(57)【要約】【課題】  部品点数を減らして小型化を図ることができ、しかも複数の端子電極と実装用回路基板上の接続用電極との間に偏った力が発生するのを防止して正確な力検出を行うことができる半導体力センサ及び半導体力センサモジュールを提供する。【解決手段】  センサ素子３の表面上に、変換部１３の回路１５に形成された複数の端子電極１７の他に、表面実装用回路基板上にセンサ素子３を表面実装する際に利用される複数の実装用電極１９Ａ，１９Ｂを設ける。複数の実装用電極１９Ａ，１９Ｂは、球体５を通してダイアフラム部９に力が加わった際に、複数の端子電極１７と実装用回路基板Ｃ上の複数の接続用電極Ｃ１との間に加わる力が軽減される位置に設ける。【選択図】  図１
2006220564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾ抵抗効果を利用して力の変化を電気信号の変化に変換する変換部を備えた表面及び裏面を有するダイアフラム部と、前記ダイアフラム部の外側に位置し且つ前記ダイアフラムの前記裏面が位置する側に前記ダイアフラム部と一体に設けられて前記ダイアフラム部を支持する筒状の支持部とを有するセンサ素子と、
前記ダイアフラム部の裏面と前記支持部の内周面とによって囲まれた空間内に一部が収容されて前記ダイアフラム部の裏面側から測定の対象となる力を前記ダイアフラム部に加える力伝達手段と、
前記ダイアフラム部との間に間隔を開け且つ前記ダイアフラム部と対向するように配置される対向壁部を備えて、前記力伝達手段を前記ダイアフラム部の裏面に直接接触させるように、前記力伝達手段を位置決め配置する力伝達手段位置決め構造とを具備し、
前記力伝達手段が剛性を有する球体により構成されて、
前記力伝達手段位置決め構造の前記対向壁部には、前記ダイアフラム部と対向する位置に前記ダイアフラム部に向かう方向に前記対向壁部を貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔が前記球体の一部を前記対向壁部の外部に臨ませ、前記球体が前記ダイアフラム部と直交する方向にのみ移動可能で且つ前記球体が前記ダイアフラム部の中心部上で回動し得るように前記球体の残部の一部を収容する形状を有している半導体力センサであって、
前記センサ素子の前記表面上に、前記変換部の回路に形成されて前記実装用回路基板上の複数の接続用電極にそれぞれ接続される複数の端子電極の他に、表面実装用回路基板上に前記センサ素子を表面実装する際に利用されて前記表面実装用回路基板上の複数の接続部にそれぞれ接続される複数の実装用電極が設けられており、
前記複数の実装用電極は、前記球体を通して前記ダイアフラム部に力が加わった際に、前記複数の端子電極と前記実装用回路基板上の前記複数の接続用電極との間に加わる力が軽減される位置に設けられていることを特徴とする半導体力センサ。
【請求項２】
前記複数の端子電極及び前記複数の実装用電極は、前記支持部上に配置されており、
前記複数の実装用電極の少なくとも一部の複数の実装用電極は、前記複数の端子電極が配置される端子電極領域よりも、前記ダイアフラム部寄りの位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体力センサ。
【請求項３】
前記複数の端子電極及び前記複数の実装用電極は、前記支持部上に配置されており、
前記複数の実装用電極のうち一部の複数の実装用電極は、前記複数の端子電極が配置される端子電極領域よりも、前記ダイアフラム部寄りの位置に設けられており、前記複数の実装用電極のうち残りの複数の実装用電極は、前記複数の端子電極が配置される端子電極領域内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体力センサ。
【請求項４】
前記ダイアフラム部の輪郭形状が非円形形状を呈しており、
前記少なくとも一部の複数の実装用電極は、前記ダイアフラム部の輪郭に含まれる複数の角部に隣接して配置されている請求項２に記載の半導体力センサ。
【請求項５】
前記ダイアフラム部の輪郭形状が非円形形状を呈しており、
