センサチップの実装構造およびその実装方法
【課題】ガラス台座を設けることなく、センサチップの検出精度が低下することを抑制することができるセンサチップの実装構造およびその実装方法を提供することを目的とする。
【解決手段】センサチップ６０の裏面６１ｂに当該裏面６１ｂに対して交差する方向に突出すると共に凹部６２を取り囲む凸部６４と、裏面６１ｂのうち凸部６４を挟んで凹部６２側と反対側に位置する接合領域とを備え、接合材７０を接着剤７１と、接着剤７１に混入された間隔保持材７２とを有するものとし、被実装部材４０におけるセンサチップ６０の接合領域と対向する領域に塗布領域４１を備え、センサチップ６０と被実装部材４０との間に、センサチップ６０のうち接合領域と被実装部材４０とに接触する間隔保持材７２により、所定の間隔を形成する。
【解決手段】センサチップ６０の裏面６１ｂに当該裏面６１ｂに対して交差する方向に突出すると共に凹部６２を取り囲む凸部６４と、裏面６１ｂのうち凸部６４を挟んで凹部６２側と反対側に位置する接合領域とを備え、接合材７０を接着剤７１と、接着剤７１に混入された間隔保持材７２とを有するものとし、被実装部材４０におけるセンサチップ６０の接合領域と対向する領域に塗布領域４１を備え、センサチップ６０と被実装部材４０との間に、センサチップ６０のうち接合領域と被実装部材４０とに接触する間隔保持材７２により、所定の間隔を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムを有するセンサチップを被実装部材に接合材を介して接合してなるセンサチップの実装構造およびその実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板の裏面側に凹部を形成することにより構成された薄肉のダイヤフラムを有するセンサチップを被実装部材に、ビーズ等が混入された接着剤を介して接合してなるセンサチップの実装構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、このような実装構造では、センサチップの裏面には、ガラス等で構成されると共に熱膨張係数がセンサチップの熱膨張係数に近い値を有する台座が備えられており、センサチップが台座および接着剤を介して被実装部材に接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４７９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなセンサチップの実装構造では、ガラス台座を設けなければならないため、部品点数が多くなるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するためには、単純には、ガラス台座を設けずに、センサチップを直接被実装部材に接着剤を介して接合することが考えられる。しかしながら、センサチップを直接被実装部材に接合した場合には、接着剤が凹部の壁面に沿って濡れ広がってダイヤフラムに付着してしまうことがあり、接着剤がダイヤフラムに付着した場合にはセンサチップの検出精度が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、ガラス台座を設けることなく、センサチップの検出精度が低下することを抑制することができるセンサチップの実装構造およびその実装方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明では、半導体基板（６１）の裏面（６１ｂ）側に凹部（６２）を形成することにより構成された薄肉のダイヤフラム（６３）を有するセンサチップ（６０）を、被実装部材（４０）における塗布領域（４１）に塗布された接合材（７０）を濡れ広がらせることにより、被実装部材（４０）に接合してなるセンサチップの実装構造であって、センサチップ（６０）は、裏面（６１ｂ）に当該裏面（６１ｂ）に対して交差する方向に突出すると共に凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）と、裏面（６１ｂ）のうち凸部（６４）を挟んで凹部（６２）側と反対側に位置する接合領域を有し、接合材（７０）は、センサチップ（６０）と被実装部材（４０）とを接合する接着剤（７１）と、接着剤（７１）に混入された間隔保持材（７２）とを有し、被実装部材（４０）は、センサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）と対向する領域のうち、接合領域と対向する領域に塗布領域（４１）を有しており、センサチップ（６０）と被実装部材（４０）との間は、センサチップ（６０）のうち接合領域と被実装部材（４０）とに接触する間隔保持材（７２）により、所定の間隔が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
このようなセンサチップの実装構造では、センサチップ（６０）は裏面（６１ｂ）に凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）を備えている。このため、塗布領域（４１）に塗布された接合材（７０）が濡れ広がるとき、接合材（７０）は凸部（６４）と衝突して濡れ広がる勢いが減少することになる。また、接合材（７０）のうち接着剤（７１）は狭い空間から広い空間には表面張力により濡れ広がりにくいため、凸部（６４）と被実装部材（４０）との間に塗れ広がった接着剤（７１）は、凹部（６２）内に濡れ広がることが抑制される。したがって、センサチップ（６０）に凸部（６４）を形成しない場合と比較して、センサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）のうち凹部（６２）内に接合材（７０）、具体的には接着剤（７１）が濡れ広がることを抑制することができる。このため、センサチップ（６０）のダイヤフラム（６３）に接着剤（７１）が付着することを抑制することができ、センサチップ（６０）の検出精度が低下することを抑制することができる。
【０００９】
例えば、請求項２に記載の発明のように、凸部（６４）における裏面（６１ｂ）から先端までの長さを、センサチップ（６０）および被実装部材（４０）と接触している間隔保持材（７２）における裏面（６１ｂ）の垂直方向の長さより短くすることができる。
【００１０】
このような実装構造では、被実装部材（４０）の塗布領域（４１）が接合領域と対向する領域、つまり、凸部（６４）と対向する領域よりも外側の領域にあり、凸部（６４）の長さを間隔保持材（７２）のうち凸部（６４）の突出方向と平行な方向の長さより短くしている。このため、凸部（６４）と被実装部材（４０）との間に間隔保持材（７２）が挟まれることを抑制することができる。したがって、センサチップ（６０）が被実装部材（４０）に対して傾くことを抑制することができ、また、センサチップ（６０）と被実装部材（４０）との間が所望の間隔より大きくなることを抑制することができる。また、凸部（６４）が直接被実装部材（４０）と接触することが抑制されるので、被実装部材（４０）から熱応力等が直接センサチップ（６０）に伝達されることを抑制することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明のように、センサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）に、凸部（６４）を取り囲む窪み部（６５）を形成することができる。このような実装構造では、窪み部（６５）がない場合と比較して、接合材（７０）が窪み部（６５）内に濡れ広がるとき、また、窪み部（６５）内から凸部（６４）側に濡れ広がるときに、濡れ広がる方向が変化して濡れ広がる勢いが減少することになる。このため、センサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）のうち凹部（６２）内に接着剤（７１）が濡れ広がることをさらに抑制することができ、センサチップ（６０）のダイヤフラム（６３）に接着剤（７１）が付着することをさらに抑制することができる。
【００１２】
この場合、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の発明において、窪み部（６５）を構成する壁面と凸部（６４）を構成する壁面とを連ならせることができる。このような実装構造では、窪み部（６５）を構成する壁面と凸部（６４）を構成する壁面とが連なった構成とされていない場合と比較すると、窪み部（６５）内に引き寄せられる力の方向の変化が小さいため、凸部（６４）とステム（４０）との間の部分の接着剤（７１）に対して窪み部（６５）内に引き寄せられる力を大きくすることができる。したがって、さらに、センサチップ（６０）のダイヤフラム（６３）に接着剤（７１）が付着することを抑制することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明のように、間隔保持材（７２）を球形状とすることができる。このような実装構造では、間隔保持材（７２）が球形状とされているため、センサチップ（６０）および被実装部材（４０）と接触する間隔保持材（７２）が球形状でない場合、例えば、立方体等である場合と比較して、センサチップ（６０）および被実装部材（４０）と間隔保持材（７２）との接触面積を小さくすることができる。このため、間隔保持材（７２）が球形状でない場合と比較して、間隔保持材（７２）を介して被実装部材（４０）からセンサチップ（６０）に伝達される熱応力等を小さくすることができる。
