JP2000513446A - プリント配線板の実装表面に組み付け可能な圧力センサ構成素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、プリント配線板（３）の実装表面（２）に組み付け可能な圧力センサ構成素子（１）であって、圧力センサを有した半導体チップ（６）が固定されているほぼ扁平なチップ担体面（４）を備えたチップ担体（５）と、該チップ担体（５）を貫通し半導体チップ（６）に電気的に接続されて表面実装可能に配置された電極端子（７）とを有している形式のものに関する。このチップ担体（５）が、半導体チップ（６）を完全に覆う流動性の充填材（３２）によって充填されている。

Description

【発明の詳細な説明】 プリント配線板の実装表面に組み付け可能な 圧力センサ構成素子 本発明は、プリント配線板の実装表面に組み付け可能な圧力センサ構成素子で あって、圧力センサを有した半導体チップが固定されているほぼ扁平なチップ担 体面を備えたチップ担体と、該チップ担体を貫通し半導体チップに電気的に接続 されて表面実装可能に配置された電極端子とを有している形式のものに関する。 ＳＭＤ配置形式（ＳＭＤ＝Surface Mounted Design）において表面実装可能な 半導体構成素子ケーシングを使用することにより、使用回路板上で特に安価で且 つスペースを節約する接点接続が可能になる。このことは、圧力測定するために 使用されるセンサ構成素子にも当てはまる。このような組み付け形態では、構成 素子端子はもはや、挿入実装時のようにプリント配線板のホールに挿入されるの ではなく、プリント配線板上の端子パッド上に載置されてここでろう接される。 表面実装のための構成素子は、挿入実装のためのものよりも小さくてよい。何故 ならば、プリント配線板に設けられるホール直径及びろう接アイ直径は端子の接 点間隔を規定しないからである。さらにプリント配線板上では、実装のためにし か必要とされないホールを 省き、この場合、スルーコンタクトのためだけに必要なホールを、技術的にでき るだけ小さく構成することができる。さらにプリント配線板の両面実装が可能で あるので、表面実装により極めてスペースが節約でき、著しくコストを削減する ことができる。チップ担体を貫通し電気的に半導体チップに接続された電極端子 が、チップ担体の少なくとも２つの面に向かって導出される端子脚片として形成 されていて、この端子脚片が、ロッカー（ｒｏｃｋｅｒ）形の短い端子スタブを 形成するように屈曲されていて、切断されるならば、電子構成素子の特に小さな 構造高さが得られる。 圧力を測定するためには、測定したい媒体をセンサに接近させるか若しくは、 その媒体において形成される圧力をセンサに伝達しなければならない。このため に圧力センサは片側が開かれた構成素子ケーシングに配置されており、これによ り圧力センサの敏感なチップ面を、測定したい媒体と直接に接触させることがで きる。このような配置形式の欠点は、敏感なチップセンサの他に、片側で開かれ た圧力センサ構成素子のその他の構成部分も、有害な環境の影響にさらされてし まうので、構成素子の構成部分が腐食してしまうという危険があり、このような 腐食は構成素子を破壊するおそれがあるということである。 本発明の課題は、圧力センサ構成素子が有利には、チップ担体を備えた片側で 開かれたケーシングを有し ており、この圧力センサ構成素子が、構成素子の破壊の危険を伴う、環境の影響 にさらされる構成素子の腐食を確実に回避できるように構成されているような、 プリント配線板の実装表面に組み付けるための圧力センサ構成素子を提供するこ とにある。 この課題は請求項１に記載の圧力センサ構成素子によって解決される。 本発明によれば、チップ担体が、半導体チップを完全に覆う流動性の充填材に よって充填されている。 環境の影響に対する保護として、本発明によれば、敏感な半導体チップを完全 に覆って保護する流動性の充填材が使用される。この充填材は流動性であって、 従って十分に弾性的若しくはフレキシブルであるので、圧力を測定成果の誤差な しに圧力センサに伝えることができる。これにより、測定したい媒体を最良に圧 力連結しかつ分離するという両要求が満たされる。 環境の影響に対する保護として流動性の充填材を使用することにより、多数の 部材から成る圧力センサを安価にかつインラインに被覆することができる。この 場合、充填材の所望の調量と制御された成形充填特性が得られると有利である。 これを得るために、本発明の特に有利な構成では、チップ担体の、プリント配線 板の実装表面とは反対の側が片側で開かれているように形成されていて、チップ 担体の側壁に、内面で連続的に配置された流出防止エッジが設けられている。