(57)【要約】【課題】半導体素子の固定をよりいっそう安定的に行うこと。【解決手段】接合体Ｊの製造方法は、平面視にて半導体素子７と略一致する形状を有し半導体素子７の端面７３における全周及び第二主面７２と当接する凹部９１が形成されたガラスフリット成形体９０を成形するフリット成形工程と、ガラスフリット成形体９０をダイアフラム４１におけるチップ支持表面４２に載置し且つ凹部９１に半導体素子７を装着した状態の金属ステム４とガラスフリット成形体９０と半導体素子７との積層体Ｓを形成する積層工程と、積層体Ｓを熱処理することでガラスフリット成形体９０から接合層８を形成する接合工程とを有する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の第一主面（７１）と、前記第一主面の裏面であって前記第一主面と平行な平面状の第二主面（７２）と、前記第一主面の外縁及び前記第二主面の外縁と接続する端面（７３）とを有する平板状に形成された半導体素子（７）と、
前記第二主面と接合されたガラス層である接合層（８）と、
前記第二主面と平行な平面状の表面であるチップ支持表面（４２）を有する薄板状に形成されたダイアフラム（４１）と、前記ダイアフラムの外縁部と一体的に接続されたダイアフラム支持部（４３）とを有する金属部材であって、前記接合層を介して前記半導体素子と接合された受圧部材（４）と、
を備えた圧力センサ（１）の製造方法であって、
前記第一主面と直交する視線で見た平面視にて前記半導体素子と略一致する形状を有し前記半導体素子の前記端面における全周及び前記第二主面と当接する凹部（９１）が形成されたガラスフリット成形体（９０）を成形するフリット成形工程と、
前記ガラスフリット成形体を前記ダイアフラムにおける前記チップ支持表面に載置し且つ前記ガラスフリット成形体における前記凹部に前記半導体素子を装着した状態の、前記受圧部材と前記ガラスフリット成形体と前記半導体素子との積層体（Ｓ）を形成する積層工程と、
前記積層体を熱処理することで、前記ガラスフリット成形体から前記接合層を形成する接合工程と、
を有する圧力センサの製造方法。
【請求項２】
前記フリット成形工程は、前記ガラスフリット成形体の外形形状に対応する柱状の空間であるキャビティ（９０３）を有する下型（９０１）内に充填したガラスフリットを、前記凹部に対応する形状の凸部（９０４）を有する上型（９０２）により押圧することで、前記ガラスフリット成形体を型成形する、請求項１に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項３】
前記フリット成形工程は、ガラスフリットによって形成されていて前記凹部に対応する形状の貫通孔（９１３）を有する第一シート（９１１）と、ガラスフリットによって形成されていて前記貫通孔を有しない第二シート（９１２）とを接合する接合シート形成工程を有する、請求項１に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項４】
前記フリット成形工程は、前記凹部における平面状の底面（９２）に対応する平板状の薄肉部（９４）と、前記薄肉部の周囲に設けられた平板状の厚肉部（９５）とを有する前記ガラスフリット成形体を成形する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の圧力センサの製造方法。
【請求項５】
前記フリット成形工程は、前記半導体素子における前記端面と当接する面である、前記凹部における側壁面（９３）を、柱面状に形成する、請求項１〜４のいずれか１つに記載の圧力センサの製造方法。
【請求項６】
平面状の第一主面（７１）と、前記第一主面の裏面であって前記第一主面と平行な平面状の第二主面（７２）と、前記第一主面の外縁及び前記第二主面の外縁と接続する端面（７３）とを有する平板状に形成された半導体素子（７）と、
前記第二主面と接合されたガラス層である接合層（８）と、
前記第二主面と平行な平面状の表面であるチップ支持表面（４２）を有する薄板状に形成されたダイアフラム（４１）と、前記ダイアフラムの外縁部と一体的に接続されたダイアフラム支持部（４３）とを有する金属部材であって、前記接合層を介して前記半導体素子と接合された受圧部材（４）と、
を備えた圧力センサ（１）の製造に用いられるガラスフリット成形体（９０）であって、
前記第一主面と直交する視線で見た平面視にて前記半導体素子と略一致する形状を有し、前記半導体素子の前記端面における全周及び前記第二主面と当接する凹部（９１）が形成された、ガラスフリット成形体。
【請求項７】
前記凹部における平面状の底面（９２）に対応する薄肉部（９５）と、前記薄肉部の周囲に設けられた平板状の厚肉部（９６）とを有する、請求項６に記載のガラスフリット成形体。
【請求項８】
