| 【発明の名称】 |
圧力センサーモジュール及び圧力センサーモジュールの製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】子林 みどり
【氏名】古橋 潤
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| 【要約】 |
【課題】簡単かつ安価に製造し、かつ曲げ強度の強い小型の圧力センサーモジュールを提供する。
【解決手段】圧力センサーを構成する回路部分や非接触データキャリアの回路部分を構成するＩＣチップ３( チップ部品８) を実装したリードフレーム４を、エポキシ樹脂等によってトランスファー成形を行い、樹脂成形体５を作製する。このとき、当該樹脂成形体５に、圧力センサーチップ２を実装するリードフレーム面を底面に露出させたキャビティ６を形成する。当該キャビティ６内に圧力センサーチップ２を実装して、キャビティ６内にシリコーン樹脂等の圧力伝達性樹脂７を充填して、圧力センサーチップ２を樹脂封止する。そして不要なリードフレーム部分を切除して圧力センサーの校正を行い、本発明に係る圧力センサーモジュール１を得る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 リードフレーム裏面に実装された圧力センサー用ＩＣチップ及びチップ部品を封止すると共に、当該リードフレームの表面の一部が露呈するようにキャビティーが作成された樹脂成形体を有し、前記キャビティー内リードフレーム面に圧力センサーチップが実装され、当該キャビティー内が圧力伝達性樹脂により充填された両面実装型の圧力センサーモジュール。
【請求項２】 リードフレームの一方の面に実装された圧力センサー用ＩＣチップ及びチップ部品を封止すると共に、当該リードフレーム面の一部が露呈するようにキャビティーが作成された樹脂成形体を有し、前記キャビティー内リードフレーム面に圧力センサーチップが実装され、当該キャビティー内が圧力伝達性樹脂により充填された圧力センサーモジュール。
【請求項３】 請求項１記載において、ＩＣベアチップが実装された圧力センサーモジュール。
【請求項４】 請求項２記載において、ＩＣベアチップが実装された圧力センサーモジュール。
【請求項５】 請求項１から４において、リードフレームに備えられた外部端子により前記圧力センサーの出力値を校正することができる圧力センサーモジュール。
【請求項６】 請求項１から４において、前記チップ部品は非接触データキャリア用ＩＣチップであって、非接触データキャリア用アンテナコイルを接続する外部端子を備えた圧力センサーモジュール。
【請求項７】 リードフレーム表面に圧力センサー用ＩＣチップ及びチップ部品を実装後、トランスファー成形により、前記ＩＣチップ及びチップ部品を封止すると同時に前記リードフレーム裏面の一部を露呈させるキャビティを設けた樹脂成形体を作成し、その後、当該キャビティ内に圧力センサーチップを実装した後、当該キャビティ内に圧力伝達性樹脂を充填する圧力センサーモジュールの製造方法。
【請求項８】 リードフレームの一方の面に圧力センサー用ＩＣチップ及びチップ部品を実装後、トランスファー成形により、前記ＩＣチップ及びチップ部品を封止すると同時に当該リードフレーム実装面の一部を露呈させるキャビティを設けた樹脂成形体を作成し、その後、当該キャビティ内に圧力センサーチップを実装した後、当該キャビティ内に圧力伝達性樹脂を充填する圧力センサーモジュールの製造方法。
【請求項９】 請求項７において、前記キャビティ内でＩＣベアチップを実装する圧力センサーモジュールの製造方法。
【請求項１０】 請求項８記載において、前記キャビティ内でＩＣベアチップを実装する圧力センサーモジュールの製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧力センサーモジュール及び圧力センサーモジュールの製造方法に関する。具体的には、圧力サンサーが備えられ、ＩＣチップを主な内部部品として持ち、非接触で外部装置との間で信号を送受信する非接触データキャリアなどに応用可能な圧力センサーモジュールの構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧力センサーは通常、可変コンデンサや可変抵抗などの可変容量部品の形態をとっており、加圧力に応じてその容量が変化する圧力センサーチップと、その変化量から圧力を換算するＩＣチップによって構成されている。また、必要に応じて圧力センサーチップとＩＣチップ以外に各種機能を果たすための外部電子部品が接続される。
【０００３】この圧力センサーにあっては、これらの内部部品を外部からの衝撃から保護するため樹脂等によって封止された圧力センサーモジュールとして提供されるが、当該封止樹脂には、通常、温度依存性が小さく圧力伝達を妨げない低硬度のシリコーン樹脂が用いられる。
