JP6905962B2 - 流量センサ - Google Patents
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Description
本発明の他の一態様による流量センサは、リードフレームと、前記リードフレームの一面上に配置され、前記リードフレーム側に空洞部を有するダイヤフラムが形成された半導体チップと、前記半導体チップの前記ダイヤフラム上を含む前記一面上に形成された流量検出部と、前記ダイヤフラム上に形成された前記流量検出部の少なくとも一部を露出する流路用開口部を有し、前記リードフレームおよび前記半導体チップを覆う樹脂とを備え、前記樹脂の、前記リードフレームの前記一面側とは反対側の他面側を覆う下部側樹脂部は、前記ダイヤフラムの周縁部に対向する領域に、周囲よりも薄い薄肉部を有し、前記樹脂の、前記リードフレームの前記一面側を覆う上部側樹脂部は、前記半導体チップの一側領域を覆う第一***部と、前記第一***部とは前記流路用開口部を挟んで設けられ、前記半導体チップの前記一側領域に対向する対向側領域を覆う第二***部を有し、前記薄肉部は、検出対象流体の流れ方向に延在する前記流路用開口部に沿う方向の長さが、この流路用開口部に沿う方向に直交する方向の長さよりも大きい形状を有する。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
なお、以下の説明において、X方向、Y方向、Z方向は図示の通りとする。
流量センサ100は、図3に示されるように、リードフレーム4と、第一半導体チップ2と、第二半導体チップ5と、ワイヤ11と、樹脂3とを有する。
リードフレーム4は、例えば、銅等の金属により形成されている。リードフレーム4は、第一半導体チップ2および第二半導体チップ5を搭載する広い面積の搭載部(図示せず)とこの搭載部と分離して配置され、不図示のワイヤにより搭載部に電気的に接続された複数のリード部4a(図1、2参照)を有する。
第一半導体チップ2および第二半導体チップ5は、リードフレーム4の搭載部のZ方向の上面(以下、単に「上面」ということもある)に不図示の接着剤により固定されている。接着剤としては、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂を用いることができる。樹脂中にガラス、カーボン、マイカ等を主成分とする無機微粒子を混入してもよい。
気体が流れると、発熱用抵抗体の上流側の測定用抵抗体は冷却され、発熱用抵抗体の下流側の測定用抵抗体は、発熱用抵抗体により温度が上昇した気体により温度が上昇する。一対の測定用抵抗体の温度差により生じる差電位に基づいて、気体の流量を求める。このような流量検出部の詳細は、特許文献1として記載した国際公開2015−033589号に記載されている。
但し、流量検出部は、上記の方式に限られるものではなく、他の方式であってもよい。
下部側樹脂部13bの溝16の側面16aより外側領域、すなわち、溝16を囲繞する下部側樹脂部13bの領域は、薄肉部7より厚い厚肉部とされている。厚肉部は、厚さが全体に亘り均一であり、その底面は平坦となっている。薄肉部7は、ダイヤフラム1に対向する領域の近傍周縁部のみに形成されている。このため、後述するように、ダイヤフラム1に曲げ変形を効果的に作用させることができる。
流量センサ100を形成する工程の概略を以下に示す。
リード部4aを含むリードフレーム4の搭載部に、ダイヤフラム1を有する第一半導体チップ2および第二半導体チップ5を接着剤により接着する。図示はしないが、この時点では、リードフレーム4は、その外周に搭載部およびリード部4aを連結するダムバーを有する。第一半導体チップ2とリードフレーム4、第二半導体チップ5とリードフレーム4とを、それぞれ、ワイヤ11によりボンディングする。また、各リード部4aと、リードフレーム4の搭載部とをワイヤ(図示せず)によりボンディングする。そして、この状態で、金型10内に設置し、モールド成形する。なお、金型10は、上金型と下金型とにより構成されるが、図5では、金型と下金型とを分離せず、一体化して示している。
