(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力検出用のダイアフラム（１１）を有する金属ステム（１０）と、
前記ダイアフラム上に設けられた接合部材（２０）と、
前記接合部材上に設けられて前記接合部材を介して前記ダイアフラムに接合され、前記ダイアフラムの歪みを検出する半導体素子（３０）と、を備え、
前記接合部材上にて、前記半導体素子の外周側には、前記接合部材と前記金属ステムとの熱膨張係数の差に起因する熱応力を吸収する応力吸収材（４０）が、設けられており、
前記応力吸収材は、前記接合部材に固定されていると共に、前記半導体素子と離間して配置されており、
前記接合部材のうち前記半導体素子の外周側に位置する部位と当該部位上に位置する前記応力吸収材との合計厚さ（ｔ２）は、前記接合部材のうち前記半導体素子の直下に位置する部位の厚さ（ｔ１）よりも厚いものとされていることを特徴とする圧力センサ。        
【請求項２】
前記接合部材および前記応力吸収材の熱膨張係数は、前記半導体素子の熱膨張係数以上、且つ前記金属ステムの熱膨張係数以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。    
【請求項３】
前記半導体素子の外周側にて、前記応力吸収材は連続した環状をなしていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。    
【請求項４】
前記半導体素子は、平面形状が円形、または、角部がＲ加工された多角形であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力センサ。    
【請求項５】
前記接合部材および前記応力吸収材は、主成分が無機ガラスよりなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力センサ。    
【請求項６】
前記金属ステムは、ステンレスよりなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧力センサ。    
【請求項７】
圧力検出用のダイアフラム（１１）を有する金属ステム（１０）と、
前記ダイアフラム上に設けられた接合部材（２０）と、
前記接合部材上に設けられて前記接合部材を介して前記ダイアフラムに接合され、前記ダイアフラムの歪みを検出する半導体素子（３０）と、を備え、
前記接合部材上にて、前記半導体素子の外周側には、前記接合部材と前記金属ステムとの熱膨張係数の差に起因する熱応力を吸収する応力吸収材（４０）が、設けられており、
前記応力吸収材は前記接合部材に固定されており、
前記接合部材のうち前記半導体素子の外周側に位置する部位と当該部位上に位置する前記応力吸収材との合計厚さ（ｔ２）は、前記接合部材のうち前記半導体素子の直下に位置する部位の厚さ（ｔ１）よりも厚いものとされている圧力センサの製造方法であって、
前記金属ステム、前記半導体素子、前記接合部材の素材としての第１のガラスペースト、および、前記応力吸収材の素材としての第２のガラスペーストを用意する用意工程と、
前記第１のガラスペーストを前記ダイアフラム上に塗布し、これを熱処理することにより溶融して固化させ、前記接合部材を形成する第１の工程と、
前記接合部材のうち前記半導体素子の外周側に位置する部位に、前記第２のガラスペーストを塗布する第２の工程と、
前記接合部材上にて前記第２のガラスペーストの内側に前記半導体素子を設置し、熱処理することにより、前記第２のガラスペーストを溶融して固化させて前記応力吸収材を形成するとともに、前記接合部材を再溶融して固化させて前記半導体素子と前記接合部材とを接合する第３の工程と、を備えることを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項８】
圧力検出用のダイアフラム（１１）を有する金属ステム（１０）と、
前記ダイアフラム上に設けられた接合部材（２０）と、
前記接合部材上に設けられて前記接合部材を介して前記ダイアフラムに接合され、前記ダイアフラムの歪みを検出する半導体素子（３０）と、を備え、
前記接合部材上にて、前記半導体素子の外周側には、前記接合部材と前記金属ステムとの熱膨張係数の差に起因する熱応力を吸収する応力吸収材（４０）が、設けられており、
前記応力吸収材は前記接合部材に固定されており、
