JP3149678B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents

半導体圧力センサ

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車のエンジン制御
用などの用途に適用される表面加圧形の半導体圧力セン
サ、特にその樹脂パッケージの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】頭記した表面加圧形の半導体圧力センサ
として、図3(a),(b)で示すような構成のものが公
知である。図において、1は半導体(シリコン)基板の
一部にダイアフラムを形成するとともに、基板上に半導
体製造プロセスによりセンサ部としての歪ゲージ抵抗,
オペアンプ部,調整回路部を集積化して形成した感圧チ
ップ、2は感圧チップ1を搭載した台座(熱膨張係数が
感圧チップ1のシリコン基板とほぼ同じであるガラス台
座)、3は外部リード4を一体成形した上面開放形の樹
脂ケース、5は感圧チップ1と外部リード4との間を接
続するアルミワイヤである。ここで、感圧チップ1は真
空室中で台座2の上に陽極接合して感圧ユニットを組立
て、感圧チップと台座との間でダイアフラム1aの裏面
側に真空基準室となる密閉空間を形成している。そし
て、前記の感圧ユニットは樹脂ケース3の凹所底面に接
着剤(例えばシリコーン接着剤)で接合されている。
【0003】また、前記の樹脂ケース3はトランスファ
成形法で作られた樹脂成形品であり、その成形金型6と
しては図4(a)で示すように通常のトランスファ成形
金型として使われているサイドゲート金型を使用してい
る。すなわち、成形金型6は上型6aと下型6bの組合
わせからなり、樹脂の注入湯口となるゲート6cが金型
の合わせ面の側方に設けてあり、このサイドゲート6c
を通じて溶融樹脂を金型のキャビティに注入して樹脂ケ
ース3を成形する。図4(b)はサイドゲート6cから
金型のキャビティ内に注入した溶融樹脂の流動を模式的
に表した図であり、ゲート6cからキャビティに流れ込
んだ溶融樹脂は矢印で表すようにほぼ同じ方向(左から
右方向)に流動してキャビティの隅々まで充填する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
に樹脂ケース3に感圧ユニット(感圧チップ1と台座2
との組立体)を組み込んだ半導体圧力センサは、実使用
面で次記のような問題点がある。すなわち、完成品とし
ての半導体圧力センサにヒートサイクルが加わると、樹
脂ケース3の熱膨張係数(約20〜100×10-6
℃)とガラス台座2の熱膨張係数(約3×10-6/℃)
との差により、樹脂ケース3とガラス台座2との間に熱
応力が生じる。この熱応力はガラス台座2に吸収されて
多少緩和されるが、緩和しきれない応力が感圧チップ1
に加わる。
【0005】一方、図4(a)に示したサイドゲート金
型を用いて成形した樹脂ケース3は、熱膨張係数に関し
て次のような特異性を示すことが知られている。すなわ
ち、図4(b)の矢印で表した溶融樹脂の流動方向を
X、それと直角な方向をYとして、樹脂成形品より前記
の流動方向Xに切出した試験片と、直角方向Yに切出し
た試験片についてその熱膨張係数を調べると方向性があ
り、流動方向Xでの熱膨張係数が20×10-6/℃であ
るのに対し、直角方向Yの熱膨張係数が110×10-6
/℃にもなる。なお、このような方向性を示す熱膨張係
数の特異性は、成形樹脂に強化剤として添加したフィラ
ー(ガラス繊維,カーボン繊維など)の影響によるもの
と推定される。
【0006】このために、サイドゲート金型で成形した
樹脂ケース3を採用してここに感圧ユニットを組み込ん
だ従来の圧力センサでは、樹脂ケース3の成形時におけ
る溶融樹脂の流動方向によって熱膨張係数が異なり、特
に流動方向Xに比べて直角方向Yの熱膨張係数が大とな
る。このために、半導体圧力センサの実使用状態でヒー
トサイクルが加わると、前記した樹脂ケース3の熱膨張
係数の特異性,および樹脂ケース3とガラス台座2との
熱膨張係数差が原因となって図5で表すように感圧チッ
プ1に大きな変形(反り)が生じ(図5は変形を誇張し
て描いている)、これが感圧チップ1に形成した歪ゲー