図5に示すように各部材をセッティングした後、金型10内に樹脂材3aを流し込み、キャビティ内を樹脂材3aで充填する。この後、樹脂材3aを冷却して硬化する。その後、金型10から封止された半導体チップ中間体を取り出して、ダムバーを切断すると、図1〜図4に図示される、樹脂3によりパッケージ化された流量センサ100が得られる。
図6は、樹脂モールド時に、流量センサのダイヤフラムに作用するX方向における圧縮力を説明するための図であり、図7は、樹脂モールド時に、流量センサのダイヤフラムに作用するY方向における圧縮力を説明するための図である。
金属で形成されたリードフレーム4および樹脂3は、シリコン等の半導体材料により形成された第一半導体チップ2よりも線膨張係数が大きい。このため、冷却工程では、リードフレーム4および樹脂3の収縮による負荷が第一半導体チップ2に作用する。特に、ダイヤフラム1は、肉厚が薄いので、圧縮力によりひずみ易い。ひずみ等によりダイヤフラム1が変形すると、気体流量の検出精度が低下する。
リードフレーム4の線膨張係数が、樹脂3の線膨張係数よりも大きい場合、薄肉部7を形成することにより、樹脂3により拘束されていたリードフレーム4の薄肉部7に面する側が収縮し易くなる。
リードフレーム4の薄肉部7に面する側が収縮すると、図8に示すように、第一半導体チップ2には、第一半導体チップ2の上面2a側が凸となる曲げ変形が作用する、この曲げ変形は、ダイヤフラム1が空洞部9側に突き出す方向に変形する凹状変形を打ち消す方向に作用する。このため、ダイヤフラム1に作用していた収縮力が緩和され、ダイヤフラム1のひずみが抑制される。樹脂3の線膨張係数がリードフレーム4の線膨張係数より小さい場合に、ダイヤフラム1の変形の抑制が大きくなる。
ダイヤフラム1の下面側の樹脂3の薄肉部7は、空洞部9の内側に位置するダイヤフラム1の周縁部から空洞部9の外側の近傍周縁部に対向する領域に形成されている。この構成により、ダイヤフラム1を有する第一半導体チップ2の上面側がXZ面において凸となる曲げ変形による引張力がダイヤフラム1の全面に作用し易くなる。従って、図6に示すように、ダイヤフラム1の下面側の樹脂3の薄肉部7のX方向寸法LRXは、少なくともダイヤフラム1のX方向寸法LDXよりも大きくすることが望ましい。
図6に示すように、X方向では、第一半導体チップ2の一側領域の上および一側領域に対向する他側領域の上は***部12により覆われている。一方、図7に示すように、Y方向では、樹脂3の低背部15の表面15aは、第一半導体チップ2の上面2aと面一であり、第一半導体チップ2は、樹脂3により覆われていない。従って、樹脂3の収縮力により第一半導体チップ2に作用する負荷は、X方向の方がY方向より大きい。このため、第一半導体チップ2に作用する負荷を緩和するには、第一半導体チップ2の上面2a側が凸となる曲げ変形がYZ面よりもXZ面で大きくなるようにする必要がある。
換言すれば、XZ面における曲げの方がYZ面における曲げよりも、第一半導体チップ2の上面2a側が凸となるように曲がり易くする必要がある。
このためには、薄肉部7の長さをX方向よりもY方向に大きくする必要がある。薄肉部7のX方向の長さをY方向の長さと同程度にすることは、樹脂3の剛性が低下するだけで、メリットは無いと考えられる。従って、樹脂3の薄肉部7を、Y方向の長さLRYがX方向の長さLRXより大きくすることが望ましい。換言すれば、薄肉部7は、樹脂3の開口部8に沿う方向、すなわち気体が流れる方向の長さが、この開口部8に沿う方向に直交する方向の長さよりも大きい形状とすることが望ましい。
なお、上記実施形態では、薄肉部7を矩形形状として例示したが、上記のように、樹脂3の薄肉部7が、Y方向の長さLRYがX方向の長さLRXより大きい形状であれば、五角形以上の細長い多角形状や、楕円形状としてもよい。
