JP2000513447A - プリント配線板の実装表面へ実装するための圧力センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、チップ担体面（４）を有するチップ担体（５）と、このチップ担体（５）を通って半導体チップ（６）と導電接続されている電極端子（７）とから成っており、チップ担体は電気的絶縁材料から成っており、このチップ担体の表面に圧力センサを有する半導体チップ（６）が固定されている、プリント配線板（３）の実装表面（２）へ実装する圧力センサ装置に関する。チップ担体（５）は、プリント配線板（３）の実装表面（２）と反対の一方側（２２）が開口部として構成されており、この開口部（２３）を制限する、チップ担体（５）のエッジ領域（２４、２５）に支持手段（２６）が設けられており、この支持手段は、チップ担体（５）上に装着可能な接続部材（２８）の保持手段（２７）と形状によって機械的に遊びなく接続するために用いられている。この場合、支持手段（２６）および保持手段（２７）は、接続部材（２８）をチップ担体（５）に装着する際に交互に係合するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 プリント配線板の実装表面へ 実装するための圧力センサ装置 本発明は、例えばほぼ平坦なチップ担体面を有するチップ担体と、このチップ 担体を通って半導体チップと導電接続されている電極端子とを有しており、チッ プ担体は電気的絶縁材料から成り、このチップ担体のチップ担体面に圧力センサ を有する半導体チップが固定されている、プリント配線板の実装表面へ組み込ま れる圧力センサ装置に関する。 圧力を測定するために、測定すべき媒体をセンサの個所まで案内するか、また は媒体の圧力をセンサへ伝達しなければならない。この場合、圧力測定に誤差を 生じさせる外気の侵入を回避するために、測定すべき媒体とセンサとの間を密に 接続する簡単な手段が要求される。通常さらに、媒体によりセンサの損傷しやす い構成素子に与えられる腐食または破壊的な影響のおそれを回避するために、測 定すべき媒体をセンサの金属の構成素子および半導体チップから分離する必要が ある。 本発明の課題は、半導体圧力センサを有する圧力センサ装置をプリント配線板 の実装表面に組み込んで使用できるようにし、センサの個所に案内される媒体圧 力の誤差のない測定を保証することである。 この課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成を有する圧力センサ装置により 解決される。 本発明によれば、チップ担体はプリント配線板の実装表面とは反対の一方側が 開口部として構成されている。この開口部を制限するチップ担体のエッジ領域に 、チップ担体上に装着可能な接続部材の保持手段に形状によって機械的に遊びな く接続するための支持手段が設けられている。ここで有利には支持手段と保持手 段とは接続部材をチップ担体に装着する際に交互に係合するように構成されてい る。接続部材のチップ担体に向かう側は、場合により測定すべき媒体に適合され たダイヤフラムにより閉鎖されている。これによりダイヤフラムが接続部材内で 適合するため簡単に、圧力センサ構成素子を、測定すべき媒体およびその圧力領 域に適合させることができる。 本発明によれば自由度の高い組立コンセプトを利用することができる。この組 立コンセプトではそれ自体任意の形式の管状の結合部材または差込形の接続部材 を圧力センサに接続するために適用可能であり、このため広い範囲でユーザの所 望を満たすことができる。本発明による接続部材を簡単かつ低コストに差込結合 することにより、測定すべき媒体をセンサに案内するか、または媒体内の圧力を センサに伝達することを保証できる。この場合測定すべき媒体とセンサとの間を 機械的に遊びなく形状によって結合する（形状接続する）ことにより外気の侵入 を排除でき、このため誤差のない圧力測定を行うことができる。 