半導体歪センサーおよび半導体歪センサーの取付け方法
【課題】 半導体歪ゲージを用いた半導体歪センサーにおいて、特性が長期間安定し、測
定対象物の歪に応じて歪センサーチップに生じる歪の変換係数が、歪測定レンジにおいて
安定にする。
【解決手段】 歪センサーチップ裏面とベース板表面を接合し、ベース板の裏面に歪セン
サーチップの側辺部に側辺長以上の長さで、歪センサーチップ接続部と接続エリアを分断
する溝を形成する。歪センサーチップの裏面に溝に挟まれた突出部が形成されることで、
表裏の剛性バランスが改善し、歪センサーチップの曲げ変形が起こり難くなり、歪の変換
係数を安定させることができる。
定対象物の歪に応じて歪センサーチップに生じる歪の変換係数が、歪測定レンジにおいて
安定にする。
【解決手段】 歪センサーチップ裏面とベース板表面を接合し、ベース板の裏面に歪セン
サーチップの側辺部に側辺長以上の長さで、歪センサーチップ接続部と接続エリアを分断
する溝を形成する。歪センサーチップの裏面に溝に挟まれた突出部が形成されることで、
表裏の剛性バランスが改善し、歪センサーチップの曲げ変形が起こり難くなり、歪の変換
係数を安定させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の歪や応力の測定に用いられる歪センサーで、特に半導体歪ゲージを
用いた半導体歪センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造物の歪や応力の計測には、ストレインゲージと称される歪ゲージが多く用いられて
いる。歪ゲージは、Ｃｕ−Ｎｉ系合金やＮｉ−Ｃｒ系合金の金属薄膜の配線パターンを、
可撓性のあるポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆った構造であり、歪ゲージを被測定
物に接着剤で接着して使用する。金属薄膜が歪を受けて変形した時の抵抗変化から、歪量
を算出することができる。
【０００３】
検知部を金属薄膜ではなく、シリコンなどの半導体に不純物をドープして形成した半導
体ピエゾ抵抗を利用した半導体歪ゲージがある。半導体歪ゲージは、歪に対する抵抗変化
率が金属薄膜を用いた歪ゲージの数１０倍と大きく、微小な歪を測定することが可能であ
る。また、金属薄膜の歪ゲージでは、抵抗変化が小さいため得られる電気信号を増幅する
必要があり、そのため外部のアンプが必要となる。半導体歪ゲージは抵抗変化が大きいた
め、得られた電気信号を外部のアンプを用いずに使用することもでき、また半導体歪ゲー
ジのチップにアンプ回路を作りこむことも可能であるため、歪センサーの用途や使用上の
利便性が大きく広がると期待される。本明細書では、歪センサーと歪ゲージを同義に使用
している。
【０００４】
半導体歪ゲージは、従来の半導体製造技術を用いて、シリコンウエハー上に不純物ドー
プや配線を形成した後、チップ化することで得られる。このチップ（以下歪センサーチッ
プと呼ぶ）に、測定対象物の歪が正しく伝わることが重要であり、歪センサーチップのモ
ジュール化と測定対象物への取付けがポイントとなる。
【０００５】
特許文献１には、半導体歪ゲージを実用的なモジュールにした構造が開示されている。
図１６ａ）に、半導体歪ゲージの斜視図を示す。シリコンウエハー表面に半導体歪ゲージ
を形成した後、シリコンウエハーを数μｍの厚さまでエッチングした後、チップ化し歪セ
ンサーチップ５２を得る。配線５３を形成しポリイミドフィルム５４で挟んで半導体歪ゲ
ージ５１を得ている。歪センサーチップ５２と配線５３をモジュール化しているので、従
来の歪ゲージのように半導体歪ゲージを扱えるものである。
【０００６】
特許文献２には、歪センサーチップ５２をガラス製の台座５７に低融点ガラス５８を用
いて接合した歪検出センサー５６が開示されている。図１６ｂ）に、歪検出センサーの側
面図を示す。ガラス製の台座を測定対象物にボルト止めなどで固定する。歪センサーチッ
プ５２とガラス製台座５７間とガラス製台座５７間と測定対象物間には、樹脂接着剤がな
いため、接着樹脂と歪検出センサー間の熱膨張係数の違いによって発生する温度ドリフト
を抑えることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２６４１８８号 公報
【特許文献２】特開２００１−２７２２８７号 公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の半導体歪ゲージは、従来の金属薄膜を用いた歪ゲージと同様、樹脂接着剤
を用いて測定対象物に貼り付けて使用することができる。樹脂接着剤を用いるため、樹脂
接着剤が変質や劣化すると、感度やゼロ点が変化し易くなる問題があった。これは、長期
間使用する時には特性の安定性の点で課題となるものである。高感度な半導体歪ゲージを
用いているので、特性変化の影響はより顕著に現れることになる。
【０００９】
特許文献２の歪検出センサーは、樹脂接着剤を用いないため、特許文献１に比べれば長
期的安定性は良いと考えられる。しかし、測定対象物に発生した歪の、歪センサーチップ
への伝わり方に課題がある。組立時の取り扱いを考えると歪センサーチップ５２はある程
度の厚さが必要で、その厚さのため歪センサーチップ自体が無視できない剛性を有してい
る。そのため、歪センサーチップ５２が接合された台座５７全体は、剛性が一様ではない
。図１７ａ）に示すように、特許文献２の歪検出センサーをボルト２４で測定対象物６に
取付けた構造において、例えば測定対象物６に矢印で示す方向に引張の歪が加えられた場
合、ボルト間の変位に伴ってボルト２４から台座５７に力が伝えられる。それにより台座
全体に発生する歪は、歪センサーチップ５２が有する剛性の影響で一様にはならず、歪検
出部５９のある歪センサーチップ表面に発生する歪は、測定対象物６の歪とは異なってし
まう。
【００１０】
測定対象物６の歪に対する歪センサーチップ５２の歪が、図１７ｂ）に示すように、必
要な測定レンジ範囲内で比例の関係を有していれば、グラフの傾きである歪の変換係数を
用いて、歪センサーチップで検出される歪値から測定対象物の歪を求めることができる。
実際には、歪センサー出力はピエゾ抵抗変化による電圧の出力変化などで得られ、センサ
ー感度であるゲージ率を掛けて歪検出部５９の歪が求められ、それに上記歪の変換係数を
掛けることで測定対象物６の歪が求められる。
【００１１】
特許文献２では、単純な板状の台座５７に歪センサーチップ５２を低融点ガラス５８で
接合しており、歪センサーチップが接合された領域では、歪センサーチップが接合された
面側に剛性が偏っている。そのため、図１８に示すように例えば測定対象物６に矢印で示
す方向の変位に追従して台座５７が引っ張られたとき、台座５７に曲げ変形が発生してし
まう。曲げ変形が発生すると歪センサーチップの厚み方向に歪の勾配が発生し、歪センサ
ーチップ表面の歪検出部５９の歪は、測定対象物６の歪と著しく異なってしまう。極端な
場合には、台座が引っ張られるほど歪検出部５９に圧縮歪が発生してしまう。これは、測
定対象物６の平面歪を、歪センサーチップ５２の曲げに変換して検出していることになり
、歪の変換係数が小さいと感度が低下してしまうことになる。歪センサーチップ５２に曲
げ変形が発生すると、台座５７と測定対象物６との接触状態の変化などが関与して非線形
の挙動を示し、測定レンジ内で歪の変換係数を一定に保ち難くなるだけではなく、歪セン
サー間の変換係数のばらつきも大きくなってしまう。歪センサーチップ２の厚みに対し台
座５７の厚みを十分に厚くすることで、この様な課題は低減するが、台座を含むセンサモ
ジュール全体の剛性が高くなるため、測定対象物の変形そのものへの影響が大きくなって
しまう。
【００１２】
本願発明の目的は、高感度な半導体歪ゲージを用いた歪センサーで、特性が長期間安定
し、かつ歪センサーチップの曲げ変形を防止して、測定対象物の歪に応じて歪センサーチ
ップに生じる歪の変換係数が、歪測定レンジにおいて安定な半導体歪センサーを提供する
ことである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明の半導体歪センサーは、半導体基板にピエゾ抵抗素子を形成した歪センサーチ
ップと、ベース板と、前記歪センサーチップの電極から外部に配線を引き出す配線部とを
有し、歪センサーチップ裏面とベース板表面は歪センサーチップ接続部で接合され、歪セ
ンサーチップの側方に張り出したベース板に、測定対象物と固着する少なくとも２つ以上
の接続エリアを有する半導体歪センサーであって、ベース板の裏面に歪センサーチップの
側辺部に側辺長以上の長さで、歪センサーチップ接続部と接続エリアを分断する溝が形成
されていることが好ましい。
【００１４】
２つの接続エリアと歪センサーチップ接続部をつなぐ方向（以降、Ｘ方向と称す）の断
面で見たときに、ベース板の歪センサーチップ接続面の反対面に、溝で挟まれた部分が突
出した構造となり、この突出部が歪センサーチップの裏面にあることで、溝部と歪センサ
ーチップ接合部を含む領域が、表裏対称に近い構造となる。表裏対称とすることで、表裏
の剛性バランスを改善できるので、接続エリアからベース板に歪が伝えられた時に、歪セ
ンサーチップが曲げ変形を起こし難くなり、歪の変換係数を安定させることができる。
【００１５】
本願発明の半導体歪センサーは、歪センサーチップ接続部と接続エリアを分断する溝は
、少なくとも歪センサーチップの歪検出方向に対し直角方向に、歪センサーチップ接続部
の両側に形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、２つの接続エリアと歪センサーチップを結ぶ方向に垂直な方向（以降、Ｙ方向と
称す）において、ベース板の両端間を横断して溝が形成されていることが好ましい。ベー
ス板の歪センサーチップからＹ方向へ張り出した部分では、歪センサーチップが無いため
表裏の剛性バランスが悪く、曲げ変形が起こり易い。溝をＹ方向に横断して形成しておく
ことで、接続エリアからセンサーチップ側部に連続して曲げ変形することを防げるので、
曲げ変形の影響を低減することができる。
【００１７】
歪センサーチップのＹ方向の側部に、歪センサーチップの側面に沿ってＸ方向に伸びる
溝を形成することで、ベース板の歪センサーチップからＹ方向に張り出した部分の曲げ変
形の影響をさらに軽減できる。ベース板に歪センサーチップの側辺に沿って井桁状に溝を
形成した構造となる。
【００１８】
本願発明の半導体歪センサーは、歪センサーチップに近い側の溝壁と歪センサーチップ
の側辺の位置が略一致していることが好ましい。
【００１９】
歪センサーチップに近い側の溝壁と歪センサーチップの側辺の位置を合わせる事で、ベ
ース板の溝に挟まれた突出部の形状が歪センサーチップの形状と一致するので、表裏の剛
性バランスをより一致させることができる。
【００２０】
本願発明の半導体歪センサーは、ベース板のヤング率Ｅｓと歪センサーチップのヤング
率Ｅｄ、歪センサーチップの厚さｔｄ、溝の深さｔｓが、ｔｓ×Ｅｓ＝ｔｄ×Ｅｄである
ことが好ましい。
【００２１】
ｔｓ×Ｅｓ＝ｔｄ×Ｅｄの関係を完全に満たす必要はなく、表裏の剛性バランスが得ら
れる位に満たしていれば良いので、ｔｓ×Ｅｓ≒ｔｄ×Ｅｄと表すこともできる。これら
の関係を満たす事で、ベース板の溝に挟まれた突出部の剛性が、歪センサーチップの剛性
と一致するので、表裏の剛性バランスをより向上させることができる。
【００２２】
本願発明の半導体歪センサーは、ベース板表面側に、裏面の溝と歪センサーチップ接続
部を含む領域と略一致した形状で、裏面の溝と同じ深さの凹部を設け、凹部の底面に歪セ
ンサーチップ裏面を接合することが好ましい。
【００２３】
溝と歪センサーチップ接合部以外の部分においても、ベース板の表裏の剛性バランスが
改善されるので、ベース板全域にわたって曲げ変形を起こし難くできる。
【００２４】
本願発明の半導体歪センサーは、２つの接続エリアと歪センサーチップ接続部が連続す
る方向の断面において、歪センサーチップの接続部での歪センサーチップとベース板を合
わせた厚さｔａ、溝部のベース板厚さｔｂ、接続エリアのベース板厚さｔｃ、歪センサー