前記接合部材のうち前記半導体素子の外周側に位置する部位と当該部位上に位置する前記応力吸収材との合計厚さ（ｔ２）は、前記接合部材のうち前記半導体素子の直下に位置する部位の厚さ（ｔ１）よりも厚いものとされている圧力センサの製造方法であって、
前記金属ステム、前記半導体素子、前記接合部材の素材としての第１のガラスペースト、および、前記応力吸収材の素材としての第２のガラスペーストを用意する用意工程と、
前記第１のガラスペーストを前記ダイアフラム上に塗布して乾燥させることにより第１の固形物を得る第１の工程と、
前記第１の固形物のうち前記半導体素子の外周側に位置する部位に、前記第２のガラスペーストを塗布して乾燥させることにより第２の固形物を得る第２の工程と、  前記第１の固形物上にて、前記第２の固形物の内側に前記半導体素子を設置し、熱処理することにより、前記第１の固形物を溶融して固化させて前記接合部材を形成し、前記半導体素子と前記接合部材とを接合するとともに、前記第２の固形物を溶融して固化させて前記応力吸収材を形成する第３の工程と、を備えることを特徴とする圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出用のダイアフラムを有する金属ステムに半導体素子を接合して構成する圧力センサ、およびそのような圧力センサの製造方法に関し、特に、２００〜３００ＭＰａ程度の高圧を検出できる高圧センサに用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の圧力センサとしては、圧力検出用のダイアフラムを有する金属ステムと、ダイアフラム上に設けられた接合部材と、ダイアフラムの歪みを検出する素子であって、接合部材上に設けられ、接合部材を介してダイアフラムに接合された半導体素子と、を備えるものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、従来では、半導体素子は、シリコン半導体よりなるものであり、金属ステムは、低膨張金属であるコバールよりなるものが一般的である。ここで、コバールとは、鉄−ニッケル−クロム合金であり、２０℃〜３００℃の範囲における熱膨張係数が、５３×１０−７／℃程度のものである。また、接合部材は、接合ガラス等よりなるものが採用されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７５１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、２００ＭＰａを超える高圧領域では、耐圧性等を考慮して、材料強度の信頼性から、金属ステムとしては、上記コバール等の低熱膨張金属は使用できない。このため、高強度材であるステンレス（たとえばＳＵＳ４３０）を金属ステムとして使用することになる。
【０００６】
しかし、この場合、接合部材である接合ガラスとステンレスとの熱膨張係数差が、５０×１０−７／℃（２０℃〜３００℃の範囲にて）を超えて大きいため、金属ステムからの熱応力の作用により接合部材に亀裂や破壊が生じ、ひいては半導体素子にも亀裂や破壊が生じてしまう。従って、従来の接合ガラスよりなる接合部材では、半導体素子を金属ステムに接合することができない。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、圧力検出用のダイアフラムを有する金属ステムに半導体素子を接合して構成する圧力センサにおいて、接合部材と金属ステムの熱膨張差に起因する熱応力を低減して、接合部材および半導体素子に発生する亀裂や破壊を抑制し、製品の信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、圧力検出用のダイアフラム（１１）を有する金属ステム（１０）と、ダイアフラム上に設けられた接合部材（２０）と、接合部材上に設けられて接合部材を介してダイアフラムに接合され、ダイアフラムの歪みを検出する半導体素子（３０）と、を備え、
接合部材上にて、半導体素子の外周側には、接合部材と金属ステムとの熱膨張係数の差に起因する熱応力を吸収する応力吸収材（４０）が、設けられており、応力吸収材は接合部材に固定されていると共に、半導体素子と離間して配置されており、接合部材のうち半導体素子の外周側に位置する部位と当該部位上に位置する応力吸収材との合計厚さ（ｔ２）は、接合部材のうち半導体素子の直下に位置する部位の厚さ（ｔ１）よりも厚いものとされていることを特徴とする。
