JP2013167468A

JP2013167468A - 圧力センサとその製造方法

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Publication number: JP2013167468A
Application number: JP2012029368A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Hattori; ▲靖▼之服部; Takashi Nishimizu; 貴志西水; Naonobu Okawa; 尚信大川
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-08-29

Abstract

【課題】本発明は、接着剤が圧力導入孔を塞ぐことを防止する圧力センサとその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】圧力に感応するダイヤフラム２ａと、ダイヤフラム２ａに対向する接着部３と、接着部３を貫通する圧力導入孔３ａとを有し、接着部３のダイヤフラム２ａと反対側に位置する底面が、圧力導入孔３ａが配置される第１面３ｃと、第１面３ｃを囲んで設けられる第２面３ｄと、からなると共に、第１面３ｃが第２面３ｄから凸設されてなり、第１面３ｃの外周３ｆ及び第２面３ｄの内周３ｇが、平面視で、凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線である圧力センサ１。
【選択図】図２

Description

本発明は、接着剤を用いて半導体チップを基板に接合する技術に係わり、特に圧力導入孔を有する圧力センサを基板部材に接合する技術に関する。

特許文献１に開示される発明では、図１７に示すように、中央に薄肉状のダイヤフラム３０３ａが形成されるセンサチップ３０３が、ダイボンド材３０５によって厚膜基板３０１に接合される。この時、センサチップ３０３は、厚膜基板３０１上に設けられる凸部材３０１ｃ上に載置されて接合される。

図１８に、凸部材３０１ｃの矩形状の内周面３０１ｄを、平面視で、センサチップ３０３の内端部３０３ｂより０．１ｍｍ以上外側に設けた場合の平面図を示す。このように、内端部３０３ｂより内周面３０１ｄを外側に設けることで、センサチップ３０３の内端部３０３ｂ側に庇３０３ｃを形成し、ダイボンド材３０５がダイヤフラム３０３ａの近傍に這い上がるのを防止している。

また、図１９には、庇３０３ｃに加えて、凸部材３０１ｃに、その内周面３０１ｄを囲むように溝部３０１ｅを凹設した場合の平面図を示す。図１９に示すように、溝部３０１ｅの外周面及び内周面は平面視で矩形状に形成されている。このように、溝部３０１ｅを設けることで、ダイボンド材３０５がダイヤフラム３０３ａの近傍に這い上がるのを防止している。

特許文献２に開示される発明では、図２０に示すように、半導体チップ４０３が、能動面４０３ａを上に向けた状態で、接着剤４０５を用いて実装基板４０１に接着される。このとき、半導体チップ４０３を搭載するときの加重や熱処理により、接着剤４０５が半導体チップ４０３の下面４２０からはみ出して半導体チップ４０３の側面４３０を這い上がり、能動面４０３ａが接着剤４０５によって汚染される可能性がある。

そのため、半導体ウェハから複数の半導体チップ４０３をダイシングにより個片化する際に、半導体チップ４０３の側面４３０に段差部４４０を形成している。そして、この段差部４４０によって、接着剤４０５が半導体チップ４０３の側面４３０を這い上がることを抑制させている。

特開平８−１９３８９７号公報特開２０１１−１２９６１２号公報

特許文献１に開示される従来技術では、凸部材３０１ｃの内周面３０１ｄをセンサチップ３０３の内端部３０３ｂより０．１ｍｍ以上外側に設けて、センサチップ３０３の内端部３０３ｂ側に庇３０３ｃを形成することで、ダイボンド材３０５がダイヤフラム３０３ａの近傍に這い上がるのを防止している。

ところが、内周面３０１ｄは平面視で矩形状であるために、内周面３０１ｄを構成する各側壁が交わる狭い間隙に生じる毛細管現象等によって４隅の角部にダイボンド材３０５が集まり易く、この角部を起点にダイヤフラム３０３ａ側にダイボンド材３０５が這い上がることがあった。

また、ダイボンド材３０５が、平面視で外周面及び内周面が矩形状である溝部３０１ｅに流れ込むと、外周面を構成する各側壁が交わる４隅の狭い間隙に生じる毛細管現象等や、内周面の４隅の角部でダイボンド材３０５の流れが淀むことで、この流れ込んだダイボンド材３０５は、溝部３０１ｅの４隅の角部に集まり易い。そして、このダイボンド材３０５が集まった角部を起点にして、ダイボンド材３０５が空洞３０６に漏れ出し、ダイヤフラム３０３ａ側に這い上がることがあった。

このように、凸部材３０１ｃの内周面３０１ｄや、溝部３０１ｅの外周面及び内周面が平面視で矩形状に形成されているために、ダイボンド材３０５がダイヤフラム３０３ａ側に這い上がる課題を解決することは不十分であった。

