JP2015108558A - Resin sealed type sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度や角速度を検出する1つの慣性力センサ、もしくは複数の加速度や角速度の検出部が複合された慣性力センサ等のセンサ素子とこれを搭載する回路基板をトランスファーモールドによって樹脂封止してパッケージを形成してなる樹脂封止型センサ装置に関する。 The present invention provides a resin-encapsulation of a sensor element such as an inertial force sensor that detects acceleration and angular velocity, or an inertial force sensor in which a plurality of acceleration and angular velocity detection units are combined, and a circuit board on which the sensor element is mounted by transfer molding. The present invention relates to a resin-sealed sensor device formed by forming a package.
近年、自動車や農業機械、建設機械などでは車両姿勢の安定制御や安全性向上、あるいは作業性向上ため種々の物理量を検出するセンサ装置が使用されている。特にシリコン（Si）の微細加工技術（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems）で製作された加速度センサと角速度センサの適用が拡大している。 2. Description of the Related Art In recent years, sensor devices that detect various physical quantities have been used in automobiles, agricultural machines, construction machines, and the like for stable control of vehicle posture, safety improvement, and workability improvement. In particular, the application of acceleration sensors and angular velocity sensors manufactured by micro electro mechanical systems (MEMS) is expanding.
MEMS技術で製作された慣性力センサ（加速度センサや角速度センサ）を備えたセンサ装置の形態として、センサからの信号を処理するとともに外部との信号入出力を制御する回路基板(例えばLSI基板)の上にセンサを搭載し、これらセンサおよび回路基板をダイパッドに搭載し、外部との電気信号の伝達を行うリードをダイパッド周囲に配置した上で、これらをトランスファーモールド法で樹脂封止してパッケージを構成した形態のセンサ装置が知られている。 As a form of sensor device with inertial force sensor (acceleration sensor or angular velocity sensor) manufactured by MEMS technology, a circuit board (for example, LSI board) that processes signals from the sensor and controls signal input / output with the outside The sensor is mounted on the die pad, and the sensor and circuit board are mounted on the die pad. Leads that transmit electrical signals to the outside are placed around the die pad, and these are sealed with a resin by the transfer molding method to package the package. A configured sensor device is known.
ところで、このトランスファーモールドによる樹脂封止パッケージでは、パッケージに温度変化（使用時の環境温度変化や信頼性試験として実施する温度サイクル試験）が加えられると、パッケージを構成する部材と封止樹脂の線膨張係数差に依存して発生する熱応力によってパッケージが変形する場合がある。パッケージが変形すると、この変形に応じてパッケージ内部に封止されている慣性力センサも変形し、センサ出力に変動が生じるようになる。 By the way, in the resin-sealed package by this transfer mold, when a temperature change (temperature cycle test performed as a temperature change or reliability test at the time of use) is applied to the package, the members constituting the package and the sealing resin wire The package may be deformed by thermal stress generated depending on the difference in expansion coefficient. When the package is deformed, the inertial force sensor sealed inside the package is deformed according to the deformation, and the sensor output is changed.
トランスファーモールドによる樹脂封止は通常175℃程度の温度で行うため、温度が低下するに従ってパッケージ構成部材と封止樹脂間の線膨張係数差に依存した熱応力がパッケージ内部に発生する。この内部応力は、線膨張係数と温度幅の積に比例する。封止樹脂に用いられる樹脂材料には、ガラス転移温度と呼称される特性変化点があり、封止樹脂の線膨張係数は、ガラス転移温度を境にして特性が異なり、転移温度より高い温度領域の線膨張係数（α２）は、低い領域における線膨張係数（α1）より高い値となる。一般的なトランスファーモールド樹脂のガラス転移温度は、モールド温度以下に設定されている。ガラス転移温度が低い封止樹脂では、線膨張係数α２の温度範囲が広がるため、α２の影響によってパッケージ内部応力が高くなる。したがって、モールド温度以下におけるパッケージ内部応力を低減するためには、ガラス転移温度の高い材料の使用が望ましい。さらに、封止樹脂の弾性係数もガラス転移温度に依存して変化し、転移温度以上で弾性係数が低くなるため、ガラス転移温度以上の温度域では、線膨張係数が高いことも加わって封止樹脂の変形が増大する。これによって、封止されているセンサの特性が高温でも変動するようになり、耐熱性低下の要因となるため、この観点からもガラス転移温度を高くするのが良い。 Since resin sealing by transfer molding is normally performed at a temperature of about 175 ° C., thermal stress depending on the difference in linear expansion coefficient between the package component and the sealing resin is generated inside the package as the temperature decreases. This internal stress is proportional to the product of the linear expansion coefficient and the temperature range. The resin material used for the sealing resin has a characteristic change point called the glass transition temperature, and the linear expansion coefficient of the sealing resin has different characteristics around the glass transition temperature, and is a temperature region higher than the transition temperature. The linear expansion coefficient (α2) is higher than the linear expansion coefficient (α1) in the low region. The glass transition temperature of a general transfer mold resin is set to be equal to or lower than the mold temperature. In a sealing resin having a low glass transition temperature, the temperature range of the linear expansion coefficient α2 is widened, and thus the internal stress of the package becomes high due to the influence of α2. Therefore, in order to reduce the package internal stress below the mold temperature, it is desirable to use a material having a high glass transition temperature. Furthermore, the elastic modulus of the sealing resin also changes depending on the glass transition temperature, and the elastic modulus becomes lower above the transition temperature. Therefore, in the temperature range above the glass transition temperature, the linear expansion coefficient is also added and sealing is performed. The deformation of the resin increases. As a result, the characteristics of the sealed sensor fluctuate even at a high temperature, which causes a decrease in heat resistance. From this viewpoint, it is preferable to increase the glass transition temperature.
