(57)【要約】  半導体基板にひずみ検出部を有するセンサチップとベース基板との接合部を最適化し、被測定物に生じたひずみを高温下でも高感度に検出し、且つ、長期間ひずみが負荷された場合でもクリープ変形が少なく、安定したセンサ出力が可能な接合構造を提案する。ベース基板上に、Auと固溶体を形成してAuを固溶強化する材料を含む初期メタライズ層を形成し、初期メタライズ層上にAuを含むはんだを積層し、はんだの上に、センサチップを、その裏面を向けて搭載し、前記積層体を加熱炉内に載置して、センサチップの耐熱温度以下、及びはんだ溶融温度以上に加熱し、前記初期メタライズ層からはんだ中のAuを固溶強化する前記材料の一部、或いは全部をはんだ中に溶解させて接合層を形成することを特徴とする力学量測定装置の製造方法を提案する。
2015045779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板上に、Auと固溶体を形成してAuを固溶強化する材料を含む初期メタライズ層を形成し、
前記初期メタライズ層上にAuを少なくとも50wt％以上含むはんだを積層し、
前記はんだの上に、半導体基板にひずみ検出部を形成したセンサチップを、その裏面を向けて搭載し、
前記積層体を加熱炉内に載置して、前記センサチップの耐熱温度以下、及びはんだ溶融温度以上に加熱し、
前記はんだに接する前記初期メタライズ層からはんだ中のAuを固溶強化する前記材料の一部、或いは全部をはんだ中に溶解させて接合層を形成する力学量測定装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ベース基板に代えて、力学量の被測定物を構成する部材の表面に、Auと固溶体を形成してAuを固溶強化する材料を含む初期メタライズ層を形成し、
前記部材の初期メタライズ層上に前記はんだ層と、前記センサチップを積層して、前記加熱炉内に載置し、
前記加熱炉内の加熱によって、前記センサチップを被測定物を構成する部材の表面に直接接合する接合層を形成する力学量測定装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記センサチップの前記ひずみ検出部が形成された主面と反対の裏面に、前記初期メタライズ層に含まれるAuを固溶強化する材料と同じ材料、または異なる種類のAuを固溶強化する材料を含む初期メタライズ層を形成し、
前記はんだの上に、前記センサチップの初期メタライズ層を形成した裏面を積層して搭載する力学量測定装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記ベース基板、または力学量の被測定物を構成する前記部材、並びに前記センサチップの間に積層して挟み込むAuを少なくとも50wt％以上含むはんだを２層に分けて積層し、
前記２層に分けて積層したはんだの間に、Au改質材料を挟み込んで接合層を形成する力学量測定装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記ベース基板、または力学量の被測定物を構成する前記部材の表面上にはAuを改質する成分を含む初期メタライズ層を形成することを省略して、はんだぬれのみを確保するメタライズ層のみを形成して、接合層を形成する力学量測定装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかの請求項において、
前記はんだ中のAuを固溶強化できる材料として、Cu、Ag、Co、Pt、Cr、Fe、またはPdの少なくともいずれか１つの元素を含む初期メタライズ層を用いる力学量測定装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかの請求項において、
Auを含む前記はんだは、AuとGe、AuとSi、AuとIn、AuとSn、AuとSb、AuとNiの2元はんだである力学量測定装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至３のいずれかの請求項において、
Auを含む前記はんだは、Ge、Si、In、Sn、Ni、Sb、Ti、Cu、およびAgのうち少なくとも２種類以上の元素を含み、残りがAuで構成されるはんだである力学量測定装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板にひずみ検出部を形成したセンサチップと、
被測定物と前記センサチップとの間に介在して、前記センサチップを支持すると共に、検出すべき前記被測定物の歪みを前記センサチップに伝えるベース基板と、
前記センサチップの電極から外部に配線を引き出す配線部と、
を備え、
前記ベース基板と、前記センサチップとの間には、
Auと固溶体を形成してAuを固溶強化する材料を含み、加熱炉内の加熱によって、前記材料が接続するはんだ層へ溶け出した残りの材料を有するメタライズ層と、
加熱前にはAuを少なくとも50wt％以上含み、加熱炉内の加熱によって、接続する前記メタライズ層からAuを固溶強化する材料の溶け込みを受け入れて、Auと前記材料を含む固溶体を形成するはんだから成る接合層と、
を有して、
前記ベース基板と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記ベース基板に代えて、力学量の被測定物を構成する部材を備え、
前記部材と、前記センサチップとの間には、積層状の前記メタライズ層と前記接合層とを有して、前記センサチップを直接、前記部材へ接合している力学量測定装置。
【請求項１１】
請求項９において、
前記ベース基板と、前記センサチップとの間には、前記ベース基板の上に、前記メタライズ層、前記接合層が積層され、
前記接合層と前記センサチップとの間には、第２のメタライズ層が積層されて、または省略されて、前記ベース基板と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１２】
請求項９において、
前記ベース基板と、前記センサチップとの間には、前記接合層が、第１、第２の接合層に分けられ、前記第１、第２の接合層の間に第３のAu改質材料が積層され、
前記ベース基板と前記第１の接合層の間に第１のメタライズ層、及び前記第２の接合層と前記センサチップとの間に第２のメタライズ層は、それぞれが積層されて、または省略されて、前記ベース基板と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１３】
請求項１０において、
前記力学量の被測定物を構成する部材と、前記センサチップとの間には、前記部材の上に、前記メタライズ層、前記接合層が積層され、
前記接合層と前記センサチップとの間には、第２のメタライズ層が積層されて、または省略されて、前記部材と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１４】
請求項１０において、
前記力学量の被測定物を構成する部材と、前記センサチップとの間には、前記接合層が、第１、第２の接合層に分けられ、前記第１、第２の接合層の間にAu改質材料が積層され、
前記部材と前記第１の接合層の間に第１のメタライズ層、及び前記第２の接合層と前記センサチップとの間に第２のメタライズ層は、それぞれが積層されて、または省略されて、前記部材と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１５】
請求項９乃至１４のいずれかの請求項において、
前記はんだ中のAuを固溶強化できる材料として、Cu、Ag、Co、Pt、Cr、Fe、またはPdの少なくともいずれか１つの元素を含むメタライズ層を用いる力学量測定装置。
【請求項１６】
請求項９乃至１４のいずれかの請求項において、
Auを含む前記はんだは、AuとGe、AuとSi、AuとIn、AuとSn、AuとSbの2元はんだである力学量測定装置。
【請求項１７】
請求項９乃至１４のいずれかの請求項において、
