JP2020190439A

JP2020190439A - 半導体装置

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Publication number: JP2020190439A
Application number: JP2019094771A
Authority: JP
Inventors: 小林　智樹; Tomoki Kobayashi; 智樹小林
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-11-26
Anticipated expiration: 2039-05-20
Also published as: US11630010B2; JP7228465B2; US20200370976A1

Abstract

【課題】センサが設けられた測定対象物に装着される半導体装置において、センサの検出電圧を精度よく取得する。【解決手段】本半導体装置は、所定面に複数のセンサが設けられた測定対象物に、着脱可能な状態で装着される半導体装置であって、配線基板と、前記配線基板の一方の面に実装された半導体集積回路と、前記配線基板の他方の面に実装された複数の測定用ばね端子と、前記配線基板の他方の面に設けられた複数の突起部と、を有し、前記測定対象物の所定面と前記配線基板の他方の面とが対向するように前記半導体装置が前記測定対象物に装着されると、各々の前記測定用ばね端子は前記センサと接続する端子に接触して前記センサと接続する端子と電気的に導通し、各々の前記突起部が前記測定対象物に接触する。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置に関する。

ひずみゲージ等のセンサが設けられた測定対象物に装着され、センサから得た情報に基づいて、測定対象物のトルクや変位等の物理量を検出する半導体装置が知られている。半導体装置とセンサとの電気的な接続は、例えば、センサと接続する端子にはんだ付けやボンディング等で接続されたリード線やコネクタ等の接続部品を経由してなされる。

特開２００５−６９４０２号公報

しかしながら、一般に、センサの検出電圧は微弱な値である。そのため、上記の接続方法では、半導体装置の入力部までのリード線の配線抵抗やコネクタ等の接続部品との接触抵抗により、センサの検出電圧が低下し、センサの検出電圧を精度よく取得することが困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、センサが設けられた測定対象物に装着される半導体装置において、センサの検出電圧を精度よく取得することを課題とする。

本半導体装置は、所定面に複数のセンサが設けられた測定対象物に、着脱可能な状態で装着される半導体装置であって、配線基板と、前記配線基板の一方の面に実装された半導体集積回路と、前記配線基板の他方の面に実装された複数の測定用ばね端子と、前記配線基板の他方の面に設けられた複数の突起部と、を有し、前記測定対象物の所定面と前記配線基板の他方の面とが対向するように前記半導体装置が前記測定対象物に装着されると、各々の前記測定用ばね端子は前記センサと接続する端子に接触して前記センサと接続する端子と電気的に導通し、各々の前記突起部が前記測定対象物に接触する。

開示の技術によれば、センサが設けられた測定対象物に装着される半導体装置において、センサの検出電圧を精度よく取得できる。

第１実施形態に係る半導体装置の測定対象物を例示する図である。第１実施形態に係る半導体装置を例示する平面図である。第１実施形態に係る半導体装置を例示する背面図である。第１実施形態に係る測定用ばね端子を例示する図である。第１実施形態に係る半導体装置を測定対象物に装着した状態を例示する側面図である。第１実施形態に係る半導体装置のひずみ検出回路を例示するブロック図である。比較例に係る半導体装置を測定対象物に装着した状態を例示する側面図である。第１実施形態の変形例１に係る半導体装置を例示する背面図である。第１実施形態の変形例１に係る半導体装置を測定対象物に装着した状態を例示する側面図である。第１実施形態の変形例２に係る半導体装置を例示する背面図である。第１実施形態の変形例２に係る半導体装置を測定対象物に装着した状態を例示する側面図である。第１実施形態の変形例３に係る半導体装置を例示する背面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１実施形態〉
［測定対象物］
図１は、第１実施形態に係る半導体装置の測定対象物を例示する図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。

図１を参照すると、測定対象物５００は、円筒部５１０と、円盤部５２０とを有している。円筒部５１０の一端側には円盤部５２０が設けられ、円筒部５１０の側面の円盤部５２０と反対側には周状に歯車５３０が設けられている。円盤部５２０は円筒部５１０よりも大径であり、平面視において、円盤部５２０の外周側は、円筒部５１０の外縁から外側にリング状に突起する突起領域となっている。