また、トランスファーモールドによる樹脂封止パッケージでは、パッケージが高温高湿（例えば85℃、85％RH環境）などの水分の多い環境に晒されると、樹脂が吸湿し、膨潤と呼ばれる樹脂の膨張変形が生じる場合がある。この樹脂の膨張によってパッケージが変形し、温度変化と同様に慣性力センサも変形させるため、センサ出力に変動が発生する場合がある。 In addition, in a resin-sealed package by transfer molding, when the package is exposed to a high-humidity environment such as high temperature and high humidity (for example, 85 ° C. and 85% RH environment), the resin absorbs moisture, and the resin undergoes expansion deformation called swelling. May occur. Due to the expansion of the resin, the package is deformed, and the inertial force sensor is also deformed in the same manner as the temperature change. Therefore, the sensor output may vary.
環境温度が変化した場合にパッケージ構成部材の線膨張係数差に依存して発生する慣性力センサの出力変動は、温度と出力変動の関係を測定し、この測定データを基に出力を補正することで、温度変動の影響が出力に現れるのを抑制あるいは取り除くことができる。樹脂封止した慣性センサ出力と温度の関係は非線形になることもあり、温度による変動を補正しきれない場合もあるので、温度による出力変動は可能な限り低減するのが望ましい。 When the environmental temperature changes, the output fluctuation of the inertial force sensor that occurs depending on the difference in coefficient of linear expansion of the package components is measured by measuring the relationship between the temperature and the output fluctuation, and correcting the output based on this measurement data. Thus, it is possible to suppress or eliminate the influence of temperature fluctuations on the output. The relationship between the temperature of the inertia sensor output sealed with resin and the temperature may be non-linear, and the fluctuation due to temperature may not be completely corrected. Therefore, it is desirable to reduce the fluctuation due to temperature as much as possible.
一方、封止樹脂の吸湿による出力変動ついては、実際の機器内部に実装された状態では樹脂の吸湿量を把握することが困難であるため、温度変化のような補正によって出力変動の影響を取り除くことが難しい。したがって、樹脂の吸湿によるセンサ出力変動抑制には、樹脂自体の吸湿量を減らすことが必要となる。 On the other hand, with regard to output fluctuation due to moisture absorption of the sealing resin, it is difficult to grasp the amount of moisture absorbed by the resin when it is mounted inside an actual device. Is difficult. Therefore, in order to suppress sensor output fluctuation due to moisture absorption of the resin, it is necessary to reduce the moisture absorption amount of the resin itself.
このようなトランスファーモールドパッケージでの樹脂の吸湿抑制を考慮したパッケージ構造が特許文献１から特許文献２に開示されている。 Patent document 1 to patent document 2 disclose a package structure in consideration of the moisture absorption suppression of the resin in such a transfer mold package.
特許文献１に開示される加速度センサ素子を実装したフルモールド実装型パッケージ構造では、モールド後にパッケージを構成するプラスチック表面を疎水性の材料でコーティングすることが開示されている。 In the full mold mounting type package structure in which the acceleration sensor element disclosed in Patent Document 1 is mounted, it is disclosed that the plastic surface constituting the package is coated with a hydrophobic material after molding.
特許文献２に開示されている半導体パッケージ構造では、封止樹脂によるパッケージの表面に、プラズマ重合によって耐湿性高分子薄膜（厚さ10〜500nm）を設けることが開示されている In the semiconductor package structure disclosed in Patent Document 2, it is disclosed that a moisture-resistant polymer thin film (thickness 10 to 500 nm) is provided by plasma polymerization on the surface of a package made of a sealing resin.
特許文献１では、モールドプラスチック部の表面を疎水性の材料でコーティングすることで、プラスチック材料部の吸湿を抑制し、吸湿による変形を防止することが可能である。しかし、特許文献１に開示されている疎水性材料をコーティングする方法では、コーティングした材料を均一に塗布することが難しいため、コーティング材表面形状の制御が難しく、コーティング材料の膜厚にばらつきが生じる。このパッケージが、温度変化する環境に晒されると、膜厚ばらつきによってコーティング材料の変形量が場所によって異なるようになり、パッケージに慣性力センサの出力変動を起させる変形（例えば反り変形）が発生する場合がある。 In patent document 1, it is possible to suppress the moisture absorption of a plastic material part and to prevent the deformation | transformation by moisture absorption by coating the surface of a mold plastic part with a hydrophobic material. However, in the method of coating a hydrophobic material disclosed in Patent Document 1, since it is difficult to uniformly apply the coated material, it is difficult to control the surface shape of the coating material, resulting in variations in the film thickness of the coating material. . When this package is exposed to an environment where the temperature changes, the amount of deformation of the coating material varies depending on the location due to variations in film thickness, and deformation (for example, warpage deformation) that causes output fluctuation of the inertial force sensor occurs in the package. There is a case.
特許文献２では、耐湿性高分子膜をプラズマ重合法により均一にパッケージ表面上に被着することが可能である。しかし、特許文献２に開示されているプラズマ重合法による耐湿性高分子膜の被着では、ミクロンオーダー以上の厚さの樹脂の成膜、および成膜した材料の硬化に長時間を要する場合があり、作業効率を低下させる要因となる。 In Patent Document 2, it is possible to deposit a moisture-resistant polymer film uniformly on a package surface by a plasma polymerization method. However, in the deposition of the moisture-resistant polymer film by the plasma polymerization method disclosed in Patent Document 2, it may take a long time to form a resin having a thickness of micron order or more and to cure the formed material. Yes, it becomes a factor that reduces work efficiency.