こ の流出防止エッジにより、粘着性の充填材の毛管力を規定のように遮断すること ができ、このようにして充填材がケーシング縁部を越えて上昇することを阻止す ることができる。このようにして、圧力センサ構成素子の製造時におけるその後 のステップにおいて充填材が引きずられるのを阻止し、ひいてはこれに伴う製造 工具の汚染及び損傷を回避することができる。本発明によれば、流動性の充填材 が正確に規定されたように構成素子の内側に配置され、この場合、片側で開かれ たチップ担体の、頭部における組み付け部においても、充填材の流出は確実に回 避される。有利にはこの流出防止エッジは相応に形成された装置においても流動 性の充填材の厚さをできるだけ小さく保つことができるので、公知のようにゲル 厚さが増加するにつれ低下させられる、測定したい加速度若しくは圧力に対する 圧力センサの測定敏感性に対して、不都合な影響を与えることがない。 本発明によればさらに、流動性の充填材がさらに、圧力センサ構成素子の、腐 食しやすい、特に金属製の構成部分、特に接続ワイヤ及び、半導体チップのため の支持担体等のような構成部分を取り囲んでいる。本発明の特に有利な構成では 、流動性の充填材がゲルを成している。 特に有利には本発明は、プリント配線板の実装表面における表面実装のための 圧力センサ構成素子に関す る。この意味では、チップ担体を貫通し、半導体チップに電気的に接続された電 極端子が、チップ担体の少なくとも１つの面に向かって導出される端子脚片とし て形成されていて、該端子脚片が、ロッカー形の短い端子スタブを形成するよう に屈曲かつ切断されているならば有利である。本発明の有利な構成は、従属項の 特徴部に記載されている。 特に有利には、チップ担体は、熱可塑性プラスチック材料から一体に製造され ている。 次に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。 第１図は、本発明の実施例による圧力センサ構成素子の断面図であって、 第２図は、本発明の実施例による圧力センサ構成素子のチップ担体の仝体像を 示す概略図である。 図面には、本発明による、プリント配線板３の実装表面２に表面実装するため の圧力センサ構成素子１が示されている。この圧力センサ構成素子１は、ほぼ扁 平なチップ担体面４を有した、電気絶縁性のプラスチック材料から成るチップ担 体５と、チップ担体５を貫通し且つ半導体チップ６に電気的に接続された複数の 電極端子７とを有している。これらの電極端子７の端部８は、それぞれプリント 配線板３の実装表面２の端子パッド（詳しくは図示せず）に載置されてろう接さ れる。前記チップ担体面４上には、集積されて形成された圧力センサを有した半 導体チップ６と、この圧力 センサに対応配置された電子回路とが固定されている。この場合、圧力センサと 回路とは図面には詳しくは示されていない。公知のプラスチック注型法によって 特に一体に製造されたチップ担体５は、実装表面２よりも持ち上げられた、半導 体チップ６を支持している下方部分９と、この下方部分９の側面に配置された側 方部分１０，１０ａ，１１，１１ａとを有している。これらの側方部分１０，１ ０ａ，１１，１１ａは、圧力センサケーシングの側方で閉鎖するケーシング壁を 形成する。チップ担体５は第１図でほぼ縮尺通りに示したように、チップ担体５ の、プリント配線板３の実装表面２に面した外側制限面１２，１３が、プリント 配線板の実装表面２に対して、下方縁部領域１４，１５からチップ担体５の中央 領域１６に向かって徐々に増加する間隔を有している形成されている。特にチッ プ担体５の外側制限面１２，１３は横断面で見て、ほぼ逆Ｖ字形の延び若しくは 屋根型に形成された延びを有していて、この逆Ｖ字の頂部が中央に配置されてお り、この場合、この個所におけるプリント配線板に対する最大の間隔は、約０． １〜０．５ｍｍの値を有している。さらに、チップ担体５を貫通し半導体チップ ６に電気的に接続される電極端子７が、チップ担体５の少なくとも２つの側面に 向かって導出された端子脚片として形成されていて、これらの端子脚片が、短い ロッカー形の端子スタブ１７を形成するように屈曲さ れ、切断されている。このような配置形式は、センサ構成素子の最小構造高さを 保証する。さらに、端子脚片の湾曲部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いる。このことは、ケーシングの寸法がさらに縮小さ れ、リードフレームのサイズがさらに縮小され、さらに腐食性媒体のための沿面 距離が著しく延長され、従って化学薬品の混入も減少されるという利点を有して いる。さらにこのような配置形式により、構成素子のケーシングの内部において リードフレーム若しくは電極端子７を機械的に固定することができ、ひいては機 械的な安定性が総じて付加的に高められる。