前記凹部は、前記半導体素子における前記端面と当接するように柱面状に形成された側壁面（９３）を有する、請求項６又は７に記載のガラスフリット成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサの製造方法、及び圧力センサの製造に用いられるガラスフリット成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の圧力センサにおいて、半導体素子は、接合ガラスを介して、ダイアフラムを有する金属ステムに固定される。接合ガラスは、半導体素子よりも厚く形成される。さらに、接合ガラスは、半導体素子の周囲を全周にわたって囲むフィレット部を有する。即ち、半導体素子の側面は、全周にわたってフィレット部と接合される。かかる構成によれば、熱応力に起因する、接合ガラスと半導体素子との界面剥離、接合ガラスにおける亀裂、等の発生を、効果的に抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６９５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧力センサにおいて、良好な圧力検出の精度を得るためには、半導体素子を金属ステムに安定的に固定する必要がある。本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体素子の固定をよりいっそう安定的に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の製造方法は、半導体素子（７）と、接合層（８）と、受圧部材（４）とを備えた圧力センサ（１）の製造方法である。前記半導体素子は、平板状に形成されている。具体的には、前記半導体素子は、平面状の第一主面（７１）と、前記第一主面の裏面であって前記第一主面と平行な平面状の第二主面（７２）と、前記第一主面の外縁及び前記第二主面の外縁と接続する端面（７３）とを有する。前記接合層は、ガラス層であって、前記第二主面と接合されている。前記受圧部材は、金属部材であって、前記接合層を介して前記半導体素子と接合されている。前記受圧部材は、前記第二主面と平行な平面状の表面であるチップ支持表面（４２）を有する薄板状に形成されたダイアフラム（４１）と、前記ダイアフラムの外縁部と一体的に接続されたダイアフラム支持部（４３）とを有する。
【０００６】
前記製造方法は、前記第一主面と直交する視線で見た平面視にて前記半導体素子と略一致する形状を有し前記半導体素子の前記端面における全周及び前記第二主面と当接する凹部（９１）が形成されたガラスフリット成形体（９０）を成形するフリット成形工程と、前記ガラスフリット成形体を前記ダイアフラムにおける前記チップ支持表面に載置し且つ前記ガラスフリット成形体における前記凹部に前記半導体素子を装着した状態の、前記受圧部材と前記ガラスフリット成形体と前記半導体素子との積層体（Ｓ）を形成する積層工程と、前記積層体を熱処理することで前記ガラスフリット成形体から前記接合層を形成する接合工程とを有する。
【０００７】
上記の製造方法においては、前記フリット成形工程にて、前記凹部を有する前記ガラスフリット成形体が成形される。即ち、前記積層工程及び前記接合工程に先立って、前記平面視にて前記半導体素子と略一致する形状の前記凹部が予め形成された前記ガラスフリット成形体が用意される。
【０００８】
続いて、前記積層工程にて、前記受圧部材と前記ガラスフリット成形体と前記半導体素子とを積層した前記積層体が形成される。即ち、前記半導体素子は、前記ガラスフリット成形体における前記凹部に装着される。これにより、前記ガラスフリット成形体における前記凹部は、前記半導体素子の前記端面における全周及び前記第二主面と当接する。また、前記ガラスフリット成形体は、前記ダイアフラムにおける前記チップ支持表面に載置される。
【０００９】
続いて、前記接合工程にて、前記積層体が熱処理される。これにより、前記ガラスフリット成形体から前記接合層が形成される。即ち、前記半導体素子が、前記接合層を介して前記受圧部材と接合される。
【００１０】
通常、前記半導体素子と前記接合層と前記受圧部材とは、熱膨張率が相互に大きく異なる。具体的には、金属部材である前記受圧部材の熱膨張率が最も高く、前記半導体素子の熱膨張率が最も低い。故に、前記接合工程における冷却中に、前記半導体素子と前記接合層と前記受圧部材とで、熱収縮量に差が生じる。かかる熱収縮量の差に起因して、前記半導体素子と前記接合層と前記受圧部材との接合体において、前記半導体素子における前記第一主面が凸曲面となるような態様の反りが発生しようとする。
【００１１】
この点、上記の製造方法においては、前記ガラスフリット成形体における前記凹部が前記半導体素子の前記端面における全周と当接した状態で、前記接合工程が行われる。このため、前記接合工程における冷却中の、上述のような反りの発生が、可及的に抑制される。したがって、熱応力に起因する、前記半導体素子と前記接合層との界面剥離、前記接合層における亀裂、等の発生が、効果的に抑制される。
【００１２】
さらに、上記の製造方法においては、熱応力に起因する剥離等の発生を抑制するための前記凹部が、前記積層工程及び前記接合工程に先立って、前記ガラスフリット成形体に予め形成される。したがって、前記半導体素子の固定をよりいっそう安定的に行うことが可能となる。
【００１３】
