングする
ようにするために、隔壁部材18を別途に接着する構成
としている。
汚染から保護するためには、耐汚染性の優れた弾性率の
高いコーティング用の樹脂12を設ける必要があり、一
方、圧力センサチップ6には圧力伝達をするためにゲル
状の柔らかい弾性率をもった樹脂11をコーティングす
る必要があり、このために隔壁部材18を設けることが
必須条件となる。
場合には、本体ケース17への実装時にセンサモジュー
ル15に隔壁部材18を個々に装着するための作業が必
要となるが、位置合わせを行って接着する工程は面倒な
作業となり、多大な工数を要することになる。
で、その目的は、隔壁部材などを設ける必要がなく、し
かもICチップを汚染物質から保護するための構成を新
たな構成を追加することなく得られるようにした半導体
センサ装置を提供することにある。
ば、樹脂パッケージには、半導体センサチップが検知動
作が可能となるように露出した状態に設けられると共
に、半導体回路チップが樹脂に封入された状態に設けら
れるので、半導体センサチップと半導体回路チップとを
一体に設ける構成としながら、半導体回路チップを汚染
から保護するための構成を別途に採用する必要がなくな
り、ケースなどに実装するための実装工数を低減するこ
とができるようになり、取り扱い上も便利になる。
装する場合に、半導体センサチップの表面を検出媒体の
状態が伝達可能となる状態で保護するようにコーティン
グすると共に、樹脂パッケージから外部に導出された接
続用のリード部を検出媒体の雰囲気から保護するように
コーティングする必要があるときには、樹脂パッケージ
のセンサマウント部が凹状に形成されているので、樹脂
パッケージそのものを分離用の隔壁として利用して上述
の異なるコーティングを行うことができるようになり、
実装時の組立てコストの低減を図れるようになる。
をセンサマウント部の裏面側に対応して凹部を形成した
構造としているので、樹脂パッケージを成形する際に、
センサマウント部を形成している凹状部と裏面側に形成
する凹部との両方により樹脂流れに対する抵抗を受ける
ようになり、これによって樹脂が一方側にだけ流れるこ
とによる内部での気泡残りが防止されて充填性の良い樹
脂パッケージを形成することができるようになる。
を熱硬化性の樹脂により形成するので、内部に封入して
いる半導体回路チップに対する気密性を高くすることが
でき、これによって耐汚染性の向上を図って信頼性の高
い樹脂パッケージを得ることができるようになる。
装置に適用した場合の第1の実施の形態について図1な
いし図5を参照しながら説明する。図1および図2は本
実施の形態の半導体圧力センサ装置21を示しており、
これは、例えば自動車のエンジン制御用としてエンジン
の吸入空気量を検出するために用いられるもので、圧力
測定範囲は、例えば10kPa[abs]〜250kP
a[abs]程度のものである。したがって、圧力媒体
である吸入空気には空気だけではなく排気ガスや排気ガ
スが冷却されてできる酸性の凝縮水等が混じっており、
このような半導体圧力センサ装置21にとっては汚染環
境下に配置して使用することになる。
するトランスファ成形法により形成した矩形容器状をな
す樹脂パッケージ22の一端面側から3本のターミナル
23を導出した状態に形成されている。これら3本のタ
ーミナル23は、それぞれ電源端子,信号出力端子およ
び接地端子に対応して設けられたものである。樹脂パッ
ケージ22の内部には、ターミナル23を含んだリード
フレーム24およびこのリードフレーム24の半導体回
路用リード部24aに搭載された半導体回路チップとし
てのICチップ25が封入されている。
路用リード部24a,ターミナル23となる3つの端子
リード部24bおよび4つの半導体センサ用リード部2
4cから構成されている。ICチップ25は、センサ信
号が入力されるとこれを信号処理して検出信号として出
力するもので、チップ表面に形成されている7つのボン
ディングパッドとリードフレーム24の各部に対してボ
ンディングワイヤ26により電気的に接続されている。
搭載された側の面に矩形状をなす凹状に形成されたセン
サマウント部27が設けられており、このセンサマウン
ト部27の底面にはリードフレーム24のセンサ用リー
