JP5857050B2

JP5857050B2 - 流量計

Info

Publication number: JP5857050B2
Application number: JP2013523708A
Authority: JP
Inventors: 松本　昌大; 昌大松本; 中野　洋; 洋中野; 半沢　恵二; 恵二半沢; 哲浅野
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: US20140159174A1; DE112011105438B4; WO2013008273A1; US9134153B2; CN103649694B; DE112011105438T5; CN103649694A; JPWO2013008273A1

Description

本発明は流量計に係り、内燃機関の吸入空気を測定する流量計に関する。

流量計の従来例には例えば特許文献１に記載された半導体装置などがある。特許文献１の半導体装置は、流量検出部を構成するシリコン基板の一部を封止樹脂で封止した構成を採用している。

特開２００８−１５７７４２号公報

しかしながら、特許文献１では有機保護膜であるポリイミド樹脂が封止樹脂の外部に露出する構造となっており、ポリイミド樹脂への水分の浸透性およびポリイミド樹脂とエポキシ樹脂の接着強度に関して配慮が欠けていた。

ポリイミド樹脂は分子構造が網目構造を有しても有機高分子材料であるため無機物に比べると水分の浸透性が高い。また、ポリイミド樹脂とエポキシ樹脂の接着強度も酸化膜とエポキシ樹脂との強度と比べると低く接着面の剥離が生じ易い。これらの原因により水分が浸入するとアルミ配線やアルミパッドが腐食する恐れがある。そのため、シリコン基板上に腐食しやすい微細なアルミ配線を構成することは困難であり、シリコン基板上に複雑で微細なアルミ配線を必要とする電子回路を構成することが困難であった。

本発明の目的は、耐腐食性を向上した流量計を提供することにある。

上記課題を解決するために、ヒータが形成されたダイアフラムを有するシリコン基板と、前記シリコン基板上に形成されたアルミパッドと、前記シリコン基板に積層された有機保護膜と、前記シリコン基板を覆うモールド樹脂と、を有し
前記ダイアフラムは前記有機保護膜から露出した露出部を有しており、前記シリコン基板は、前記モールド樹脂と密着性の高い密着膜が積層されており、前記露出部と前記アルミパッドとの間に前記モールド樹脂と前記密着膜との接着面を有することにより達成される。

本発明によれば、耐腐食性を向上した流量計を提供できる。

第１の実施例の流量計の外観図。図１におけるＡ−Ａ′の断面図。流量検出素子の表面に積層した有機保護膜の平面形状。流量検出素子の配線などを示した平面図。第２の実施例の流量計の図１におけるＡ−Ａ′の断面図。第２の実施例の流量検出素子の表面に積層した有機保護膜の平面形状。第３の実施例の流量計の外観図。図７におけるＡ−Ａ′の断面図。図７におけるＢ−Ｂ′の断面図。第３の実施例の流量検出素子の表面に積層した有機保護膜の平面形状。流量検出素子の配線などを示した平面図。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図１１を参照して説明する。

まず、本発明の第１の実施例である流量計を図１から図４により説明する。

第１の実施例の流量計は図１，図２に示すように流量検出素子４をリードフレーム１３に配置し、モールド樹脂１により樹脂モールドした構造である。流量検出素子４の一部は露出部２によってモールド樹脂１の外部に露出しており、計測空気流が流量検出素子４に直接あたる様にしている。また、リードフレーム１３の一部は外部端子３を構成して流量検出素子４の電源端子や出力端子などをアルミパッド１１，金線１２を介して外部端子３に接続してモールド樹脂１の外部に電気的信号が取り出せるようにしている。

次に、流量検出素子４について説明する。流量検出素子４はシリコン基板１５に無機絶縁膜５を積層し、シリコン基板１５の一部に空洞部を形成することで薄膜構造のダイアフラム１４を設け、このダイアフラム１４にポリシリコン，白金，モリブデン，タングステンなどの薄膜で形成されるヒータ６を設け、このヒータ６を加熱し、このヒータ６の放熱量やヒータ６の周囲の温度変化を計測することで空気流量を計測する。また、ヒータ６はヒータ６と同一材料で構成される配線８，１７からアルミ配線１０，１８を介して電子回路１６に接続され、この電子回路１６によってヒータ６の加熱制御や温度検出などが行われる。また、電子回路１６はアルミパッド１１へ接続され、金線１２，外部端子３を介して電源や出力信号を外部に取り出す。また、アルミ配線１０，１８の保護には有機保護膜９を配置した。なお、アルミ配線１０，１８やアルミパッド１１はアルミ膜をパターンニングすることによって形成される。また、有機保護膜９にはポリイミド樹脂やポリベンゾオキサゾール樹脂が適している。ポリイミド樹脂からなるポリイミド膜は有機膜としては水分の透過率が低く水分の浸透を防ぐことができる。ポリベンゾオキサゾール樹脂からなる有機膜は吸水率がポリイミド樹脂の１／４〜１／３であり、モールド樹脂１との密着強度もポリイミド樹脂からなるポリイミド膜の２倍あり、保護膜として適しており、水分の浸透を更に抑えることができる。