さらに、端子脚片の、チップ担体５ の側方部分１０，１１から突出する端部８が、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、端子脚片の端部８の、実装表面２に面した最も 外方の縁部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 有している。このような配置形式は、構成素子の、プリント配線板３の実装表面 ２との接触が、端子脚片の最も外側の端部８によってしか行われないということ を保証する。このことには、下方部分がプリント配線板から持ち上げられて形成 されていて、ケーシングが図示したような屋根形状で形成されているような図示 の有利なケーシングの配置形式とともに、プリント配線板３の撓みが考慮されて おり、さらに、プリント配線板３に構成素子を実装す る際及びプリント配線板３を後に使用する際の問題が回避される。この場合、有 利には、従来は実装時に必要とされたいわゆるトリミング・二次成形工具による 調整を省くことができ、同時に、維持すべき底部間隔に対する要求が考慮され得 る。実装は有利に行われ得る。何故ならば、実装接着剤の良好な接着性が保証さ れていて、さらに、プリント配線板３の製造誤差が撓みに関して補償されるから である。さらに、熱的及び／又は機械的な形式のひずみが阻止される。何故なら ば、プリント配線板３との接触が、端子脚片によってしか行われていないからで ある。 半導体チップ６に集積されて形成された圧力センサ若しくはこの圧力センサに 対応配置された電子回路を電極端子７に電気的に接続するためには、図示したよ うに、ワイヤ接点接続法を使用することができる。このワイヤ接点接続法では、 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に固定されて 、これが対応させて接続させたい電極脚片へと引き出される。さらに、このよう な電気的な接続のためにはいわゆるスパイダ（Ｓｐｉｄｅｒ）接点接続が行われ てもよい。この場合、ボンディングワイヤのかわりに導電性のシステム担体板若 しくはいわゆるリードフレームが用いられる。 シリコン製の半導体チップ６上に集積された圧力センサは、いわゆる圧電抵抗 センサを成している。この 圧電抵抗センサでは、チップ６の表面に、マイクロメカニカル法により製造され たシリコン薄膜が設けられている。この薄膜は、やはりシリコン基板上に形成さ れている、事態公知の方法でブリッジ回路に接続されている、圧力に依存する抵 抗に電気的に接続されている。同様に半導体チップ６には、センサに対応配置さ れた回路が集積されている。この回路は、信号調整（増幅及び補正）のために使 用されるが、センサの調整及び補償のためにも使用される。本発明の根底を成す このような半導体圧力センサは、その他の構造形態に比して、最小構造サイズが 重要である場合、即ち例えば、自動車分野における圧力測定において、例えばブ レーキ圧、タイヤ圧、燃焼室圧等を測定する場合に特に適している。圧電抵抗圧 力測定の原理によって作動する半導体圧力センサの他に、さらに、容量的な測定 原理で作動する半導体圧力センサを使用することもできる。 第１図に示した実施例では、チップ担体５は、プリント配線板３の実装表面２ とは反対の側２２で片側で開かれて形成されていて、開口２３を制限する上方の 縁部領域２４，２５で支持手段２６を有している。この支持手段２６は、チップ 担体５上に載置可能な接続片（詳しくは図示せず）の保持手段と、形状接続的か つ機械的かつ遊びのない結合をするためのものであって、接続片をチップ担体５ 上に載置する際には、その 保持手段と支持手段２６とが交互に係合するように支承される。このような目的 で、チップ担体５の支持手段２６はその外周面に、接続片の保持手段を支持する 環状の受け面２９を有している。この受け面２９は図示したように、チップ担体 ５の縁部領域に環状に形成された溝３０として形成されていてよく、この溝３０ 内には、接続片の外周面に成形されたキーが少なくとも部分的に係合する。 チップ担体５は、半導体チップ６を完全に覆う流動性の充填材３２によって充 填されている。この充填材３２は特にゲルであって、このゲルは圧力をほぼ遅れ 無しにかつ誤差無しに半導体圧力センサに伝達する。このゲルは一方では、敏感 な圧力センサチップ６と、電子構成装置の特に金属的な別の構成部分、即ち特に 、ボンディングワイヤ２１若しくは端子脚片７若しくはリードフレームとを、環 境の影響から、並びに測定したい媒体３３との接触から保護し、このようにして 媒体３３のイオンや別の有害な成分による構成部分の汚染、又は環境の影響又は 媒体３３に基づく腐食の危険を回避するために働く。