特許文献２に開示される従来技術では、半導体チップ４０３の側面４３０に段差部４４０を形成することで、接着剤４０５が半導体チップ４０３の側面４３０を這い上がることを抑制している。

ところが、ダイシングにより個片化された半導体チップ４０３は、平面視で矩形に形成されることが知られている。そのため、半導体チップ４０３には、各側面４３０が交わる４隅の角部が形成される。また、段差部４４０には、ダイシングにより能動面４０３ａ側に凹状の庇（図示せず）が形成される。よって、４隅の凹状の庇の内周面には、側面４３０が削られて交わる面からなる狭い間隙が形成される。

この狭い間隙に生じる毛細管現象等によって、接着剤４０５は、半導体チップ４０３の４隅の角部に集まり易い。そして、この接着剤４０５が集まった角部を起点にして、接着剤４０５が半導体チップ４０３の側面４３０を這い上がることがあった。

ところで、近年、圧力センサの小型化が進行しているために、圧力センサの接着部をパッケージ等の基板部材に接着剤を用いて接合する際に、接着剤が接着部の中央に向かって侵入し接着部の中央部に配置される圧力導入孔を塞ぐ問題は、より発生し易くなっている。

本発明の目的は、このような課題を顧みてなされたものであり、接着剤が圧力導入孔を塞ぐことを防止する圧力センサとその製造方法を提供することである。

本発明の圧力センサは、圧力に感応するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに対向する接着部と、前記接着部を貫通する圧力導入孔とを有し、前記接着部の前記ダイヤフラムと反対側に位置する底面が、前記圧力導入孔が配置される第１面と、前記第１面を囲んで設けられる第２面と、からなると共に、前記第１面が前記第２面から凸設されてなり、前記第１面の外周及び前記第２面の内周が、平面視で、凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線であることを特徴とする。

前記第１面が前記第２面から凸設されてなるので、前記接着部をパッケージ等の基板部材に接着剤で接合する際に、前記第２面と前記基板部材との間に空間が形成される。この空間に前記接着剤が流れ込むために、前記接着剤が前記圧力導入孔側に漏れ出すことは抑制される。

前記接着部の接着面である前記底面に、前記第１面の外周及び前記第２面の内周が凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線である前記第１面と前記第２面とが形成されてなる。よって、前記第１面の外周及び前記第２面の内周に連接する側面には凹部が形成されていないので、前記空間に流れ込んだ前記接着剤は、毛細管現象等によって局所的に集まることはないと共に、前記外周及び前記内周に連接する側面に沿って一様に流れ拡がり、淀んで局所的に集まることはない。従って、前記接着剤が前記圧力導入孔側に漏れ出すことは抑制される。

よって、本発明によれば、接着剤が圧力導入孔を塞ぐことを防止する圧力センサを提供することが可能である。

前記圧力センサが圧力を導入する開口部を備えた基板部材を有し、前記圧力導入孔と前記開口部とを連接させて、前記圧力センサと前記基板部材とを接着剤を用いて接合されてなることが好ましい。

前記第１面が前記第２面から凸設されているので、前記第２面と前記基板部材との間に空間が形成される。よって、前記圧力センサを前記基板部材に接着剤を用いて接合する際に、この空間に前記接着剤が流れ込むために、前記接着剤が前記圧力導入孔側に漏れ出すことは抑制される。

前記接着部の接着面である前記底面は、前記第１面の外周及び前記第２面の内周が凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線である前記第１面と前記第２面とが形成されてなる。よって、前記圧力センサを前記基板部材に接着剤を用いて接合する際に、接着剤が前記圧力導入孔を塞ぐことが防止される。

前記曲線が、円形状、楕円形状、または直線と外方に膨らんだ円弧とからなり前記直線の両端が前記円弧に連設されている形状、であることが好ましい。

このような態様であれば、前記曲線は、凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線となる。

前記第１面と前記第２面とに連接する側面が傾斜していることが好ましい。

前記側面が傾斜して設けられると、垂直に設けられるより、その表面積は大きくなる。前記表面積が大きいと、前記側面に吸着される接着剤の分子は多くなる。よって、より多い前記接着剤の分子が、接着剤内の他の分子を前記側面側に分子間力によって引っ張る。そのため、前記接着剤は、より強い力で前記側面側に引っ張られる。

よって、前記接着剤は、前記圧力導入孔側に漏れ出すことが抑制される。また、前記圧力センサの側壁の外周面に漏れ出すことが抑制される。

前記第２面の内周が前記第１面の外周より前記貫通孔側に位置するように、前記側面が傾斜していることが好ましい。

このような態様であれば、前記第２面と前記側面とから狭い間隙が形成される。前記第２面と前記側面とに吸着した前記接着剤の分子が、他の前記接着剤の分子を分子間力で引っ張る、いわゆる毛細管現象が，この狭い間隙に生じる。よって、前記接着剤は、この狭い間隙側に引っ張られ、前記第１面と前記部材との界面に侵入して、前記圧力導入孔側に漏れ出すことが効果的に抑制される。

