JP6144859B2 - 流量センサとその製造方法、及び流量センサモジュール - Google Patents

Description

本発明は、空気などの流体の流量検出部とダイヤフラムとを形成した半導体素子と、前記半導体素子を制御するための電気制御回路部を配置した基板またはリードフレームとを備え、半導体素子の空気流量検出部を露出させた状態で、半導体素子の一部表面を含み、電気制御回路部の表面が樹脂で覆われていることを特徴とする流量センサとその製造方法、及び流量センサモジュールに関する。

現状の空気流量検出部を有する半導体素子と電気制御回路、基板からなる流量センサにおいて、半導体素子と基板を電気的に接続する金線はポッティング樹脂を用いて保護、固定されている。ポッティング樹脂による固定は、通常、半導体素子を金型などで拘束しない状態で行なわれるので、ポッティング樹脂の収縮により、半導体素子が移動する場合がある。従って、ポッティング樹脂による固定は、寸法精度が悪くなる問題がある。更に、ポッティング樹脂を硬化させる時間が長いので、コストが高くなる問題もある。

これらの問題を解決するためには、従来のポッティングではなく、空気流量検出部を有する半導体素子と基板またはリードフレームを、前記空気流量検出部を露出させた状態で、モールドすることにより固定する構造が考えられる。
このとき、半導体素子を金型でクランプした状態でのモールドにより、モールド後の半導体素子と基板の位置決め精度を向上し、金型からの樹脂への伝熱により、樹脂の硬化時間を短くすることができる。

また、空気流量検出部を有する半導体素子とリードフレームのモールド一体構造としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。

特許文献１、２は共に、側温抵抗体や空洞部を含まない半導体センサ素子の片方の端部が、リードフレームとモールド一体成形されている構造である。

特願平９−１５８７３９号（特開平１１−００６７５２号公報） 特願２００６−２９３０３０号（特開２００８−１１１６６８号公報）

特許文献１、２の構造では、半導体素子の空気流量検出部以外の面の周囲は樹脂またはリードフレームで囲まれておらず、流路の狭いダイヤフラム内に空気が流れ込むことにより、空気流量検出側の流量を正確に検出できない構造上の問題もある。

また、特許文献１、２の構造を製造する場合、半導体素子とリードフレームを金型内に設置して、モールド樹脂で一体成形を行なうプロセスにおいて、樹脂バリ防止と、半導体素子の位置決めをするため、金型で半導体素子とリードフレームをクランプして固定する必要がある。

この製造プロセスにおける特許文献１、２の構造上の問題点は金型による半導体素子のクランプ時に、半導体素子または半導体素子とリードフレームの接続用接着剤の寸法バラツキにより、金型のクランプで半導体素子上の空気流量検出部へのバリ発生や半導体素子破断が生じることである。

本発明は上記の問題を解決するため、樹脂モールド、または基板、または予めモールドしたプリモールド部品などで構成される面が、半導体素子の空気流量検出部分の設置面と直交する３面と連続して接触しない状態で、半導体素子を囲んだ流量センサの構造を提供することを目的とする。

また、半導体素子をクランプする金型の入れ駒をバネで支持したり、金型表面に弾性体のフィルムを設置することにより、バネの変形や弾性体フィルムの肉厚方向の変形により半導体素子の寸法バラツキを吸収できる製造方法を提供する。即ち、半導体素子の寸法バラツキが生じてもバリ発生や半導体素子破断を防止することを可能とする。

現状の流量センサにおいて、半導体素子と基板を電気的に接続する金線はポッティング樹脂を用いて保護、固定されている。ポッティング樹脂による固定は、半導体素子を金型などで拘束しない状態で行なわれるので、ポッティング樹脂の収縮により、半導体素子が移動する場合がある。従って、ポッティング樹脂による固定は、寸法精度が悪くなることに加えて、ポッティング樹脂を硬化させる時間が長いので、コストが高くなる問題がある。

これらの問題を解決するためには、従来のポッティングではなく、空気流量検出部を有する半導体素子と基板またはリードフレームを、前記空気流量検出部を露出させた状態で、モールドすることにより固着する構造が考えられる。

このモールドにより固着する構造の課題は、流路の狭いダイヤフラム部への空気の流れ込みの防止である。本発明では、樹脂モールド、または基板、または予めモールドしたプリモールド部品などで構成される面が、半導体素子の空気流量検出部分の設置面と直交する３面と連続して接触しない状態で、半導体素子を囲んだ流量センサの構造を提供する。

また、製造上の課題は、金型でのクランプによる半導体素子のバリ発生や破断を防止することである。

前記課題を解決するため、本発明では空気流量検出部とダイヤフラムとを形成した半導体素子と、前記半導体素子を制御するための電気制御回路部を配置した基板またはリードフレームを備え、前記空気流量検出部を露出させた状態で、前記半導体素子の一部表面を含み、前記電気制御回路部の表面が樹脂で覆われている空気流量センサの構造を用いる。

このとき、半導体素子と、半導体素子の電気信号を伝える金線と、基板またはリードフレームを一体で樹脂モールドする部分を除いて、半導体素子と樹脂モールドは接触しない構造とする。

即ち、樹脂モールド、または基板、または予めモールドしたプリモールド部品などで構成される面が、半導体素子の空気流量検出部分の設置面と直交する３面と連続して接触しない状態で、半導体素子を囲んだ流量センサの構造を提供する。

なお、半導体素子の空気流量検出部の設置面と直交し、並行する２面が樹脂モールドと接する場合には、半導体素子と樹脂モールド部との線膨張係数の差で半導体素子に搭載した空気流量検出部に応力が発生し、空気流量を正確に測定できない問題が生じる。

また、半導体素子をクランプする金型の可動入れ駒をバネで支持したり、金型表面に弾性体のフィルムを設置することにより、バネの変形や弾性体フィルムの肉厚方向の変形により半導体素子の寸法バラツキを吸収できる製造方法を提供する。即ち、半導体素子の寸法バラツキが生じてもバリ発生や半導体素子破断を防止することができる。