円筒部５１０及び円盤部５２０の略中心には、軸が挿入される貫通孔５００ｘが設けられている。円盤部５２０の外周部の突起領域には、円盤部５２０のひずみを測定する半導体装置を装着するための４つ貫通孔５００ｙが、貫通孔５００ｘの中心に対して点対称に設けられている。

ひずみゲージが形成された可撓性基板と、ダミー端子が形成された可撓性基板をそれぞれ個別に用意し、円盤部の所定面５２０ａに貼り付けても良い。個々の可撓性基板にいくつのひずみゲージやダミー端子を形成するかは、任意に定めることができる。

円盤部５２０の所定面５２０ａには、可撓性を有する基板５４０が貼り付けられている。基板５４０は、例えば、ポリイミド系樹脂等からなるフレキシブル基板である。基板５４０の一方の面５４０ａには、２チャンネル分のひずみゲージ５５１〜５５８と、複数のダミー端子５７０が形成されている。

ひずみゲージ５５１〜５５８は、円盤部５２０に生じた機械的なひずみに応じて抵抗値が変化するセンサである。各々のひずみゲージ５５１〜５５８は、抵抗値の変化を出力するための１対の端子を備えている。各々のひずみゲージ５５１〜５５８の１対の端子は、後述の半導体装置１と接続される。

図１において、破線で示した４本の直線ＡＥ、ＢＦ、ＣＧ、及びＤＨは、貫通孔５００ｘの中心を通り、隣接する線同士の作る角度が４５度になるように引いた仮想線である。

ひずみゲージ５５１〜５５８は、例えば、貫通孔５００ｘの中心に対して点対称に配置される。

図１の例では、直線ＢＦの方向を長手方向とするひずみゲージ５５１とひずみゲージ５５２が、端子を貫通孔５００ｘ側に向けて、直線ＢＦを挟んで対向するように配置されている。又、直線ＤＨの方向を長手方向とするひずみゲージ５５３とひずみゲージ５５４が、端子を貫通孔５００ｘ側に向けて、直線ＤＨを挟んで対向するように配置されている。ひずみゲージ５５１〜５５４は、半導体装置１と接続されて１チャンネルのホイートストンブリッジ回路を構成する。

又、直線ＤＨの方向を長手方向とするひずみゲージ５５５とひずみゲージ５５６が、端子を貫通孔５００ｘ側に向けて、直線ＤＨを挟んで対向するように配置されている。又、直線ＢＦの方向を長手方向とするひずみゲージ５５７とひずみゲージ５５８が、端子を貫通孔５００ｘ側に向けて、直線ＢＦを挟んで対向するように配置されている。ひずみゲージ５５５〜５５８は、半導体装置１と接続されて他の１チャンネルのホイートストンブリッジ回路を構成する。

複数のダミー端子５７０は、例えば、貫通孔５００ｘの中心に対して点対称に配置される。

図１の例では、直線ＡＥを挟んで対向する１対のダミー端子５７０が、直線ＡＥに沿って間隔を空けて４組配置されている。又、直線ＢＦを挟んで対向する１対のダミー端子５７０が、直線ＢＦに沿って間隔を空けて６組配置されている。又、直線ＣＧを挟んで対向する１対のダミー端子５７０が、直線ＣＧに沿って間隔を空けて４組配置されている。又、直線ＤＨを挟んで対向する１対のダミー端子５７０が、直線ＤＨに沿って間隔を空けて６組配置されている。

なお、複数のダミー端子５７０は、ひずみゲージ５５１〜５５８よりも基板５４０の内周側（貫通孔５００ｘ側）に配置されたダミー端子５７０と、ひずみゲージ５５１〜５５８よりも基板５４０の外周側に配置されたダミー端子５７０とを含むことが好ましい。

測定対象物５００は、例えば、波動歯車装置である。波動歯車装置は、サーボモータ等の高精度な回転や位置決めに用いられる減速機である。この場合、円盤部５２０が弾性変形するため、円盤部５２０にひずみゲージ５５１〜５５８を装着することで、出力軸の圧力、変位、加速度、トルク等の物理量を検出可能となる。

但し、測定対象物５００は波動歯車装置には限定されず、例えば、産業ロボットの駆動部等であってもよい。

［半導体装置］
図２は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する平面図である。図３は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する背面図であり、半導体装置を図２とは反対側から視た図である。