また、特許文献２では、耐湿性高分子膜をアウターリードのプリント基板表面と対向する部分をはんだ付け部として耐湿性高分子膜から露出させる構造となっている。このようなはんだ接続構造では、温度変化範囲が広い環境でパッケージを使用した場合、接続面積が狭いことに起因してはんだ接続部に高いひずみが発生し、信頼性の確保が難しくなる可能性がある。 In Patent Document 2, the moisture-resistant polymer film is exposed from the moisture-resistant polymer film with a portion facing the printed circuit board surface of the outer lead as a soldered portion. In such a solder connection structure, when a package is used in an environment where the temperature change range is wide, a high strain may occur in the solder connection part due to the small connection area, which may make it difficult to ensure reliability. is there.
本発明は上記する課題に鑑みてなされたものであり、樹脂パッケージ形成の作業効率を向上しつつ、樹脂パッケージ変形が生じにくく信頼性の高い樹脂封止型センサ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable resin-sealed sensor device in which resin package deformation hardly occurs while improving the work efficiency of resin package formation. .
上記目的を達成すべく、本発明による樹脂封止型センサ装置は、物理量を検出する機能を有するセンサ素子と、前記センサ素子からの信号を処理するとともに外部との信号の入出力を制御する基板と、前記センサ素子と前記基板が搭載されるダイパッドと、リードとをトランスファーモールドによって封止して第一の樹脂封止体を形成する樹脂封止型センサ装置において、前記第一の樹脂封止体の表面にトランスファーモールドによって第二の樹脂封止体を形成したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a resin-sealed sensor device according to the present invention includes a sensor element having a function of detecting a physical quantity, and a substrate that processes signals from the sensor element and controls input / output of signals from / to the outside. And a resin-sealed sensor device in which a die pad on which the sensor element and the substrate are mounted, and a lead are sealed by transfer molding to form a first resin-sealed body. A second resin sealing body is formed on the surface of the body by transfer molding.
本発明によれば、樹脂パッケージ形成の作業効率を向上しつつ、樹脂パッケージ変形が生じにくく信頼性の高い樹脂封止型センサ装置を提供することが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable resin-sealed sensor device that is hard to be deformed while improving the work efficiency of resin package formation.
以下、図面を参照して本発明の樹脂封止型センサ装置の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the resin-sealed sensor device of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の樹脂封止型センサ装置の実施の形態１の平面図であり、図２は図1のII-II矢視図であって装置の短手方向断面図であり、図３は図１のIII-III矢視図であって装置の長手方向断面図である。 FIG. 1 is a plan view of Embodiment 1 of the resin-sealed sensor device of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. Fig. 3 is a view taken in the direction of arrows III-III in Fig. 1 and is a longitudinal sectional view of the apparatus.
図１や図２などに示す樹脂封止型センサ装置１００は、慣性力（加速度や角速度）などの物理量検出用のセンサ素子1と、センサ素子1を搭載する回路基板２（半導体素子ともいう）と、回路基板２を搭載するダイパッド３（チップパッド、タブなどともいう）と、ダイパッド３に接続される吊りリード５、外部導通リード４と、からなる回路ユニット１０と、回路ユニット１０をトランスファーモールド法によって樹脂封止する第一樹脂封止体８と、第一樹脂封止体８をトランスファーモールド法によって樹脂封止する第二樹脂封止体９とから構成されている。 A resin-sealed sensor device 100 shown in FIGS. 1 and 2 includes a sensor element 1 for detecting a physical quantity such as inertia force (acceleration and angular velocity) and a circuit board 2 (also referred to as a semiconductor element) on which the sensor element 1 is mounted. A circuit unit 10 including a die pad 3 (also referred to as a chip pad or a tab) on which the circuit board 2 is mounted, a suspension lead 5 connected to the die pad 3, and an external conductive lead 4, and the circuit unit 10 by transfer molding It is comprised from the 1st resin sealing body 8 which resin-seals by the method, and the 2nd resin sealing body 9 which resin-seals the 1st resin sealing body 8 by the transfer mold method.
センサ素子１と回路基板２、回路基板２とダイパッド３はともに、ペースト状もしくはフィルム状の接合材７で接続されている。 Both the sensor element 1 and the circuit board 2, and the circuit board 2 and the die pad 3 are connected by a paste-like or film-like bonding material 7.
センサ素子１の上面１ａにある電極１４と回路基板２の上面２ａにある電極１５はワイヤ６にて電気的に接続されており、回路基板２の電極１６と外部導通リード４も同様にワイヤ６にて電気的に接続されている。 The electrode 14 on the upper surface 1a of the sensor element 1 and the electrode 15 on the upper surface 2a of the circuit board 2 are electrically connected by a wire 6, and the electrode 16 of the circuit board 2 and the external conductive lead 4 are similarly connected to the wire 6 Is electrically connected.
外部導通リード４は、樹脂封止体８内にあって回路基板２と電気的に接続されるインナーリードと、外部の実装基板や筐体などに接続されるアウターリードが一体に形成されてその全体が構成されている。 The external conductive lead 4 is formed by integrally forming an inner lead in the resin sealing body 8 and electrically connected to the circuit board 2 and an outer lead connected to an external mounting board or housing. The whole is configured.
センサ素子１では、小型化や多機能化および複合化、さらには量産性向上などを目的として、シリコン（Si）の微細加工技術を用いた検出手段が主流となってきている。センサ素子1は、シリコンを微細加工して形成された櫛歯状の物理量検出部を内蔵しており、それらの周囲がＳｉやガラスなどで積層封止されている。このセンサ素子１としては、加速度センサや角速度センサが単独に存在する形態のほか、これらが複数個複合化（あるいは統合化）された形態が適用される。 In the sensor element 1, detection means using silicon (Si) microfabrication technology has become the mainstream for the purpose of miniaturization, multifunctionalization and combination, and further improvement in mass productivity. The sensor element 1 includes a comb-like physical quantity detection unit formed by finely processing silicon, and the periphery thereof is laminated and sealed with Si, glass, or the like. As the sensor element 1, a form in which an acceleration sensor and an angular velocity sensor exist independently, or a form in which a plurality of them are combined (or integrated) is applied.