【００１４】
請求項１ないし５では、本発明をセンサチップの実装構造として把握した場合を説明したが、本発明をセンサチップの実装方法として把握することも可能である。
【００１５】
すなわち、請求項６に記載の発明では、半導体基板（６１）の裏面（６１ｂ）側に凹部（６２）を形成することにより構成された薄肉のダイヤフラム（６３）を有するセンサチップ（６０）を被実装部材（４０）に接合材（７０）を介して接合するセンサチップの実装方法であって、センサチップ（６０）として、裏面（６１ｂ）に当該裏面（６１ｂ）に対して交差する方向に突出すると共に凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）と、裏面（６１ｂ）のうち凸部（６４）を挟んで凹部（６２）側と反対側に位置する接合領域を有するものを用意する工程と、接合材（７０）として、センサチップ（６０）と被実装部材（４０）とを接合する接着剤（７１）と、接着剤（７１）に混入された間隔保持材（７２）とを有するものを用意する工程と、被実装部材（４０）におけるセンサチップ（６０）を搭載する領域のうち、接合領域と対向する領域に接合材（７０）を塗布する工程と、センサチップ（６０）を被実装部材（４０）上にマウントすることにより、接合材（７０）を濡れ広がらせつつ、間隔保持材（７２）をセンサチップ（６０）の接合領域と被実装部材（４０）とに接触させた状態で、センサチップ（６０）を被実装部材（４０）に接合する工程と、を含むことを特徴としている。
【００１６】
このように、本発明をセンサチップの実装方法として把握した場合についても、センサチップ（６０）として裏面（６１ｂ）に凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）を有するものを用意し、当該センサチップ（６０）を被実装部材（４０）における接合領域と対向する領域に塗布された接合材（７０）を介して被実装部材（４０）に接合するため、上記請求項１に記載の発明と同様に、センサチップ（６０）のダイヤフラム（６３）に接着剤（７１）が付着することを抑制することができる。このため、センサチップ（６０）の検出精度が低下することを抑制することができる。
【００１７】
例えば、請求項７に記載の発明のように、センサチップ（６０）を用意する工程では、センサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）に凸部（６４）を取り囲む窪み部（６５）が形成されたものを用意してもよい。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明のように、接合材（７０）を用意する工程では、間隔保持材（７２）として球形状の間隔保持材（７２）を用意し、センサチップ（６０）を用意する工程では、凸部（６４）におけるセンサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）から先端までの長さが間隔保持材（７２）の直径より短くされたセンサチップ（６０）を用意してもよい。
【００１９】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態におけるセンサチップの実装構造を適用した圧力センサの断面構成を示す図である。
【図２】図１に示す二点鎖線部分の拡大図である。
【図３】図２に示す二点鎖線部分の拡大図である。
【図４】図２に示すセンサチップの裏面図である。
【図５】ステムの塗布領域に接合材を塗布したときの状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態におけるセンサチップの実装構造を適用した圧力センサの断面構成を示す図である。
【００２２】
図１に示されるように、圧力センサは、箱形状のケース本体１０と、当該ケース本体１０を閉じる上蓋２０および下蓋３０を有して構成されている。これらケース本体１０、上蓋２０および下蓋３０は、例えば ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やエポキシ樹脂等の樹脂材料を型成形して構成されている。
【００２３】
ケース本体１０は、内部に導入空間１１、１２を構成する仕切り部１３を備えていると共に、各導入空間１１、１２とそれぞれ連結された圧力導入ポート１４、１５を備えている。これにより、導入空間１１、１２に圧力導入ポート１４、１５を介して圧力媒体が導入されるようになっている。特に限定されるものではないが、例えば、導入空間１１には圧力導入ポート１４を介して排気ガス等の圧力媒体が導入されるようにし、導入空間１２には圧力導入ポート１５を介して大気圧等が導入されるようにすることができる。
【００２４】
また、ケース本体１０には、仕切り部１３とケース本体１０の内壁面との間に被実装部材としてのステム４０が二つ圧入固定されている。このステム４０は、鉄系金属等をプレス加工や切削加工、冷間鍛造等がされて形成されており、後述のセンサチップ６０との熱膨張係数の差が小さいものが用いられる。本実施形態では、後述のセンサチップ６０がシリコン等の半導体基板を用いて構成されるため、ステム４０は、例えば、セラミックス等が用いられて構成される。
【００２５】
そして、ケース本体１０の内壁面および仕切り部１３とステム４０との間には、これらの間の隙間を封止するシール部材５０が備えられている。このシール部材５０としては、例えば、シリコーンゴム等が用いられる。なお、このシール部材５０は、隙間を封止する機能に加えて、ケース本体１０の内壁面や仕切り部１３から気泡が発生することを抑制する機能も有している。
【００２６】
また、各ステム４０は、貫通孔４０ａを有していると共に、上蓋２０に対向する部分に貫通孔４０ａを閉塞するセンサチップ６０が接合材７０を介して接着固定されている。図２は図１に示す二点鎖線部分の拡大図、図３は図２に示す二点鎖線部分の拡大図である。また、図４は、図２に示すセンサチップ６０の裏面図である。なお、図３では、後述する第１ゲル部材は省略して示してある。
【００２７】
図２〜図４に示されるように、センサチップ６０は、例えば、表面６１ａと当該表面６１ａと平行である裏面６１ｂとを有するシリコン等の半導体基板６１を用いて構成されている。そして、半導体基板６１が裏面６１ｂから異方性エッチング等されて凹部６２が形成されることにより構成される薄肉のダイヤフラム６３を有しており、このダイヤフラム６３の表面には、ブリッジ回路を構成するように形成された図示しないゲージ抵抗が備えられている。つまり、このセンサチップ６０は、ダイヤフラム６３に圧力が印加されるとゲージ抵抗の抵抗値が変化してブリッジ回路の電圧が変化し、この電圧の変化に応じてセンサ出力信号を出力する半導体ダイヤフラム式のものである。
【００２８】
また、センサチップ６０には、半導体基板６１の裏面６１ｂに、当該裏面６１ｂに対して交差する方向、具体的には、裏面６１ｂに対して垂直方向に突出すると共に凹部６２を取り囲む凸部６４と、当該凸部６４を取り囲む窪み部６５が形成されている。そして、裏面６１ｂのうち凸部６４を挟んで凹部６２側と反対側に接合領域を有している。また、本実施形態では、凸部６４を構成する壁面と凹部６２を構成する壁面とが連なった構成とされており、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なった構成とされている。さらに、凸部６４は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、裏面６１ｂから先端までの長さが５０μｍ程度とされている。
【００２９】
なお、凸部６４を構成する壁面と凹部６２を構成する壁面とが連なった構成とされているとは、凸部６４を構成する壁面と凹部６２を構成する壁面との間に表面６１ａと平行である壁面が存在しないことである。また、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なった構成とされているとは、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面との間に表面６１ａと平行である壁面が存在しないことである。
【００３０】
接合材７０は、シリコーン系接着剤等の接着剤７１と、当該接着剤７１に混入された複数の間隔保持材７２とを有した構成とされている。この間隔保持材７２は、本実施形態では、直径が凸部６４の長さより長い直径を有する球形状とされており、例えば、直径が７５〜１００μｍ程度のものとされている。また、間隔保持材７２を構成する材料としては、センサチップ６０の熱膨張係数に近い値を有するものが用いられ、例えば、ジビニルベンゼン等が用いられる。