【０００４】図７はこのような圧力センサーモジュール５０の断面図であって、当該圧力センサーモジュール５０は、ＩＣチップ５２を実装した実装基板５３及び圧力センサーチップ５１並びにその他の外部電子部品（チップ部品）を実装するリードフレーム５４と、当該リードフレーム５４を露出するようにして構成された２つのキャビティ５６，５７を有する樹脂成形体５５とを備えている。
【０００５】一方のキャビティ５６内では圧力センサーチップ５１が、圧力センサーチップ５１のチップパッドとリードフレーム５４上のボンディングパッドがボンディングワイヤ５９によって実装され、シリコーン樹脂などの圧力伝達性樹脂６１が充填されている。残る一方のキャビティ５７内では、圧力センサーを構成するＩＣチップ５２や、その他のＩＣチップなどのチップ型外部電子部品が同じくボンディングワイヤ５８などによって実装され、エポキシ樹脂などの強度を有する封止樹脂６２が注型されてパッケージ全体の強度を保持している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような構造の圧力センサーチップ５１では、２種類の異なる樹脂６１，６２を用いた注型・硬化を行なうため、工程数が多くなり製造コストが割高であった。また、２つのキャビティ５６，５７内には、それぞれにワイヤボンディングやチップマウントを行なうために充分なキャビティスペースを設けなくてはならず、パッケージサイズが大きくなってしまう結果となっていた。
【０００７】また、曲げ強度や耐衝撃性を付与させるためには、パッケージ高さ／面積比を大きくする必要があり、このためパッケージの全体を厚くしなければならず、結果としてパッケージサイズが増大する結果となっていた。
【０００８】さらに、圧力センサーチップ５１を実装するキャビティー５６内がシリコーン樹脂６１によって充填されていることから、この部分によって曲げに弱い構造となり易かった。
【０００９】本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、圧力センサーモジュールを安価かつ容易に製造し、パッケージサイズを小さくすると共に曲げ強度に強い圧力センサーモジュールを提供することを、その目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的のため、圧力センサーを構成するＩＣチップやその他のチップ部品を封止すると共に、圧力センサーチップを納めるためのキャビティを形成した樹脂成形体を成形成した後に、当該キャビティ内に圧力センサーチップを実装しようとするものである。
【００１１】本願請求項１記載の圧力センサーモジュールは、リードフレーム裏面に実装された圧力センサー用ＩＣチップ及びチップ部品を封止すると共に、当該リードフレームの表面の一部が露呈するようにキャビティーが作成された樹脂成形体を有し、前記キャビティー内リードフレーム面に圧力センサーチップが実装され、当該キャビティー内が圧力伝達性樹脂により充填された両面実装型の圧力センサーモジュールである。
【００１２】このような構造とすることによって、従来のＩＣパッケージ工程にてキャビティー付パッケージを製造し、そのキャビティー内にセンサーチップを実装することにより、容易に圧力センサーモジュールを得ることができる。従って、簡単かつ安価に圧力センサーモジュルを得ることができる。また、キャビティ内における実装は圧力センサーチップのみであるために、パッケージ面積を小さくすることができる。この結果、実質的なパッケージ高さ／面積比を大きくでき、曲げ強度を大きくできる。
【００１３】さらに、当該モジュールにおいては両面実装となっているため、圧力センターチップ部分における強度も高くなる。
【００１４】本願請求項２記載の圧力センサーモジュールは、リードフレームの一方の面に実装された圧力センサー用ＩＣチップ及びチップ部品を封止すると共に、当該リードフレーム面の一部が露呈するようにキャビティーが作成された樹脂成形体を有し、前記キャビティー内リードフレーム面に圧力センサーチップが実装され、当該キャビティー内が圧力伝達性樹脂により充填された。
【００１５】この圧力センサーモジュールによっても、請求項１記載の圧力センサーモジュールと同様に簡単かつ安価に、曲げ強度の高い圧力センサモジュールを得ることができる。
【００１６】本願請求項３記載の圧力センサーモジュールは、請求項１記載において、ＩＣベアチップが実装された圧力センサーモジュールである。
【００１７】また本願請求項４記載の圧力センサーモジュールは、請求項２記載において、ＩＣベアチップが実装された圧力センサーモジュールである。
【００１８】このようにＩＣチップとしてＩＣベアチップを用いることができ、例えばＣＯＢ実装することによりより一層容易に圧力センサーモジュールを得ることができる。
【００１９】さらに本願請求項５記載の圧力センサーモジュールは、請求項１から４において、リードフレームに備えられた外部端子により前記圧力センサーの出力値を校正することができる圧力センサーモジュールである。