前記第１面に前記圧力導入孔を囲んで溝部が設けられてなり、前記溝部の内周及び外周が、平面視で、凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線であることが好ましい。

このような態様であれば、前記接着剤は前記溝部に流れ込み、前記溝部は前記接着剤の溜まりとなる。そして、前記溝部に流れ込んだ前記接着剤は平面視で凹状となる部分を含まない滑らかな前記溝部内を一様に流れ拡がる。よって、流れ込んだ前記接着剤が前記溝部内の局所的な箇所に集まることはないので、流れ込んだ前記接着剤が前記圧力導入孔側に漏れ出すことは効果的に抑制される。

前記圧力導入孔の内周面に段差部を有し、前段差部が前記ダイヤフラムと反対側を向いた面を有していることが好ましい。

このような態様であれば、前記接着剤が前記圧力導入孔に侵入し、前記圧力導入孔の内周面に沿って這い上がったとしても、前記段差部が這い上がりを止めるように作用する。よって、前記接着剤により前記圧力導入孔が塞がれることが抑制される。

前記第１面が平坦であることが好ましい。

このような態様であれば、パッケージ等の平坦な基板部材に密着して固定することができる。

本発明の圧力センサの製造方法は、圧力に感応するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに対向する接着部と、前記接着部を貫通する圧力導入孔とを有し、前記接着部の前記ダイヤフラムと反対側に位置する底面が、前記圧力導入孔が配置される第１面と、前記第１面を囲んで設けられる第２面と、からなると共に、前記第１面が前記第２面から凸設されてなる圧力センサであって、前記第１面の外周及び前記第２面の内周を、平面視で、凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線状に形成する工程（ａ）と、圧力を導入する開口部を有する基板部材に接着剤を滴下する工程（ｂ）と、前記開口部に前記圧力導入孔を連接させて、前記基板部材に前記圧力センサを載置する工程（ｃ）と、前記接着剤を硬化させて前記基板部材に前記圧力センサを接合する工程（ｄ）と、を含むことを特徴とする。

このような態様であれば、工程（ｃ）において、前記第１面が前記第２面から凸設されているので、前記第２面と前記基板部材との間に空間が形成される。この空間に前記接着剤が流れ込むために、前記接着剤が前記圧力導入孔側に漏れ出すことは抑制される。

工程（ａ）において、前記接着部の接着面である前記底面に、前記第１面の外周及び前記第２面の内周が凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線である前記第１面と前記第２面とが形成される。

よって、前記第１面の外周及び前記第２面の内周に連接する側面には凹部が形成されていないので、工程（ｃ）において、前記空間に流れ込んだ前記接着剤は、毛細管現象等によって局所的に集まることはないと共に、前記外周及び前記内周に連接する側面に沿って一様に流れ拡がり、淀んで局所的に集まることはない。

従って、工程（ｃ）において、前記接着剤は前記空間に流れ込み前記圧力導入孔側に漏れ出すことが抑制されると共に、前記空間に流れ込んだ接着剤が局所的に集まることがないので、前記圧力導入孔側に漏れ出すことは抑制される。

そして、工程（ｄ）において、前記接着剤を硬化させて前記基板部材に前記圧力センサを強固に接合される。
よって、本発明によれば、接着剤が圧力導入孔を塞ぐことを防止する圧力センサの製造方法を提供することが可能である。

本発明によれば、接着剤が圧力導入孔を塞ぐことを防止する圧力センサとその製造方法を提供することが可能である。

第１の実施形態における圧力センサの平面略図である。図１に示す圧力センサのＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から視る断面略図である。第１の実施形態における圧力センサを下方向から視る平面略図である。第１の実施形態の圧力センサがパッケージ等の基板部材に接合された状態を示す断面略図である。第１の実施形態における第１の変形例の断面略図である。第１の実施形態における第２の変形例の断面略図である。第１の実施形態における第３の変形例の圧力センサを下方向から視る平面略図である。第１の実施形態における第４の変形例の圧力センサを下方向から視る平面略図である。第１の実施形態における第５の変形例の圧力センサを下方向から視る平面略図である。第１の実施形態における圧力センサの製造方法の説明図である。第２の実施形態における圧力センサを下方向から視る平面略図である。第２の実施形態の圧力センサがパッケージ等の基板部材に接合された状態を示す断面略図である。第３の実施形態における圧力センサを下方向から視る平面略図である。第４の実施形態における圧力センサを下方向から視る平面略図である。第５の実施形態における圧力センサを下方向から視る平面略図である。第６の実施形態の圧力センサがパッケージ等の基板部材に接合された状態を示す断面略図である。特許文献１に開示される半導体圧力センサの断面略図である。特許文献１に開示される半導体圧力センサの平面略図である。特許文献１に開示される半導体圧力センサの平面略図である。特許文献２に開示される半導体チップの断面略図である。