【００３１】
そして、センサチップ６０は、上記接合材７０を介してステム４０と接合されている。具体的には、センサチップ６０は、ステム４０におけるセンサチップ６０の裏面６１ｂと対向する領域のうち、接合領域と対向する領域に位置する塗布領域に塗布された接合材７０を介して接合されている。つまり、ステム４０は、センサチップ６０の裏面６１ｂと対向する領域のうち、凸部６４と対向する領域を挟んで凹部６２と対向する領域と反対側の領域に塗布領域を有している。そして、当該塗布領域に塗布された接合材７０を濡れ広がらせることにより、センサチップ６０の裏面６１ｂとステム４０とが接合されている。また、センサチップ６０とステム４０との間は、センサチップ６０のうち接合領域とステム４０とに接触する間隔保持材７２により、所定の間隔、つまり間隔保持材７２の直径に相当する間隔が形成されている。
【００３２】
なお、センサチップ６０は接合材７０を濡れ広がらせることによりステム４０と接合されているが、センサチップ６０の裏面６１ｂには凸部６４が形成されており、凸部６４により凹部６２内に接着剤７１が濡れ広がることが抑制されるため、センサチップ６０のうち凹部６２内に接合材７０に含まれる接着剤７１は配置されていない。また、接合材７０に混入されている間隔保持材７２は、全てのものがセンサチップ６０とステム４０との間に所定の間隔を形成する間隔保持機能を発揮するものではなく、センサチップ６０とステム４０とに接触することにより、センサチップ６０とステム４０との間に所定の間隔を形成する間隔保持機能を発揮するものである。言い換えると、接合材７０に含まれる間隔保持材７２は、全てものがセンサチップ６０およびステム４０と接触しているわけではない。以上説明したようにして、センサチップ６０がステム４０に接合されている。
【００３３】
また、図１に示されるように、各センサチップ６０の裏面６１ｂ側には、第１ゲル部材８１がステム４０の貫通孔４０ａおよび導入空間１１、１２のうちステム４０近傍の部分に配置されていると共に、この第１ゲル部材８１を覆うと共に第１ゲル部材８１よりも硬い第２ゲル部材８２が導入空間１１、１２に配置されている。これら、第１、第２ゲル部材８１、８２としては、腐食性の高い圧力媒体からセンサチップ６０を保護することができる耐酸性の高いものを用いることが好ましく、例えば、フッ素系ゲル等が用いられる。
【００３４】
また、ケース本体１０には、各センサチップ６０からの電気信号が入力されると共に演算・増幅等の処理を行って外部に信号を出力する図示しない回路チップが備えられており、各センサチップ６０は回路チップと図示しないボンディングワイヤ等により電気的に接続されている。
【００３５】
さらに、ケース本体１０は、一つの側面部にコネクタ部１６を備えている。このコネクタ部１６には、ケース本体１０内に露出すると共にコネクタ部１６に形成された開口部１６ａ内から露出するターミナル１７がインサート成形されている。そして、ケース本体１０内に露出するターミナル１７の一端部は、回路チップと図示しないボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。他方、コネクタ部１６の開口部１６ａから露出するターミナル１７の他端部は、ワイヤハーネス等の図示しない外部配線部材を介して外部回路と電気的に接続される。また、ターミナル１７のうちケース本体１０内に突出している部分には、ターミナル１７とケース本体１０との隙間を封止する、例えば、ゲル等で構成されるシール部材８３が配置されている。
【００３６】
また、ケース本体１０には溝部１８が設けられていると共に突出端１９が設けられており、上蓋２０には開口端２１が設けられ、下蓋３０には溝部３１が設けられている。そして、溝部１８に接着剤９１が充填されて上蓋２０の開口端２１が挿し込まれると共に、溝部３１に接着剤９２が充填されてケース本体１０の突出端１９が挿し込まれることにより、ケース本体１０と上蓋２０および下蓋３０とが一体化されている。すなわち、導入空間１１、１２は、それぞれケース本体１０、仕切り部１３、センサチップ６０、下蓋３０で構成されており、各導入空間１１、１２が仕切り部１３により互いに分離された構成とされている。
【００３７】
次に、このような圧力センサの製造方法の一例について説明する。
【００３８】
まず、コネクタ部１６および圧力導入ポート１４、１５が設けられると共にターミナル１７がインサート成形されたケース本体１０、上蓋２０、下蓋３０、貫通孔４０ａを有するステム４０、上記構成のセンサチップ６０を用意する。
【００３９】
そして、仕切り部１３とケース本体１０の内壁面との間に二つのステム４０を圧入する。その後、ステム４０における塗布領域に接合材７０を塗布する。図５は、ステム４０の塗布領域に接合材７０を塗布したときの状態を示す図である。図５に示されるように、ステム４０における塗布領域４１は、センサチップ６０を搭載する領域のうち、凸部６４と対向する凸部対向領域４２より外側の領域、つまり、センサチップ６０の接合領域と対向する領域に位置しており、例えば、四箇所とされている。そして、当該塗布領域４１に接合材７０が塗布されている。
【００４０】
その後、センサチップ６０をステム４０上にマウントし、接合材７０を介してセンサチップ６０とステム４０とを接合する。具体的には、センサチップ６０をステム４０上にマウントして塗布されている接合材７０を濡れ広がらせることにより、センサチップ６０の裏面６１ｂとステム４０とを接合する。これにより、上記図２および図３に示されるように、凹部６２内に接着剤７１がなく、センサチップ６０のうち接合領域とステム４０とに間隔保持材７２が接触した状態で、センサチップ６０とステム４０とが接合される。
【００４１】
すなわち、接合材７０は、塗布領域４１から周囲に濡れ広がることになるが、センサチップ６０の裏面６１ｂには凸部６４が形成されているため、接合材７０は凸部６４と衝突して濡れ広がる勢いが減少することになる。また、接着剤７１は狭い空間から広い空間には表面張力により濡れ広がりにくいため、凸部６４とステム４０との間に塗れ広がった接着剤７１は、凹部６２内に濡れ広がることが抑制される。したがって、センサチップ６０の裏面６１ｂのうち凹部６２内に接着剤７１が濡れ広がることが抑制され、ダイヤフラム６３に接着剤７１が付着することが抑制される。
【００４２】
また、接合材７０に含まれる間隔保持材７２も接合材７０が濡れ広がることにより移動することになるが、ステム４０における塗布領域４１が接合領域と対向する領域とされており、間隔保持材７２は凸部６４の長さより長い直径を有する球形状とされている。このため、接合材７０が塗れ広がったとしても間隔保持材７２は凸部６４と衝突することになる。したがって、間隔保持材７２はセンサチップ６０のうち接合領域とステム４０とに接触した状態となる。言い換えると、凸部６４とステム４０との間に間隔保持材７２が挟まれることが抑制され、センサチップ６０がステム４０に対して傾くことが抑制される。
【００４３】
続いて、ケース１０本体にシール部材５０を配置したり回路基板を配置したりした後、各センサチップ６０と回路チップや、回路チップとターミナル１７とをボンディングワイヤを介して電気的に接続する。そして、シール部材８３や第１、第２ゲル部材８１、８２を配置する。その後、溝部１８に接着剤９１を充填して上蓋２０の開口端２１を挿し込むと共に、溝部３１に接着剤９２を充填してケース本体１０の突出端１９を挿し込み、ケース本体１０と上蓋２０および下蓋３０とを一体化することにより、上記図１に示す圧力センサが製造される。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態では、センサチップ６０の裏面６１ｂに凸部６４および窪み部６５を形成している。そして、ステム４０のうちセンサチップ６０を搭載したときの接合領域と対向する領域に接合材７０を塗布してセンサチップ６０とステム４０とを接合している。
【００４５】
このため、センサチップ６０をステム４０にマウントして接合材７０を塗布領域４１から周囲に濡れ広がらせたとき、接合材７０は凸部６４と衝突して濡れ広がる勢いが減少することになる。また、接合材７０のうち接着剤７１は狭い空間から広い空間には表面張力により濡れ広がりにくいため、凸部６４とステム４０との間に塗れ広がった接着剤７１は、凹部６２内に濡れ広がることが抑制される。したがって、センサチップ６０に凸部６４を形成しない場合と比較して、センサチップ６０の裏面６１ｂのうち凹部６２内に接合材７０、具体的には接着剤７１が濡れ広がることを抑制することができる。このため、センサチップ６０のダイヤフラム６３に接着剤７１が付着することを抑制することができ、センサチップ６０の検出精度が低下することを抑制することができる。
【００４６】
また、センサチップ６０の裏面６１ｂには凸部６４を取り囲む窪み部６５が形成されているため、接合材７０は、窪み部６５内に濡れ広がるとき、また、窪み部６５内から凸部６４側に濡れ広がるときに、濡れ広がる方向が変化して濡れ広がる勢いが減少することになる。さらに、接着剤７１のうち凸部６４とステム４０との間の部分では、窪み部６５に流れ込んだ接着剤７１から窪み部６５内に引き寄せられる力も印加されることになる。このため、センサチップ６０の裏面６１ｂのうち凹部６２内に接着剤７１を濡れ広がることをさらに抑制することができる。