Auを含む前記はんだは、Ge、Si、In、Sn、Ni、Sb、Ti、Cu、およびAgのうち少なくとも２種類以上の元素を含み、残りがAuで構成されるはんだである力学量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は力学量測定装置の実装構造、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象の変形（ひずみ）を測定する方法として、金属箔の抵抗値がひずみによって変化することを利用した金属箔ひずみゲージを用いる技術が知られている。このひずみゲージを測定対象に接着することで測定対象のひずみに追従して金属箔の長さを変化させ、その結果変化する金属箔の抵抗値を検出することにより測定対象のひずみ測定を可能にする技術である。これまでに、Cu−Ni系合金箔やNi−Cr系合金箔などを用いたひずみゲージがあり、また、ひずみゲージ添着(貼付け)の確実、安定化を図るとともに、防湿性、耐衝撃性の高いプロテクタ付きひずみゲージも提案されている。【０００３】
しかしながら、これらは消費電力が大きいため、電池がすぐに消費してしまう問題があった。そこで、低消費電力化するために、シリコンにひずみ感応抵抗体を形成した半導体歪ゲージが提案されている。【０００４】
この半導体歪ゲージを従来の金属薄膜を用いた歪みゲージの代わりに被計測対象に貼り付ける構造としては、複数の電極が設けられた可橈性薄膜と、複数の電気素子が形成された半導体基板とを有し、上記可橈性薄膜は、上記半導体基板に被着されていて、上記複数の電極と上記複数の電気素子とは電気的に接続されていることを特徴とする半導体歪ゲージの構造が、特許文献１に提案されている。【０００５】
また、特許文献２には、シリコンチップで構成される歪み検出素子と、検出すべき歪みを歪み検出素子に伝える台座を有し、台座は熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数の±50％の範囲に入る材料で形成され、ガラス系固定材を加熱溶融して前記台座に歪み検出素子が形成されたシリコンチップを固定した歪み検出センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２６４１８８号公報
【特許文献２】特開２００１−２７２２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体歪ゲージとしては、被測定物に生じた歪みを、半導体チップ（以下センサチップと呼ぶ）の歪み検出部に正しく伝える精度、感度が重要である。また、被測定物に同じ量の歪みが長時間生じている場合には、センサチップでは同じ検出値を示すセンサ出力値の安定性が重要である。これらの要求は、被測定物が高温で使用される場合には、難しい課題となる。歪みや圧力などの力学量測定の用途としては、一般的な家庭用品のほかに、例えば、自動車の各機器の動作制御や、重要なインフラの監視などに用いられることも考えられる。この場合の使用環境は、高温では150℃程度の温度範囲までも想定する必要がある。【０００８】
通常センサチップの主な材質はシリコンであり、被測定物とは、はんだなどの接合材料を用いて接合される。この接合はセンサチップの耐熱温度以下で行う必要がある。一般的なはんだとしては、融点が217℃付近のSn−3wt％Ag−0.5wt％Cuはんだや、融点が約310℃のPb−5wt％Snはんだなどが知られる。Sn−3wt％Ag−0.5wt％Cuはんだでは、100℃〜150℃付近の使用環境では融点に近い温度となり、はんだの降伏応力が小さくなり軟化するため、感度低下が懸念されるとともに、高温でひずみが負荷され続けるような条件では接合層のクリープなどの変形が起き、センサ出力の変動が問題となる。鉛を多く含むPb−5wt％Snはんだなどは、Sn系はんだと比較して融点は高いが、柔らかい材料であるため、感度低下、センサ出力値の変動がやはり懸念される。【０００９】
そこで、高温でのセンサの正常な動作を確保するために、非常に高融点の硬い接合材料を用いてセンサチップと被測定物とを接合することも考えられるが、接合温度はセンサチップの耐熱温度を超えることはできない。また、高温で接合する場合にはセンサチップと被測定物との熱膨張係数差により、接合時にシリコンチップに割れが生じる場合があり、製造時の歩留まり低下も懸念される。【００１０】
これまで出願されている特許文献１では有機薄膜を用いているため、高温での使用は難しいと予測される。また、特許文献２では、ガラス系固定材を加熱溶融して用いる構造が示されていて硬い材料であると期待できるが、衝撃などの外力によって破壊されることも懸念され、使用環境の制約も必要と考えられる。【００１１】
このように、半導体歪ゲージの実装構造においては、センサチップと被測定物の接合部の構造によって、感度やセンサ出力安定性などのセンサとして重要な性能が大きく影響される。このため、本発明では、半導体基板にひずみ検出部を有するセンサチップと被測定物との接合部を最適化し、被測定物に生じたひずみを高温下でも高感度に、且つ、正確に検出することが可能なセンサチップの接合構造(センサチップ、その接合部構造を含めて本発明では以下力学量測定装置と呼ぶ)、及びその製造方法を提供することを目的とする。【００１２】
また、センサチップと被測定物の接合時のチップ割れ不良を防ぎ、高歩留まりで製造可能なセンサチップ接合構造、及びその製造方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、
力学量測定装置の製造方法において、ベース基板上に、Auと固溶体を形成してAuを固溶強化する材料を含む初期メタライズ層を形成し、前記初期メタライズ層上にAuを少なくとも50wt％以上含むはんだを積層し、前記はんだの上に、半導体基板にひずみ検出部を形成したセンサチップを、その裏面を向けて搭載し、前記積層体を加熱炉内に載置して、前記センサチップの耐熱温度以下、及びはんだ溶融温度以上に加熱し、前記はんだに接する前記初期メタライズ層からはんだ中のAuを固溶強化する前記材料の一部、或いは全部をはんだ中に溶解させて接合層を形成するようにした。更に、前記センサチップの電極から外部に配線を引き出す配線基板を取り付けて構成するようにした。【００１４】
また、上記課題を解決するために本発明では、前記ベース基板に代えて、力学量の被測定物を構成する部材の表面に、Auと固溶体を形成してAuを固溶強化する材料を含む初期メタライズ層を形成し、前記部材の初期メタライズ層上に、Auを少なくとも50wt％以上含むはんだを積層し、前記はんだの上に、半導体基板にひずみ検出部を形成したセンサチップを、その裏面を向けて搭載し、前記積層体を前記加熱炉内に載置し、前記センサチップの耐熱温度以下、及びはんだ溶融温度以上に加熱し、前記はんだに接する前記初期メタライズ層からはんだ中のAuを固溶強化する前記材料の一部、或いは全部をはんだ中に溶解させて被測定物を構成する部材の表面に接合層を形成し、前記センサチップと、被測定物を構成する部材とを直接接合する方法を提供する。更に、前記センサチップの電極から外部に配線を引き出す配線基板を取り付けて構成することを特徴とする力学量測定装置の製造方法を提供する。【００１５】
また、上記課題を解決するために本発明では、力学量測定装置を、半導体基板にひずみ検出部を形成したセンサチップと、被測定物と前記センサチップとの間に介在して、前記センサチップを支持すると共に、検出すべき前記被測定物の歪みを前記センサチップに伝えるベース基板と、前記センサチップの電極から外部に配線を引き出す配線部とを備え、前記ベース基板と、前記センサチップとの間には、加熱前にはAuを少なくとも50wt％以上含み、加熱炉内の加熱によって、接続する前記メタライズ層からAuを固溶強化する材料の溶け込みにより、Auと前記材料を含む固溶体を形成するはんだから成る接合層と、前記材料が接続するはんだ層へ溶け出した残りの材料を有するメタライズ層とを有して、前記ベース基板と、前記センサチップとが接合されているように構成した。【００１６】
また、上記課題を解決するために本発明では、前記力学量測定装置において、前記ベース基板に代えて、力学量の被測定物を構成する部材を備え、前記部材と、前記センサチップとの間には、積層状の前記メタライズ層と前記接合層とを有して、前記センサチップを直接、前記部材へ接合して構成した。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被測定物に生じたひずみを高温下でも高感度に検出し、且つ、長期間ひずみが負荷された場合でも、安定して正確なセンサ出力が可能な接合構造となり、高性能な力学量測定装置、及びその製造プロセスを提供することができる。【００１８】