各図に示す圧力センサに関しては、Ｙ方向が左右方向であり、Ｙ１方向が左方向でＹ２方向が右方向、Ｘ方向が前後方向であり、Ｘ１方向が前方向でＸ２方向が後方向である。また、Ｘ方向とＹ方向の双方に直交する方向が上下方向（Ｚ方向；高さ方向）であり、Ｚ１方向が上方向でＺ２方向が下方向である。なお、各図面は、見やすくするために寸法を適宜異ならせて図示されている。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態について、図１、図２、図３、及び図４を参照して説明する。図１は、第１の実施形態における圧力センサの平面略図である。図２は、図１に示す圧力センサのＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から視る断面略図である。図３は、第１の実施形態における圧力センサを下方向から視る平面略図である。図４は、第１の実施形態の圧力センサがパッケージ等の基板部材に接合された状態を示す断面略図である。

第１の実施形態における圧力センサ１は、外部の圧力によってダイヤフラム２ａが撓み、この撓みによりダイヤフラム２ａに備わるピエゾ抵抗素子の電気抵抗が変化することで、圧力を検知するセンサチップ２と、このセンサチップ２が接合される接着部３と、を有して構成されている。

本実施形態では、圧力センサ１は、例えば血圧計に搭載されてゲージ圧センサとして用いられる。

本実施形態では、血圧計に用いられるとしたが、これに限定されるのではない。例えば、空圧計、差圧計、水圧計、油圧計や、電子制御燃料噴射装置等に搭載されて用いることも可能である。

センサチップ２は、平面視で矩形状であり、その上面の中央に感応部として圧力に応じて撓む平面視で円板状であるダイヤフラム２ａを有し、このダイヤフラム２ａを、その周囲から支える側壁２ｂとを有して構成されている。そして、この側壁２ｂが接着部３の上に接合されている。

センサチップ２、及び接着部３は、共にシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）基材からなり、シリコン基材を微細加工することで形成されている。そして、センサチップ２と接着部３とは、拡散接合によって接合されている。

センサチップ２と接着部３とに囲まれて、キャビティ４が形成されている。そして、接着部３の中央近傍に、キャビティ４を大気圧に解放する圧力導入孔３ａが貫通孔として形成されている。この圧力導入孔３ａが配置されると共に、接着部３の接着面である下底面３ｂに凸設する第１面３ｃが形成されている。そして、第１面３ｃを囲んで、接着部３の下底面３ｂに第２面３ｄが形成されている。

第１面３ｃと第２面３ｄとは、共に略平坦に、互いに略平行に形成されている。そして、第２面３ｄは第１面３ｃよりも高い位置（Ｚ２方向）、即ちダイヤフラム２ａ側に位置しており、第１面３ｃは第２面３ｄから凸設されている。

第１面３ｃの外周３ｆ、及び第２面３ｄの内周３ｇは、共に円形に形成されている。そして、第１面３ｃと第２面３ｄとに連接する側面３ｅは、第１面３ｃ及び第２面３ｄに略垂直に形成されている。

本実施形態では、圧力センサ１のサイズは、例えば平面視で０．５ｍｍ×０．５ｍｍ程度であり、高さは０．２ｍｍ程度である。圧力導入孔３ａの内径は０．２ｍｍ程度であり、第１面３ｃの外径は０．４ｍｍ程度であり、第１面３ｃの外周３ｆと圧力導入孔３ａの外周とを隔てる距離は０．１ｍｍ程度である。また、側面３ｅの高さは０．０５ｍｍ程度である。

本実施形態では、圧力センサ１は、例えば血圧計に搭載されてゲージ圧センサとして用いられるので、キャビティ４が大気圧に解放される。そして、ダイヤフラム２ａに加圧される血圧が大気圧を基準にして計測される。

本実施形態では、キャビティ４が大気圧に解放されるが、これに限定されるものではない。他の気圧を基準にして、外部の圧力を検知することも可能である。その際、キャビティ４は前記他の気圧に解放される。

圧力センサ１はパッケージ等に収容されて、例えば血圧計に搭載されるので、図４に示すように、圧力センサ１はパッケージ等の基板部材６に接合される必要がある。その際に、基板部材６の所定の位置に接着剤５が滴下される。次に、圧力導入孔３ａが基板部材６を貫通する開口部６ａに連接するように、圧力センサ１を基板部材６の上に載置する。そして、例えば加熱することで接着剤５を硬化させて圧力センサ１の接着部３が基板部材６に接合される。