ド部24cの一端部側が四隅部に露出されている。ま
た、樹脂パッケージ22のセンサマウント部27の裏面
側には、凹部として2本の凹状溝部28が形成されてい
る。この凹状溝部28は後述するように成形時の樹脂流
れに抵抗を与えるように設けられるもので、各凹状溝部
28の両端部にはセンサ用リード部24cの裏面側が露
出するように貫通した支持ピン用の孔28aが形成され
ており、成形時に裏面側から挿通される支持ピンにより
センサ用リード部24cが支持されることにより形成さ
れるものである。
ント部27の中央にはガラス製の台座29が接着固定さ
れ、その上に半導体センサチップとしての圧力センサチ
ップ30が陽極接合により接着された状態で搭載されて
いる。圧力センサチップ30は、シリコン基板の中央部
にエッチングにより形成した薄肉部をダイヤフラムとし
て形成したもので、台座29に接着することにより密閉
された空間を圧力基準室30aとして用いるようになっ
ている。そして、圧力センサチップ30のダイヤフラム
部にはピエゾ抵抗効果を利用した複数の抵抗体が形成さ
れている。そして、これら複数の抵抗体はブリッジ接続
された状態で信号端子および電源端子が4つの電極パッ
ドに接続されている。
ッドとセンサ用リード部24cの露出された部分との間
は、ボンディングワイヤ31によりボンディングされて
おり、圧力センサチップ30から出力されるセンサ信号
はボンディングワイヤ31,センサ用リード部24cを
介してICチップ25に入力されるようになっている。
そして、圧力センサチップ30のダイヤフラム部は圧力
を受けて変位すると、抵抗体がこれに応じてピエゾ抵抗
効果によって抵抗値が変化するので、ブリッジ回路の平
衡状態が崩れてセンサ信号を出力するようになってい
る。
れた状態で、圧力センサチップ30のダイヤフラムの部
分およびボンディングワイヤ31が接続されるセンサ用
リード部24cの表面部分には、これらを覆うようにし
て保護用の樹脂32がコーティングされている。この樹
脂32は、圧力センサチップ30による圧力検出動作に
支障を来さない程度の硬さのものを用いており、例え
ば、シリコーン樹脂系のゲル状物などを用いており、そ
の複素弾性率としては、例えば103〜105Pa程度
のものを採用している。また、ボンディングワイヤ31
の表面には、図示はしないが薄くコーティング剤が塗布
されており、汚染環境下でも電気的に絶縁状態が保たれ
るようになっている。
実装用のケース33に搭載した状態での構成について説
明する。図3および図4において、ケース33は、例え
ばPBT樹脂により形成されたもので、実装面側が開口
された実装部33aおよびコネクタ部33bが形成され
これらの間を電気的に接続するための3本のコネクタピ
ン34がインサート成形されている。
部33aに収容載置されており、3本のターミナル23
とコネクタピン34との間は溶接により電気的に接続さ
れている。また、半導体圧力センサ21の樹脂パッケー
ジ22は、外周部に樹脂注型剤(ポッティングシール
剤)35を用いてポッティング樹脂封止されており、こ
れにより半導体圧力センサ21がケース33内に接着固
定されている。
内でコネクタピン34のインサート部を介して負圧を受
けたときでも実装部33a内部に気泡が発生せず、しか
もICチップ25が封入された樹脂パッケージ22が実
装部33aに強固に接着固定され、且つターミナル23
とコネクタピン34との溶接部が汚染環境下でも保護で
きるような硬度および密着度の材質のものを使用する必
要がある。このような樹脂注型剤35としては、例え
ば、弾性率が105〜106Pa程度のシリコーン樹脂
系のゴムやエポキシ系の樹脂などがある。
ケース33内に収容されると、実装部33aの開口部3
6に同じくPBT樹脂製のポート37が接着固定され
る。このポート37には、中央部に筒状をなす圧力伝達
孔38が形成されており、この圧力伝達孔38を介して
ケース33内部の半導体圧力センサ21に搭載した圧力
センサチップ30に外部の圧力を伝達するようになって
いる。
ージ22の成形過程について簡単に説明する。成形時の
樹脂流れの状態を縦断面で示す図5において、リードフ
レーム24にはICチップ25がマウントされた状態で