請求項６に記載のガラスフリット成形体（９０）は、前記圧力センサの製造に用いられるものである。前記ガラスフリット成形体には、凹部（９１）が形成されている。前記凹部は、前記第一主面と直交する視線で見た平面視にて、前記半導体素子と略一致する形状を有する。また、前記凹部は、前記半導体素子の前記端面における全周及び前記第二主面と当接するように形成されている。
【００１４】
上記の構成を有する前記ガラスフリット成形体においては、前記平面視にて前記半導体素子と略一致する形状の前記凹部が形成されている。故に、かかる構成の前記ガラスフリット成形体を前記圧力センサの製造に用いることで、熱応力に起因する、前記半導体素子と前記接合層との界面剥離、前記接合層における亀裂、等の発生が、効果的に抑制される。また、前記半導体素子の固定をよりいっそう安定的に行うことが可能となる。
【００１５】
なお、上記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の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す側断面図である。
【図２】図１に示された半導体素子を拡大して示す平面図である。
【図３】図１に示された半導体素子の周辺部分を拡大して示す斜視図である。
【図４】図３に示された接合体の側断面図である。
【図５】図３及び図４に示された接合層を構成するガラスフリット成形体の外観を示す斜視図である。
【図６】図５に示されたガラスフリット成形体の側断面図である。
【図７】図５及び図６に示されたガラスフリット成形体の製造工程の概略を示す概念図である。
【図８】図５及び図６に示されたガラスフリット成形体の製造工程の概略を示す概念図である。
【図９】図３に示された接合体の製造工程の概略を示す斜視図である。
【図１０】図４に示された接合体の製造工程の概略を示す側断面図である。
【図１１】比較例の積層体の構成を示す側断面図である。
【図１２】比較例の積層体によって得られた接合体における熱応力発生状態を誇張して示す概念図である。
【図１３】変形例に係る圧力センサの概略構成を示す斜視図である。
【図１４】変形例に係る圧力センサの概略構成を示す斜視図である。
【図１５】変形例に係る圧力センサの概略構成を示す斜視図である。
【図１６】変形例に係る圧力センサの概略構成を示す斜視図である。
【図１７Ａ】図５及び図６に示されたガラスフリット成形体の製造工程の変形例の概略を示す概念図である。
【図１７Ｂ】図５及び図６に示されたガラスフリット成形体の製造工程の変形例の概略を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、実施形態と後述の変形例とにおいて、互いに同一又は均等である部分には同一符号を付す。
【００１８】
（圧力センサの概略構成）
図１を参照すると、本実施形態に係る圧力センサ１は、車両に搭載される流体圧センサであって、車両内の流体圧力（例えば、燃料圧力、ブレーキ油圧、等。）に応じた電気信号（例えば電圧）を出力するように構成されている。具体的には、圧力センサ１は、外側ハウジング２と、内側ハウジング３と、金属ステム４と、端子部５と、コネクタケース６と、半導体素子７と、接合層８とを備えている。
【００１９】
外側ハウジング２は、金属製の筒状部材であって、素子収容部２１と流体導入部２２とを有している。素子収容部２１は、内部に収容空間２３を有する有底筒状に形成されている。収容空間２３は、外側ハウジング２の軸方向における一方側（即ち図中上側）に開口する空間である。以下、単に「軸方向」と称するときは、この「軸方向」は外側ハウジング２の軸方向（即ち外側ハウジング２の中心軸線と平行な方向）をいうものとする。また、軸方向と直交する任意の方向を、以下「面内方向」と称することがある。また、図１における上側を「基端側」と称し、下側を「先端側」と称する。さらに、軸方向に沿った視線で基端側から対象物を見ることを「平面視」と称する。素子収容部２１の有底筒形状における底部には、円筒状の非貫通穴である固定穴２４が、軸方向に沿って形成されている。固定穴２４の内周には、内側ハウジング３を固定するための雌ネジ部２５が形成されている。
【００２０】
流体導入部２２は、略円柱状部分であって、素子収容部２１の最外径よりも小径に形成されている。流体導入部２２は、素子収容部２１の有底筒形状における底部から先端側に突出するように設けられている。流体導入部２２の外周面には、圧力センサ１の取付対象（例えば図示しない燃料パイプ等）に固定するための雄ネジ部２６が形成されている。また、流体導入部２２には、連通路２７が設けられている。連通路２７は、固定穴２４と連通するように軸方向に沿って形成された貫通穴であって、外側ハウジング２の軸中心を通るように配設されている。即ち、連通路２７は、検出対象である流体を、素子収容部２１の内側に導入可能に形成されている。
【００２１】
内側ハウジング３は、外側ハウジング２と同軸に形成された金属製の段付円筒状部材であって、基部３１と突出部３２とを有している。基部３１は、突出部３２よりも大径に形成されている。突出部３２は、基部３１から軸方向に沿って先端側に突出するように設けられている。突出部３２には、外側ハウジング２における雌ネジ部２５と螺合する雄ネジ部３３が形成されている。
