JP5912069B2 - 物理量センサ装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧力等の物理量を検知する物理量センサ装置及びその製造方法に関し、特に、ハウジングとリードフレームとが一体に成形された物理量センサ装置及びその製造方法に関する。

図８は、従来例における物理量センサ装置１１０の課題を説明するための断面図である。従来例の物理量センサ装置１１０は、樹脂で形成されたハウジング１３０と、物理量を検知するセンサチップ１２０とを有して構成される。センサチップ１２０は、圧力の変化に伴うダイヤフラム１２１の変形量に応じて電気信号を取り出すことが可能な圧力センサである。センサチップ１２０は、ハウジング１３０のキャビティ部１３２の底面１３２ａに設置されており、ボンディングワイヤ１２３を介してリードフレーム１４０と電気的に接続されている。これにより、センサチップ１２０で検知した物理量の情報を外部へ取り出すことができる。

キャビティ部１３２には、センサチップ１２０及びボンディングワイヤ１２３を保護するために、保護用樹脂１２５が充填されている。保護用樹脂１２５として、ダイヤフラム１２１の変形を阻害しないように、柔軟なゲル状の樹脂が用いられている。特許文献１には、このようなセンサチップ１２０及びボンディングワイヤ１２３が保護用樹脂１２５により保護されている構造の物理量センサ装置が開示されている。

また、図８に示す従来例の物理量センサ装置１１０において、ハウジング１３０とリードフレーム１４０とは、インサート成形により一体に成形されている。センサチップ１２０とリードフレーム１４０とは、キャビティ部１３２において電気的に接続されている。そのため、リードフレーム１４０の表面が、キャビティ部１３２の底面１３２ａにおいて露出するように成形する必要がある。したがって、インサート成形時にリードフレーム１４０を裏面側から支持ピンで支持しながらハウジング１３０と一体に成形する方法が行われている。

よって、図８に示すように、従来例の物理量センサ装置１１０では、ハウジング１３０のキャビティ部１３２と平面視で重なる位置において、リードフレーム１４０の裏面には支持ピンで支持することにより形成された孔部１３４が設けられている。

このような、キャビティ部１３２と平面視で重なる位置において、リードフレーム１４０の裏面において孔部１３４が設けられた構成の物理量センサ装置は、特許文献２に記載されている。

特許第３８５８５７７号公報 特開平１０−１７０３８０号公報

しかし、図８に示す従来例の物理量センサ装置１１０において、孔部１３４が形成された箇所では、キャビティ部１３２の下側にハウジング１３０の樹脂が設けられず、キャビティ部１３２の内部と外部との間にリードフレーム１４０のみが介在する箇所が生じる。また、ハウジング１３０の樹脂とリードフレーム１４０とは密着性が不十分であり、ハウジング１３０とリードフレーム１４０との間にリーク経路が形成されてしまう場合がある。したがって、ハウジング１３０とリードフレーム１４０との間のリーク経路を通して、外部の空気が孔部１３４を通してキャビティ部１３２に流入するという課題が発生する。

ハウジング１３０の樹脂とリードフレーム１４０との密着性を向上させるためには、樹脂の種類や成形温度を厳密に制御する方法や、リードフレーム１４０にめっき等の表面処理を施す方法等が考えられる。しかし、いずれも製造コストの増大につながるため好ましくない。また、ハウジング１３０とリードフレーム１４０とを完全に密着させて成形することは困難である。

孔部１３４を通してキャビティ部１３２に流入した空気は、保護用樹脂１２５の内部において気泡として残留する。保護用樹脂１２５の内部の気泡は、保護用樹脂１２５の上面に加えられた圧力をセンサチップ１２０に正確に伝達することを阻害する要因となり、また、温度変化や気圧の変化に伴い気泡自体の大きさも変化するため、測定値のドリフトが発生する場合もある。したがって、外部の空気が孔部１３４を通してキャビティ部１３２に流入すると、物理量センサ装置１１０の測定誤差が増大してしまう。

特に、エンジンの吸気圧などの負圧を測定する用途においては、測定時に保護用樹脂１２５がキャビティ１３２の開口部側に引っ張られる方向に圧力が作用するため、穴部１３４からキャビティ１３２内に空気が流入し易く測定誤差が顕著に発生してしまう。