基板部材６は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスを用いている。また、接着剤５には、液状フッ素系エラストマー（信越化学工業株式会社製のＳＩＦＥＬ）を用いている

本実施形態では、基板部材６はアルミナを主成分とするセラミックスとしたが、これに限定されるものではない。例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）等を主成分とするセラミックスを用いることができる。

本実施形態では、液状フッ素系エラストマーとしたが、これに限定されるものではない。接着部３や基板部材６と親和性を有する材料であれば、接着剤５として用いることが可能である。

一般的に、接着剤と被接着材との間には、物質間の結合する性質、即ち親和性があることが必要である。液状フッ素系エラストマーはシリコン架橋反応基を備えている。よって、液状フッ素系エラストマーからなる接着剤５は、シリコン基材からなる接着部３や、アルミナを主成分とするセラミックスからなる基板部材６と、良好な親和性を有する。

ところが、接着剤と被接着材との間に親和性があると、接着剤は被接着材の表面に拡がり易く、また、複数の被接着材が接した界面に拡がり易い。よって、この界面に拡がって、キャビティ内等に漏れ出すことが好ましくない場合には、この現象を抑制することが必要になる。

圧力センサ１を基板部材６に接合する際に、基板部材６の所定の位置に滴下された接着剤５が、第１面３ｃと基板部材６とがなす界面に拡がり、圧力導入孔３ａ側に漏れ出すことが課題であった。

この課題を解決するために、本実施形態では、第１面３ｃが第２面３ｄから凸設すると共に、第１面３ｃの外周３ｆ及び第２面３ｄの内周３ｇを円形状に形成する。第１面３ｃの外周３ｆ及び第２面３ｄの内周３ｇが円形状に形成されるので、外周３ｆと内周３ｇとの間に形成される側面３ｅは、平面視で円形状に形成される。

第１面３ｃが第２面３ｄから凸設されているので、接着部３をパッケージ等の基板部材６に接着剤５で接着する際に、第２面３ｄと基板部材６との間に空間８が形成される。この空間８に接着剤５が流れ込むために、接着剤５が圧力導入孔３ａ側に漏れ出すことが抑制される。

空間８の側壁を構成する側面３ｅは、平面視に円形状に形成されるので、側面３ｅは、平面視に凹状となる部分を含まない。よって、空間８に流れ込んだ接着剤５は、毛細管現象等によって局所的に集まることはない。

また、空間８の側壁を構成する側面３ｅは、平面視に凹状となる部分を含まないと共に、滑らかに、即ち角部がなく繋がる。よって、空間８に流れ込んだ接着剤５は、側面３ｅに沿って一様に流れ拡がり、淀んで局所的に集まることはない。

上記をまとめると、接着剤５が空間８に流れ込むことで圧力導入孔３ａ側に漏れ出すことが抑制される。そして、空間８に流れ込んだ接着剤５が局所的に集まることはないので、接着剤５が圧力導入孔３ａ側に漏れ出すことは抑制される。

ところが、平面視で側面３ｅに凹状となる部分や角部があると、凹状となる部分の内部や角部の後ろ側に、流れが渦状になる領域が生じる。その結果、この領域に接着剤５が淀むことで、接着剤５がこの領域に局所的に集まってしまう。また、凹状となる部分には、毛細管現象等によって周囲から接着剤５が引き寄せられる。このように局所的に接着剤５が集まると、空間８に流れ込んだ接着剤５は、空間８から第１面３ｃと基板部材６とがなす界面に侵入し、圧力導入孔３ａ側に漏れ出し易くなる。

また、本実施形態では、第１面３ｃと基板部材６とがなす界面に隣接して側面３ｅが設けられている。接着剤５と側面３ｅとには親和性があるので、接着剤５の分子と側面３ｅとの間に引っ張り合う分子間力が働く。この分子間力によって、接着剤５の分子は側面３ｅ側に引っ張られ吸着する。側面３ｅに吸着した接着剤５の分子は、接着剤５内の分子間に働く引っ張り合う分子間力によって、接着剤５内の他の分子を側面３ｅ側に引っ張る。

また、接着剤５の表面には表面に沿って働く表面張力が生じ、この表面張力が接着剤５を側面３ｅ側に引っ張る。

このように、接着剤５は側面３ｅ側に引っ張られ、空間８に流れ込み易いと共に、空間８に流れ込んだ接着剤５は、空間８から第１面３ｃと基板部材６とがなす界面に侵入することが抑制される。