【００２２】
突出部３２の内部には、軸方向に沿った貫通穴である収容穴３４が形成されている。収容穴３４は、金属ステム４を収容するように、金属ステム４の外形形状に対応した形状を有している。具体的には、収容穴３４の軸方向における中間位置には、先端側に向けて露出するテーパ面３５が形成されている。基部３１における、収容穴３４が開口する部分の近傍位置には、回路基板３６が固定されている。回路基板３６には、信号処理回路等が設けられている。回路基板３６は、ボンディングワイヤ等を介して、半導体素子７と電気的に接続されている。
【００２３】
受圧部材としての金属ステム４は、金属製の部材であって、先端側に開口する有底円筒形状に形成されている。即ち、金属ステム４の有底円筒形状における底部には、薄い円板状に形成されたダイアフラム４１が設けられている。ダイアフラム４１の外側表面（即ち図中上側表面）であるチップ支持表面４２は、軸方向と直交する平面状に形成されている。ダイアフラム４１は、チップ支持表面４２が収容穴３４から基端側に露出するように、回路基板３６に隣接する位置に配置されている。チップ支持表面４２は、接合層８を介して半導体素子７と接合されている。この接合に関する詳細は後述する。
【００２４】
金属ステム４は、ダイアフラム４１とダイアフラム支持部４３とを有している。ダイアフラム支持部４３は、ダイアフラム４１の外縁部と一体的に接続された円筒状の部分であって、軸方向に沿って延びるように設けられている。即ち、ダイアフラム４１における、チップ支持表面４２の裏側には、外側ハウジング２における連通路２７と連通するように、円柱状の非貫通穴である導入路４４が形成されている。
【００２５】
本実施形態においては、金属ステム４は、段付円筒状に形成されている。即ち、ダイアフラム支持部４３の先端部には、大径部４５が設けられている。また、軸方向におけるダイアフラム支持部４３の中間位置（即ち大径部４５の基端部）には、基端側に向けて露出するテーパ面４６が形成されている。テーパ面４６は、内側ハウジング３における雄ネジ部３３が外側ハウジング２における雌ネジ部２５と螺合した状態で、内側ハウジング３におけるテーパ面３５と当接するように設けられている。金属ステム４は、テーパ面３５とテーパ面４６とが当接するまで雄ネジ部３３が雌ネジ部２５と螺合することで、外側ハウジング２と内側ハウジング３との間の位置にて固定されている。
【００２６】
端子部５は、内側ハウジング３における基部３１とコネクタケース６との間にて挟持されている。端子部５は、モールド部５１と導通部材５２とを有している。モールド部５１は、合成樹脂によって形成されていて、導通部材５２の一部を被覆するように設けられている。具体的には、端子部５は、金属製の部材である導通部材５２を樹脂成形用金型にセットしてインサート成形することによって形成されている。
【００２７】
導通部材５２は、外部接続端子５３と内部接続端子５４とを有している。外部接続端子５３は、図示しない通信ケーブルの末端に設けられたコネクタがコネクタケース６に装着された場合に、当該コネクタと電気的に接続されるように、モールド部５１から基端側に向けて突設されている。内部接続端子５４は、回路基板３６と対向するように、モールド部５１から側方（即ち軸方向と直交する方向）に突設されている。内部接続端子５４は、接続ピン５５を介して回路基板３６と電気的に接続されている。
【００２８】
コネクタケース６は、蓋部６１とコネクタ装着部６２とを有していて、ポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂によって一体的に形成されている。蓋部６１は、軸方向と直交する円板状に形成されている。蓋部６１の外縁部であるフランジ部６３は、外側ハウジング２における収容空間２３における円筒面状の内壁面に当接するように設けられている。蓋部６１における端子部５と対向する表面から先端側に突出するように、リング部６４が形成されている。リング部６４は、平面視にてフランジ部６３の内側に設けられたリング状の突起であって、先端面が端子部５と当接するように設けられている。フランジ部６３とリング部６４との間に形成された凹部には、Ｏリングであるシール部材６５が装着されている。即ち、リング部６４の周囲にシール部材６５を装着した状態で、蓋部６１を収容空間２３内に挿入することで、収容空間２３は液密的にシールされている。
【００２９】
コネクタ装着部６２は、蓋部６１から基端側に突設された筒状部であって、非貫通穴であるコネクタ収容穴６６が内部に形成されている。コネクタ収容穴６６は、外部接続端子５３を囲むように設けられている。コネクタ収容穴６６は、上述の図示しないコネクタに対応する形状を有している。
【００３０】
半導体素子７は、薄板状の部材であって、平面視にて正方形状に形成されている。図２を参照すると、半導体素子７は、シリコン系の半導体基板上にゲージ抵抗７０を形成することによって構成されている。ゲージ抵抗７０は、第一主面７１上にて、ダイアフラム４１に対応する所定位置に配置されている。第一主面７１は、平板状の半導体素子７における一対の主面（即ち厚さ方向と直交する外表面）のうちの一方であって、平面状に形成されている。なお、半導体素子７の「厚さ方向」は、平板状の半導体素子７における、互いに平行な一対の主面間の最短距離を形成する方向である。即ち、厚さ方向は、第一主面７１と直交する方向である。また、図１において、厚さ方向は軸方向と平行である。