【０００９】
それによれば、接合部材のうち半導体素子の外周側に位置する部位と、半導体素子の直下に位置する部位とでは、前者の方が応力吸収材との合計厚さ（ｔ２）によって厚いものとされているため、上記両部位のうち前者の方が後者に比べて、上記熱膨張係数差に起因する金属ステムからの応力によって、変位しにくいものとなる。
【００１０】
そのため、本発明によれば、接合部材と金属ステムの熱膨張差に起因する熱応力を低減して、接合部材および半導体素子に発生する亀裂や破壊を抑制し、製品の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、接合部材のうち半導体素子の直下に位置する部位では、接合部材の厚さを薄くできるので、金属ステムのダイアフラムの歪みを、半導体素子によって感度良く検出できる。つまり、本発明によれば、センサ感度を確保しつつ製品の信頼性を向上させることができる。
さらに、応力吸収材は半導体素子と離間して配置されているため、応力吸収材と半導体素子とが接触している場合に比較して、応力吸収材からの応力を半導体素子が受けにくくなり、半導体素子の感度を確保しやすくなるという効果が、期待できる。
【００１２】
さらに、請求項２に記載の発明のように、接合部材および応力吸収材の熱膨張係数を、半導体素子の熱膨張係数以上、且つ金属ステムの熱膨張係数以下であるものにすれば、上記請求項１の効果が適切に発揮される。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明のように、半導体素子の外周側にて、応力吸収材は連続した環状をなしているものにすれば、半導体素子の外側の全周において応力吸収材による上記効果が発揮されるから、好ましい。
【００１５】
なお、特許請求の範囲およびこの欄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一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態にかかる圧力センサの要部を示す概略断面図である。
【図２】図１中の上視概略平面図である。
【図３】上記実施形態における応力吸収材の具体的な効果を示す図表である。
【図４】図３に続く応力吸収材の具体的な効果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。また、図２では、各部の識別の容易化のために、便宜上、接合部材２０表面に片側斜線ハッチング、半導体素子３０表面に点線ハッチング、応力吸収材４０表面に点ハッチングを施してある。
【００１８】
本実施形態に係る圧力センサは、たとえば自動車に搭載されるもので、燃料やオイル等の圧力測定に適用されるものである。この圧力センサは、大きくは、圧力検出用のダイアフラム１１を有する金属ステム１０と、ダイアフラム１１上に設けられた接合部材２０と、接合部材２０上に設けられて接合部材２０を介してダイアフラム１１に接合された半導体素子３０と、を備えて構成されている。
【００１９】
金属ステム１０は一端側に閉塞部としての薄肉状のダイアフラム１１を有し、他端側に開口部１２を有する中空円筒形状を成すものであり、外周の側面にネジ部１０ａを有する。金属ステム１０は、このネジ部１０ａにより、上記した燃料やオイルの配管等の被取付部材に対してネジ結合により固定されるようになっている。そして、金属ステム１０においては、開口部１２から圧力媒体による圧力が導入され、この圧力はダイアフラム１１の内面に印加されるようになっている。
【００２０】
また、接合部材２０は、ダイアフラム１１の外面と半導体素子３０とを接合するものである。この接合部材２０は接合ガラス等よりなり、厚さｔ１の層状のものである。接合部材２０の詳細については、応力吸収材４０とともに後述する。
【００２１】
半導体素子３０は、ダイアフラム１１の歪みを検出するものであり、ここでは、典型的な矩形板状をなす。この半導体素子３０は、半導体プロセスにより形成されたシリコン半導体よりなる。
【００２２】
具体的には、半導体素子３０は、開口部１２から金属ステム１０内部に導入された圧力媒体の圧力によってダイアフラム１１が変形したときに発生する歪みを、圧力として検出する検出部として機能するものである。そして、これらダイアフラム１１及び半導体素子３０が、センサの基本性能を左右する。