本発明の原理により、チップ担体の支持手段はこの支持手段の外側周囲を取り 巻いて接続部材の保持手段を支持する受け面を有するように構成できる。 本発明の有利な実施形態によれば、接続部材の保持手段にキーとなる突出部が 設けられており、この突出部にはチップ担体の支持手段内に設けられている係止 部が対応しており、この係止部は組み込み位置で接続部材とチップ担体とを自動 的に固定する。 測定すべき媒体を半導体チップから、特に圧力センサ装置の金属の構成素子か ら分離して、媒体による腐食の危険を回避するために、有利には、チップ担体は 、半導体チップを完全に覆う流動可能な充填剤で満たされている。この場合に、 流動可能な充填剤は特にゲル状の物質であり、ここに加わる圧力はほとんど遅延 なく、また誤差なく伝達される。同時にゲルが充填剤として利用されると、セン サと取り付けられる接続部材との間のいわゆる無駄体積を最小限に抑えることが できる。これにより圧力測定時の誤りまたは時間遅延を回避することができる。 測定すべき媒体を半導体チップまたは腐食のおそれのある圧力センサ装置の構 成素子から分離するためにさらに、接続部材のチップ担体に向かう側は弾性を有 するダイヤフラムにより閉鎖されているように構成することもできる。ダイヤフ ラムは、センサに案内される媒体の圧力パルスを大きな誤りまたは時間遅延なし にさらに伝達できるように構成されており、しかもこれにより媒体のイオンまた は他の障害的な成分による構成素子の汚染の危険を回避できる。ダイヤフラムは この場合接続部材に組み込まれて構成されており、このためダイヤフラムを含め た接続部材全体は相応の工具によって一体に形成されるか、または付加的な挿入 部材によっても構成可能である。後者の場合には接続部材は複数の部材から成っ ている。 本発明の別の実施形態によれば、さらに有利にはチップ担体の一方側の開口部 の側壁に、内側で連続するように形成された流出防止エッジが設けられている。 圧力センサ装置のケージングに組み込まれて構成されている流出防止エッジは粘 性のゲルの毛管作用の力に対する規定のストップとして機能し、これにより毛管 作用のためにゲルが上昇してケーシング縁部を越えてしまう不都合が回避される 。同時にこのゲルが望ましくなく後続の製造プロセス中に伝播してしまうこと、 ひいてはゲルによる製造用工具の汚染の危険が回避される。流出防止エッジを設 けることにより、きわめて効果的にチップ担体の内部またはケーシング内部にゲ ルを封入できる。この場合、一方側に開口部を有するチップ担体を逆向きに取り 付けた場合でもゲルの流出 は確実に回避される。 本発明の特に有利な手段では、本発明はプリント配線板の実装表面へ実装する ための圧力センサ装置に関している。この実装形式では差込形の実装とは異なっ て構成素子の端子をもはやプリント配線板のホールに差し込まず、プリント配線 板上の接続個所に装着してはんだ付けする。表面実装のための構成要素は差込形 実装のための構成要素よりも小さくすることができる。これは端子のコンタクト 間隔をプリント配線板のホール直径およびはんだ付け穴直径によってもはや定め なくてもよくなるためである。さらにプリント配線板上で実装にしか必要でない ホールが省略される。この場合スルーコンタクトに必要なホールは技術的に可能 なかぎり小さく形成することができる。プリント配線板の両側の実装が可能なの で、表面実装によりかなりのスペースの節約とコストの低下が達成される。圧力 センサ装置の構造高さは、チップ担体を通って半導体チップに導電接続される電 極端子がチップ担体の少なくとも２つの側へ向かって接続された端子脚片の形で 形成されている場合、特に小さくなる。この端子脚片は短いロッカー（rocker） 形のターミナルスタブとなるように湾曲され切断されている。 本発明の別の特徴、利点および目的を、図示の実施例に基づいて説明する。 図１には、本発明の実施例による圧力センサ装置の 断面略図が示されている。 図２には、実施例の圧力センサ装置のチップ担体が概略的に示されている。 図には本発明による、プリント配線板３の実装表面２へ実装するための圧力セ ンサ装置１の実施例が示されている。