ボンディングワイヤ26が接続されている。この状態で
リードフレーム24は、下金型39の所定部位に載置さ
れる。次いで、上金型40により型を閉じた後、熱硬化
性樹脂41を型内に投入してプランジャ42を押し込
む。
金型39,40の熱によって溶融するとプランジャ42
による圧力でゲート43を介してキャビティ44内に流
動するようになる。このとき、熱硬化性樹脂41は、上
金型40の凸部40a(樹脂パッケージ22のセンサマ
ウント部27に対応する部分)と下金型39の凸部39
a,39b(樹脂パッケージ22の凹状溝部28に対応
する部分)との間が狭くなっていることにより、流れが
抵抗を受けて上下共に均一に遅くなる。
ビティ44の末端部分まで気泡を残すことなく充填さ
れ、キャビティ44内部の空気はエアベント45を介し
て外部に抜けるようになる。そして、このように充填さ
れた熱硬化性樹脂41は、さらに型内で加熱されて硬化
し、固化し樹脂パッケージ22が形成されるようにな
る。この後、成形物は金型39,40から取り出され、
ゲート43部分で切断されて樹脂パッケージ22を得る
ことができるようになる。
力を検出する場合に次のようにして動作する。すなわ
ち、ポート37の圧力伝達孔38を介して圧力媒体であ
る空気が内部に連通しているので、保護用樹脂32を介
して圧力センサチップ30のダイヤフラムに対して変形
応力を与える。ダイヤフラムで受ける変形応力で、ピエ
ゾ抵抗効果により抵抗体の抵抗値が変化し、ブリッジ回
路の平衡状態が崩れて電圧出力が得られる。この電圧信
号をICチップ25において信号処理して圧力検出信号
を得るようになる。
性樹脂41を用いて成形した樹脂パッケージ22によ
り、ICチップ25を封入した状態で圧力センサチップ
30のセンサマウント部27を設ける構成としたので、
ケース33への実装時にICチップ25を圧力媒体とし
ての空気による汚染から保護するためのコーティング剤
を圧力センサチップ30とは異なるコーティング剤で保
護するための構造を設ける必要がなくなり、組立て性や
実装作業が簡単且つ安価に行えると共に、ICチップ2
5の封入状態を熱可塑性樹脂などに比べて良好に保持す
ることができるようになる。
ージ22に圧力センサチップ30をマウントするための
センサマウント部27として凹状に形成したので、ター
ミナル23とコネクタピン34との溶接部を保護する樹
脂注型剤35とを隔てるための部材を別途に設ける必要
がなくなり、部品点数を削減すると共に実装工数を低減
することができるようになる。
ケージ22のセンサマウント部27の裏面側に対応して
2本の凹状溝部28を設ける構成としたので、トランス
ファ成形時に熱硬化性樹脂41の流れを均一にしてキャ
ビティ44内部に気泡などを残すことなく末端まで充填
させることができるようになり、信頼性の高い樹脂パッ
ケージ22を製作することができるようになる。
ので、第1の実施の形態と異なるところは、樹脂パッケ
ージ22に代えて、裏面側に広く浅く形成した凹状溝部
46を設けた樹脂パッケージ47を形成したところであ
る。つまり、凹状溝部46を、センサマウント部27の
開口寸法とほぼ同じ程度となるように形成したもので、
その深さ寸法については、第1の実施の形態のものに比
べて肉厚になるように設定することができる。
パッケージ47をトランスファ成形する際に、センサマ
ウント部27と裏面側の凹状溝部46とに熱硬化性樹脂
41を均一に流動させることができ、気泡など残留空気
のない状態で樹脂パッケージ47を成形することができ
るものである。
ので、第1の実施の形態と異なるところは、樹脂パッケ
ージ22に代えて、裏面側に狭く深く形成した凹状溝部
48を設けた樹脂パッケージ49を形成したところであ
り、これによっても、第2の実施の形態と略同様の作用
効果を得ることができる。なお、センサマウント部27
の裏面側の樹脂の厚さ寸法は、圧力センサチップ30の
マウント時に強度が保持できる程度に設定することが好
ましい。
態を示すもので、第1の実施の形態と異なるところは、
樹脂パッケージ22に代えて樹脂パッケージ50を設け
る構成としたところである。すなわち、樹脂パッケージ
50においては、センサマウント部51の外周には周壁