前記一部の複数の実装用電極は、前記ダイアフラム部の輪郭に含まれる複数の角部に隣接して配置されている請求項３に記載の半導体力センサ。
【請求項６】
１つの前記角部の両側にそれぞれ１以上の前記実装用電極が配置されている請求項４または５に記載の半導体力センサ。
【請求項７】
前記力伝達手段位置決め構造は、
前記対向壁部を備えたカバー部材と、
前記球体の表面と接触することなく前記球体の一部を収容する大きさを有し且つ前記対向壁部に設けられた前記貫通孔と前記センサ素子に設けられた前記空間と連通する連通用貫通孔を備えて、前記センサ素子の前記支持部と前記カバー部材との間に配置された中間部材とを備えており、
前記中間部材が前記支持部に固定され、前記カバー部材が少なくとも前記中間部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体力センサ。
【請求項８】
前記中間部材は、ガラス材料により形成され、前記中間部材と前記支持部とは陽極接合により固定されている請求項７に記載の半導体力センサ。
【請求項９】
前記力伝達手段位置決め構造は、
前記対向壁部を備えたカバー部材からなり、
前記カバー部材が前記センサ素子の前記支持部に直接固定されている請求項１に記載の半導体力センサ。
【請求項１０】
前記カバー部材が接着剤により前記支持部に接合されている請求項９に記載の半導体力センサ。
【請求項１１】
前記複数の端子電極及び前記複数の実装用電極には、前記複数の端子電極及び前記複数の実装用電極を前記表面実装用回路基板上に接続するためのバンプが設けられている請求項１に記載の半導体力センサ。
【請求項１２】
ピエゾ抵抗効果を利用して力の変化を電気信号の変化に変換する変換部を備えた表面及び裏面を有するダイアフラム部と、前記ダイアフラム部の外側に位置し且つ前記ダイアフラムの前記裏面が位置する側に前記ダイアフラム部と一体に設けられて前記ダイアフラム部を支持する筒状の支持部とを有するセンサ素子と、
前記ダイアフラム部の裏面と前記支持部の内周面とによって囲まれた空間内に一部が収容されて前記ダイアフラム部の裏面側から測定の対象となる力を前記ダイアフラム部に加える力伝達手段と、
前記ダイアフラム部との間に間隔を開け且つ前記ダイアフラム部と対向するように配置される対向壁部を備えて、前記力伝達手段を前記ダイアフラム部の裏面に直接接触させるように、前記力伝達手段を位置決め配置する力伝達手段位置決め構造と
前記センサ素子が接続される表面実装用回路基板とを具備し、
前記力伝達手段が剛性を有する球体により構成されて、
前記力伝達手段位置決め構造の前記対向壁部には、前記ダイアフラム部と対向する位置に前記ダイアフラム部に向かう方向に前記対向壁部を貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔が前記球体の一部を前記対向壁部の外部に臨ませ、前記球体が前記ダイアフラム部と直交する方向にのみ移動可能で且つ前記球体が前記ダイアフラム部の中心部上で回動し得るように前記球体の残部の一部を収容する形状を有している半導体力センサモジュールであって、
前記センサ素子の前記表面上に、前記変換部の回路に形成されて前記実装用回路基板上の複数の接続用電極にそれぞれ接続される複数の端子電極の他に、表面実装用回路基板上に前記センサ素子を表面実装する際に利用されて前記表面実装用回路基板上の複数の接続部にそれぞれ接続される複数の実装用電極が設けられており、
前記複数の実装用電極は、前記球体を通して前記ダイアフラム部に力が加わった際に、前記複数の端子電極と前記実装用回路基板上の前記複数の接続用電極との間に加わる力が軽減される位置に設けられており、