【００２３】
また、図示しないが、金属ステム１０の外側には図示しない回路基板が設けられており、この回路基板に対して半導体素子３０は、リード部材やワイヤボンディング等により電気的に接続されている。これにより、半導体素子３０は、当該回路基板を介して自動車のＥＣＵ等に電気的に接続されるようになっている。
【００２４】
そして、たとえば燃料パイプ内の燃料圧（圧力媒体）が、金属ステム１０の開口部１２から金属ステム１０の内部（中空部）へ導入されたときに、その圧力によってダイアフラム１１が変形し、この変形を半導体素子３０により電気信号に変換し、上記回路基板に出力することにより、圧力検出が行われるようになっている。
【００２５】
ここにおいて、接合部材２０上にて、半導体素子３０の外周側には、応力吸収材４０が設けられ、接合部材２０に固定されている。この応力吸収材４０は、接合部材２０と金属ステム１０との熱膨張係数の差に起因する熱応力を吸収するものである。この応力吸収材４０は接合ガラス等よりなり、厚さｔ３の平面環状の層状をなすものである。
【００２６】
ここで、接合部材２０のうち半導体素子１１の外周側に位置する部位と当該部位上に位置する応力吸収材４０との合計厚さｔ２（＝ｔ１＋ｔ３）は、接合部材２０のうち半導体素子３０の直下に位置する部位の厚さｔ１よりも厚いものとされている。
【００２７】
本実施形態では、応力吸収材４０は、半導体素子３０の外周側にて、連続した環状をなしている。なお、図１、図２の例では、応力吸収材４０は平面円環状（たとえば内径６ｍｍ、外径７．５ｍｍ）をなすものであるが、平面矩形環状、平面多角形環状のものであってもよい。また、図２に示されるように、接合部材２０上にて、応力吸収材４０の内郭は、半導体素子３０の外郭と離間して配置されている。
【００２８】
［圧力センサにおける各部１０〜４０の材質等］
次に、圧力センサにおける上記各部１０〜４０の材質等について、具体的に述べる。本実施形態では、典型的なものと同様、接合部材２０の熱膨張係数は、半導体素子３０の熱膨張係数以上、且つ金属ステム１０の熱膨張係数以下である。
【００２９】
さらに、応力吸収材４０についても、応力吸収材４０の熱膨張係数は、半導体素子３０の熱膨張係数以上、且つ金属ステム１０の熱膨張係数以下である。つまり、本実施形態では、接合部材２０および応力吸収材４０の熱膨張係数は共に、半導体素子３０の熱膨張係数以上、且つ金属ステム１０の熱膨張係数以下である。
【００３０】
このような接合部材２０および応力吸収材４０としては、主成分が無機ガラスよりなるものが挙げられる。より具体的には、本実施形態の接合部材２０および応力吸収材４０は、熱膨張係数を制御できるフィラーを無機ガラス中に含有し、これに溶媒を加えてなるペースト状ガラスを素材とし、このペーストを固化させてなるものである。このように、接合部材２０および応力吸収材４０は、接合作用を提供する無機ガラスを主成分として含むものである。
【００３１】
当該無機ガラスとしては、半導体素子３０の耐熱温度よりも低い温度で接合が可能な組成を有するものを採用できる。たとえば、バリウム（Ｂａ）、ビスマス（Ｂｉ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、バナジウム（Ｖ）、りん（Ｐ）などの成分を含有する無鉛ガラスを採用することができる。また、鉛（Ｐｂ）を含有する鉛ガラスを採用してもよい。これらガラスは低融点組成であるため、半導体素子３０の耐熱温度（たとえば４７０℃）よりも低い温度（４００℃以下）の低温で、接合が可能である。
【００３２】
また、本実施形態の接合部材２０および応力吸収材４０は、熱膨張係数などを調整するために、ガラスと反応しない粒子、すなわちフィラーを含有している。このフィラーとしては、たとえばコージェライト、リン酸ジルコン酸タングステン、アルミナ、シリカ等の酸化物、あるいは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、銀（Ａｇ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、セリウム（Ｃｅ）、ガリウム（Ｇａ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）等の各種元素の酸化物を採用することができる。
【００３３】