ジ抵抗などに大きく影響して圧力センサとしての出力感
度が変化し、安定した測定精度が得られなくなる。
【0007】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記課題を解決し、ヒートサイクル
の影響を低く抑えて安定した出力感度が得られるように
した信頼性の高い半導体圧力センサを提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体圧力センサにおいては、感圧ユニッ
トを組み込む樹脂ケースを、感圧ユニット搭載領域のほ
ぼ中心位置に樹脂注入湯口のゲートを設けたセンタゲー
ト金型で成形するものとする。また、かかる半導体圧力
センサを主部品として例えば自動車搭載用に仕立てた圧
力センサの具体的な組立構造を得るために、前記半導体
圧力センサの組立体を、測定圧の導入部,および外部接
続用コネクタ端子を備えた樹脂成形品としてなる外ケー
スの中に収容し、かつ感圧ユニットを組み込んだ樹脂ケ
ースより引出した外部リードを外ケースのコネクタ端子
に接続するとともに、測定圧の導圧空間を除いて外ケー
スの開放面と前記樹脂ケースとの間の隙間に封止樹脂を
充填して組立て構成することができる。
【0009】
【作用】上記の構成において、センタゲート金型を用い
て成形された樹脂ケースは、金型のセンタゲートを中心
に溶融樹脂が金型キャビティ内で放射状に流動して成形
される。しかも、金型のセンタゲートは樹脂ケースに組
み込まれる感圧ユニット搭載面のほぼ中心に位置するよ
う設定されているので、これにより感圧ユニットの搭載
位置を基点とした樹脂ケースの放射方向の熱膨張係数は
どの方向をとっても同じであり、かつ先記した樹脂成形
品の特異性からその熱膨張係数は最小となる。しかも、
樹脂ケースは温度変化によりケース中心から放射方向に
沿って熱膨張,収縮する。したがって、この樹脂ケース
に感圧ユニットを組み込んだ圧力センサに対して、その
実使用時にヒートサイクルが加わっても、樹脂ケースと
の熱膨張差が基で感圧ユニットに作用する変形,応力は
僅少に抑えられるので、これにより圧力センサの出力感
度が安定する。
【0010】また、かかる構成の半導体圧力センサを、
測定圧の導入部,および外部接続用コネクタ端子を備え
た樹脂成形品としてなる外ケースの中に収容し、かつ感
圧ユニットを組み込んだ樹脂ケースより引出した外部リ
ードを外ケースのコネクタ端子に接続するとともに、測
定圧の導圧空間を除いて外ケースの開放面と前記樹脂ケ
ースとの間の隙間に封止樹脂を充填した組立構造によれ
ば、例えばエンジン制御システムに適用する自動車搭載
用として、少ない部品点数で堅牢,かつ気密性の高い圧
力センサが簡単に製作できる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、図中で図3,図4に対応する同一部材には
同じ符号が付してある。まず、図1(a)〜(c)にお
いて、(a)図に示した半導体圧力センサの基本構造は
図3のものと同じであるが、本発明では、感圧ユニット
(感圧チップ1と台座2との組立体)を組み込んだ樹脂
ケース3を(b)図に示すセンタゲート金型を用いてト
ランスファ成形するものとする。すなわち、上型6aと
下型6bを組合わせた成形金型6に対して、樹脂注入湯
口となるゲートは、センタゲート6dとして感圧ユニッ
ト搭載面の中心位置とほぼ一致するように下型6bの底
面中央に設けてある。
【0012】かかるセンタゲート金型6を用いて樹脂ケ
ース3を成形すると、センタゲート6dを通じて金型の
キャビティ内に注入した溶融樹脂は、(c)図の矢印で
表すようにセンタゲート6dを中心に放射状に流動して
キャビティの隅々に充填されるようになる。したがっ
て、成形後の樹脂ケース3に付いては、感圧ユニット搭
載面の中心を基点とした樹脂ケース3の放射方向の熱膨
張係数はどの方向をとっても同じであり、かつ先記した
樹脂成形品の特異性からその熱膨張係数は最小となる。
これにより、ヒートサイクルによる感圧チップ1への熱
的応力の影響を僅少に抑えることができる。
【0013】図2は、図1で述べた半導体圧力センサを
採用して自動車搭載用に仕立てた本発明実施例の具体的
な組立構造図である。この実施例においては、まず、感