前記複数の端子電極と前記表面実装用回路基板の前記複数の接続用電極との接続、及び前記複数の実装用電極と前記表面実装用回路基板の前記複数の接続部との接続は、バンプにより行われている半導体力センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの力をセンサ素子により検出して、電気信号として出力する半導体力センサ及び半導体力センサモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−２６４０５９号公報（特許文献１）には、センサ素子と力伝達手段と力伝達手段位置決め構造とセンサ素子等を収納するケースとを具備した半導体力センサが示されている。センサ素子は、ピエゾ抵抗効果を利用して力の変化を電気信号の変化に変換する変換部を備えた表面を有するダイアフラム部と、ダイアフラム部と一体に設けられてダイアフラム部を支持する筒状の支持部とを有している。力伝達手段は、ダイアフラム部の裏面側から測定の対象となる力をダイアフラム部に加える球体から構成されている。力伝達手段位置決め構造は、ダイアフラム部との間に間隔を開け且つダイアフラム部と対向するように配置される対向壁部を備えて、力伝達手段をダイアフラム部の裏面に直接接触させるように、力伝達手段を位置決め配置する構造を有している。この半導体力センサでは、力伝達手段によるダイアフラム部の撓みをダイアフラム部上の変換部が電気信号の変化に変換して、電気信号として出力することにより、外部からの力を検出する。
【特許文献１】特開２００４−２６４０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の半導体力センサでは、部品点数を減らして、小型化することが求められている。しかしながら、従来の半導体力センサでは、部品点数を減らして、小型化するには限界があった。
【０００４】
本発明の目的は、部品点数を減らして小型化を図ることができ、しかも複数の端子電極と実装用回路基板上の接続用電極との間に偏った力が発生するのを防止して正確な力検出を行うことができる半導体力センサ及び半導体力センサモジュールを提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、複数の端子電極と複数の接続用電極との接続強度を維持することができる半導体力センサ及び半導体力センサモジュールを提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、ダイアフラム部が必要以上に変位してセンサ素子が損傷するのを防止できる半導体力センサ及び半導体力センサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明が改良の対象とする半導体力センサは、センサ素子と力伝達手段と力伝達手段位置決め構造とを具備している。センサ素子は、ピエゾ抵抗効果を利用して力の変化を電気信号の変化に変換する変換部を備えた表面及び裏面を有するダイアフラム部と、ダイアフラム部の外側に位置し且つダイアフラムの裏面が位置する側にダイアフラム部と一体に設けられてダイアフラム部を支持する筒状の支持部とを有している。力伝達手段は、ダイアフラム部の裏面と支持部の内周面とによって囲まれた空間内に一部が収容されてダイアフラム部の裏面側から測定の対象となる力をダイアフラム部に加える。力伝達手段位置決め構造は、ダイアフラム部との間に間隔を開け且つダイアフラム部と対向するように配置される対向壁部を備えて、力伝達手段をダイアフラム部の裏面に直接接触させるように、力伝達手段を位置決め配置する。そして、力伝達手段が剛性を有する球体により構成されている。また、力伝達手段位置決め構造の対向壁部には、ダイアフラム部と対向する位置にダイアフラム部に向かう方向に対向壁部を貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔は、球体の一部を対向壁部の外部に臨ませ、球体がダイアフラム部と直交する方向にのみ移動可能で且つ球体がダイアフラム部の中心部上で回動し得るように球体の残部の一部を収容する形状を有している。本発明では、センサ素子の表面上に、変換部の回路に形成されて実装用回路基板上の複数の接続用電極にそれぞれ接続される複数の端子電極の他に、表面実装用回路基板上にセンサ素子を表面実装する際に利用されて表面実装用回路基板上の複数の接続部にそれぞれ接続される複数の実装用電極を設ける。複数の実装用電極は、球体を通してダイアフラム部に力が加わった際に、複数の端子電極と実装用回路基板上の複数の接続用電極との間に加わる力が軽減される位置に設ける。なお、実装用電極は、実際の電極として機能するものでもよいし、実際の電極として機能しないいわゆるダミー電極であっても構わない。