【００４７】
また、接着剤７１のうち凸部６４とステム４０との間の部分では、窪み部６５に流れ込んだ接着剤７１から窪み部６５内に引き寄せられる力が印加されることになるが、この力は窪み部６５から凸部６４の先端に向かう壁面に沿った方向となる。すなわち、センサチップ６０が窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なった構成とされていない場合、つまり、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面との間に表面６１ａと平行な壁面が存在する場合には、窪み部６５内に引き寄せられる力が窪み部６５を構成する壁面に沿った方向から表面６１ａと平行な壁面に沿った方向に変化した後、凸部６４の壁面に沿った方向になる。つまり、本実施形態では、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なった構成とされているため、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なった構成とされていない場合と比較すると、窪み部６５内に引き寄せられる力の方向の変化を小さくすることができる。このため、凸部６４とステム４０との間の部分の接着剤７１に対して窪み部６５内に引き寄せられる力を大きくすることができ、センサチップ６０の裏面６１ｂのうち凹部６２内に接着剤７１が濡れ広がることをさらに抑制することができる。
【００４８】
そして、本実施形態では、ステム４０のうち凸部対向領域４２より外側の領域、つまりセンサチップ６０の接合領域と対向する領域に接合材７０を塗布しており、間隔保持材７２の直径が凸部６４の長さより長くされているため、接合材７０が濡れ広がったときに凸部６４とステム４０との間に間隔保持材７２が挟まれることが抑制される。したがって、センサチップ６０がステム４０に対して傾くことを抑制することができ、また、センサチップ６０とステム４０との間が所望の間隔より大きくなることを抑制することができる。
【００４９】
また、本実施形態では、間隔保持材７２が球形状とされているため、間隔保持材７２が球形状でない場合と比較して、間隔保持材７２がセンサチップ６０およびステム４０と接触する接触面積を小さくすることができ、間隔保持材７２を介してステム４０からセンサチップ６０に伝達される熱応力等を小さくすることができる。
【００５０】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、ダイヤフラム６３を有するセンサチップ６０をステム４０に接合する実装構造を圧力センサに適用した例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、流量センサ等にも適用することができる。すなわち、本発明は、ダイヤフラム６３を有するセンサチップ６０を被実装部材に台座を介さずに接合してなる実装構造および実装方法に適用することが可能である。
【００５１】
また、上記第１実施形態では、凸部６４を構成する壁面と凹部６２を構成する壁面とが連なっている例について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、凸部６４を構成する壁面と凹部６２を構成する壁面との間に、表面６１ａと平行な壁面を有する形状とすることもできる。
【００５２】
さらに、上記第１実施形態では、センサチップ６０の裏面６１ｂに窪み部６５が形成されている例について説明したが、センサチップ６０の裏面６１ｂに窪み部６５が形成されていなくてもよい。つまり、センサチップ６０の裏面６１ｂに凸部６４が形成されていれば、凸部６４を形成しない場合と比較して、凹部６２内に接着剤７１が濡れ広がることを抑制することができ、センサチップ６０の検出精度が低下することを抑制することができる。また、上記第１実施形態では、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なっている例について説明したが、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面との間に表面６１ａと平行な壁面を有する形状とすることもできる。
【００５３】
そして、上記第１実施形態では、間隔保持材７２が球形状であるものについて説明したが、例えば、間隔保持材７２は立方体、正八面体、正十六面体等であってもよい。
【００５４】
また、上記第１実施形態では、センサチップ６０に凸部６４および窪み部６５が一つずつ形成された例について説明したが、もちろん、センサチップ６０に凸部６４および窪み部６５が複数形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ケース本体
２０ 上蓋
３０ 下蓋
４０ ステム
６０ センサチップ
６１ 半導体基板
６２ 凹部
６３ ダイヤフラム
６４ 凸部
６５ 窪み部
７０ 接合材
７１ 接着剤
７２ 間隔保持材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムを有するセンサチップを被実装部材に接合材を介して接合してなるセンサチップの実装構造およびその実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板の裏面側に凹部を形成することにより構成された薄肉のダイヤフラムを有するセンサチップを被実装部材に、ビーズ等が混入された接着剤を介して接合してなるセンサチップの実装構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、このような実装構造では、センサチップの裏面には、ガラス等で構成されると共に熱膨張係数がセンサチップの熱膨張係数に近い値を有する台座が備えられており、センサチップが台座および接着剤を介して被実装部材に接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４７９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなセンサチップの実装構造では、ガラス台座を設けなければならないため、部品点数が多くなるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するためには、単純には、ガラス台座を設けずに、センサチップを直接被実装部材に接着剤を介して接合することが考えられる。しかしながら、センサチップを直接被実装部材に接合した場合には、接着剤が凹部の壁面に沿って濡れ広がってダイヤフラムに付着してしまうことがあり、接着剤がダイヤフラムに付着した場合にはセンサチップの検出精度が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、ガラス台座を設けることなく、センサチップの検出精度が低下することを抑制することができるセンサチップの実装構造およびその実装方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明では、半導体基板（６１）の裏面（６１ｂ）側に凹部（６２）を形成することにより構成された薄肉のダイヤフラム（６３）を有するセンサチップ（６０）を、被実装部材（４０）における塗布領域（４１）に塗布された接合材（７０）を濡れ広がらせることにより、被実装部材（４０）に接合してなるセンサチップの実装構造であって、センサチップ（６０）は、裏面（６１ｂ）に当該裏面（６１ｂ）に対して交差する方向に突出すると共に凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）と、裏面（６１ｂ）のうち凸部（６４）を挟んで凹部（６２）側と反対側に位置する接合領域を有し、接合材（７０）は、センサチップ（６０）と被実装部材（４０）とを接合する接着剤（７１）と、接着剤（７１）に混入された間隔保持材（７２）とを有し、被実装部材（４０）は、センサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）と対向する領域のうち、接合領域と対向する領域に塗布領域（４１）を有しており、センサチップ（６０）と被実装部材（４０）との間は、センサチップ（６０）のうち接合領域と被実装部材（４０）とに接触する間隔保持材（７２）により、所定の間隔が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