なお、半導体素子に形成した空気流量検出部に樹脂バリが生じると、空気流量を正確に検出できない問題が生じる。

なお、以上では流量センサの構造と製造方法について示したが、本発明の製造方法はこれだけに限定されるものではなく、湿度センサなどの半導体素子の一部を露出させた状態で樹脂封止する部品の製造方法にも用いることができる。

本発明によれば、空気流量検出部を形成した半導体素子と基板またはリードフレームを電気的に接続する金線を、金型に部品をクランプした状態での樹脂モールドで覆うことにより、半導体素子の位置決め精度を向上できる。また、金型から樹脂への伝熱により、樹脂の硬化時間を短くし、成形タクトの短縮も可能になる。

また、この樹脂モールドプロセスにおいて、半導体素子を上下方向からクランプする金型をバネで支持したり、金型表面に弾性体のフィルムを設置することにより、バネの変形や弾性体フィルムの肉厚方向の変形により半導体素子の寸法バラツキを吸収できる。即ち、半導体素子の寸法バラツキが生じてもバリ発生や半導体素子破断を防止することができるので、製造歩留まりを向上できる。

図１は、基板を用いた流量センサのモールド前の構造である。 図２は、図１の基板に設置した半導体素子と制御基板を含む構造体をモールドにより樹脂封止するための製造方法である。 図３は、半導体素子を上下でクランプする金型の少なくとも一方が金型内をスライドできる入れ駒で構成され、金型内をスライドできる入れ駒の半導体素子と接する反対側をバネなどの弾性体で支持している構造の金型を用いた製造方法である。 図４は、半導体素子を上下でクランプする金型の少なくとも一方にテフロン（登録商標）などの弾性体の入れ駒を設置した構造の金型を用いた製造方法である。 図５は、基板の開口部から金型の入れ駒により半導体素子を支持し、金型の樹脂材料と接する上金型側に弾性体のフィルムを設置し、弾性体のフィルムを介して半導体素子を上下でクランプする金型を用いた製造方法である。 図６は、入れ駒で半導体素子のダイヤフラム部を支持しない金型を用いた製造方法である。 図７は、図１で示すモールド前の半導体素子と制御基板を含む構造体を図３の金型でモールドした構造の構造である。 図８は、リードフレームを用いた流量センサのモールド前の構造である。 図９は、図８のモールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした製造方法である。 図１０は、半導体素子を上下でクランプする金型の少なくとも一方が金型内をスライドできる入れ駒で構成され、金型内をスライドできる入れ駒の半導体素子と接する反対側をバネなどの弾性体で支持している構造の金型を用いた製造方法である。 図１１は、半導体素子を上下でクランプする金型の少なくとも一方にテフロンなどの弾性体の入れ駒を設置した構造の金型を用いた製造方法である。 図１２は、基板の開口部から金型の入れ駒により半導体素子を支持し、金型の樹脂材料と接する上金型側に弾性体のフィルムを設置し、弾性体のフィルムを介して半導体素子を上下でクランプする金型を用いた製造方法である。 図１３は、入れ駒で半導体素子のダイヤフラム部を支持しない金型構造を用いた製造方法である。 図１４は、図８で示すモールド前の半導体素子と制御基板を含む構造体を図１０の金型でモールドした構造である。 図１５は、図１４のモールドした構造の出力端子以外のリードフレームのダム部を切断した構造である。 図１６は、空気流量検出部とダイヤフラムとを形成した半導体素子が、基板の端部から露出された状態で搭載されたモールド前の流量センサの構造である。 図１７は、図１６に示すモールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした製造方法である。 図１８は、図１６で示すモールド前の半導体素子と制御基板を含む構造体を図１７の金型でモールドした構造の構造である。 図１９は、空気流量検出部とダイヤフラムとを形成した半導体素子が、リードフレームの端部から露出された状態で搭載されたモールド前の流量センサの構造である。 図２０は、図１９に示すモールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の製造方法である。 図２１は、図１９で示すモールド前の半導体素子と制御基板を含む構造体を図２０の金型でモールドした構造の構造である。 図２２は、樹脂封止した図７の流量センサを空気の通路を形成する構造体に設置した場合の構造である。 図２３は、空気流量検出部とダイヤフラムとを形成した半導体素子と、半導体素子を制御するための電気制御回路３部を配置した基板とを備え、前記半導体素子が段差部に搭載され半導体素子が設置される基板の段差部に肉厚差を設けたモールド前の流量センサの構造である。 図２４は、図２３の（ｂ）に示すＡ−Ａ断面において、モールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の製造方法である。 図２５は、空気流量検出部とダイヤフラムとを形成した半導体素子と、半導体素子を制御するための電気制御回路３部を配置したリードフレームとを備え、半導体素子の一部とリードフレームがスペーサで支持されて接する構造となっているモールド前の流量センサの構造である。 図２６は、図２５の基板に設置した半導体素子と制御基板を含む構造体をモールドにより樹脂封止するための製造方法である。 図２７は、プリモールド部品に搭載した空気流量検出部とダイヤフラムとを形成した半導体素子、半導体素子を制御するための電気制御回路３部を配置したリードフレームとを備えたモールド前の流量センサの構造である。 図２８は、プリモールド部品の構造である。 図２９は、図２７の（ｂ）に示すＡ−Ａ断面において、モールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の製造方法である。 図３０は、図２７で示すモールド前の半導体素子と制御基板を含む構造体を図２８の金型でモールドした構造である。 図３１は、プリモールド部品に設置したスナップフィット構造を用いて、プリモールド部品と半導体素子、またはプリモールド部品とリードフレームを接合する場合のモールド前の構造である。 図３２は、図３１で用いたプリモールド部品の構造である。 図３３は、プリモールド部品と半導体素子、またはプリモールド部品とリードフレームを圧入で接合する場合のモールド前の構造である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態について説明する。図１の（ａ）は、流量センサのモールド前の平面図を示す。図１−ｂは図１の（ａ）の裏面における平面図を示し、図１の（ｃ）は図１の（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。