【００３１】
本実施形態においては、図２に示されているように、半導体素子７には、複数のゲージ抵抗７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び７０ｄが形成されている。ゲージ抵抗７０ａ〜７０ｄは、ブリッジ回路（即ち具体的にはホイートストンブリッジ回路）を形成するように設けられている。即ち、半導体素子７は、ダイアフラム４１に作用する流体圧力によるダイアフラム４１の歪みに応じた電気信号（即ち上述のホイートストンブリッジ回路における中点電圧）を発生するように構成されている。
【００３２】
（接合部周辺の構成）
図３及び図４を参照しつつ、金属ステム４と半導体素子７との接合部の周辺の構成について、詳細に説明する。以下、金属ステム４と接合層８と半導体素子７との接合体を、「接合体Ｊ」と称する。
【００３３】
平板状の半導体素子７における一対の主面のうちの他方である第二主面７２は、第一主面７１の裏面であって、第一主面７１と平行な平面状に形成されている。第一主面７１及び第二主面７２は、チップ支持表面４２と平行に設けられている。端面７３は、第一主面７１の外縁と第二主面７２の外縁とを接続するように、四角柱面状に形成されている。
【００３４】
接合層８は、タブレット状に成形したガラスフリット（即ちガラス粉末）を熱処理（即ち加熱溶融後に冷却）することによって得られるガラス層である。接合層８は、チップ支持表面４２及び第二主面７２と接合されている。本実施形態においては、接合層８は、略円板状に形成されている。接合層８には、凹部８１が形成されている。凹部８１は、半導体素子７の厚さ方向における少なくとも一部を収容するように設けられている。即ち、凹部８１によって、半導体素子７の厚さ以下の深さの四角柱状の空間が形成されている。
【００３５】
凹部８１は、底面８２と側壁面８３とを有している。底面８２は、半導体素子７における第二主面７２に対応する面であって、第二主面７２と接合されている。底面８２から立設された四角柱面状の側壁面８３は、半導体素子７の端面７３における全周と当接するように形成されている。即ち、凹部８１は、平面視にて、半導体素子７の外形形状に対応する形状に形成されている。
【００３６】
底面８２の外縁に設けられた隅部８４は、平面視にて略正方形状に形成されている。平面視にて隅部８４の内側に配置された薄肉部８５は、その周囲の厚肉部８６よりも、凹部８１の深さ分だけ薄く形成されている。薄肉部８５及び厚肉部８６は、平板状に形成されている。
【００３７】
（ガラスフリット成形体の構成）
図５及び図６は、図３及び図４に示された接合層８を構成する、ガラスフリット成形体９０の外観を示す。即ち、ガラスフリット成形体９０は、タブレット状に成形したガラスフリット圧粉体であり、接合層８は、このガラスフリット成形体９０を熱処理により加熱溶融及び冷却したものである。以下、図３〜図６を参照しつつ、ガラスフリット成形体９０の構成について詳細に説明する。
【００３８】
ガラスフリット成形体９０は、ガラスフリットを型成形することによって所定形状に形成されている。具体的には、ガラスフリット成形体９０は、略円形の一対の主面のうちの一方側に凹部９１を有する略円板状に形成されている。凹部９１は、平面視にて、半導体素子７と略一致する形状を有している。また、凹部９１は、半導体素子７の端面７３における全周及び第二主面７２と当接するように形成されている。即ち、凹部９１は、接合層８における凹部８１に対応するものである。
【００３９】
上述のように、接合層８における凹部８１は、底面８２、側壁面８３、隅部８４、薄肉部８５及び厚肉部８６を有している。これに対応して、ガラスフリット成形体９０における凹部９１は、底面９２、側壁面９３、隅部９４、薄肉部９５及び厚肉部９６を有している。即ち、底面９２は、半導体素子７の第二主面７２に対応する平面状に形成されている。側壁面９３は、半導体素子７における端面７３と当接する面であって、四角柱面状に形成されている。ガラスフリット成形体９０は、凹部９１における平面状の底面９２に対応する薄肉部９５と、この薄肉部９５の周囲に設けられた平板状の厚肉部９６とを有している。
【００４０】
（成形装置の概略構成）
図７及び図８は、図５及び図６に示されたガラスフリット成形体９０を製造するための成形装置９００の概略構成を示す。以下、図５〜図８を参照すると、成形装置９００は、下型９０１と上型９０２とを備えている。下型９０１には、凹部９１を除くガラスフリット成形体９０の外形形状（即ちタブレット形状）に対応する円柱状の空間であるキャビティ９０３が設けられている。上型９０２には、凹部９１に対応する形状の凸部９０４が設けられている。成形装置９００は、キャビティ９０３内に充填されたガラスフリットを下型９０１と上型９０２との間で押圧することで、ガラスフリット成形体９０を成形するように構成されている。
【００４１】
（製造方法）
