JP6905962B2 - 流量センサ - Google Patents
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Description
本発明は流量センサに関する。
マイクロマシニング技術を用いて半導体チップにダイヤフラムを形成し、このダイヤフラム上に流量検出部を設けた流量センサが知られている。このような流量センサは、例えば、自動車など内燃機関に流入する空気の流量の測定等に用いられる。
上記流量センサは、ダイヤフラム上に流量検出部が設けられた半導体チップをリードフレーム上に搭載した状態で、流量検出部が露出されるように、樹脂モールドすることにより形成される（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、樹脂モールドの際のダイヤフラムの変形に起因する検出精度の低下に関する記載はない。
本発明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。
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。
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。
本発明によれば、樹脂モールドの際の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。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
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。
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。
図１は、本発明による流量センサの一実施形態の上面側からみた平面図であり、図２は、図１に示す流量センサを裏面側からみた平面図であり、図３は、図１に示す流量センサのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は図１に示す流量センサのＩＶ−ＩＶ線断面図である。
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。
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。
第一半導体チップ２の上面側には、ダイヤフラム１が形成されている。ダイヤフラム１は、周囲よりも薄肉にされた部位であり、ダイヤフラム１の下方には空洞部９が設けられている。ダイヤフラム１は、第一半導体チップ２を下面側から切り欠いて矩形台形状の空洞部９を形成することにより形成される。
第一半導体チップ２の上面には、不図示の流量検出部が形成されている。流量検出部は、例えば、ダイヤフラム１の上面に設けられた発熱用抵抗体と、この発熱体用抵抗体の両側に配置された一対の測定用抵抗体とを含む、ヒータ制御ブリッジおよび温度センサブリッジを有する。発熱用抵抗体と、一対の測定用抵抗体は、流量を検出する空気等の気体が流れる方向に沿って配列されている。具体的には、発熱用抵抗体と一対の測定用抵抗体は、計測する気体の流れの上流側の測定用抵抗体が気体で冷却され、下流側の測定用抵抗体が発熱抵抗体からの熱で温められるように配設されている。第二半導体チップ５は、ＣＰＵ、入力回路、出力回路およびメモリ等から構成され、流量を計測するための制御回路を有する。
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。
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。
第一半導体チップ２および第二半導体チップ５は、それぞれ、金等により形成されたワイヤによりリードフレーム４にボンディングされている。
図３に示されるように、樹脂３は、ダイヤフラム１の周縁部の領域、およびダイヤフラム１に対向するリードフレーム４の下面側の領域を除いて、リードフレーム４、第一半導体チップ２、第二半導体チップ５およびワイヤ１１を覆って形成されている。樹脂３の材料としては、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また、樹脂中に、金、銀、銅、錫等の金属微粒子、あるいは、シリカ、ガラス、カーボン、マイカ、タルク等を主成分とする無機微粒子を混入してもよい。樹脂３に導電性をもたせたり、樹脂３の線膨張係数の調整を行ったりすることができる。
図３および図４に示されるように、リードフレーム４のＺ方向上方の上部側樹脂部１３ａは、第一半導体チップ２上を覆う***部１２、第二半導体チップ５上を覆う基部１４、第一半導体チップ２の上面２ａと面一な表面１５ａを有する低背部１５とを有する。上部側樹脂部１３ａの***部１２には、ダイヤフラム１およびダイヤフラム１の近傍周縁部を露出する開口部８が設けられている。開口部８は、図１に示されるように、流量センサ１００のＹ方向全長に亘って設けられており、低背部１５は、開口部８内に設けられている。***部１２は、第一半導体チップ２の一側に拡がる領域を覆う第一***部１２ａと、この第一***部と開口部８を挟んでＸ方向に離間して設けられ、第一半導体チップ２の一側に対向する他側の領域を覆う第二***部１２ｂとを有する。つまり、上部側樹脂部１３ａに形成された***部１２は、開口部８を挟んでＸ方向の両側に一対形成されている。樹脂３の開口部８内では、図４に示すように、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と面一になっている。このため、流量が測定される空気等の気体は、図１の矢印に示すように、上部側樹脂部１３ａの***部１２に設けられた開口部８にガイドされて、Ｙ方向に流れる。