図２及び図３を参照すると、半導体装置１は、配線基板１０と、半導体集積回路２１〜２４と、受動部品３０と、測定用ばね端子４０と、ダミーばね端子５０とを有する。

配線基板１０は、例えば、図１に示す測定対象物５００の円盤部５２０と同程度の外径を有する円盤状の基板である。配線基板１０の略中心には、円盤部５２０の貫通孔５００ｘと対応する位置に、貫通孔５００ｘと同程度の内径を有する貫通孔１０ｘが設けられている。又、配線基板１０の外周部には、円盤部５２０の４つ貫通孔５００ｙと対応する位置に、貫通孔５００ｙと同程度の内径を有する貫通孔１０ｙが設けられている。配線基板１０は、例えば、ガラスエポキシ基板であるが、これには限定されない。

図２を参照すると、配線基板１０の一方の面１０ａには、半導体集積回路２１〜２４と、複数の受動部品３０とが実装されている。半導体集積回路２１〜２４及び受動部品３０は、配線基板１０の一方の面１０ａに設けられたランドに、例えば、はんだにより実装されるが、図２では、ランドやはんだの図示を省略している。

受動部品３０は、特に限定されず、必要に応じて抵抗やコンデンサ、インダクタ等が実装される。なお、半導体集積回路２１〜２４や受動部品３０の実装位置に制限はなく、任意の位置に実装して構わない。

図３を参照すると、配線基板１０の他方の面１０ｂには、１６個の測定用ばね端子４０と、突起部である４０個のダミーばね端子５０とが実装されている。
測定用ばね端子４０及びダミーばね端子５０は、配線基板１０の他方の面１０ｂに設けられたランドに、例えば、はんだにより実装されるが、図３では、ランドやはんだの図示を省略している。

なお、図３では、便宜上、測定用ばね端子４０を低密度のドットパターンで示し、ダミーばね端子５０を高密度のドットパターンで示している。測定用ばね端子４０の個数とダミーばね端子５０の個数は、一例を示すものであり、これには限定されない。

各々の測定用ばね端子４０は、測定対象物５００のひずみゲージ５５１〜５５８の各々の端子と半導体装置１とを電気的に接続する接続端子である。各々のダミーばね端子５０は、測定対象物５００の各々のダミー端子５７０と接触する端子である。なお、ダミーばね端子５０とダミー端子５７０は、半導体装置１の電気的な動作には寄与しないため、単に接触するだけでよく、電気的な接続の有無は問わない。

図３において、破線で示した４本の直線ＡＥ、ＢＦ、ＣＧ、及びＤＨは、図１の直線ＡＥ、ＢＦ、ＣＧ、及びＤＨに対応する位置に引いた仮想線である。

複数の測定用ばね端子４０は、後述する当接部４８がひずみゲージ５５１〜５５８の各端子と対応する位置にくるように、例えば、貫通孔１０ｘの中心に対して点対称に配置されている。すなわち、図３における仮想線と測定用ばね端子４０との位置関係は、図１における仮想線とひずみゲージ５５１〜５５８との位置関係に対応する。

複数のダミーばね端子５０は、例えば、後述する当接部４８が各々のダミー端子５７０と対応する位置にくるように、貫通孔１０ｘの中心に対して点対称に配置されている。すなわち、図３における仮想線とダミーばね端子５０との位置関係は、図１における仮想線とダミー端子５７０との位置関係に対応する。

図４は、第１実施形態に係る測定用ばね端子を例示する図であり、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は斜視図である。

図４を参照するに、測定用ばね端子４０は、ばね性を有する導電性の部材であり、固定部４１と、接続部４２と、ばね部４３と、第１支持部４４と、第２支持部４５とを有する。

固定部４１は、測定用ばね端子４０の一端に形成された板状の部分であり、配線基板１０の他方の面１０ｂに実装される側である。固定部４１の厚さ（Ｚ方向）は例えば０．０８ｍｍ程度、横幅（Ｙ方向）は例えば０．３ｍｍ程度、縦幅（Ｘ方向）は例えば０．４ｍｍ程度である。