図１の（ａ）、１の（ｂ）、１の（ｃ）で示すように、モールド前の流量センサは、空気流量検出部１とダイヤフラム８とを形成した半導体素子２と、一方に段差付き開口部７を配置し、他方に前記半導体素子２を制御するための電気制御回路３部を配置した基板４とを備え、前記半導体素子２が前記開口部７に設置した段差部に搭載され、金線５および基板４に設置された配線６によって電気信号が伝えられる構造である。また、電気制御回路３および半導体素子２は接着剤１０などで基板４に接合されている。

ここで、半導体素子２は、空気流量検出部１として、少なくとも発熱抵抗体と測温抵抗体を設置し、発熱抵抗体の温度が空気温度に対応する側温抵抗体よりも一定温度高くなるように、電気制御回路３で制御する。空気の流れで側温抵抗体の温度が変化する場合には、一定温度高くなるように発熱抵抗体に流す加熱電流値を流量として検出する。

なお、空気流量検出部１は、少なくとも発熱抵抗体と測温抵抗体を設置していれば良いものとし、例えば、空気流量の上下流の測温抵抗体の温度差から流量を検出できるものとする。

発熱抵抗体および測温抵抗体は、白金などの金属膜、多結晶ケイ素などの半導体薄膜をスパッタ、ＣＶＤなどの方法で形成後、イオンエッチングなどの方法で形成するものとする。

空気流量検出部１を形成する半導体素子２には、熱絶縁のためにダイヤフラム８を形成する空洞を異方性エッチングなどの方法で形成するものとする。

なお、基板４の材質はガラスエポキシなどを用いて、モールド樹脂１１の材質は、エポキシまたはフェノールなどの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの熱硬化性樹脂を用いて、樹脂中にガラス、マイカなどの充填材を混入することもできる。

［製造方法］
ここで、図１の基板４に設置した半導体素子２と制御基板４を含む構造体をモールドにより樹脂封止するための製造方法を図２に示す。

図２の（ａ）は、図１に示すＡ−Ａ断面において、図１のモールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の断面図を示す。
基板４に設置した開口部７に下金型１３を挿入し、半導体素子２を上下から上金型１２と下金型１３により挟み込んで固定することにより、モールド時の半導体素子２の寸法精度を向上できる。

また、空気流量検出部１は上金型１２が接触しないように上金型１２に空間９を設けた状態でゲート１４部から金型内に樹脂１１を充填し、電気制御回路３、金線５、半導体素子２の一部を樹脂１１で封止することができる。

図２の（ａ）のＢ−Ｂ断面は図２の（ｂ）、または図２の（ｃ）で構成される。ここで、ダイヤフラム８に樹脂１１が流れ込まないように、Ｂ−Ｂ断面における半導体素子２と基板４の隙間を塞いで、樹脂１１の流れを塞き止める必要がある。

Ｂ−Ｂ断面における半導体素子２と基板４間の隙間は、図２の（ｂ）に示すテフロンブロックなどの弾性体１５を設置したり、図２の（ｃ）に示す上金型１２に設置した入れ駒１６で樹脂１１を塞き止める構造とする。

ここで、半導体素子２は寸法ばらつきがあるので、図２の製造方法を用いると、半導体素子２の寸法が金型クランプ寸法よりも小さい場合には、半導体素子２上に樹脂１１漏れが発生し、半導体素子２の寸法が金型クランプ寸法よりも大きい場合には、半導体素子２の破断が生じることがある。

図３、図４、図５は、図１に示すＡ−Ａ断面において、図１のモールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の断面図を示す。

ここで、図３に示すように、半導体素子２を上下でクランプする金型の少なくとも一方が金型内をスライドできる可動入れ駒１７で構成され、金型内をスライドできる可動入れ駒１７の半導体素子２と接する反対側をバネ１８などの弾性体で支持している構造の金型を用いることができる。また、バネ１８はバネ押さえ１９で金型内に固定されているものとする。

また、図４に示すように、半導体素子２を上下でクランプする金型の少なくとも一方にテフロンなどの弾性体入れ駒２０を設置した構造の金型を用いることができる。

ここで、弾性体にはテフロン、フッ素樹脂などの高分子材料を用いることができる。

また、図５に示すように、基板４の開口部７からの下金型１３挿入により半導体素子２を支持し、金型の樹脂１１材料と接する上金型１２側に弾性体のフィルム２１を設置し、弾性体のフィルム２１を介して半導体素子２を上下でクランプする金型を用いることができる。

なお、図５の（ａ）は、図１に示すＡ−Ａ断面において、図１のモールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の断面図を示しており、図５の（ａ）のＢ−Ｂ断面は図５の（ｂ）、または図５の（ｃ）で構成される。

ここで、ダイヤフラム８部に樹脂１１が流れ込まないように、Ｂ−Ｂ断面における半導体素子２と基板４の隙間を塞いで、樹脂１１の流れを塞き止める必要がある。

Ｂ−Ｂ断面における半導体素子２と基板４間の隙間は、図５の（ｂ）に示すテフロンブロックなどの弾性体１５を設置したり、図５の（ｃ）に示す上金型１２に設置した入れ駒１６で樹脂１１を塞き止める構造とする。

ここで、弾性体のフィルム２１にはテフロン、フッ素樹脂などの高分子材料を用いることができ、弾性体フィルム２１の肉厚方向の寸法が変化することにより、半導体素子２の寸法がばらついた場合にも樹脂１１漏れ、破断が無く、モールドすることができる。

以上のように、図３、または図４、または図５に示す構造の金型を用いて、半導体素子２の寸法がばらついた場合にも樹脂１１漏れ、半導体素子２の破断が無く、モールドすることができる。

また、図５に示す半導体素子２をクランプする部分に図３に示す弾性体で支持された可動入れ駒１７を用いる構造、または図４に示す弾性体の入れ駒２０を用いる構造とすることもできる。

また、図３、４、５では基板４の開口部７からダイヤフラム８部も入れ駒で支持する構造としたが、図６のように、入れ駒で半導体素子２のダイヤフラム８部を支持しない構造とすることもできる。