このようなセンサチップの実装構造では、センサチップ（６０）は裏面（６１ｂ）に凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）を備えている。このため、塗布領域（４１）に塗布された接合材（７０）が濡れ広がるとき、接合材（７０）は凸部（６４）と衝突して濡れ広がる勢いが減少することになる。また、接合材（７０）のうち接着剤（７１）は狭い空間から広い空間には表面張力により濡れ広がりにくいため、凸部（６４）と被実装部材（４０）との間に塗れ広がった接着剤（７１）は、凹部（６２）内に濡れ広がることが抑制される。したがって、センサチップ（６０）に凸部（６４）を形成しない場合と比較して、センサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）のうち凹部（６２）内に接合材（７０）、具体的には接着剤（７１）が濡れ広がることを抑制することができる。このため、センサチップ（６０）のダイヤフラム（６３）に接着剤（７１）が付着することを抑制することができ、センサチップ（６０）の検出精度が低下することを抑制することができる。
【０００９】
例えば、請求項２に記載の発明のように、凸部（６４）における裏面（６１ｂ）から先端までの長さを、センサチップ（６０）および被実装部材（４０）と接触している間隔保持材（７２）における裏面（６１ｂ）の垂直方向の長さより短くすることができる。
【００１０】
このような実装構造では、被実装部材（４０）の塗布領域（４１）が接合領域と対向する領域、つまり、凸部（６４）と対向する領域よりも外側の領域にあり、凸部（６４）の長さを間隔保持材（７２）のうち凸部（６４）の突出方向と平行な方向の長さより短くしている。このため、凸部（６４）と被実装部材（４０）との間に間隔保持材（７２）が挟まれることを抑制することができる。したがって、センサチップ（６０）が被実装部材（４０）に対して傾くことを抑制することができ、また、センサチップ（６０）と被実装部材（４０）との間が所望の間隔より大きくなることを抑制することができる。また、凸部（６４）が直接被実装部材（４０）と接触することが抑制されるので、被実装部材（４０）から熱応力等が直接センサチップ（６０）に伝達されることを抑制することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明のように、センサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）に、凸部（６４）を取り囲む窪み部（６５）を形成することができる。このような実装構造では、窪み部（６５）がない場合と比較して、接合材（７０）が窪み部（６５）内に濡れ広がるとき、また、窪み部（６５）内から凸部（６４）側に濡れ広がるときに、濡れ広がる方向が変化して濡れ広がる勢いが減少することになる。このため、センサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）のうち凹部（６２）内に接着剤（７１）が濡れ広がることをさらに抑制することができ、センサチップ（６０）のダイヤフラム（６３）に接着剤（７１）が付着することをさらに抑制することができる。
【００１２】
この場合、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の発明において、窪み部（６５）を構成する壁面と凸部（６４）を構成する壁面とを連ならせることができる。このような実装構造では、窪み部（６５）を構成する壁面と凸部（６４）を構成する壁面とが連なった構成とされていない場合と比較すると、窪み部（６５）内に引き寄せられる力の方向の変化が小さいため、凸部（６４）とステム（４０）との間の部分の接着剤（７１）に対して窪み部（６５）内に引き寄せられる力を大きくすることができる。したがって、さらに、センサチップ（６０）のダイヤフラム（６３）に接着剤（７１）が付着することを抑制することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明のように、間隔保持材（７２）を球形状とすることができる。このような実装構造では、間隔保持材（７２）が球形状とされているため、センサチップ（６０）および被実装部材（４０）と接触する間隔保持材（７２）が球形状でない場合、例えば、立方体等である場合と比較して、センサチップ（６０）および被実装部材（４０）と間隔保持材（７２）との接触面積を小さくすることができる。このため、間隔保持材（７２）が球形状でない場合と比較して、間隔保持材（７２）を介して被実装部材（４０）からセンサチップ（６０）に伝達される熱応力等を小さくすることができる。
【００１４】
請求項１ないし５では、本発明をセンサチップの実装構造として把握した場合を説明したが、本発明をセンサチップの実装方法として把握することも可能である。
【００１５】
すなわち、請求項６に記載の発明では、半導体基板（６１）の裏面（６１ｂ）側に凹部（６２）を形成することにより構成された薄肉のダイヤフラム（６３）を有するセンサチップ（６０）を被実装部材（４０）に接合材（７０）を介して接合するセンサチップの実装方法であって、センサチップ（６０）として、裏面（６１ｂ）に当該裏面（６１ｂ）に対して交差する方向に突出すると共に凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）と、裏面（６１ｂ）のうち凸部（６４）を挟んで凹部（６２）側と反対側に位置する接合領域を有するものを用意する工程と、接合材（７０）として、センサチップ（６０）と被実装部材（４０）とを接合する接着剤（７１）と、接着剤（７１）に混入された間隔保持材（７２）とを有するものを用意する工程と、被実装部材（４０）におけるセンサチップ（６０）を搭載する領域のうち、接合領域と対向する領域に接合材（７０）を塗布する工程と、センサチップ（６０）を被実装部材（４０）上にマウントすることにより、接合材（７０）を濡れ広がらせつつ、間隔保持材（７２）をセンサチップ（６０）の接合領域と被実装部材（４０）とに接触させた状態で、センサチップ（６０）を被実装部材（４０）に接合する工程と、を含むことを特徴としている。
【００１６】
このように、本発明をセンサチップの実装方法として把握した場合についても、センサチップ（６０）として裏面（６１ｂ）に凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）を有するものを用意し、当該センサチップ（６０）を被実装部材（４０）における接合領域と対向する領域に塗布された接合材（７０）を介して被実装部材（４０）に接合するため、上記請求項１に記載の発明と同様に、センサチップ（６０）のダイヤフラム（６３）に接着剤（７１）が付着することを抑制することができる。このため、センサチップ（６０）の検出精度が低下することを抑制することができる。
【００１７】
例えば、請求項７に記載の発明のように、センサチップ（６０）を用意する工程では、センサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）に凸部（６４）を取り囲む窪み部（６５）が形成されたものを用意してもよい。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明のように、接合材（７０）を用意する工程では、間隔保持材（７２）として球形状の間隔保持材（７２）を用意し、センサチップ（６０）を用意する工程では、凸部（６４）におけるセンサチップ（６０）の裏面（６１ｂ）から先端までの長さが間隔保持材（７２）の直径より短くされたセンサチップ（６０）を用意してもよい。
【００１９】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態におけるセンサチップの実装構造を適用した圧力センサの断面構成を示す図である。
【図２】図１に示す二点鎖線部分の拡大図である。
【図３】図２に示す二点鎖線部分の拡大図である。
【図４】図２に示すセンサチップの裏面図である。
【図５】ステムの塗布領域に接合材を塗布したときの状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態におけるセンサチップの実装構造を適用した圧力センサの断面構成を示す図である。
【００２２】
図１に示されるように、圧力センサは、箱形状のケース本体１０と、当該ケース本体１０を閉じる上蓋２０および下蓋３０を有して構成されている。これらケース本体１０、上蓋２０および下蓋３０は、例えば ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やエポキシ樹脂等の樹脂材料を型成形して構成されている。
【００２３】
ケース本体１０は、内部に導入空間１１、１２を構成する仕切り部１３を備えていると共に、各導入空間１１、１２とそれぞれ連結された圧力導入ポート１４、１５を備えている。これにより、導入空間１１、１２に圧力導入ポート１４、１５を介して圧力媒体が導入されるようになっている。特に限定されるものではないが、例えば、導入空間１１には圧力導入ポート１４を介して排気ガス等の圧力媒体が導入されるようにし、導入空間１２には圧力導入ポート１５を介して大気圧等が導入されるようにすることができる。
【００２４】