【０００８】
本発明では、センサ素子の表面上に設けられた変換部の回路に形成された複数の端子電極を直接的に表面実装用回路基板上の複数の接続用電極に接続するため、従来のようにセンサ素子等を収納するケースを設けたり、ケース内に接続端子を配置する必要がなく、部品点数を減らして、半導体力センサの小型化を図ることができる。また、ダイアフラム部が必要以上に変位しても、ダイアフラム部が実装用回路基板に当接し、ダイアフラム部が必要以上に変位するのを抑制できる。そのため、センサ素子が損傷するのを防止できる。
【０００９】
しかしながら、単に、複数の端子電極を表面実装用回路基板上に接続すると、球体を通してダイアフラム部に力が加わった際に、複数の端子電極と実装用回路基板上の接続用電極との間に偏った力が加わり、正確な検出ができなくなるおそれがある。そこで本発明では、複数の端子電極の他に、表面実装用回路基板上にセンサ素子を表面実装する際に利用されて、表面実装用回路基板上の複数の接続部にそれぞれ接続される複数の実装用電極を設けた。そして、複数の実装用電極は、球体を通してダイアフラム部に力が加わった際に、複数の端子電極と実装用回路基板上の複数の接続用電極との間に加わる力が軽減される位置に設けた。このようにすれば、球体を通してダイアフラム部に力が加わった際に、複数の端子電極の他に複数の実装用電極にもほぼ均等に力が加わり、複数の端子電極と実装用回路基板上の接続用電極との間に偏った力が発生するのを防止でき、正確な力検出を行うことができる。また、複数の実装用電極に均等に力が加わることにより、センサ素子に無理な力が加わるのを防ぐことができ、センサ素子が損傷を受けるのを防止できる。
【００１０】
また、複数の実装用電極と複数の接続部との接続により、球体を通してダイアフラム部に力が加わった反動で、複数の端子電極と複数の接続用電極との間に両者を引き離す力が加わるの防ぐことができる。そのため、複数の端子電極と複数の接続用電極との接続強度を維持することができる。
【００１１】
複数の端子電極及び複数の実装用電極は、支持部上に配置するのが好ましい。この場合、複数の実装用電極の少なくとも一部の複数の実装用電極は、複数の端子電極が配置される端子電極領域よりも、ダイアフラム部寄りの位置に設けるればよい。このようにすれば、球体を通してダイアフラム部に力が加わった際に、複数の実装用電極に多くの力が加わり、接続用電極に偏った力が加わるのを防止できる。
【００１２】
また、複数の実装用電極のうち一部の複数の実装用電極は、複数の端子電極が配置される端子電極領域よりも、ダイアフラム部寄りの位置に設け、複数の実装用電極のうち残りの複数の実装用電極は、複数の端子電極が配置される端子電極領域内に設けることができる。このようにすれば、球体を通してダイアフラム部に力が加わった際に、複数の実装用電極に多くの力が加わり、接続用電極に偏った力が加わるのを防止できる上、複数の端子電極が配置される端子電極領域内に設けられた残りの複数の実装用電極により、複数の実装用電極に加わる力も分散させることができる。
【００１３】
ダイアフラム部の輪郭形状が非円形形状を呈しており、複数の実装用電極の少なくとも一部の複数の実装用電極を複数の端子電極が配置される端子電極領域よりも、ダイアフラム部寄りの位置に設ける場合は、少なくとも一部の複数の実装用電極をダイアフラム部の輪郭に含まれる複数の角部に隣接して配置することができる。また、ダイアフラム部の輪郭形状が非円形形状を呈しており、複数の実装用電極のうち一部の複数の実装用電極を複数の端子電極が配置される端子電極領域よりも、ダイアフラム部寄りの位置に設け、複数の実装用電極のうち残りの複数の実装用電極を複数の端子電極が配置される端子電極領域内に設ける場合は、一部の複数の実装用電極をダイアフラム部の輪郭に含まれる複数の角部に隣接して配置することができる。このようにすれば、球体を通してダイアフラム部に力が加わった際に、少なくとも一部または一部の複数の実装用電極に力が加わることにより、損傷を受けやすいダイアフラム部の角部を保護することができる。
【００１４】