また、図３の金型は、上金型１２または下金型１３のどちらか一方にテフロンなどの弾性体入れ駒２０の入れ駒を設置することもできる。

図４の金型は、上金型１２または下金型１３のどちらか一方にバネ１８などの弾性体に支持された入れ駒１６を設置することもできる。

［モールド後の構造］
図７の（ａ）は、図１で示すモールド前の半導体素子２と制御基板４を含む構造体を図３の金型でモールドして製造した流量センサの平面図である。

図７の（ｂ）は、図７の（ａ）のＡ−Ａ断面図を示しており、半導体素子２と基板４、電気制御回路３と基板４を電気的に接続する金線５はモールド樹脂１１で絶縁され、検出した流量を電気信号の出力部３８より出力するものとする。

また、本流量センサは、半導体素子２と、半導体素子２の電気信号を伝える金線５と、基板４を一体で樹脂モールドする部分を除いて、半導体素子２と樹脂１１モールド、または基板４は接触しない構造にできる。

即ち、基板４の壁２３が、半導体素子２の空気流量検出部分の設置面と直交する３面２２と連続した空間を有する状態で、半導体素子２を囲んだ流量センサの構造を提供できる。

［リードフレーム２４構造］
図８の（ａ）は、本発明による流量センサのモールド前の平面図を示す。図８の（ｂ）は図８の（ａ）の裏面における平面図を示し、図８の（ｃ）は図８の（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。

図８の（ａ）、図８の（ｂ）、図８の（ｃ）で示すように、モールド前の流量センサは、空気流量検出部１とダイヤフラム８とを形成した半導体素子２と、一方に開口部２５を配置し、他方に前記半導体素子２を制御するための電気制御回路３部を配置したリードフレーム２４とを備え、前記半導体素子２が前記開口部２５の投影面上に搭載される構造である。また、電気制御回路３および半導体素子２は接着剤１０などでリードフレーム２４に接合されている。また、リードフレーム部のダム２８は金型にクランプされて、樹脂の金型内からの流出を防止しており、モールド後のダム２８を切断し、出力端子２７から電気信号を出力するものとする。

［製造方法］
ここで、図８のリードフレーム２４に設置した半導体素子２と電気制御基板４を含む構造体をモールドにより樹脂封止するための製造方法を図９に示す。

図９の（ａ）は、図８に示すＡ−Ａ断面において、図８のモールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の断面図を示す。

リードフレーム２４に設置した開口部２５に下金型１３を挿入し、半導体素子２を上下から金型により挟み込んで固定し、前記半導体素子２の一部を露出させた状態で、前記半導体素子２の一部を含む表面に樹脂１１層を形成している。

このように半導体素子２を上下から金型で挟み込むことにより、モールド時の半導体素子２の寸法精度を向上できる。ここで、リードフレーム部のダム２８は金型でクランプされ、樹脂１１の金型内からの流出を防止している。

また、流量検出部１は金型が接触しないように金型に空間９を設けた状態でゲート１４部から金型内に樹脂１１を充填し、電気制御回路３、金線５、半導体素子２の一部を樹脂１１で封止することができる。

図９の（ａ）のＢ−Ｂ断面は図９の（ｂ）、または図９の（ｃ）で構成される。ここで、ダイヤフラム８部に樹脂１１が流れ込まないように、Ｂ−Ｂ断面における半導体素子２と基板４の隙間を塞いで、樹脂１１の流れを塞き止める必要がある。

Ｂ−Ｂ断面における半導体素子２と基板４間の隙間は、図９の（ｂ）に示すテフロンブロックなどの弾性体１５を設置したり、図９の（ｃ）に示す下金型１３に設置した入れ駒１６で樹脂１１を塞き止める構造とする。

ここで、半導体素子２は寸法ばらつきがあるので、図９の製造方法を用いると、半導体素子２の寸法が金型クランプ寸法よりも小さい場合には、半導体素子２上に樹脂１１漏れが発生し、半導体素子２の寸法が金型クランプ寸法よりも大きい場合には、半導体素子２の破断が生じることがある。

図１０、図１１、図１２は、図８に示すＡ−Ａ断面において、図８のモールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の断面図を示す。

図１０に示すように、半導体素子２を上下でクランプする金型の少なくとも一方が金型内をスライドできる可動入れ駒１７で構成され、金型内をスライドできる可動入れ駒１７の半導体素子２と接する反対側をバネ１８などの弾性体で支持している構造の金型を用いることができる。なお、バネ１８はバネ押さえ１９で金型内に固定されているものとする。

また、図１１に示すように、半導体素子２を上下でクランプする金型の少なくとも一方にテフロンなどの弾性体入れ駒２０を設置した構造の金型を用いることができる。

ここで、弾性体入れ駒２０にはテフロン、フッ素樹脂などの高分子材料を用いることができる。

また、図１２に示すように、リードフレーム２４の開口部から下金型１３の挿入により、半導体素子２を支持し、上金型１２の表面に弾性体のフィルム２１を設置し、弾性体のフィルム２１を介して半導体素子２を上下でクランプする金型を用いることができる。

ここで、弾性体のフィルム２１にはテフロン、フッ素樹脂などの高分子材料を用いることができ、弾性体フィルム２１の肉厚方向の寸法が変化することにより、半導体素子２の寸法がばらついた場合にも樹脂１１漏れ、破断が無く、モールドすることができ、弾性体フィルム２１の肉厚方向の寸法が変化することにより、半導体素子２の寸法がばらついた場合にも樹脂１１漏れ、半導体素子２の破断が無く、モールドすることができる。

以上のように、図１０、または図１１、または図１２に示す構造の金型を用いて、半導体素子２の寸法がばらついた場合にも樹脂１１漏れ、半導体素子２の破断が無く、モールドすることができる。

また、図１２に示す半導体素子２をクランプする部分に図１０に示す弾性体で支持された可動入れ駒１７、または図１１に示す弾性体の入れ駒２０を用いる構造とすることもできる。

また、図１０、１１、１２では基板４の開口部からダイヤフラム８部も入れ駒で支持する構造としたが、図１３のように、可動入れ駒１７で半導体素子２のダイヤフラム８部を支持しない構造とすることができる。