【００２０】このように外部端子を用いて圧力センサーの出力値を校正可能にすることにより、信頼性の高い圧力センサーモジュールを提供できる。
【００２１】また本願請求項６記載の圧力センサーモジュールは、請求項１から４において、前記チップ部品は非接触データキャリア用ＩＣチップであって、非接触データキャリア用アンテナコイルを接続する外部端子を備えた圧力センサーモジュールである。
【００２２】このような圧力センサーモジュールを用いることによって、圧力センサー付きの非接触データキャリアを容易かつ安価に提供できる。また、取付け場所、用途により種々のアンテナコイルとの組み合わせが可能となる。
【００２３】本願請求項７記載の圧力センサーモジュールの製造方法は、リードフレーム表面に圧力センサー用ＩＣチップ及びチップ部品を実装後、トランスファー成形により、前記ＩＣチップ及びチップ部品を封止すると同時に前記リードフレーム裏面の一部を露呈させるキャビティを設けた樹脂成形体を作成し、その後、当該キャビティ内に圧力センサーチップを実装した後、当該キャビティ内に圧力伝達性樹脂を充填する圧力センサーモジュールの製造方法である。
【００２４】当該方法によれば、ＩＣチップ及びチップ部品を樹脂封止する一度のトランスファー成形とキャビティ内に圧力伝達性樹脂を充填する２つの封止工程により圧力センサーモジュールを作成できる。このため、製造工程が容易になり、安価に圧力センサーモジュールを得ることができる。また、当該方法によれば、圧力センサーチップを成形後に樹脂封止することになるため、余分な衝撃が圧力センサーチップに加わらず、製造工程中における破損を防ぐこともできる。
【００２５】また本願請求項８記載の圧力センサーモジュールの製造方法は、リードフレームの一方の面に圧力センサー用ＩＣチップ及びチップ部品を実装後、トランスファー成形により、前記ＩＣチップ及びチップ部品を封止すると同時に当該リードフレーム実装面の一部を露呈させるキャビティを設けた樹脂成形体を作成し、その後、当該キャビティ内に圧力センサーチップを実装した後、当該キャビティ内に圧力伝達性樹脂を充填する圧力センサーモジュールの製造方法である。
【００２６】当該方法においても請求項７記載の製造方法と同様に、製造工程が容易になり、安価に圧力センサーモジュールを得ることができる。また、製造工程中における圧力センサーチップの破損を防ぐこともできる。
【００２７】さらに本願請求項９記載の製造方法では、請求項７において、前記キャビティ内でＩＣベアチップを実装することとしている。
【００２８】また請求項１０記載の製造方法では、請求項８において、前記キャビティ内でＩＣベアチップを実装することとしている。
【００２９】これらの方法では、圧力センサーチップの実装が容易にでき、さらに圧力センサーモジュールを容易に作製できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態である圧力センサーモジュールの断面構造図、図２は図１の圧力センサーモジュールに用いられるリードフレームを示す平面図、図３は図１の圧力センサーモジュールの製造方法を示す説明図、図４は圧力センサーモジュールに用いられる別なリードフレームを示す平面図、図５は本発明の別な実施の形態である圧力センサーモジュールの製造方法を示す説明図、図６は本発明のさらに別な実施の形態である圧力センサーモジュールの製造方法を示す説明図である。以下、各図に従って詳細に説明する。
【００３１】図１に示す圧力センサーモジュール１は、リードフレーム４上に圧力センサーチップ２及びＩＣチップ３が実装されており、圧力センサーチップ２を封止した樹脂封止部７とＩＣチップ３を封止した樹脂成形体５とを備えている。
【００３２】圧力センサーチップ２としては、圧力センサーモジュール１自体に加わった圧力を検知できる構造のものであればよく、その構成や構造、大きさ等は特に限定されるものではない。
【００３３】本発明に係る圧力センサーモジュール１に用いられるチップ部品８も特に限定されるものでもなく、圧力センサーを構成するＩＣチップ３以外のＩＣチップはもちろんのこと、それに付随する抵抗やコンデンサーなどが挙げられる。当該実施の形態における圧力センサーモジュール１にあっては、当該ＩＣチップ３には圧力センサーを構成する回路部分のみならず、非接触データキャリアシステムにおける応答器としての機能を果たす回路が形成されたＩＣチップ３が用いられている。なお図１にあっては、ＩＣチップ３として単一のチップ部品として描かれているが、ＩＣチップ３を含む２以上のチップ部品としてもよいのは言うまでもない。このＩＣチップ及びチップ部品は、一旦ＣＯＢ化した後、実装しても良いし、フレームにダイレクトに実装しても良い。