よって、本実施形態によれば、接着剤５が圧力導入孔３ａを塞ぐことを防止する圧力センサ１を提供することが可能である。

図５に、第１の実施形態における第１の変形例を示す。この変形例では、側面３ｅが、第１面３ｃ及び第２面３ｄに対して傾斜して連接されている。傾斜して設けられる側面３ｅは、第１面３ｃ及び第２面３ｄに略垂直に設けられる第１の実施形態の側面３ｅよりも、その表面積を大きく設けることができる。

側面３ｅの表面積が大きいと、側面３ｅに吸着される接着剤５の分子は多くなる。よって、より多い接着剤５の分子が、接着剤５内の他の分子を側面３ｅ側に引っ張る。そのため、第１の変形例においては、接着剤５が、第１の実施形態よりも強い力で側面３ｅ側に引っ張られる。

よって、第１の変形例によれば、第１の実施形態よりも、接着剤５が空間８に流れ込み易くなると共に、空間８に流れ込んだ接着剤５が、空間８から第１面３ｃと基板部材６とがなす界面に侵入することが抑制される。また、接着剤５が、側壁の外周面２ｃに漏れ出すことが抑制されて、側壁の外周面２ｃを這い上がることが防止される。

図６に、第１の実施形態における第２の変形例を示す。この変形例では、第２面３ｄの内周３ｇが第１面３ｃの外周３ｆより圧力導入孔３ａ側に位置するように、側面３ｅが、第１面３ｃ及び第２面３ｄに対して傾斜して連接されている。

接着剤５は、重力に抗して傾斜する側面３ｅに沿って上がる。側面３ｅが傾斜していると、接着剤５を下方向に引っ張る側面３ｅに沿った重力成分は小さくなる。ところが、側面３ｅに吸着される接着剤５の分子が、接着剤５内の他の分子を側面３ｅ側に引っ張る分子間力は側面３ｅの傾斜によっては変化しない。よって、側面３ｅを傾斜させることで、接着剤５は側面３ｅ側に強い力で引っ張られる。

内周３ｇが外周３ｆより中央側に位置するように側面３ｅを傾斜させると、側面３ｅと第２面３ｄとで挟まれた狭い間隙が生じる。この間隙内に存在する接着剤５の分子は、側面３ｅと第２面３ｄとに吸着された接着剤５の分子によって、この狭い隙間の中へと分子間力によって引っ張られる。これは、いわゆる毛細菅現象である。

このようにして、第２の変形例によれば、第１の実施形態及び第１の変形例よりも、接着剤５が空間８に流れ込み易くなると共に、空間８に流れ込んだ接着剤５が、空間８から第１面３ｃと基板部材６とがなす界面に侵入することが抑制される。また、接着剤５が、第１の実施形態及び第１の変形例よりも、側壁の外周面２ｃに漏れ出すことが抑制されるので、側壁の外周面２ｃを這い上がることが防止される。

図７に、第１の実施形態における第３の変形例の圧力センサを下方向から視る平面略図を示す。本変形例では、側面３ｅが、平面視で楕円形状に形成されている。即ち、側面３ｅは、平面視に凹状となる部分を含まないと共に、滑らかに、即ち角部がない形状に形成される。また、図示していないが、第１面３ｃが第２面３ｄから凸設されている。

よって、圧力センサ１を基板部材６に接合する際に、接着剤５が第２面３ｄと基板部材６との間に形成される空間８に流れ込み、接着剤５が圧力導入孔３ａ側に漏れ出すことが抑制される。

空間８に流れ込んだ接着剤５は、凹状となる部分を含まない滑らかな側面３ｅに沿って一様に流れ拡がり、淀んで局所的に集まることはない。また、凹状となる部分がないので、毛細管現象等によって周囲から接着剤５が局所的に集まることはない。

図８に、第１の実施形態における第４の変形例の圧力センサを下方向から視る平面略図を示す。本変形例では、側面３ｅが、平面視で２つの直線と２つの外方に膨らんだ円弧からなる曲線状に形成されている。また、各直線の両端が円弧に連設されている。このような態様であることから、本変形例の側面３ｅは、平面視で凹状となる部分を含まないと共に、滑らかに、即ち角部がない形状に形成される。また、図示していないが、第１面３ｃが第２面３ｄから凸設されている。

図９に、第１の実施形態における第５の変形例の圧力センサを下方向から視る平面略図を示す。本変形例では、側面３ｅが、平面視で４つの直線と４つの外方に膨らんだ円弧からなる曲線状に形成されている。また、各直線の両端が円弧に連設されている。また、図示していないが、第１面３ｃが第２面３ｄから凸設されている。

よって、圧力センサ１を基板部材６に接合する際に、接着剤５が第２面３ｄと部材６との間に形成される空間８に流れ込み、接着剤５が圧力導入孔３ａ側に漏れ出すことが抑制される。

