热式空气流量传感器的制作方法

本发明涉及检测物理量的传感器，特别涉及热式空气流量传感器。

背景技术：

当前，作为设置在汽车等内燃机的吸入空气通路的、测定吸入空气量的空气流量传感器，热式的空气流量传感器能够直接检测质量空气量，因而成为主流。

最近，利用半导体微细加工技术在硅基板上堆积电阻体和绝缘层膜之后，利用以KOH等为代表的焊接材料除去硅基板的一部分，形成薄壁部的空气流量传感器由于具有高速响应性并且利用该响应性的速度还能够检测逆流，所以受到关注。另外，近年来，以减少基板部(印刷基板、陶瓷基板等)的部件为目的，正在研究将上述空气流量传感器安装在引线框上，用树脂对其外周部进行模塑而得到的结构体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3610484

技术实现要素：

发明想要解决的技术问题

在专利文献1中记载的现有的热式空气流量传感器中，记载有一种发明，目的在于提高通过从背面对硅基板的一部分进行除去加工而形成的薄壁部的可靠性，在流量传感元件的表面形成由有机材料形成的保护膜。根据专利文献1，能够提高薄壁部的绝缘膜的耐尘强度。但是，该发明中，在流量传感元件接合安装在引线框等部件上且用树脂将流量传感元件的周边部封固的构成中，在使包括薄壁部的区域部分地露出的构成方面有探讨的余地。

在进行部分露出的树脂成形时，一般以在露出部不形成模塑树脂件的方式使用模具或者嵌入件等推压半导体检测元件的薄壁部周边来进行成形。并且，作为推压上述嵌入件的主要的方法，能够列举控制嵌入件的移动量的方法。在考虑批量生产工序的情况下，上述设定的移动量通常为一定，不对每个产品调节移动量。此时，上述嵌入件的推压量弱时，有可能模塑树脂流出到露出部。为了避免这种情况，一定程度地需要将嵌入件较强地推压在半导体元件上，但是当该推压力过强时半导体元件发生变形。因而，在以使包括薄壁部的区域部分地露出的方式进行树脂封固的情况下，推压嵌入件的力存在一定范围(余量)。

另外，作为产品，存在检测元件的膜厚偏差和接合剂的厚度偏差，其结果是，安装于引线框上的半导体元件的安装高度产生偏差。由此，根据每个产品，从嵌入件施加的力或者与嵌入件的接触距离发生变化，上述嵌入件的推压力的容许范围进而下降，导致产品成品率的降低。

本发明的目的在于，在进行使半导体元件的一部分部分地露出的树脂封固的情况下，提高产品的可靠性。

用于解决技术课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明的热式空气流量传感器，其特征在于包括：半导体基板，其包括薄壁部、设置在上述薄壁部的发热电阻体和设置在上述发热电阻体的上下游的测温电阻体；设置在上述半导体基板上的保护膜；和封固上述半导体基板的树脂，其中，上述树脂具有使包括上述薄壁部的区域部分地露出的露出部，上述保护膜围绕上述发热电阻体，上述有机保护膜的外周端部比上述薄壁部靠外侧且位于上述露出部。

发明效果

本发明在进行使半导体元件的一部分部分地露出的树脂封固的情况下，能够提高产品的可靠性。

附图说明

图1是第一实施例的模塑前的传感器元件的结构图，(a)是从横向看的情况下的截面图，(b)是从正上方看的情况下的俯视图。

图2是第一实施例的模塑后的传感器元件的结构图，(a)是从横向看的情况下的截面图，(b)从正上方看的情况下的俯视图。

图3是第一实施例中的模塑成形的概略说明图。

图4是第一实施例中的模塑树脂的流出的概略说明图。

图5是第二·第三实施例的模塑前的传感器元件的结构图，(a)是从横向看的情况下的截面图，(b)从正上方看的情况下的俯视图。

图6是第二实施例的模塑后的传感器元件的结构图，(a)是从横向看的情况下的截面图，(b)从正上方看的情况下的俯视图。

图7是第二实施例中的模塑成形的概略说明图。

图8是第二实施例中的模塑树脂的流出的概略说明图。

图9是隙缝的说明图。

图10是第三实施例的模塑后的传感器元件的结构图，(a)是从横向看的情况下的截面图，(b)从正上方看的情况下的俯视图。

图11是第三实施例中的模塑成形的概略说明图。

图12是第三实施例中的模塑树脂的流出的概略说明图。

图13是第四实施例的模塑前的传感器元件的结构图。

图14是第五实施例的模塑前的传感器元件的结构图。

图15是本发明的热式空气流量传感器的结构图。

具体实施方式

使用图15对本发明的热式空气流量传感器进行说明。

热式空气流量传感器，在用于将吸入空气1供给到汽车的内燃机(未图示的)的吸气管路5内设置有壳体3和半导体封装2。

壳体3包括：一端与半导体封装2电连接的连接端子8；将壳体3固定在吸气管路5的凸缘部4；和取入吸入空气1的一部分的副通路6。

半导体封装2是通过用模塑树脂60将引线框10、半导体基板20、电路元件和温度传感器一体成形而作成的。另外，半导体封装2具有以使流量检测部7暴露在吸入空气中的方式不被模塑树脂60覆盖而部分地露出的区域。流量检测部7设置在副通路6内，根据在副通路6内流动的流体的流量计算吸入空气1的流量。