また、図８に示す従来の物理量センサ装置１１０では、センサチップ１２０及びボンディングワイヤ１２３の全体を覆うように保護用樹脂１２５をキャビティ部１３２に充填しているが、センサチップ１２０のダイヤフラム１２１の上面やボンディングワイヤ１２３の接続箇所など、キャビティ部１３２の保護が必要な箇所にのみ保護用樹脂１２５を設ける方法も知られている。この場合であっても、外部の空気がハウジング１３０とリードフレーム１４０との間のリーク経路を通してキャビティ部１３２の内部に流入すると、測定すべきキャビティ部１３２の気圧に変動が生じてしまい、測定誤差が増大するという課題が生じる。

本発明は、上記課題を解決し、外部の空気がハウジングの孔部を通してキャビティ部に流入することを防止して、物理量測定の際の測定誤差を低減させることが可能な物理量センサ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の物理量センサ装置は、樹脂を用いて成形されたハウジングと、前記ハウジングに埋設されたリードフレームと、物理量を検知するセンサチップと、を有し、前記ハウジングに第１のキャビティ部が設けられて、前記センサチップは前記第１のキャビティ部に収納されており、前記ハウジングには、前記第１のキャビティ部の底面と平面視で重複しない位置において、前記リードフレームの裏面を底部とする孔部が形成されており、前記ハウジングには、前記第１のキャビティ部とは別に、制御回路チップを収納する第２のキャビティ部が形成されており、前記孔部は、前記第２のキャビティ部の底面と平面視で重複する位置において形成されていることを特徴とする
これによれば、孔部が、第１のキャビティ部の底面に対して平面視で重複しない位置に形成されているため、第１のキャビティ部の底面側において、第１のキャビティ部と外部との間にリードフレームのみが介在する箇所が生じない。また、ハウジングとリードフレームとの密着性が十分ではない場合であっても、孔部の底部と第１のキャビティ部との距離を従来に比べて長くすることができ、孔部と第１のキャビティ部との間にリーク経路が連続して形成されることを防止することができる。したがって、外部の空気が孔部を通して第１のキャビティ部に流入することを防止して、物理量を測定する際の測定誤差を低減させることができる。

また、センサチップを収納する第１のキャビティ部と平面視で重複しない位置に孔部が設けられるため、第１のキャビティ部に、外部の空気が孔部を通して流入することを防ぐことができる。また、同一のハウジング内にセンサチップと制御回路チップとを収納することができる。制御回路チップは、温度により素子の電気抵抗値が変わることを利用してハウジング内の温度を計測することが可能である。これに基づいてセンサチップが検知する物理量の温度補償を行うことができる。

本発明の物理量センサ装置において、前記リードフレームは、前記ハウジングの外部から内部に向かって延在する形状を有し、前記リードフレームの一端部は前記ハウジングの外部に引き出されて、前記リードフレームの他端部は前記ハウジングの内部に向かって延在しており、前記孔部は、前記リードフレームの他端部側において形成されていることが好ましい。これによれば、ハウジングとリードフレームとを一体に成形する際に、リードフレームの一端部と他端側とを確実に固定した状態で樹脂成形することができる。このため、溶融樹脂を注入する際の圧力によるリードフレームの変形やずれを抑制することができ、リードフレームとハウジングとの間にリーク経路が形成されることを抑制できる。したがって、第１のキャビティ部の気密性を向上させて、外部の空気が孔部を通して第１のキャビティ部に流入することを確実に防止できる。

本発明の物理量センサ装置において、前記センサチップは圧力センサであることが好適である。これによれば、外部の空気が孔部を通して第１のキャビティ部に流入することを防止して、圧力を測定する際の測定誤差を低減させることができる。

本発明は、樹脂を用いて成形されたハウジングと、前記ハウジングに埋設されたリードフレームと、前記ハウジングのキャビティ部内に配置され、かつ前記リードフレームと電気的に接続されたセンサチップと、を有する物理量センサ装置の製造方法であって、
（ａ）第１の凸部が形成された第１の金型と、前記リードフレームを支持する支持部を有する第２の金型とを用いて、前記第１の金型と前記第２の金型との間に前記リードフレームを配置して、前記リードフレームの表面に前記第１の凸部を当接させるとともに、前記第１の凸部と平面視で重複しない位置において前記リードフレームの裏面に前記第１の支持部を当接させて前記リードフレームを固定する工程と、
（ｂ）前記第１の金型と前記第２の金型との間に形成される空間に溶融樹脂を充填して前記リードフレームと前記ハウジングとを一体に成形する工程と、を有し、
前記第１の金型には、第２の凸部が形成されており、
前記（ａ）の工程において、前記リードフレームの表面に前記第２の凸部を当接させるとともに、前記第２の凸部と対向する位置において、前記リードフレームの裏面に前記支持部を当接させて前記リードフレームを固定することを特徴とする。