なお、当該フィラーの粒度は、０．１μｍから５０μｍまで選択することができ、主に接合部材２０および応力吸収材４０の厚さや被接合体（金属ステム１０や半導体素子３０）の表面粗さに応じて選択される。
【００３４】
また、本実施形態の金属ステム１０の材料としては、従来と同様のコバール等でもよいが、ここでは、金属ステム１０は、ステンレスよりなるもので、型加工や切削加工等により形成されている。
【００３５】
より具体的には、金属ステム１０は、ＳＵＳ４３０からなり、熱膨張係数は、たとえば１２０×１０−７／℃（２０℃〜３００℃の範囲にて）である。また、シリコンからなる半導体素子３０の熱膨張係数は、たとえば３０×１０−７／℃（２０℃〜３００℃の範囲にて）である。
【００３６】
そして、本実施形態では、接合部材２０および応力吸収材４０の熱膨張係数は、上述のように、金属ステム１０の熱膨張係数と半導体素子３０の熱膨張係数との中間にあり、たとえば接合部材２０は、５６×１０−７／℃（２０℃〜３００℃の範囲にて）であり、応力吸収材４０は、４９〜６９×１０−７／℃（２０℃〜３００℃の範囲にて）である。これら接合部材２０および応力吸収材４０の熱膨張係数は、無機ガラス中の上記フィラーの添加量を調整することにより、容易に調整することができる。
【００３７】
ここで、上記熱膨張係数の関係が満足されるならば、接合部材２０と応力吸収材４０とは、同一の熱膨張係数でもよいし、異なる熱膨張係数でもよい。さらに言うならば、接合部材２０および応力吸収材４０は、互いに別部材ではあるが、同一の材料よりなるものであってもよいし、異種材料よりなるものであってもよい。
【００３８】
［製造方法の第１の例］
次に、本圧力センサの製造方法を述べる。まず、本製造方法の第１の例を述べる。まず、用意工程では、金属ステム１０、半導体素子３０、接合部材２０の素材としての第１のガラスペースト、および、応力吸収材４０の素材としての第２のガラスペーストを用意する。これら各ガラスペーストは、上記したフィラーを無機ガラス中に含有するペースト状ガラスである。
【００３９】
そして、この第１の製造方法では、第１の工程として、第１のガラスペーストをダイアフラム１１上に塗布し、これを熱処理することにより溶融して固化させ、接合部材２０を形成する。こうして、ダイアフラム１１上にいったん硬化された接合部材２０が形成される。
【００４０】
次に、第２の工程では、この接合部材２０のうち半導体素子３０の外周側に位置する部位に、応力吸収材４０の配置パターンにて第２のガラスペーストを塗布する。
【００４１】
次に、第３の工程では、接合部材２０上にて第２のガラスペーストの内側に半導体素子３０を設置し、熱処理する。これにより、第２のガラスペーストを溶融して固化させて応力吸収材４０を形成するとともに、接合部材２０を再溶融して固化させることで半導体素子３０と接合部材２０とを接合する。これが、本実施形態の製造方法の第１の例であり、これにより、図１、図２に示される圧力センサができあがる。
【００４２】
［製造方法の第２の例］
次に、本圧力センサの製造方法の第２の例を述べる。まず、用意工程では、上記第１の例の製造方法と同様に、金属ステム１０、半導体素子３０、接合部材２０の素材としての第１のガラスペースト、および、応力吸収材４０の素材としての第２のガラスペーストを用意する。
【００４３】
そして、この第２の製造方法では、第１の工程として、第１のガラスペーストをダイアフラム１１上に塗布して乾燥させることにより第１の固形物を得る。この第１の固形物は、溶融ではなく乾燥によりペースト中の溶媒が蒸発して、第１のガラスペーストが固化したものである。
【００４４】
次に、第２の工程では、当該第１の固形物のうち半導体素子３０の外周側に位置する部位に、応力吸収材４０の配置パターンにて第２のガラスペーストを塗布し、さらにこれを乾燥させることにより第２の固形物を得る。この第２の固形物は、溶融ではなく乾燥によりペースト中の溶媒が蒸発して、第２のガラスペーストが固化したものである。
【００４５】
次に、第３の工程では、第１の固形物上にて、第２の固形物の内側に半導体素子３０を設置し、熱処理する。これにより、本第３の工程では、第１の固形物を溶融して固化させて接合部材２０を形成し、半導体素子３０と接合部材２０とを接合するとともに、第２の固形物を溶融して固化させて応力吸収材４０を形成する。これが、本実施形態の製造方法の第２の例であり、これにより、図１、図２に示される圧力センサができあがる。