接続部４２は、測定用ばね端子４０の他端に形成され、固定部４１と対向するように配置されている。接続部４２は、ばね部４３、第１支持部４４、及び第２支持部４５を介して、固定部４１と電気的に接続されている。接続部４２は、当接部４８と、突出部４９とを有する。接続部４２の厚さは例えば０．０８ｍｍ程度、横幅（Ｙ方向）は例えば、０．２ｍｍ程度である。

なお、ばね部４３、第１支持部４４、及び第２支持部４５を、測定用ばね端子４０の湾曲部と称する場合がある。つまり、測定用ばね端子４０は、ばね性を有する湾曲部を介して接続部４２と対向配置された固定部４１を有する。

当接部４８は、ひずみゲージ５５１〜５５８の各端子と当接する部分である。当接部４８はラウンド形状であり、測定用ばね端子４０が押圧された際、主にＺ方向に移動する。このように、当接部４８をラウンド形状とすることにより、当接部４８が押圧されひずみゲージ５５１〜５５８の各端子と当接する際、当接部４８によりひずみゲージ５５１〜５５８の各端子が破損することを防止できる。

突出部４９は、一方の端部が第２支持部４５と一体的に形成されており、他方の端部が当接部４８と一体的に形成されている。突出部４９は、第２支持部４５からひずみゲージ５５１〜５５８の各端子に向かう方向（固定部４１から離間する方向）に突出している。

このように、当接部４８と第２支持部４５との間に、当接部４８及び第２支持部４５と一体的に形成され、第２支持部４５からひずみゲージ５５１〜５５８の各端子に向かう方向に突出する突出部４９を設けることにより、以下の効果を奏する。すなわち、当接部４８が押圧された際の、ばね部４３の変形によるひずみゲージ５５１〜５５８の各端子と第２支持部４５との接触を防止可能となり、測定用ばね端子４０及びひずみゲージ５５１〜５５８の各端子の破損を防止できる。

ひずみゲージ５５１〜５５８の各端子と接続部４２とが当接していない状態における接続部４２の突出量Ｄ（第２支持部４５と突出部４９との接続部分を基準としたときの突出量）は、例えば、０．３ｍｍである。

ばね部４３は、第１支持部４４と第２支持部４５との間に配置されており、第１支持部４４及び第２支持部４５と一体的に形成されている。ばね部４３は、湾曲した形状（例えば、Ｃ字型）であり、ばね性を有する。

ばね部４３は、接続部４２が押圧された際、接続部４２をひずみゲージ５５１〜５５８の各端子に向かう方向に反発させることで、接続部４２とひずみゲージ５５１〜５５８の各端子とを固定することなく接触させるためのものである。ばね部４３の横幅（Ｙ方向）及び厚さは、例えば、接続部４２の横幅（Ｙ方向）及び厚さと同じにできる。

なお、本実施形態の測定用ばね端子４０では、実際には、第１支持部４４、ばね部４３、第２支持部４５、及び接続部４２が一体的にばねとして機能する。第１支持部４４、ばね部４３、第２支持部４５、及び接続部４２に対応する部分の測定用ばね端子４０のばね定数は、例えば、０．６〜０．８Ｎ／ｍｍである。

第１支持部４４は、ばね部４３と固定部４１との間に配置されている。第１支持部４４の一方の端部は、ばね部４３の一方の端部と一体的に形成されており、第１支持部４４の他方の端部は、固定部４１と一体的に形成されている。第１支持部４４は、板状である。

第１支持部４４は、固定部４１の下面を含む平面Ｅと、配線基板１０と対向する側の第１支持部４４の面４４ａとが成す角度θが鋭角となるように形成されている。角度θは、例えば、５〜１５度である。

このように、角度θを鋭角にすることで、当接部４８が押圧された際のばね部４３の変形による配線基板１０と第１支持部４４との接触を防止可能となるため、測定用ばね端子４０及び配線基板１０の破損を防止できる。第１支持部４４の横幅（Ｙ方向）及び厚さは、例えば、接続部４２の横幅（Ｙ方向）及び厚さと同じにできる。

第２支持部４５は、ばね部４３と接続部４２との間に配置されている。第２支持部４５の一方の端部は、ばね部４３の他方の端部と一体的に形成されており、第２支持部４５の他方の端部は、接続部４２の突出部４９と一体的に形成されている。第２支持部４５は、板状である。第２支持部４５の横幅（Ｙ方向）及び厚さは、例えば、接続部４２の横幅（Ｙ方向）及び厚さと同じにできる。

