JP6602744B2 - センサ装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は空気流量や圧力などの物理量を計測するセンサ装置に係り、特に、内燃機関の吸入空気量を計測する空気流量センサに関する。

空気流量や圧力などの物理量は、様々な機器において重要な制御パラメータとして広く使用されており、これらの物理量を計測するセンサは、機器の性能を左右する重要な構成部品のひとつである。例えば、内燃機関を搭載した車両では、省燃費の要望や排気ガス浄化の要望が非常に高い。これらの要望に応えるには、内燃機関の主要パラメータである吸入空気量を高い精度で計測する空気流量センサが必要となる。

空気流量センサなどのセンサ装置は、例えば、基板上にセンサ素子や電子部品を搭載し、樹脂封止により筐体を形成することで作製される。このとき、空気流量を測定するためにはセンサ素子が外気に暴露される構造となる必要があるため、筐体を形成する樹脂封止工程で、金型で基板を押圧することで、樹脂をせき止め、部分的に基板やセンサを露出した構造とする必要がある。このような技術は、例えば特開平１１−１５０２１６号公報（特許文献１）に開示されている。

特開平１１−１５０２１６

特許文献１に記載の技術では、放熱板上に半導体素子を装着し、半導体素子とリードフレームの各リード部をボンディングワイヤにより接続する。放熱板の露出面に、周端縁部からやや内側の位置を全周に連続して延びる突起部を形成する。金型をリードフレームに設置し、放熱板を金型で押圧しながら樹脂封止する。このとき、金型の押圧により放熱板の突起部が塑性変形し、金型に密着することで、放熱板露出面への樹脂流入および樹脂バリの発生を防止している。

上記技術は、金型の押圧により放熱板の突起部が塑性変形する金属などの延性材料には用いることができる。一方で、プリント基板やセラミック基板のような脆性材料を基板に用いた場合には、金型の押圧により基板が損傷を受けてしまうという課題があった。また、基板は厚さばらつきを有しているため、この厚さばらつきにより金型の押圧力が変化することによって、樹脂バリや基板の損傷が発生することも課題であった。このため、従来の樹脂封止方法では、プリント基板やセラミック基板の一部を部分的に露出しながら樹脂封止することが難しかった。

本発明の目的は、プリント基板のような脆性材料にセンサ素子を搭載し、センサ素子を露出しながら樹脂封止する工程において、樹脂バリや基板の損傷を防止し、信頼性の高いセンサ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のセンサ装置は、被計測流体の一部を取り込む副通路と、前記副通路に配置されるセンサ素子と、前記センサ素子が実装される基板と、前記基板を保持するハウジングとを備え、前記ハウジングは、前記副通路の壁面の一部を形成しつつ、前記基板を保持する固定部を有し、前記基板は前記固定部に沿った方向に形成される溝部を有しており、前記溝部は、その底部が、前記基板が前記固定部で保持される領域とそうでない領域を有するように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、信頼性の高いセンサ装置を提供することが可能となる。

本願に係る第１実施例におけるセンサアセンブリの平面図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサアセンブリの底面図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサアセンブリの断面図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサ装置の平面図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサ装置の底面図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサ装置の断面図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサ装置の断面拡大図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面拡大図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサアセンブリの平面図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサアセンブリの底面図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサ装置の平面図である。 本願に係る第１実施例におけるセンサ装置の底面図である。 本願に係る第２実施例におけるセンサアセンブリの断面図である。 本願に係る第２実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面図である。 本願に係る第２実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面拡大図である。 本願に係る第３実施例におけるセンサアセンブリの断面図である。 本願に係る第３実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面図である。 本願に係る第３実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面拡大図である。 本願に係る第４実施例におけるセンサアセンブリの断面図である。 本願に係る第４実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面図である。 本願に係る第４実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面拡大図である。 本願に係る第５実施例におけるセンサアセンブリの断面図である。 本願に係る第５実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面図である。 本願に係る第５実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面拡大図である。 本願に係る第６実施例におけるセンサアセンブリの断面図である。 本願に係る第６実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面図である。 本願に係る第６実施例におけるセンサアセンブリの樹脂封止工程における断面拡大図である。

以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。

まず、センサ装置の第１実施例について図１〜図１３を用いて説明する。図１はセンサアセンブリ１０の平面図であり、図２はセンサアセンブリ１０の底面図、図３は図１上のＡ−Ａ断面図である。