リードフレーム４のＺ方向下方の下部側樹脂部１３ｂには、リードフレーム４を挟んでダイヤフラム１に対向する領域に矩形形状の開口６、および開口６を囲繞する凹部である溝１６が形成されている。開口６からはリードフレーム４が露出している。図２に示されるように、開口６および溝１６は、平面視で矩形形状を有する。下部側樹脂部１３ｂの溝１６の側面１６ａと開口６の側面６ａとの間には薄肉部７が形成されている。薄肉部７の内側側面である開口６の側面は、ダイヤフラム１の下方に設けられた空洞部９の内側に位置し、薄肉部７の外側側面である溝１６の側面１６ａは、ダイヤフラム１の下方に設けられた空洞部９の外側に位置している。換言すると、図３を参照すると、開口６のＸ方向プラス側の側面６ａとＸ方向マイナス側の側面６ａの各側面を半導体チップ２側に投影した射影は空洞部９が拡がる領域内に位置する。溝１６のＸ方向プラス側の側面１６ａとＸ方向マイナス側の側面１６ａの各側面を半導体チップ２側に投影した射影は空洞部９が拡がる領域の外に位置する。
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。
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。
図５は、本発明による流量センサの樹脂封止工程を示す断面図であり、金型内に設置してモールド成形する状態の断面図を示す。
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。
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。
ダイヤフラム１およびその近傍周縁部は樹脂３から露出される。このため、ダイヤフラム１の上面近傍はクランプ部１０ａでクランプする。但し、ダイヤフラム１は薄膜構造であるため、ダイヤフラム１に金型１０が直接、接しないように、クランプ部１０ａのダイヤフラム１と対向する部分に空洞１０ｂを設けておく。このようにすることで、クランプ部１０ａはダイヤフラム１の近傍周縁部の第一半導体チップ２のみに接触し、ダイヤフラム１には接触しないようにすることができる。これにより、クランプ部１０ａの押付力によるダイヤフラム１の変形を抑制することができる。クランプ部１０ａは、金型１０とは別体に形成し、金型１０に対し、Ｚ方向に移動可能に取付けるようにしてもよい。クランプ部１０ａが設けられている領域が、樹脂３の開口部８となる。
第一半導体チップ２の破損防止のため、クランプ部１０ａと第一半導体チップ２の間には図示しないが、低剛性のフィルムを挟むようにしてもよい。クランプ部１０ａと第一半導体チップ２の間に低剛性のフィルムを介在させることで、クランプ部１０ａによる第一半導体チップ２への押付力が緩和され、ダイヤフラム１の変形が一層、緩和される。また、樹脂３のダイヤフラム１側への浸入を、より効果的に抑制することができる。
ダイヤフラム１の下方に設けられた空洞部９に対向するリードフレーム４の部分は、金型１０に設けた支持部１０ｃにより支持される。支持部１０ｃは、樹脂３に、開口６、薄肉部７および溝１６が形成される形状とする。つまり、支持部１０ｃは、溝１６を形成するための溝形成部２２の上に、開口６を形成するための開口形成部２１が突出する形状である。開口形成部２１のＺ方向の高さは、薄肉部７の厚さに一致するようにする。
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。
金型１０内に樹脂材３ａを流し込み、硬化するまでの冷却工程において、樹脂材３ａとリードフレーム４が収縮するため、この収縮力が第一半導体チップ２に作用する。すなわち、樹脂モールド時に第一半導体チップ２の外周面に圧縮力が作用する。
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。
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。
本実施形態では、図６、図７に示されるように、開口６の外周に溝１６を形成し、ダイヤフラム１の近傍周縁部に対向する領域の樹脂３に薄肉部７を形成した。
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。
図８は、樹脂モールドの収縮により、流量センサのダイヤフラムに作用する曲げ変形を説明するための図である。
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。
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。
従来の流量センサでは、下部側樹脂部１３ｂには、薄肉部７は形成されておらず、開口６の外側は、均一に薄肉部７よりも厚い厚肉部とされていた。換言すると、開口６は下部側樹脂部１３ｂの底面から形成された矩形形状の凹部である。樹脂３の厚さが厚いと、樹脂３の剛性が大きくなるため、リードフレーム４の下面側の収縮が薄肉部を有する実施形態に比べて小さい。このため、第一半導体チップ２の上面２ａ側が凸となる曲げ変形が生じ難い。そのため、実施形態の流量センサに比べて、ダイヤフラム１は、空洞部９側に突き出す方向に変形する、凹状変形を生じ易い。
図６を参照して、Ｘ方向における、ダイヤフラム１の下面側の樹脂３の薄肉部７の領域について説明する。以下では、流量センサを上から見た透視図として各部の位置関係を説明する。
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。