【００３４】当該圧力センサーモジュール１においては、図２に示すようなリードフレーム４が用いられており、その一方の面（表面）にはＩＣチップ３が実装され、残る一方の面（裏面）には圧力センサーチップ２が実装される。また、リードフレームには、圧力センサーの校正用端子が設けられている。これらＩＣチップ３及び圧力センサーチップ２は、それぞれワイヤボンディングによってリードフレーム４上に実装されており、両面実装型となっている。
【００３５】上記ＩＣチップ３は樹脂成形体５によって封止されている。当該樹脂成形体５は、ＩＣチップ３やその他のチップ部品８を保護するため、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、ポリウレタン、エンジニアリングプラスチック樹脂など十分な機械的強度を有する樹脂材料から形成されている。また、当該樹脂成形体５は、量産性に優れるから、トランスファー成形により作製される。高強度、高耐熱品を得るには、樹脂材料としてエポキシ樹脂、中でも高機械的強度である高フィラー充填のエポキシ樹脂が好適に用いられる。
【００３６】この樹脂成形体５には、一つのキャビティ６が形成されている。このキャビティ６は、圧力センサーチップ２を実装して圧力伝達性樹脂によって封止するためのものである。従って、キャビティ６は、圧力センサーチップ２を実装できるよう、キャビティ６の底面にリードフレーム４の裏面（圧力センサーチップ実装面）を露出させて形成される。
【００３７】圧力センサーチップ２は上記キャビティ６内に実装される。このとき、キャビティ６底面に露出されたリードフレーム４上にボンディングワイヤ１２を用いて実装される。その後、圧力伝達性樹脂７がキャビティ６内に注型され圧力センサーチップ２が樹脂封止される。
【００３８】圧力伝達性樹脂７とは、キャビティ６内に封止した圧力センサーチップ２に、当該樹脂表面から加えられた圧力を伝達できる樹脂をいい、より具体的にはシリコーン樹脂のように硬度が低く、温度などの外部条件に依存しないものが好ましく用いられる。
【００３９】次に、上記圧力センサーモジュール１の製造方法について、図３に従って詳細に説明する。まず、図３（ａ) に示すように、例えば図２に示すようなリードフレーム４上にＩＣチップ３をマウントしボンディングワイヤ１２を用いて実装する。
【００４０】次に、ＩＣチップ３が実装されたリードフレーム４をエポキシ樹脂等を用いてトランスファー成形し、まずＩＣチップ３を封止した樹脂成形体５を得る。このとき、図３( ｂ) に示すように、リードフレーム４の裏面を露出させたキャビティ６を樹脂成形体５に形成する。当該キャビティ６の大きさは、圧力センサーチップ２を実装できる程度の大きさが必要であるが、必要以上に大きくするとパッケージ強度が低くなる。
【００４１】その後、樹脂成形体５を反転して、キャビティ６内において圧力センサーチップ２をリードフレーム４上にボンディングワイヤ１２により実装する。ＩＣチップ部品を実装したＣＯＢをリードフレームに接続する方法としては、ワイヤボンディングに限られるものではなく、例えば、図４に示すように、ハンダ接合用のパッド部１１を設けたリードフレーム４を用いて基板裏面のハンダ接合用パッドとハンダ接合する方法をとることもできる。
【００４２】そして、図３( ｃ) に示すように圧力センサーチップ２が納められたキャビティ６内に圧力伝達性樹脂７を充填し、圧力センサーチップ２を封止する。最後にタイバー及び不要なリードフレームを削除した後、圧力センサーの感度校正をし、本発明に係る圧力センサーモジュール１を得る。
【００４３】このようにＩＣチップ３などの電子部品を封止した樹脂成形体５に、圧力センサーチップ２を実装可能にキャビティ６を形成することにより、一つのパッケージ体にてＩＣチップ３と圧力センサーチップ２とを封止することができる。また、キャビティ６内で圧力センサーチップ２を実装できるため、製造工程が大幅に簡略化できる。
【００４４】また、圧力センサーチップ２は、ＩＣチップ３（及びチップ部品８）を封止した後に封止しているので、圧力センサーチップ２に不用意な衝撃が掛かることなくＩＣチップ３を封止できる。さらに、図１に示す構造の圧力センサーモジュール１にあっては、リードフレーム４の上下面にて圧力センサーチップ２及びＩＣチップ３を実装する構造となっているため、厚み／面積比が大きくなり、耐曲げ性や耐機械的衝撃性を向上させることができる。
【００４５】このように本発明によれば、小型で信頼性のある圧力センサーモジュール１を安価にかつ簡単に製造することができる。
【００４６】次に、図５に示す圧力センサーモジュール１の製造方法について説明する。当該圧力センサーモジュール１においては、ＩＣチップ３と圧力センサーチップ２とがリードフレーム４の同一面上に実装されている。