また、ケース本体１０には、仕切り部１３とケース本体１０の内壁面との間に被実装部材としてのステム４０が二つ圧入固定されている。このステム４０は、鉄系金属等をプレス加工や切削加工、冷間鍛造等がされて形成されており、後述のセンサチップ６０との熱膨張係数の差が小さいものが用いられる。本実施形態では、後述のセンサチップ６０がシリコン等の半導体基板を用いて構成されるため、ステム４０は、例えば、セラミックス等が用いられて構成される。
【００２５】
そして、ケース本体１０の内壁面および仕切り部１３とステム４０との間には、これらの間の隙間を封止するシール部材５０が備えられている。このシール部材５０としては、例えば、シリコーンゴム等が用いられる。なお、このシール部材５０は、隙間を封止する機能に加えて、ケース本体１０の内壁面や仕切り部１３から気泡が発生することを抑制する機能も有している。
【００２６】
また、各ステム４０は、貫通孔４０ａを有していると共に、上蓋２０に対向する部分に貫通孔４０ａを閉塞するセンサチップ６０が接合材７０を介して接着固定されている。図２は図１に示す二点鎖線部分の拡大図、図３は図２に示す二点鎖線部分の拡大図である。また、図４は、図２に示すセンサチップ６０の裏面図である。なお、図３では、後述する第１ゲル部材は省略して示してある。
【００２７】
図２〜図４に示されるように、センサチップ６０は、例えば、表面６１ａと当該表面６１ａと平行である裏面６１ｂとを有するシリコン等の半導体基板６１を用いて構成されている。そして、半導体基板６１が裏面６１ｂから異方性エッチング等されて凹部６２が形成されることにより構成される薄肉のダイヤフラム６３を有しており、このダイヤフラム６３の表面には、ブリッジ回路を構成するように形成された図示しないゲージ抵抗が備えられている。つまり、このセンサチップ６０は、ダイヤフラム６３に圧力が印加されるとゲージ抵抗の抵抗値が変化してブリッジ回路の電圧が変化し、この電圧の変化に応じてセンサ出力信号を出力する半導体ダイヤフラム式のものである。
【００２８】
また、センサチップ６０には、半導体基板６１の裏面６１ｂに、当該裏面６１ｂに対して交差する方向、具体的には、裏面６１ｂに対して垂直方向に突出すると共に凹部６２を取り囲む凸部６４と、当該凸部６４を取り囲む窪み部６５が形成されている。そして、裏面６１ｂのうち凸部６４を挟んで凹部６２側と反対側に接合領域を有している。また、本実施形態では、凸部６４を構成する壁面と凹部６２を構成する壁面とが連なった構成とされており、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なった構成とされている。さらに、凸部６４は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、裏面６１ｂから先端までの長さが５０μｍ程度とされている。
【００２９】
なお、凸部６４を構成する壁面と凹部６２を構成する壁面とが連なった構成とされているとは、凸部６４を構成する壁面と凹部６２を構成する壁面との間に表面６１ａと平行である壁面が存在しないことである。また、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なった構成とされているとは、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面との間に表面６１ａと平行である壁面が存在しないことである。
【００３０】
接合材７０は、シリコーン系接着剤等の接着剤７１と、当該接着剤７１に混入された複数の間隔保持材７２とを有した構成とされている。この間隔保持材７２は、本実施形態では、直径が凸部６４の長さより長い直径を有する球形状とされており、例えば、直径が７５〜１００μｍ程度のものとされている。また、間隔保持材７２を構成する材料としては、センサチップ６０の熱膨張係数に近い値を有するものが用いられ、例えば、ジビニルベンゼン等が用いられる。
【００３１】
そして、センサチップ６０は、上記接合材７０を介してステム４０と接合されている。具体的には、センサチップ６０は、ステム４０におけるセンサチップ６０の裏面６１ｂと対向する領域のうち、接合領域と対向する領域に位置する塗布領域に塗布された接合材７０を介して接合されている。つまり、ステム４０は、センサチップ６０の裏面６１ｂと対向する領域のうち、凸部６４と対向する領域を挟んで凹部６２と対向する領域と反対側の領域に塗布領域を有している。そして、当該塗布領域に塗布された接合材７０を濡れ広がらせることにより、センサチップ６０の裏面６１ｂとステム４０とが接合されている。また、センサチップ６０とステム４０との間は、センサチップ６０のうち接合領域とステム４０とに接触する間隔保持材７２により、所定の間隔、つまり間隔保持材７２の直径に相当する間隔が形成されている。
【００３２】
なお、センサチップ６０は接合材７０を濡れ広がらせることによりステム４０と接合されているが、センサチップ６０の裏面６１ｂには凸部６４が形成されており、凸部６４により凹部６２内に接着剤７１が濡れ広がることが抑制されるため、センサチップ６０のうち凹部６２内に接合材７０に含まれる接着剤７１は配置されていない。また、接合材７０に混入されている間隔保持材７２は、全てのものがセンサチップ６０とステム４０との間に所定の間隔を形成する間隔保持機能を発揮するものではなく、センサチップ６０とステム４０とに接触することにより、センサチップ６０とステム４０との間に所定の間隔を形成する間隔保持機能を発揮するものである。言い換えると、接合材７０に含まれる間隔保持材７２は、全てものがセンサチップ６０およびステム４０と接触しているわけではない。以上説明したようにして、センサチップ６０がステム４０に接合されている。
【００３３】
また、図１に示されるように、各センサチップ６０の裏面６１ｂ側には、第１ゲル部材８１がステム４０の貫通孔４０ａおよび導入空間１１、１２のうちステム４０近傍の部分に配置されていると共に、この第１ゲル部材８１を覆うと共に第１ゲル部材８１よりも硬い第２ゲル部材８２が導入空間１１、１２に配置されている。これら、第１、第２ゲル部材８１、８２としては、腐食性の高い圧力媒体からセンサチップ６０を保護することができる耐酸性の高いものを用いることが好ましく、例えば、フッ素系ゲル等が用いられる。
【００３４】
また、ケース本体１０には、各センサチップ６０からの電気信号が入力されると共に演算・増幅等の処理を行って外部に信号を出力する図示しない回路チップが備えられており、各センサチップ６０は回路チップと図示しないボンディングワイヤ等により電気的に接続されている。
【００３５】
さらに、ケース本体１０は、一つの側面部にコネクタ部１６を備えている。このコネクタ部１６には、ケース本体１０内に露出すると共にコネクタ部１６に形成された開口部１６ａ内から露出するターミナル１７がインサート成形されている。そして、ケース本体１０内に露出するターミナル１７の一端部は、回路チップと図示しないボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。他方、コネクタ部１６の開口部１６ａから露出するターミナル１７の他端部は、ワイヤハーネス等の図示しない外部配線部材を介して外部回路と電気的に接続される。また、ターミナル１７のうちケース本体１０内に突出している部分には、ターミナル１７とケース本体１０との隙間を封止する、例えば、ゲル等で構成されるシール部材８３が配置されている。
【００３６】
また、ケース本体１０には溝部１８が設けられていると共に突出端１９が設けられており、上蓋２０には開口端２１が設けられ、下蓋３０には溝部３１が設けられている。そして、溝部１８に接着剤９１が充填されて上蓋２０の開口端２１が挿し込まれると共に、溝部３１に接着剤９２が充填されてケース本体１０の突出端１９が挿し込まれることにより、ケース本体１０と上蓋２０および下蓋３０とが一体化されている。すなわち、導入空間１１、１２は、それぞれケース本体１０、仕切り部１３、センサチップ６０、下蓋３０で構成されており、各導入空間１１、１２が仕切り部１３により互いに分離された構成とされている。
【００３７】
次に、このような圧力センサの製造方法の一例について説明する。
【００３８】
まず、コネクタ部１６および圧力導入ポート１４、１５が設けられると共にターミナル１７がインサート成形されたケース本体１０、上蓋２０、下蓋３０、貫通孔４０ａを有するステム４０、上記構成のセンサチップ６０を用意する。
【００３９】
そして、仕切り部１３とケース本体１０の内壁面との間に二つのステム４０を圧入する。その後、ステム４０における塗布領域に接合材７０を塗布する。図５は、ステム４０の塗布領域に接合材７０を塗布したときの状態を示す図である。図５に示されるように、ステム４０における塗布領域４１は、センサチップ６０を搭載する領域のうち、凸部６４と対向する凸部対向領域４２より外側の領域、つまり、センサチップ６０の接合領域と対向する領域に位置しており、例えば、四箇所とされている。そして、当該塗布領域４１に接合材７０が塗布されている。
【００４０】