圧ユニットを樹脂ケース3に組み込んだ状態で、感圧チ
ップ1の加圧側表面(露呈面)に、アルミワイヤ5を含
めてシリコーンゲル7を塗布して封止しておく。一方、
半導体圧力センサの保護筐体を兼ねたエンジン取付け用
ケースとして、測定圧力の導圧孔8a,コネクタ受け部
8b,および該コネクタ受け部の中に突出した端子8c
を一体成形した樹脂成形品としての箱形の外ケース8を
用意し、この外ケース8の中に前記した半導体圧力セン
サの組立体を、図示のように感圧チップ1の加圧面が導
圧孔8aと向かい合うような姿勢でセットし、この位置
で樹脂ケース3から引出した外部リード4とコネクタ端
子8bとの間を溶接接合するとともに、さらに導圧孔8
aに通じる樹脂ケース3の開放面(導圧空間)を除いて
樹脂ケース3の外周と外ケース8との間の隙間に封止樹
脂を隙間なく充填して硬化させる。かかる組立構造によ
り、堅牢で気密性の高い圧力センサの製品が得られる。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば次記
の効果を奏する。 (1)請求項1の構成によれば、センタゲート金型で成
形された樹脂ケースの熱膨張係数に関する特異性を巧み
に活かして樹脂ケースと該ケース内に組み込まれた感圧
ユニットとの間の熱膨張差を小さく抑え、ヒートサイク
ルが加わった際の熱膨張差が原因で感圧チップに加わる
応力,変形を僅少にして圧力センサの出力感度の変化を
防ぐことができ、これにより安定した測定精度と併せて
高信頼性の半導体圧力センサが提供できる。
【0015】(2)また、請求項2の構成を採用するこ
とにより、例えば自動車搭載用の圧力センサとして、少
ない部品点数で堅牢,かつ気密性の高い半導体圧力セン
サの製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による半導体圧力センサを示す
構成図であり、(a)はその構成断面図、(b)は
(a)図における樹脂ケースの成形に用いるセンタゲー
ト金型の略示構造図、(c)は(b)図の金型に注入し
た溶融樹脂の流動を模式的に表した図
【図2】図1の半導体圧力センサを主部品として組立て
た製品の構成断面図
【図3】従来における半導体圧力センサの構成図であ
り、(a)は平面図、(b)は断面側視図
【図4】図3における樹脂ケースの製作法の説明図であ
り、(a)はサイドゲート金型の略示構造図、(b)は
(a)図の金型に注入した溶融樹脂の流動を模式的に表
した図
【図5】図3の構成に対してヒートサイクルが加わった
際に生じた感圧チップの変形を表す図
【符号の説明】
1 感圧チップ 2 台座 3 樹脂ケース 4 外部リード 5 アルミワイヤ 6 樹脂ケースの成形金型 6d センタゲート 8 外ケース 8a 導圧孔 8c コネクタ端子 9 封止樹脂

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板にダイアフラム,歪ゲージを形
    成した感圧チップを台座の上に搭載して接合し、かつ感
    圧チップと台座とで囲まれたダイアフラムの裏面側空間
    に真空基準室を成形してなる感圧ユニットを、その感圧
    チップを開放面側に向けて外部リード付きの樹脂ケース
    に組み込むとともに、感圧チップの電極と樹脂ケース側
    の外部リードの間をワイヤ接続して組立て構成した半導
    体圧力センサにおいて、前記樹脂ケースが、感圧ユニッ
    ト搭載領域のほぼ中心位置に樹脂注入湯口のゲートを設
    けたセンタゲート金型を用いて成形した樹脂成形品であ
    ることを特徴とする半導体圧力センサ。
  2. 【請求項2】請求項1に記載した半導体圧力センサの組
    立体を、測定圧の導入部,および外部接続用コネクタ端
    子を備えた樹脂成形品としてなる外ケースの中に収容
    し、かつ感圧ユニットを組み込んだ樹脂ケースより引出
    した外部リードを外ケースのコネクタ端子に接続すると
    ともに、測定圧の導圧空間を除いて外ケースの開放面と
    前記樹脂ケースとの間の隙間に封止樹脂を充填して組立
    てたことを特徴とする半導体圧力センサ。
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