また、センサチップと被測定物との接合時のチップ割れ不良を低減することができ、高歩留まりで製造することが可能な力学量測定装置、及びその製造プロセスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１の力学量測定装置の断面構成図の例である。
【図２】本発明の実施例１の力学量測定装置の平面構成図の例である。
【図３】本発明の実施例１の力学量測定装置の製造方法において、加熱炉内でセンサチップとベース基板とを接合するプロセスを説明する図である。
【図４】本発明の実施例１の力学量測定装置の製造方法において、Auを含むはんだ中に初期メタライズ層７の全部が溶け込んだ場合の接合層の様子を説明する図である。
【図５】本発明の実施例１の力学量測定装置の製造方法において、初期メタライズ層７の一部がAuを含むはんだ材料８に溶け込んだ場合の接合層の様子を説明する図である。
【図６】本発明の実施例１の力学量測定装置の製造方法において、Auを含むはんだ材料８への初期メタライズ層７の溶け込みは均一ではない様子を説明する図である。
【図７】本発明の実施例１の力学量測定装置と被測定物とを接合させた例の断面図である。
【図８】本発明の実施例１の力学量測定装置において、各種のメタライズ層とはんだの組み合わせを用いることにより、接合時のチップ割れを防止し、且つ高温でのクリープ耐性が向上する効果を検証した結果を纏めた表である。
【図９】本発明の実施例２の力学量測定装置の製造方法において、加熱炉内でセンサチップとベース基板とを接合するプロセスを説明する図である。
【図１０】本発明の実施例２の力学量測定装置の断面構成図の例である。
【図１１】本発明の実施例３の力学量測定装置の製造方法において、加熱炉内でセンサチップとベース基板とを接合するプロセスを説明する図である。
【図１２】本発明の実施例３の力学量測定装置の断面構成図の例である。
【図１３】本発明の実施例４の力学量測定装置の製造方法において、加熱炉内でセンサチップとベース基板とを接合するプロセスを説明する図である。
【図１４】本発明の実施例４の力学量測定装置の断面構成図の例である。
【図１５】本発明の実施例５の圧力センサモジュール５００の断面図である。
【図１６】本発明の実施例５の変形例に係る圧力センサモジュール６００の断面図である。
【図１７】本発明の実施例１の力学量測定装置において、SiとAuとの共晶がセンサチップ１の側面の一部、或いは側面全体にフィレット２３を形成する断面構成図の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本発明は下記の実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
【実施例１】
【００２１】
本実施例では、力学量測定装置の構成部品であるセンサチップとベース基板とそれらの接合部の構造の例を説明する。ベース基板は、力学量測定装置を製品として提供する場合に、ユーザが被測定対象に力学量測定装置を取り付けて(貼り付け・接続して)、被測定対象に生じた歪みを計測する際に、被測定対象への接続を容易にするための接続要素となるものである。なお、ベース基板を用いずに、センサチップを被測定対象を構成する部材に直接接合する力学量測定装置の構成方法も以下の実施例に説明する。【００２２】
図１、図２は、本実施例の力学量測定装置１００の断面構造と平面構造の例を示す図である。センサチップ１は、主面１ａにひずみ検出部２を有し、センサチップ１の主面１ａの反対の面であるセンサチップ裏面１ｂは接合層３、メタライズ層５、および中間メタライズ層６を介して、ベース基板４に接続されている。ひずみ検出部２はセンサチップの中央付近に設けられていて、４つの不純物拡散抵抗からなるホイートストンブリッジ回路が形成されている。これにより、センサチップ１の平面方向に生じた伸縮によって不純物拡散抵抗の抵抗値が変化することによりひずみを検出する。またこのセンサチップ１には、必要に応じて温度を測定する部位を形成しておく。このように温度計測が同時にできれば計測値の温度補正が可能となり、より高精度なひずみ量が計測可能となる。この例ではセンサチップ１は、ベース基板４のほぼ中央部に配置されているが、特に中央部でなくても問題はない。【００２３】
ベース基板４上には、プリント基板２０が配置され、プリント基板２０上の電極パッド２１とセンサチップ１の電極パッド２９とがAu線などを用いたボンディングワイヤ２２により接続される。プリント基板２０はガラスエポキシ材料を用いた基板でも良いし、ポリイミド材料などを用いたフレキシブルな基板、セラミック基板などでも良い。また、メタルベース基板の作成方法に従ってベース基板４に配線も作り込み、ベース基板４とプリント基板２０を１つにしても良い。
ベース基板４にはセンサチップ１の搭載位置にメタライズ層５が配置され、メタライズ層５とセンサチップ１の間の接合層３は、Auを含むはんだ層であり、Si、Ge、Ni、Sn、In、Sbのうち1種類以上の元素と、Cu、Ag、Co、Pt、Cr、Fe、Pdのうち1種類以上の元素を含んで構成されている。ベース基板４上のメタライズ層５は、Cu、Ag、Co、Pt、Cr、Fe、Pdのうち1種類以上の元素を含むものである。ベース基板４とメタライズ層５の中間は、メタライズ層５の密着性を向上させるために、Niなどの中間メタライズ層６を設けても良い。【００２４】
メタライズ層は、通常はんだ層と被接合材との濡れ性を高めて密着性を向上するためにはんだ層と被接合材との間に挟んで接合されるなどの使用法が一般的である。本発明の実施例では、メタライズ層は、はんだ層へ溶け込んで、はんだ層に含まれるAuと固溶体、または金属間化合物を形成してAu相を改質する元素を含んでいて、該元素を接合部へ供給する役割も持つところが特徴である。【００２５】
図３に、力学量測定装置１００の製造方法において、加熱炉１０内でセンサチップ１とベース基板４とを接合するプロセスを説明する図を示す。すなわちベース基板４上には中間メタライズ層６と初期メタライズ層７が配置され、この初期メタライズ層７上にAuを含むはんだ材料８が搭載され、次にセンサチップ１のひずみ検出部２のある主面１ａと反対の面１ｂがはんだ材料８に接するように搭載されている。センサチップ１の裏面１ｂには、はんだ材料８との接合性を向上させるために初期メタライズ層９としてTi、Ni、Au層、Ti、Pt、Au層、Ti、Pt、Ag層、Ti、Ni、Ag層などをめっき、あるいは蒸着により施されている。これらを加熱炉１０内に入れ、例えばヒータ１１などによって加熱する。
加熱、昇温と共に、Auを含むはんだ材料８が溶融し、センサチップ１の裏面１ｂの初期メタライズ層９、及びベース基板４の初期メタライズ層７に接合される。このとき、ベース基板４の初期メタライズ層７は、Cu、Ag、Co、Pt、Cr、Fe、Pdのうち1種類以上の元素を含むものとする。すると、ベース基板４の初期メタライズ層７から、これらの初期メタライズ層の成分の一部、或いは全部がAuを含むはんだ材料８内に溶解する。【００２６】
一方、センサチップ１の界面では、初期メタライズ層９の表層のAu、Ag層などは一般的に薄く接続中にAuを含むはんだ材料８中に溶け込み、その下に形成したNi層（図示していない）などと接合されることとなる。【００２７】
Auを含むはんだ中に初期メタライズ層７の全部が溶け込んだ場合の接合層の様子を図４に示す。初期メタライズ層７の全てがAuを含むはんだ材料８に溶け込むと、中間メタライズ層６とはんだが接して、中間メタライズ層６の一部がはんだ中に溶けこむ場合があるが、中間メタライズ層６との界面に金属間化合物層１３が形成される。またセンサチップ１表面の初期メタライズ層９との間に金属間化合物層１４が形成される。その中間の接合層１５は、Au中に初期メタライズ層７が溶け込んだ組成となっている。【００２８】
図５に、初期メタライズ層７の一部がAuを含むはんだ材料８に溶け込んだ場合の接合層の様子を示す。初期メタライズ層７の一部が溶け込むため、中間メタライズ層６上に初期メタライズ層７の一部が残り、これに隣接して金属間化合物層１３が形成される。またセンサチップ１表面の初期メタライズ層９との間にも金属間化合物層１４が形成される。これらの中間の接合層１７はAu中に初期メタライズ層７の成分が溶け込んだ組成となっている。Auを含むはんだ材料８への初期メタライズ層７の溶け込みは均一ではなく、図６に示したように、チップ周囲の溶け込みがチップ中央部に比べて速く、中央付近の初期メタライズ層７が厚く残ることが多い。このように、チップ中央部の下部のみ厚いメタライズ層７となり、接合層１７中のはんだの割合が少なく信頼性が向上する。【００２９】