その後、センサチップ６０をステム４０上にマウントし、接合材７０を介してセンサチップ６０とステム４０とを接合する。具体的には、センサチップ６０をステム４０上にマウントして塗布されている接合材７０を濡れ広がらせることにより、センサチップ６０の裏面６１ｂとステム４０とを接合する。これにより、上記図２および図３に示されるように、凹部６２内に接着剤７１がなく、センサチップ６０のうち接合領域とステム４０とに間隔保持材７２が接触した状態で、センサチップ６０とステム４０とが接合される。
【００４１】
すなわち、接合材７０は、塗布領域４１から周囲に濡れ広がることになるが、センサチップ６０の裏面６１ｂには凸部６４が形成されているため、接合材７０は凸部６４と衝突して濡れ広がる勢いが減少することになる。また、接着剤７１は狭い空間から広い空間には表面張力により濡れ広がりにくいため、凸部６４とステム４０との間に塗れ広がった接着剤７１は、凹部６２内に濡れ広がることが抑制される。したがって、センサチップ６０の裏面６１ｂのうち凹部６２内に接着剤７１が濡れ広がることが抑制され、ダイヤフラム６３に接着剤７１が付着することが抑制される。
【００４２】
また、接合材７０に含まれる間隔保持材７２も接合材７０が濡れ広がることにより移動することになるが、ステム４０における塗布領域４１が接合領域と対向する領域とされており、間隔保持材７２は凸部６４の長さより長い直径を有する球形状とされている。このため、接合材７０が塗れ広がったとしても間隔保持材７２は凸部６４と衝突することになる。したがって、間隔保持材７２はセンサチップ６０のうち接合領域とステム４０とに接触した状態となる。言い換えると、凸部６４とステム４０との間に間隔保持材７２が挟まれることが抑制され、センサチップ６０がステム４０に対して傾くことが抑制される。
【００４３】
続いて、ケース１０本体にシール部材５０を配置したり回路基板を配置したりした後、各センサチップ６０と回路チップや、回路チップとターミナル１７とをボンディングワイヤを介して電気的に接続する。そして、シール部材８３や第１、第２ゲル部材８１、８２を配置する。その後、溝部１８に接着剤９１を充填して上蓋２０の開口端２１を挿し込むと共に、溝部３１に接着剤９２を充填してケース本体１０の突出端１９を挿し込み、ケース本体１０と上蓋２０および下蓋３０とを一体化することにより、上記図１に示す圧力センサが製造される。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態では、センサチップ６０の裏面６１ｂに凸部６４および窪み部６５を形成している。そして、ステム４０のうちセンサチップ６０を搭載したときの接合領域と対向する領域に接合材７０を塗布してセンサチップ６０とステム４０とを接合している。
【００４５】
このため、センサチップ６０をステム４０にマウントして接合材７０を塗布領域４１から周囲に濡れ広がらせたとき、接合材７０は凸部６４と衝突して濡れ広がる勢いが減少することになる。また、接合材７０のうち接着剤７１は狭い空間から広い空間には表面張力により濡れ広がりにくいため、凸部６４とステム４０との間に塗れ広がった接着剤７１は、凹部６２内に濡れ広がることが抑制される。したがって、センサチップ６０に凸部６４を形成しない場合と比較して、センサチップ６０の裏面６１ｂのうち凹部６２内に接合材７０、具体的には接着剤７１が濡れ広がることを抑制することができる。このため、センサチップ６０のダイヤフラム６３に接着剤７１が付着することを抑制することができ、センサチップ６０の検出精度が低下することを抑制することができる。
【００４６】
また、センサチップ６０の裏面６１ｂには凸部６４を取り囲む窪み部６５が形成されているため、接合材７０は、窪み部６５内に濡れ広がるとき、また、窪み部６５内から凸部６４側に濡れ広がるときに、濡れ広がる方向が変化して濡れ広がる勢いが減少することになる。さらに、接着剤７１のうち凸部６４とステム４０との間の部分では、窪み部６５に流れ込んだ接着剤７１から窪み部６５内に引き寄せられる力も印加されることになる。このため、センサチップ６０の裏面６１ｂのうち凹部６２内に接着剤７１を濡れ広がることをさらに抑制することができる。
【００４７】
また、接着剤７１のうち凸部６４とステム４０との間の部分では、窪み部６５に流れ込んだ接着剤７１から窪み部６５内に引き寄せられる力が印加されることになるが、この力は窪み部６５から凸部６４の先端に向かう壁面に沿った方向となる。すなわち、センサチップ６０が窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なった構成とされていない場合、つまり、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面との間に表面６１ａと平行な壁面が存在する場合には、窪み部６５内に引き寄せられる力が窪み部６５を構成する壁面に沿った方向から表面６１ａと平行な壁面に沿った方向に変化した後、凸部６４の壁面に沿った方向になる。つまり、本実施形態では、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なった構成とされているため、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なった構成とされていない場合と比較すると、窪み部６５内に引き寄せられる力の方向の変化を小さくすることができる。このため、凸部６４とステム４０との間の部分の接着剤７１に対して窪み部６５内に引き寄せられる力を大きくすることができ、センサチップ６０の裏面６１ｂのうち凹部６２内に接着剤７１が濡れ広がることをさらに抑制することができる。
【００４８】
そして、本実施形態では、ステム４０のうち凸部対向領域４２より外側の領域、つまりセンサチップ６０の接合領域と対向する領域に接合材７０を塗布しており、間隔保持材７２の直径が凸部６４の長さより長くされているため、接合材７０が濡れ広がったときに凸部６４とステム４０との間に間隔保持材７２が挟まれることが抑制される。したがって、センサチップ６０がステム４０に対して傾くことを抑制することができ、また、センサチップ６０とステム４０との間が所望の間隔より大きくなることを抑制することができる。
【００４９】
また、本実施形態では、間隔保持材７２が球形状とされているため、間隔保持材７２が球形状でない場合と比較して、間隔保持材７２がセンサチップ６０およびステム４０と接触する接触面積を小さくすることができ、間隔保持材７２を介してステム４０からセンサチップ６０に伝達される熱応力等を小さくすることができる。
【００５０】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、ダイヤフラム６３を有するセンサチップ６０をステム４０に接合する実装構造を圧力センサに適用した例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、流量センサ等にも適用することができる。すなわち、本発明は、ダイヤフラム６３を有するセンサチップ６０を被実装部材に台座を介さずに接合してなる実装構造および実装方法に適用することが可能である。
【００５１】
また、上記第１実施形態では、凸部６４を構成する壁面と凹部６２を構成する壁面とが連なっている例について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、凸部６４を構成する壁面と凹部６２を構成する壁面との間に、表面６１ａと平行な壁面を有する形状とすることもできる。
【００５２】
さらに、上記第１実施形態では、センサチップ６０の裏面６１ｂに窪み部６５が形成されている例について説明したが、センサチップ６０の裏面６１ｂに窪み部６５が形成されていなくてもよい。つまり、センサチップ６０の裏面６１ｂに凸部６４が形成されていれば、凸部６４を形成しない場合と比較して、凹部６２内に接着剤７１が濡れ広がることを抑制することができ、センサチップ６０の検出精度が低下することを抑制することができる。また、上記第１実施形態では、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面とが連なっている例について説明したが、窪み部６５を構成する壁面と凸部６４を構成する壁面との間に表面６１ａと平行な壁面を有する形状とすることもできる。
【００５３】
そして、上記第１実施形態では、間隔保持材７２が球形状であるものについて説明したが、例えば、間隔保持材７２は立方体、正八面体、正十六面体等であってもよい。
【００５４】
また、上記第１実施形態では、センサチップ６０に凸部６４および窪み部６５が一つずつ形成された例について説明したが、もちろん、センサチップ６０に凸部６４および窪み部６５が複数形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ケース本体
２０ 上蓋
３０ 下蓋
４０ ステム
６０ センサチップ
６１ 半導体基板
６２ 凹部
６３ ダイヤフラム
６４ 凸部
６５ 窪み部
７０ 接合材
７１ 接着剤