これによれば、第１の凸部によって、センサチップを収納する第１のキャビティ部が形成される。また、第１の凸部と平面視で重複しない位置において、前記リードフレームの裏面に第１の支持部が当接した状態で固定されて樹脂成形される。よって、第１の支持部により孔部が形成されて、孔部は、第１のキャビティ部の底面に対して平面視で重複しない位置に形成される。したがって、第１のキャビティ部の底面の下方において、キャビティ部と外部との間にリードフレームのみが介在する箇所が生じない。また、ハウジングとリードフレームとの密着性が十分ではない場合であっても、孔部の底部と第１のキャビティ部の内部との距離を従来に比べて長くすることができ、孔部と第１のキャビティ部との間にリーク経路が連続して形成されることを防止することができる。したがって、外部の空気が孔部を通してキャビティ部の内部に流入することを防止して、キャビティ内の圧力等の物理量を測定する際の測定誤差を低減させることができる。

また、リードフレームは、第２の凸部と第１の支持部とで対向して挟むように固定されるため、より確実に固定される。また、第１の支持部により形成されるハウジングの孔部は、第２の凸部により形成される第２のキャビティ部の底面側に形成される。したがって、第１のキャビティ部の内部に孔部を通して外部の空気が流入することを防止できる。

本発明の物理量センサ装置の製造方法は、前記（ａ）の工程において、前記リードフレームの一端部を前記ハウジングの外部に引き出すとともに、前記一端部から前記ハウジングの内部に向かって延在するように前記リードフレームを配置して、前記リードフレームの他端部側に前記支持部を当接させて前記リードフレームを固定することが好ましい。これによれば、第１の金型と第２の金型との間でリードフレームを確実に固定することができるため、溶融樹脂を注入する際の圧力によるリードフレームの変形やずれを抑制することができ、リードフレームとハウジングとの間にリーク経路が形成されることを抑制できる。したがって、第１のキャビティ部の気密性を向上させて、外部の空気が孔部を通して第１のキャビティ部に流入することを確実に防止できる。

前記（ｂ）の工程において、熱可塑性樹脂を用いて前記リードフレームと前記ハウジングとを一体に成形することが好ましい。熱可塑性樹脂を用いることにより、あらかじめ加熱した溶融樹脂を低温の金型間のスペースに充填することにより成形可能である。例えば熱硬化型樹脂を用いる場合と比べて、金型を加熱して硬化する工程が不要であるため、工程時間を短縮して容易に成形することができる。

本発明の物理量センサ装置の製造方法において、前記センサチップは圧力センサであることが好適である。これによれば、外部の空気が孔部を通して第１のキャビティ部に流入することを防止して、圧力を測定する際の測定誤差を低減させることができる。

本発明の物理量センサ装置によれば、外部の空気がハウジングの孔部を通してキャビティ部に流入することを防止して、物理量測定の際の測定誤差を低減させることが可能である。

参考例の物理量センサ装置の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断したときの物理量センサ装置の断面図である。 本発明の実施形態における物理量センサ装置の平面図である。 本発明の実施形態における物理量センサ装置の裏面図である。 図３のＶ−Ｖ線で切断したときの物理量センサ装置の断面図である。 本発明の実施形態における物理量センサ装置の圧力と測定誤差との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態における物理量センサ装置の製造方法を示す工程図である。 従来例の物理量センサ装置を示す断面図である。

以下、本発明の物理量センサ装置及びその製造方法の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。なお、説明が分かりやすいように、各図面の寸法は適宜変更して示している。

＜参考例＞
図１は、参考例としての物理量センサ装置１０の平面図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの断面図である。図１及び図２に示すように、参考例の物理量センサ装置１０は、ハウジング３０、リードフレーム４０、センサチップ２０を有して構成されている。