以上のように、冷却後のセンサチップ１とベース基板４間の接合層３、或いは接合層１５、１７においては、一般的に軟質なAuが初期メタライズ層７の成分の溶け込みによって固溶強化される。このため、硬度、引張り強度、ヤング率などの値が大きくなり、硬い接合層３、１５、１７を形成することが可能である。このように接合層３、１５、１７が硬い層となるため、ベース基板４に生じる力学量変化をセンサチップ１表面の歪み検出部２に感度良く伝達することが可能となる。また、長期間においても接合層３内のクリープ変形が低減し、センサ出力が安定する。【００３０】
例えば、初期メタライズ層７にAgを用いた場合には、接合時、Auを含むはんだ材料８にAgが溶け込み、Au中に固溶する。AuとAgは全率固溶する関係であり、溶解速さも早く、製造上問題とならない。したがって、冷却後の接合層３、１５、１７のAuは、初期のはんだ材料８のAuとは異なりAgが固溶したものとなっていて、固溶強化により軟質なAuが改質し強化層が形成されることとなる。且つ、Aｇが溶け込むことにより接合層３、１５、１７の融点も上昇させることが可能となることから、高温でのはんだのクリープ変形量を低減できる。したがって、高感度で、且つ長期間安定したセンサ計測が可能な接合構造となる。【００３１】
他には、初期メタライズ層７にCuを用いた場合には、接合時、Auを含むはんだ材料８にCuが溶け込み、Au中に固溶する。したがって、冷却後の接合層３、１５、１７のAuは、初期のはんだ材料８のAuとは異なりCuが固溶したものとなり、固溶強化により軟質なAuが改質され強化層が形成されることとなる。しかも、AuとCuの場合にはCu含有量によってAuCuの規則格子が形成され、軟質なAuを大幅に強化させる効果がある。この場合には、接合後、高温で長時間ベークし、規則格子化を促進するプロセスの追加が有効である。且つ、Au中にCuが溶解することにより接合層の融点も上昇し、高温でのはんだのクリープ変形量が低減し、高感度で、且つ、長期間安定したセンサ計測が可能な接合構造となる。【００３２】
他には、初期メタライズ層７にPｔ、Ni、Co、Cr、Fe、Pd層を用いた場合にも同様に、接合時、Auを含むはんだ材料８に初期メタライズ層７の各成分が溶け込み、軟質なAuを改質して強化層を形成することが可能となる。これにより、高温でのはんだのクリープ変形量が低減し、高感度で、且つ、長期間安定したセンサ計測が可能な接合構造となる。
初期メタライズ層７の成分によってAuを含むはんだ材料８への溶け込み速さは異なるため、加熱条件を最適化することが重要であるが、接合後、再度高温でのベーク処理を行い、拡散を進行させるプロセスも有効である。【００３３】
ここで、加熱炉１０の内部は雰囲気制御を行うことで、Auを含むはんだ材料８の表面酸化を抑制し、良好な接合を得ることができる。例えば、雰囲気はN2などが有効であるが、このほかに、還元性のある水素、あるいはこれらの混合物、または、ギ酸などの有機酸を用いても良い。他には、表面酸化物を還元可能なフラックスなどの有機物を用いても良い。センサチップ１の平行性、所望の接合高さ確保、位置ずれ防止、接合層中のボイド低減を図るために重り１６やガイドなどの接合補正冶具１２を用いても良い。またこれらの接合部材周辺を真空にしてボイドを低減させることも効果的である。このような工夫を行うことで、ボイドなどの欠陥の少ない良好な接合層３、１５、１７を得ることが可能になる。更に接合性を向上させるには、接合前のスパッタ処理や、プラズマ洗浄などを行い、接合部材の有機汚染量、酸化膜などを除去、或いは低減させておくことが有効である。【００３４】
また加熱炉だけではなく、いわゆるダイボンダ装置を用いることも可能である。ベース基板４の初期メタライズ層７上にAuを含むはんだ材料８を供給し、一方、センサチップ１をコレットなどで真空吸着させて、センサチップ１をはんだ材料８上に圧着する。このとき、コレットをパルス的に加熱（パルスヒート）、或いはコンスタントに加熱して（コンスタントヒート）、Auを含むはんだ材料８を溶融させてセンサチップ１とベース基板４を接合させることも可能である。ベース基板は予め加熱しておくと、より接合時間が短縮化できる。このダイボンド接合時でも、接合部付近を不活性雰囲気にしておくと、より良好な接合が可能となる。このダイボンドによる接合後に、高温槽などの他の装置などに移して再度加熱し、メタライズ層７成分の接合層１７への溶解量を増やすことも可能である。【００３５】
ベース基板４の材料としては、Al、Al合金、Cu、Cu合金、SUS、４２アロイ、Mo、CICなどを用いることができる。【００３６】
Auを含むはんだ材料としては、AuとGe、AuとSi、AuとIn、AuとSn、AuとSbの2元はんだ、或いは、Ge、Si、In、Sn、Ni、Sb、Ti、Cu、Agのうち2種類以上を含み残りがAuで構成されるはんだが適当である。Auの組成は50wt％以上が望ましい。【００３７】
例えば、AuとSiを含む2元系はんだでは、融点が1063℃のAuと比較して、約3.15wt％のSiの添加により融点が共晶温度の363℃程度まで下降するため、センサチップ１の耐熱性以下の約370〜450℃付近の温度で接合することが可能である。しかし、上記構成の初期メタライズ層７と接合することにより、Au中にメタライズ成分が固溶して接合層３、１５、１７の融点は上昇し、且つ固溶強化により接合層は強化され、クリープ耐性が向上する。初めから、Au、Si、及び初期メタライズ層からの溶け込み成分を含んだ高融点で、且つ高強度の接合材料を用いて接合することも考えられるが、センサチップ１の耐熱性、接合時のチップ割れ発生も考慮すると、製造上の課題が多い。そこで、まずはAuに3.15wt％のSiを含むAuSi共晶、或いはその付近の融点の低い組成のはんだ材料を用いて接合することによりチップ割れ発生確率を低減して確実に接合を行い、と同時に、メタライズ層からのAu強化成分の溶け込みを利用して軟質なAu相の改質を行い高強度化するプロセスが有効である。【００３８】
同様にAuとGeを含む2元系はんだでは、融点が1063℃のAuと比較して、約12wt％のGeの添加により融点が共晶温度の356℃程度まで下降するため、センサチップ１の耐熱性以下の約370〜450℃付近の温度で接合することが可能である。しかし、上記構成の初期メタライズ層７と接合することにより、Au中にメタライズ成分が固溶して接合層３、１５、１７の融点は上昇し、且つ固溶強化により接合層は強化され、クリープ耐性が向上する。初めからAu、Ge、及び初期メタライズ層からの溶け込み成分を含んだこのような高融点で、且つ高強度の接合材料を用いて接合することも考えられるが、センサチップの耐熱性、接合時のチップ割れ発生も考慮すると、製造上の課題が多い。そこで、まずはAuに12wt％のGeを含むAuGe共晶、或いはその付近の融点の低い組成の材料を用いて接合することによりチップ割れ発生確率を低減して確実に接合を行い、と同時に、メタライズ層からのAu強化成分の溶け込みを利用して軟質なAu相の改質を行い高強度化するプロセスが有効である。【００３９】
他にも、AuSn、AuIn、AuNi、AuSb系では、最も融点の低くなる組成、及びその付近の組成を用いて、チップの耐熱温度以下で接合してチップ割れ発生確率を低減し、且つ、初期メタライズ層７からのAu強化成分の溶け込みを利用して軟質なAu相の改質を行い高強度化するプロセスが有効である。【００４０】
或いは、Ge、Si、In、Sn、Ni、Sb、Ti、Cu、Agのうち2種類以上を含み残りがAuで構成されるはんだ材料を用いることにより、はんだ材料の融点を調整することが可能であるため、センサチップの耐熱性、チップ割れ強度に合わせて高歩留まりの接合を行うことが可能である。例えば、Au中にGeとSiを含むはんだ材料では、組成によって融点が350℃以下まで低下するため、接合時のチップ割れ不良発生率を低くすることが可能である。【００４１】
またこのように少しでも低融点のはんだ材料を用いて接合することにより、製造時の電力などを低減でき、環境負荷も低減することが可能である。