チップの長さｌａ、溝の幅ｌｂが、ｌｂ＝ｌａ／２×［ｔｂ×（ｔａ−ｔｃ） ］／［ｔ
ａ×（ｔｃ−ｔｂ） ］であることが好ましい。
【００２５】
ｌｂ＝ｌａ／２×［ｔｂ×（ｔａ−ｔｃ） ］／［ｔａ×（ｔｃ−ｔｂ） ］の関係を
完全に満たす必要はなく、歪の変換係数がばらつくのを防ぐことができる位に満たしてい
れば良いので、ｌｂ≒ｌａ／２×［ｔｂ×（ｔａ−ｔｃ） ］／［ｔａ×（ｔｃ−ｔｂ）
］と表すこともできる。これら前記の関係を満たす事で、溝から歪センサーチップ接続
部にかけてのベース板と歪センサーチップを合わせた剛性が、接続エリアのベース板の剛
性と略一致するので、両者への歪の配分が等しくなる。そのため、接続エリアにおける測
定対象物との接合部の位置が変化しても、歪の変換係数の変化を小さくすることができる
。歪センサーチップの測定対象物への取付け位置でばらつきが生じても、歪の変換係数が
ばらつくのを防ぐことができる。
【００２６】
本願発明の半導体歪センサーは、歪センサーチップ裏面とベース板表面は、金属はんだ
を用いて接合されていることが好ましい。
【００２７】
歪センサーチップは金属製のベース板に金属材料を用いて接合されるため、歪センサー
チップで発生した熱はセンサーチップ裏面を伝わりベース板に熱伝導し易くなる。また、
金属性のベース板は歪センサーチップより平面の面積も大きいため、熱の放散が効率良く
行われる。熱放散が良いので、歪センサーチップの温度上昇を防ぐことができるとともに
、ベース板と歪センサーチップの温度を均一に保ち易い。半導体歪センサーの温度を均一
化できることで、温度変化によるピエゾ抵抗係数の変化や、センサーチップとベース板と
の温度不均一による熱変形でピエゾ抵抗素子に加わる応力が変化するなどして起こる特性
変化を抑えることができる。また、歪センサーチップとベース板間は金属接合を用いてい
るので、クリープや劣化、変質を起こし難く特性の長期的安定性に優れている。
【００２８】
また、歪センサーチップが測定対象物と接するベース板まで導電性の材料で構成してい
るため、電気的ノイズに強い特徴もある。歪センサーチップと測定対象物の間に絶縁性の
材料が介在していると、測定対象物に電流が流れるなどして電位が変動した時に、歪セン
サーチップの各部位と測定対象物との間に寄生容量を持つ。寄生容量が発生すると電位も
変動し、ノイズが発生し易くなる。本願発明の半導体歪センサーでは、歪センサーチップ
のグランドを歪センサーチップ裏面を通して測定対象物に電気的に接続できるので、セン
サーチップのグランドが測定対象物の電位と一致して揺らぐため、ノイズが発生し難くで
きる。
【００２９】
本願発明の半導体歪センサーは、配線部は、ベース板上に樹脂接着されたフレキシブル
配線板と、フレキシブル配線板の配線と歪センサーチップの電極の間を電気的に接続する
金属ワイヤーと、少なくとも歪センサーチップの電極と金属ワイヤーを覆う樹脂で構成さ
れていることが好ましい。
【００３０】
フレキシブル配線板と歪センサーチップ間は、被覆されていない金属ワイヤーを、超音
波溶接や半田付けすることで、導通を得ることができる。金属ワイヤーはФ１０μｍから
Ф２００μｍ径の裸金線を用いることができる。金属ワイヤーとその接続部や電極を樹脂
で覆う事で、電気的な絶縁や外気からの絶縁を確保することができる。配線部だけでなく
歪センサーチップも樹脂で覆っても良いものである。フレキシブル配線板とそれを接着す
る接着剤の剛性が大きいと、フレキシブル配線板や接着剤のクリープや劣化、変質が半導
体歪センサー全体の剛性に影響する危険性がある。出来得る限りフレキシブル配線板や接
着剤の弾性率を小さくし体積も小さくすることが好ましい。
【００３１】
本願発明の半導体歪センサーは、配線部は、フレキシブル配線板の配線の一部が、歪セ
ンサーチップの電極に設けられた金属バンプに直接接続していることが好ましい。
【００３２】
歪センサーチップの電極に金属バンプを設けることで、フレキシブル配線板を直接歪セ
ンサーチップの表面に接続でき、フレキシブル配線板をベース板に接着する必要がない。
そのため、歪センサーチップ側方に配する接続エリアの設計自由度を上げることができる
。フレキシブル配線板は出来得る限り薄くして、半導体歪センサーの剛性に影響与えない
ようにすることが好ましい。
【００３３】
本願発明の半導体歪センサーは、配線部は、ベース板上に絶縁膜を介して形成されたベ
ース板電極と、ベース板電極と歪センサーチップの電極の間を電気的に接続する金属ワイ
ヤーと、少なくともベース板電極と金属ワイヤー、歪センサーチップの電極を覆う樹脂で
構成されていることが好ましい。
【００３４】
電極を有するベース板を用いることで、フレキシブル配線板を無くすことができる。ベ
ース板電極と歪センサーチップの電極間を金属ワイヤーで接続し、ベース板電極に被覆ワ
イヤーをはんだ付けすることで、歪センサーチップの電気信号をチップの外部に取り出す
ことができる。金属ワイヤーとその接続部や電極を樹脂で覆う事で、電気的な絶縁や外気
からの絶縁を確保することができる。
【００３５】
本願発明の半導体歪センサーは、半導体歪センサーのベース板の裏面と測定対象部材が
対向し、半導体歪センサーはベース板の接続エリアの少なくとも一部の領域が測定対象部
材に固着されるように取付けられることが好ましい。
【００３６】
ベース板の接続エリアの少なくとも一部の領域が測定対象部材に固着されていることが
必要である。測定対象物に歪が発生すると、それに伴う力は固着部を介してベース板に伝
わるので、固着部の面積が小さいと、固着部に力が集中して塑性変形する危険性がある。
測定したい歪範囲で固着部が塑性変形しないように固着部の面積を確保すれば、接続エリ
アの全域を固着する必要はない。勿論、接続エリア全域が測定対象部材と固着されていて
も構わない。接続エリア以外のベース板と測定対象部材は固着していなくとも良く、間隙
を有していても良いものである。歪センサーチップから発生する熱を効率良く放散させる
には、間隙を持たず密接していることが好ましい。
【００３７】
本願発明の半導体歪センサーは、半導体歪センサーと測定対象部材は、少なくとも２つ
以上の接続エリアで、各接続エリアは少なくとも一ヶ所以上の溶接部で固着されるように
取付けられることが好ましい。
【００３８】
溶接は、レーザー溶接や抵抗スポット溶接を用いることができる。測定対象部材が溶接
できるものに限られるが、溶接部にはクリープや劣化、変質が起こり難いため、長期的安
定性に優れる。溶接は接続エリアの材質と測定対象部の材質のみで行うこともできるが、
接続エリアと測定対象部の間にろう材のような金属を介することもできる。ハンディタイ
プのスポット溶接機を用いれば、既設の装置や構造物に対しても、本願発明の半導体歪セ
ンサーを容易に現場で取付けることができる。また、取付け時に歪センサーチップに直接
力を加えることがないので、歪センサーチップを破壊したり、不必要な歪を与えて歪セン
サーチップ特性を変化させたりする危険性を低くすることができる。
【００３９】
本願発明の半導体歪センサーは、半導体歪センサーと測定対象部材は、少なくとも２つ
以上の接続エリアで、各接続エリアは少なくとも一ヶ所以上のねじ部で固着されるように
取付けられることが好ましい。
【００４０】
測定対象物にネジ穴を形成する必要があるが、溶接ができない材質の測定対象物にも容
易に本願発明の半導体歪センサーを取付けることができる。また、半導体歪センサーの取
付けに、レーザー溶接機やスポット溶接機などの装置を必要としないため、狭い場所や高
い場所等での取付けが容易となる。
【発明の効果】
【００４１】
高感度な半導体歪ゲージを用いた歪センサーで、特性が長期間安定し、かつ歪センサー
チップの曲げ変形を防止して、測定対象物の歪に応じて歪センサーチップに生じる歪の変
換係数が、歪測定レンジにおいて安定な半導体歪センサーを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判り易くす
るため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。
【実施例１】
【００４３】
本願発明の第一実施例の半導体歪センサーの構造および製作方法について、図１と図２
を用いて以下説明する。図１は第一実施例の歪センサーを測定対象物に取付けた状態の平
面図で、図２は図１のｋ−ｋ’断面図である。ピエゾ抵抗素子（図示せず）が形成された
半導体歪ゲージとして機能するシリコン製の歪センサーチップ２を、金属製のベース板３
の略中央位置に金属接合材の金属はんだ４で固着した。ベース板３は図１のＸ方向に長い
長方形状とした。第１接続エリア１１と第２接続エリア１２の歪センサーチップ接続部１
５側の溝３０が形成される部位を、便宜上第１溝エリア３１と第２溝エリア３２と呼称す
る。Ｘ方向には歪センサーチップ２側から見ると、第１接続エリア１１、第１溝エリア３
１、歪センサーチップ接続部１５、第２溝エリア３２、第２接続エリア１２と並んでいる
。裏面から見ると、第１接続エリア１１、溝３０、突出部３５、溝３０、第２接続エリア
１２と並んでいる。歪センサーチップ接続部１５の表面に、歪センサーチップ２を金属は
んだ４で固着している。
【００４４】
歪センサーチップ２に近い側の溝３０の壁と歪センサーチップの側辺の位置を略一致さ
せているので、突出部のＸ方向の長さと歪センサーチップ接続部１５のＸ方向の長さ、歪
センサーチップ２のＸ方向の長さは略同じ値である。概略の寸法は次の通りである。ベー
ス板３はＹ方向６ｍｍ、Ｘ方向１４ｍｍで、Ｘ方向の第１接続エリア１１が５．７５ｍｍ
で内第１溝エリア３１が０．３ｍｍ、歪センサーチップ接続部１５が２．５ｍｍ、第２接
続エリア１２が５．７５ｍｍで内第２溝エリア３２が０．３ｍｍである。裏面の溝３０は
０．３ｍｍ、突出部３５が２．５ｍｍである。溝３０の深さｔｓは、０．１８ｍｍとした
。歪センサーチップ２は２．５ｍｍ角×０．１６ｍｍ厚である。ベース板３は、シリコン
と熱膨張係数の近い鉄５８−ニッケル４２合金で、厚みは０．３ｍｍとした。
【００４５】
歪センサーチップ２とベース板３の固着には金属はんだ接合を用いた。歪センサーチッ
プ２のベース板対向側面にＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの３層メタライズをスパッターにより形成し
、その上にＳｎ系の金属はんだ材料を蒸着により形成した。ベース板３の歪センサーチッ
プ対向側面にも、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕの３層メタライズをスパッターにより形成した。歪セ
ンサーチップ接続部１５の略中央部に歪センサーチップ２を位置合わせした後、金属はん
だを加熱溶融してベース板３に歪センサーチップ２を固着した。ベース板側の３層メタラ
イズは歪センサーチップが固着される部位だけで良いが、マスクスパッター等の手間を省
くためベース板全面に形成してもよい。
【００４６】
歪センサーチップ２の電極１６からの配線引き出しには、フレキシブル配線板５を用い
た。フレキシブル配線板５の先端の配線が露出している面と反対の面を、ベース板上のセ
ンサーチップ接合部のＹ方向に隣接した位置にエポキシ系樹脂接着剤を用いて接着した。
フレキシブル配線板５の配線と歪センサーチップの電極１６間は、Ф２０μｍの裸Ａｕワ
イヤー１７を超音波溶接で接続した。歪センサーチップの電極１６とＡｕワイヤー１７、
フレキシブル配線板５の配線を覆うようにカバー樹脂１８を塗布した。カバー樹脂１８は
熱硬化型樹脂を用いた。塗布する樹脂接着剤の弾性率が高い場合や、塗布厚を厚くせざる
を得ない場合は、樹脂による応力の不均一を無くすため、配線部だけではなく少なくとも
配線部の対称位置にも接着材を塗布することが良い。歪センサーチップ全体を覆う様に樹
脂を塗布することもできる。また、歪センサーのピエゾ抵抗素子は光の影響を受けるので
、光の影響を抑制したいときには歪センサーチップ全体を有色の樹脂で覆うのが望ましい
。
【００４７】
ベース板３上に歪センサーチップ２を金属はんだ４で接合し、配線を行った半導体歪セ
ンサー１を測定対象物６に取付けた。半導体歪センサー１を測定対象物６の所望の位置に
設置した後、第１接続エリア１１と第２接続エリア１２に、各１０点のスポット溶接を行