ハウジング３０は樹脂を用いて成形されており、図２に示すように、ハウジング３０は、ハウジング３０の下部に形成された基部と、上部において設けられた第１のキャビティ部３２とを有している。そして、第１のキャビティ部３２には、物理量を検知するセンサチップ２０が収納されている。また、リードフレーム４０とハウジング３０とは一体に成形されて、リードフレーム４０はハウジング３０に埋設されている。そして、センサチップ２０とリードフレーム４０とは、第１のキャビティ部３２において、ボンディングワイヤ２３を介して電気的に接続される。これにより、センサチップ２０で検知した物理量が電気信号として外部に取り出される。

参考例において、センサチップ２０は、第１のキャビティ部３２に加えられる圧力を測定する圧力センサである。センサチップ２０の上面に、感応部としてダイヤフラム２１が形成されており、ダイヤフラム２１は、第１のキャビティ部３２に加えられる圧力に応じて変形可能に形成されている。また、ダイヤフラム２１には、ダイヤフラム２１の撓みに応じて電気抵抗が変化する複数のピエゾ抵抗素子（図示しない）が設けられている。この複数のピエゾ抵抗素子によりブリッジ回路が構成されており、ピエゾ抵抗素子の抵抗変化に基づいて第１のキャビティ部３２に加えられる気圧等を測定することができる。

参考例の物理量センサ装置１０は、例えば車載用の圧力センサ装置としてエンジンの吸排気系圧力検出用センサ装置に用いることができる。この場合、ガソリン、排気凝縮ガス、軽油等の薬品や水分が含まれる環境にて使用されることになる。また、物理量センサ装置１０の適用対象は、これに限定されるものではない。例えば、携帯電話、腕時計、水中撮影カメラ等の携帯機器に搭載することも可能である。

図２に示すように、第１のキャビティ部３２には、センサチップ２０及びボンディングワイヤ２３を保護して腐食や断線等の発生を防止するために保護用樹脂２５が充填されている。外部の圧力の変化は、保護用樹脂２５を介してセンサチップ２０のダイヤフラム２１に伝達されることから、正確に圧力を測定可能とするために柔軟で低弾性であるフッ素系のゲル状絶縁材料が用いられている。なお、図１では、図面を見やすくするために、ボンディングワイヤ２３及び保護用樹脂２５を省略して示している。

図１及び図２に示すように、センサチップ２０の電気信号を外部に取り出すために複数のリードフレーム４０が設けられており、リードフレーム４０の一端部は、ハウジング３０の外部に引き出されて、外部回路と接続するためのリード端子４０ｃとして延出して形成されている。そして、リードフレーム４０は、一端部からハウジング３０の内部に向かって延在して形成されている。

また、リードフレーム４０はハウジング３０に埋設されて一体に成形されており、リードフレーム４０の表面４０ａは、第１のキャビティ部３２の底面３２ａにおいてハウジング３０に被覆されずに露出して形成されている。そして、リードフレーム４０の表面４０ａとセンサチップ２０とは、ボンディングワイヤ２３を介して電気的に接続されている。リードフレーム４０の表面４０ａの反対側である裏面４０ｂ側にはハウジング３０の基部が形成されている。

そして、図１及び図２に示すように、ハウジング３０の第１のキャビティ部３２の底面３２ａと平面視で重複しない位置において、リードフレーム４０の裏面４０ｂを底部３４ａとする第１の孔部３４が形成されている。第１の孔部３４は、リードフレーム４０とハウジング３０とを一体に成形する際に、成形金型の内部においてリードフレーム４０を支持部によって固定することで形成されたものである。なお、平面視とは、第１のキャビティ部３２の底面３２ａの法線方向から見た場合をいう。

参考例において、第１の孔部３４は、第１のキャビティ部３２の底面３２ａに対して平面視で重複しない位置に形成されている。第１のキャビティ部３２の底面３２ａの下方にはハウジング３０の基部が設けられているため、図８に示す従来例の物理量センサ装置１１０のように、第１のキャビティ部１３２の底面１３２ａ側において、第１のキャビティ部１３２と外部との間にリードフレーム１４０のみが介在する箇所が生じない。また、ハウジング３０とリードフレーム４０との密着性が十分ではない場合であっても、第１の孔部３４の底部３４ａと第１のキャビティ部３２との距離を従来に比べて長くすることができ、リーク経路が連続して形成されることを防止することができる。したがって、外部の空気が第１の孔部３４を通して第１のキャビティ部３２に流入することを防止して、圧力等の物理量を測定する際の測定誤差を低減させることができる。