また、図３に示す様に有機保護膜９に除去部７を設けて、図２に示す様にモールド樹脂１と無機絶縁膜５との接着面を露出部２とアルミ配線１０との間に構成した。なお、無機絶縁膜５はシリコン酸化膜でもシリコン窒化膜でも酸化アルミニウムでも水分の浸透はほとんど無いので水分の浸入を防ぐことができる。なお、少なくとも８００℃以上の熱処理を実施した緻密な膜の方がより水分の浸透を抑えることができる。

また、無機絶縁膜５をモールド樹脂１との密着膜として機能させるためにはモールド樹脂１との密着性が高い方が良い。このため、窒化膜に比べて酸化膜の方がモールド樹脂１に対して密着性が良いので無機絶縁膜５には、シリコン酸化膜や酸化アルミニウムなどの酸化膜の方が適している。

なお、無機絶縁膜５はシリコン酸化膜とした方が製造は容易である。

なお、モールド樹脂１との密着性の高さを上げることでモールド樹脂１の剥離を防ぎ、剥離部からの水分の浸入を防ぐことができる。

また、図４に示す様に本実施例の流量計ではダイアフラム１４にヒータ６が配置され、ヒータ６と同一の材料で線幅を太くして構成した配線８，１７を介し、アルミ配線１０，１８を介して電子回路１６に電気的に接続される。この時、除去部７（モールド樹脂１と無機絶縁膜５との接着面）の無機絶縁膜５内に形成された配線８，１７をヒータ６と同一の材料とした。このような構成により水分によって腐食し易いアルミ配線を使用せず済む。また、無機絶縁膜５で周辺を保護された配線８，１７は無機絶縁膜５によって水分から保護されるので水分による腐食に対して非常に強くなるため信頼性を向上できる。

次に、本発明の第２の実施例である流量計を図５，図６により説明する。

第２の実施例の流量計は第１の実施例の流量計に以下の改良を加えた。本実施例では除去部としてスリット２０を設け、有機保護膜１９を新たに設けた。有機保護膜１９は、ダイアフラム１４の端部の覆い囲むように配置し、有機保護膜１９の端部をモールド樹脂１で固定した。なお、ダイアフラム１４の端部とは図６で示された２つ破線に囲まれた領域を指すが、有機保護膜１９は少なくとも２つの破線のうち、内側の破線を覆い囲むように配置することでもよい。

このようにスリット２０を設けることで、有機保護膜９と有機保護膜１９との間にモールド樹脂１と無機絶縁膜５との接着面を設けることができ、モールド樹脂１と有機保護膜９との接着面からの水分の浸透を防ぐことが可能となる。これにより、無機絶縁膜５によってアルミパッド１１等が水分から保護されるため、耐腐食性が向上し信頼性が向上できる。

また、有機保護膜１９をダイアフラム１４の端部を覆い囲むように配置することでダイアフラム１４の強度を向上できる。すなわち、ダイアフラム１４に加重や衝撃力が加わった場合、最も応力の大きくなる場所がダイアフラム１４の端部となるが、その端部の強度を有機保護膜１９で強化することにより、応力の集中を分散できる。そのため、ダイアフラム１４に過度な応力がかかることで生じるダイアフラム１４のひび割れが生じる可能性を防ぐことができる。これにより、ダイアフラム１４に生じたひび割れ箇所からの水分の浸透を防ぐことができ、第１の実施例よりさらに耐腐食性が向上する。

また、有機保護膜１９は無機絶縁膜５との接着強度が弱く剥がれ易い問題があるので、本実施例では有機保護膜１９の周辺部をモールド樹脂１で固定した。このような構成により、有機保護膜１９の端部をモールド樹脂１で固定でき有機保護膜１９の剥がれを防止できる。そして、有機保護膜１９をダイアフラム１４の端部を覆うように配置することによりダイアフラム端部の変動を抑えることができるため、樹脂モールド１と有機保護膜１９との接着面に生じる隙間を小さくすることができ、接着面から浸透する水分を低減することが可能となり耐腐食性が向上する。