い、半導体歪センサー１を測定対象物６に固着した。１０点のスポット溶接は２列５行で
、溶接点１９はＹ方向に５点等間隔で３点目の溶接点がベース板のＹ方向の中心線上にな
る様にしている。
【００４８】
歪センサーチップ２には、Ｘ方向とＹ方向の歪を検出できるようにピエゾ抵抗素子が形
成されている。詳細は省略するが、複数のピエゾ抵抗素子を用いてブリッジ回路を形成し
、Ｘ方向とＹ方向の歪量に比例した出力が得られるように構成した。本実施例では、Ｘ方
向の歪量を測定するピエゾ抵抗素子のみを使用している。測定対象物６がＸ方向に引っ張
られて歪を発生すると、スポット溶接部を介して半導体歪センサーのベース板も引っ張ら
れ、ベース板３と歪センサーチップ２に歪が発生して、ピエゾ抵抗素子の抵抗変化により
、測定対象物の歪量に応じた電気信号出力が得られる。歪センサーチップ２が固着された
ベース板３全体は剛性が一様でないため、歪センサーチップ２に発生する歪量は測定対象
物の歪量と一致しないが、予め歪の変換係数を求めておくことで、実用的な歪センサーと
して用いることができる。
【００４９】
本願発明の第一実施例の半導体歪センサーは、ベース板に溝を形成したため、半導体歪
センサーの表裏の剛性バランスがよく、測定対象物のＸＹ平面方向の変形に対して半導体
歪センサーが面外（Ｚ方向）に曲げ変形してしまうのを防ぐことができる。そのため、測
定対象物の歪に応じて歪センサーチップに生じる歪の変換係数が、歪測定レンジにおいて
安定な半導体歪センサーを実現できた。
【００５０】
溝エリアで溝形成により薄くなったベース板の部分をリンク部３７と呼称する。歪セン
サーチップ接続部１５では、歪センサーチップが固着されている反対面側に突出部３５が
配置されているので、リンク部３７のＺ方向中心線からみて上下の剛性バランスがとれて
いる。例えば、測定対象物６が引っ張られて歪が発生したとき、溶接点１９を介してベー
ス板３に力が伝えられ、さらにリンク部３７を介して歪センサーチップ接続部１５に伝わ
る。本実施例の半導体歪センサー１では、歪センサーチップ接続部２のＺ方向の剛性バラ
ンスがリンク部３７に対して取れているので、リンク部３７に伝えられたＸ方向の力に対
して歪センサーチップ接続部１５がＺ方向に曲げ変形するのを防ぐことができる。これに
より、曲げ変形によってベース板３と測定対象物６の接触状態が変化することがなく、測
定レンジ内において、測定対象物６の歪に対する歪センサーチップ２の歪の変換係数が一
定な半導体歪センサーが実現できた。
【００５１】
歪センサーチップ２に対して、ベース板裏面の突出部３５で剛性バランスをとるには、
突出部の端部が歪センサーチップと一致していることが望ましいものである。歪センサー
チップに近い側の溝３０の壁と歪センサーチップの側辺の位置を一致させて、金属はんだ
で固着を行った。
【００５２】
また、歪センサーチップとベース板突出部の剛性が等しいことが望ましいので、ヤング
率とＺ方向厚さの積を概略一致させた。歪センサーチップ２のヤング率をＥｄ、厚さをｔ
ｄ、ベース板３のヤング率をＥｓ、突出部の高さ（溝の深さ）をｔｓとした時、Ｅｄ×ｔ
ｄ＝Ｅｓ×ｔｓとした。歪センサーチップ２はシリコンでＥｄ＝１６９ＧＰａ、ベース板
３は鉄−ニッケル合金でＥｓ＝１５０ＧＰａであるので、歪センサーチップ厚さｔｄ＝０
．１６ｍｍ、ｔｓ＝０．１８ｍｍとして、上記の関係を満たした。該半導体歪センサー１
の測定結果は、歪の変換係数は約０．６３で、歪測定レンジ±５００μεの範囲で歪の変
換係数は略一定であった。
【００５３】
本実施例の半導体歪センサー１は、測定対象物６への取付けのし易さも充分考慮してい
る。歪測定の目的は様々であり、また測定対象物の形状や大きさも様々である。測定対象
物が狭い場所や高い場所にあったり、設置場所から移動できないものなどもある。直接、
歪センサーチップの裏面を測定対象物６に金属接合できれば金属製のベース板を設ける必
要はない。直接測定対象物に金属接合するには、測定対象物表面にメタライズ形成するこ
とや、はんだ材料の加熱溶融が必要である。設置場所から移動できないような測定対象物
にメタライズ形成やはんだ材料の加熱溶融を行うのは非常に困難である。本願発明の半導
体歪センサーは、歪センサーチップが予めベース板に金属接合されており、フレキシブル
回路板配線も接続された、モジュールとなっている。本願発明の半導体歪センサーの接続
エリアを測定対象物に溶接するだけで、歪量の測定が可能となる。持ち運び可能なスポッ
ト抵抗溶接機も市販されているので、動かせない測定対象物に対しても、現場にスポット
抵抗溶接機を持ち込んで取付けが可能である。また、スポット抵抗溶接に限らず、レーザ
ー溶接やシーム溶接なども用いることができる。ベース板を介して測定対象物に歪センサ
ーチップを取付けるため、取付け作業時に歪センサーチップを破損したり、不必要な歪を
与えて特性を変化させてしまう危険性を低くできた。
【００５４】
接続エリアにおける溶接点は、歪センサーチップになるべく近い位置とすることが望ま
しい。図３に示す様に、第１接続エリア１１の最も歪センサーチップ２に近い溶接点１９
の位置を第１接続位置４１、第２接続エリア１２の最も歪センサーチップに近い溶接点１
９の位置を第２接続位置４２とする。測定対象物６に発生した歪に応じて、ベース板３は
第１接続位置４１と第２接続位置４２の間の領域が力を受け歪を発生する。第１接続位置
４１と第２接続位置４２を歪センサーチップ２に近づける程、力を受けるベース板３の領
域を短くできるので、ベース板が曲げ変形を起こし難くすることができる。
【００５５】
また、第１接続位置４１と第２接続位置４２との間において、接続エリアと溝エリア、
歪センサーチップ接続部では、それぞれの部位の断面の剛性が異なるので発生する歪も異
なる。接続位置４１，４２が変化する（ばらつく）と力を受ける接続エリアの領域が変化
するため歪の配分が変化し、歪センサーチップに発生する歪も変化してしまう。第１接続
位置４１と第２接続位置４２がばらつくと、歪の変換係数がばらついてしまう危険性があ
る。溝エリアと歪センサーチップ接続部との合計の剛性を、接続エリアの剛性と等しくな
るようにすることで、力を受ける接続エリアの長さが変化しても歪の配分が変わらないよ
うにできる。それにより、接続位置によらず歪の変換係数を一定にすることができる。
【００５６】
図３に示すように、歪センサーチップ接続部の厚さをｔａ、溝エリアのリンク部３７の
厚さをｔｂ、接続エリア（ベース板）の厚さをｔｃ、歪センサーチップ２のＸ方向長さを
ｌａ、溝エリアの長さをｌｂとした時次の式で示される。
ｌｂ＝ｌａ／２×［ｔｂ×（ｔａ−ｔｃ） ］／［ｔａ×（ｔｃ−ｔｂ） ］
ただし、歪センサーチップ２はベース板３とヤング率が異なるので、剛性が一致するよう
にベース板３に換算した厚さを用いる。本実施例では、歪センサーチップをベース板に換
算した厚さは０．１８ｍｍである。歪センサーチップ接続部の厚さｔａ＝０．４８ｍｍ、
溝エリアのリンク部３７の厚さｔｂ＝０．１２ｍｍ、接続エリア（ベース板）の厚さｔｃ
＝０．３ｍｍ、歪センサーチップの幅ｌａ＝２．５ｍｍであるので、前式より計算して溝
エリアの長さ（溝３０の幅）ｌｂを０．３ｍｍとした。
【００５７】
図４は、本実施例のベース板を歪センサーチップが固着される面の反対面の斜視図であ
る。第１溝エリア３１の溝３０と第２溝エリア３２の溝３０は、ベース板３０のＹ方向を
横断するように形成した。溝３０の形成は化学エッチングで行った。金属の機械切削加工
やプレス加工、ドライエッチング等を用いて形成することもできる。
【００５８】
図５に示すように、第１溝エリア３１の溝３０と第２溝エリア３２の溝３０をＸ方向に
つなぐ溝３０’を形成することができる。溝３０’の歪センサーチップに近い側の端部は
、歪センサーチップのＹ方向の側辺と一致するように形成した。歪センサーチップ接続部
で歪センサーチップからＹ方向に張り出したベース板の張出部２７では、歪センサーチッ
プが無いため表裏の剛性バランスが取れないため、張出部２７では曲げ変形が発生し易い
。溝３０に直交する溝３０’を形成することにより、張出部２７の曲げ変形が歪センサー
チップに伝わり難くなるので、歪センサーチップ２の曲げ変形を起こし難くすることがで
きた。
【００５９】
歪センサーチップ２から測定対象物６までの積層間に樹脂接着剤などの有機材料が介在
した場合、歪がかかった状態で長時間経過すると有機材料がクリープを起こして、歪検出
のゼロ点が変化してしまう問題があった。更に、有機材料の劣化や変質により歪の伝達が
阻害され、歪検出感度が変化してしまう問題もあった。本実施例の半導体歪センサーでは
、歪センサーチップとベース板の固着に金属はんだを用い、ベース板と測定対象物の取付
けに溶接を用いることで、有機材料に起因する前述のような特性変化を防止でき、センサ
ー特性の長期安定性に優れた歪センサーが得られた。固着に用いた金属材料に於いても微
小なクリープが発生する可能性があるが、樹脂接着剤を用いた場合に比較して格段の差が
有るので、長期安定性に対しては充分な効果がある。製品において長期安定性をそれほど
必要としない場合は、歪センサーチップのベース板への固着に樹脂接着材を用いてもよい
。金属はんだで固着する場合と比べて、メタライズが不要など工程を簡略化できる。
【００６０】
本願発明の第一実施例の半導体歪センサーは、歪センサーチップ２が金属製のベース板
３に金属材料を用いて固着されているので、歪センサーチップ２で発生した熱はベース板
に伝導して放熱され易い。ピエゾ抵抗素子は電気抵抗が高いため発熱し易く、また歪セン
サーチップ内にアンプ回路を形成した場合にはアンプ回路からも発熱する。本実施例の半
導体歪センサーは、前述のようにベース板３に熱を伝導して放熱し易いので、歪センサー
チップ２の温度上昇を最小限に抑えることができるだけでなく、ベース板と歪センサーチ
ップの温度を均一に保ち易い。これにより、温度変化によるピエゾ抵抗係数の変化や、歪
センサーチップとベース板との温度不均一による熱変形でピエゾ抵抗素子の応力が変化す
るなどして起こる特性変化を抑えることができた。
【実施例２】
【００６１】
本願発明の第二実施例の半導体歪センサーについて説明する。第一実施例と異なるのは
、測定対象物への取付け方法である。図６は第二実施例の歪センサーを測定対象物に取付
けた状態の平面図で、図７は図６のｍ―ｍ’断面図である。ベース板３の第１接続エリア
１１と第２接続エリア１２にボルト孔２３を形成し、半導体歪センサー１を測定対象物６
にボルト２４で固着した。測定対象物６にはボルト２４用のねじ穴２５を形成する必要が
あるが、第一実施例の測定対象物は溶接ができる材料に限られていたが、本実施例ではね
じ穴が形成できれば溶接ができないセラミック等にも適用できるものである。逆に、測定
対象物にボルトを取付けて、接続エリアのボルト孔２３に通してナットで固着することも
できる。
【実施例３】
【００６２】
本願発明の第三実施例の半導体歪センサーについて説明する。配線引出し方法が第一実
施例と異なる。図８は、第三実施例の半導体歪センサーの平面図である。ベース板３上に
絶縁膜４５を介してベース板電極４６を形成した。ベース板電極４６と歪センサーチップ
２の電極１６間をＡｕワイヤー１７で接続し、またベース板電極４６に被服配線４７の被
服を剥がした先端部をはんだ付けした。配線部を含め歪センサーチップ２を覆うようにカ
バー樹脂１８を塗布した。樹脂による応力が大きい場合は、カバー樹脂の塗布を配線部の
み、もしくは配線部と配線部の対称位置とすることもできる。本実施例によれば、予めベ
ース板電極４６を形成したベース板３を用いることで、フレキシブル配線板が不要になり
、フレキシブル配線板のベース板への接着など組立の工程が省ける。引出し配線数が少な
い場合に適した配線引き出し構造である。
【実施例４】
【００６３】
本願発明の第四実施例の半導体歪センサーについて説明する。接続エリアの配置および
、配線引き出し方法、溝が第一実施例と異なる。図９は半導体歪センサーを測定対象物に
取付けた状態の平面図で、図１０は図９のｎ−ｎ’断面図である。図９に示すように、Ｘ
方向にセンサーチップ接続部１５を挟む第１接続エリア１１と第２接続エリア１２に加え