図１から３に示すように、センサアセンブリ１０は、センサ素子２と、センサ素子２の信号を処理する電子部品３を基板１上に実装することで形成される。基板１には、セラミック基板を用いてもプリント基板を用いても構わない。センサ素子２は、流体の物理量を計測する役割があり、例えば、流量センサ、圧力センサ、湿度センサが挙げられる。電子部品３は、例えばLSIやマイコンが挙げられる。基板１とセンサチップ２の間、及び基板１と電子部品３の間をはんだもしくはボンディングワイヤを用いて電気的に結線する。例えば、センサ装置が流量センサであれば、図１の矢印方向もしくは反対方向から空気２６がセンサ素子２の流量検出部を通過することで空気流量を測定する。基板１は、両面実装する構成を採用することができる。その場合には、例えば、裏面側に、湿度センサや圧力センサ等の他のセンサを実装することも可能である。

図４は副通路１２を含む筐体５にセンサアセンブリ１０を実装したときの平面図であり、図５は底面図である。また、図６は図４上のＢ−Ｂ断面図であり、図７は図６の断面拡大図である。図４から６に示すように、筐体５は、主通路を流れる空気をセンサチップ２に導くための副通路１２を、図示しないカバーと協働で形成する。筐体５とセンサアセンブリ１０は、樹脂封止によって一体成型される。そして、センサアセンブリ１０は、図1の斜線で示した固定領域４で、筐体５にインサートされた状態で固定される。筐体５に用いる樹脂は例えば熱可塑性樹脂である。この際、センサ素子２は、上記副通路１２中に露出するようにして配置される。

そして、センサアセンブリ１０の基板１には、固定領域４とその周縁に溝６が、例えば機械加工により形成される。

第1実施例による作用効果について図８、図９を用いて説明する。図８は、センサアセンブリ１０の樹脂封止工程における図１上のA-A断面図であり、図９は図８の断面拡大図である。

センサアセンブリ１０を、筐体５に固定する場合、モールド工程を採用している。モールド工程では、センサアセンブリ１０の基板１を、金型２５に設置した後、金型２５でクランプし樹脂封止することで、筐体５に固定する。このとき、センサ素子２は、副通路１２中に露出する必要があるため、基板１を金型２５によって押圧した状態で樹脂封止し、樹脂が副通路１２内へ流出することを防止している。

ここで、金型２５の押圧の大きさは、金型２５が基板１を押し付ける量により決まる。しかし、基板１の厚さ２０aはばらつきを有するため、このばらつきにより金型２５の押圧力がばらつく。つまり、基板１の厚さ２０aが設計中央値より小さければ金型２５の押圧力は減少し、ある押圧力以下になると樹脂が副通路１２内へ流出する。一方、基板１の厚さ２０aが設計中央値より大きければ、金型２５の押圧力は増加し、ある押圧力以上になると基板１への損傷が生じる。そのため、基板１の厚さ２０ａのばらつきにより歩留まりが悪化してしまう。

本実施例では、基板１に対して、筐体５の固定領域４とその周縁に、基板１の厚さばらつきよりも精度がよい工程で溝６を形成する構造とした。樹脂封止の工程で金型２５は基板１の溝部６を押圧するため、厚さばらつきによる押圧力の変動は溝間の厚さ２０bのばらつきに依存する。そして、この溝部６は、基板１の厚さばらつきよりも精度がよい工程にて形成することにより、金型により押圧される押圧部（溝部）のばらつきを、基板１の厚さばらつきよりも小さくすることができる。例えば、溝６は、機械加工により形成する。

本実施例によれば、基板１の厚さばらつき２０aに比べて、溝間の厚さ２０bのばらつきを小さくできる。そのため、樹脂封止工程の金型２５の押圧力のばらつきを低減でき、押圧力不足による樹脂の流出や押圧力過剰による基板１への損傷を抑制し、より高信頼なセンサ装置を提供できる。

基板１を保持する固定部を筐体５は有し、基板１は固定部に沿った方向に形成される溝部を有しており、溝部６は、その底部が、基板１が固定部で保持される領域とそうでない領域を有する。

本実施例は、基板１の厚さばらつき２０ａを低減するために、精度の良い後工程により基板１の精度を向上させている。本実施例では、溝を例に挙げているが、当然ながら、全面を切削してもよい。

溝６とする更なる有利な効果は、樹脂が流出した場合でも、溝６により樹脂がせき止められるため、センサ素子２へ樹脂が到達することをより抑制できること、必要最低限の切削範囲にて効果を得られるため、製造が容易であること、が挙げられる。

本実施例では、溝６を、固定領域４の全てに用いている例を示しているが、必ずしもこれに限定されない。製造時の応力が特に気になる領域が、副通路１２の壁面を形成しつつ、固定部を形成する領域である場合には、この固定領域４に溝６を設けるとよい。すなわち、センサ２と電子部品３の間に溝６を設けている。