また、図１０の金型は、上金型１２または下金型１３のどちらか一方にテフロンなどの弾性体入れ駒２０の入れ駒を設置することもできる。

図１１の金型は、上金型１２または下金型１３のどちらか一方にバネ１８などの弾性体で支持された可動入れ駒１７を設置することもできる。

［モールド後の構造］
図１４の（ａ）は、図８で示すモールド前の半導体素子２と制御基板４を含む構造体を図１０の金型でモールドした構造の平面図である。

図１４の（ｂ）は、図１４の（ａ）のＡ−Ａ断面図を示している。このように、半導体素子２とリードフレーム２４、電気制御回路３とリードフレーム２４を電気的に接続する金線５はモールド樹脂１１で絶縁される。

また、図１５は、出力端子２７以外のリードフレーム２４のダム２８部を切断した構造を示し、検出した流量を電気信号として出力端子２７より出力するものとする。

また、半導体素子２と、半導体素子２の電気信号を伝える金線５と、リードフレーム２４を一体で樹脂１１モールドする部分を除いて、半導体素子２と樹脂１１モールドは接触しない構造にできる。

即ち、樹脂１１モールド部分で形成される樹脂壁２６が、半導体素子２の空気流量検出部分の設置面と直交する３面２２と連続した空間を有する状態で、半導体素子２を囲んだ流量センサの構造を提供できる。

［基板４端部からの半導体素子の露出構造］
図１６の（ａ）は、本発明による流量センサのモールド前の表面における平面図を示す。図１６の（ｂ）は図１６の（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。

図１６の（ａ）、１６の（ｂ）で示すように、モールド前の流量センサは、空気流量検出部１とダイヤフラム８とを形成した半導体素子２が、基板４の端部から露出された状態で搭載され、他方に前記半導体素子２を制御するための電気制御回路３部を配置した基板４とを備えた構造である。

［製造方法］
ここで、図１６の基板４に設置した半導体素子２と制御基板４を含む構造体をモールドにより樹脂１１封止するための製造方法を図１７に示す。

図１７は、図１６に示すＡ−Ａ断面において、図１６のモールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の断面図を示す。

半導体素子２を上下から金型により挟み込んで固定し、前記半導体素子２の一部を露出させた状態で、前記半導体素子２の一部を含む表面に樹脂１１層を形成している。このように、半導体素子２を上下でクランプする金型の少なくとも一方が金型内をスライドできる可動入れ駒１７で構成され、金型内をスライドできる可動入れ駒１７の半導体素子２と接する反対側をバネ１８などの弾性体で支持している構造の金型を用いることができる。

また、図１７で示した金型は、図４に示すように、半導体素子２を上下でクランプする金型の少なくとも一方にテフロンなどの弾性体入れ駒２０を設置した構造の金型を用いることができる。

また、図１７で示した金型は、図５に示すように、金型の樹脂１１材料と接する上金型１２側に弾性体のフィルム２１を設置し、弾性体のフィルム２１を介して半導体素子２を上下でクランプする金型を用いることができる。

図１７に示す弾性体で支持された可動入れ駒１７を用いることにより、半導体素子２の寸法がばらついた場合にも樹脂１１漏れ、破断が無く、モールドすることができる。

［モールド後の構造］
図１８の（ａ）は、図１６で示すモールド前の半導体素子２と制御基板４を含む構造体を図１７の金型でモールドした構造の平面図である。

図１８の（ｂ）は、図１８の（ａ）のＡ−Ａ断面図を示している。このように、半導体素子２と基板４、電気制御回路３と基板４を電気的に接続する金線５はモールド樹脂１１で絶縁され、検出した流量を電気信号の出力部３８より出力するものとする。

また、図１８で示す流量センサを用いる場合には、別途半導体素子２と連続した空間を有する構造体で、半導体素子２の周囲を囲った状態にすることにより、ダイヤフラム８部への空気流入を防止することができる。

図１９の（ａ）は、本発明による流量センサのモールド前の表面における平面図を示す。図１９の（ｂ）は図１９の（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。

図１９の（ａ）、１９の（ｂ）で示すように、モールド前の流量センサは、空気流量検出部１とダイヤフラム８とを形成した半導体素子２が、リードフレーム２４の端部から露出された状態で搭載され、他方に前記半導体素子２を制御するための電気制御回路３部を配置したリードフレーム２４とを備えた構造である。

［製造方法］
ここで、図１９のリードフレーム２４に設置した空気流量検出部１と制御基板４を含む構造体をモールドにより樹脂封止するための製造方法を図２０に示す。

図２０は、図１９に示すＡ−Ａ断面において、図１９のモールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の断面図を示す。

半導体素子２を上下から金型により挟み込んで固定し、前記半導体素子２の一部を露出させた状態で、前記半導体素子２の一部を含む表面に樹脂１１層を形成している。このように、半導体素子２を上下でクランプする金型の少なくとも一方が金型内をスライドできる可動入れ駒１７で構成され、金型内をスライドできる可動入れ駒１７の半導体素子２と接する反対側をバネ１８などの弾性体で支持している構造の金型を用いることができる。

なお、リードフレーム部のダム２８は金型でクランプされ、樹脂１１の金型内からの流出を防止している。

また、図２０で示した金型は、図４に示すように、半導体素子２を上下でクランプする金型の少なくとも一方にテフロンなどの弾性体入れ駒２０を設置した構造の金型を用いることができる。

また、図２０で示した金型は、図５に示すように、金型の樹脂１１材料と接する上金型１２側に弾性体のフィルム２１を設置し、弾性体のフィルム２１を介して半導体素子２を上下でクランプする金型を用いることができる。

図２０に示す弾性体で支持された入れ駒を用いることにより、半導体素子２の寸法がばらついた場合にも樹脂１１漏れ、破断が無く、モールドすることができる。

［モールド後の構造］
図２１の（ａ）は、図１９で示すモールド前の半導体素子２と制御基板４を含む構造体を図２０の金型でモールドした構造の平面図である。

図２１の（ｂ）は、図２１の（ａ）のＡ−Ａ断面図を示している。このように、半導体素子２とリードフレーム２４、電気制御回路３と基板４を電気的に接続する金線５はモールド樹脂１１で絶縁され、リードレームのダム２８部分を切断した後、検出した流量を電気信号の出力端子２７より出力するものとする。