て、Ｙ方向にセンサーチップ接続部１５を挟む様に、第３接続エリア１３と第４接続エリ
ア１４を配置した。また、センサーチップ接続部１５と各接続エリア間を分断するように
溝３０，３０’を形成した。第１接続エリア１１から第４接続エリア１４を、測定対象物
にスポット溶接を行い半導体歪センサー１を測定対象物６に固着した。測定対象物のＸ方
向に加わる歪は第１接続エリア１１と第２接続エリア１２を介して歪センサーチップ２に
歪が伝達し、Ｙ方向に加わる歪は第３接続エリア１３と第４接続エリア１４を介して歪セ
ンサーチップ２に歪が伝達し、測定対象物に加わった歪量を検出することができる。
【００６４】
本実施例に用いたベース板を歪センサーチップの固着面の反対面側の斜視図を図１１に
示す。ベース板３は略正方形とし、第１接続エリア１１および第２接続エリア１２と歪セ
ンサーチップ接続部１５との間に溝３０をＹ方向に横断するように形成した。Ｙ方向の歪
検出に対応して第３接続エリア１３および第４接続エリア１４と歪センサーチップ接続部
１５との間に溝３０’をＸ方向に横断するように形成した。４本の溝の歪センサーチップ
に近い側の溝壁面で囲まれた突出部３５の外形を、歪センサーチップ２の外形と同じとし
、突出部３５の形成位置に合わせて歪センサーチップ２を反対面側に金属はんだで固着し
た。
【００６５】
歪センサーチップの全周を取り囲むように第１接続エリア１１から第４接続エリア１４
が形成されているので、フレキシブル配線板５を歪センサーチップ２上に配置した。歪セ
ンサーチップの電極に金属バンプ２６を形成し、フレキシブル配線板５を接続した。フレ
キシブル配線板の応力の影響を低減するため、歪センサーチップ２の片側にフレキシブル
配線板を設けるのではなく、歪センサーチップ２を覆うようにフレキシブル配線板５を配
した。フレキシブル配線板５と歪センサーチップ２間の隙間にはカバー樹脂１８を塗布し
た。カバー樹脂１８はエポキシ樹脂を用いた。カバー樹脂１８は配線部の電気的絶縁と外
気との絶縁だけでなく、フレキシブル配線板と歪センサーチップ間の接合力増強の働きも
果たすものである。フレキシブル配線板を歪センサーチップ上に配置したので、第１接続
エリア１１から第４接続エリア１４と測定対象物６の溶接の際、フレキシブル配線板５が
溶接作業の邪魔になるようなことはなかった。
【実施例５】
【００６６】
第四実施例の半導体歪センサーは、トルク検出にも適している。トルク検出の一例を図
１２に示す。トルクが加わる円柱状部材７を測定対象物とし、円柱状部材の円柱側面に切
欠き溝８を形成し、溝底の平坦部に第四実施例の半導体歪センサー１を取付けた。本実施
例の半導体歪センサーは、歪センサーチップの周囲４ヶ所の接続エリアで測定対象物に溶
接で固着した。Ｘ方向もＹ方向も歪を伝達するので、測定対象物のねじりによるせん断歪
が歪センサーチップ２にも伝達し、トルクに比例したせん断歪を計算を行い求めることが
できた。本実施例では、歪センサーチップ内のピエゾ抵抗素子は、Ｘ方向とＹ方向と平行
に配している。しかし、予めＸ方向とＹ方向に対し４５度にピエゾ抵抗素子を配した歪セ
ンサーチップを用いれば、せん断方向の歪を直接測定することができる。
【実施例６】
【００６７】
本願発明の第六実施例の半導体歪センサーについて説明する。表裏の剛性バランスをさ
らに向上させたベース板の構造が第一実施例と異なる。図１３は本実施例の半導体歪セン
サー１を測定対象物に取付けた状態の平面図で、図１４は図１３のｋ−ｋ’断面図である
。図１５にベース板３の表と裏側の斜視図を示す。図１５ａ）に、測定対象物６と対向す
る面（裏面）の斜視図を示す。第一実施例では、歪センサーチップが固着された部分では
、半導体歪センサーの表裏の剛性バランスが一致するが、歪センサーチップにＹ方向に張
り出した部分や接続エリアでは、リンク部の中心線に対して表裏の剛性がバランスしてい
ない。バランスしていない部分で曲げが発生して、歪センサーチップの変形にも少なから
ず影響を及ぼす。本実施例では、歪センサーチップが固着された部分と溝エリア以外の部
分でも表裏の剛性バランスをとるため、ベース板表面側に、裏面の溝と歪センサーチップ
接続部を含む領域と略一致した形状で、裏面の溝と同じ深さの凹部を設け、凹部の底面に
歪センサーチップ裏面を金属はんだで接合した。図１４の半導体歪センサー１の厚み方向
の中心線ｐ−ｐ’に対し、線対称の形状としている。金属はんだ４の厚みは歪センサーチ
ップ２の厚みｔｄに比べ極薄いため、金属はんだの厚みは歪センサーチップに厚みｔｄに
含めている。
【００６８】
図１５ａ）に、測定対象物６と対向する面（裏面）の斜視図を示す。ベース板３のＹ方
向に横断する２本の溝３０と、２本の溝３０を繋ぐようにＸ方向に２本の溝３０’が形成
されている。溝で囲まれた領域が突出部３５となる。図１５ｂ）は、歪センサーチップが
固着される面（表面）の斜視図である。裏面と同じ位置に溝３０と溝３０’が形成され、
溝で囲まれた部分は除去され凹部３９を形成する。形成された凹部３９の深さは、凹部を
囲む溝の深さと同じである。
【００６９】
凹部３９の底面の破線で囲んだ箇所に、突出部３５の形成位置に合わせ、歪センサーチ
ップを金属はんだで固着した。凹部３９の底面に歪センサーチップを固着することで、ベ
ース板全体の表裏の剛性バランスを等しくすることができた。ベース板全体に渡り、表裏
の剛性バランスを等しくできたので、ベース板３の曲げ変形が防止でき、測定対象物の歪
を歪センサーチップ表面に正しく再現できた。しかし、ベース板の表裏に溝を加工するた
め加工の工数が増え製造コストが上がってしまう。また、歪センサーチップの厚み分ベー
ス板が厚くなり剛性が増加するため、測定対象物の歪そのものに与える影響が増加する問
題がある。第一実施例の構成で十分な特性が得られる場合は、第一実施例のベース板形状
用いることが好ましい。
【００７０】
本願発明の歪センサーの配線手段については、第一から第六実施例に示した構成に限ら
れたものではなく、例えばベース板上に絶縁膜を介して形成したベース板電極に対し、フ
レキシブル配線板の配線の一部を異方性導電接着剤を用いて電気的に接続する方法など、
様々な方法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第一実施例の半導体歪センサーの実装状態の平面図である。
【図２】一実施例の半導体歪センサーの実装状態の断面図である。
【図３】第一実施例の半導体歪センサーの寸法記号を表す断面図である。
【図４】第一実施例に用いたベース板の斜視図である。
【図５】第一実施例に用いたベース板の変形例の斜視図である。
【図６】第二実施例の半導体歪センサーの実装状態の平面図である。
【図７】第二実施例の半導体歪センサーの実装状態の断面図である。
【図８】第三実施例の半導体歪センサーの実装状態の平面図である。
【図９】第四実施例の半導体歪センサーの実装状態の平面図である。
【図１０】第四実施例の半導体歪センサーの実装状態の断面図である。
【図１１】第四実施例に用いたベース板の斜視図である。
【図１２】第五実施例の半導体歪センサーを用いたトルク測定の例を示す斜視図である。
【図１３】第六実施例の半導体歪センサーの実装状態の平面図である。
【図１４】第六実施例の半導体歪センサーの実装状態の断面図である。
【図１５】第六実施例に用いたベース板の斜視図である。
【図１６】従来品の歪センサーの外観を示す図である。
【図１７】歪センサーの歪変換係数の概念を説明する図である。
【図１８】従来品の歪センサーの曲げ変形の課題を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 半導体歪センサー、
２ 歪センサーチップ、
３ ベース板、
４ 金属はんだ、
５ フレキシブル配線板、
６ 測定対象物、
７ 円柱状部材、
８ 切欠き溝、
１１ 第１接続エリア、
１２ 第２接続エリア、
１３ 第３接続エリア、
１４ 第４接続エリア、
１５ 歪センサーチップ接続部、
１６ 電極、
１７ ワイヤー、
１８ カバー樹脂、
１９ 溶接点、
２３ ボルト孔、
２４ ボルト、
２５ ねじ穴、
２６ 金属バンプ、
２７ 張出部、
３０，３０’ 溝、
３１ 第一溝エリア、
３２ 第二溝エリア、
３３ 第三溝エリア、
３４ 第四溝エリア、
３５ 突出部、
３７ リンク部、
３９ 凹部、
４１ 第一接続位置、
４２ 第二接続位置、
４５ 絶縁層、
４６ ベース板電極、
４７ 被覆電線、
５１ 半導体歪ゲージ、
５２ 歪センサーチップ、
５３ 配線、
５４ ポリイミドフィルム、
５６ 歪検出センサー、
５７ ガラス製台座、
５８ 低融点ガラス、
５９ 歪検出部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の歪や応力の測定に用いられる歪センサーで、特に半導体歪ゲージを
用いた半導体歪センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造物の歪や応力の計測には、ストレインゲージと称される歪ゲージが多く用いられて
いる。歪ゲージは、Ｃｕ−Ｎｉ系合金やＮｉ−Ｃｒ系合金の金属薄膜の配線パターンを、
可撓性のあるポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆った構造であり、歪ゲージを被測定
物に接着剤で接着して使用する。金属薄膜が歪を受けて変形した時の抵抗変化から、歪量
を算出することができる。
【０００３】
検知部を金属薄膜ではなく、シリコンなどの半導体に不純物をドープして形成した半導
体ピエゾ抵抗を利用した半導体歪ゲージがある。半導体歪ゲージは、歪に対する抵抗変化
率が金属薄膜を用いた歪ゲージの数１０倍と大きく、微小な歪を測定することが可能であ
る。また、金属薄膜の歪ゲージでは、抵抗変化が小さいため得られる電気信号を増幅する
必要があり、そのため外部のアンプが必要となる。半導体歪ゲージは抵抗変化が大きいた
め、得られた電気信号を外部のアンプを用いずに使用することもでき、また半導体歪ゲー
ジのチップにアンプ回路を作りこむことも可能であるため、歪センサーの用途や使用上の
利便性が大きく広がると期待される。本明細書では、歪センサーと歪ゲージを同義に使用
している。
【０００４】
半導体歪ゲージは、従来の半導体製造技術を用いて、シリコンウエハー上に不純物ドー
プや配線を形成した後、チップ化することで得られる。このチップ（以下歪センサーチッ
プと呼ぶ）に、測定対象物の歪が正しく伝わることが重要であり、歪センサーチップのモ
ジュール化と測定対象物への取付けがポイントとなる。
【０００５】
特許文献１には、半導体歪ゲージを実用的なモジュールにした構造が開示されている。
図１６ａ）に、半導体歪ゲージの斜視図を示す。シリコンウエハー表面に半導体歪ゲージ
を形成した後、シリコンウエハーを数μｍの厚さまでエッチングした後、チップ化し歪セ
ンサーチップ５２を得る。配線５３を形成しポリイミドフィルム５４で挟んで半導体歪ゲ
ージ５１を得ている。歪センサーチップ５２と配線５３をモジュール化しているので、従
来の歪ゲージのように半導体歪ゲージを扱えるものである。
【０００６】
特許文献２には、歪センサーチップ５２をガラス製の台座５７に低融点ガラス５８を用
いて接合した歪検出センサー５６が開示されている。図１６ｂ）に、歪検出センサーの側
面図を示す。ガラス製の台座を測定対象物にボルト止めなどで固定する。歪センサーチッ
プ５２とガラス製台座５７間とガラス製台座５７間と測定対象物間には、樹脂接着剤がな
いため、接着樹脂と歪検出センサー間の熱膨張係数の違いによって発生する温度ドリフト
を抑えることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２６４１８８号 公報
【特許文献２】特開２００１−２７２２８７号 公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の半導体歪ゲージは、従来の金属薄膜を用いた歪ゲージと同様、樹脂接着剤
を用いて測定対象物に貼り付けて使用することができる。樹脂接着剤を用いるため、樹脂
接着剤が変質や劣化すると、感度やゼロ点が変化し易くなる問題があった。これは、長期