(1)ダイヤフラム1の一面上に形成された流量検出部の少なくとも一部を開口部から露出して、リードフレーム4および第一半導体チップ2を覆う樹脂3を備えた流量センサ100において、樹脂3の、リードフレーム4の一面側とは反対側の他面側を覆う下部側樹脂部13bは、ダイヤフラム1の周縁部に対向する領域に、周囲よりも薄い薄肉部7を有する。このような構成とすると、樹脂3により拘束されていたリードフレーム4の薄肉部7に面する側が収縮し易くなり、樹脂3の収縮によりダイヤフラム1に作用する変形を緩和する方向の曲げ変形がダイヤフラム1に作用する。このため、ダイヤフラム1の変形が抑制され、ダイヤフラムの変形に起因する検出精度の低下を抑制することができる。
本発明による流量センサの変形例1を示し、流量センサの裏面側からみた平面図である。
変形例1に示す流量センサ100は、薄肉部7が平面視で十字形状を有する。薄肉部7の領域が増大すると、樹脂3の剛性が低下し、流量センサ100の強度が低下する。このため、薄肉部7の領域を小さくし、かつ、ダイヤフラム1の変形の抑制が効果的となるようにする必要がある。図9に示すように、薄肉部7の形状を平面視で十字形状とすると、図2に示す矩形形状よりも樹脂3における薄肉部7が占める領域の割合(面積)を小さくすることができる。
変形例1の他の構造は、上記実施形態と同様である。
従って、変形例1の流量センサ100においても、上記実施形態と同様な効果(1)〜(3)を奏する。
また、変形例1の流量センサ100では、薄肉部7の領域を上記実施形態よりも小さくすることができるので、樹脂3の剛性を確保しつつ、ダイヤフラム1の変形を抑制することができる。
図10は、本発明による流量センサの変形例2を示し、流量センサを裏面側からみた平面図である。
図10に示す流量センサ100の薄肉部7は、図9に示す十字形状の薄肉部7を変形させた形状を有し、十字形状の縦部分と横部分との交差部周辺に段部31が形成された形状を有する。段部31は、ダイヤフラム1の空洞部9の近傍周縁部に対向して形成されている。
変形例2の他の構造は、変形例1と同様である。
従って、変形例2の流量センサ100においても、変形例1と同様な効果を奏する。
図11(a)、図11(b)は、本発明による流量センサの変形例3を示し、図11(a)は、図3に対応する断面図であり、図11(b)は、図4に対応する断面図である。
変形例3の流量センサ100は、図3に示される薄肉部7の側面6a、および図4に示される溝16の側面16aを、それぞれ、薄肉部7の厚さ方向において外側に拡がる傾斜面6b、16bとした点で、上記実施形態とは相違する。
薄肉部7の側面および溝の側面を、それぞれ、傾斜面6b、16bすることにより、樹脂モール時に巻き込みボイドを抑制したり、金型10から取り出す際の、離型性を向上したりすることができる。
変形例3の他の構造は、上記実施形態と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して、説明を省略する。
変形例3の流量センサ100においても、上記実施形態と同様な効果(1)〜(3)を奏する。
図12は、本発明による流量センサの変形例4を示し、流量センサの上面側からみた平面図である。
変形例4の流量センサ100は、上部側樹脂部13aに形成された一対の***部12a、12bが、Y方向の両端部で接続部12cにより接続されている点で、上記実施形態と相違する。このように、***部12a、12bは全体を連続状に形成するようにしてもよい。
なお、一対の接続部12cのうちの一方は、形成せず、開放するようにしてもよい。
変形例4の他の構造は、上記実施形態と同様である。
従って、変形例3の流量センサ100においても、上記実施形態と同様な効果(1)〜(3)を奏する。
図13は、本発明による流量センサの変形例5を示し、流量センサの上面側からみた平面図である。
変形例5の流量センサ100は、上部側樹脂部13aに形成された一対の***部12a、12bが、Y方向の両端部に達しない長さとされている点で、上記実施形態と相違する。
