JP3671563B2

JP3671563B2 - モールドｉｃをケースに固定した構造の半導体装置

Info

Publication number: JP3671563B2
Application number: JP32879396A
Authority: JP
Inventors: 正寿徳永
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2016-12-09
Also published as: US6034421A; JPH10173350A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モールドＩＣをケースに固定した構造の半導体装置に係り、例えば自動車用の圧力センサ装置等に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モールドＩＣをケースに固定してなるセンサ装置として、図８に示すものがある。この図において、モールドＩＣ１００は、信号処理回路用ＩＣを内蔵しており、この信号処理回路用ＩＣの電源端子、信号端子、接地端子をなす外部端子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが外部に取り出されている。このモールドＩＣ１００は、樹脂で構成されたケース２００内に収納されている。
【０００３】
ケース２００には、３つのターミナル２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃがインサート成形されており、それぞれの一端はケース２００のコネクタ部２００ａ内に露呈しており、他端はモールドＩＣ１００の外部端子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに電気的に導通した状態でそれぞれ溶接固定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の構成において、モールドＩＣ１００を構成する樹脂とケース２００を構成する樹脂とが異なる材料のもので、それぞれの熱膨張係数が異なっている場合、外部端子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ間のピッチとターミナル２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ間のピッチが共にＬで等しくなっていると、温度変化によりその間の熱膨張もしくは収縮に差が生じ、外部端子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃとターミナル２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃのそれぞれの固定部に過大な応力が加り、その部分に疲労破壊の問題が生じる可能性がある。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みたもので、温度変化によりモールドＩＣとケースがそれぞれ熱膨張もしくは収縮した場合でも、外部端子とターミナルの固定部に過大な応力が加わらないようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、モールドＩＣを構成する樹脂の熱膨張係数（α1 ）と第１、第２の外部端子間のピッチ（Ｌ1 ）との積（α1 ・Ｌ1 ）と、ケースを構成する材料の熱膨張係数（α2 ）と第１、第２のターミナル間のピッチ（Ｌ2 ）との積（α2 ・Ｌ2 ）とが等しい関係（α 1 ・Ｌ 1 ＝α 2 ・Ｌ 2 ）になるように、モールドＩＣとケースの構成材料の熱膨張係数に応じて、外部端子間のピッチとターミナル間のピッチを異ならせたことを特徴としている。
【０００７】
従って、温度変化が生じた場合でも、外部端子間のモールドＩＣの熱膨張もしくは収縮とターミナル間のケースの熱膨張もしくは収縮の差がほとんどなくなるため、外部端子とターミナルの固定部に樹脂の熱膨張もしくは収縮により発生する応力をなくすことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３に本発明の一実施形態である圧力センサ装置の構成を示す。図１はその平面図、図２は図１中のII-II 断面図、図３は図１に示すモールドＩＣ１のIII-III 断面図である。
なお、本実施形態に係る圧力センサ装置は、自動車用の吸気圧センサとして用いられるもので、ケース２０内にモールドＩＣ１を収納して構成されている。
【０００９】
モールドＩＣ１は、４２アロイで構成されたリードフレーム２をエポキシ樹脂によりモールドして形成されている。このモールドＩＣ１において、樹脂のモールド部材３には、圧力を検出するセンシング部１０を載置するための開口部３ａが形成されている。
このセンシング部１０は、図３に示すように、シリコン基板にて構成されるセンサチップ１１と、このセンサチップ１１と陽極接合されたガラス台座１３から構成されている。センサチップ１１には、圧力を受けて変位するダイヤフラム１１ａが形成され、またその表面にはダイヤフラム１１ａの変位に応じて抵抗値が変化する拡散ゲージ１２が形成されている。そして、センサチップ１１とガラス台座１３の間には基準圧力室が形成され、ダイヤフラム１１ａは表面にかかる圧力と基準圧力室の圧力の差圧に応じて変位する。
【００１０】
上記したセンシング部１０は、樹脂接着剤１４により開口部３ａ内のモールド部材３上に接着固定されている。また、センシング部１０の周囲およびセンシング部１０上には有機系のゲル状保護材１５が塗布されている。