また、図２０で示す流量センサを用いる場合には、別途半導体素子２と連続した空間を有する構造体で、半導体素子２の周囲を囲った状態にすることにより、ダイヤフラム８部への空気流入を防止することができる。

［流量センサの空気通路部への設置］
図２２の（ａ）は、樹脂封止した図７の流量センサを空気の通路を形成する構造体２９に設置した場合の平面図であり、空気通路を形成する構造体２９には、空気の通路溝３０を加工している。

図２２の（ｂ）は、図２２の（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。このように、空気の通路を形成する構造体２９の位置決め用凸部３３を、流量センサの開口部７に挿入して固定することにより、空気の通路を形成する構造体２９と流量センサの位置決め精度向上、組み付け時間の短縮を図ることができる。

図２２の（ｃ）は、図２２の（ｂ）の断面で示す流量センサを搭載した空気の通路を形成する構造体２９の上部にカバー３４を設置した場合の断面図である。

図２２の（ｃ）で示す空気の通路３０において、図２２の（ａ）で示す入り口３１から流入した空気が空気の通路３０を流れ、流量検出センサの上部を通過して、図２２の（ａ）で示す上方に設置した出口３２から排出される構造である。

［基板４の段差部に肉厚差を設けた構造］
図２３の（ａ）は、流量センサのモールド前の表面における平面図を示す。図２３の（ｂ）は図２３の（ａ）のＡ−Ａ断面の第一の実施例を示している。

図２３の（ａ）、２３の（ｂ）で示すように、モールド前の流量センサは、空気流量検出部１とダイヤフラム８とを形成した半導体素子２と、半導体素子２を制御するための電気制御回路３部を配置した基板４とを備え、前記半導体素子２が段差部に搭載され、金線５と基板４に設置された配線６によって電気信号が伝えられる構造である。また、電気制御回路３は接着剤１０などで基板４に接合されている。

ここで、半導体素子２が設置される基板４の段差部には、肉厚差を設け、半導体素子２の電気制御回路３側は、接着剤１０などで基板４に接合されており、半導体素子２の電気制御回路３との反対側は段差部の肉厚が大きくなっている部分３５と接する構造となっている。

図２３の（ｃ）は図２３の（ａ）のＡ−Ａ断面の第二の実施例を示している。このように、半導体素子２の電気制御回路３側は、接着剤１０などで基板４に接合されており、半導体素子２の電気制御回路３との反対側は基板４の段差部とスペーサ３６で支持されて接する構造となっている。

なお、スペーサ３６には、テフロン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂などの有機材料を用いることができ、基板４と半導体素子２を接着する構造または接着しない構造とすることができる。

［製造方法］
ここで、図２３の基板４に設置した半導体素子２と制御基板４を含む構造体をモールドにより樹脂封止するための製造方法を図２４に示す。

図２４の（ａ）は、図２３の（ｂ）に示すＡ−Ａ断面において、モールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合を示す。

上金型１２の表面に弾性体のフィルム２１を設置し、弾性体のフィルム２１を介して半導体素子２を上下でクランプする金型を用いることができる。

ここで、図２３の（ｂ）で示すように、半導体素子２におけるダイヤフラム８と相対する電気制御回路３との反対側は段差部の肉厚が大きくなっている部分と接する構造となっているので、上金型１２からの弾性体のフィルム２１を介してクランプをしても、金型クランプ方向において正確な位置決めができる。

図２４の（ａ）のＢ−Ｂ断面は図２４の（ｂ）、または図２４の（ｃ）で構成される。

ダイヤフラム８部に樹脂１１が流れ込まないように、Ｂ−Ｂ断面における半導体素子２と基板４の隙間を塞いで、樹脂１１の流れを塞き止める必要がある。

Ｂ−Ｂ断面における半導体素子２と基板４間の隙間は、図２４の（ｂ）に示すテフロンブロックなどの弾性体１５を設置したり、図２４の（ｃ）に示す上金型１２に設置した入れ駒１６で樹脂１１を塞き止める構造とする。

なお、弾性体のフィルム２１にはテフロン、フッ素樹脂などの高分子材料を用いることができ、弾性体フィルム２１の肉厚方向の寸法が変化することにより、半導体素子２の寸法がばらついた場合にも樹脂１１漏れ、破断が無く、モールドすることができる。

また、モールド後に形成される本流量センサは、半導体素子２と、半導体素子２の電気信号を伝える金線５と、基板４を一体で樹脂１１モールドする部分を除いて、半導体素子２と樹脂１１モールドは接触しない構造にできる。

即ち、基板４の壁２３が、半導体素子２の空気流量検出部分の設置面と直交する３面２２と連続した空間を有する状態で、半導体素子２を囲んだ流量センサの構造を提供できる。

［リードフレーム構造にスペーサを設けた構造］
図２５の（ａ）は、流量センサのモールド前の表面における平面図を示す。図２５の（ｂ）は図２５の（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。

図２５の（ａ）、２５の（ｂ）で示すように、モールド前の流量センサは、空気流量検出部１とダイヤフラム８とを形成した半導体素子２と、半導体素子２を制御するための電気制御回路３を配置したリードフレーム２４とを備え、前記半導体素子２が導電性を有するリードフレーム２４によって電気信号が伝えられる構造である。また、電気制御回路３は接着剤１０などでリードフレーム２４（図１〜図２４の実施例の基板４に相当）に接合されている。

図２５の（ｂ）で示すように、半導体素子２の電気制御回路３側は、接着剤１０などでリードフレーム２４に接合されており、半導体素子２の電気制御回路３との反対側はリードフレーム２４とスペーサ３６で支持されて接する構造となっている。

なお、スペーサ３６には、テフロン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂などの有機材料を用いることができ、リードフレーム２４と半導体素子２を接着する構造または接着しない構造とすることができる。

［製造方法］
図２５のリードフレーム２４に設置した半導体素子２と電気制御回路３を含む構造体をモールドにより樹脂封止するための製造方法を図２６に示す。

図２６は、図２５の（ｂ）に示すＡ−Ａ断面において、モールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の断面図を示す。