間使用する時には特性の安定性の点で課題となるものである。高感度な半導体歪ゲージを
用いているので、特性変化の影響はより顕著に現れることになる。
【０００９】
特許文献２の歪検出センサーは、樹脂接着剤を用いないため、特許文献１に比べれば長
期的安定性は良いと考えられる。しかし、測定対象物に発生した歪の、歪センサーチップ
への伝わり方に課題がある。組立時の取り扱いを考えると歪センサーチップ５２はある程
度の厚さが必要で、その厚さのため歪センサーチップ自体が無視できない剛性を有してい
る。そのため、歪センサーチップ５２が接合された台座５７全体は、剛性が一様ではない
。図１７ａ）に示すように、特許文献２の歪検出センサーをボルト２４で測定対象物６に
取付けた構造において、例えば測定対象物６に矢印で示す方向に引張の歪が加えられた場
合、ボルト間の変位に伴ってボルト２４から台座５７に力が伝えられる。それにより台座
全体に発生する歪は、歪センサーチップ５２が有する剛性の影響で一様にはならず、歪検
出部５９のある歪センサーチップ表面に発生する歪は、測定対象物６の歪とは異なってし
まう。
【００１０】
測定対象物６の歪に対する歪センサーチップ５２の歪が、図１７ｂ）に示すように、必
要な測定レンジ範囲内で比例の関係を有していれば、グラフの傾きである歪の変換係数を
用いて、歪センサーチップで検出される歪値から測定対象物の歪を求めることができる。
実際には、歪センサー出力はピエゾ抵抗変化による電圧の出力変化などで得られ、センサ
ー感度であるゲージ率を掛けて歪検出部５９の歪が求められ、それに上記歪の変換係数を
掛けることで測定対象物６の歪が求められる。
【００１１】
特許文献２では、単純な板状の台座５７に歪センサーチップ５２を低融点ガラス５８で
接合しており、歪センサーチップが接合された領域では、歪センサーチップが接合された
面側に剛性が偏っている。そのため、図１８に示すように例えば測定対象物６に矢印で示
す方向の変位に追従して台座５７が引っ張られたとき、台座５７に曲げ変形が発生してし
まう。曲げ変形が発生すると歪センサーチップの厚み方向に歪の勾配が発生し、歪センサ
ーチップ表面の歪検出部５９の歪は、測定対象物６の歪と著しく異なってしまう。極端な
場合には、台座が引っ張られるほど歪検出部５９に圧縮歪が発生してしまう。これは、測
定対象物６の平面歪を、歪センサーチップ５２の曲げに変換して検出していることになり
、歪の変換係数が小さいと感度が低下してしまうことになる。歪センサーチップ５２に曲
げ変形が発生すると、台座５７と測定対象物６との接触状態の変化などが関与して非線形
の挙動を示し、測定レンジ内で歪の変換係数を一定に保ち難くなるだけではなく、歪セン
サー間の変換係数のばらつきも大きくなってしまう。歪センサーチップ２の厚みに対し台
座５７の厚みを十分に厚くすることで、この様な課題は低減するが、台座を含むセンサモ
ジュール全体の剛性が高くなるため、測定対象物の変形そのものへの影響が大きくなって
しまう。
【００１２】
本願発明の目的は、高感度な半導体歪ゲージを用いた歪センサーで、特性が長期間安定
し、かつ歪センサーチップの曲げ変形を防止して、測定対象物の歪に応じて歪センサーチ
ップに生じる歪の変換係数が、歪測定レンジにおいて安定な半導体歪センサーを提供する
ことである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明の半導体歪センサーは、半導体基板にピエゾ抵抗素子を形成した歪センサーチ
ップと、ベース板と、前記歪センサーチップの電極から外部に配線を引き出す配線部とを
有し、歪センサーチップ裏面とベース板表面は歪センサーチップ接続部で接合され、歪セ
ンサーチップの側方に張り出したベース板に、測定対象物と固着する少なくとも２つ以上
の接続エリアを有する半導体歪センサーであって、ベース板の裏面に歪センサーチップの
側辺部に側辺長以上の長さで、歪センサーチップ接続部と接続エリアを分断する溝が形成
されていることが好ましい。
【００１４】
２つの接続エリアと歪センサーチップ接続部をつなぐ方向（以降、Ｘ方向と称す）の断
面で見たときに、ベース板の歪センサーチップ接続面の反対面に、溝で挟まれた部分が突
出した構造となり、この突出部が歪センサーチップの裏面にあることで、溝部と歪センサ
ーチップ接合部を含む領域が、表裏対称に近い構造となる。表裏対称とすることで、表裏
の剛性バランスを改善できるので、接続エリアからベース板に歪が伝えられた時に、歪セ
ンサーチップが曲げ変形を起こし難くなり、歪の変換係数を安定させることができる。
【００１５】
本願発明の半導体歪センサーは、歪センサーチップ接続部と接続エリアを分断する溝は
、少なくとも歪センサーチップの歪検出方向に対し直角方向に、歪センサーチップ接続部
の両側に形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、２つの接続エリアと歪センサーチップを結ぶ方向に垂直な方向（以降、Ｙ方向と
称す）において、ベース板の両端間を横断して溝が形成されていることが好ましい。ベー
ス板の歪センサーチップからＹ方向へ張り出した部分では、歪センサーチップが無いため
表裏の剛性バランスが悪く、曲げ変形が起こり易い。溝をＹ方向に横断して形成しておく
ことで、接続エリアからセンサーチップ側部に連続して曲げ変形することを防げるので、
曲げ変形の影響を低減することができる。
【００１７】
歪センサーチップのＹ方向の側部に、歪センサーチップの側面に沿ってＸ方向に伸びる
溝を形成することで、ベース板の歪センサーチップからＹ方向に張り出した部分の曲げ変
形の影響をさらに軽減できる。ベース板に歪センサーチップの側辺に沿って井桁状に溝を
形成した構造となる。
【００１８】
本願発明の半導体歪センサーは、歪センサーチップに近い側の溝壁と歪センサーチップ
の側辺の位置が略一致していることが好ましい。
【００１９】
歪センサーチップに近い側の溝壁と歪センサーチップの側辺の位置を合わせる事で、ベ
ース板の溝に挟まれた突出部の形状が歪センサーチップの形状と一致するので、表裏の剛
性バランスをより一致させることができる。
【００２０】
本願発明の半導体歪センサーは、ベース板のヤング率Ｅｓと歪センサーチップのヤング
率Ｅｄ、歪センサーチップの厚さｔｄ、溝の深さｔｓが、ｔｓ×Ｅｓ＝ｔｄ×Ｅｄである
ことが好ましい。
【００２１】
ｔｓ×Ｅｓ＝ｔｄ×Ｅｄの関係を完全に満たす必要はなく、表裏の剛性バランスが得ら
れる位に満たしていれば良いので、ｔｓ×Ｅｓ≒ｔｄ×Ｅｄと表すこともできる。これら
の関係を満たす事で、ベース板の溝に挟まれた突出部の剛性が、歪センサーチップの剛性
と一致するので、表裏の剛性バランスをより向上させることができる。
【００２２】
本願発明の半導体歪センサーは、ベース板表面側に、裏面の溝と歪センサーチップ接続
部を含む領域と略一致した形状で、裏面の溝と同じ深さの凹部を設け、凹部の底面に歪セ
ンサーチップ裏面を接合することが好ましい。
【００２３】
溝と歪センサーチップ接合部以外の部分においても、ベース板の表裏の剛性バランスが
改善されるので、ベース板全域にわたって曲げ変形を起こし難くできる。
【００２４】
本願発明の半導体歪センサーは、２つの接続エリアと歪センサーチップ接続部が連続す
る方向の断面において、歪センサーチップの接続部での歪センサーチップとベース板を合
わせた厚さｔａ、溝部のベース板厚さｔｂ、接続エリアのベース板厚さｔｃ、歪センサー
チップの長さｌａ、溝の幅ｌｂが、ｌｂ＝ｌａ／２×［ｔｂ×（ｔａ−ｔｃ） ］／［ｔ
ａ×（ｔｃ−ｔｂ） ］であることが好ましい。
【００２５】
ｌｂ＝ｌａ／２×［ｔｂ×（ｔａ−ｔｃ） ］／［ｔａ×（ｔｃ−ｔｂ） ］の関係を
完全に満たす必要はなく、歪の変換係数がばらつくのを防ぐことができる位に満たしてい
れば良いので、ｌｂ≒ｌａ／２×［ｔｂ×（ｔａ−ｔｃ） ］／［ｔａ×（ｔｃ−ｔｂ）
］と表すこともできる。これら前記の関係を満たす事で、溝から歪センサーチップ接続
部にかけてのベース板と歪センサーチップを合わせた剛性が、接続エリアのベース板の剛
性と略一致するので、両者への歪の配分が等しくなる。そのため、接続エリアにおける測
定対象物との接合部の位置が変化しても、歪の変換係数の変化を小さくすることができる
。歪センサーチップの測定対象物への取付け位置でばらつきが生じても、歪の変換係数が
ばらつくのを防ぐことができる。
【００２６】
本願発明の半導体歪センサーは、歪センサーチップ裏面とベース板表面は、金属はんだ
を用いて接合されていることが好ましい。
【００２７】
歪センサーチップは金属製のベース板に金属材料を用いて接合されるため、歪センサー
チップで発生した熱はセンサーチップ裏面を伝わりベース板に熱伝導し易くなる。また、
金属性のベース板は歪センサーチップより平面の面積も大きいため、熱の放散が効率良く
行われる。熱放散が良いので、歪センサーチップの温度上昇を防ぐことができるとともに
、ベース板と歪センサーチップの温度を均一に保ち易い。半導体歪センサーの温度を均一
化できることで、温度変化によるピエゾ抵抗係数の変化や、センサーチップとベース板と
の温度不均一による熱変形でピエゾ抵抗素子に加わる応力が変化するなどして起こる特性
変化を抑えることができる。また、歪センサーチップとベース板間は金属接合を用いてい
るので、クリープや劣化、変質を起こし難く特性の長期的安定性に優れている。
【００２８】
また、歪センサーチップが測定対象物と接するベース板まで導電性の材料で構成してい
るため、電気的ノイズに強い特徴もある。歪センサーチップと測定対象物の間に絶縁性の
材料が介在していると、測定対象物に電流が流れるなどして電位が変動した時に、歪セン
サーチップの各部位と測定対象物との間に寄生容量を持つ。寄生容量が発生すると電位も
変動し、ノイズが発生し易くなる。本願発明の半導体歪センサーでは、歪センサーチップ
のグランドを歪センサーチップ裏面を通して測定対象物に電気的に接続できるので、セン
サーチップのグランドが測定対象物の電位と一致して揺らぐため、ノイズが発生し難くで
きる。
【００２９】
本願発明の半導体歪センサーは、配線部は、ベース板上に樹脂接着されたフレキシブル
配線板と、フレキシブル配線板の配線と歪センサーチップの電極の間を電気的に接続する
金属ワイヤーと、少なくとも歪センサーチップの電極と金属ワイヤーを覆う樹脂で構成さ
れていることが好ましい。
【００３０】
フレキシブル配線板と歪センサーチップ間は、被覆されていない金属ワイヤーを、超音
波溶接や半田付けすることで、導通を得ることができる。金属ワイヤーはФ１０μｍから
Ф２００μｍ径の裸金線を用いることができる。金属ワイヤーとその接続部や電極を樹脂
で覆う事で、電気的な絶縁や外気からの絶縁を確保することができる。配線部だけでなく
歪センサーチップも樹脂で覆っても良いものである。フレキシブル配線板とそれを接着す
る接着剤の剛性が大きいと、フレキシブル配線板や接着剤のクリープや劣化、変質が半導
体歪センサー全体の剛性に影響する危険性がある。出来得る限りフレキシブル配線板や接
着剤の弾性率を小さくし体積も小さくすることが好ましい。
【００３１】
本願発明の半導体歪センサーは、配線部は、フレキシブル配線板の配線の一部が、歪セ
ンサーチップの電極に設けられた金属バンプに直接接続していることが好ましい。
【００３２】
歪センサーチップの電極に金属バンプを設けることで、フレキシブル配線板を直接歪セ
ンサーチップの表面に接続でき、フレキシブル配線板をベース板に接着する必要がない。
そのため、歪センサーチップ側方に配する接続エリアの設計自由度を上げることができる
。フレキシブル配線板は出来得る限り薄くして、半導体歪センサーの剛性に影響与えない
ようにすることが好ましい。
【００３３】
本願発明の半導体歪センサーは、配線部は、ベース板上に絶縁膜を介して形成されたベ
ース板電極と、ベース板電極と歪センサーチップの電極の間を電気的に接続する金属ワイ
ヤーと、少なくともベース板電極と金属ワイヤー、歪センサーチップの電極を覆う樹脂で
構成されていることが好ましい。
【００３４】
電極を有するベース板を用いることで、フレキシブル配線板を無くすことができる。ベ
ース板電極と歪センサーチップの電極間を金属ワイヤーで接続し、ベース板電極に被覆ワ