回路基板２は、半導体プロセス加工技術によって所定の微細な回路や電極がＳｉ上に形成されたものである。この回路基板２は、センサ素子１の検出動作を制御するとともに、センサ素子１からの検出信号を装置１００の内外に入出力するための制御などもおこなう。 The circuit board 2 is obtained by forming predetermined fine circuits and electrodes on Si by a semiconductor process processing technique. The circuit board 2 controls the detection operation of the sensor element 1 and also performs control for inputting and outputting a detection signal from the sensor element 1 to and from the inside and outside of the apparatus 100.
ダイパッド３、外部導通リード４、および吊りリード５は、同素材で一体に形成されており、第一の樹脂封止体８が形成される前段階では全体としてリードフレームを構成している。このリードフレームを構成するダイパッド３、外部導通リード４、および吊りリード５は、銅（Cu）やその合金、鉄-ニッケル合金（Fe-42Niなど）等の金属材料から形成される。ワイヤ６は、たとえば直径20〜25μmの金（Au）素材の細線が使用される。 The die pad 3, the external conductive lead 4, and the suspension lead 5 are integrally formed of the same material, and constitute a lead frame as a whole before the first resin sealing body 8 is formed. The die pad 3, the external conductive lead 4, and the suspension lead 5 constituting the lead frame are formed of a metal material such as copper (Cu), an alloy thereof, or an iron-nickel alloy (such as Fe-42Ni). As the wire 6, for example, a thin wire made of a gold (Au) material having a diameter of 20 to 25 μm is used.
センサ素子１と回路基板２、および回路基板２とダイパッド３を接続する接合材７には、導電性、非導電性の双方の材料が適用可能であるが、導電性が不要な場合は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などを主成分とするペースト状もしくはフィルム状の接合材が適用される。一方、導電性が必要な場合は、銀（Ag）粒子が充填されたペースト状もしくはフィルム状の接合材が適用される。 For the bonding material 7 that connects the sensor element 1 and the circuit board 2 and between the circuit board 2 and the die pad 3, both conductive and non-conductive materials can be applied. A paste-like or film-like bonding material mainly composed of resin, epoxy resin, polyimide resin, or the like is applied. On the other hand, when conductivity is required, a paste-like or film-like bonding material filled with silver (Ag) particles is applied.
第一の樹脂封止体８は、熱硬化性樹脂から成り、トランスファーモールド法によって形成される。第一の樹脂封止体８を形成する樹脂は、ガラス転移温度が高い樹脂を用いるのが好ましく、たとえばシリカ粒子が充填されたエポキシ樹脂などが用いられる。 The first resin sealing body 8 is made of a thermosetting resin and is formed by a transfer molding method. The resin forming the first resin sealing body 8 is preferably a resin having a high glass transition temperature. For example, an epoxy resin filled with silica particles is used.
第二の樹脂封止体９には、第一の樹脂封止体８を形成する樹脂よりも吸水率が低い熱硬化性樹脂が用いられる。たとえば、第一の樹脂封止体８を形成する樹脂よりも吸水率を低減したエポキシ樹脂や、このエポキシ樹脂にシリカ粒子を充填した材料、あるいはシリコーン樹脂やウレタン樹脂などが用いられる。 A thermosetting resin having a lower water absorption rate than the resin forming the first resin sealing body 8 is used for the second resin sealing body 9. For example, an epoxy resin having a lower water absorption rate than the resin forming the first resin sealing body 8, a material in which silica particles are filled in the epoxy resin, a silicone resin, a urethane resin, or the like is used.
第二の樹脂封止体９の成形時に第一の樹脂封止体８の熱変形を抑えるため、第一の樹脂封止体８を形成する樹脂は第二の樹脂封止体９を形成する樹脂よりもガラス転移温度が高い樹脂を使用する。 In order to suppress thermal deformation of the first resin sealing body 8 during the molding of the second resin sealing body 9, the resin forming the first resin sealing body 8 forms the second resin sealing body 9. A resin having a glass transition temperature higher than that of the resin is used.
トランスファーモールド法によるパッケージングでは、回路ユニット１０を１７５℃程度に加熱保持されたモールド金型内に設置し、モールド金型の一端から樹脂を注入した後、金型内で樹脂を硬化させて樹脂封止パッケージが形成される。 In packaging by the transfer mold method, the circuit unit 10 is placed in a mold mold that is heated and held at about 175 ° C., a resin is injected from one end of the mold mold, and then the resin is cured in the mold. A sealed package is formed.
第一の樹脂封止体８を形成する樹脂のガラス転移温度は、樹脂封止型センサ装置が使用される環境も考慮して設定する。自動車への適用を想定している本発明の樹脂封止型センサ装置１００では、高温環境となるエンジンルームへの実装にも対応するため、樹脂のガラス転移温度を１２０℃以上にするのが望ましい。 The glass transition temperature of the resin forming the first resin sealing body 8 is set in consideration of the environment in which the resin-sealed sensor device is used. In the resin-encapsulated sensor device 100 of the present invention that is assumed to be applied to automobiles, it is desirable that the glass transition temperature of the resin be 120 ° C. or higher in order to cope with mounting in an engine room that is a high-temperature environment. .
ここで、樹脂封止型センサ装置１００の製造方法を概説する。 Here, the manufacturing method of the resin-sealed sensor device 100 will be outlined.