圧力センサ装置１はほぼ平面状のチップ担 体面４を有するチップ担体５と、チップ担体５の壁を通して半導体チップ６に導 電接続されている電極端子７とを有している。チップ担体は電気的絶縁性のプラ スティック材料から成っており、このチップ担体の表面４上に集積されて構成さ れた圧力センサと、この圧力センサに配属された電子回路とを有する半導体チッ プ６が固定されている。ここでは圧力センサおよび電子回路は詳細には図示され ていない。電極端子の端部８はプリント配線板３の実装表面上の（詳細には図示 されていない）接続個所に装着され、はんだ付けされる。特に一体として、それ 自体既知のプラスティック成形の手法により製造されたチップ担体５は、実装表 面に対して浮き上がっている下方部分９を有している。この下方部分に半導体チ ップ６が支持されており、同様に下方部分９の側方には側方部分１０、１０ａ、 １１、１１ａが設けられており、これらの側方部分は側方で接続する圧力センサ ケーシングのケーシング壁を形成している。チップ担体５は、ほぼ縮尺通りに示 されている図１によれば次のように構成されている。 すなわちプリント配線板３の実装表面２に向かうチップ担体５の外側の制限面１ ２、１３が、チップ担体５下方の縁部域１４、１５から中央域１６へ向かって、 プリント配線板３の実装表面２に対する間隔を増大させるように構成されている 。特にチップ担体５の外側の制限面１２、１３は断面図で見ると、おおよそ逆Ｖ 字形のプロフィルか、または屋根形に形成されたプロフィルを有しており、逆Ｖ 字形の頂点が中央に配置されてこの個所とプリント配線板との最大間隔が約０． １ｍｍから約０．５ｍｍとなっている。さらにチップ担体５の壁を通して半導体 チップ６と導電接続された電極端子７は、チップ担体５の少なくとも２つの側へ 通じる端子脚片の形で構成されている。これらの端子脚片は短いロッカー（rock er）形のターミナルスタブ１７となるように湾曲され切断されている。このよう な装置はセンサの構成素子の構造高さが最小となることを保証する。また端子脚 片の屈曲部１８はチップ担体５の側方部分１０、１１の内部に完全に収容されて おり、このためケーシングのサイズおよびリードフレームの大きさが縮小され、 腐食性の媒体に対する沿面距離が大きく延長されて化学物質の侵入が低減される 利点が得られる。さらにこのような装置ではリードフレームまたは電極端子７を 構成要素のケーシング内に機械的に固定し、これにより全体として機械的な安定 性を付加的に高めることができる。またチップ担体５ の側方部分１０、１１から突出している端子脚片の端部８は、プリント配線板３ の実装表面２に対して僅かな傾斜を有しており、ここで実装表面２に向かう端子 脚片の端部８の外側エッジ１９は、破線で示された補助平面２０に対して約０． １ｍｍの間隔を有するように形成されている。こうした構成により、構成素子と プリント配線板３の実装表面２との接触が端子脚片の最外部の端部８のみによっ てあたえられ、このため図示の有利なケーシングの構成とともに、プリント配線 板３で生じうるたわみが考慮され、さらにプリント配線板３への構成素子の実装 時およびプリント配線板の使用時の問題が回避されることが保証される。ここで ケーシングは、下方部分がプリント配線板から浮き上がるように図示のケーシン グでは屋根形に形成されている。有利にはこの場合従来実装に必要な、いわゆる トリミング用工具および二次成形用工具を用いた調整が省略され、同時に予め定 められている保持すべき底部との間隔への要求が考慮される。実装用接着剤の良 好な接着力が保証されているので実装を有利に行うことができ、さらにプリント 配線板３の生じうる製造誤差がたわみの点で調整される。プリント配線板３との 接触が端子脚片のみで行われているので、熱によるひずみおよび／または機械的 なひずみに対する反作用が生じるのである。 半導体チップ６上に集積されて構成されている圧力 センサまたはこの圧力センサに配属された電子回路と電極端子７との導電接続の ために、図示されているようにワイヤコンタクト手法が用いられる。