参考例の物理量センサ１０において、第１の孔部３４を通して外部の空気が流入することを防止することができ、保護用樹脂２５に気泡が発生することを防止することができる。よって、保護用樹脂２５に加えられる圧力を正確に測定可能であり、測定誤差を低減して測定精度を向上させることができる。また、気泡の発生を防止できるため、温度変化に伴うドリフトの発生を抑制することが可能である。

また、参考例において、センサチップ２０及びボンディングワイヤ２３の全体を覆うように保護用樹脂２５が第１のキャビティ部３２に充填されているが、一部に保護用樹脂２５が設けられている態様であってもよい。この場合であっても、外部の空気が第１の孔部３４を通して第１のキャビティ部３２に流入することを防止することができる。よって、測定すべき第１のキャビティ部３２の気圧が外部から流入した空気によって変動することを防止でき、測定誤差を低減させることができる。

なお、図１に示すように、第１の孔部３４は複数形成されており、それぞれの第１の孔部３４の底部３４ａがリードフレーム４０の裏面４０ｂとなるように設けられている。このような態様であっても外部の空気が第１のキャビティ部３２に流入することを防止することができる。

また、リード端子４０ｃからハウジング３０の内部に向かい延在するリードフレーム４０の他端側において、第１の孔部３４が形成されている。こうすれば、ハウジング３０とリードフレーム４０とを一体に成形する際に、リードフレーム４０の一端側（リード端子４０ｃ）は一対の成形金型で挟まれて固定され、他端側は支持部によって固定される。したがって、支持部によってリードフレーム４０を確実に固定した状態で樹脂成形される。
このため、溶融樹脂を注入する際の圧力によるリードフレーム４０の変形や移動を抑制することができ、リードフレーム４０とハウジング３０との間にリーク経路が形成されることを抑制できる。したがって、第１のキャビティ部３２の気密性を向上させて、外部の空気が第１の孔部３４を通して第１のキャビティ部３２の内部に流入することを確実に防止できる。

＜本発明の実施形態＞
図３は、本発明の実施形態における物理量センサ装置１１の平面図である。また、図４は物理量センサ装置１１の裏面図であり、図５は、図３のＶ−Ｖ線で切断して矢印方向から見たときの断面図である。なお、図３では、図面を見やすくするために保護用樹脂２５、２６及びボンディングワイヤ２３、２４を省略して示している。

本発明の実施形態の物理量センサ装置１１において、参考例と同様に、ハウジング３０に第１のキャビティ部３２が設けられており、第１のキャビティ部３２には、物理量を検知するセンサチップ２０が収納されている。また、図３及び図５に示すように、ハウジング３０には、さらに第２のキャビティ部３３が形成されており、第２のキャビティ部３３には制御回路チップ２２が収納されている。

図３及び図５に示すように、リードフレーム４０の一端部は、ハウジング３０の外部に引き出されており、外部回路と接続するためのリード端子４０ｃとして延出して形成されている。そして、リードフレーム４０の一端部からハウジング３０の内部に向かって、第１のキャビティ部３２を横断して第２のキャビティ部３３まで延在して形成されている。

リードフレーム４０の表面４０ａは、第１のキャビティ部３２の底面３２ａ及び第２のキャビティ部３３の底面３３ａにおいて、ハウジング３０に被覆されずに露出して形成されている。そして、センサチップ２０及び制御回路チップ２２と、リードフレーム４０の表面４０ａとは、ボンディングワイヤ２３、２４を介して電気的に接続されている。また、リードフレーム４０は複数本設けられており、それぞれがセンサチップ２０及び制御回路チップ２２と接続されている。図３及び図５に示すように、リードフレーム４０に加えてリードフレーム４１が複数本形成されており、ボンディングワイヤ２４を介して制御回路チップ２２と接続されている。

本実施形態においても、リードフレーム４０及びリードフレーム４１とハウジング３０とは一体に成形されており、リードフレーム４０の裏面４０ｂ、及びリードフレーム４１の裏面４１ｂ側にはハウジング３０の基部が形成されている。そして、図４及び図５に示すように、ハウジング３０にはリードフレーム４０の裏面４０ｂを底部３４ａとする第１の孔部３４、及びリードフレーム４１の裏面４１ｂを底部３５ａとする第２の孔部３５が形成されている。