さらにこのゲル３２は充填 材として、センサ構成素子と、載置された接続片との間の死体積をできるだけ僅 かに保ち、圧力測定の際の誤差若しくは時間的な遅れを防止するために働く。測 定したい媒体を、半導体チップ６、若しくは電子構成素子の、腐食の恐れのある 構成部分からさらに分離す るために、さらに接続片の、チップ担体５に面した側が、弾性的なダイヤフラム によって閉鎖されている。このダイヤフラムは、センサにもたらされた媒体の圧 力パルスを、著しい誤差若しくは時間的な遅れなしにさらに伝えることができ、 しかも媒体のイオン又は別の有害な成分による危機的な構成部分の汚染という危 険を阻止する。 片側で開かれたチップ担体５の側壁２４，２５にはさらに、内面に連続的に配 置された流出防止エッジ３６を設けることができる。このような場合、チップ担 体５の内面は、この流出防止エッジ３６の高さまでしかゲル３２によって充填さ れていない。このような流出防止エッジ３６により、粘性のゲル３２の毛管力を 規定の通り遮断することができ、従ってゲル３２が毛管力に基づきケーシング縁 部を越えて不都合に上昇するのを防止することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月２６日（１９９８．６．２６） 【補正内容】 圧力を測定するためには、測定したい媒体をセンサに接近させるか若しくは、 その媒体において形成される圧力をセンサに伝達しなければならない。このため に圧力センサは片側が開かれた構成素子ケーシングに配置されており、これによ り圧力センサの敏感なチップ面を、測定したい媒体と直接に接触させることがで きる。このような配置形式の欠点は、敏感なチップセンサの他に、片側で開かれ た圧力センサ構成素子のその他の構成部分も、有害な環境の影響にさらされてし まうので、構成素子の構成部分が腐食してしまうという危険があり、このような 腐食は構成素子を破壊するおそれがあるということである。 日本の特許の要約書、０９５号、第００８番（ＪＰ−Ａ−０７１１３７０６） により、ケーシングの内部にシリコン・ゲルを有した圧力センサが公知である。 この記載された構成素子は、ＳＭＤ実装には適していない。このケーシングはカ バーによって閉鎖されている。 請求の範囲 1. プリント配線板（３）の実装表面（２）に組み付け可能な圧力センサ構成素 子（１）であって、圧力センサを有した半導体チップ（６）が固定されているほ ぼ扁平なチップ担体面（４）を備えたチップ担体（５）と、該チップ担体（５） を貫通し半導体チップ（６）に電気的に接続されて表面実装可能に配置された電 極端子（７）とを有している形式のものにおいて、 電気絶縁性の材料から製造されたチップ担体（５）が、半導体チップ（６） を完全に覆う流動性の充填材（３２）によって充填されており、プリント配線板 （３）の実装表面（２）よりも持ち上げられた下方部分（９）と、この下方部分 （９）の両側面に配置された側方部分（１０，１０ａ，１１，１１ａ）とを有し ていることを特徴とする、プリント配線板（３）の実装表面（２）に組み付け可 能な圧力センサ構成素子。 2. チップ担体（５）の、プリント配線板（３）の実装表面（２）とは反対の側 （２２）が片側で開かれているように形成されていて、チップ担体（５）の側壁 に、内面で連続的に配置された流出防止エッジ（３６）が設けられている、請求 項１記載の圧力センサ構成素子。 3. 流動性の充填材（３２）がさらに、圧力センサ構成素子（１）の、腐食しや すい、特に金属製の構成部分、特に接続ワイヤ及び、半導体チップ（６）のため の支持担体等のような構成部分を取り囲んでいる、請求項１又は２記載の圧力セ ンサ構成素子。 4. 流動性の充填材（３２）がゲルを成している、請求項１から３までのいずれ か１項記載の圧力センサ構成素子。 5. チップ担体（５）を貫通し、半導体チップ（６）に電気的に接続された電極 端子（７）が、チップ担体（５）の少なくとも１つの面に向かって導出される端 子脚片として形成されていて、該端子脚片が、ロッカ形の短い端子スタブ（１７ ）を形成するように屈曲かつ切断されている、請求項１から４までのいずれか１ 項記載の圧力センサ構成素子。 6. チップ担体（５）が一体に製造されている、請求項１から５までのいずれか １項記載の圧力センサ構成素子。 7. 端子脚片の屈曲部が、チップ担体（５）の側方部分（１０，１０ａ，１１， １１ａ）の内側に収容されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧 力センサ構成素子。 