JP6654094B2 - センサモジュール及びセンサ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、センサモジュール及びセンサ装置の製造方法に関する。

従来の技術として、センサモジュール、コネクタ接続部及び取り付け部が絶縁性樹脂により一体に成形されたセンサ本体部を備えたセンサ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このセンサモジュールは、リードフレームの部品実装面が露出するように絶縁性樹脂によってモールド樹脂部が成形され、この部品実装面にセンサエレメントが実装される。

特開２００７−２８６０１５号公報

従来のセンサ装置のように、樹脂で封止されたセンサモジュールをさらに樹脂によるインサート成形を行う場合、センサモジュールと金型の位置ずれが生じると検出精度の低下やコネクタ接続部にコネクタが接続できないなどの不具合が生じる可能性がある。

従って本発明の目的は、センサモジュールをさらにインサート成形する際の金型とセンサモジュールの位置ずれを抑制するセンサモジュール及びセンサ装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、検出対象の物理量を測定するセンサ素子と、インサート成形によってセンサ装置を形成する際の金型との位置決め用の複数の貫通孔が形成されたリードフレームと、リードフレームの複数の貫通孔が露出する複数の第１の切欠部が形成されるように、リードフレーム、及びセンサ素子を含む電子回路を封止樹脂によって封止した封止体と、を備えたセンサモジュールを提供する。

本発明によれば、センサモジュールをさらにインサート成形する際の金型とセンサモジュールの位置ずれを抑制することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係るセンサモジュールの一例を示す上面図であり、図１（ｂ）は、センサモジュールの一例を示す側面図である。 図２は、実施の形態に係るセンサモジュールがインサート成形されたセンサ装置の一例を示す概略図である。 図３は、実施の形態に係るセンサモジュールがインサート成形される際にセットされる金型のキャビティ型の一例を示す概略図である。 図４（ａ）〜図４（ｃ）は、実施の形態に係るセンサ装置の製造方法の一例を示す概略図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係るセンサモジュールは、検出対象の物理量を測定するセンサ素子と、インサート成形によってセンサ装置を形成する際の金型との位置決め用の複数の貫通孔が形成されたリードフレームと、リードフレームの複数の貫通孔が露出する複数の第１の切欠部が形成されるように、リードフレーム、及びセンサ素子を含む電子回路を封止樹脂によって封止した封止体と、を備えて概略構成されている。

センサモジュールは、金型との位置決め用の複数の貫通孔を備えているので、この構成を採用しない場合と比べて、センサモジュールをさらにインサート成形する際の金型とセンサモジュールの位置ずれを抑制することができる。

[実施の形態]
（センサモジュール１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係るセンサモジュールの一例を示す上面図であり、図１（ｂ）は、センサモジュールの一例を示す側面図である。図２は、実施の形態に係るセンサモジュールがインサート成形されたセンサ装置の一例を示す概略図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

センサモジュール１は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示すように、検出対象の物理量を測定するセンサ素子３０と、インサート成形によってセンサ装置８を形成する際の金型との位置決め用の複数の貫通孔が形成されたリードフレーム４と、リードフレーム４の複数の貫通孔が露出する複数の第１の切欠部が形成されるように、リードフレーム４、及びセンサ素子３０を含む電子回路３を封止樹脂によって封止した封止体７と、を備えて概略構成されている。

またセンサモジュール１は、センサ素子３０が表面２０ａに配置されると共にリードフレーム４が裏面２０ｂに接合され、複数の貫通孔及び複数の第１の切欠部に応じた複数の第２の切欠部を有する基板２を備えている。

この複数の貫通孔は、リードフレーム４の貫通孔４１〜貫通孔４４である。この貫通孔４１〜貫通孔４４は、本来は封止体７が形成する場所に形成されている。複数の第１の切欠部は、封止体７の切欠部７１〜切欠部７４である。複数の第２の切欠部は、基板２の切欠部２１〜切欠部２４である。なお貫通孔の数は、４つに限定されず、後述する金型との位置決めが可能な少なくとも２つ以上であれば良い。