７２ 間隔保持材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（６１）の裏面（６１ｂ）側に凹部（６２）を形成することにより構成された薄肉のダイヤフラム（６３）を有するセンサチップ（６０）を、被実装部材（４０）における塗布領域（４１）に塗布された接合材（７０）を濡れ広がらせることにより、前記被実装部材（４０）に接合してなるセンサチップの実装構造であって、
前記センサチップ（６０）は、前記裏面（６１ｂ）に当該裏面（６１ｂ）に対して交差する方向に突出すると共に前記凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）と、前記裏面（６１ｂ）のうち前記凸部（６４）を挟んで前記凹部（６２）側と反対側に位置する接合領域を有し、
前記接合材（７０）は、前記センサチップ（６０）と前記被実装部材（４０）とを接合する接着剤（７１）と、前記接着剤（７１）に混入された間隔保持材（７２）とを有し、
前記被実装部材（４０）は、前記センサチップ（６０）の前記裏面（６１ｂ）と対向する領域のうち、前記接合領域と対向する領域に前記塗布領域（４１）を有しており、
前記センサチップ（６０）と前記被実装部材（４０）との間は、前記センサチップ（６０）のうち前記接合領域と前記被実装部材（４０）とに接触する前記間隔保持材（７２）により、所定の間隔が形成されていることを特徴とするセンサチップの実装構造。
【請求項２】
前記凸部（６４）における前記裏面（６１ｂ）から突出方向の先端までの長さが、前記センサチップ（６０）と前記被実装部材（４０）とに接触している前記間隔保持材（７２）における前記裏面（６１）の垂直方向の長さより短いことを特徴とする請求項１に記載のセンサチップの実装構造。
【請求項３】
前記センサチップ（６０）の前記裏面（６１ｂ）には、前記凸部（６４）を取り囲む窪み部（６５）が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサチップの実装構造。
【請求項４】
前記窪み部（６５）を構成する壁面と前記凸部（６４）を構成する壁面とが連なっていることを特徴とする請求項３に記載のセンサチップの実装構造。
【請求項５】
前記間隔保持材（７２）は、球形状であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のセンサチップの実装構造。
【請求項６】
半導体基板（６１）の裏面（６１ｂ）側に凹部（６２）を形成することにより構成された薄肉のダイヤフラム（６３）を有するセンサチップ（６０）を被実装部材（４０）に接合材（７０）を介して接合するセンサチップの実装方法であって、
前記センサチップ（６０）として、前記裏面（６１ｂ）に当該裏面（６１ｂ）に対して交差する方向に突出すると共に前記凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）と、前記裏面（６１ｂ）のうち前記凸部（６４）を挟んで前記凹部（６２）側と反対側に位置する接合領域を有するものを用意する工程と、
前記接合材（７０）として、前記センサチップ（６０）と前記被実装部材（４０）とを接合する接着剤（７１）と、前記接着剤（７１）に混入された間隔保持材（７２）とを有するものを用意する工程と、
前記被実装部材（４０）における前記センサチップ（６０）を搭載する領域のうち、前記接合領域と対向する領域に前記接合材（７０）を塗布する工程と、
前記センサチップ（６０）を前記被実装部材（４０）上にマウントすることにより、前記接合材（７０）を濡れ広がらせつつ、前記間隔保持材（７２）を前記センサチップ（６０）の前記接合領域と前記被実装部材（４０）とに接触させた状態で、前記センサチップ（６０）を前記被実装部材（４０）に接合する工程と、を含むことを特徴とするセンサチップの実装方法。
【請求項７】
前記センサチップ（６０）を用意する工程では、前記裏面（６１ｂ）に前記凸部（６４）を取り囲む窪み部（６５）が形成されたものを用意することを特徴とする請求項６に記載のセンサチップの実装方法。
【請求項８】
前記接合材（７０）を用意する工程では、前記間隔保持材（７２）として球形状のものを用意し、
前記センサチップ（６０）を用意する工程では、前記凸部（６４）における前記裏面（６１ｂ）から先端までの長さが前記間隔保持材（７２）の直径より短くされたものを用意することを特徴とする請求項６または７に記載のセンサチップの実装方法。
【請求項１】
半導体基板（６１）の裏面（６１ｂ）側に凹部（６２）を形成することにより構成された薄肉のダイヤフラム（６３）を有するセンサチップ（６０）を、被実装部材（４０）における塗布領域（４１）に塗布された接合材（７０）を濡れ広がらせることにより、前記被実装部材（４０）に接合してなるセンサチップの実装構造であって、
前記センサチップ（６０）は、前記裏面（６１ｂ）に当該裏面（６１ｂ）に対して交差する方向に突出すると共に前記凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）と、前記裏面（６１ｂ）のうち前記凸部（６４）を挟んで前記凹部（６２）側と反対側に位置する接合領域を有し、
前記接合材（７０）は、前記センサチップ（６０）と前記被実装部材（４０）とを接合する接着剤（７１）と、前記接着剤（７１）に混入された間隔保持材（７２）とを有し、
前記被実装部材（４０）は、前記センサチップ（６０）の前記裏面（６１ｂ）と対向する領域のうち、前記接合領域と対向する領域に前記塗布領域（４１）を有しており、
前記センサチップ（６０）と前記被実装部材（４０）との間は、前記センサチップ（６０）のうち前記接合領域と前記被実装部材（４０）とに接触する前記間隔保持材（７２）により、所定の間隔が形成されていることを特徴とするセンサチップの実装構造。
【請求項２】
前記凸部（６４）における前記裏面（６１ｂ）から突出方向の先端までの長さが、前記センサチップ（６０）と前記被実装部材（４０）とに接触している前記間隔保持材（７２）における前記裏面（６１）の垂直方向の長さより短いことを特徴とする請求項１に記載のセンサチップの実装構造。
【請求項３】
前記センサチップ（６０）の前記裏面（６１ｂ）には、前記凸部（６４）を取り囲む窪み部（６５）が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサチップの実装構造。
【請求項４】
前記窪み部（６５）を構成する壁面と前記凸部（６４）を構成する壁面とが連なっていることを特徴とする請求項３に記載のセンサチップの実装構造。
【請求項５】
前記間隔保持材（７２）は、球形状であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のセンサチップの実装構造。
【請求項６】
半導体基板（６１）の裏面（６１ｂ）側に凹部（６２）を形成することにより構成された薄肉のダイヤフラム（６３）を有するセンサチップ（６０）を被実装部材（４０）に接合材（７０）を介して接合するセンサチップの実装方法であって、
前記センサチップ（６０）として、前記裏面（６１ｂ）に当該裏面（６１ｂ）に対して交差する方向に突出すると共に前記凹部（６２）を取り囲む凸部（６４）と、前記裏面（６１ｂ）のうち前記凸部（６４）を挟んで前記凹部（６２）側と反対側に位置する接合領域を有するものを用意する工程と、
前記接合材（７０）として、前記センサチップ（６０）と前記被実装部材（４０）とを接合する接着剤（７１）と、前記接着剤（７１）に混入された間隔保持材（７２）とを有するものを用意する工程と、
前記被実装部材（４０）における前記センサチップ（６０）を搭載する領域のうち、前記接合領域と対向する領域に前記接合材（７０）を塗布する工程と、
前記センサチップ（６０）を前記被実装部材（４０）上にマウントすることにより、前記接合材（７０）を濡れ広がらせつつ、前記間隔保持材（７２）を前記センサチップ（６０）の前記接合領域と前記被実装部材（４０）とに接触させた状態で、前記センサチップ（６０）を前記被実装部材（４０）に接合する工程と、を含むことを特徴とするセンサチップの実装方法。
【請求項７】
前記センサチップ（６０）を用意する工程では、前記裏面（６１ｂ）に前記凸部（６４）を取り囲む窪み部（６５）が形成されたものを用意することを特徴とする請求項６に記載のセンサチップの実装方法。
【請求項８】
前記接合材（７０）を用意する工程では、前記間隔保持材（７２）として球形状のものを用意し、
前記センサチップ（６０）を用意する工程では、前記凸部（６４）における前記裏面（６１ｂ）から先端までの長さが前記間隔保持材（７２）の直径より短くされたものを用意することを特徴とする請求項６または７に記載のセンサチップの実装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１９２３（Ｐ２０１２−２１９２３Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６１２８４（Ｐ２０１０−１６１２８４）
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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