図７に本発明の力学量測定装置１００を利用して被測定物３０のひずみ量を計測する場合の構成図を示す。これはベース基板４と被測定物３０とを、溶接３１によって数箇所固定したものである。これにより、被測定物３０に生じたひずみ量をまずはベース基板４に伝え、その後、感度、クリープ耐性を向上させた接合層３を介してセンサチップ１の歪み検出部２に、感度良く伝え、歪み量を正確に測定することが可能となる。ここでは、溶接３１によりベース基板４と被測定物を固定したが、ねじ留めや接着材、かしめ、摩擦による熱を利用する方法などで固定しても良い。【００４２】
また、図示していないが、これらの力学量測定装置１００のセンサチップ１の表面保護、或いはボンディングワイヤ２２などの保護のため、センサチップ１表面とボンディングワイヤ２２を含むエリアを絶縁材料などで覆ってもよい。または、キャップなどで全体を覆うことも考えられる。【００４３】
次に本実施例の力学量測定装置１００の形状について説明する。例えば、センサチップ１はほぼ１ｍｍ〜５ｍｍ角、厚さは５０〜４００μｍのサイズであり、接合層３の厚さは最大２００μｍ程度のサイズである。ベース基板４は０．１〜３ｍｍ程度の厚さであるが、ベース基板を用いず被測定物に直接接合する場合には、更に厚いものでも問題ない。またAuを含むはんだ材料８は、それぞれのチップの大きさに適する大きさで、厚みは２０〜２００μｍ程度のはんだペレットを用いる。しかしこれ以外にも、円盤状のはんだペレット、ボール形状のはんだ、線状のはんだ、或いははんだ粒子を有機物と混合させたはんだペーストを用いても良い。
また軟質なAuを改質して強化できる成分を有する初期メタライズ層の厚みは、その成分の改質効果にもよるが、例えば最大１００μｍ程度である。【００４４】
一例として、AuとSiの２元はんだを用いた例を示す。ベース基板４にはSUS420を用い、厚みを１mmとし、これに中間メタライズ層６としてNiを施し、これに初期メタライズ層５としてCuを施した。それぞれの層の厚みは、製造上のばらつきもあるが、Niによる中間メタライズ層は３μｍ、Cuによる初期メタライズ層は１０μｍとした。これらのメタライズ層はベース基板４全体にめっき処理により形成した。Auを含むはんだ材料８は、Au−3.15wt％Siの２元系の材料を用い、形状は、チップとほぼ同じ大きさで３０μｍ厚みのはんだペレットを用意した。またセンサチップ１は３ｍｍ角であり、歪み検出部２と反対の面１ｂにはTi/Ni/Auを施した。次に、上記のベース基板４、Au−3.15wt％Siはんだペレット、センサチップ１を順に積層し、N2雰囲気としたリフロー炉にて最高温度４００℃で３分間程度加熱し、その後冷却させた。この例では、軟質なAuを改質して強化できる成分としてCuを用いているため、接合層３ではAu中にCuが溶け込んでいて、その溶け込み量は場所によるばらつきもあるが、Auに対しほぼ３０〜７０at％のCuが溶解していた。これらは更に追加の高温ベークを行うことにより、AuCuの規則格子化が進むことにより、硬度が増し、高温でのクリープ耐性が向上する。チップの形状が変わると、ベース基板との熱膨張係数差に起因するチップ端部に発生する応力が変化するため、チップ割れ耐性が変わり、且つ、クリープ耐性も変化が生じる。そこで、チップ形状が４〜５ｍｍ角程度であれば、最適なCuの溶解度も変化し、Auに対しほぼ１０〜５０at％のCuの溶解でもクリープ耐性が良好であった。【００４５】
上記と同様な検討を行った結果の例を図８の表に示すが、これらのメタライズ層とはんだの組み合わせを用いることにより、接合時のチップ割れを防止し、且つ高温でのクリープ耐性が向上するものである。図８では、接合性が良好な場合「○」とし、クリープ特性（クリープ耐性）が良好な場合「○」とし、クリープ特性が極めて良好な場合「◎」としている。【００４６】
ここで、ベース基板４への中間メタライズ層６と初期メタライズ層７の形成する領域は、全体に形成しても良いし、センサチップ１が搭載される付近にのみメタライズ層を形成してもよい。この場合、レジストなどを用いた部分めっきなどを実施する。または、ベース基板４全体に中間メタライズ層６を施し、その後、レジストなどでマスクをしてセンサチップ１が搭載される部分のみに初期メタライズ層７を施しても良い。また、ベース基板４の材質がSUS等の、表面が安定していてめっきとの密着性が悪く剥がれが懸念される材質の場合には、小さい面積のメタライズ層では剥がれによる特性劣化などが心配になるが、中間メタライズ層６はなるべく大面積としておくことで、めっき剥がれ不良を低減することが可能である。【００４７】
このようなAuをベースとするはんだを改質することの別の効果は、Auは非常に軟質であるが、主に固溶強化の効果によって改質しているため、脆性な材料で懸念される耐衝撃性の問題が少なく、特に自動車用途などの振動、衝撃への信頼性が重要な場合には有効である。且つ、低温での耐性も高く、温度サイクルなどの信頼性にも優れている。
また、センサチップ１の主材料であるSiとAuとは共晶反応を起こすため、温度、雰囲気を最適化することで、図１７に示したようにセンサチップ１の側面の一部、或いは側面全体にフィレット２３を形成することも可能であり、クリープ耐性が向上する。
【実施例２】
【００４８】
本実施例では、力学量測定装置の構成部品であるセンサチップとベース基板を用いた力学量測定装置の別の製造方法、構造の例を説明する。
本実施例の力学量測定装置２００では、センサチップ１は実施例１の場合と同様であるが、Auを含むはんだ材料８の軟質なAuを改質して強化可能な成分を含む初期メタライズ層４１を、センサチップ１の裏面１ｂに形成したことを特徴とする。【００４９】
図９は、力学量測定装置２００の製造方法を示す図である。加熱炉１０内でセンサチップ１とベース基板４とを接合するが、ベース基板４上には通常のメタライズ層４２が形成されている。このメタライズ層４２上にAuを含むはんだ材料８が搭載され、次にセンサチップ１のひずみ検出部２のある主面１ａと反対の面１ｂに形成されている初期メタライズ層４１がはんだ材料８に接するように搭載される。その後、加熱することにより、センサチップ１の裏面１ｂ上に形成された初期メタライズ層４１の成分がAuを含むはんだ材料８に溶け込み、図１０に示した力学量測定装置２００の接合構造を形成する。この例での接合層４３は、軟質なAuが改質されて強化されたはんだにより構成される。初期メタライズ層４１の材質は実施例１の初期メタライズ層７と同様である。はんだ材料８も実施例１と同様である。詳細には、センサチップ１の裏面１ｂの初期メタライズ層４１の一部、或いは全部がAuを含むはんだ８内に溶け込み、図示していないが、界面には金属間化合物層などが形成されている。このように、センサチップ１の裏面１ｂの初期メタライズ層４１をこのような材質、構造を採ることにより、高温でのクリープ耐性を向上させ、感度良く被測定物の力学量変化を計測することが可能となる。且つ接合時のチップ割れ発生確率を低減可能である。
【実施例３】
【００５０】
本実施例では、力学量測定装置の構成部品であるセンサチップとベース基板を用いた力学量測定装置の別の製造方法、構造の例を説明する。
本実施例の力学量測定装置３００では、センサチップ１は実施例１の場合と同様であるが、Auを含むはんだ材料８の軟質なAuを改質して強化可能な成分を含む初期メタライズ層を、センサチップ１の裏面１ｂ、及び、ベース基板４上の両方に形成したことを特徴とする。【００５１】
図１１は、力学量測定装置３００の製造方法を示す図である。加熱炉１０内でセンサチップ１とベース基板４とを接合するが、ベース基板４上には軟質なAuを強化可能な成分を含む初期のメタライズ層４４が形成されている。このメタライズ層４４上にAuを含むはんだ材料８が搭載され、次にセンサチップ１のひずみ検出部２のある主面１ａと反対の面１ｂがはんだ材料８に接するように搭載される。このとき、センサチップ１の裏面１ｂには同様に軟質なAuを強化可能な成分を含む初期メタライズ層４５が形成されている。ここで、ベース基板４と初期メタライズ層４４の間には、密着性を向上させるなどの理由で中間メタライズ層６が形成されていてもよい。【００５２】