本実施形態は、上述の構成を有するガラスフリット成形体９０に関する。また、本実施形態は、このガラスフリット成形体９０を用いて、圧力センサ１の主要部である接合体Ｊを製造する方法に関する。以下、ガラスフリット成形体９０及び接合体Ｊの製造方法について、詳細に説明する。
【００４２】
（１）フリット成形工程
フリット成形工程は、上述の構成を有するガラスフリット成形体９０を成形する工程である。フリット成形工程においては、まず、図７に示されているように、成形装置９００の下型９０１におけるキャビティ９０３内に、ガラスフリットが投入される。キャビティ９０３内に投入されたガラスフリットは、板状部材であるスキージ９０５によって、ならされる。この状態においては、キャビティ９０３内には、ガラスフリットが、ほぼ均一な密度で充填されている。
【００４３】
続いて、図８に示されているように、下型９０１と上型９０２とが重ね合わせられる。すると、キャビティ９０３内に充填されたガラスフリットが下型９０１と上型９０２との間で押圧される。これにより、ガラスフリット成形体９０が型成形される。このガラスフリット成形体９０には、四角柱面状の側壁面９３を有する凹部９１が形成される。即ち、ガラスフリット成形体９０には、凹部９１における平面状の底面９２に対応する平板状の薄肉部９５と、薄肉部９５の周囲に設けられた平板状の厚肉部９６とが形成される。
【００４４】
ガラスフリット充填時に上型９０２における凸部９０４に対応する位置に存在していたガラスフリットは、型成形の際に、凸部９０４の周囲の部分に移動する。これにより、凹部９１に面した部分、特に厚肉部９６における隅部９４の近傍部分にて、充填密度即ち圧縮率を高くすることができる。
【００４５】
（２）積層工程
図９及び図１０を参照すると、積層工程は、金属ステム４とガラスフリット成形体９０と半導体素子７との積層体Ｓを形成する工程である。積層工程においては、まず、ガラスフリット成形体９０が、ダイアフラム４１におけるチップ支持表面４２上の所定位置に載置される。具体的には、ガラスフリット成形体９０は、接着剤等によってチップ支持表面４２上の所定位置に仮固定される。次に、ガラスフリット成形体９０に設けられた凹部９１に、半導体素子７が装着される。この状態で、半導体素子７の端面７３における全周が、凹部９１の側壁面９３と当接する。
【００４６】
（３）接合工程
接合工程は、積層体Ｓを熱処理することで、接合体Ｊを形成する工程である。具体的には、積層体Ｓを焼成装置に投入して４００℃以上に加熱することで、ガラスフリットが溶融する。その後、積層体Ｓを室温まで冷却することで、ガラスフリットが硬化する。これにより、ガラスフリット成形体９０から接合層８が生じ、最終的に接合体Ｊが形成される。
【００４７】
（効果）
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、積層工程及び接合工程に先立って、平面視にて半導体素子７と略一致する形状の凹部９１が予め形成されたガラスフリット成形体９０が用意される。続いて、ガラスフリット成形体９０が、ダイアフラム４１におけるチップ支持表面４２に載置される。また、半導体素子７がガラスフリット成形体９０における凹部９１に装着される。これにより、金属ステム４とガラスフリット成形体９０と半導体素子７との積層体Ｓが形成される。このとき、ガラスフリット成形体９０における凹部９１は、半導体素子７の端面７３における全周及び第二主面７２と当接する。続いて、接合工程にて、熱処理により、半導体素子７が接合層８を介して金属ステム４と接合される。
【００４８】
図１１及び図１２は、比較例として、ガラスフリット成形体９０に凹部９１を設けなかった場合の積層体Ｓ及び接合体Ｊの様子を示す。通常、半導体素子７と接合層８と金属ステム４とは、熱膨張率が相互に大きく異なる。具体的には、金属部材である金属ステム４の熱膨張率が最も高く、半導体素子７の熱膨張率が最も低い。故に、接合工程における、加熱後の冷却中に、半導体素子７と接合層８と金属ステム４とで、熱収縮量に差が生じる。即ち、金属ステム４の熱収縮量が最も大きく、半導体素子７の熱収縮量が最も小さい。このような熱収縮量の差に起因して、接合体Ｊにて、半導体素子７における第一主面７１が凸曲面となるような態様の反りが発生する。
【００４９】
この点、図１１に示されているようにガラスフリット成形体９０に凹部を設けなかった場合、図１２に示されているように、接合体Ｊに大きな反りが生じる。特に、半導体素子７の平面視における角部にて、反りがより大きくなる。このような反りの発生により、接合層８には、大きな引張応力が発生する。接合層８に発生する引張応力は、ガラスフリット成形体９０即ち接合層８を薄くすると、より大きくなる。ガラス層である接合層８に大きな引張応力が発生すると、接合層８における亀裂、及び／又は半導体素子７と接合層８との間の界面剥離が発生するおそれがある。
【００５０】