次に、本発明の第３の実施例である流量計を図７から図１１により説明する。

第３の実施例の流量計は第１の実施例の流量計と基本的に同じ構造であるが、以下の改良を加えた。本実施例では図７，図９に示す様に流量検出素子４のＢ−Ｂ′の方向の端から端までを外部に露出させて露出部２を構成し、露出部２の高さとモールド樹脂１の高さをほぼ同じにした。これにより、計測空気流がＢ−Ｂ′の方向にスムーズに流れる様にした。この場合、有機保護膜２１は図９，図１０に示す様にダイアフラム１４の縁部から流量検出素子４の端部まで配置して有機保護膜２１の接着面積を増して有機保護膜２１の剥がれを防止した。なお、Ａ−Ａ′の方向に関しては第1の実施例と同様に有機保護膜２１の端部をモールド樹脂１で固定することで有機保護膜２１の剥がれを防止した。

また、本実施例ではアルミパッド１１の上にＰＳＧ（Phospho-Silicate-Glass）膜やＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass）膜などのリンガラス膜２５を積層し、リンガラス膜２５を覆う様にシリコン窒化膜２４を配置し、更に有機保護膜９を配置した。これによりモールド樹脂１を透過してくる水蒸気によってアルミ配線１０を微細パターンにしても腐食することを防止できるようにした。

なお、リンガラス膜２５をシリコン窒化膜２４で覆うことでリンガラス膜２５からリンイオンが漏れ、このリンイオンによりアルミパッド１１が腐食することを防止できる。

また、本実施例ではスリット２２，２３の位置のリンガラス膜２５およびシリコン窒化膜２４を除去した。このことにより、無機絶縁膜５とモールド樹脂１との接着面を構成でき、更には無機絶縁膜５をモールド樹脂と密着性が高いシリコン酸化膜にすることができるので水分の浸入を防ぐことができる。

また、本実施例ではスリット２２，２３の場所において図１１に示す様にヒータ６と同一材料を使用して凹凸パターン２６，２７，２８を形成した。このような構成により無機絶縁膜５の表面に凸凹ができるので無機絶縁膜５とモールド樹脂１とが密着する表面積が増え、無機絶縁膜５とモールド樹脂１との密着性をより強力にでき、更に水分の浸入を防ぐことができる。

１モールド樹脂
２露出部
３外部端子
４流量検出素子
５無機絶縁膜
６ヒータ
７除去部
８，１７配線
９，１９，２１有機保護膜
１０，１８アルミ配線
１１アルミパッド
１２金線
１３リードフレーム
１４ダイアフラム
１５シリコン基板
１６電子回路
２０，２２，２３スリット
２４シリコン窒化膜
２５リンガラス膜
２６，２７，２８凹凸パターン

Claims

空洞部を有するシリコン基板と、前記空洞部を覆うように設けられるダイアフラムと、前記ダイアフラムに設けられるヒータと、前記シリコン基板上に設けられるアルミパッドやアルミ配線を構成するアルミ膜と、前記ヒータおよび前記アルミ膜よりも上層側に設けられる有機保護膜と、を有するセンサ素子と、
前記センサ素子の一部を覆うモールド樹脂と、を備え、
前記ダイアフラムは前記有機保護膜から露出した露出部を有しており、
前記センサ素子は、前記モールド樹脂と密着性の高い密着膜を有しており、
前記露出部と前記アルミ膜との間に前記モールド樹脂と前記密着膜との接着面を有し、
前記密着膜が無機絶縁膜であり、
前記有機保護膜は、前記ダイアフラムを囲うように設けられた第１の有機保護膜と、前記ダイアフラムの縁部を囲むように設けられており第２の有機保護膜と、を有することを特徴とする流量計。
請求項１に記載の流量計において、
前記第１の有機保護膜と前記第２の有機保護膜との間に前記モールド樹脂と前記無機絶縁膜との接着面を有することを特徴とする流量計。
請求項１に記載の流量計において、
前記有機保護膜がポリイミド膜であることを特徴とする流量計。
請求項１に記載の流量計において、
前記有機保護膜がポリベンゾオキサゾール樹脂であることを特徴とする流量計。
請求項１に記載の流量計において、
前記アルミ膜の上部にシリコン窒化膜を有することを特徴とする流量計。
請求項１に記載の流量計において、
前記接着面に凹凸パターンを形成したことを特徴とする流量計。
請求項１に記載の流量計において、
前記接着面を横切る配線を前記ヒータと同一の材料で構成したことを特徴とする流量計。
請求項１に記載の流量計において、
前記第２の有機保護膜の縁部に前記モールド樹脂を設けたことを特徴とする流量計。