図４（ａ）に示す状態（測定用ばね端子４０の接続部４２が押圧されていない状態）における測定用ばね端子４０の高さＨは、例えば、１〜２ｍｍ程度である。

測定用ばね端子４０は、例えば、リン青銅、ベリリウム銅、コルソン系銅合金等のＣｕ系合金を準備し、打ち抜き加工や曲げ加工を施すことで作製できる。測定用ばね端子４０の一部又は全部に、Ｎｉめっき膜やＡｕめっき膜を形成してもよい。

なお、以上は測定用ばね端子４０について説明したが、ダミーばね端子５０についても、測定用ばね端子４０と同一形状に形成できる。

［測定対象物と半導体装置との装着］
図５は、第１実施形態に係る半導体装置を測定対象物に装着した状態を例示する側面図である。

図５に示す半導体装置１は、所定面５２０ａに複数のセンサ（ひずみゲージ５５１〜５５８）が設けられた測定対象物５００に、着脱可能な状態で装着可能である。

具体的には、半導体装置１の配線基板１０の貫通孔１０ｙと、測定対象物５００の円盤部５２０の貫通孔５００ｙとが位置合わせされ、配線基板１０と円盤部５２０の対向する面間に４つの押し込み量調整スペーサー６１０を介して装着されている。

押し込み量調整スペーサー６１０は図示しない貫通孔を有し、ボルト６２０が配線基板１０の貫通孔１０ｙ、押し込み量調整スペーサー６１０の貫通孔、及び円盤部５２０の貫通孔５００ｙに挿通され、円盤部５２０の下面側でナット６３０と螺合されている。押し込み量調整スペーサー６１０は、例えば、ステンレス、アルミニウム、鉄、黄銅等を用いることができ、その高さは０．８５〜１．７ｍｍ程度である。

図５に示すように、測定対象物５００の所定面５２０ａと配線基板１０の他方の面１０ｂとが対向するように、半導体装置１が測定対象物５００に装着される。図５の状態において、各々の測定用ばね端子４０は、ひずみゲージ５５１〜５５８の各々の端子に接触し、ひずみゲージ５５１〜５５８の各々の端子と電気的に導通する。又、各々のダミーばね端子５０は、測定対象物５００のダミー端子５７０に接触する。

図６は、第１実施形態に係る半導体装置のひずみ検出回路を例示するブロック図である。図６を参照すると、ひずみゲージ５５１の１対の端子の一方はＶＤＤに接続され、他方は半導体集積回路２１に含まれる演算増幅器２１ａの正側入力端子と接続されている。ひずみゲージ５５２の１対の端子の一方は演算増幅器２１ａの正側入力端子と接続されると共に、ひずみゲージ５５１の１対の端子の他方と接続されている。ひずみゲージ５５２の１対の端子の他方はＧＮＤに接続されている。

ひずみゲージ５５３の１対の端子の一方はＶＤＤに接続され、他方は半導体集積回路２１に含まれる演算増幅器２１ａの負側入力端子と接続されている。ひずみゲージ５５４の１対の端子の一方は演算増幅器２１ａの負側入力端子と接続されると共に、ひずみゲージ５５３の１対の端子の他方と接続されている。ひずみゲージ５５４の１対の端子の他方はＧＮＤに接続されている。

ひずみゲージ５５５の１対の端子の一方はＶＤＤに接続され、他方は半導体集積回路２１に含まれる演算増幅器２１ｂの正側入力端子と接続されている。ひずみゲージ５５６の１対の端子の一方は演算増幅器２１ｂの正側入力端子と接続されると共に、ひずみゲージ５５５の１対の端子の他方と接続されている。ひずみゲージ５５６の１対の端子の他方はＧＮＤに接続されている。

ひずみゲージ５５７の１対の端子の一方はＶＤＤに接続され、他方は半導体集積回路２１に含まれる演算増幅器２１ｂの負側入力端子と接続されている。ひずみゲージ５５８の１対の端子の一方は演算増幅器２１ｂの負側入力端子と接続されると共に、ひずみゲージ５５７の１対の端子の他方と接続されている。ひずみゲージ５５８の１対の端子の他方はＧＮＤに接続されている。