その後、これらを加熱することにより、センサチップ１の裏面１ｂ上に形成された初期メタライズ層４５の成分、及びベース基板４の表面に形成されている初期メタライズ層４４の成分がAuを含むはんだ材料８に溶け込み、図１２に示した力学量測定装置３００の接合構造を形成する。この例での接合層４６は、軟質なAuが改質されて強化されたはんだにより構成される。詳細には、センサチップ１の裏面１ｂの初期メタライズ層４５、ベース基板４の初期メタライズ層４４の一部、或いは全部がAuを含むはんだ８内に溶け込み、図示していないが、界面には金属間化合物層などが形成されるものとなっている。このように、センサチップ１の裏面１ｂの初期メタライズ層４５、ベース基板の初期メタライズ層４４をこのような材質、構造を採ることにより、高温でのクリープ耐性を向上させ、感度良く被測定物の力学量変化を計測することが可能となる。且つ接合時のチップ割れ発生確率を低減可能である。  
実施例３の例では、センサチップ１の初期メタライズ層４５とベース基板４表面の初期メタライズ層４４は同じ成分でもよいし、別の成分を用いても良い。また、初期メタライズ層４４、初期メタライズ層４５の材質は実施例１の初期メタライズ層７と同様である。はんだ材料８も実施例１と同様である。
【実施例４】
【００５３】
本実施例では、力学量測定装置の構成部品であるセンサチップとベース基板を用いた力学量測定装置の別の製造方法、構造の例を説明する。
実施例３では、ベース基板４上、およびセンサチップ１の裏面１ｂの両方に軟質なAuを強化可能な成分を含む初期のメタライズ層４４，４５を形成して、はんだ材料８への溶け込みをより早く効率化する実施例を示した。更に迅速にはんだ材料８への溶け込みを実現するためには、はんだ材料８の間に初期のメタライズ層を挟み込む方式が有効と考えられる。
本実施例の力学量測定装置４００では、センサチップ１は実施例１の場合と同様であるが、Auを含むはんだ材料８の軟質なAuを改質して強化可能な成分を含む初期メタライズ層を、Auを含むはんだ材料８の間、センサチップ１の裏面１ｂ、及び、ベース基板４上の３箇所に形成したことを特徴とする。【００５４】
図１３は、力学量測定装置４００の製造方法を示す図である。加熱炉１０内でセンサチップ１とベース基板４とを接合するが、ベース基板４上には軟質なAuを強化可能な成分を含む初期のメタライズ層４７が形成されている。このメタライズ層４７上にAuを含むはんだ材料８が搭載され、その上にシート状のAu改質材料４９、Auを含むはんだ材料８が搭載され、次にセンサチップ１のひずみ検出部２のある主面１ａと反対の面１ｂがはんだ材料８に接するように搭載される。このとき、センサチップ１の裏面１ｂには同様に軟質なAuを強化可能な成分を含む初期メタライズ層４８が形成されている。ここで、ベース基板４と初期メタライズ層４７の間には、密着性を向上させるなどの理由で中間メタライズ層６が形成されていてもよい。【００５５】
その後、これらを加熱することにより、センサチップ１の裏面１ｂ上に形成された初期メタライズ層４８の成分、はんだ材料８に挟まれたAu改質材料４９の成分、及びベース基板４の表面に形成されている初期メタライズ層４７の成分がAuを含むはんだ材料８に比較的速やかに溶け込み、図１４に示した力学量測定装置４００の接合構造を形成する。この例での接合層６１，６２は、軟質なAuが改質されて強化されたはんだにより構成される。詳細には、センサチップ１の裏面１ｂの初期メタライズ層４８、はんだ材料８に挟まれたAu改質材料４９、及びベース基板４上の初期メタライズ層４７の一部、或いは全部がAuを含むはんだ８内に比較的速やかに溶け込み、図示していないが、界面には金属間化合物層などが形成されるものとなっている。このように、センサチップ１の裏面１ｂの初期メタライズ層４８、はんだ材料８に挟まれたAu改質材料４９、及びベース基板上の初期メタライズ層４７をこのような材質、構造を採ることにより、高温でのクリープ耐性を向上させ、感度良く被測定物の力学量変化を計測することが可能となる。且つ接合時のチップ割れ発生確率を低減可能である。  
実施例４の例では、センサチップ１の初期メタライズ層４８と、はんだ材料８に挟まれたAu改質材料４９と、及びベース基板４表面の初期メタライズ層４７は同じ成分でも良いし、別の成分を用いても良い。また、初期メタライズ層４８、Au改質材料４９、初期メタライズ層４７の材質は実施例１の初期メタライズ層７と同様である。はんだ材料８も実施例１と同様である。【００５６】
また、本実施例において、ベース基板４上、またはセンサチップ１の裏面１ｂに形成された初期のメタライズ層４７，４８のいずれか、または両方ともに省略して、はんだ材料８の間にのみAu改質材料４９を挟み込んで、接合層を形成する構成も考えられる。
【実施例５】
【００５７】
本発明の力学量測定装置を圧力センサモジュールに適用した例を図１５に示す。
図１５に断面図を示す圧力センサモジュール５００は、中空孔５１を内側に設けた筒部５２とこの筒部５２における中空孔５１の上部を閉塞する蓋部分５３からなる容器５４を有している。また、中空孔５１の上部の蓋部分５３にはダイアフラム５６の領域が形成されていて、センサチップ１をベース基板４に接合層３を介して取り付けたセンサモジュール５７がダイアフラム５６部分の中空孔５１と反対側の面に取り付けられている。またセンサチップ１からはひずみ検出量を出力するため、ボンディングワイヤ２２を介して配線基板２０が取り付けられている。更にこれらのセンサモジュール（力学量測定装置）５７部分を保護し、且つ計測値を出力するためにケース５８、また図示していないがコネクタが周囲にとりつけられている。【００５８】
ベース基板４は、例えばCIC基板、Mo、42Alloy、SUS、Al、セラミックなどを素材として、筒部５２、ダイアフラム５６部分などは例えばSUS材料などが適用される。また、ケース５８は樹脂などが適用されるが、耐熱性が持たない場合には金属材料のものでも良い。【００５９】
ダイアフラム５６とベース基板４との接合は、溶接、ロウ材、ねじ固定、かしめ、摩擦による熱などを用いて行う。またプリント基板２０は、圧力センサモジュール５００の容積が限られていて収納できない場合には、フレキシブル基板のようなものを用いたり、コネクタ、プローブピンのようなばね性のものを用いて信号を取り出すことも可能である。【００６０】
この圧力センサモジュール５００は、例えば自動車の油圧系の配管などに継手部５５が接続される。そこで、ダイアフラム５６上に貼り合わされたベース基板４上に本発明の実施例１〜４に記載の接合層を介して接続されたセンサチップ１が、油圧の変化に従ってダイアフラム５６を介して歪むことによって、圧力の変化を電気信号に変換する。【００６１】
この圧力センサモジュール５００の製造においては、センサチップ１をベース基板４に接合層３を介して取り付けたセンサモジュール（力学量測定装置）５７を別途作成してから蓋部分５３に取り付けても良いし、先に蓋部分５３にベース基板４を取り付けてからセンサチップ１を接合するプロセスでも良い。【００６２】
ベース基板４を用いずにダイアフラム５６(被測定対象)に直接センサチップ１を接合した圧力センサモジュール６００構造も可能である。この例（変形例）を図１６に示すが、センサチップ１はダイアフラム５６に本発明の実施例１〜４に記載の接合層を用いて直接接合されていて、油圧の変化に従ってダイアフラム５６が歪み、この歪み量をセンサチップ１のひずみ検出部２で検出することによって、圧力の変化を電気信号に変換する。この例のようにベース基板４を用いない場合には、ダイアフラム５６の中空孔５１の反対側の面に、Au中に固溶し軟質なAuを改質して強化可能な成分を含むメタライズ層を予め施しておく必要がある。或いは、Au中に固溶し軟質なAuを改質して強化可能な成分を含むメタライズ層をセンサチップ１の裏面１ｂに形成する場合には、ダイアフラム５６上にははんだの濡れを確保できる表面処理層のみ形成しても良い。【００６３】
センサチップ１の搭載される部分のダイアフラム５６の裏側は、局所的に薄い部分を形成し、その部分の厚みを変えることによって、圧力の計測範囲を変えることも可能である。【００６４】
このように作成した圧力センサモジュール５００、６００では、センサチップ１の接合部３が高温でもクリープ変形が少なく安定で、且つ温度サイクルなどの信頼性も高いため、自動車のガソリンの燃料圧など計測時など、高温の環境で使用される場合の圧力変化を感度良く、且つ長期間安定して圧力変化を計測可能である。また、このセンサチップ１の接合プロセスにおいてもチップ割れ不良も少なく、歩留まりも良好である。
【符号の説明】
【００６５】
１  センサチップ
１ａ  センサチップの主面
１ｂ  センサチップ裏面
２  ひずみ検出部
３  接合層
４  ベース基板