【００４６】
本実施形態の圧力センサは、これらどちらの例で製造してもよい。第１の例と第２の例とを比較すると、第１の例の場合、半導体素子３０を接合部材２０に搭載する前に、第１の工程によって、第１のガラスペーストを溶融、固化して接合部材２０を形成するようにしている。そのため、第１のガラスペースト中に存在するボイドを、第１のガラスペーストの表面全体から効率良く排出することができるという利点がある。
【００４７】
それに対して、第２の例の場合、半導体素子３０を接合部材２０に搭載した後、第１のガラスペーストを乾燥させてなる第１の固形物を溶融、固化して接合部材２０を形成するようにしている。
【００４８】
そのため、上記第１の例に比べて、第１のガラスペーストに相当する第１の固形物の表面が半導体素子３０で覆われている分、第１のガラスペースト中に存在するボイドの排出という点で不利であるが、接合部材２０および応力吸収材４０を同時に熱処理して形成できるという点で、熱処理の手間やコストが軽減されるという面で有利である。
【００４９】
ここで、上記第１の例および第２の例の製造方法について、より具体的に述べる。当該各例の製造方法において、各ガラスペーストの塗布は、印刷法により行ってもよいが、たとえばディスペンサー装置により行ってもよい。
【００５０】
この場合、ディスペンサー装置としては、典型的には、上記ガラスペーストを吐出するノズルと、金属ステム１０を搭載し、ワーク位置決め駆動が可能なテーブルで構成する支持機構と、を備えるものが挙げられる。たとえば１０〜５０Ｐａ・ｓの粘度としたガラスペーストを用いる場合、当該ノズルの吐出口径は、直径０．２〜０．５ｍｍ程度のものにできる。
【００５１】
さらに、ガラスペーストが塗布されるダイアフラム１１の外面に対して上記ノズルの相対位置制御を行う位置制御手段と、ペースト塗布時に上記ノズルの位置補正を行う位置補正手段とを備えるものが望ましい。このような位置制御手段および位置補正手段は、アクチュエータやコンピュータ等により構成される。
【００５２】
また、接合部材２０および応力吸収材４０の形状について検査を行い、異常形状のものを排除するためには、さらに、塗布されたガラスペースト形状をカメラによって測定する画像手段を備えたディスペンサー装置が望ましい。このようなカメラとして、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等が使用でき、立体（３Ｄ）寸法計測手段によって検査ができる。
【００５３】
なお、ＣＣＤカメラとは、電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）である固体撮像素子カメラであり、ＣＭＯＳカメラとは、相補性金属酸化膜半導体（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）である固体撮像素子カメラである。
【００５４】
さらに、当該カメラは、自動焦点機能を備えたものが望ましい。具体的には、当該カメラは、金属ステム１０上の上記ガラスペーストの塗布面であるダイアフラム１１の外面に、自動焦点するものであることが望ましい。
【００５５】
また、圧力センサにおける焼成後の接合部材２０および応力吸収材４０の形状も上記に記載のＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等を用いた立体（３Ｄ）寸法計測手段によって検査ができる。
【００５６】
［効果等］
ところで、本実施形態によれば、接合部材２０のうち半導体素子３０の外周側に位置する部位と、半導体素子３０の直下に位置する部位とでは、前者の方が応力吸収材４０との合計厚さｔ２によって厚いものとされている。そのため、上記両部位のうち前者の方が後者に比べて、上記熱膨張係数差に起因する金属ステム１０からの応力によって、変位しにくいものとなる。
【００５７】
より具体的に言うと、本実施形態では、接合部材２０であるガラスが溶融から冷却過程で固化することにより半導体素子３０を金属ステム１０に接合している。従って、半導体素子３０および接合部材２０には、金属ステム１０の収縮に伴う熱応力が発生する。ここで、本実施形態では、応力吸収材４０を半導体素子３０の外周側に構成することにより当該熱応力を低減するようにしている。
【００５８】