トランスファーモールドに先行して、センサ素子１、回路基板２、ダイパッド３および吊りリード５、および外部導通リード４を組み付け、ワイヤ６によるセンサ素子１と回路基板２、回路基板２と外部導通リード４をそれぞれの電気的接続をおこなって回路ユニット１０を組み付けておく。 Prior to the transfer molding, the sensor element 1, the circuit board 2, the die pad 3 and the suspension lead 5, and the external conduction lead 4 are assembled, and the sensor element 1 and the circuit board 2 and the circuit board 2 and the external conduction lead 4 by the wire 6 are assembled. The circuit unit 10 is assembled by making each electrical connection.
回路ユニット１０を、図４に示すように所定形状のキャビティ２２を具備するモールド金型２０、２１内に載置する。この際に吊りリード５をモールド金型に固定して回路ユニット１０をキャビティ２２内に保持させる。 As shown in FIG. 4, the circuit unit 10 is placed in mold dies 20 and 21 having a cavity 22 having a predetermined shape. At this time, the suspension lead 5 is fixed to the mold and the circuit unit 10 is held in the cavity 22.
この状態で、モールド金型２０、２１の一端からキャビティ２２内に樹脂を注入し、これが硬化することで回路ユニット１０を包囲するようにして図５に示す第一の樹脂封止体８が形成される。第一の樹脂封止体８のトランスファーモールド時に外部導通リード４が金型２０、２１に挟まれる領域において、ダムバー１１が外部導通リード４同士の間に形成される。ダムバー１１により封止樹脂が外部導通リード４同士の間を通って金型内から流出することを防止している。 In this state, a resin is injected into the cavity 22 from one end of the mold dies 20 and 21 and is cured to form the first resin sealing body 8 shown in FIG. 5 so as to surround the circuit unit 10. Is done. A dam bar 11 is formed between the external conductive leads 4 in a region where the external conductive leads 4 are sandwiched between the dies 20 and 21 during the transfer molding of the first resin sealing body 8. The dam bar 11 prevents the sealing resin from flowing out of the mold through between the external conductive leads 4.
第一の樹脂封止体８が形成された回路ユニット１０を、図６に示すように再び所定形状のキャビティ２５を具備するモールド金型２３、２４内に載置する。このモールド金型２３、２４の一端から樹脂をキャビティ２５内に注入し、これが硬化することで第一の樹脂封止体８を包むように第二の樹脂封止体９が形成され、第一樹脂封止体８および第二樹脂封止体９で封止された図７に示すパッケージが出来上がる。第一の樹脂封止体８をトランスファーモールド法により成形するのと同様に、第二の樹脂封止体９のトランスファーモールド時に外部導通リード４が金型２３、２４に挟まれる領域において、ダムバー１１が形成されている。これにより、第二の樹脂封止体９のトランスファーモールド時においても、ダムバー１１により外部導通リード４の間を通って封止樹脂が金型内から流出することを防止している。 The circuit unit 10 on which the first resin sealing body 8 is formed is placed again in the mold dies 23 and 24 including the cavity 25 having a predetermined shape as shown in FIG. A resin is injected into the cavity 25 from one end of the mold dies 23 and 24, and the second resin sealing body 9 is formed so as to wrap the first resin sealing body 8 by curing the resin. The package shown in FIG. 7 sealed with the sealing body 8 and the second resin sealing body 9 is completed. Similarly to the case where the first resin sealing body 8 is formed by the transfer molding method, the dam bar 11 is formed in a region where the external conductive leads 4 are sandwiched between the dies 23 and 24 during the transfer molding of the second resin sealing body 9. Is formed. Thereby, even when the second resin sealing body 9 is transfer molded, the dam bar 11 prevents the sealing resin from flowing out of the mold through the space between the external conductive leads 4.
言い換えると、第一の樹脂封止体８および第二の樹脂封止体９をそれぞれ形成するキャビティ２２、２５の外部導通リード４が設けられている側の端部２２ａ、２５ａは、上記したダムバー１１よりも内側になるように設定されている。ダムバー１１によってトランスファーモールド時における封止樹脂の流出を防止することができ、トランスファーモールド法による樹脂封止パッケージ形成が可能となる。 In other words, the end portions 22a and 25a on the side where the external conducting leads 4 of the cavities 22 and 25 forming the first resin sealing body 8 and the second resin sealing body 9 are provided are the dam bars described above. 11 is set so as to be inside. The dam bar 11 can prevent the sealing resin from flowing out at the time of transfer molding, and the resin sealing package can be formed by the transfer molding method.
二段階のトランスファーモールドにより封止樹脂によるパッケージが形成された後、図８に示す外部導通リード４以外のダムバー１１、リードフレーム外枠１２などの不要部分が切断除去される。その後外部導通リード４を所定の形状に加工することで樹脂封止型センサ装置１００が製造される。 After the package of the sealing resin is formed by the two-stage transfer mold, unnecessary portions such as the dam bar 11 and the lead frame outer frame 12 other than the external conductive lead 4 shown in FIG. 8 are cut and removed. Thereafter, the resin-sealed sensor device 100 is manufactured by processing the external conductive leads 4 into a predetermined shape.
第一の樹脂封止体８と同様に第二の樹脂封止体９もモールド金型を用いたトランスファーモールド法で形成することによって、第二樹脂封止体の表面が平坦となり、パッケージ主表面における第二樹脂封止体の厚さを均一にすることが可能となる。これによって、樹脂封止体の厚さばらつきに起因した樹脂変形量の違いによるパッケージ変形を低減でき、パッケージングされているセンサ素子１の出力変動を抑制、あるいは解消することが可能となる。 Similarly to the first resin sealing body 8, the second resin sealing body 9 is also formed by the transfer molding method using a mold, so that the surface of the second resin sealing body becomes flat, and the package main surface It becomes possible to make the thickness of the 2nd resin sealing body in uniform. As a result, the package deformation due to the difference in the amount of resin deformation caused by the variation in the thickness of the resin sealing body can be reduced, and the output fluctuation of the packaged sensor element 1 can be suppressed or eliminated.