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７を参照して、Ｙ方向における、ダイヤフラム１の下面側の樹脂３の薄肉部７の領域について説明する。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ＹＺ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、ダイヤフラム１の下面側のモールド樹脂の薄肉部７のＹ方向寸法ＬRYは、少なくともダイヤフラム１のＹ方向寸法ＬDYよりも大きくすることが望ましい。
図６と図７とを対比する。
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。
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。
本実施形態によれば、下記の効果を奏する。
（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。
（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。
（２）薄肉部７は、ダイヤフラム１の下方に設けられた空洞部９の内側に対向する位置から空洞部９の外側に対向する位置まで延在して設けられている。つまり、薄肉部７は、ダイヤフラム１の近傍周縁部に対向する領域に形成されている。このため、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。
（３）リードフレーム４の一面側を覆う上部側樹脂部１３ａは、第一半導体チップ２の一側縁を覆う第一***部１２ａと、第一***部１２ａとは開口部８を挟んで設けられ、第一半導体チップ２の一側領域に対向する対向側領域を覆う第二***部１２ｂを有し、薄肉部７は、流体の流れ方向に延在する開口部８に沿う方向の長さが、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を有する。このため、気体の流れをガイドする開口部８の深さを大きくするため、樹脂３に***部１２を設けた流量センサ１００において、樹脂３の剛性を確保しつつ、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。
（変形例１）
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。
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。
図９に示された十字形状は、開口部８に沿う方向であるＹ方向に延在された縦部分と、Ｙ方向に垂直な方向であるＸ方向に延在される横部分とを有し、縦部分と横部分との交差部が、ダイヤフラム１の中心部領域に対向する位置に配置されている。また、薄肉部７の縦部分の長さの方が横部分の長さよりも大きくなっている。このため、上述したように、開口部８に沿う方向であるＹ方向に延在する一対の***部１２ａ、１２ｂを有する構造において、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。
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。
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。
（変形例２）
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。
（変形例３）
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。
（変形例４）
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。
（変形例５）
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。
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。
なお、上記実施形態では、流量センサ１００は、第一半導体チップ２および第二半導体チップ５を備える構造として例示した。しかし、第一半導体チップ２に流量検出部の制御回路を設けるようにして、１つの半導体チップを備える流量センサとすることができる。
上記実施形態および各変形例では、流量センサ１００の樹脂３は、***部１２を有する構造として例示した。しかし、***部１２を形成せず、ほぼ全体が基部１４の厚さを有する平坦な構造としてもよい。但し、この場合でも、気体の流路となる開口部８内では、低背部１５の表面１５ａをダイヤフラム１の上面２ａと面一にして、気体が円滑に流れるようにする構造とすることが好ましい。
リードフレーム４の空洞部９に対向する部分に、厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する貫通孔を形成して、空洞部９内を常に外部に開放して、空洞部９の内外に圧力差が生じないようにしてもよい。
上記実施形態および変形例を組み合わせてもよい。
上記では、種々の実施形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
１ ダイヤフラム
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
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。
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