より具体的には、１つの角部の両側にそれぞれ１以上の実装用電極が配置するのが好ましい。このようにすれば、１つの角部において、部分的な偏りなく、少なくとも一部または一部の複数の実装用電極に力が加わることになる。
【００１５】
力伝達手段位置決め構造は、対向壁部を備えたカバー部材と、球体の表面と接触することなく球体の一部を収容する大きさを有し且つ対向壁部に設けられた貫通孔とセンサ素子に設けられた空間と連通する連通用貫通孔を備えて、センサ素子の支持部とカバー部材との間に配置された中間部材とを備えるように構成することができる。この場合、中間部材を支持部に固定し、カバー部材を少なくとも中間部材に固定する。このようにすれば、中間部材をガラス材料により形成することにより、中間部材を支持部上に配置し、球体を支持部内に配置しない状態で中間部材と支持部とを陽極接合により固定することができる。陽極接合とは、中間部材と支持部とを突き合わせ、３００〜４００℃の温度で加熱した状態で５００〜１０００Ｖの直流電圧を両者の間に印加して接合する方法である。そのため、球体に熱影響を与えることなく、中間部材と支持部とを陽極接合により容易且つ確実に固定することができる。
【００１６】
また、力伝達手段位置決め構造は、対向壁部を備えたカバー部材のみから構成できる。この場合、カバー部材は、センサ素子の支持部に直接固定することになる。カバー部材は、接着剤等により支持部に接合することができる。このようにすれば、中間部材を設ける必要がなく、部品点数を少なくできる。
【００１７】
複数の端子電極及び複数の実装用電極には、複数の端子電極及び複数の実装用電極を表面実装用回路基板上に接続するためのバンプを設けるのが好ましい。バンプとは、電子部品と回路基板との接続を容易に行えるように、電子部品及び回路基板のどちらか一方の電極に予め設けられた半田、金等の接続材料である。このようにすれば、複数の端子電極及び複数の実装用電極と表面実装用回路基板との接続が容易になる上、接続部分の厚み寸法をほぼ均等にできる。
【００１８】
本願発明が改良の対象とする半導体力センサモジュールは、センサ素子と力伝達手段と力伝達手段位置決め構造とを備える力センサに加えてセンサ素子が接続される表面実装用回路基板を具備している。センサ素子は、ピエゾ抵抗効果を利用して力の変化を電気信号の変化に変換する変換部を備えた表面及び裏面を有するダイアフラム部と、ダイアフラム部の外側に位置し且つダイアフラムの裏面が位置する側にダイアフラム部と一体に設けられてダイアフラム部を支持する筒状の支持部とを有している。力伝達手段は、ダイアフラム部の裏面と支持部の内周面とによって囲まれた空間内に一部が収容されてダイアフラム部の裏面側から測定の対象となる力をダイアフラム部に加える。力伝達手段位置決め構造は、ダイアフラム部との間に間隔を開け且つダイアフラム部と対向するように配置される対向壁部を備えて、力伝達手段をダイアフラム部の裏面に直接接触させるように、力伝達手段を位置決め配置する。そして、力伝達手段が剛性を有する球体により構成されている。また、力伝達手段位置決め構造の対向壁部には、ダイアフラム部と対向する位置にダイアフラム部に向かう方向に対向壁部を貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔は、球体の一部を対向壁部の外部に臨ませ、球体がダイアフラム部と直交する方向にのみ移動可能で且つ球体がダイアフラム部の中心部上で回動し得るように球体の残部の一部を収容する形状を有している。本発明では、変換部の回路に形成されて実装用回路基板上の複数の接続用電極にそれぞれ接続される複数の端子電極の他に、表面実装用回路基板上にセンサ素子を表面実装する際に利用されて表面実装用回路基板上の複数の接続部にそれぞれ接続される複数の実装用電極を設ける。そして、複数の実装用電極は、球体を通してダイアフラム部に力が加わった際に、複数の端子電極と実装用回路基板上の複数の接続用電極との間に加わる力が軽減される位置に設ける。また、複数の端子電極と表面実装用回路基板の複数の接続用電極との接続、及び複数の実装用電極と表面実装用回路基板の複数の接続部との接続はバンプにより行なう。なお、ここでいう半導体力センサモジュールとは、力センサが単独に表面実装用回路基板に接続されるユニットタイプと、力センサと大型の表面実装用回路基板とを具備して表面実装用回路基板に力センサ以外の電子部品も取り付けられるタイプの両方を含むものである。