センサ素子１を樹脂封止してパッケージを形成した樹脂封止型のセンサ装置では、封止樹脂の変形に対応した曲げがセンサ素子１にも加わるようになる。この曲げによって、センサ素子１内部に形成されている微細なくし歯状構造物にも変位が生じ、変位に応じた出力が発生するため、これが出力誤差となる。一方で、本実施例では、センサ素子１を直接封止している第一の樹脂封止体８を、第二の樹脂封止体９を形成する樹脂よりガラス転移温度が高い樹脂で形成することによって、温度変化によるパッケージ変形を低減することができ、センサ素子１の出力変動を抑制することができる。 In a resin-sealed sensor device in which the sensor element 1 is sealed with a resin to form a package, bending corresponding to the deformation of the sealing resin is also applied to the sensor element 1. Due to this bending, the fine comb-like structure formed inside the sensor element 1 is also displaced, and an output corresponding to the displacement is generated, which becomes an output error. On the other hand, in a present Example, the 1st resin sealing body 8 which has sealed the sensor element 1 directly is formed with resin whose glass transition temperature is higher than resin which forms the 2nd resin sealing body 9. FIG. As a result, package deformation due to temperature changes can be reduced, and output fluctuations of the sensor element 1 can be suppressed.
また、第一の樹脂封止体８は線膨張係数が３×１０-6/℃程度のシリコンで形成されたセンサ素子１や回路基板２を直接封止する構成になっている。第一の樹脂封止体８を形成する樹脂のガラス転移温度を高くすると、樹脂封止温度（１７５℃程度）に対して線膨張係数が高くなるガラス転移温度以上の温度幅(α２の領域)が狭くなる。これによって、低温時にセンサ素子１や回路基板２と封止樹脂の線膨張係数差に応じて樹脂界面に発生する応力を低減でき、樹脂界面のはく離発生を防止することができる。樹脂界面はく離による温度変化時の樹脂変形量増加によるパッケージ変形を抑え、センサ素子１の出力変動を抑制することが可能となる。 The first resin sealing body 8 is configured to directly seal the sensor element 1 and the circuit board 2 formed of silicon having a linear expansion coefficient of about 3 × 10 −6 / ° C. When the glass transition temperature of the resin forming the first resin sealing body 8 is increased, the temperature range (α2 region) above the glass transition temperature at which the linear expansion coefficient increases with respect to the resin sealing temperature (about 175 ° C.). Becomes narrower. As a result, it is possible to reduce the stress generated at the resin interface according to the difference in linear expansion coefficient between the sensor element 1 and the circuit board 2 and the sealing resin at low temperatures, and to prevent the resin interface from peeling off. It is possible to suppress package deformation due to an increase in the amount of resin deformation when the temperature changes due to resin interface peeling, and to suppress output fluctuations of the sensor element 1.
さらに、線膨張係数α２の領域が狭くなることで、封止樹脂の弾性率低下が少なくなり、それによるガラス転移温度近傍もしくはそれ以上の温度における樹脂変形の増加も抑えることができ、高温域においても樹脂封止型センサ装置の出力変動抑制ができる。 Furthermore, since the region of the linear expansion coefficient α2 is narrowed, the decrease in the elastic modulus of the sealing resin is reduced, thereby suppressing an increase in resin deformation at a temperature near or above the glass transition temperature. In addition, the output fluctuation of the resin-sealed sensor device can be suppressed.
そして、第二の樹脂封止体９を形成する樹脂の吸水率を第一の樹脂封止体８を形成する樹脂の吸水率より低くすることで、第一の封止樹脂体８の吸水による変形を抑制でき、封止樹脂の吸湿によるパッケージ変形を低減し、センサ素子１の出力変動を抑制することが可能となる。 And by making the water absorption rate of resin which forms the 2nd resin sealing body 9 lower than the water absorption rate of resin which forms the 1st resin sealing body 8, by the water absorption of the 1st sealing resin body 8 Deformation can be suppressed, package deformation due to moisture absorption of the sealing resin can be reduced, and output variation of the sensor element 1 can be suppressed.
トランスファーモールド法による樹脂封止体形成では、モールド金型に樹脂注入後、金型内で90〜120秒程度保持することで硬化が完了し、パッケージが形成されるため、パッケージング工程の短縮を図ることができる。 In resin encapsulant formation by the transfer mold method, after injecting the resin into the mold, it is held for 90 to 120 seconds in the mold to complete the curing, and the package is formed, reducing the packaging process. You can plan.
なお、モールド金型２３、２４のキャビティ２５から樹脂封止したパッケージを離型させて取り出すため、モールド金型２３、２４にはエジェクタピン（図示せず）が設けられている。エジェクタピンは所定の長さキャビティ２５内に突出しており、キャビティ２５内に封止樹脂が注入されて硬化すると、エジェクタピンの突出長に対応した凹部１３が第二の樹脂封止体９の主表面に形成される。封止樹脂が硬化した後のパッケージをキャビティ２５から取り出す場合は、エジャクタピンが初期状態からさらに押し出されてパッケージをキャビティ２５から離型させる。 In order to release and take out the resin-sealed package from the cavity 25 of the mold dies 23 and 24, the mold dies 23 and 24 are provided with ejector pins (not shown). The ejector pin protrudes into the cavity 25 of a predetermined length, and when the sealing resin is injected into the cavity 25 and hardened, the recess 13 corresponding to the protruding length of the ejector pin is the main part of the second resin sealing body 9. Formed on the surface. When the package after the sealing resin is cured is taken out from the cavity 25, the ejector pins are further pushed out from the initial state to release the package from the cavity 25.