となるような部分がなく、熱硬化性樹脂はICチップ2
5がマウントされた部分に形成されるだけの構成であ
る。
ップ30を保護するための樹脂32をターミナル23と
コネクタピン34との溶接部にも樹脂注型剤として使用
可能な測定環境下での用途に対応するもので、ケース3
3に実装する際には、樹脂パッケージ50の全体が覆わ
れるように保護用の樹脂32でポッティング樹脂封止さ
れるものである。
途に応じては簡単に保護用の樹脂32をポッティングに
より圧力センサチップ30部分と樹脂パッケージ50の
外周部分とに同時に充填してポッティング樹脂封止する
ことができるようになる。
るものではなく、次のように変形また拡張できる。圧力
センサチップ30を保護する樹脂32は、センサマウン
ト部27内全域に渡って充填する構成としても良い。気
体の圧力センサ以外に、水圧センサ,湿度センサ,成分
センサ,光センサあるいは加速度センサなど半導体セン
サチップが検出雰囲気の影響を受ける状態で検出動作を
行うようにした半導体センサ装置全般に適用することが
できる。
樹脂パッケージ、23はターミナル、24はリードフレ
ーム、24aは半導体回路用リード部、24bは端子リ
ード部、24cは半導体センサ用リード部、25はIC
チップ(半導体回路チップ)、26はボンディングワイ
ヤ、27はセンサマウント部、28は凹状溝部(凹
部)、29は台座、30は圧力センサチップ(半導体セ
ンサチップ)、31はボンディングワイヤ、32は保護
用樹脂、33はケース、33aは実装部、33bはコネ
クタ部、34はコネクタピン、35は樹脂注型剤、37
はポート、38は圧力伝達孔、39は下金型、40は上
金型、41は熱硬化性樹脂、42はプランジャ、43は
ゲート、44はキャビティ、45はエアベント、46,
48は凹状溝部、47,49,50は樹脂パッケージ、
51はセンサマウント部である。
Claims (4)
- 【請求項1】 検出環境の状態を検出してセンサ信号を
出力する半導体センサチップと、 この半導体センサチップから出力されるセンサ信号を演
算処理して検出信号を生成する半導体回路チップと、 前記半導体センサチップに対応した半導体センサ用リー
ド部および前記半導体回路チップに対応した半導体回路
用リード部を有するリードフレームと、 このリードフレームに前記半導体回路チップをマウント
すると共に電気的に接続した状態で且つ前記センサ用リ
ード部を露出させてセンサマウント部を形成するように
樹脂成形された樹脂パッケージとを備え、 前記半導体センサチップは、前記パッケージに形成され
たセンサマウント部にマウントされると共に、前記リー
ドフレームの半導体センサ用リード部に電気的に接続さ
れた状態に設けられていることを特徴とする半導体セン
サ装置。 - 【請求項2】 前記樹脂パッケージは、前記センサマウ
ント部の周囲を樹脂により取り囲むようにした凹状に形
成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体
センサ装置。 - 【請求項3】 前記樹脂パッケージは、前記センサマウ
ント部の裏面側に対応して凹部が形成されており、その
凹部は成形時に樹脂の流れに抵抗を与えるように設けら
れていることを特徴とする請求項1または2に記載の半
導体センサ装置。 - 【請求項4】 前記樹脂パッケージは、熱硬化性樹脂を
用いて成形されることを特徴とする請求項1ないし3の
いずれかに記載の半導体センサ装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32981896A JP3620185B2 (ja) | 1996-12-10 | 1996-12-10 | 半導体センサ装置 |
US08/979,799 US5948991A (en) | 1996-12-09 | 1997-11-26 | Semiconductor physical quantity sensor device having semiconductor sensor chip integrated with semiconductor circuit chip |
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