これに対し、本実施形態においては、ガラスフリット成形体９０における凹部９１の側壁面９３が半導体素子７の端面７３における全周と当接した状態で、接合工程が行われる。即ち、接合工程にて、半導体素子７の端面７３における全周は、第一主面７１と平行な面内方向にて、ガラスフリット成形体９０における凹部９１の周囲の厚肉部９６によって囲まれる。このため、半導体素子７の端面７３の全周が、接合層８の側壁面８３と当接する。これにより、接合工程における冷却中の、上述のような反りの発生が、可及的に抑制される。したがって、熱応力に起因する、上述の剥離、亀裂等の発生が、効果的に抑制される。
【００５１】
上述のように、本実施形態によれば、熱応力に起因する亀裂等の発生が抑制される。このため、接合層８即ち薄肉部８５を可及的に薄くすることができる。したがって、本実施形態によれば、高感度の圧力センサ１を安定的に製造することが可能となる。
【００５２】
また、本実施形態においては、熱応力に起因する上述の剥離等の発生を抑制するための所定形状の凹部９１が、積層工程及び接合工程に先立って、ガラスフリット成形体９０に予め形成される。したがって、半導体素子７の固定をよりいっそう安定的に行うことが可能となる。具体的には、半導体素子７の面内方向における固定位置の正確性が確保され得る。即ち、半導体素子７の実装位置ズレが良好に抑制され得る。また、半導体素子７のダイアフラム４１におけるチップ支持表面４２との位置関係（即ち間隔）が、所望の状態に安定的に設定され得る。また、半導体素子７とチップ支持表面４２との良好な平行度が、安定的に実現され得る。
【００５３】
さらに、本実施形態においては、ガラスフリット成形体９０における凹部９１に面した部分、特に厚肉部９６における隅部９４の近傍部分にて、充填密度即ち圧縮率を高くすることができる。この場合、接合工程における加熱により、厚肉部９６における隅部９４の近傍部分が膨張する。これにより、接合層８の側壁面８３と半導体素子７の端面７３との当接による上述のような反りの抑制が、よりいっそう確実に実現される。
【００５４】
このように、本実施形態によれば、ダイアフラム４１に対する半導体素子７の固定をよりいっそう安定的に行うことが可能となる。具体的には、ダイアフラム４１に対する半導体素子７の良好な実装状態が実現される。
【００５５】
（変形例）
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、上記の実施形態に対しては適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。したがって、特段の説明がない限り、以下の変形例の説明において、上記の実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的に矛盾しない限り、上記の実施形態における説明が適宜援用され得る。
【００５６】
本発明は、上記の実施形態にて示された具体的構成に限定されない。即ち、金属製のダイアフラム４１の上にガラス製の接合層８を介して半導体素子７を接合した構成を有していれば、他の部分の構成（例えば、外側ハウジング２、内側ハウジング３、金属ステム４等の形状及び構造の細部）は、任意に変更され得る。
【００５７】
半導体素子７及び接合層８も、上記の実施形態にて示された具体的構成に限定されない。即ち、例えば、半導体素子７及び接合層８の平面視における形状は、正方形状に限定されず、例えば、図１３に示されているように長方形状であってもよいし、四角形以外の多角形状であってもよいし、楕円形状であってもよいし、長円形状であってもよい。
【００５８】
半導体素子７及び／又は接合層８は、チップ支持表面４２上に複数個設けられていてもよい。即ち、例えば、図１４に示されているように、２つの接合層８がチップ支持表面４２上に設けられていて、各接合層８上に半導体素子７が１つずつ設けられていてもよい。この場合、２つの半導体素子７は、チップ支持表面４２の平面視における中心に対して点対称となるように配置されていてもよい。２つの接合層８についても同様である。さらに、１つの接合層８上に複数の半導体素子７が設けられていてもよい。具体的には、例えば、図１４の構成において、２つの接合層８は一体化され得る。
【００５９】
半導体素子７がチップ支持表面４２上に１つだけ設けられる場合、図１５及び図１６に示されているように、半導体素子７は、チップ支持表面４２の平面視における中心から離れた位置に配置されてもよい。即ち、半導体素子７は、平面視にて、チップ支持表面４２の中心と重ならない位置に配置されてもよい。この場合、図１５に示されているように、接合層８は、平面視にて、半導体素子７よりも若干大きな程度に形成されていてもよい。あるいは、図１６に示されているように、接合層８は、平面視にて、チップ支持表面４２の大半を覆う略円形に形成されていてもよい。上記の通り、半導体素子７及び接合層８は、任意の位置及び形状にて形成され得る。
【００６０】
接合層８における、薄肉部８５の周囲の部分は、図４に示されているような平板状ではなくてもよい。即ち、例えば、厚肉部８６は、凹部９１に近づくにしたがって厚さが増加するように形成され得る。特に、上述のように、型成形の際に、厚肉部９６における隅部９４の近傍部分にて、充填密度即ち圧縮率を高くすることで、このような形状の厚肉部８６を良好に形成することが可能となる。
【００６１】