イヤーをはんだ付けすることで、歪センサーチップの電気信号をチップの外部に取り出す
ことができる。金属ワイヤーとその接続部や電極を樹脂で覆う事で、電気的な絶縁や外気
からの絶縁を確保することができる。
【００３５】
本願発明の半導体歪センサーは、半導体歪センサーのベース板の裏面と測定対象部材が
対向し、半導体歪センサーはベース板の接続エリアの少なくとも一部の領域が測定対象部
材に固着されるように取付けられることが好ましい。
【００３６】
ベース板の接続エリアの少なくとも一部の領域が測定対象部材に固着されていることが
必要である。測定対象物に歪が発生すると、それに伴う力は固着部を介してベース板に伝
わるので、固着部の面積が小さいと、固着部に力が集中して塑性変形する危険性がある。
測定したい歪範囲で固着部が塑性変形しないように固着部の面積を確保すれば、接続エリ
アの全域を固着する必要はない。勿論、接続エリア全域が測定対象部材と固着されていて
も構わない。接続エリア以外のベース板と測定対象部材は固着していなくとも良く、間隙
を有していても良いものである。歪センサーチップから発生する熱を効率良く放散させる
には、間隙を持たず密接していることが好ましい。
【００３７】
本願発明の半導体歪センサーは、半導体歪センサーと測定対象部材は、少なくとも２つ
以上の接続エリアで、各接続エリアは少なくとも一ヶ所以上の溶接部で固着されるように
取付けられることが好ましい。
【００３８】
溶接は、レーザー溶接や抵抗スポット溶接を用いることができる。測定対象部材が溶接
できるものに限られるが、溶接部にはクリープや劣化、変質が起こり難いため、長期的安
定性に優れる。溶接は接続エリアの材質と測定対象部の材質のみで行うこともできるが、
接続エリアと測定対象部の間にろう材のような金属を介することもできる。ハンディタイ
プのスポット溶接機を用いれば、既設の装置や構造物に対しても、本願発明の半導体歪セ
ンサーを容易に現場で取付けることができる。また、取付け時に歪センサーチップに直接
力を加えることがないので、歪センサーチップを破壊したり、不必要な歪を与えて歪セン
サーチップ特性を変化させたりする危険性を低くすることができる。
【００３９】
本願発明の半導体歪センサーは、半導体歪センサーと測定対象部材は、少なくとも２つ
以上の接続エリアで、各接続エリアは少なくとも一ヶ所以上のねじ部で固着されるように
取付けられることが好ましい。
【００４０】
測定対象物にネジ穴を形成する必要があるが、溶接ができない材質の測定対象物にも容
易に本願発明の半導体歪センサーを取付けることができる。また、半導体歪センサーの取
付けに、レーザー溶接機やスポット溶接機などの装置を必要としないため、狭い場所や高
い場所等での取付けが容易となる。
【発明の効果】
【００４１】
高感度な半導体歪ゲージを用いた歪センサーで、特性が長期間安定し、かつ歪センサー
チップの曲げ変形を防止して、測定対象物の歪に応じて歪センサーチップに生じる歪の変
換係数が、歪測定レンジにおいて安定な半導体歪センサーを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判り易くす
るため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。
【実施例１】
【００４３】
本願発明の第一実施例の半導体歪センサーの構造および製作方法について、図１と図２
を用いて以下説明する。図１は第一実施例の歪センサーを測定対象物に取付けた状態の平
面図で、図２は図１のｋ−ｋ’断面図である。ピエゾ抵抗素子（図示せず）が形成された
半導体歪ゲージとして機能するシリコン製の歪センサーチップ２を、金属製のベース板３
の略中央位置に金属接合材の金属はんだ４で固着した。ベース板３は図１のＸ方向に長い
長方形状とした。第１接続エリア１１と第２接続エリア１２の歪センサーチップ接続部１
５側の溝３０が形成される部位を、便宜上第１溝エリア３１と第２溝エリア３２と呼称す
る。Ｘ方向には歪センサーチップ２側から見ると、第１接続エリア１１、第１溝エリア３
１、歪センサーチップ接続部１５、第２溝エリア３２、第２接続エリア１２と並んでいる
。裏面から見ると、第１接続エリア１１、溝３０、突出部３５、溝３０、第２接続エリア
１２と並んでいる。歪センサーチップ接続部１５の表面に、歪センサーチップ２を金属は
んだ４で固着している。
【００４４】
歪センサーチップ２に近い側の溝３０の壁と歪センサーチップの側辺の位置を略一致さ
せているので、突出部のＸ方向の長さと歪センサーチップ接続部１５のＸ方向の長さ、歪
センサーチップ２のＸ方向の長さは略同じ値である。概略の寸法は次の通りである。ベー
ス板３はＹ方向６ｍｍ、Ｘ方向１４ｍｍで、Ｘ方向の第１接続エリア１１が５．７５ｍｍ
で内第１溝エリア３１が０．３ｍｍ、歪センサーチップ接続部１５が２．５ｍｍ、第２接
続エリア１２が５．７５ｍｍで内第２溝エリア３２が０．３ｍｍである。裏面の溝３０は
０．３ｍｍ、突出部３５が２．５ｍｍである。溝３０の深さｔｓは、０．１８ｍｍとした
。歪センサーチップ２は２．５ｍｍ角×０．１６ｍｍ厚である。ベース板３は、シリコン
と熱膨張係数の近い鉄５８−ニッケル４２合金で、厚みは０．３ｍｍとした。
【００４５】
歪センサーチップ２とベース板３の固着には金属はんだ接合を用いた。歪センサーチッ
プ２のベース板対向側面にＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの３層メタライズをスパッターにより形成し
、その上にＳｎ系の金属はんだ材料を蒸着により形成した。ベース板３の歪センサーチッ
プ対向側面にも、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕの３層メタライズをスパッターにより形成した。歪セ
ンサーチップ接続部１５の略中央部に歪センサーチップ２を位置合わせした後、金属はん
だを加熱溶融してベース板３に歪センサーチップ２を固着した。ベース板側の３層メタラ
イズは歪センサーチップが固着される部位だけで良いが、マスクスパッター等の手間を省
くためベース板全面に形成してもよい。
【００４６】
歪センサーチップ２の電極１６からの配線引き出しには、フレキシブル配線板５を用い
た。フレキシブル配線板５の先端の配線が露出している面と反対の面を、ベース板上のセ
ンサーチップ接合部のＹ方向に隣接した位置にエポキシ系樹脂接着剤を用いて接着した。
フレキシブル配線板５の配線と歪センサーチップの電極１６間は、Ф２０μｍの裸Ａｕワ
イヤー１７を超音波溶接で接続した。歪センサーチップの電極１６とＡｕワイヤー１７、
フレキシブル配線板５の配線を覆うようにカバー樹脂１８を塗布した。カバー樹脂１８は
熱硬化型樹脂を用いた。塗布する樹脂接着剤の弾性率が高い場合や、塗布厚を厚くせざる
を得ない場合は、樹脂による応力の不均一を無くすため、配線部だけではなく少なくとも
配線部の対称位置にも接着材を塗布することが良い。歪センサーチップ全体を覆う様に樹
脂を塗布することもできる。また、歪センサーのピエゾ抵抗素子は光の影響を受けるので
、光の影響を抑制したいときには歪センサーチップ全体を有色の樹脂で覆うのが望ましい
。
【００４７】
ベース板３上に歪センサーチップ２を金属はんだ４で接合し、配線を行った半導体歪セ
ンサー１を測定対象物６に取付けた。半導体歪センサー１を測定対象物６の所望の位置に
設置した後、第１接続エリア１１と第２接続エリア１２に、各１０点のスポット溶接を行
い、半導体歪センサー１を測定対象物６に固着した。１０点のスポット溶接は２列５行で
、溶接点１９はＹ方向に５点等間隔で３点目の溶接点がベース板のＹ方向の中心線上にな
る様にしている。
【００４８】
歪センサーチップ２には、Ｘ方向とＹ方向の歪を検出できるようにピエゾ抵抗素子が形
成されている。詳細は省略するが、複数のピエゾ抵抗素子を用いてブリッジ回路を形成し
、Ｘ方向とＹ方向の歪量に比例した出力が得られるように構成した。本実施例では、Ｘ方
向の歪量を測定するピエゾ抵抗素子のみを使用している。測定対象物６がＸ方向に引っ張
られて歪を発生すると、スポット溶接部を介して半導体歪センサーのベース板も引っ張ら
れ、ベース板３と歪センサーチップ２に歪が発生して、ピエゾ抵抗素子の抵抗変化により
、測定対象物の歪量に応じた電気信号出力が得られる。歪センサーチップ２が固着された
ベース板３全体は剛性が一様でないため、歪センサーチップ２に発生する歪量は測定対象
物の歪量と一致しないが、予め歪の変換係数を求めておくことで、実用的な歪センサーと
して用いることができる。
【００４９】
本願発明の第一実施例の半導体歪センサーは、ベース板に溝を形成したため、半導体歪
センサーの表裏の剛性バランスがよく、測定対象物のＸＹ平面方向の変形に対して半導体
歪センサーが面外（Ｚ方向）に曲げ変形してしまうのを防ぐことができる。そのため、測
定対象物の歪に応じて歪センサーチップに生じる歪の変換係数が、歪測定レンジにおいて
安定な半導体歪センサーを実現できた。
【００５０】
溝エリアで溝形成により薄くなったベース板の部分をリンク部３７と呼称する。歪セン
サーチップ接続部１５では、歪センサーチップが固着されている反対面側に突出部３５が
配置されているので、リンク部３７のＺ方向中心線からみて上下の剛性バランスがとれて
いる。例えば、測定対象物６が引っ張られて歪が発生したとき、溶接点１９を介してベー
ス板３に力が伝えられ、さらにリンク部３７を介して歪センサーチップ接続部１５に伝わ
る。本実施例の半導体歪センサー１では、歪センサーチップ接続部２のＺ方向の剛性バラ
ンスがリンク部３７に対して取れているので、リンク部３７に伝えられたＸ方向の力に対
して歪センサーチップ接続部１５がＺ方向に曲げ変形するのを防ぐことができる。これに
より、曲げ変形によってベース板３と測定対象物６の接触状態が変化することがなく、測
定レンジ内において、測定対象物６の歪に対する歪センサーチップ２の歪の変換係数が一
定な半導体歪センサーが実現できた。
【００５１】
歪センサーチップ２に対して、ベース板裏面の突出部３５で剛性バランスをとるには、
突出部の端部が歪センサーチップと一致していることが望ましいものである。歪センサー
チップに近い側の溝３０の壁と歪センサーチップの側辺の位置を一致させて、金属はんだ
で固着を行った。
【００５２】
また、歪センサーチップとベース板突出部の剛性が等しいことが望ましいので、ヤング
率とＺ方向厚さの積を概略一致させた。歪センサーチップ２のヤング率をＥｄ、厚さをｔ
ｄ、ベース板３のヤング率をＥｓ、突出部の高さ（溝の深さ）をｔｓとした時、Ｅｄ×ｔ
ｄ＝Ｅｓ×ｔｓとした。歪センサーチップ２はシリコンでＥｄ＝１６９ＧＰａ、ベース板
３は鉄−ニッケル合金でＥｓ＝１５０ＧＰａであるので、歪センサーチップ厚さｔｄ＝０
．１６ｍｍ、ｔｓ＝０．１８ｍｍとして、上記の関係を満たした。該半導体歪センサー１
の測定結果は、歪の変換係数は約０．６３で、歪測定レンジ±５００μεの範囲で歪の変
換係数は略一定であった。
【００５３】
本実施例の半導体歪センサー１は、測定対象物６への取付けのし易さも充分考慮してい
る。歪測定の目的は様々であり、また測定対象物の形状や大きさも様々である。測定対象
物が狭い場所や高い場所にあったり、設置場所から移動できないものなどもある。直接、
歪センサーチップの裏面を測定対象物６に金属接合できれば金属製のベース板を設ける必
要はない。直接測定対象物に金属接合するには、測定対象物表面にメタライズ形成するこ
とや、はんだ材料の加熱溶融が必要である。設置場所から移動できないような測定対象物
にメタライズ形成やはんだ材料の加熱溶融を行うのは非常に困難である。本願発明の半導
体歪センサーは、歪センサーチップが予めベース板に金属接合されており、フレキシブル
回路板配線も接続された、モジュールとなっている。本願発明の半導体歪センサーの接続
エリアを測定対象物に溶接するだけで、歪量の測定が可能となる。持ち運び可能なスポッ
ト抵抗溶接機も市販されているので、動かせない測定対象物に対しても、現場にスポット
抵抗溶接機を持ち込んで取付けが可能である。また、スポット抵抗溶接に限らず、レーザ
ー溶接やシーム溶接なども用いることができる。ベース板を介して測定対象物に歪センサ