演算増幅器２１ａのアナログ出力（１チャンネルのひずみ検出値）は、ＡＤ変換回路である半導体集積回路２２でディジタル信号に変換されて制御部である半導体集積回路２３に入力される。又、演算増幅器２１ｂのアナログ出力（他の１チャンネルのひずみ検出値）は、ＡＤ変換回路である半導体集積回路２２でディジタル信号に変換されて制御部である半導体集積回路２３に入力される。

制御部である半導体集積回路２３は、上位ホストからのリクエストにより、ひずみ電圧データや他の計算結果を上位ホストに送信することができる。又、制御部である半導体集積回路２３は、ＡＤ変換回路である半導体集積回路２２を制御し、ディジタル信号に変換されたひずみ電圧データを受信すると共に、必要であれば受信したひずみ電圧データからトルク、圧力等を計算できる。制御部である半導体集積回路２３は、例えば、ＭＣＵ（マイクロ・コントロール・ユニット）又はＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）等で構成される。

なお、半導体集積回路２１〜２３には、電源回路である半導体集積回路２４から必要な電源が供給される。

このように、測定対象物５００に形成されたひずみゲージ５５１〜５５４は、半導体装置１と接続されて１チャンネル（図６のＣｈ１）のホイートストンブリッジ回路を構成する。又、測定対象物５００に形成されたひずみゲージ５５５〜５５８は、半導体装置１と接続されて他の１チャンネル（図６のＣｈ２）のホイートストンブリッジ回路を構成する。

半導体装置１は、測定対象物５００に形成されたひずみゲージ５５１〜５５８と接続した際に複数チャンネルのホイートストンブリッジ回路を構成することで、円盤部５２０に生じた機械的なひずみの検出精度を向上できる。但し、ホイートストンブリッジ回路は、少なくとも１チャンネルあれば、円盤部５２０に生じた機械的なひずみの検出が可能であるため、１チャンネルのみを有する構成としてもよい。

ひずみゲージ５５１〜５５８の各々の検出電圧は０．１ｍＶ／Ｖ〜２．０ｍＶ／Ｖ程度で非常に微弱な値である。そのため、従来のように、半導体装置とひずみゲージとを、リード線やコネクタ等の接続部品を経由して接続する方法では、半導体装置の入力部までのリード線の配線抵抗やコネクタ等の接続部品との接触抵抗が無視できない。すなわち、リード線の配線抵抗やコネクタ等の接続部品との接触抵抗により、センサの検出電圧が低下し、センサの検出電圧を精度よく取得することが困難である。

一方、半導体装置１では、各々の測定用ばね端子４０がひずみゲージ５５１〜５５８の端子に直接接触して電気的に導通するため、半導体装置１と各々のひずみゲージ５５１〜５５８の端子とを最短距離で接続可能となる。そのため、半導体装置１では、ひずみゲージ５５１〜５５８の検出電圧の低下を抑制でき、ひずみゲージ５５１〜５５８の検出電圧を精度よく取得可能となる。

又、半導体装置１では、従来のように、ひずみゲージの端子に、はんだ付けやボンディング等でリード線を接続する必要がなく、又、リード線と配線基板とをコネクタ等の接続部品で接続する必要もない。そのため、半導体装置１は、部品同士の取り回しが容易で組立性が良く、小型の測定対象物にも容易に装着可能である。又、半導体装置１が故障した場合、原因解析や部品交換が容易となる。

又、半導体装置１では、ダミーばね端子５０を有していることで、ひずみゲージ５５１〜５５８の検出電圧を更に精度よく取得できる。これに関し、図７の比較例を参照しながら説明する。

図７は、比較例に係る半導体装置を測定対象物に装着した状態を例示する側面図である。図７を参照すると、比較例に係る半導体装置１Ｘは、ダミーばね端子５０を有していない点が、第１実施形態に係る半導体装置１と相違する。なお、図７では、配線基板１０の傾きを誇張して図示している。