【００１９】
本発明によれば、センサ素子の表面上に設けられて変換部の回路に形成されて実装用回路基板上の複数の接続用電極にそれぞれ接続される複数の端子電極を直接的に表面実装用回路基板上に接続するため、センサ素子等を収納するケースを設けたり、ケース内に接続端子を配置する必要がなく、部品点数を減らして、半導体力センサの小型化を図ることができる。また、ダイアフラム部が必要以上に変位しても、ダイアフラム部が実装用回路基板に当接し、ダイアフラム部が必要以上に変位するのを抑制できる。そのため、センサ素子が損傷するのを防止できる。
【００２０】
また、複数の端子電極の他に、表面実装用回路基板上の複数の接続部にそれぞれ接続される複数の実装用電極を設け、複数の実装用電極は、球体を通してダイアフラム部に力が加わった際に、センサ素子から表面実装用回路基板に加わる力が分散される位置に設けたので、複数の端子電極と実装用回路基板上の接続用電極との間に偏った力が発生するのを防止でき、正確な力検出を行うことができる。また、センサ素子に無理な力が加わるのを防ぐことができ、センサ素子が損傷を受けるのを防止できる。
【００２１】
また、複数の実装用電極と複数の接続部との接続により、複数の端子電極と複数の接続用電極との接続強度を維持することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、センサ素子の表面上に設けられて変換部の回路に形成されて実装用回路基板上の複数の接続用電極にそれぞれ接続される複数の端子電極を直接的に表面実装用回路基板上に接続するため、センサ素子等を収納するケースを設けたり、ケース内に接続端子を配置する必要がなく、部品点数を減らして、半導体力センサの小型化を図ることができる。また、ダイアフラム部が必要以上に変位しても、ダイアフラム部が実装用回路基板に当接し、ダイアフラム部が必要以上に変位するのを抑制できる。そのため、センサ素子が損傷するのを防止できる。
【００２３】
また、複数の端子電極の他に、表面実装用回路基板上の複数の接続部にそれぞれ接続される複数の実装用電極を設け、複数の実装用電極は、球体を通してダイアフラム部に力が加わった際に、センサ素子から表面実装用回路基板に加わる力が分散される位置に設けたので、複数の端子電極と実装用回路基板上の接続用電極との間に偏った力が発生するのを防止でき、正確な力検出を行うことができる。また、センサ素子に無理な力が加わるのを防ぐことができ、センサ素子が損傷を受けるのを防止できる。
【００２４】
また、複数の実装用電極と複数の接続部との接続により、複数の端子電極と複数の接続用電極との接続強度を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は表面実装用回路基板Ｃ上に実装された状態の本発明の第１の実施の形態の半導体力センサ１の概略断面図であり、図２は、表面実装用回路基板Ｃ側から見た本発明の第１の実施の形態の半導体力センサ１の平面図である。図１に示すように、本実施の形態の半導体力センサは、センサ素子３と力伝達手段を構成する球体５と力伝達手段位置決め構造７とを有している。センサ素子３は、Ｓｉ半導体基板を用いて形成されており、ダイアフラム部９とダイアフラム部９の外周に位置してダイアフラム部９を支持する筒状の支持部１１とを有している。支持部１１は、ダイアフラム部９に向かうにしたがって相互に対向する部分が近づくように傾斜する内周面１１ａを有している。ダイアフラム部９は、矩形状（非円形形状）を呈している。図２に示すように、支持部１１の反対側に位置するダイアフラム部９の表面には、ピエゾ抵抗効果を利用して力の変化を電気信号の変化に変換する変換部１３が形成されている。この変換部１３は、ダイアフラム部９の表面の所定位置にボロンイオンを注入してｐ型の拡散抵抗層を形成することにより形成されている。また、センサ素子３の表面の支持部１１上には、変換部１３の回路１５に形成された８個の端子電極１７と２０個の実装用電極１９Ａ，１９Ｂが形成されている。