使用图1至图4对本发明的第一实施例进行说明。

使用图1和图2说明第一实施例的传感器元件的结构图。在此，图1是第一实施例的模塑前的传感器元件的结构图，图2是第一实施例的模塑后的传感器元件的结构图。

如图1所示，热式空气流量传感器在硅等半导体基板20上叠层绝缘膜和电阻体层，从半导体基板20的背面侧使用氢氧化钾(KOH)等除去一部分而形成薄壁部25，在薄壁部25上形成发热电阻体21、上游侧测温电阻体22和下游侧测温电阻体23。对发热电阻体21的温度进行反馈控制，使得发热电阻体21的温度比吸入空气量1的温度高一定温度，根据由上游侧测温电阻体22测定的温度和由下游侧测温电阻体23测定的温度的温度差的信息，测定吸入空气1的流量。在热式空气流量传感器的表面形成有以聚酰亚胺等为代表的有机保护膜30。使用旋涂器等涂敷机，一次将有机保护膜30均匀地涂敷在传感器表面的整个面上。然后，利用图案形成技术，通过部分地进行蚀刻除去，在半导体基板20和有机保护膜30之间形成台阶。有机保护膜30形成无间断地围绕发热电阻体21的形状。通过发热电阻体21、上游侧测温电阻体22和下游侧测温电阻体23来测定吸入空气的流量，所以需要将发热电阻体21、上游侧测温电阻体22和下游侧测温电阻体23暴露于吸入空气中，而不被有机保护膜30覆盖。另外，在热式空气流量传感器的表面形成有Al配线40，经由金属线等接合线50与引线框10电连接。半导体基板20用接合剂等固定于引线框10。

如图2所示，半导体基板20、引线框10被模塑树脂60封固。在此，发热电阻体21、上游侧测温电阻体22和下游侧测温电阻体23，为了检测流量而需要暴露于被测定介质中，所以不被模塑树脂60覆盖，包括流量检测部7的区域从模塑树脂60部分地露出。并且，以围绕发热电阻体21的方式形成的有机保护膜30的外周端部位于比薄壁部25更靠外侧的位置，有机保护膜30配置在部分地露出的区域。由此，在模塑成形时，即使树脂从热式空气流量传感器的表面和嵌入件83之间泄漏，也能够由有机保护膜30拦住，所以能够使得树脂不到达薄壁部25。

使用图3和图4对第一实施例中的模塑成形进行说明。在此，图3是第一实施例中的模塑成形的概略说明图，图4是第一实施例中的模塑树脂的流出的概略说明图。

如图3所示，使用下模具80、上模具81和设置成插入到上模具81中的嵌入件83制作部分露出结构的半导体封装。用下模具80和上模具81夹着引线框10上安装有半导体基板20的热式空气流量传感器，使薄壁部25等部分地露出的部位，被嵌入件83推压，以使其不被模塑树脂60覆盖，通过使树脂从插入口82流入能够制造部分露出结构的半导体封装。此外，插入口82能够设置在下模具80、上模具81的任意者上。通过将嵌入件83的推压部推压在基板表面，能够形成被嵌入件83压住的区域不被树脂封固而部分露出的结构。但是，薄壁部25比其它的部分薄，所以使嵌入件83直接推压在薄壁部25时，薄壁部25产生变形，产生流量的检测误差。因此，嵌入件83在推压面具有凹部，薄壁部25收纳于凹部内，通过用设置在该凹部外周缘的推压部推压基板表面，使得在进行树脂封固时嵌入件83不直接碰到薄壁部25。由此，不对薄壁部25施加推压嵌入件83的负荷，所以在进行使包括薄壁部25的区域部分地露出的树脂封固的情况下，能够抑制薄壁部的变形。

如图4所示，当压入嵌入件83的负荷不足时，在热式空气流量传感器的表面和嵌入件之间产生间隙。在该状态下流入了树脂的情况下，存在树脂从嵌入件83和热式空气流量传感器的表面的间隙61流出的可能。但是，在本发明的第一实施例中，有机保护膜30是围绕发热电阻体21的构成，在从模塑树脂60部分地露出的区域设置有有机保护膜30，所以能够利用有机保护膜30拦住从间隙61漏出的树脂60，能够抑制树脂到达薄壁部25。即使产生推压嵌入件83的力不足而模塑树脂60泄漏至半导体元件部那样的产品，只要该泄漏部不到达作为传感区域的薄壁部25，性能方面也能够满足需要。因而，根据本发明的第一实施例，即使在嵌入件83的负荷小且产生树脂泄漏那样的情况下，也能够确保热式空气流量传感器的可靠性。