半導体装置１Ｘは、ダミーばね端子５０を有していないため、図７に示すように測定対象物５００に装着したときに、１６本の測定用ばね端子４０のみで配線基板１０を支えることになる。配線基板１０を支える測定用ばね端子４０の個数が少ないため、配線基板１０が不安定となり、配線基板１０を円盤部５２０の所定面５２０ａと平行に保持することが困難である。そのため、各々の測定用ばね端子４０に均等に荷重がかからず、各々の測定用ばね端子４０とひずみゲージ５５１〜５５８の各々の端子との接触抵抗値にばらつきが生じ、正確なひずみを検出できない。

これに対して、半導体装置１では、４０本のダミーばね端子５０を有しているため、図５に示すように測定対象物５００に装着したときに、１６本の測定用ばね端子４０と４０本のダミーばね端子５０で配線基板１０を支えることになる。そのため、配線基板１０を円盤部５２０の所定面５２０ａと平行に保持することが容易であり、各々の測定用ばね端子４０に均等に荷重がかかる。その結果、各々の測定用ばね端子４０とひずみゲージ５５１〜５５８の各々の端子との接触抵抗値のばらつきが減少し、正確なひずみを検出できる。

半導体装置１において、複数のダミーばね端子５０は、測定用ばね端子４０よりも配線基板１０の内周側（貫通孔１０ｘ側）に配置されたダミーばね端子５０と、測定用ばね端子４０よりも配線基板１０の外周側に配置されたダミーばね端子５０とを含むことが好ましい。又、複数のダミーばね端子５０は、配線基板１０の中心に対して点対称に配置されていることが更に好ましい。複数のダミーばね端子５０を、このような配置にすることで、配線基板１０を円盤部５２０の所定面５２０ａと平行に保持することが容易となる。

なお、ダミーばね端子５０を測定用ばね端子４０と同一形状に形成し、ダミーばね端子５０の厚さをひずみゲージ５５１〜５５８の端子の厚さと同一にすることで、配線基板１０を円盤部５２０の所定面５２０ａと平行に保持することが容易となる。

但し、ダミーばね端子５０を測定用ばね端子４０と同じ硬さにしなくてもよく、材料等の調整により、ダミーばね端子５０を測定用ばね端子４０よりも硬くしてもよい。ダミーばね端子５０が測定用ばね端子４０よりも硬い方が、配線基板１０を円盤部５２０の所定面５２０ａと平行に保持することが一層容易となる。これは、測定用ばね端子４０よりも硬いばねである、ばね定数の大きいばねをダミーばね端子５０として用いることで、ばねの剛性が相対的に増し、柱の役割を担うことが可能となるためである。

但し、測定用ばね端子４０及びダミーばね端子５０は、押し込み量調整スペーサー６１０よりも柔らかくする必要がある。なお、ここでいう硬い、柔らかいの基準は、ばねの場合はばね定数の大小であり、押し込み量調整スペーサーの場合はヤング率である。ばね定数とヤング率とは、以下の式で関連付けられる。

ヤング率：Ｅ、部材断面積：Ａ、部材長さ：Ｌとした場合、ばね定数ｋ＝Ｅ×Ａ／Ｌとなる。この式を用いて、測定用ばね端子４０及びダミーばね端子５０と、押し込み量調整スペーサー６１０との硬さを比較することができる。

〈第１実施形態の変形例１〉
第１実施形態の変形例１では、第１実施形態とは形状が異なる突起部を備えた半導体装置の例を示す。なお、第１実施形態の変形例１において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図８は、第１実施形態の変形例１に係る半導体装置を例示する背面図である。図９は、第１実施形態の変形例１に係る半導体装置を測定対象物に装着した状態を例示する側面図である。図８及び図９を参照すると、半導体装置１Ａは、突起部がダミーばね端子５０からゴム製の柱状部材６０に置き換えられた点が、半導体装置１（図３等参照）と相違する。

柱状部材６０は、例えば、ブチルゴムから形成できる。柱状部材６０は、例えば、円錐台形状であり、円錐台の大径の面が配線基板１０の他方の面１０ｂに接着等により固定されている。半導体装置１Ａが測定対象物５００に装着されると、各々の柱状部材６０の円錐台の小径の面が測定対象物５００に接触する。