【００４７】この圧力センサーモジュール１も上記と同様にして作製できる。すわなち、ＩＣチップ３及び圧力センサーチップ２を実装可能に構成されたリードフレーム４を用いて、まず、ＩＣチップ３のみをリードフレーム４上に実装する( 図５( ａ))。その後、当該ＩＣチップ３が実装されたリードフレーム４をトランスファー成形して、キャビティ６が形成された樹脂成形体５を得る( 図５( ｂ))。その後、キャビティ６内に圧力センサーチップ２を実装して、圧力伝達性樹脂７で樹脂封止する( 図５( ｃ))。最後にタイバー及び不要なリードフレーム部分を削除して圧力センサーの感度校正をした後、圧力センサーモジュール１を得る。
【００４８】当該圧力センサーモジュール１においては、ＩＣチップ３と圧力センサーチップ２がリードフレーム４の同一面に実装されている。このような構造では、圧力センサーチップ２を封止する樹脂封止層及びＩＣチップ３を封止する樹脂成形体層をそれぞれ同じ厚みで成形できるため、図１に示す圧力センサーモジュール１に比べてＩＣチップ３実装部分の強度を低下させることなく薄型化を図れる。このように本発明は、圧力センサーモジュール１の小型化及び製造方法の簡略化に大きく寄与できる。
【００４９】また、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態が考えられる。図６( ｂ) に示す圧力センサーモジュール１は、ＩＣチップ３とその他のチップ部品８が実装基板９上に実装され、当該実装基板９がさらにリードフレーム４上に実装されている。この圧力センサーモジュール１では、図６( ａ) に示すように、ＩＣチップ３やチップ部品８が実装基板９に予め実装されている。このように、従来と同様に実装基板９上にチップ部品８を予め実装した後にリードフレーム４上に実装した後にトランスファー成形することもできる。さらに、リードフィルムやフレキシブル回路基板上などにＩＣチップ３やチップ部品８などを実装した後に、さらにリードフレーム４上に実装し、その後トランスファー成形してキャビティ６が形成された樹脂成形体５を得るようにしてもよい。もちろん、トランスファー成形に限らず、電子部品が実装されたリードフレーム４をインサート成形すると共にキャビティ６が形成された樹脂成形体５を得ることができれば、当該方法に限るものではない。
【００５０】
【実施例】次に、本発明の実施例である圧力センサーモジュールを図１に示す方法により作製した。まず、ボンディングエリアを部分銀めっき処理した銅合金リードフレーム上に、圧力センサー用ＩＣ回路が内臓された非接触データキャリア用ＩＣ（及びチップ部品）をマウントし、ワイヤボンディングによってＩＣパッドとリードフレーム端子の電気的接続を行なった。次に、エポキシ樹脂を用いて１８０℃２分間でトランスファー成形して、ＩＣの樹脂封止・ワイヤボンディングの保護を行い、裏面のキャビティ形成を一括して行なった。
【００５１】その後、キャビティ内に露出された圧力センサーチップ実装用パッドの成形樹脂汚染を研摩処理により除去した。この際、リードフレームのボンディングパッドのめっき処理が充分に保たれ、ボンディング強度が確保される条件にて研摩を行なった。
【００５２】次いで、圧力センサーチップをキャビティ内にマウントし、ワイヤボンディングを行なった後、シリコーン樹脂によりキャビティ内を充填し、８０℃３０分で硬化させた。最後に、リードフレームのタイバーを切断して、必要なリードフレームの外部端子のみを残して、圧力センサーモジュールを得た。その後、校正用外部端子を用いて圧力センサーの校正を行い、さらにアンテナコイル接続用端子に外部コイルを接続して、非接触データキャリア用の内部部品を得た。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、従来のＩＣパッケージの製造法にてキャビティー付パッケージを得、そのキャビティー内にセンサー実装することにより、容易かつ安価に圧力センサーモジュールを提供できる。
【００５４】特に、圧力センサーチップとＩＣチップとを両面実装することにより、曲げ強度の強い圧力センサーモジュールを提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００２２４１５
【氏名又は名称】東芝ケミカル株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年５月１７日（１９９９．５．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７８４９
【弁理士】
【氏名又は名称】須山 佐一
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２９６３２（Ｐ２０００−３２９６３２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月３０日（２０００．１１．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１３６１０９ |
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