8. チップ担体（５）の側方部分（１０，１０ａ，１１，１１ａ）から突出する 、端子脚片の端部が、プリント配線板（３）の実装表面（２）に対して僅か な傾斜を有している、請求項６又は７記載の圧力センサ構成素子。 9. チップ担体（５）の、プリント配線板（３）の実装表面（２）に面した外側 の制限面（１２，１３）が、チップ担体（５）の横断面で見て、ほぼ逆Ｖ字形の 延びを有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧力センサ構成素 子。 10．プリント配線板（３）と、実装表面（２）に面したチップ担体（５）の外側 の制限面（１２，１３）との最大距離が、約０．１〜０．５ｍｍの値を有してい 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構成素子。 11．チップ担体（５）が、熱可塑性プラスチック材料から製造されている、請求 項１から１０までのいずれか１項記載の圧力センサ構成素子。 12．圧力センサが、圧電抵抗式の圧力センサ又は容量式の圧力センサを成してい る、請求項１から１１までのいずれか１項記載の圧力センサ構成素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. プリント配線板（３）の実装表面（２）に組み付け可能な圧力センサ構成素 子（１）であって、圧力センサを有した半導体チップ（６）が固定されているほ ぼ扁平なチップ担体面（４）を備えたチップ担体（５）と、該チップ担体（５） を貫通し半導体チップ（６）に電気的に接続されて表面実装可能に配置された電 極端子（７）とを有している形式のものにおいて、 チップ担体（５）が、半導体チップ（６）を完全に覆う流動性の充填材（３ ２）によって充填されていることを特徴とする、プリント配線板（３）の実装表 面（２）に組み付け可能な圧力センサ構成素子。 2. チップ担体（５）の、プリント配線板（３）の実装表面（２）とは反対の側 （２２）が片側で開かれているように形成されていて、チップ担体（５）の側壁 に、内面で連続的に配置された流出防止エッジ（３６）が設けられている、請求 項１記載の圧力センサ構成素子。 3. 流動性の充填材（３２）がさらに、圧力センサ構成素子（１）の、腐食しや すい、特に金属製の構成部分、特に接続ワイヤ及び、半導体チップ（６）のため の支持担体等のような構成部分を取り囲んでい る、請求項１又は２記載の圧力センサ構成素子。 4. 流動性の充填材（３２）がゲルを成している、請求項１から３までのいずれ か１項記載の圧力センサ構成素子。 5. チップ担体（５）を貫通し、半導体チップ（６）に電気的に接続された電極 端子（７）が、チップ担体（５）の少なくとも１つの面に向かって導出される端 子脚片として形成されていて、該端子脚片が、ロッカ形の短い端子スタブ（１７ ）を形成するように屈曲かつ切断されている、請求項１から４までのいずれか１ 項記載の圧力センサ構成素子。 6. 電気絶縁性の材料から成る、特に一体に製造されたチップ担体（５）が、プ リント配線板（３）の実装表面（２）よりも持ち上げられた下方部分（９）と、 該下方部分の両側面に配置された側方部分（１０，１０ａ，１１，１１ａ）とを 有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力センサ構成素子。 7. 端子脚片の屈曲部が、チップ担体（５）の側方部分（１０，１０ａ，１１， １１ａ）の内側に収容されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧 力センサ構成素子。 8. チップ担体（５）の側方部分（１０，１０ａ，１１，１１ａ）から突出する 、端子脚片の端部が、プリント配線板（３）の実装表面（２）に対して僅か な傾斜を有している、請求項６又は７記載の圧力センサ構成素子。 9. チップ担体（５）の、プリント配線板（３）の実装表面（２）に面した外側 の制限面（１２，１３）が、チップ担体（５）の横断面で見て、ほぼ逆Ｖ字形の 延びを有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧力センサ構成素 子。 10．プリント配線板（３）と、実装表面（２）に面したチップ担体（５）の外側 の制限面（１２，１３）との最大距離が、約０．１〜０．５ｍｍの値を有してい 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構成素子。 11．チップ担体（５）が、熱可塑性プラスチック材料から製造されている、請求 項１から１０までのいずれか１項記載の圧力センサ構成素子。 12．圧力センサが、圧電抵抗式の圧力センサ又は容量式の圧力センサを成してい る、請求項１から１１までのいずれか１項記載の圧力センサ構成素子。