端子電極１７及び実装用電極１９Ａ，１９Ｂは、アルミニウムにより形成されており、矩形を有している。これらの８個の端子電極１７と２０個の実装用電極１９Ａ，１９Ｂとが図１に示す表面実装用回路基板Ｃの接続用電極Ｃ１と接続部Ｃ２とに金バンプ接続部２０によりそれぞれ接続されて、センサ素子３は表面実装用回路基板Ｃ上に表面実装されている。なお、接続部Ｃ２は、実際の電極として機能しないいわゆるダミー電極として形成されている。本例では、図３に示すように、端子電極１７及び実装用電極１９Ａ，１９Ｂ上に金バンプ１８を設け、表面実装用回路基板Ｃを予熱した状態で、センサ素子３に超音波を加えて、金バンプ１８を溶解，凝固して、金バンプ接続部２０を形成した。これにより、端子電極１７と接続用電極Ｃ１とを接続し、実装用電極１９Ａ，１９Ｂと接続部Ｃ２とを接続した。端子電極１７と金バンプ接続部２０と接続用電極Ｃ１とを加えた厚み寸法と、実装用電極１９Ａ，１９Ｂのそれぞれと金バンプ接続部２０と接続部Ｃ２とを加えた厚み寸法とは、いずれも等しい寸法を有しており、ダイアフラム部９と表面実装用回路基板Ｃとの間にダイアフラム部９の撓みを許容する間隙が形成される寸法に設定されている。８個の端子電極１７及び２０個の実装用電極１９Ａ，１９Ｂは、支持部１１上全体に亘って偏りなく、均等に分散されて配置されている。これにより、実装用電極１９Ａ，１９Ｂは、球体５を通してダイアフラム部９に力が加わった際に、複数の端子電極１７と実装用回路基板Ｃ上の複数の接続用電極Ｃ１との間に加わる力が軽減される位置に設けられることになる。本例では、実装用電極１９Ａ，１９Ｂは、実際の電極として機能しないいわゆるダミー電極として形成されている。２０個の実装用電極１９Ａ，１９Ｂの内、１２個の実装用電極１９Ａは、端子電極１７の領域よりも、ダイアフラム部９寄りの位置に設けられている。より具体的には、ダイアフラム部９の輪郭に含まれる４つの角部９ａに隣接する該角部９ａの両側と、角部９ａと角部９ａとの中間位置とに配置されている。また、２０個の実装用電極１９Ａ，１９Ｂの内、８個の実装用電極１９Ｂは、端子電極１７の領域内に設けられている。これにより、ダイアフラム部９を囲む矩形の仮想線上に８個の端子電極１７及び８個の実装用電極１９Ｂが等間隔で並んで配置されることになる。
【００２６】
球体５は、剛性を有する金属球により形成されており、センサ素子３のダイアフラム部９の裏面側から測定の対象となる力をダイアフラム部９に加えるための力伝達手段を構成している。球体９は、ダイアフラム部９に直接力を加えられるように、ダイアフラム部９の裏面と支持部１１の内周面とによって囲まれた空間２１内に一部が収容されている。
【００２７】
力伝達手段位置決め構造７は、中間部材２３とカバー部材２５とを備えている。中間部材２３は、ガラス材料により形成された円筒状を有している。この中間部材２３は、後述する対向壁部２９に設けられた貫通孔２９ａとセンサ素子３に設けられた空間２１と連通する連通用貫通孔２７を備えて、センサ素子３の支持部１１とカバー部材２５との間に配置されている。そして、中間部材２３は、センサ素子３の支持部１１と陽極接合により固定されている。
【００２８】
カバー部材２５は、板状の対向壁部２９と対向壁部２９の縁から立ち上がる筒状部３１とを一体に有しており、セラミックスまたは金属により形成されている。対向壁部２９は、ダイアフラム部９との間に間隔を開け且つダイアフラム部９と対向するように配置されている。この対向壁部２９には、ダイアフラム部９と対向する位置に対向壁部２９を貫通する円形の貫通孔２９ａが形成されている。この貫通孔２９ａは、球体５の一部を対向壁部２９の外部に臨ませ、球体５がダイアフラム部９と直交する方向にのみ移動可能で且つ球体５がダイアフラム部９の中心部上で回動し得るように球体５の残部の一部を収容する形状を有している。カバー部材２５は、対向壁部２９及び筒状部３１が中間部材２３に接着剤により接合された状態で嵌合されることにより、中間部材２３に固定されている。
【００２９】