センサチップ１１の表面に形成された拡散ゲージ１２は、センサチップ１１上に形成された図示しないＡｌ薄膜による配線パターン、およびボンディングワイヤ１６により、リードフレーム２に電気的に接続されている。その電気信号は、モールドＩＣ１に内蔵されリードフレーム２上（図１の点線で示した位置）に設けられた信号処理回路用ＩＣ１７に入力され、センサ信号として出力される。また、信号処理回路用ＩＣ１７は、リードフレーム２により構成された３つの外部端子２ａ、２ｂ、２ｃと電気的に接続されている。外部端子２ａ、２ｂ、２ｃは、信号処理回路用ＩＣ１７の電源端子、接地端子、およびセンサ信号出力端子を構成している。
【００１１】
ケース２０は、図２に示すように、開口部２０ａ内にモールドＩＣ１を収納するとともにコネクタ部２０ｂを有している。また、ケース２０内には、銅で構成された３つのターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃがインサート成形されており、ターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれの一端は、コネクタ部２０ｂ内に露呈しており、その露呈した部分にて外部との電気的な導通が取られる。また、ターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの他端は、溶接により外部端子２ａ、２ｂ、２ｃに電気的に導通した状態でそれぞれ固定されている。
【００１２】
モールドＩＣ１は、樹脂注型剤（ポッティング剤）４にてケース２０の開口部２０ａ内に固定されている。この場合、樹脂注型剤４にて外部端子２ａ、２ｂ、２ｃ、ターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃを覆うようにしているため、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃとモールド部材３の間から水等がモールドＩＣ１内に侵入するのを防止することができ、またターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの腐食を防止して、電気的なリークがないようにしている。
【００１３】
本実施形態においては、モールドＩＣ１のモールド樹脂としてエポキシ樹脂を用いており、ケース２０の構成材料である樹脂としてＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を用いている。ここで、エポキシ樹脂の熱膨張係数は、２．０×１０^-5／℃（＝α₁）であり、ＰＢＴの熱膨張係数は、６．０×１０^-5／℃（＝α₂）である。このように、それらの樹脂の熱膨張係数が異なっていると、高温になったときモールドＩＣ１とケース２０の熱膨張の差によって、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃとターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの固定部に応力がかかることになる。
【００１４】
そこで、本実施形態においては、モールドＩＣ１とケース２０の熱膨張の差を考慮し、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれの間での熱膨張とターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれの間での熱膨張とが等しくなるように、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃのピッチＬ₁とターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのピッチＬ₂を異ならせて設定している。
【００１５】
すなわち、ΔＴの温度変化があった場合、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれの間の熱膨張はα₁・Ｌ₁・ΔＴであり、ターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれの間の熱膨張はα₂・Ｌ₂・ΔＴであるため、両者の両熱膨張が等しくなるように、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃのピッチＬ₁とターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのピッチＬ₂を設定している。本実施形態の場合、α₂＞α₁であるため、図１に示すように、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃの形状を変えて、α₁・Ｌ₁＝α₂・Ｌ₂の関係から、Ｌ₁＞Ｌ₂に設定している。
【００１６】
なお、ケース２０における開口部２０ａ内のスペースとの関係で、α₁・Ｌ₁＝α₂・Ｌ₂にできない場合には、α₁・Ｌ₁とα₂・Ｌ₂の差が小さくなるようにピッチＬ₁、Ｌ₂を設定すれば、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃとターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの固定部にかかる応力を小さくすることができ、固定部の疲労破壊の問題に対してかなり有効な対策となる。
【００１７】
また、熱膨張係数の関係が上記実施形態とは逆にα₁＞α₂となる場合には、図４に示すように、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃを外側に開くようにして、Ｌ₂＞Ｌ₁の関係にする。
また、上記した実施形態においては、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃの形状を変えるものを示したが、ターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの方の形状を変えるようにしてもよい。この場合の実施形態を図５に示す。この場合、ターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれの他端が図２に示すようにケース２０上に固定されていると、モールドＩＣ１とケース２０の熱膨張の差をなくすことができないため、この実施形態においては、図６（図５中のVI-VI 断面図) に示すように、ターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれの他端がケース２０から突出するようにしている。