ーチップを取付けるため、取付け作業時に歪センサーチップを破損したり、不必要な歪を
与えて特性を変化させてしまう危険性を低くできた。
【００５４】
接続エリアにおける溶接点は、歪センサーチップになるべく近い位置とすることが望ま
しい。図３に示す様に、第１接続エリア１１の最も歪センサーチップ２に近い溶接点１９
の位置を第１接続位置４１、第２接続エリア１２の最も歪センサーチップに近い溶接点１
９の位置を第２接続位置４２とする。測定対象物６に発生した歪に応じて、ベース板３は
第１接続位置４１と第２接続位置４２の間の領域が力を受け歪を発生する。第１接続位置
４１と第２接続位置４２を歪センサーチップ２に近づける程、力を受けるベース板３の領
域を短くできるので、ベース板が曲げ変形を起こし難くすることができる。
【００５５】
また、第１接続位置４１と第２接続位置４２との間において、接続エリアと溝エリア、
歪センサーチップ接続部では、それぞれの部位の断面の剛性が異なるので発生する歪も異
なる。接続位置４１，４２が変化する（ばらつく）と力を受ける接続エリアの領域が変化
するため歪の配分が変化し、歪センサーチップに発生する歪も変化してしまう。第１接続
位置４１と第２接続位置４２がばらつくと、歪の変換係数がばらついてしまう危険性があ
る。溝エリアと歪センサーチップ接続部との合計の剛性を、接続エリアの剛性と等しくな
るようにすることで、力を受ける接続エリアの長さが変化しても歪の配分が変わらないよ
うにできる。それにより、接続位置によらず歪の変換係数を一定にすることができる。
【００５６】
図３に示すように、歪センサーチップ接続部の厚さをｔａ、溝エリアのリンク部３７の
厚さをｔｂ、接続エリア（ベース板）の厚さをｔｃ、歪センサーチップ２のＸ方向長さを
ｌａ、溝エリアの長さをｌｂとした時次の式で示される。
ｌｂ＝ｌａ／２×［ｔｂ×（ｔａ−ｔｃ） ］／［ｔａ×（ｔｃ−ｔｂ） ］
ただし、歪センサーチップ２はベース板３とヤング率が異なるので、剛性が一致するよう
にベース板３に換算した厚さを用いる。本実施例では、歪センサーチップをベース板に換
算した厚さは０．１８ｍｍである。歪センサーチップ接続部の厚さｔａ＝０．４８ｍｍ、
溝エリアのリンク部３７の厚さｔｂ＝０．１２ｍｍ、接続エリア（ベース板）の厚さｔｃ
＝０．３ｍｍ、歪センサーチップの幅ｌａ＝２．５ｍｍであるので、前式より計算して溝
エリアの長さ（溝３０の幅）ｌｂを０．３ｍｍとした。
【００５７】
図４は、本実施例のベース板を歪センサーチップが固着される面の反対面の斜視図であ
る。第１溝エリア３１の溝３０と第２溝エリア３２の溝３０は、ベース板３０のＹ方向を
横断するように形成した。溝３０の形成は化学エッチングで行った。金属の機械切削加工
やプレス加工、ドライエッチング等を用いて形成することもできる。
【００５８】
図５に示すように、第１溝エリア３１の溝３０と第２溝エリア３２の溝３０をＸ方向に
つなぐ溝３０’を形成することができる。溝３０’の歪センサーチップに近い側の端部は
、歪センサーチップのＹ方向の側辺と一致するように形成した。歪センサーチップ接続部
で歪センサーチップからＹ方向に張り出したベース板の張出部２７では、歪センサーチッ
プが無いため表裏の剛性バランスが取れないため、張出部２７では曲げ変形が発生し易い
。溝３０に直交する溝３０’を形成することにより、張出部２７の曲げ変形が歪センサー
チップに伝わり難くなるので、歪センサーチップ２の曲げ変形を起こし難くすることがで
きた。
【００５９】
歪センサーチップ２から測定対象物６までの積層間に樹脂接着剤などの有機材料が介在
した場合、歪がかかった状態で長時間経過すると有機材料がクリープを起こして、歪検出
のゼロ点が変化してしまう問題があった。更に、有機材料の劣化や変質により歪の伝達が
阻害され、歪検出感度が変化してしまう問題もあった。本実施例の半導体歪センサーでは
、歪センサーチップとベース板の固着に金属はんだを用い、ベース板と測定対象物の取付
けに溶接を用いることで、有機材料に起因する前述のような特性変化を防止でき、センサ
ー特性の長期安定性に優れた歪センサーが得られた。固着に用いた金属材料に於いても微
小なクリープが発生する可能性があるが、樹脂接着剤を用いた場合に比較して格段の差が
有るので、長期安定性に対しては充分な効果がある。製品において長期安定性をそれほど
必要としない場合は、歪センサーチップのベース板への固着に樹脂接着材を用いてもよい
。金属はんだで固着する場合と比べて、メタライズが不要など工程を簡略化できる。
【００６０】
本願発明の第一実施例の半導体歪センサーは、歪センサーチップ２が金属製のベース板
３に金属材料を用いて固着されているので、歪センサーチップ２で発生した熱はベース板
に伝導して放熱され易い。ピエゾ抵抗素子は電気抵抗が高いため発熱し易く、また歪セン
サーチップ内にアンプ回路を形成した場合にはアンプ回路からも発熱する。本実施例の半
導体歪センサーは、前述のようにベース板３に熱を伝導して放熱し易いので、歪センサー
チップ２の温度上昇を最小限に抑えることができるだけでなく、ベース板と歪センサーチ
ップの温度を均一に保ち易い。これにより、温度変化によるピエゾ抵抗係数の変化や、歪
センサーチップとベース板との温度不均一による熱変形でピエゾ抵抗素子の応力が変化す
るなどして起こる特性変化を抑えることができた。
【実施例２】
【００６１】
本願発明の第二実施例の半導体歪センサーについて説明する。第一実施例と異なるのは
、測定対象物への取付け方法である。図６は第二実施例の歪センサーを測定対象物に取付
けた状態の平面図で、図７は図６のｍ―ｍ’断面図である。ベース板３の第１接続エリア
１１と第２接続エリア１２にボルト孔２３を形成し、半導体歪センサー１を測定対象物６
にボルト２４で固着した。測定対象物６にはボルト２４用のねじ穴２５を形成する必要が
あるが、第一実施例の測定対象物は溶接ができる材料に限られていたが、本実施例ではね
じ穴が形成できれば溶接ができないセラミック等にも適用できるものである。逆に、測定
対象物にボルトを取付けて、接続エリアのボルト孔２３に通してナットで固着することも
できる。
【実施例３】
【００６２】
本願発明の第三実施例の半導体歪センサーについて説明する。配線引出し方法が第一実
施例と異なる。図８は、第三実施例の半導体歪センサーの平面図である。ベース板３上に
絶縁膜４５を介してベース板電極４６を形成した。ベース板電極４６と歪センサーチップ
２の電極１６間をＡｕワイヤー１７で接続し、またベース板電極４６に被服配線４７の被
服を剥がした先端部をはんだ付けした。配線部を含め歪センサーチップ２を覆うようにカ
バー樹脂１８を塗布した。樹脂による応力が大きい場合は、カバー樹脂の塗布を配線部の
み、もしくは配線部と配線部の対称位置とすることもできる。本実施例によれば、予めベ
ース板電極４６を形成したベース板３を用いることで、フレキシブル配線板が不要になり
、フレキシブル配線板のベース板への接着など組立の工程が省ける。引出し配線数が少な
い場合に適した配線引き出し構造である。
【実施例４】
【００６３】
本願発明の第四実施例の半導体歪センサーについて説明する。接続エリアの配置および
、配線引き出し方法、溝が第一実施例と異なる。図９は半導体歪センサーを測定対象物に
取付けた状態の平面図で、図１０は図９のｎ−ｎ’断面図である。図９に示すように、Ｘ
方向にセンサーチップ接続部１５を挟む第１接続エリア１１と第２接続エリア１２に加え
て、Ｙ方向にセンサーチップ接続部１５を挟む様に、第３接続エリア１３と第４接続エリ
ア１４を配置した。また、センサーチップ接続部１５と各接続エリア間を分断するように
溝３０，３０’を形成した。第１接続エリア１１から第４接続エリア１４を、測定対象物
にスポット溶接を行い半導体歪センサー１を測定対象物６に固着した。測定対象物のＸ方
向に加わる歪は第１接続エリア１１と第２接続エリア１２を介して歪センサーチップ２に
歪が伝達し、Ｙ方向に加わる歪は第３接続エリア１３と第４接続エリア１４を介して歪セ
ンサーチップ２に歪が伝達し、測定対象物に加わった歪量を検出することができる。
【００６４】
本実施例に用いたベース板を歪センサーチップの固着面の反対面側の斜視図を図１１に
示す。ベース板３は略正方形とし、第１接続エリア１１および第２接続エリア１２と歪セ
ンサーチップ接続部１５との間に溝３０をＹ方向に横断するように形成した。Ｙ方向の歪
検出に対応して第３接続エリア１３および第４接続エリア１４と歪センサーチップ接続部
１５との間に溝３０’をＸ方向に横断するように形成した。４本の溝の歪センサーチップ
に近い側の溝壁面で囲まれた突出部３５の外形を、歪センサーチップ２の外形と同じとし
、突出部３５の形成位置に合わせて歪センサーチップ２を反対面側に金属はんだで固着し
た。
【００６５】
歪センサーチップの全周を取り囲むように第１接続エリア１１から第４接続エリア１４
が形成されているので、フレキシブル配線板５を歪センサーチップ２上に配置した。歪セ
ンサーチップの電極に金属バンプ２６を形成し、フレキシブル配線板５を接続した。フレ
キシブル配線板の応力の影響を低減するため、歪センサーチップ２の片側にフレキシブル
配線板を設けるのではなく、歪センサーチップ２を覆うようにフレキシブル配線板５を配
した。フレキシブル配線板５と歪センサーチップ２間の隙間にはカバー樹脂１８を塗布し
た。カバー樹脂１８はエポキシ樹脂を用いた。カバー樹脂１８は配線部の電気的絶縁と外
気との絶縁だけでなく、フレキシブル配線板と歪センサーチップ間の接合力増強の働きも
果たすものである。フレキシブル配線板を歪センサーチップ上に配置したので、第１接続
エリア１１から第４接続エリア１４と測定対象物６の溶接の際、フレキシブル配線板５が
溶接作業の邪魔になるようなことはなかった。
【実施例５】
【００６６】
第四実施例の半導体歪センサーは、トルク検出にも適している。トルク検出の一例を図
１２に示す。トルクが加わる円柱状部材７を測定対象物とし、円柱状部材の円柱側面に切
欠き溝８を形成し、溝底の平坦部に第四実施例の半導体歪センサー１を取付けた。本実施
例の半導体歪センサーは、歪センサーチップの周囲４ヶ所の接続エリアで測定対象物に溶
接で固着した。Ｘ方向もＹ方向も歪を伝達するので、測定対象物のねじりによるせん断歪
が歪センサーチップ２にも伝達し、トルクに比例したせん断歪を計算を行い求めることが
できた。本実施例では、歪センサーチップ内のピエゾ抵抗素子は、Ｘ方向とＹ方向と平行
に配している。しかし、予めＸ方向とＹ方向に対し４５度にピエゾ抵抗素子を配した歪セ
ンサーチップを用いれば、せん断方向の歪を直接測定することができる。
【実施例６】
【００６７】
本願発明の第六実施例の半導体歪センサーについて説明する。表裏の剛性バランスをさ
らに向上させたベース板の構造が第一実施例と異なる。図１３は本実施例の半導体歪セン
サー１を測定対象物に取付けた状態の平面図で、図１４は図１３のｋ−ｋ’断面図である
。図１５にベース板３の表と裏側の斜視図を示す。図１５ａ）に、測定対象物６と対向す
る面（裏面）の斜視図を示す。第一実施例では、歪センサーチップが固着された部分では
、半導体歪センサーの表裏の剛性バランスが一致するが、歪センサーチップにＹ方向に張
り出した部分や接続エリアでは、リンク部の中心線に対して表裏の剛性がバランスしてい
ない。バランスしていない部分で曲げが発生して、歪センサーチップの変形にも少なから
ず影響を及ぼす。本実施例では、歪センサーチップが固着された部分と溝エリア以外の部
分でも表裏の剛性バランスをとるため、ベース板表面側に、裏面の溝と歪センサーチップ
接続部を含む領域と略一致した形状で、裏面の溝と同じ深さの凹部を設け、凹部の底面に
歪センサーチップ裏面を金属はんだで接合した。図１４の半導体歪センサー１の厚み方向
の中心線ｐ−ｐ’に対し、線対称の形状としている。金属はんだ４の厚みは歪センサーチ
ップ２の厚みｔｄに比べ極薄いため、金属はんだの厚みは歪センサーチップに厚みｔｄに
含めている。
【００６８】
図１５ａ）に、測定対象物６と対向する面（裏面）の斜視図を示す。ベース板３のＹ方
向に横断する２本の溝３０と、２本の溝３０を繋ぐようにＸ方向に２本の溝３０’が形成