在此，考虑通过移动量控制对嵌入件83进行推压的情况。由于在每个产品中半导体基板20表面的高度产生偏差，所以关于表面高度较高地完成的半导体基板，比通常大的负荷施加在半导体基板20上，当负荷过大时传感器元件产生变形。另一方面，关于表面高度较低地完成的半导体基板，在嵌入件83和热式空气流量传感器的表面之间形成间隙61，所以存在树脂泄漏的问题。根据本发明的第一实施例，即使在嵌入件83的负荷小的情况下，也能够确保热式空气流量传感器的可靠性，因此能够在嵌入件83的负荷小的情况下扩大批量生产时的制造余量。因此，能够提高产品成品率。

另外，薄壁部25由无机材料形成，由于为了提高热绝缘性而变薄，所以较脆，需要确保对于灰尘的碰撞的强度。特别是，薄壁部25的周缘部与其它的部位相比，对于灰尘的碰撞的强度变弱。因此，如图1所示，有机保护膜30的内周端部位于薄壁部25，由此用有机保护膜30覆盖薄壁部25的周缘部，用有机保护膜30吸收因灰尘的碰撞导致的冲击。根据上述结构，能够提高对于吸入空气中包含的灰尘的碰撞的薄壁部25的强度，所以，热式空气流量传感器的抗污损性提高，实现了可靠性高的热式空气流量传感器。

使用图5至图9说明本发明的第二实施例。其中对与第一实施例相同的结构省略说明。

使用图5和图6说明第二实施例的传感器元件的结构图。在此，图5是第二实施例的模塑前的传感器元件的结构图，图6是第二实施例的模塑后的传感器元件的结构图。

如图5所示，在设置于半导体基板20上的有机保护膜30(包括隙缝内周侧有机保护膜33和隙缝外周侧有机保护膜34)形成有：以使发热电阻体发热电阻体21、上游侧测温电阻体22和下游侧测温电阻体23暴露于被测定介质中的方式使薄壁部25的一部分露出的露出部；和以围绕薄壁部25的方式设置的隙缝35。隙缝35无间断地围绕薄壁部25，所以在树脂成形时即使发生树脂泄漏，模塑树脂60也被隙缝35捕获，防止模塑树脂60流入薄壁部25。设置有有机保护膜30，以保护薄壁部25的周缘，因此能够提高对于吸入空气中所包含的灰尘的碰撞的薄壁部25的强度。利用隙缝35使半导体基板20的一部分从有机保护膜30露出，利用半导体基板20的露出面和有机保护膜30形成台阶。并且，期望通过用有机保护膜30覆盖Al配线40，形成保护不受水等的腐蚀成分的影响的结构。

另外，如图6所示，以隙缝35的内周端部整体和隙缝35的外周端部从模塑树脂60部分地露出的方式，用模塑树脂60将半导体基板20、引线框10封固。隙缝35的内周端部整体位于从模塑树脂60部分地露出的区域，所以如图8所示，即使模塑树脂60从间隙61泄漏，也能够利用隙缝35捕获模塑树脂60，能够抑制树脂到达薄壁部25。

使用图7和图8说明第二实施例的模塑成形。在此，图7是第二实施例中的模塑成形的概略说明图，图8是第二实施例中的模塑树脂的流出的概略说明图。

如图7所示，在作成第二实施例的部分露出结构的半导体封装时，将嵌入件83的推压部推压在有机保护膜30。因此，有机保护膜30作为缓冲材料起作用，能够降低向薄壁部25传递的应力，所以能够抑制在进行模塑成形的情况下的薄壁部25的变形。因此，根据本发明的第二实施例，能够抑制因薄壁部25的变形导致的检测误差，由此能够提高热式空气流量传感器的可靠性。

在此，使用图9对在有机保护膜30设置隙缝35的进一步的效果进行说明。

在模塑树脂60和热式空气流量传感器采用设有有机保护膜30的结构的情况下，因模塑成形后的树脂收缩而对有机保护膜30施加应力。有机保护膜30的形状形成为连通至薄壁部端部的情况下，因模塑树脂60的热收缩而产生的应力作用至薄壁部25的端部，有对流量特性产生影响的可能。但是，在本发明的第二实施例中，以将模塑树脂60、位于热式空气流量传感器的接触部的隙缝内周侧有机保护膜33和形成在薄壁部端部的隙缝外周侧有机保护膜34隔开的方式形成有隙缝部35，因此应力不经由有机保护膜30传递至形成在薄壁部端部的隙缝外周侧有机保护膜34。因而，具有降低应力对流量特性的影响的效果。