５  メタライズ層
６  中間メタライズ層
７  初期メタライズ層
８  Auを含むはんだ材料
９  初期メタライズ層
１０  加熱炉
１１  ヒータ
１２  接合補正冶具
１３  金属間化合物層
１４  金属間化合物層
１５  初期メタライズ層が全て溶け込んだ接合層
１６  重り
１７  初期メタライズ層の一部が溶け込んだ接合層
２０  プリント基板
２１  プリント基板の電極
２２  ボンディングワイヤ
２３  フィレット
２９  センサチップのワイヤボンディング用電極
３０  被測定物
３１  溶接部
４１  センサチップ裏面の初期メタライズ層
４２  ベース基板表面の初期メタライズ層
４３  接合層
４４  ベース基板表面の初期メタライズ層
４５  センサチップ裏面のメタライズ層
４６  接合層
４７  ベース基板表面の初期メタライズ層
４８  センサチップ裏面のメタライズ層
４９  Au改質材料
５１  中空孔
５２  筒部
５３  蓋部分
５４  容器
５５  継手部
５６  ダイアフラム
５７  センサモジュール
５８  ケース
６１，６２  接合層
１００  力学量測定装置
２００  力学量測定装置
３００  力学量測定装置
４００  力学量測定装置
５００  圧力センサモジュール
６００  圧力センサモジュール
【図１】
2015045779.tif 000003
【図２】
2015045779.tif 000004
【図３】
2015045779.tif 000005
【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】
2015045779.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2015045779.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2015045779.tif 000015
【図１４】
2015045779.tif 000016
【図１５】
2015045779.tif 000017
【図１６】
2015045779.tif 000018
【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年1月21日(2016.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板上に、Auと固溶体を形成してAuを固溶強化する材料を含む初期メタライズ層を形成し、
前記初期メタライズ層上にAuを少なくとも50wt％以上含むはんだを積層し、
前記はんだの上に、半導体基板にひずみ検出部を形成したセンサチップを、その裏面を向けて搭載し、
前記メタライズ層と前記はんだと前記センサチップとを含む積層体を加熱炉内に載置して、前記センサチップの耐熱温度以下、及びはんだ溶融温度以上に加熱し、
前記はんだに接する前記初期メタライズ層からはんだ中のAuを固溶強化する前記材料の一部、或いは全部をはんだ中に溶解させて接合層を形成する力学量測定装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ベース基板に代えて、力学量の被測定物を構成する部材の表面に、Auと固溶体を形成してAuを固溶強化する材料を含む初期メタライズ層を形成し、
前記部材の初期メタライズ層上に前記はんだ層と、前記センサチップを積層して、前記加熱炉内に載置し、
前記加熱炉内の加熱によって、前記センサチップを被測定物を構成する部材の表面に直接接合する接合層を形成する力学量測定装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記センサチップの前記ひずみ検出部が形成された主面と反対の裏面に、前記初期メタライズ層に含まれるAuを固溶強化する材料と同じ材料、または異なる種類のAuを固溶強化する材料を含む初期メタライズ層を形成し、
前記はんだの上に、前記センサチップの初期メタライズ層を形成した裏面を積層して搭載する力学量測定装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記ベース基板、または力学量の被測定物を構成する部材、並びに前記センサチップの間に積層して挟み込むAuを少なくとも50wt％以上含むはんだを２層に分けて積層し、
前記２層に分けて積層したはんだの間に、Au改質材料を挟み込んで接合層を形成する力学量測定装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記ベース基板、または力学量の被測定物を構成する前記部材の表面上にはAuを改質する成分を含む初期メタライズ層を形成することを省略して、はんだぬれのみを確保するメタライズ層のみを形成して、接合層を形成する力学量測定装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかの請求項において、
前記はんだ中のAuを固溶強化できる材料として、Cu、Ag、Co、Pt、Cr、Fe、またはPdの少なくともいずれか１つの元素を含む初期メタライズ層を用いる力学量測定装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかの請求項において、
Auを含む前記はんだは、AuとGe、AuとSi、AuとIn、AuとSn、AuとSb、AuとNiの2元はんだである力学量測定装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至３のいずれかの請求項において、
Auを含む前記はんだは、Ge、Si、In、Sn、Ni、Sb、Ti、Cu、およびAgのうち少なくとも２種類以上の元素を含み、残りがAuで構成されるはんだである力学量測定装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板にひずみ検出部を形成したセンサチップと、
被測定物と前記センサチップとの間に介在して、前記センサチップを支持すると共に、検出すべき前記被測定物の歪みを前記センサチップに伝えるベース基板と、
前記センサチップの電極から外部に配線を引き出す配線部と、
を備え、
前記ベース基板と、前記センサチップとの間には、
Auと固溶体を形成してAuを固溶強化する材料を含み、加熱炉内の加熱によって、前記材料が接続するはんだ層へ溶け出した残りの材料を有するメタライズ層と、
加熱前にはAuを少なくとも50wt％以上含み、加熱炉内の加熱によって、接続する前記メタライズ層からAuを固溶強化する材料の溶け込みを受け入れて、Auと前記材料を含む固溶体を形成するはんだから成る接合層と、
を有して、
前記ベース基板と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記ベース基板に代えて、力学量の被測定物を構成する部材を備え、
前記部材と、前記センサチップとの間には、積層状の前記メタライズ層と前記接合層とを有して、前記センサチップを直接、前記部材へ接合している力学量測定装置。
【請求項１１】
請求項９において、
前記ベース基板と、前記センサチップとの間には、前記ベース基板の上に、前記メタライズ層、前記接合層が積層され、
前記接合層と前記センサチップとの間には、第２のメタライズ層が積層されて、または省略されて、前記ベース基板と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１２】
請求項９において、
前記ベース基板と、前記センサチップとの間には、前記接合層が、第１、第２の接合層に分けられ、前記第１、第２の接合層の間に第３のAu改質材料が積層され、
前記ベース基板と前記第１の接合層の間に第１のメタライズ層、及び前記第２の接合層と前記センサチップとの間に第２のメタライズ層は、それぞれが積層されて、または省略されて、前記ベース基板と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１３】
請求項１０において、
前記力学量の被測定物を構成する部材と、前記センサチップとの間には、前記部材の上に、前記メタライズ層、前記接合層が積層され、
前記接合層と前記センサチップとの間には、第２のメタライズ層が積層されて、または省略されて、前記部材と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１４】