（基板２の構成）
基板２は、矩形状を有し、リードフレーム４の貫通孔４１〜貫通孔４４に対応する４つの隅に切欠部２１〜切欠部２４を有している。この切欠部２１〜切欠部２４は、例えば、図１（ａ）の上面視において正方形を有している。上述のようにリードフレーム４の貫通孔の数は、４つに限定されない。従って基板２の切欠部は、貫通孔に応じて４つの隅の少なくとも２つ以上に形成される。

この基板２は、例えば、プリント配線基板である。この基板２の表面２０ａには、センサ素子３０を有する電子回路３が形成されている。また基板２の裏面２０ｂには、リードフレーム４が接合されている。この接合は、一例として、接着剤によって行われるが溶接や半田による接合であっても良い。

電子回路３は、図１（ａ）に示すように、コネクタ端子５と電気的に接続されている。この電気的な接続は、例えば、ボンディングワイヤ法による金属性のワイヤ６を介して行われている。

（電子回路３の構成）
電子回路３は、一例として、センサ素子３０、及びセンサ素子３０の出力信号を増幅する増幅回路などを含んで構成されている。

センサ素子３０は、検出した物理量を電気的な量に変換するセンサである。センサ素子３０は、一例として、検出対象の接近に伴う磁場の変化を電気的な量に変換する磁気抵抗センサやホールセンサなどの磁気センサである。

なお変形例としてセンサ素子３０は、例えば、加速度センサ素子、圧力センサ素子などであっても良い。

（リードフレーム４の構成）
図３は、実施の形態に係るセンサモジュールがインサート成形される際にセットされる金型のキャビティ型の一例を示す概略図である。

リードフレーム４は、例えば、打ち抜きやエッチングなどにより、細長い板形状に形成されている。またリードフレーム４は、例えば、アルミニウム、銅などの導電性を有する金属材料、又は真鍮などの合金材料を用いて形成される。なおリードフレーム４は、例えば、錫、ニッケル、金、銀などの金属材料を用いたメッキ処理が表面に施されていても良い。

リードフレーム４は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、基板２に接合されている。このリードフレーム４は、例えば、１枚の板であっても良いし、複数の板であっても良い。

このリードフレーム４は、４つの隅に円形状の貫通孔４１〜貫通孔４２が形成されている。この貫通孔４１〜貫通孔４４には、一例として、図３に示すように、金型９のキャビティ型９０のキャビティ９１に設けられたピン９１１〜ピン９１４が挿入される。なお貫通孔４１〜貫通孔４４の形状は、円形状に限定されず、矩形状などであっても良い。

リードフレーム４は、表面４０の４つの隅が基板２の切欠部２１〜切欠部２４、及び封止体７の切欠部７１〜切欠部７４が形成されることにより、貫通孔４１〜貫通孔４４が露出している。

（コネクタ端子５の構成）
コネクタ端子５は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、封止体７の一側面から並んで突出している。このコネクタ端子５は、リードフレーム４と同じ材料で形成された７本のリードフレームを加工して形成されている。

コネクタ端子５は、電子回路３とワイヤ６を介して電気的に接続されている。そしてコネクタ端子５は、センサ装置８が接続されるコネクタのメス端子に挿入されるオス端子となる。

（封止体７の構成）
封止体７は、上述のように、モールド成形によって基板２、電子回路３及びリードフレーム４を一体とするものである。この封止体７は、例えば、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）樹脂やエポキシ樹脂を主成分に、シリカ充填材などを加えた熱硬化性成形材料が硬化したものである。本実施の形態では、熱硬化性成形材料としてエポキシ樹脂が使用される。封止体７は、例えば、主にセンサ素子３０などを光、熱及び湿度などの環境から保護している。

この封止体７には、切欠部７１〜切欠部７４が形成されている。切欠部７１及び切欠部７２は、図１（ａ）に示すように、切欠部７３及び切欠部７４と形状が異なっている。

切欠部７１及び切欠部７２は、基板２の切欠部２１及び切欠部２２と同様に、図１（ａ）の上面視において正方形となっている。一方切欠部７３及び切欠部７４は、封止体７が基板２及びリードフレーム４とコネクタ端子５とを一体とするためにコネクタ端子５側に延長された矩形状となっている。