本例では、中間部材２３を支持部１１上に配置し、球体５を支持部１１内に配置しない状態で３００〜４００℃の温度で加熱し、５００〜１０００Ｖの直流電圧を両者の間に印加して陽極接合により中間部材２３と支持部１１とを固定した。その後に、カバー部材２５を中間部材２３に接着剤により固定した。
【００３０】
本例の半導体力センサ１では、センサ素子３の表面上に設けられて変換部１３の回路に形成された端子電極１７を直接的に表面実装用回路基板Ｃ上に接続するため、センサ素子３等を収納するケースを設けたり、ケース内に接続端子を配置する必要がなく、部品点数を減らして、半導体力センサの小型化を図ることができる。また、ダイアフラム部９が必要以上に変位しても、ダイアフラム部９が実装用回路基板Ｃに当接し、ダイアフラム部９が必要以上に変位するのを抑制できる。そのため、センサ素子が損傷するのを防止できる。また、本例の半導体力センサ１では、２０個の実装用電極１９Ａ，１９Ｂが、球体５を通してダイアフラム部９に力が加わった際に、８個の端子電極１７と実装用回路基板Ｃ上の８個の接続用電極Ｃ１との間に加わる力が軽減される位置に設けられている。そのため、球体５を通してダイアフラム部９に力が加わった際に、端子電極１７の他に実装用電極１９Ａ，１９Ｂにもほぼ均等に力が加わり、８個の端子電極１７と実装用回路基板Ｃ上の８個の接続用電極Ｃ１とのそれぞれの間に偏った力が発生するのを防止でき、正確な力検出を行うことができる。また、複数の実装用電極１９Ａ，１９Ｂに均等に力が加わることにより、センサ素子３に無理な力が加わるのを防ぐことができ、センサ素子３が損傷を受けるのを防止できる。更に、実装用電極１９Ａ，１９Ｂと接続部Ｃ２との接続により、球体５を通してダイアフラム部９に力が加わった反動で、端子電極１７と複数の接続用電極Ｃ１との間に両者を引き離す力が加わるの防ぐことができる。そのため、端子電極１７と接続用電極Ｃ１との接続強度を維持することができる。
【００３１】
図４は表面実装用回路基板Ｃ上に実装された状態の本発明の第２の実施の形態の半導体力センサ１０１の概略断面図である。本例では、力伝達手段位置決め構造１０７が中間部材を有しておらず、その他は、第２の実施の形態の半導体力センサ１と基本的に同じ構造を有している。言い換えるならば、力伝達手段位置決め構造１０７がカバー部材１２５のみから構成されている。本例では、カバー部材１２５は、合成樹脂、シリコン、ガラス、金属等により形成されている。カバー部材１２５の対向壁部１２９に形成された貫通孔１２９ａは、外部に向かうに従って（センサ素子３から離れるに従って）徐々に直径寸法が小さくなる形状を有している。そして、カバー部材１２５がセンサ素子１０３の支持部１１１に接着剤により直接固定されている。本例の半導体力センサ１０１では、中間部材を設ける必要がなく、部品点数を少なくできる。
【００３２】
なお、上記例では、表面実装用回路基板に実装した半導体力センサの例を示したが、半導体力センサと表面実装用回路基板とが組み合わされた半導体力センサモジュールが本発明の半導体力センサモジュールに含まれるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】表面実装用回路基板上に実装された状態の本発明の第１の実施の形態の半導体力センサの概略断面図である。
【図２】表面実装用回路基板側から見た本発明の第１の実施の形態の半導体力センサの平面図である。
【図３】図２に示す半導体力センサ１の部分拡大図である。
【図４】表面実装用回路基板上に実装された状態の本発明の第２の実施の形態の半導体力センサの概略断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  半導体力センサ
３  センサ素子
５  球体（力伝達手段）
７  力伝達手段位置決め構造
９  ダイアフラム部
１１  支持部
１３  変換部
１７  端子電極
１９Ａ，１９Ｂ  実装用電極
２３  中間部材
２５  カバー部材
Ｃ  表面実装用回路基板
【図１】
2006220564.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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