使用图10到图12说明本发明的第三实施例。其中，对与第二实施例相同的结构省略说明。

如图10、图11所示，隙缝内周侧有机保护膜33位于从模塑树脂60部分地露出的位置，隙缝外周侧有机保护膜34树脂成形为被模塑树脂60覆盖。隙缝内周侧有机保护膜33位于从模塑树脂60部分地露出的区域，所以即使如图12所示模塑树脂60从间隙61泄漏，也能够利用隙缝内周侧有机保护膜33拦住模塑树脂60，因此能够抑制模塑树脂60到达薄壁部25。

为了保护Al配线40不受水等腐蚀成分的影响而利用有机保护膜30进行保护，但是存在有机保护膜30自身吸收水分，经由有机保护膜30水分传递至Al配线40的可能，在本发明的第三实施例中，在模塑树脂60中具有覆盖Al配线40的有机保护膜34，有机保护膜34为不与空气直接接触的结构，由此能够防止Al配线40的腐蚀。并且，即使水等腐蚀成分从半导体基板20和模塑树脂60的界面浸入，也能够利用有机保护膜34拦住，因此能够进一步降低水等腐蚀成分向Al配线40的浸入。因此，根据本发明的第三实施例的结构，能够进一步降低Al配线40的腐蚀，由此提高可靠性。

另外，与第二实施例相同，被模塑树脂和半导体基板夹着的保护膜和形成在薄壁部的保护膜彼此独立，所以形成为降低应力对薄壁部的影响的结构。

使用图13说明第四实施例。

第一实施例的隙缝形状为整周隔离的形状，但是即使在仅在图6所示的一侧或者在一边方向上形成有隙缝的情况下，也能够获得防止模塑树脂流出的效果。

预先，在存在嵌入件和半导体基板20硬接触的倾向的情况下，能够特别指定产生间隙的可能性较高的方向。因而，当在该方向上形成隙缝时，即使发生树脂泄漏，也能够抑制模塑树脂60到达薄壁部25，能够大幅提高产品成品率。

同样，上述应力影响也同样，树脂的应力从某方向较大地施加的情况，使用实际设备评价和解析能够明确时，通过在该方向上形成隙缝，能够有效地提高薄壁部的可靠性。

使用图14说明第五实施例。

第二实施例的隙缝形状为整周一层隔离的形状，但是在图14所示的多层状地形成有隙缝的情况下，也能够获得防止上述模塑树脂流出的效果。

采用多层的目的之一是，在保护形成在半导体基板上的电阻体37不受灰尘的碰撞的影响的情况下，在为了提高热响应性而想要使形成在半导体基板上的温度传感器37与薄壁部25同样露出的情况下，有时在第二实施例结构中的隙缝内形成有机保护膜30(a)。在该情况下，用于防止模塑树脂60的流入的隙缝为多层状。即使在这样的情况下，也形成为对防止模塑树脂60的流动有效的形状。

在从第一实施例至第五实施例中，期望有机保护膜30由聚酰亚胺形成。为了测定吸入空气流量，发热电阻体21发热，薄壁部25变为高温，但是聚酰亚胺的耐热性优良，因此能够抑制因发热导致的材质的劣化。因此，能够提高测定元件1对于长期的固体粒子的碰撞的强度。

即使产生模塑树脂60泄漏至半导体元件部那样的产品，主要该泄漏部不到达作为传感区域的薄壁部25，就能够满足性能需要。因而，即使在某产品中产生树脂泄漏那样的情况下，通过构成难以到达薄壁部25的结构，就能够抑制产品成品率的降低。

能够提供一种热式空气流量传感器，当用聚酰亚胺形成有机保护膜30时，在以使半导体元件的一部分部分地露出的方式进行树脂封固那样的情况下，也能够提高上述薄壁部的绝缘膜的耐尘强度，并且不提高成本地抑制上述产品成品率的降低。

符号说明

1……吸入空气

2……半导体封装

3……壳体

4……凸缘

5……吸气管路

6……副通路

7……流量检测部

8……连接端子

10…引线框(基板支承部件)

20…半导体基板

21…发热电阻体

22…上游侧测温电阻体

23…下游侧测温电阻体

25…薄壁部

30…有机保护膜

30(a)…有机保护膜

33…隙缝内周侧有机保护膜

34…隙缝外周侧有机保护膜

35…隙缝

36…隙缝

37…形成在半导体基板上的电阻体

38…形成在半导体基板上的温度传感器

40…Al配线

50…接合线

60…模塑树脂

61…模塑树脂和热式流量传感器的边界部

80…模塑下模具

81…模塑上模具

82…树脂流出口

83…嵌入件