このようにして、第３の変形例、第４の変形例、及び第５の変形例において、接着剤５が第２面３ｄと基板部材６との間に形成される空間８に流れ込み、空間８に流れ込んだ接着剤５が局所的に集まることがないので、接着剤５が空間８から第１面３ｃと基板部材６とがなす界面に侵入することは抑制される。

第４の変形例や第５の変形例に限定さるものではなく、３つの直線と３つの円弧からなる曲線や、４つ以上の直線と４つ以上の円弧の組み合わせからなる曲線も可能である。

図１０に、第１の実施形態における圧力センサの製造方法を図示している。図１０（ａ）に示されるセンサチップ２と接着部３とが、シリコン基材を用いて半導体微細加工技術によって、各々に形成される。そして、センサチップ２が形成されたシリコン基材と接着部３が形成されたシリコン基材とは、真空中及び室温の条件で圧着され、前記シリコン基材間でシリコン原子を相互に拡散させることで接合される。次に、接合されたシリコン基材をダイシング等により切断し、複数の圧力センサ１に個片化する。

その際、シリコン基材の第１面３ｃが形成される領域をホトレジスト層で覆い、第２面３ｄが形成される領域をディープＲＩＥ（ＤｅｅｐＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）等でエッチングすることで、第１面３ｃが第２面３ｄから凸設するように形成される。

但し、図５、図６に示すように、側面３ｅが傾斜している形状は、シリコン基材をディープＲＩＥ等でエッチングして得ることが難しい。よって、その際には、アルミナ等を主成分とするセラミックス部材を切削加工することで、傾斜する側面３ｅを有する接着部３を形成する。そして、センサチップ２と接着部３との接合面に、互いにＡｕ等をスパッタ法等で成膜し、ホトレジスト膜でパターンニングし、ＲＩＥ等でエッチングすることで電極層を形成し、互いの電極層を重ねてセンサチップ２と接着部３とを圧着しながら加熱することで接合する。

図１０（ｂ）に示すように、接着剤５が、塗布装置のディスペンサ１０により、基板部材６の所定の位置に滴下される。後の工程で、図１０（ｄ）に示すように、ボンディングワイヤ１１が、センサチップ２の表面のパッド電極（図示していない）に超音波ボンディングされる。このパッド電極の真下に、接着剤５は滴下されることが好ましい。

パッド電極の真下に滴下された接着剤５は、滴下点を中心に周囲に拡がる。よって、パッド電極の真下では接着剤５が多目になるので、他の箇所より接着部３と基板部材６とが強固に接着され易い。よって、ボンディングワイヤ１１が接合される箇所の真下に接着剤５を滴下すると、超音波ボンディングの際に、その超音波振動がボンディングワイヤ１１とパッド電極との界面に効果的に作用する。その結果、ボンディングワイヤ１１とパッド電極との接合が強固になると共に、その接触抵抗も小さくすることができる。

次に、図１０（ｃ）に示すように、圧力導入孔３ａが開口部６ａに連接するように、圧力センサ１を基板部材６の上に載置する。そして、１００℃〜２５０℃の温度で３０分〜２時間程度の加熱を行なう。その結果、接着剤５が接着部３と基板部材６とが形成する間隙に拡がり硬化することで、圧力センサ１が基板部材６に強固に接合される。

次に、図１０（ｄ）に示すように、センサチップ２の表面のパッド電極（図示していない）と基板部材６に搭載される図示していないＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）等の電極とが、ボンディングワイヤ１１によって電気的に接続される。その結果、圧力センサ１が検知した圧力データは、ボンディングワイヤ１１を介して、ＩＣ等に出力される。

圧力センサ１は、複数のピエゾ抵抗素子によってブリッジ回路を構成して圧力を検知する。その際に、２つの出力端子、電力供給端子、接地端子に対応して、センサチップ２の表面には４つのパッド電極が形成されてなる。

本実施形態では、ピエゾ抵抗素子からなる圧力センサとしたが、これに限定されるものではない。ひずみ抵抗素子も可能である。また、ピエゾ抵抗素子や、ひずみ抵抗素子からなる電気抵抗式圧力センサのほかに、静電容量式圧力センサも可能である。

図１１に、第２の実施形態における圧力センサを下方向から視る平面略図を示す。図１２に、第２の実施形態の圧力センサがパッケージ等の基板部材に接合された状態を示す断面略図を示す。第２の実施形態について、図１１、及び図１２を用いて説明する。

第２の実施形態においては、圧力導入孔３ａを囲んで溝部７が第１面３ｃに凹設されている。そして、この溝部７の内周及び外周は、平面視で円形状である。

このような態様であれば、接着剤５は溝部７に流れ込み、溝部７は接着剤５の溜まりとなる。そして、溝部７の内周及び外周が、平面視で円形状に形成されているので、溝部７に侵入した接着剤５は、平面視で角部のない溝部７内を一様に流れ拡がる。よって、接着剤５が溝部７内の局所的な箇所に集まることはないので、接着剤５が圧力導入孔３ａ側に漏れ出すことは効果的に抑制される。