あるいは、図４に示されている厚肉部８６に代えて、チップ支持表面４２からの高さが凹部９１から遠ざかるにしたがって低くなる、側断面視にて略三角形状のフィレット部が形成されてもよい。この場合、図１０に示されているガラスフリット成形体９０においても、平板状の厚肉部９６に代えて、例えば、チップ支持表面４２からの高さが凹部８１から遠ざかるにしたがって低くなるフィレット部が形成されてもよい。
【００６２】
ガラスフリット成形体９０の製造方法も、上記実施形態に限定されない。図１７Ａ及び図１７Ｂは、製造方法の一変形例の概略を示す。
【００６３】
本変形例においては、図１７Ａに示されているように、ガラスフリットによって形成された２枚のグリーンシートである第一シート９１１と第二シート９１２とが用意される。即ち、第一シート９１１及び第二シート９１２は、それぞれ、ガラスフリットと溶媒との混合物であるスラリーをドクターブレード法等の周知のシート成形方法により平板状に成形して乾燥することによって得られる。
【００６４】
ここで、第一シート９１１には、ガラスフリット成形体９０における凹部９１（図１７Ｂ参照）に対応する形状の貫通孔９１３が形成されている。即ち、第一シート９１１は、上記のようにして得られた平板状のスラリー乾燥体（即ちグリーンシート）に対して、打ち抜き加工等により貫通孔９１３を形成することによって得られる。本例においては、一枚の第一シート９１１に対して、複数の貫通孔９１３が形成されている。一方、第二シート９１２は、貫通孔９１３を有していない。
【００６５】
貫通孔９１３を有する第一シート９１１と、貫通孔９１３を有しない第二シート９１２とは、図１７Ｂに示されているように接合される。具体的には、第一シート９１１と第二シート９１２とは、積層された状態で加熱及び加圧を受ける。これにより、接合シート９１４が形成される。この工程は、「接合シート形成工程」と称される。このとき、図１７Ｂに示されているように、接合シート９１４には、第一シート９１１における貫通孔９１３に起因する凹部９１５が形成される。この凹部９１５は、ガラスフリット成形体９０における凹部９１に対応する。なお、本例においては、接合シート９１４には、凹部９１５が複数形成されている。その後、接合シート９１４に対して打ち抜き加工を施すことで、接合シート９１４からガラスフリット成形体９０が得られる。本例においては、打ち抜き加工により、一枚の接合シート９１４から、複数のガラスフリット成形体９０が得られる。
【００６６】
なお、変形例の製造方法に対しても、適宜変更を加えることが可能である。例えば、第一シート９１１は、平面視にてガラスフリット成形体９０における厚肉部９６と同様の外形形状を有していて、貫通孔９１３が一つだけ形成されたものであってもよい。また、第二シート９１２は、平面視にてガラスフリット成形体９０と同様の外形形状を有していて、貫通孔９１３が形成されていないものであってもよい。即ち、一つのガラスフリット成形体９０の平面視における外形形状に対応する打ち抜き加工は、接合シート形成工程の前に行われてもよいし、図１７Ｂに示されているように接合シート形成工程の後に行われてもよい。
【００６７】
本発明は、圧電タイプの圧力センサに限定されない。即ち、本発明は、圧電タイプとは異なるタイプ（例えば静電容量タイプ）の圧力センサに対しても好適に適用可能である。また、測定対象は、燃料圧、ブレーキ油圧、水素ガス圧力、等のような、高圧流体の圧力に限定されない。また、本発明の適用対象は、車載センサに限定されない。
【００６８】
上記の説明において、互いに継目無く一体に形成されていた複数の構成要素は、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されてもよい。同様に、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されていた複数の構成要素は、互いに継目無く一体に形成されてもよい。
【００６９】
上記の説明において、互いに同一の材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに異なる材料によって形成されてもよい。同様に、互いに異なる材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに同一の材料によって形成されてもよい。
【００７０】
変形例も、上記の例示に限定されない。また、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。更に、上記の実施形態の全部又は一部と、変形例の全部又は一部とが、互いに組み合わされ得る。
【符号の説明】
【００７１】
４      金属ステム
４１    ダイアフラム
４２    チップ支持表面
４３    ダイアフラム支持部
７      半導体素子
７１    第一主面
７２    第二主面
７３    端面
９０    ガラスフリット成形体
９１    凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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