そして、第１の孔部３４及び第２の孔部３５は、前記第２のキャビティ部３３の底面３３ａと平面視で重複する位置において形成されている。すなわち、第１のキャビティ部３２と平面視で重複する位置に第１の孔部３４、第２の孔部３５を設けることなく、ハウジング３０とリードフレーム４０、リードフレーム４１とを一体に成形できる。よって、第１のキャビティ部３２の底面３２ａ側において、第１のキャビティ部３２と外部との間にリードフレーム４０のみが介在する箇所が生じない。また、ハウジング３０とリードフレーム４０との密着性が十分ではない場合であっても、第１の孔部３４の底部３４ａと第１のキャビティ部３２との距離を従来に比べて長くすることができ、第１の孔部３４と第１のキャビティ部３２との間にリーク経路が連続して形成されることを防止することができる。したがって、外部の空気が第１の孔部３４を通して第１のキャビティ部３２に流入することを防止して、物理量を測定する際の測定誤差を低減できる。

また、本実施形態において、第２のキャビティ部３３は第１のキャビティ部３２とは別に形成されているため、第１の孔部３４及び第２の孔部３５と第２のキャビティ部３３との間にリーク経路が形成された場合であっても、センサチップ２０が収納された第１のキャビティ部３２に第１の孔部３４及び第２の孔部３５を通して外部の空気が流入することを防ぐことができる。

また、図５に示すように第１のキャビティ部３２には、センサチップ２０において物理量を測定可能とするために、柔軟性のあるゲル状の保護用樹脂２５が充填されている。また、第２のキャビティ部３３には制御回路チップ２２及びボンディングワイヤ２４を保護するために保護用樹脂２６が充填されている。保護用樹脂２６として、例えばエポキシ樹脂など、保護用樹脂２５よりも硬度の高い材料を用いることができる。よって、第２のキャビティ部３３において、リードフレーム４０及びリードフレーム４１とハウジング３０との間にリーク経路が形成された場合であっても、保護用樹脂２６によって密閉性を確保することができる。

したがって、本実施形態の物理量センサ装置１１によれば、外部の空気が第１の孔部３４及び第２の孔部３５を通して第１のキャビティ部３２に流入することを防止して、測定誤差を低減させることが可能となる。

本実施形態において、制御回路チップ２２としてシリコン基板からなる集積回路（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いている。制御回路チップ２２は、センサチップ２０からの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ことができる。また、センサチップ２０のピエゾ抵抗素子には温度特性があるため、物理量センサ装置１１を広い温度範囲で使用するためには温度補償を行う必要がある。本実施形態において、ＩＣを構成するトランジスタ等の素子は温度によって電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化からハウジング３０内の温度を計測することができ、これに基づいてセンサチップ２０が検知する物理量の温度補償を行うことができる。よって測定誤差を低減して、測定精度を向上させることが可能である。
＜実施例＞
図６のグラフには、本発明の実施例及び比較例について、圧力を繰り返し変化させた場合における測定誤差を示す。実施例の物理量センサ装置として、図１及び図２に示した参考例の物理量センサ装置１０を用い、比較例として、第１の孔部３４を第１のキャビティ部３２と重複する位置に設けた物理量センサを用いた。測定誤差の評価は、圧力コントローラによって２０ｋＰａ〜１６０ｋＰａの範囲で２０ｋＰａ間隔で圧力を変化させて、実施例及び比較例の圧力データを取得した。これを１０回繰り返して測定を行い、各圧力における圧力データのばらつきΔ（最大出力−最小出力）を評価した。なお、図６に示すグラフは絶対圧基準で示しており、１００ｋＰａでほぼ常圧である。また測定は常温にて行った。

図６に示すように、比較例の物理量センサ装置は、１００ｋＰａ以下の減圧時において、測定誤差が大きくなる傾向を示しており、２０ｋＰａの圧力においてΔ＝０．０１１ｋＰａの測定誤差を示している。これは孔部から空気が流入して保護用樹脂内に気泡として残留したため、気泡が保護用樹脂内で膨張し、その際の応力が樹脂を介してセンサに伝達しノイズとなったことで、センサチップで正確な測定ができなかったと考えられる。これに対して、実施例の物理量センサ装置では、２０ｋＰａ〜１６０ｋＰａの範囲で０．００１ｋＰａ程度以下のばらつきに抑えられており、特に、減圧時において比較例よりも大幅にばらつきが低減されている。以上の結果より、本実施例の物理量センサ装置では、外部の空気が第１の孔部３４を通して第１のキャビティ部３２に流入することを防止して、測定誤差を低減できるという効果が示された。