図１３、図１４、及び図１５に、各々、第３の実施形態、第４の実施形態、及び第５の実施形態における圧力センサを下方向から視る平面略図を示す。第３の実施形態、第４の実施形態、及び第５の実施形態ともに、圧力導入孔３ａを囲んで溝部７が第１面３ｃに凹設されている。

そして、溝部７の内周及び外周は、各々、平面視で楕円形状、２つの直線と２つの外方に膨らんだ円弧からなる曲線、及び４つの直線と４つの外方に膨らんだ円弧からなる曲線に形成されている。

よって、第２の実施形態と同様に、接着剤５は溝部７に流れ込み、溝部７は接着剤５の溜まりとなる。そして、溝部７に侵入した接着剤５は、平面視で角部のない溝部７内を一様に流れ拡がる。よって、接着剤５が溝部７内の局所的な箇所に集まることはないので、接着剤５が圧力導入孔３ａ側に漏れ出すことは効果的に抑制される。

図１６に、第６の実施形態の圧力センサがパッケージ等の基板部材に接合された状態を示す断面略図を示す。本実施形態では、圧力導入孔３ａの内周面に段差部１２が形成されており、段差部１２が下方向（Ｚ１方向）を向いた面９を有している。

このような態様であれば、接着剤５が圧力導入孔３ａに侵入し、圧力導入孔３ａの内周面に沿って這い上がったとしても、段差部１２が這い上がりを止めるように作用する。よって、接着剤５により圧力導入孔３ａが塞がれることが抑制される。

その際に、面９の下側に位置する圧力導入孔３ａの内周面は、平面視で、凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線であることが好ましい。

１圧力センサ
２センサチップ
２ａダイヤフラム
２ｂ側壁
２ｃ側壁の外周面
３接着部
３ａ圧力導入孔
３ｂ下底面
３ｃ第１面
３ｄ第２面
３ｅ側面
３ｆ外周
３ｇ内周
４キャビティ
５接着剤
６基板部材
６ａ開口部
７溝部
８空間
９面
１０ディスペンサ
１１ボンディングワイヤ
１２段差部

Claims

圧力に感応するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに対向する接着部と、
前記接着部を貫通する圧力導入孔と、を有し、
前記接着部の前記ダイヤフラムと反対側に位置する底面が、前記圧力導入孔が配置される第１面と、前記第１面を囲んで設けられる第２面と、からなると共に、前記第１面が前記第２面から凸設されてなり、
前記第１面の外周及び前記第２面の内周が、平面視で、凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線であることを特徴とする圧力センサ。
前記圧力センサが圧力を導入する開口部を備えた基板部材を有し、前記圧力導入孔と前記開口部とを連接させて、前記圧力センサと前記基板部材とを接着剤を用いて接合されてなることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
前記曲線が、円形状、楕円形状、または直線と外方に膨らんだ円弧とからなり前記直線の両端が前記円弧に連設されている形状、であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力センサ。
前記第１面と前記第２面とに連接する側面が傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
前記第２面の内周が前記第１面の外周より前記貫通孔側に位置するように、前記側面が傾斜していることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
前記第１面に前記圧力導入孔を囲んで溝部が設けられてなり、前記溝部の内周及び外周が、平面視で、凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧力センサ。
前記曲線が、円形状、楕円形状、または直線と外方に膨らんだ円弧とからなり前記直線の両端が前記円弧に連設されている形状、であることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
前記圧力導入孔の内周面に段差部を有し、前段差部が前記ダイヤフラムと反対側を向いた面を有していることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の圧力センサ。
前記第１面が平坦であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の圧力センサ。
圧力に感応するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに対向する接着部と、
前記接着部を貫通する圧力導入孔と、を有し、
前記接着部の前記ダイヤフラムと反対側に位置する底面が、前記圧力導入孔が配置される第１面と、前記第１面を囲んで設けられる第２面と、からなると共に、前記第１面が前記第２面から凸設されてなる圧力センサであって、
前記第１面の外周及び前記第２面の内周を、平面視で、凹状となる部分を含まない滑らかに繋がる曲線状に形成する工程（ａ）と、
圧力を導入する開口部を有する基板部材に接着剤を塗布する工程（ｂ）と、
前記開口部に前記圧力導入孔を連接させて、前記基板部材に前記圧力センサを載置する工程（ｃ）と、
前記接着剤を硬化させて前記基板部材に前記圧力センサを接合する工程（ｄ）と、
を含むことを特徴とする圧力センサの製造方法。