すなわち、金属ステム１０の方が半導体素子３０よりも熱膨張係数が大きいため、当該冷却過程では、半導体素子３０よりも金属ステム１０の方が大きく収縮する。このことにより、半導体素子３０直下の接合部材２０には、圧力センサの中心（ダイアフラム１１の中心）方向へ引張応力が作用する。
【００５９】
一方、接合部材２０のうち半導体素子３０の外周側に位置する部位は、応力吸収材４０との合計厚さｔ２によって厚いものとされ、上記引張応力によって変位しにくいものとなっているから、接合部材２０に作用する引張応力は、全体的に相殺される。そのため、接合部材２０や半導体素子３０に作用する引張応力が低減し、これら部材２０、３０において亀裂および破壊が無い接合が実現する。
【００６０】
このように、本実施形態によれば、接合部材２０と金属ステム１０との熱膨張差に起因する熱応力を低減して、接合部材２０および半導体素子３０に発生する亀裂や破壊を抑制し、製品の信頼性を向上させることができる。
【００６１】
また、本実施形態によれば、接合部材２０のうち半導体素子３０の直下に位置する部位では、従来通りに接合部材２０の厚さを薄くできるので、金属ステム１０のダイアフラム１１の歪みを、半導体素子３０によって感度良く検出できる。こうして、本実施形態によれば、センサ感度を確保しつつ製品の信頼性を向上させることができる。
【００６２】
そして、本実施形態によれば、接合部材２０および応力吸収材４０の熱膨張係数を、半導体素子３０の熱膨張係数以上、且つ金属ステム１０の熱膨張係数以下とすることで、上記効果を適切に発揮するようにしている。
【００６３】
また、本実施形態では、半導体素子３０の外周側にて、応力吸収材４０を、連続した環状をなしているものとしている。これによれば、半導体素子３０の外側の全周において応力吸収材４０による上記効果が発揮される。
【００６４】
また、応力吸収材４０は半導体素子３０と接触して配置されていてもよいが、本実施形態では、応力吸収材４０は、半導体素子３０と離間して配置されている。このように離間配置形態を採用することにより、接触配置形態を採用する場合に比べて、応力吸収材４０からの応力を半導体素子３０が受けにくくなり、半導体素子３０の感度を確保しやすくなるという利点がある。
【００６５】
また、本実施形態では、金属ステム１０を、ステンレスよりなるものにすることで、従来のコバール製の金属ステムに比べて、耐圧性に優れ高圧測定に適した圧力センサを提供できる。そして、このような高圧タイプの圧力センサにおいて上記した応力吸収材４０による効果を発揮することができる。
【００６６】
次に、上記熱応力を低減して接合部材２０および半導体素子３０に発生する亀裂や破壊を抑制するという本実施形態の効果について、図３、図４に示される実施例１〜１８および比較例１、２を参照して、より具体的に述べる。ここで、比較例１、２は、応力吸収材４０を省略した構成のものである。
【００６７】
この図３、図４の例では、ガラスペーストの調製は以下のように行った。ここでは、接合部材２０および応力吸収材４０のガラスペースト原料となるガラスフリットとして、Ｖ２Ｏ５、Ｐ２Ｏ５、ＴｅＯ２、Ｆｅ２Ｏ３を用いた。
【００６８】
ガラスフリットの組成は、酸化物換算でＶが５０重量％、Ｐが１５重量％、Ｔｅが２５重量％、Ｆｅが１０重量％となるようにした。上記した各酸化物を上記組成となるように調合し、混合した。
【００６９】
そして、この混合した原料をＰｔるつぼに入れ、焼成炉で１０℃／分で昇温し、９００〜９５０℃で１時間保持して、ガラスを得た。この得られたガラスをＰｔるつぼから取り出し、その後、粉砕処理により粒径２０μｍ未満まで粉砕した。次いで、篩（ふるい）通しを行って、粒度３μｍのガラスフリットを得た。
【００７０】
次に、接合部材２０および応力吸収材４０において熱膨張係数を制御する材料であるフィラーを用意し、各フィラーと上記した粒度３μｍのガラスフリットとを混合して種々の混合粉を得た。ここで、フィラーとしては、リン酸ジルコン酸タングステン（Ｚｒ２ＷＰ２Ｏ１２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ３）を用いた。
【００７１】
そして、上記混合粉をガラスペーストとするために、上記混合粉に、溶媒として、ブチルカルビレートアセテート、バインダーとしてエチルセルロースを添加して混合し、ガラスペーストを得た。
【００７２】