ここで、上金型１２の表面に弾性体のフィルム２１を設置し、弾性体のフィルム２１を介して半導体素子２を上下でクランプする金型を用いることができる。

また、図２５の（ｂ）で示すように、半導体素子２の電気制御回路３との反対側はスペーサ３６によってリードフレーム２４と接する構造となっているので、上金型１２からの弾性体のフィルム２１を介してクランプをしても、金型クランプ方向において正確な位置決めができる。

なお、リードフレーム部のダム２８は金型でクランプされ、樹脂１１の金型内からの流出を防止している。

また、弾性体のフィルム２１にはテフロン、フッ素樹脂１１などの高分子材料を用いることができ、弾性体フィルム２１の肉厚方向の寸法が変化することにより、半導体素子２の寸法がばらついた場合にも樹脂１１漏れ、半導体素子２の破断が無く、モールドすることができる。

また、モールド後に、図１４、１５で示すように、出力端子２７以外のリードフレーム２４のダム２８部を切断して流量センサとして用いるものとし、検出した流量を電気信号として出力端子２７より出力するものとする。

また、本流量センサは半導体素子２と、半導体素子２の電気信号を伝える金線５と、基板４を一体で樹脂１１モールドする部分を除いて、半導体素子２とモールド樹脂１１は接触しない構造にできる。

即ち、樹脂１１モールド部分で形成される樹脂壁２６が、半導体素子２の空気流量検出部分の設置面と直交する３面２２と連続した空間を有する状態で、半導体素子２を囲んだ流量センサの構造を提供できる。

［プリモールドとリードフレーム構造］
図２７の（ａ）は、流量センサのモールド前の表面における平面図を示す。図２７の（ｂ）は図２７の（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。

図２７の（ａ）、２７の（ｂ）で示すように、モールド前の流量センサは、プリモールド部品３７に搭載した空気流量検出部１とダイヤフラム８とを形成した半導体素子２、半導体素子２を制御するための電気制御回路３を配置したリードフレーム２４とを備え、前記半導体素子２が導電性を有するリードフレーム２４によって電気信号が伝えられる構造である。また、プリモールド部品３７と電気制御回路３は接着剤１０などでリードフレーム２４に接合されている。

ここで、図２８の（ａ）は樹脂で形成したプリモールド部品３７の平面図を示し、図２８の（ｂ）は図２８の（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。プリモールド部品３７は半導体素子２の設置面４１と、半導体素子２設置面４１に直交する面４２を有する構造であり、半導体素子２の設置面４１には、部分的に凸部３９を形成している。

図２７の（ｂ）で示すように、半導体素子２の電気制御回路３側は、接着剤１０などでプリモールド部品３７に接合されており、半導体素子２の電気制御回路３との反対側は、半導体素子２の一部と凸部３９が接触する構造となっている。

ここで、プリモールド部品３７の材質は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ＰＢＴ樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。

また、プリモールド部品３７の凸部３９の形状は図２８で半球形状を３個設置した例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、設置個数は任意であり、凸部の断面は矩形、三角形などの任意の断面形状を用いることができる。

［製造方法］
ここで、図２７のプリモールド部品３７に設置した半導体素子２、リードフレーム２４を含む構造体をモールドにより樹脂封止するための製造方法を図２９に示す。

図２９の（ａ）は、図２７の（ｂ）に示すＡ−Ａ断面において、モールド前の構造体を金型内に設置し、モールドした場合の断面図を示す。

上金型１２の表面に弾性体のフィルム２１を設置し、弾性体のフィルム２１を介して半導体素子２をクランプする金型を用いることができる。また、リードフレーム部のダム２８は金型でクランプされ、樹脂１１の金型内からの流出を防止している。

ここで、図２７の（ｂ）、図２８で示すように、半導体素子２の電気制御回路３との反対側はプリモールド部品３７の凸部３９と接する構造となっているので、上金型１２からの弾性体のフィルム２１を介してクランプをしても、金型クランプ方向において正確な位置決めができる。

図２９の（ａ）のＢ−Ｂ断面は図２９の（ｂ）、または図２９の（ｃ）で構成される。

ダイヤフラム８部に樹脂１１が流れ込まないように、Ｂ−Ｂ断面における半導体素子２とリードフレーム２４の隙間を塞いで、樹脂１１の流れを塞き止める必要がある。

Ｂ−Ｂ断面における半導体素子２とリードフレーム２４間の隙間は、図２９の（ｂ）に示すテフロンブロックなどの弾性体１５を設置したり、図２９の（ｃ）に示す上金型１２に設置した入れ駒１６で樹脂１１を塞き止める構造とする。

なお、弾性体のフィルム２１にはテフロン、フッ素樹脂などの高分子材料を用いることができ、弾性体フィルム２１の肉厚方向の寸法が変化することにより、半導体素子２の寸法がばらついた場合にも樹脂１１漏れ、破断が無く、モールドすることができる。

［モールド後の構造］
図３０の（ａ）は、図２７で示すモールド前の半導体素子２とリードフレーム２４を含む構造体を図２８の金型でモールドした構造の平面図である。

図３０の（ｂ）は、図３０の（ａ）のＡ−Ａ断面図を示しており、半導体素子２とリードフレーム２４、電気制御回路３とリードフレーム２４を電気的に接続する金線５はモールド樹脂１１で絶縁され、検出した流量を電気信号の出力部より出力するものとする。

また、図３０で示すモールド後の構造を、図１４、１５で示すように、出力端子２７以外のリードフレーム２４のダム２８部を切断して流量センサとして用いるものとし、検出した流量を電気信号として出力端子２７より出力するものとする。

また、本流量センサは、半導体素子２と、半導体素子２の電気信号を伝える金線５と、プリモールド部品３７と、リードフレーム２４を一体で樹脂１１モールドする部分を除いて、半導体素子２と樹脂１１モールド、またはプリモールド部品３７は接触しない構造にできる。

即ち、半導体素子２の空気流量検出部分の設置面と直交する３面２２とプリモールド部分が、連続した空間を有する状態で、半導体素子２を囲んだ流量センサの構造を提供できる。