なお封止体７は、基板２、電子回路３及びリードフレーム４の周囲を覆うように形成されても良い。

（センサ装置８の構成）
センサ装置８は、例えば、図２に示すように、本体８０と、コネクタ部８５と、を備えて概略構成されている。本体８０及びコネクタ部８５は、例えば、ＰＰＳなどの樹脂材料により形成されている。

本体８０には、センサモジュール１がインサート成形されている。そして本体８０は、例えば、図２に示すように、側面部８１及び側面部８２の上部に後述する金型のピンによって形成されたピン抜部８３がピンに応じて形成されている。

このセンサ装置８は、例えば、磁性体が取り付けられた操作部の接近を検出する。この操作部は、一例として、ブレーキペダルなどである。

コネクタ部８５は、筒形状を有している。このコネクタ部８５には、センサモジュール１のコネクタ端子５が露出している。センサモジュール１をインサート成形した場合、金型９とセンサモジュール１との位置合わせが適切に行われないと、コネクタ端子５とコネクタ部８５との相対的な位置が設計と異なり、コネクタがコネクタ部８５に接続できない不具合が生じることがある。

（金型９の構成）
金型９は、一例として、図３に示すように、本体８０の下部を形成するキャビティ型９０と、本体８０の上部を形成するコア部と、を備えて概略構成されている。

このキャビティ型９０には、センサモジュール１の貫通孔４１〜貫通孔４４に挿入されるピン９１１〜ピン９１４が設けられている。このピン９１１及びピン９１４は、本体８０の側面部８１を形成するための側面凸形成部９２の配置面９２０に設けられている。またピン９１２及びピン９１３は、側面部８１の反対側の側面部８２を形成するための側面凸形成部９３の配置面９３０に設けられている。

センサモジュール１は、貫通孔４１〜貫通孔４４にピン９１１〜ピン９１４が挿入されると共に、下面１１が配置面９２０及び配置面９３０に接触することでキャビティ型９０に位置決めされる。

以下に、本実施の形態のセンサ装置８の製造方法について図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照しながら説明する。

（センサ装置８の製造方法）
センサ装置８の製造方法は、リードフレームに設けられた複数の貫通孔が露出する複数の第１の切欠部が形成されるように、リードフレーム、及びセンサ素子を含む電子回路を封止した封止体を有するセンサモジュールを準備し、金型の一方のキャビティ内に設けられた複数のピンをリードフレームの複数の貫通孔に挿入して金型の一方とセンサモジュールとの位置決めを行い、金型の他方を金型の一方と密着させて金型の内部に封止樹脂を射出して形成する方法である。

具体的には、図４（ａ）に示すように、リードフレーム４に設けられた貫通孔４１〜貫通孔４４が露出する切欠部７１〜切欠部７４が形成されるように、リードフレーム４、及びセンサ素子３０を含む電子回路３を封止した封止体７を有するセンサモジュール１を準備する。なお本実施の形態のセンサモジュール１は、貫通孔４１〜貫通孔４４に対応する切欠部２１〜切欠部２４を有する基板２を備えている。

次に図４（ｂ）に示すように、金型９の一方のキャビティ９１内に設けられたピン９１１〜ピン９１４をリードフレーム４の貫通孔４１〜貫通孔４４に挿入してキャビティ型９０とセンサモジュール１との位置決めを行う。

次に図４（ｃ）に示すように、金型９の他方であるコア型９５をキャビティ型９０と密着させて金型９の内部に封止樹脂を射出し、この封止樹脂を硬化させて図２に示すセンサ装置８を形成する。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係るセンサモジュール１は、センサモジュール１をさらにインサート成形する際の金型９とセンサモジュール１の位置ずれを抑制することができる。このセンサモジュール１は、本来は基板２及び封止体７によって露出することがない貫通孔４１〜貫通孔４４が形成されると共に、この貫通孔４１〜貫通孔４４に金型９のキャビティ型９０のピン９１１〜ピン９１４が挿入できるように基板２に切欠部２１〜切欠部２４が形成され、また封止体７に切欠部７１〜切欠部７４が形成されている。従ってセンサモジュール１は、金型９との位置決めが容易となり、この構成を採用しない場合と比べて、センサモジュール１をさらにインサート成形してセンサ装置８を製造する際の金型９との位置ずれを抑制することができる。