＜物理量センサ装置の製造方法＞
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、本発明の実施形態における物理量センサ装置１１の製造方法を示す工程図である。

図７（ａ）の工程では、第１の金型５０と第２の金型５５との間において、リードフレーム４０、リードフレーム４１を所定の箇所に配置する。図７（ａ）に示すように、第１の金型５０には第１の凸部５１及び第２の凸部５２が形成されている。また、第２の金型５５には第１の支持部５６及び第２の支持部５７が形成されている。

図７（ｂ）の工程では、第１の金型５０と第２の金型５５とを型締めして、リードフレーム４０、リードフレーム４１を固定した状態で、溶融樹脂６０を充填する。第１の金型５０と第２の金型５５とを型締めする際に、リードフレーム４０の表面４０ａに第１の凸部５１を当接させる。そして、第１の凸部５１と平面視で重複しない位置において、リードフレーム４０の表面４０ａの反対側である裏面４０ｂに第１の支持部５６を当接させる。このようにして、第１の凸部５１と第１の支持部５６とでリードフレーム４０を挟むように固定することができる。

さらに、リードフレーム４０の一端部側において第１の金型５０及び第２の金型５５の外縁部で固定されて、また、リードフレーム４０の他端部側においては、リードフレーム４０の表面４０ａに第２の凸部５２を当接させるとともに、第２の凸部５２と対向する位置において、リードフレーム４０の裏面４０ｂに第１の支持部５６を当接させてリードフレーム４０を固定する。また、リードフレーム４１についても、第２の凸部５２と第２の支持部５７によって挟むように固定されている。このようにして、第１の金型５０と第２の金型５５とが型締めされる。

このように第１の金型５０と第２の金型５５との間でリードフレーム４０を確実に固定することができるため、溶融樹脂６０を充填する際の圧力によるリードフレーム４０の変形や位置ずれを防止できる。よって、リードフレーム４０とハウジング３０との間にリーク経路が形成されることを確実に防止できる。

そして、第１の金型５０と第２の金型５５との間に形成される空間に、ゲート５８から溶融樹脂６０を射出する。溶融樹脂６０は、あらかじめ加熱して溶融されたものを射出して、第１の金型５０と第２の金型５５との形状に倣って溶融樹脂６０が充填された状態で冷却され、硬化される。本実施形態において、溶融樹脂６０として熱可塑性樹脂を用いることができ、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）等を用いることができる。熱可塑性樹脂を用いることにより、熱硬化型樹脂を用いる場合と比べて、金型を加熱して硬化する工程が不要であるため、工程時間を短縮して容易に成形することができる。

その後、図７（ｃ）に示すように、第１の金型５０及び第２の金型５５を離型することによりリードフレーム４０とハウジング３０とが一体に成形される。ハウジング３０には、第１の凸部５１及び第２の凸部５２に対応する第１のキャビティ部３２及び第２のキャビティ部３３が形成されており、また、第１の支持部５６及び第２の支持部５７に対応する第１の孔部３４及び第２の孔部３５が形成されている。

そして、第１のキャビティ部３２にセンサチップ２０を、また、第２のキャビティ部３３には制御回路チップ２２を接着して、それぞれワイヤボンディングによりリードフレーム４０及びリードフレーム４１と接続する。その後、保護用樹脂２５、２６を充填して、図３から図５に記載の物理量センサ装置１１が形成される。

本実施形態の製造方法により、第１の孔部３４を、第１のキャビティ部３２の底面３２ａに対して平面視で重複しない位置に形成することができる。したがって、第１のキャビティ部３２の底面３２ａ側において、第１のキャビティ部３２と外部との間にリードフレーム４０のみが介在する箇所が生じない。また、ハウジング３０とリードフレーム４０との密着性が十分ではない場合であっても、第１の孔部３４の底部３４ａと第１のキャビティ部３２との距離を従来に比べて長くすることができ、第１の孔部３４と第１のキャビティ部３２との間にリーク経路が連続して形成されることを防止することができる。したがって、外部の空気が第１の孔部３４を通して第１のキャビティ部３２に流入することを防止して、圧力等の物理量を測定する際の測定誤差を低減させることができる。