［スナップフィット構造］
図２７で示したプリモールド部品３７を用いた構造は、プリモールド部品３７と半導体素子２、またはプリモールド部品３７とリードフレーム２４を接着剤１０で接合する構造を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、図３１に示すように、プリモールド部品３７に設置したスナップフィット４０を用いて、プリモールド部品３７と半導体素子２、またはプリモールド部品３７とリードフレーム２４を接合する構造を用いることもできる。

なお、図３１の（ａ）は、流量センサのモールド前の表面における平面図を示し、図３１の（ｂ）は、図３１の（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。

ここで、図３２の（ａ）は樹脂で形成したプリモールド部品３７の平面図を示し、図３２の（ｂ）は図３２の（ａ）のＡ−Ａ断面、図３２の（ｃ）は図３２の（ａ）のＢ−Ｂ断面を示している。プリモールド部品３７は半導体素子２の設置面４１と、半導体素子２設置面に直交する面４２を有する構造であり、半導体素子２の設置面４１には、部分的に凸部３９を形成し、図３２の（ｂ）に示すリードフレーム２４とプリモールド部材３７の接合用スナップフィット４０、図３２の（ｃ）に示す半導体素子２とプリモールド部材３７接合用のスナップフィット構造４０を形成する構造である。

また、以上では、図２７で示したように、プリモールド部品３７と半導体素子２、またはプリモールド部品３７とリードフレーム２４を接着剤１０で接合する構造、または、図３１で示したように、スナップフィット４０を用いて、プリモールド部品３７と半導体素子２、またはプリモールド部品３７とリードフレーム２４を接合する構造を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、図３３に示すように、プリモールド部品３７と半導体素子２、またはプリモールド部品３７とリードフレーム２４が圧入４３により接合される構造とすることもできる。

なお、図３３の（ａ）は、流量センサのモールド前の表面における平面図を示し、図３３の（ｂ）は図３３の（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。また、図３１、３３で示すモールド前の構造をモールドした後に、図１４、１５で示すように、出力端子２７以外のリードフレーム２４のダム２８部を切断して流量センサとして用いるものとし、検出した流量を電気信号として出力端子２７より出力するものとする。

以上で示した製品構造と製造方法は、流量センサについて示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、湿度センサなどの半導体素子２の一部を露出させた状態で樹脂１１封止する部品の製造方法にも用いることができる。また、以上で示した製造方法の金型にはモールド樹脂１１の抜き勾配が加工されており、製品構造のモールド樹脂１１部には抜き勾配が付いているものとする。

１ 空気流量検出部
２ 半導体素子
３ 電気制御回路３
４ 基板
５ 金線
６ 配線
７ 段差付き開口部
８ ダイヤフラム
９ 金型の空間
１０ 接着剤
１１ モールド樹脂
１２ 上金型
１３ 下金型
１４ ゲート
１５ 弾性体
１６ 金型入れ駒
１７ 可動入れ駒
１８ バネ
１９ バネ押さえ
２０ 弾性体入れ駒
２１ 弾性体フィルム
２２ 半導体素子の空気流量検出部と直交する３面
２３ 基板の壁
２４ リードフレーム
２５ リードフレームの開口部
２６ モールド樹脂で形成された樹脂壁
２７ 出力端子
２８ ダム
２９ 空気の通路を形成する構造体
３０ 空気の通路溝
３１ 空気の通路への入り口
３２ 空気の通路からの出口（上方）
３３ 位置決め用凸部
３４ カバー
３５ 基板段差部の厚肉部
３６ スペーサ
３７ プリモールド部品
３８ 出力部
３９ プリモールド部品の凸部
４０ スナップフィット
４１ 半導体素子の設置面
４２ 半導体素子設置面に直交する面
４３ 圧入部

Claims (8)

1. 空気流量検出部を有する半導体素子と、
   ワイヤーによって、前記半導体素子に結合されたリードフレームと、
   前記半導体素子の、前記空気流量検出部が配置された面と反対側の表面の一部に粘着材により接続された樹脂部品と、を備え、
   前記樹脂部品は、前記半導体素子が配置された面と直交する方向に配置し、当該半導体素子を囲むような壁面部を有し、
   前記空気流量検出部を除く、前記半導体素子の表面の一部、前記リードフレームの一部、前記ワイヤー、前記樹脂部品の一部は、直接樹脂で覆われていることを特徴とする流量センサ。
2. 請求項１に記載された流量センサにおいて、
   前記半導体素子は、前記樹脂部品の外側で前記リードフレームに前記ワイヤーによって、直接接続されていることを特徴とする流量センサ。
3. 請求項１に記載された流量センサにおいて、
   前記ワイヤーと前記半導体素子との間の結合点が、前記ワイヤーと前記リードフレームとの結合点よりも高い位置にあることを特徴とする流量センサ。
4. 請求項１に記載された流量センサにおいて、
   前記リードフレームは、前記壁面部より外側であって、前記空気流量検出部の前後左右の少なくとも３面側に存在することを特徴とする流量センサ。
5. ダイヤフラムと、当該ダイヤフラムが形成されている面と反対側の位置に形成された空気流量部品、を有する半導体素子と、
   前記ダイヤフラムが形成された前記半導体素子の表面の一部に粘着性物質により取り付けられた樹脂部品と、
   ワイヤーにより前記半導体素子に結合されたリードフレームと、を備え、
   前記樹脂部品は、前記半導体素子が配置された面と直交する方向に配置し、当該半導体素子を囲むような壁面部を有し、
   前記空気流量部品を除いて、前記半導体素子の表面の一部、前記リードフレームの一部、前記ワイヤー、前記樹脂部品の一部は、樹脂で直接覆われていることを特徴とする流量センサ。
6. 請求項５に記載された流量センサにおいて、
   前記半導体素子は、前記樹脂部品の外側で前記リードフレームに前記ワイヤーによって、直接結合されていることを特徴とする流量センサ。
7. 請求項５に記載された流量センサにおいて、
   前記ワイヤーと前記半導体素子との間の結合点が、前記ワイヤーと前記リードフレームとの結合点よりも高い位置にあることを特徴とする流量センサ。
8. 請求項５に記載された流量センサにおいて、
   前記リードフレームは、前記壁面部より外側であって、前記空気流量検出部の前後左右の少なくとも３面側に存在することを特徴とする流量センサ。

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