センサモジュール１は、金型９との位置ずれが抑制されるので、コネクタ部８５とコネクタ端子５との相対的な位置ずれが抑制され、相手方のコネクタがコネクタ部８５に接続できないなどの不具合を抑制することができる。

位置決め用の貫通孔は、コネクタ端子の配置や形状によっては形成できなかったり、形成できても強度が低下して封止樹脂の射出圧やコネクタの接続によって折れたり、変形する可能性がある。しかしセンサモジュール１は、コネクタ端子と比べて、貫通孔を形成しても強度が低下し難いリードフレーム４であって、さらに本来は封止体７が形成される場所に貫通孔が形成されているので、封止樹脂の射出圧や封止樹脂の硬化の際の応力によるリードフレーム４の変形を抑制することができる。

センサ素子が封止体によって覆われている場合、金型とセンサ素子との相対的な位置を合わせ難く、位置ずれが累積されて大きくなる。しかしセンサモジュール１は、センサ素子３０に近い位置に貫通孔４１及び貫通孔４２を有しているので、センサ素子３０と貫通孔４１及び貫通孔４２の位置ずれが離れている場合よりも小さい。従ってセンサモジュール１は、金型９とセンサ素子３０との相対的な位置を高い精度で合わせることができる。そしてセンサ装置８は、金型９とセンサ素子３０との位置が高い精度で合っているので、センサ素子３０と本体８０との相対的な位置ずれが抑制され、高い精度で検出対象を検出することができる。

なお変形例として、センサモジュール１は、基板２を備えず、リードフレーム４に電子回路３が形成される構成であっても良い。この場合、リードフレーム４は、電子回路３の配線として機能するので、電子回路３に応じて複数のリードフレームから構成される。そして配置された複数のリードフレームの隅に貫通孔が形成される。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…センサモジュール、２…基板、３…電子回路、４…リードフレーム、５…コネクタ端子、６…ワイヤ、７…封止体、８…センサ装置、９…金型、１１…下面、２０ａ…表面、２０ｂ…裏面、２１〜２４…切欠部、３０…センサ素子、４０…表面、４１〜４４…貫通孔、７１〜７４…切欠部、８０…本体、８１，８２…側面部、８３…ピン抜部、８５…コネクタ部、９０…キャビティ型、９１…キャビティ、９２，９３…側面凸形成部、９５…コア型、９１１〜９１４…ピン、９２０，９３０…配置面

Claims (3)

1. 検出対象の物理量を測定するセンサ素子と、
   インサート成形によってセンサ装置を形成する際の金型との位置決め用の複数の貫通孔が形成されたリードフレームと、
   前記センサ素子が表面に配置されると共に前記リードフレームが裏面に接合され、前記複数の貫通孔に応じた複数の第２の切欠部を有する基板と、
   前記リードフレームの前記複数の貫通孔が露出すると共に前記複数の第２の切欠部に応じた複数の第１の切欠部が形成されるように、前記基板、前記リードフレーム、及び前記センサ素子を含む電子回路を封止樹脂によって封止した封止体と、
   を備えたセンサモジュール。
2. 前記基板は、矩形状を有し、前記複数の貫通孔に対応する４つの隅の少なくとも２つの隅に前記第２の切欠部を有する、
   請求項１に記載のセンサモジュール。
3. リードフレームに設けられた複数の貫通孔が露出する複数の第１の切欠部が形成されるように、検出対象の物理量を測定するセンサ素子が表面に配置されると共に前記リードフレームが裏面に接合され、前記複数の貫通孔及び前記複数の第１の切欠部に応じた複数の第２の切欠部を有する基板、前記リードフレーム、及び前記センサ素子を含む電子回路を封止した封止体を有するセンサモジュールを準備し、
   金型の一方のキャビティ内に設けられた複数のピンを前記リードフレームの前記複数の貫通孔に挿入して前記金型の一方と前記センサモジュールとの位置決めを行い、
   前記金型の他方を前記金型の一方と密着させて前記金型の内部に封止樹脂を射出して形成する、
   センサ装置の製造方法。

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