また、第１の支持部５６により形成されるハウジング３０の孔部は、第２の凸部５２により形成される第２のキャビティ部３３の底面３３ａ側に形成される。したがって、第１のキャビティ部３２に孔部を通して外部の空気が流入することを防止できる。

なお、図７各図において、第１の支持部５６及び第２の支持部５７について、第２の金型５５と一体に設けているがこれに限定する物ではない。第１の支持部５６及び第２の支持部５７を別に形成して入れ子とする方法や、第２の金型５５に支持部用の孔部を設けて支持ピンを移動可能として挿入する方法等であっても良い。

１０、１１ 物理量センサ装置
２０ センサチップ
２１ ダイヤフラム
２２ 制御回路チップ
２３、２４ ボンディングワイヤ
２５、２６ 保護用樹脂
３０ ハウジング
３２ 第１のキャビティ部
３２ａ 底面
３３ 第２のキャビティ部
３３ａ 底面
３４ 第１の孔部
３４ａ 底部
３５ 第２の孔部
４０、４１ リードフレーム
４０ａ、４１ｂ 表面
４０ｂ、４１ｂ 裏面
４０ｃ リード端子
５０ 第１の金型
５１ 第１の凸部
５２ 第２の凸部
５５ 第２の金型
５６ 第１の支持部
５７ 第２の支持部
６０ 溶融樹脂

Claims (7)

1. 樹脂を用いて成形されたハウジングと、
   前記ハウジングに埋設されたリードフレームと、
   物理量を検知するセンサチップと、を有し、
   前記ハウジングに第１のキャビティ部が設けられて、前記センサチップは前記第１のキャビティ部に収納されており、
   前記ハウジングには、前記第１のキャビティ部の底面と平面視で重複しない位置において、前記リードフレームの裏面を底部とする孔部が形成されており、
   前記ハウジングには、前記第１のキャビティ部とは別に、制御回路チップを収納する第２のキャビティ部が形成されており、
   前記孔部は、前記第２のキャビティ部の底面と平面視で重複する位置において形成されていることを特徴とする物理量センサ装置。
2. 前記リードフレームは、前記ハウジングの外部から内部に向かって延在する形状を有し、
   前記リードフレームの一端部は前記ハウジングの外部に引き出されて、
   前記リードフレームの他端部は前記ハウジングの内部に向かって延在しており、
   前記孔部は、前記リードフレームの他端部側において形成されていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ装置。
3. 前記センサチップは圧力センサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物理量センサ装置。
4. 樹脂を用いて成形されたハウジングと、
   前記ハウジングに埋設されたリードフレームと、
   前記ハウジングのキャビティ部内に配置され、かつ前記リードフレームと電気的に接続されたセンサチップと、を有する物理量センサ装置の製造方法であって、
   （ａ）第１の凸部が形成された第１の金型と、前記リードフレームを支持する支持部を有する第２の金型とを用いて、前記第１の金型と前記第２の金型との間に前記リードフレームを配置して、前記リードフレームの表面に前記第１の凸部を当接させるとともに、前記第１の凸部と平面視で重複しない位置において、前記リードフレームの裏面に前記支持部を当接させて前記リードフレームを固定する工程と、
   （ｂ）前記第１の金型と前記第２の金型との間に形成される空間に溶融樹脂を充填して前記リードフレームと前記ハウジングとを一体に成形する工程と、を有し、
   前記第１の金型には、第２の凸部が形成されており、
   前記（ａ）の工程において、前記リードフレームの表面に前記第２の凸部を当接させるとともに、前記第２の凸部と対向する位置において、前記リードフレームの裏面に前記支持部を当接させて前記リードフレームを固定することを特徴とする物理量センサ装置の製造方法。
5. 前記（ａ）の工程において、前記リードフレームの一端部を前記ハウジングの外部に引き出すとともに、前記一端部から前記ハウジングの内部に向かって延在するように前記リードフレームを配置して、前記リードフレームの他端部側に前記支持部を当接させて前記リードフレームを固定することを特徴とする請求項４に記載の物理量センサ装置の製造方法。
6. 前記（ｂ）の工程において、熱可塑性樹脂を用いて前記リードフレームと前記ハウジングとを一体に成形することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の物理量センサ装置の製造方法。
7. 前記センサチップは圧力センサであることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の物理量センサ装置の製造方法。

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