本実施例の変形例について図１０〜１３を用いて説明する。図１０はセンサアセンブリの平面図、図１１は底面図であり、図１２は筐体５にセンサアセンブリ１０を実装したときの平面図、図１３は底面図である。先の実施例と異なる構成は、基板１上に複数の電子部品３、１３およびセンサ素子２、１４〜１６を設置している点である。電子部品は、例えばマイコンやLSI、センサ素子は、例えば温度センサや圧力センサ、湿度センサである。図１０〜１３に示すように基板１上にセンサ素子２、１４〜１６や電子部品３、１３を複数設置する構成としても同等の作用効果を奏することは言うまでもない。

本発明の第２実施例について図１４〜図１６を用いて説明する。

第１実施例と異なる構成は、基板１に対して、筐体５の固定領域４の両端に溝６を形成することで、固定領域に凸部７を形成している点である。図１６に示すように基板１の凸部７上に筐体５が形成されることで、基板１と筐体５の固定力が増加し、より高信頼なセンサ装置を提供できる。また、実施例１と同様に、基板１を保持する固定部を筐体５は有し、基板１は固定部に沿った方向に形成される溝部を有しており、溝部６は、その底部が、基板１が固定部で保持される領域とそうでない領域を有するため、製造時の金型押当部が溝部とすることができ、製造ばらつきを抑制できる。

次に、本発明の第３実施例について図１７〜１９を用いて説明する。

先の実施例と異なる構成は、基板1上の溝６を例えば切削のような機械加工により形成することで、表面を粗化している点である。これにより、基板１と筐体５の固定領域４において固定力が増加し、より高信頼なセンサ装置を提供できる。

次に、本発明の第４実施例について図２０〜２２を用いて説明する。

先の実施例と異なる構成は、基板１上の溝６を基板１の一方の面にのみ形成している点である。本構成としても、基板１の厚さ２０aのばらつきよりも溝間の厚さ２０bのばらつきを小さくすることができ、先の実施例と同等の作用効果を奏することは言うまでもない。さらに、溝６を一方の面にのみ形成することで、溝を加工する工程を削減できるため、製造コストを低減しつつ、信頼性の高いセンサ装置を提供できる。

次に、本発明の第５実施例について図２３〜２５を用いて説明する。

先の実施例と異なる点は、基板１の表面に保護層８を形成し、保護層８上に溝６を形成している点である。本構成としても、先の実施例と同等の作用効果を奏することは言うまでもない。さらに、基板１表面に保護層を形成することで、腐食性ガスなどが基板１の内部へ侵入することを防止できるため、より信頼性の高いセンサ装置を提供することができる。

また、図２６〜２８に示すように基板１の表面に溝６を形成した後に、溝６上に保護膜８を形成する構成としても同等の効果を奏することは言うまでもない。

当然のことながら、各実施例は組み合わせ可能である。

１…基板
２…センサ素子
３…電子部品
４…固定領域
５…筐体
６…溝
７…凸部
８…保護層
１０…センサアセンブリ
１２…副通路
１３…電子部品
１４…センサ素子
１５…センサ素子
１６…センサ素子
２０a…基板の厚さ
２０b…溝間の厚さ
２５…金型
２６…空気

Claims (12)

1. 被計測流体の一部を取り込む副通路と、前記副通路に配置されるセンサ素子と、前記センサ素子が実装される基板と、前記基板を保持するハウジングと、を備え、
   前記ハウジングは、前記副通路の壁面の一部を形成しつつ、前記基板を保持する固定部を有し、前記基板は前記固定部に沿った方向に形成される溝部を有しており、
   前記溝部は、その底部が、前記基板が前記固定部で保持される領域と前記固定部に接しない領域を有するように形成されているセンサ装置。
2. 前記溝部は、その底面が切削面である請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記溝部は２つあり、前記固定部に沿った凸部が形成されている請求項１に記載のセンサ装置。
4. 前記溝部は、前記基板のセンサ素子が搭載されている側の面に形成される請求項１に記載のセンサ装置。
5. 前記溝部表面には保護膜が形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサ装置。
6. 前記基板表面には保護膜が形成されており、前記溝部は、前記保護膜上に形成される請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサ装置。
7. 前記センサ素子は、前記副通路に流れ込む気体の流量を測定する流量センサである請求項１乃至４の何れかに記載のセンサ装置。
8. 前記基板は、複数のセンサ素子を有する請求項７に記載のセンサ装置。
9. 前記基板は、プリント基板である請求項１乃至４の何れかに記載のセンサ装置。
10. 前記基板は、セラミック基板である請求項１乃至４の何れかに記載のセンサ装置。
11. 前記ハウジングは、熱可塑性樹脂で形成される請求項１乃至４の何れかに記載のセンサ装置。
12. センサ素子と、前記センサ素子が実装される基板と、前記基板を保持するハウジングをモールドにより固定するセンサ装置の製造方法であって、
    前記基板に溝を形成する工程と、
    前記溝に固定部形成用の金型を押し当てて、樹脂を注入し、固定部を形成する工程と、を備えるセンサ装置の製造方法。

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