エジェクタピンによってパッケージ表面に形成される凹部１３の深さを考慮し、図９に示すように、第二の樹脂封止体９の厚さt1は、第二の樹脂封止体９の上面９ａ側に形成されている凹部１３の深さt３以上に設定する。これによって、第一の樹脂封止体８の露出する部分をなくし第一の樹脂封止体８の表面を第二の樹脂封止体９で覆うことができ、第一の封止樹脂８の吸湿を第二封止樹脂９によって抑制することが可能となる。なお、エジェクタピンにより形成される凹部１３は、第二樹脂封止体９の上面９ａだけでなく、下面９ｂにも形成しても良い。 In consideration of the depth of the recess 13 formed on the package surface by the ejector pins, the thickness t1 of the second resin sealing body 9 is set to the upper surface 9a of the second resin sealing body 9 as shown in FIG. The depth t3 or more of the recess 13 formed on the side is set. Thus, the exposed portion of the first resin sealing body 8 can be eliminated, and the surface of the first resin sealing body 8 can be covered with the second resin sealing body 9. Moisture absorption can be suppressed by the second sealing resin 9. In addition, you may form the recessed part 13 formed of an ejector pin not only on the upper surface 9a of the 2nd resin sealing body 9, but on the lower surface 9b.
ここで、第一の樹脂封止体８の上面８ａを覆う第二樹脂封止体９の厚さt1と、下面８ｂを覆う第二樹脂封止体９の厚さt2は同じ（t1＝t2）であっても良いし、異なっていても（t1≠t2）良い。 Here, the thickness t1 of the second resin sealing body 9 covering the upper surface 8a of the first resin sealing body 8 is the same as the thickness t2 of the second resin sealing body 9 covering the lower surface 8b (t1 = t2). ) Or different (t1 ≠ t2).
第一の樹脂封止体８を形成する樹脂と、回路ユニット１０を構成する部材の材料物性や、部材サイズ、上下方向（厚さ方向）の位置関係に依存して、第一樹脂封止体８形成後のパッケージには変形(反り)が生じる場合がある。このパッケージ変形を、第二樹脂封止体の厚さｔ１およびｔ２をそれぞれ調整することによって低減あるいは解消することができる。 The first resin sealing body depends on the resin forming the first resin sealing body 8 and the material properties of the members constituting the circuit unit 10, the member size, and the positional relationship in the vertical direction (thickness direction). The package after forming 8 may be deformed (warped). This package deformation can be reduced or eliminated by adjusting the thicknesses t1 and t2 of the second resin sealing body, respectively.
樹脂封止型センサ装置１００では、パッケージ形成後、封止樹脂表面に型式や製造ロット番号などの製品情報をレーザーマーカーによって刻印する場合がある。レーザーマーカーでは、印字部の樹脂を溶融、除去することで刻印しており、その深さは樹脂材料や表面性状、およびレーザー出力によって違いはあるが、おおよそ１０μｍ〜３０μｍとなる。したがって、本発明の樹脂封止型センサ装置１００の構成では、第二の樹脂封止体９の厚さｔ１が３０μｍ以下であると、刻印した部分で第一の樹脂封止体８の表面が露出することになる。第一の樹脂封止体８が露出していると、そこから樹脂封止体内部に水分が浸入するため、第一の樹脂封止体８の吸湿抑制が難しくなることがある。 In the resin-encapsulated sensor device 100, product information such as a model type and a manufacturing lot number may be engraved on the surface of the encapsulating resin with a laser marker after package formation. The laser marker is engraved by melting and removing the resin in the printing portion, and the depth is approximately 10 μm to 30 μm, although there are differences depending on the resin material, surface properties, and laser output. Therefore, in the configuration of the resin-encapsulated sensor device 100 of the present invention, when the thickness t1 of the second resin encapsulant 9 is 30 μm or less, the surface of the first resin encapsulant 8 is engraved at the engraved portion. Will be exposed. If the first resin sealing body 8 is exposed, moisture enters the resin sealing body from there, and it may be difficult to suppress moisture absorption of the first resin sealing body 8.
ここで、エジャクタピンによってパッケージ表面に形成される凹部１３の深さｔ３は、３０μｍ〜１００μｍになるので、第二の樹脂封止体９の厚さｔ１はこれらを考慮して設定する。上記したレーザーマーカーによる刻印が凹部１３の表面に及ぶ場合もあるので、第二の樹脂封止体９の厚さｔ１は、凹部１３の深さｔ３にレーザーマーカーによる刻印深さを加えて少なくとも４０μｍ以上にするのが望ましい。 Here, since the depth t3 of the recess 13 formed on the package surface by the ejector pins is 30 μm to 100 μm, the thickness t1 of the second resin sealing body 9 is set in consideration of these. Since the marking by the laser marker may reach the surface of the recess 13, the thickness t1 of the second resin sealing body 9 is at least 40 μm by adding the marking depth by the laser marker to the depth t3 of the recess 13. The above is desirable.
本発明の樹脂封止型センサ装置１００は、外部接続リード４の所定箇所をはんだ接続することでプリント基板表面に実装され、プリント基板実装状態で各種装置や機器に搭載させる。樹脂封止型センサ装置１００は、パッケージ上側表面を吸着してピックアップし、センサ装置を梱包したトレイからプリント基板の実装箇所まで搬送される。この際、吸着用治具の接触によってパッケージ表面に傷が生じる場合もあるため、第二の樹脂封止体９の厚さは上記した４０μｍ以上の確保が必要である。 The resin-sealed sensor device 100 of the present invention is mounted on the surface of a printed board by soldering a predetermined portion of the external connection lead 4, and is mounted on various devices and devices in a printed board mounted state. The resin-sealed sensor device 100 picks up and picks up the upper surface of the package, and is transported from the tray in which the sensor device is packed to the mounting location of the printed circuit board. At this time, since the surface of the package may be damaged due to the contact with the suction jig, it is necessary to ensure the thickness of the second resin sealing body 9 to be 40 μm or more.