***部12a、12bが形成されていないY方向の両端側では、開口部8は、基部14と低背部15との段差部により形成される。
このように、***部12a、12bはY方向全体に亘る長さを有する構造でなくてもよい。
変形例5の他の構造は、上記実施形態と同様である。
従って、変形例3の流量センサ100においても、上記実施形態と同様な効果(1)〜(3)を奏する。
2 第一半導体チップ(半導体チップ)
3 樹脂
4 リードフレーム
5 第二半導体チップ
6 開口
6a 側面
6b 傾斜面
7 薄肉部
8 開口部(流路用開口部)
9 空洞部
12 ***部
12a 第一***部
12b 第二***部
13a 上部側樹脂部
13b 下部側樹脂部
16b 傾斜面
31 段部
100 流量センサ
LDY ダイヤフラム1のY方向寸法
LDX ダイヤフラム1のX方向寸法
LRX 薄肉部7のX方向寸法
LRY 薄肉部7のY方向寸法
Claims (7)
- リードフレームと、
前記リードフレームの一面上に配置され、前記リードフレーム側に空洞部を有するダイヤフラムが形成された半導体チップと、
前記半導体チップの前記ダイヤフラム上を含む前記一面上に形成された流量検出部と、
前記ダイヤフラム上に形成された前記流量検出部の少なくとも一部を露出する流路用開口部を有し、前記リードフレームおよび前記半導体チップを覆う樹脂とを備え、
前記樹脂の、前記リードフレームの前記一面側とは反対側の他面側を覆う下部側樹脂部は、前記ダイヤフラムの周縁部に対向する領域に、周囲よりも薄い薄肉部を有し、
前記薄肉部は、前記ダイヤフラムの下方に設けられた前記空洞部の内側に対向する位置から前記空洞部の外側に対向する位置まで延在して設けられており、
前記薄肉部の、前記ダイヤフラムの中心部領域に対向する領域に開口が設けられている、流量センサ。 - リードフレームと、
前記リードフレームの一面上に配置され、前記リードフレーム側に空洞部を有するダイヤフラムが形成された半導体チップと、
前記半導体チップの前記ダイヤフラム上を含む前記一面上に形成された流量検出部と、
前記ダイヤフラム上に形成された前記流量検出部の少なくとも一部を露出する流路用開口部を有し、前記リードフレームおよび前記半導体チップを覆う樹脂とを備え、
前記樹脂の、前記リードフレームの前記一面側とは反対側の他面側を覆う下部側樹脂部は、前記ダイヤフラムの周縁部に対向する領域に、周囲よりも薄い薄肉部を有し、
前記樹脂の、前記リードフレームの前記一面側を覆う上部側樹脂部は、前記半導体チップの一側領域を覆う第一***部と、前記第一***部とは前記流路用開口部を挟んで設けられ、前記半導体チップの前記一側領域に対向する対向側領域を覆う第二***部を有し、前記薄肉部は、検出対象流体の流れ方向に延在する前記流路用開口部に沿う方向の長さが、この流路用開口部に沿う方向に直交する方向の長さよりも大きい形状を有する、流量センサ。 - 請求項2に記載の流量センサにおいて、
前記薄肉部は、平面視で、四角形以上の多角形状または楕円形状を有する、流量センサ。 - 請求項2に記載の流量センサにおいて、
前記薄肉部は、前記流路用開口部に沿う方向に延在する縦部と、前記流路用開口部に沿う方向に直交する方向に延在する横部を有する十字状形状を有する、流量センサ。 - 請求項4に記載の流量センサにおいて、
前記薄肉部は、前記縦部と前記横部との交差部に前記縦部と前記横部とを接続する段部を有する形状に形成されている、流量センサ。 - 請求項1または2に記載の流量センサにおいて、
前記薄肉部の内側側面および外側側面は、前記樹脂の厚さ方向において外側に拡がる傾斜面である、流量センサ。 - 請求項1から6までのいずれか一項に記載の流量センサにおいて、
前記樹脂の線膨張係数が前記リードフレームの線膨張係数よりも小さい、流量センサ。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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