図３、図４の例では、ガラスフリットとしては同一組成のものとし、フィラーの添加量を異ならせたガラスペーストを作製することにより、熱膨張係数の異なる種々の接合部材２０および応力吸収材４０を形成するようにした。
【００７３】
そして、図３、図４の例では、接合部材２０および応力吸収材４０となるガラスペーストは、上記溶媒の添加量によって１０〜５０Ｐａ・ｓに粘度調整し、これを、ディスペンサー装置を用いて、ＳＵＳ４３０よりなる金属ステム１０のダイアフラム１１上に塗布した。
【００７４】
そして、この塗布されたガラスペーストについて、上記した本実施形態の第１の例または第２の例の製造方法を適用し、乾燥、加熱による溶融および固化を行うことにより、接合部材２０および応力吸収材４０を形成した。
【００７５】
図３、図４の各実施例１〜１８および比較例１、２では、接合部材２０の熱膨張係数は、５６×１０−７／℃（２０℃〜３００℃の範囲にて）で一定とし、接合部材２０の厚さｔ１は、金属ステム１０の表面すなわちダイアフラム１１表面を基準として５０〜１００μｍの範囲で制御した。
【００７６】
また、応力吸収材４０の熱膨張係数は、４９〜６９×１０−７／℃（２０℃〜３００℃の範囲にて）の範囲で変えていき、応力吸収材４０の厚さｔ３は５０〜１５０μｍの範囲で制御した。なお、半導体素子３０の厚さは、すべての例において１００μｍとした。これら、半導体素子３０、接合部材２０の厚さは、この種の圧力センサとして典型的な厚さである。
【００７７】
そして、各例について、接合後における半導体素子３０および接合部材２０に発生した亀裂や破壊を調査した。その結果、図３、図４に示されるように、実施例１〜１８では、半導体素子３０や接合部材２０に亀裂や破壊は見られず、評価サンプルすべてにおいて接合形態が確保されたのに対し、応力吸収材２０を省略した構成の比較例１、２では、半導体素子３０や接合部材４０に亀裂や破壊が発生した。
【００７８】
このように、本実施形態によれば、高圧タイプに適したステンレスよりなる金属ステム１０を用いた場合においても、接合ガラスよりなる接合部材２０を介して、半導体素子３０を金属ステム１０に適切に接合できるのである。
【００７９】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、半導体素子３０の外周側にて、応力吸収材４０は連続した環状に配置されたものであったが、これに限定されるものではなく、たとえば断続的に環状に配置されたものであってもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、半導体素子３０は平面矩形の板状であったが、半導体素子３０としては、平面形状が円形、または、角部がＲ加工された多角形であってもよい。半導体素子３０が平面矩形の場合、角部に上記熱応力が集中しやすく、当該角部に亀裂が発生しやすい。その点、半導体素子３０を円形板状もしくは角部がＲ加工された多角形板状のものとすれば、半導体素子３０における上記熱応力集中を抑制しやすい。
【００８１】
また、上記実施形態では、接合部材２０および応力吸収材４０は、主成分が無機ガラスよりなるものとしたが、当該主成分としては、アルミナやシリカ等の酸化物であってもよい。
【００８２】
また、上記製造方法において、ディスペンサー装置による各ガラスペーストの塗布形状及び圧力センサにおける焼成後の接合部材２０および応力吸収材４０の形状の検査を行う場合、立体（３Ｄ）寸法計測手段によって、ペースト形状検査を行ってもよい。それによれば、より高速で高精度な形状判定が可能となる。このような立体（３Ｄ）寸法計測は、たとえば光切断法に基づくものである。
【００８３】
また、上記した各実施形態同士の組み合わせ以外にも、上記各実施形態は、可能な範囲で適宜組み合わせてもよく、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８４】
１０  金属ステム
１１  ダイアフラム
２０  接合部材
３０  半導体素子
４０  応力吸収材
ｔ１  接合部材の厚さ
ｔ２  接合部材とその上に位置する応力吸収材との合計厚さ
【図１】
0005870837.tif 000002
【図２】
0005870837.tif 000003
【図３】
0005870837.tif 000004
【図４】
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