樹脂封止型センサ装置１００をプリント基板１７の表面に実装した状態を図１０を用いて説明する。本発明の樹脂封止型センサ装置１００は、図４、図６に示したように第一の樹脂封止体８および第二の樹脂封止体９それぞれでトランスファーモールドにて樹脂封止する際、樹脂封止体８、９の外部にある外部導通リード４の上下表面はモールド金型２０、２１によって覆われている。これによって、樹脂封止体形成後、樹脂封止体外部の外部導通リード４の上下表面は封止樹脂から露出する。また、外部導通リード４の側面もダムバー１１によって樹脂封止から露出した状態を維持することができる。樹脂封止型センサ装置１００のプリント基板１７への実装は、プリント基板表面のパッド１８に、対応する外部導通リード４の下面４ａを合わせて載置し、はんだ１９によって接続することでなされる。樹脂封止体８、９の外部にある外部導通リード４は封止樹脂から露出しているため、はんだ１９は外部導通リードの下面４ａだけでなく側面４ｂなどにも濡れ広がり、はんだ１９による接続面積を拡大することができる。これによって、樹脂封止型センサ装置１００とプリント基板１７との線膨張係数差に起因してはんだ１９に生じるひずみを低減することが可能となり、信頼性の高い樹脂封止型センサ装置実装を実現できる。 A state where the resin-sealed sensor device 100 is mounted on the surface of the printed circuit board 17 will be described with reference to FIG. When the resin-sealed sensor device 100 of the present invention is resin-sealed by transfer molding with each of the first resin-sealed body 8 and the second resin-sealed body 9 as shown in FIGS. The upper and lower surfaces of the external conductive leads 4 outside the resin sealing bodies 8 and 9 are covered with mold dies 20 and 21. Thereby, after the resin sealing body is formed, the upper and lower surfaces of the external conductive leads 4 outside the resin sealing body are exposed from the sealing resin. Further, the side surface of the external conductive lead 4 can also be kept exposed from the resin sealing by the dam bar 11. The resin-encapsulated sensor device 100 is mounted on the printed circuit board 17 by placing the corresponding lower surface 4 a of the external conductive lead 4 on the pad 18 on the surface of the printed circuit board, and connecting with the solder 19. Since the external conductive leads 4 outside the resin sealing bodies 8 and 9 are exposed from the sealing resin, the solder 19 wets and spreads not only on the lower surface 4a of the external conductive leads but also on the side surface 4b. The area can be enlarged. As a result, it is possible to reduce the distortion generated in the solder 19 due to the difference in linear expansion coefficient between the resin-sealed sensor device 100 and the printed circuit board 17 and realize a highly reliable resin-sealed sensor device mounting. it can.
１・・・センサ素子、２・・・回路基板、３・・・ダイパッド、４・・・外部導通リード、５・・・吊りリード、６・・・ワイヤ、７・・・接合材、８・・・第一の樹脂封止体、９・・・第二の樹脂封止体、１０・・・回路ユニット、１１・・・ダムバー、１２・・・リードフレーム外枠、１３・・・エジャクタピンに対応する樹脂表面凹部、１４・・・センサ素子上面の電極、１５、１６・・・回路基板の電極、１７・・・プリント基板、１８・・・プリント基板のパッド、１９・・・はんだ、２０、２１・・・モールド金型、２２・・・キャビティ、２３、２４・・・モールド金型、２５・・・キャビティ、１００・・・樹脂封止型センサ装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor element, 2 ... Circuit board, 3 ... Die pad, 4 ... External conduction lead, 5 ... Suspension lead, 6 ... Wire, 7 ... Bonding material, 8 ..First resin sealing body, 9 ... second resin sealing body, 10 ... circuit unit, 11 ... dam bar, 12 ... lead frame outer frame, 13 ... ejector pin Corresponding resin surface recesses, 14 ... electrodes on the upper surface of the sensor element, 15, 16 ... electrodes on the circuit board, 17 ... printed circuit board, 18 ... pads on the printed circuit board, 19 ... solder, 20 , 21 ... Mold, 22 ... Cavity, 23, 24 ... Mold, 25 ... Cavity, 100 ... Resin-sealed sensor device
Claims (7)
前記第一の樹脂封止体の表面にトランスファーモールドによって第二の樹脂封止体を形成したことを特徴とする樹脂封止型センサ装置。 A sensor element having a function of detecting a physical quantity; a substrate that processes signals from the sensor element and controls input / output of signals from / to the outside; a die pad on which the sensor element and the substrate are mounted; and an external conduction lead In a resin-sealed sensor device that forms a first resin-sealed body by sealing with a transfer mold,
A resin-sealed sensor device, wherein a second resin-sealed body is formed by transfer molding on the surface of the first resin-sealed body.
前記回路ユニットを金型に配置し、該金型内に第一の樹脂を流し込み加圧成形することで第一の樹脂封止体を形成する第１モールド工程と、
前記第一の樹脂封止体を金型に配置し、該金型内に第一の樹脂よりも吸水率の低い第二の樹脂を流し込み加圧成形する第二モールド工程と、を備える樹脂封止型センサ装置の製造方法。 A sensor element having a function of detecting a physical quantity and a substrate for processing signals from the sensor element and controlling input / output of signals from / to the outside are mounted on a die pad of a lead frame, and the sensor element and the circuit board A circuit unit forming step of electrically connecting a lead frame with an external conductive lead and forming a circuit unit;
A first molding step in which the circuit unit is disposed in a mold, and a first resin sealing body is formed by pouring and molding a first resin into the mold;
A second mold step of placing the first resin sealing body in a mold, pouring a second resin having a lower water absorption rate than the first resin into the mold, and performing pressure molding. A manufacturing method of a stationary sensor device.
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