請求項１０において、
前記力学量の被測定物を構成する部材と、前記センサチップとの間には、前記接合層が、第１、第２の接合層に分けられ、前記第１、第２の接合層の間にAu改質材料が積層され、
前記部材と前記第１の接合層の間に第１のメタライズ層、及び前記第２の接合層と前記センサチップとの間に第２のメタライズ層は、それぞれが積層されて、または省略されて、前記部材と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１５】
請求項９乃至１４のいずれかの請求項において、
前記はんだ中のAuを固溶強化できる材料として、Cu、Ag、Co、Pt、Cr、Fe、またはPdの少なくともいずれか１つの元素を含むメタライズ層を用いる力学量測定装置。
【請求項１６】
請求項９乃至１４のいずれかの請求項において、
Auを含む前記はんだは、AuとGe、AuとSi、AuとIn、AuとSn、AuとSbの2元はんだである力学量測定装置。
【請求項１７】
請求項９乃至１４のいずれかの請求項において、
Auを含む前記はんだは、Ge、Si、In、Sn、Ni、Sb、Ti、Cu、およびAgのうち少なくとも２種類以上の元素を含み、残りがAuで構成されるはんだである力学量測定装置。
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月13日(2016.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板上に、または、力学量の被測定物を構成する部材の表面に、Auと固溶体を形成してAuを固溶強化する材料を含む初期メタライズ層を形成し、
前記初期メタライズ層上にAuを少なくとも50wt％以上含むはんだを積層し、
前記はんだの上に、半導体基板にひずみ検出部を形成したセンサチップを、その裏面を向けて搭載し、
前記メタライズ層と前記はんだと前記センサチップとを含む積層体を加熱炉内に載置して、前記センサチップの耐熱温度以下、及びはんだ溶融温度以上に加熱し、
前記はんだに接する前記初期メタライズ層からはんだ中のAuを固溶強化する前記材料の一部、或いは全部をはんだ中に溶解させて接合層を形成する力学量測定装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記センサチップの前記ひずみ検出部が形成された主面と反対の裏面に、前記初期メタライズ層に含まれるAuを固溶強化する材料と同じ材料、または異なる種類のAuを固溶強化する材料を含む初期メタライズ層を形成し、
前記はんだの上に、前記センサチップの初期メタライズ層を形成した裏面を積層して搭載する力学量測定装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記ベース基板、または前記力学量の被測定物を構成する部材、並びに前記センサチップの間に積層して挟み込むAuを少なくとも50wt％以上含むはんだを２層に分けて積層し、
前記２層に分けて積層したはんだの間に、Au改質材料を挟み込んで接合層を形成する力学量測定装置の製造方法。
【請求項４】
ベース基板、または力学量の被測定物を構成する部材の表面上に、はんだぬれのみを確保するメタライズ層を形成し、
前記メタライズ層と前記センサチップの間に積層して挟み込むAuを少なくとも50wt％以上含むはんだを２層に分けて積層し、
前記２層に分けて積層したはんだの間に、Au改質材料を挟み込んで接合層を形成する力学量測定装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの請求項において、
前記はんだ中のAuを固溶強化できる材料として、Cu、Ag、Co、Pt、Cr、Fe、またはPdの少なくともいずれか１つの元素を含む初期メタライズ層を用いる力学量測定装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかの請求項において、
Auを含む前記はんだは、AuとGe、AuとSi、AuとIn、AuとSn、AuとSb、AuとNiの2元はんだである力学量測定装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１または２において、
Auを含む前記はんだは、Ge、Si、In、Sn、Ni、Sb、Ti、Cu、およびAgのうち少なくとも２種類以上の元素を含み、残りがAuで構成されるはんだである力学量測定装置の製造方法。
【請求項８】
半導体基板にひずみ検出部を形成したセンサチップと、
被測定物と前記センサチップとの間に介在して、前記センサチップを支持すると共に、検出すべき前記被測定物の歪みを前記センサチップに伝えるベース基板、または力学量の被測定物を構成する部材と、
前記センサチップの電極から外部に配線を引き出す配線部と、
を備え、
前記ベース基板または前記力学量の被測定物を構成する部材と、前記センサチップとの間には、
Auと固溶体を形成してAuを固溶強化する材料を含み、加熱炉内の加熱によって、前記材料が接続するはんだ層へ溶け出した残りの材料を有するメタライズ層と、
加熱前にはAuを少なくとも50wt％以上含み、加熱炉内の加熱によって、接続する前記メタライズ層からAuを固溶強化する材料の溶け込みを受け入れて、Auと前記材料を含む固溶体を形成するはんだから成る接合層と、
を有して、
前記ベース基板または前記力学量の被測定物を構成する部材と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記ベース基板と、前記センサチップとの間には、前記ベース基板の上に、前記メタライズ層、前記接合層が積層され、
前記接合層と前記センサチップとの間には、第２のメタライズ層が積層されて、または省略されて、前記ベース基板と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１０】
請求項８において、
前記ベース基板と、前記センサチップとの間には、前記接合層が、第１、第２の接合層に分けられ、前記第１、第２の接合層の間に第３のAu改質材料が積層され、
前記ベース基板と前記第１の接合層の間に第１のメタライズ層、及び前記第２の接合層と前記センサチップとの間に第２のメタライズ層は、それぞれが積層されて、または省略されて、前記ベース基板と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１１】
請求項８において、
前記力学量の被測定物を構成する部材と、前記センサチップとの間には、前記部材の上に、前記メタライズ層、前記接合層が積層され、
前記接合層と前記センサチップとの間には、第２のメタライズ層が積層されて、または省略されて、前記部材と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１２】
請求項８において、
前記力学量の被測定物を構成する部材と、前記センサチップとの間には、前記接合層が、第１、第２の接合層に分けられ、前記第１、第２の接合層の間にAu改質材料が積層され、
前記部材と前記第１の接合層の間に第１のメタライズ層、及び前記第２の接合層と前記センサチップとの間に第２のメタライズ層は、それぞれが積層されて、または省略されて、前記部材と、前記センサチップとが接合されている力学量測定装置。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれかの請求項において、
前記はんだ中のAuを固溶強化できる材料として、Cu、Ag、Co、Pt、Cr、Fe、またはPdの少なくともいずれか１つの元素を含むメタライズ層を用いる力学量測定装置。
【請求項１４】
請求項８乃至１２のいずれかの請求項において、
Auを含む前記はんだは、AuとGe、AuとSi、AuとIn、AuとSn、AuとSbの2元はんだである力学量測定装置。
【請求項１５】
請求項８乃至１２のいずれかの請求項において、
Auを含む前記はんだは、Ge、Si、In、Sn、Ni、Sb、Ti、Cu、およびAgのうち少なくとも２種類以上の元素を含み、残りがAuで構成されるはんだである力学量測定装置。
【国際調査報告】
2015045779.tif 000020
2015045779.tif 000021
2015045779.tif 000022
2015045779.tif 000023