されている。溝で囲まれた領域が突出部３５となる。図１５ｂ）は、歪センサーチップが
固着される面（表面）の斜視図である。裏面と同じ位置に溝３０と溝３０’が形成され、
溝で囲まれた部分は除去され凹部３９を形成する。形成された凹部３９の深さは、凹部を
囲む溝の深さと同じである。
【００６９】
凹部３９の底面の破線で囲んだ箇所に、突出部３５の形成位置に合わせ、歪センサーチ
ップを金属はんだで固着した。凹部３９の底面に歪センサーチップを固着することで、ベ
ース板全体の表裏の剛性バランスを等しくすることができた。ベース板全体に渡り、表裏
の剛性バランスを等しくできたので、ベース板３の曲げ変形が防止でき、測定対象物の歪
を歪センサーチップ表面に正しく再現できた。しかし、ベース板の表裏に溝を加工するた
め加工の工数が増え製造コストが上がってしまう。また、歪センサーチップの厚み分ベー
ス板が厚くなり剛性が増加するため、測定対象物の歪そのものに与える影響が増加する問
題がある。第一実施例の構成で十分な特性が得られる場合は、第一実施例のベース板形状
用いることが好ましい。
【００７０】
本願発明の歪センサーの配線手段については、第一から第六実施例に示した構成に限ら
れたものではなく、例えばベース板上に絶縁膜を介して形成したベース板電極に対し、フ
レキシブル配線板の配線の一部を異方性導電接着剤を用いて電気的に接続する方法など、
様々な方法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第一実施例の半導体歪センサーの実装状態の平面図である。
【図２】一実施例の半導体歪センサーの実装状態の断面図である。
【図３】第一実施例の半導体歪センサーの寸法記号を表す断面図である。
【図４】第一実施例に用いたベース板の斜視図である。
【図５】第一実施例に用いたベース板の変形例の斜視図である。
【図６】第二実施例の半導体歪センサーの実装状態の平面図である。
【図７】第二実施例の半導体歪センサーの実装状態の断面図である。
【図８】第三実施例の半導体歪センサーの実装状態の平面図である。
【図９】第四実施例の半導体歪センサーの実装状態の平面図である。
【図１０】第四実施例の半導体歪センサーの実装状態の断面図である。
【図１１】第四実施例に用いたベース板の斜視図である。
【図１２】第五実施例の半導体歪センサーを用いたトルク測定の例を示す斜視図である。
【図１３】第六実施例の半導体歪センサーの実装状態の平面図である。
【図１４】第六実施例の半導体歪センサーの実装状態の断面図である。
【図１５】第六実施例に用いたベース板の斜視図である。
【図１６】従来品の歪センサーの外観を示す図である。
【図１７】歪センサーの歪変換係数の概念を説明する図である。
【図１８】従来品の歪センサーの曲げ変形の課題を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 半導体歪センサー、
２ 歪センサーチップ、
３ ベース板、
４ 金属はんだ、
５ フレキシブル配線板、
６ 測定対象物、
７ 円柱状部材、
８ 切欠き溝、
１１ 第１接続エリア、
１２ 第２接続エリア、
１３ 第３接続エリア、
１４ 第４接続エリア、
１５ 歪センサーチップ接続部、
１６ 電極、
１７ ワイヤー、
１８ カバー樹脂、
１９ 溶接点、
２３ ボルト孔、
２４ ボルト、
２５ ねじ穴、
２６ 金属バンプ、
２７ 張出部、
３０，３０’ 溝、
３１ 第一溝エリア、
３２ 第二溝エリア、
３３ 第三溝エリア、
３４ 第四溝エリア、
３５ 突出部、
３７ リンク部、
３９ 凹部、
４１ 第一接続位置、
４２ 第二接続位置、
４５ 絶縁層、
４６ ベース板電極、
４７ 被覆電線、
５１ 半導体歪ゲージ、
５２ 歪センサーチップ、
５３ 配線、
５４ ポリイミドフィルム、
５６ 歪検出センサー、
５７ ガラス製台座、
５８ 低融点ガラス、
５９ 歪検出部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にピエゾ抵抗素子を形成した歪センサーチップと、ベース板と、前記歪セン
サーチップの電極から外部に配線を引き出す配線部とを有し、歪センサーチップ裏面とベ
ース板表面は歪センサーチップ接続部で接合され、歪センサーチップの側方に張り出した
ベース板に、測定対象物と固着する少なくとも２つ以上の接続エリアを有する半導体歪セ
ンサーであって、ベース板の裏面に歪センサーチップの側辺部に側辺長以上の長さで、歪
センサーチップ接続部と接続エリアを分断する溝が形成されていることを特徴とする半導
体歪センサー。
【請求項２】
歪センサーチップ接続部と接続エリアを分断する溝は、少なくとも歪センサーチップの
歪検出方向に対し直角方向に、歪センサーチップ接続部の両側に形成されていることを特
徴とする請求項１に記載の半導体歪センサー。
【請求項３】
歪センサーチップに近い側の溝壁と歪センサーチップの側辺の位置が略一致しているこ
とを特徴とする請求項１および２のいずれかに記載の半導体歪センサー。
【請求項４】
ベース板のヤング率Ｅｓと歪センサーチップのヤング率Ｅｄ、歪センサーチップの厚さ
ｔｄ、溝の深さｔｓが、ｔｓ×Ｅｓ＝ｔｄ×Ｅｄであることを特徴とする請求項１から３
のいずれかに記載の半導体歪センサー。
【請求項５】
ベース板表面側に、裏面の溝と歪センサーチップ接続部を含む領域と略一致した形状で
、裏面の溝と同じ深さの凹部を設け、凹部の底面に歪センサーチップ裏面を接合したこと
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体歪センサー。
【請求項６】
２つの接続エリアと歪センサーチップ接続部が連続する方向の断面において、歪センサ
ーチップの接続部での歪センサーチップとベース板を合わせた厚さｔａ、溝部のベース板
厚さｔｂ、接続エリアのベース板厚さｔｃ、歪センサーチップの長さｌａ、溝の幅ｌｂが
、ｌｂ＝ｌａ／２×［ｔｂ×（ｔａ−ｔｃ） ］／［（ｔａ×（ｔｃ−ｔｂ）］であるこ
とを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体歪センサー。
【請求項７】
歪センサーチップ裏面とベース板表面は、金属はんだを用いて接合されていることを特
徴とする請求項１に記載の半導体歪センサー。
【請求項８】
配線部は、ベース板上に樹脂接着されたフレキシブル配線板と、フレキシブル配線板の
配線と歪センサーチップの電極の間を電気的に接続する金属ワイヤーと、少なくとも歪セ
ンサーチップの電極と金属ワイヤーを覆う樹脂で構成されていることを特徴とする請求項
１に記載の半導体歪センサー。
【請求項９】
配線部は、フレキシブル配線板の配線の一部が、歪センサーチップの電極に設けられた
金属バンプに直接接続していることを特徴とする請求項１に記載の半導体歪センサー。
【請求項１０】
配線部は、ベース板上に絶縁膜を介して形成されたベース板電極と、ベース板電極と歪
センサーチップの電極の間を電気的に接続する金属ワイヤーと、少なくともベース板電極
と金属ワイヤー、歪センサーチップの電極を覆う樹脂で構成されていることを特徴とする
請求項１に記載の半導体歪センサー。
【請求項１１】
半導体歪センサーのベース板の裏面と測定対象部材が対向し、半導体歪センサーはベー
ス板の接続エリアの少なくとも一部の領域が測定対象部材に固着されていることを特徴と
する請求項１に記載の半導体歪センサーの取付け方法。
【請求項１２】
半導体歪センサーと測定対象部材は、少なくとも２つ以上の接続エリアで、各接続エリ
アは少なくとも一ヶ所以上の溶接部で固着されていることを特徴とする請求項１１に記載
の半導体歪センサーの取付け方法。
【請求項１３】
半導体歪センサーと測定対象部材は、少なくとも２つ以上の接続エリアで、各接続エリ
アは少なくとも一ヶ所以上のねじ部で固着されていることを特徴とする請求項１１に記載
の半導体歪センサーの取付け方法。
【請求項１】
半導体基板にピエゾ抵抗素子を形成した歪センサーチップと、ベース板と、前記歪セン
サーチップの電極から外部に配線を引き出す配線部とを有し、歪センサーチップ裏面とベ
ース板表面は歪センサーチップ接続部で接合され、歪センサーチップの側方に張り出した
ベース板に、測定対象物と固着する少なくとも２つ以上の接続エリアを有する半導体歪セ
ンサーであって、ベース板の裏面に歪センサーチップの側辺部に側辺長以上の長さで、歪
センサーチップ接続部と接続エリアを分断する溝が形成されていることを特徴とする半導
体歪センサー。
【請求項２】
歪センサーチップ接続部と接続エリアを分断する溝は、少なくとも歪センサーチップの
歪検出方向に対し直角方向に、歪センサーチップ接続部の両側に形成されていることを特
徴とする請求項１に記載の半導体歪センサー。
【請求項３】
歪センサーチップに近い側の溝壁と歪センサーチップの側辺の位置が略一致しているこ
とを特徴とする請求項１および２のいずれかに記載の半導体歪センサー。
【請求項４】
ベース板のヤング率Ｅｓと歪センサーチップのヤング率Ｅｄ、歪センサーチップの厚さ
ｔｄ、溝の深さｔｓが、ｔｓ×Ｅｓ＝ｔｄ×Ｅｄであることを特徴とする請求項１から３
のいずれかに記載の半導体歪センサー。
【請求項５】
ベース板表面側に、裏面の溝と歪センサーチップ接続部を含む領域と略一致した形状で
、裏面の溝と同じ深さの凹部を設け、凹部の底面に歪センサーチップ裏面を接合したこと
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体歪センサー。
【請求項６】
２つの接続エリアと歪センサーチップ接続部が連続する方向の断面において、歪センサ
ーチップの接続部での歪センサーチップとベース板を合わせた厚さｔａ、溝部のベース板
厚さｔｂ、接続エリアのベース板厚さｔｃ、歪センサーチップの長さｌａ、溝の幅ｌｂが
、ｌｂ＝ｌａ／２×［ｔｂ×（ｔａ−ｔｃ） ］／［（ｔａ×（ｔｃ−ｔｂ）］であるこ
とを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体歪センサー。
【請求項７】
歪センサーチップ裏面とベース板表面は、金属はんだを用いて接合されていることを特
徴とする請求項１に記載の半導体歪センサー。
【請求項８】
配線部は、ベース板上に樹脂接着されたフレキシブル配線板と、フレキシブル配線板の
配線と歪センサーチップの電極の間を電気的に接続する金属ワイヤーと、少なくとも歪セ
ンサーチップの電極と金属ワイヤーを覆う樹脂で構成されていることを特徴とする請求項
１に記載の半導体歪センサー。
【請求項９】
配線部は、フレキシブル配線板の配線の一部が、歪センサーチップの電極に設けられた
金属バンプに直接接続していることを特徴とする請求項１に記載の半導体歪センサー。
【請求項１０】
配線部は、ベース板上に絶縁膜を介して形成されたベース板電極と、ベース板電極と歪
センサーチップの電極の間を電気的に接続する金属ワイヤーと、少なくともベース板電極
と金属ワイヤー、歪センサーチップの電極を覆う樹脂で構成されていることを特徴とする
請求項１に記載の半導体歪センサー。
【請求項１１】
半導体歪センサーのベース板の裏面と測定対象部材が対向し、半導体歪センサーはベー
ス板の接続エリアの少なくとも一部の領域が測定対象部材に固着されていることを特徴と
する請求項１に記載の半導体歪センサーの取付け方法。
【請求項１２】
半導体歪センサーと測定対象部材は、少なくとも２つ以上の接続エリアで、各接続エリ
アは少なくとも一ヶ所以上の溶接部で固着されていることを特徴とする請求項１１に記載
の半導体歪センサーの取付け方法。
【請求項１３】
半導体歪センサーと測定対象部材は、少なくとも２つ以上の接続エリアで、各接続エリ
アは少なくとも一ヶ所以上のねじ部で固着されていることを特徴とする請求項１１に記載
の半導体歪センサーの取付け方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−７５０３９（Ｐ２００９−７５０３９Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４６６９５（Ｐ２００７−２４６６９５）
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]