ここではボ ンディングワイヤ２１がチップ上の金属のチップ接続個所２１ａに固定され、相 応に接続すべき電極脚片へ引き出されている。さらに導電接続のためにいわゆる スパイダコンタクトを使用することもできる。この場合にはボンディングワイヤ に代えて導電性の装置担体プレートまたはいわゆるリードフレームが使用される 。 シリコンから成る半導体チップ６上に集積されている圧力センサはいわゆる圧 電抵抗センサであり、チップ６の表面にマイクロメカニック技術の手法によって 形成されたシリコンダイヤフラムが設けられている。このダイヤフラムは圧力に 依存する抵抗と電気的に結合されている。この抵抗は同様にシリコン基板に形成 されており、それ自体周知の手段でブリッジ回路として接続されている。同様に 半導体チップ６にセンサに配属された回路が集積されており、この回路は信号特 性の調整（増幅および補正）やセンサの調整および補償に使用される。一般的な 構成素子に対して本発明に基づくこの種の半導体圧力センサは特に構造のサイズ が小さいほうが有利な適用分野、例えば車両の適用領域における圧力測定に適し ている。すなわち例えばブレーキ圧の測定、タイヤ圧の測定、燃焼室圧力の測定 などである。圧電抵抗による圧力測定の原理によって動作する半導体圧力センサ の他に、さらに容量性の測定原理で動作する圧力センサを使用することもできる 。 図１に示されている実施例では、チップ担体５にはプリント配線板３の実装表 面２と反対の一方の側２２で開口部が形成されている。この開口部２３を制限す る上方の縁部域２４、２５に、チップ担体５上に装着可能な接続部材２８の保持 手段２７に機械的に遊びなく形状によって接続するための支持手段２６が設けら れており、接続部材２８をチップ担体５の上に装着する際に保持手段２７と支持 手段２６とは交互に係合する。このためにチップ担体５の支持手段２６は外側の 周囲に、接続部材２８の保持手段２７を支持して取り巻いている受け面２９を有 している。この受け面は図示されているように、チップ担体５の縁部域を取り巻 いて形成された溝３０の形で形成されており、この溝に接続部材２８の外側周囲 に形成されたキー３１が少なくとも部分的に係合される。 チップ担体５は半導体チップ６を完全に覆う流動可能な充填剤３２で満たされ ている。この充填剤は特別にはゲル状の物質であり、このゲルの圧力はほとんど 遅延なくかつ誤差なしに半導体圧力センサに伝達される。このゲルは一方では損 傷しやすい圧力センサチップ６を、他方では特に圧力センサ装置の金属の構成素 子、例えばボンディングワイヤ２１、端子脚片７またはリードフレームを、測定 すべき媒体３３との接触から保護する。このようにして媒体３３のイオンまたは 他の障害的な成分による構成素子の汚染、または媒体３３による腐食の危険が回 避される。さらに上方へ向かって開いたチップ担体５の縁部まで満たされたゲル ３２は充填剤として使用することにより、センサの構成素子と装着される接続部 材２８との間の無駄体積３４をできる限り小さく保持することができる。このた め圧力測定時の誤りまたは時間遅延が回避される。測定すべき媒体３３と半導体 チップ６または腐食のおそれのある圧力センサ装置の構成素子とをさらに分離す るために、接続部材２８のチップ担体５に向かう側は弾性を有するダイヤフラム ３５で閉鎖されている。ダイヤフラム３５はセンサに案内される媒体３３の圧力 パルスを重大な誤りや時間遅延なしに送出でき、しかもこれにより媒体３３のイ オンまたは他の障害的な成分による構成素子の汚染の危険を回避できる。 チップ担体５の開口部のある一方側の側壁２４、２５にはさらに、内側に連続 するように形成された流出防止エッジ３６が設けられている。この場合チップ担 体５の内側は流出防止エッジ３６の高さまでしかゲル３２を満たすことができな い。