【００１８】
この図５、図６に示す実施形態に対し、さらに図７に示すように、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃおよびターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの両方の形状を変えるように構成してもよい。
なお、上述した説明から分かるように、ターミナルのピッチは、ターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃがケース２０から突出している場合は、その突出した出口部間の距離をいい、図２に示すようにターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃがケース２０から突出していない場合は、ケース２０上での最端部間の距離をいう。同様に、モールドＩＣのピッチも、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃがモールドＩＣ１から突出した出口部間の距離をいう。
【００１９】
本発明は上記した種々の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で適宜変更が可能である。例えば、モールドＩＣ１、ケース２０の構成材料としては、上記した実施形態以外の他の材料を用いることができる。例えば、ケース２０として、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を用いてもよく、またターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃとの絶縁をとるようにすれば、金属を用いてもよい。
【００２０】
また、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃとターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれの固定は、溶接以外に、半田、かしめ等を用いることができる。
また、モールドＩＣ１の形状として、図６中に点線で示したように、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃが露出する上側部分を大きく開口させるようにすれば、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃとターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれを溶接する場合の作業性を良好にすることができる。
【００２１】
また、リードフレーム２とターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、上記実施形態に示したような異種の金属でも、あるいは銅等の同種の金属でもよい。
また、ケース２０はモールドＩＣ１を収納するタイプのものに限らず、モールドＩＣ１を単に固定するタイプのものであってもよい。
さらに、本発明はモールドＩＣ内にセンサ用の信号処理回路用ＩＣを内蔵した構造のセンサ装置に限らず、センサ以外の他の用途の信号処理回路用ＩＣを内蔵したものにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である圧力センサ装置の平面図である。
【図２】図１中のII-II 断面図である。
【図３】図１に示すモールドＩＣのIII-III 断面図である。
【図４】図１に示す構成に対し、モールドＩＣとケースの熱膨張係数の関係が逆になる場合の実施形態を示す平面図である。
【図５】図１に示す構成に対し、ターミナルの方の形状を変えた実施形態を示す平面図である。
【図６】図５中のVI-VI 断面図である。
【図７】図５に示す構成に対し、外部端子およびターミナルの両方の形状を変えた実施形態を示す平面図である。
【図８】従来の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１…モールドＩＣ、２…リードフレーム、２ａ、２ｂ、２ｃ…外部端子、
３…モールド部材、２０…ケース、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…ターミナル。

Claims

第１、第２の外部端子（２ａ、２ｂ、２ｃ）を有し樹脂でモールドされたモールドＩＣ（１）と、このモールドＩＣを固定するケース（２０）と、このケースに取り付けられ前記ケース外に露出した部分を有する第１、第２のターミナル（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）を備え、前記第１、第２のターミナルは、前記第１、第２の外部端子に電気的に導通した状態でそれぞれ固定されており、
前記モールドＩＣを構成する樹脂の熱膨張係数（α１）と前記ケースを構成する材料の熱膨張係数（α2 ）は異なっており、
前記モールドＩＣを構成する樹脂の熱膨張係数と前記第１、第２の外部端子間のピッチ（Ｌ1 ）との積（α1 ・Ｌ1 ）と、前記ケースを構成する材料の熱膨張係数と前記第１、第２のターミナル間のピッチ（Ｌ2 ）との積（α2 ・Ｌ2 ）とが等しい関係になるように、前記モールドＩＣと前記ケースの構成材料の熱膨張係数に応じて、前記第１、第２の外部端子のピッチと前記第１、第２のターミナルのピッチが異なるようにしたことを特徴とする半導体装置。