この流出防止エッジ３６は粘性のゲル３２の毛管作用に対する規定のストッ プとなり、ゲル３２が毛管作用によってケーシングの 縁部を越えて溢れだしてしまう不都合を防止する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． チップ担体面（４）を有するチップ担体（５）と、該チップ担体（５）を 通って半導体チップ（６）と導電接続されている電極端子（７）とを有しており 、前記チップ担体面（４）に圧力センサを有する半導体チップ（６）が固定され ている、 プリント配線板（３）の実装表面（２）へ実装するための圧力センサ装置に おいて、 チップ担体（５）は、プリント配線板（３）の実装表面（２）とは反対の一 方の側（２２）が開口部として構成されており、 該開口部（２３）を制限するチップ担体（５）の縁部域（２４、２５）に支 持手段（２６）が設けられており、 該支持手段は、チップ担体（５）に装着可能な接続部材（２８）の保持手段 （２７）との、形状による機械的な遊びなしの接続のために用いられ、 前記接続部材（２８）の、チップ担体（５）に向かう側は弾性を有するダイ ヤフラム（３５）により閉鎖されている、 ことを特徴とするプリント配線板の実装表面へ実装するための圧力センサ装置 。 ２． 支持手段（２６）および保持手段（２７）は、接続部材（２８）をチップ 担体（５）に装着する際 に該支持手段（２６）および保持手段（２７）が交互に係合するように構成され ている、請求項１記載の圧力センサ装置。 ３． チップ担体（５）の支持手段（２６）は該支持手段の外側周囲を取り巻く 形で、接続部材（２８）の保持手段（２７）を支持する受け面（２９）を有する 、請求項１または２記載の圧力センサ装置。 ４． 接続部材（２８）の保持手段（２７）にキーをなす突出部が設けられてお り、該突出部にチップ担体（５）の支持手段（２６）に設けられた係止部が対応 しており、該係止部は実装位置で接続部材（２８）とチップ担体（５）とを自動 的に固定する、請求項１または３記載の圧力センサ装置。 ５． チップ担体（５）および接続部材（２８）はプラスティック材料から成る 、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。 ６． チップ担体（５）は、半導体チップ（６）を完全に覆う流動可能な充填剤 （３２）で満たされている、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力セン サ装置。 ７． チップ担体（５）の一方の側の開口部の側壁に、内側で連続するように形 成された流出防止エッジ（３６）が設けられている、請求項６記載の圧力センサ 装置。 ８． 流動可能な充填剤（３２）はゲルである、請求 項６または７記載の圧力センサ装置。 ９． 接続部材（２８）はチップ担体（５）から取り外し可能に構成されている 、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。 １０． 接続部材（２８）は、圧力印加可能な媒体（３３）を有する案内部に接 続されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の圧力センサ装置。 １１． 圧力印加可能な媒体（３３）を有する案内部を圧力センサ装置（１）に 接続するための接続部材、例えば請求項１から１０までのいずれか１項記載の圧 力センサ装置に案内部を接続するための接続部材において、 接続部材（２８）は、圧力センサ装置（１）に向かう一方側が開口部として 構成されており、 該開口部（２３）を制限する、接続部材（２８）の縁部域（１４、１５）に 保持手段（２７）が設けられており、 該保持手段は、圧力センサ装置（１）の支持手段（２６）を形状によって機 械的に遊びなく接続するために用いられ、 接続部材（２８）を圧力センサ装置（１）に装着する際に該保持手段（２７ ）および支持手段（２６）は交互に係合されるように構成されている、ことを特 徴とする案内部を圧力センサ装置に接続するための接続部材。 １２． 接続部材（２８）のチップ担体（５）に向かう側は弾性を有するダイヤ フラム（３５）により閉鎖されている、請求項１１記載の接続部材。