なお、基板５４０の一方の面５４０ａには、２チャンネル分のひずみゲージ５５１〜５５８のみを形成し、ダミー端子５７０を形成する必要はない。ひずみゲージ５５１〜５５８のみを有する基板５４０を測定対象物５００の所定面５２０ａの略全体に配置した場合には、各々の柱状部材６０は、基板５４０の一方の面５４０ａに接触する。又、ひずみゲージ５５１〜５５８のみを有する基板５４０を測定対象物５００の所定面５２０ａの必要最小限の範囲のみに配置した場合には、各々の柱状部材６０は、測定対象物５００の所定面５２０ａに直接接触する。但し、基板５４０の一方の面５４０ａに接触する柱状部材６０と、測定対象物５００の所定面５２０ａに直接接触する柱状部材６０とが混在してもよい。

このように、突起部はダミーばね端子５０には限定されず、突起部としてゴム製の柱状部材６０を用いてもよい。この場合、第１実施形態の効果に加え、ダミー端子５７０の形成が不要となって基板５４０の配線パターンを簡略化できる効果を奏する。又、ゴム製の柱状部材６０を用いる場合、形状の調整が容易で且つ短絡の恐れもない、そしてコストも安く調達することができる。

〈第１実施形態の変形例２〉
第１実施形態の変形例２では、第１実施形態とは形状が異なる突起部を備えた半導体装置の他の例を示す。なお、第１実施形態の変形例２において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１０は、第１実施形態の変形例２に係る半導体装置を例示する背面図である。図１１は、第１実施形態の変形例２に係る半導体装置を測定対象物に装着した状態を例示する側面図である。図１０及び図１１を参照すると、半導体装置１Ｂは、突起部がダミーばね端子５０から金属製の柱状部材７０に置き換えられた点が、半導体装置１（図３等参照）と相違する。

柱状部材７０は、例えば、銅から形成できる。柱状部材７０は、例えば、円柱形状であり、円柱の一方の端面が配線基板１０の他方の面１０ｂに形成されたランドに、はんだにより実装されている。半導体装置１Ｂが測定対象物５００に装着されると、各々の柱状部材７０の円柱の他方の端面が測定対象物５００に接触する。

なお、基板５４０の一方の面５４０ａには、２チャンネル分のひずみゲージ５５１〜５５８のみを形成し、ダミー端子５７０を形成する必要はない。ひずみゲージ５５１〜５５８のみを有する基板５４０を測定対象物５００の所定面５２０ａの略全体に配置した場合には、各々の柱状部材７０は、基板５４０の一方の面５４０ａに接触する。又、ひずみゲージ５５１〜５５８のみを有する基板５４０を測定対象物５００の所定面５２０ａの必要最小限の範囲のみに配置した場合には、各々の柱状部材７０は、測定対象物５００の所定面５２０ａに直接接触する。但し、基板５４０の一方の面５４０ａに接触する柱状部材７０と、測定対象物５００の所定面５２０ａに直接接触する柱状部材７０とが混在してもよい。

このように、突起部はダミーばね端子５０には限定されず、突起部として金属製の柱状部材７０を用いてもよい。この場合、第１実施形態の効果に加え、ダミー端子５７０の形成が不要となって基板５４０の配線パターンを簡略化できる効果を奏する。又、金属製の柱状部材７０を用いる場合、ばね定数（又はヤング率）が大きく、硬いため剛性が相対的に増すことにより、配線基板１０を円盤部５２０の所定面５２０ａと平行に保持し易くなる。

〈第１実施形態の変形例３〉
第１実施形態の変形例３では、第１実施形態よりもダミーばね端子５０の数を増やす例を示す。なお、第１実施形態の変形例３において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１２は、第１実施形態の変形例３に係る半導体装置を例示する背面図である。図１２を参照すると、半導体装置１Ｃは、最外周に１６個のダミーばね端子５０が追加された点が、半導体装置１（図３等参照）と相違する。

図１２では、仮想線として、図３に示した４本の直線ＡＥ、ＢＦ、ＣＧ、及びＤＨに加え、更に４本の直線ＩＭ、ＪＮ、ＫＯ、及びＬＰが追加されている。隣接する線同士の作る角度は、２２．５度である。

図１２の例では、直線ＩＭを挟んで対向する１対のダミーばね端子５０が、直線ＩＭに沿って間隔を空けて２組配置されている。又、直線ＪＮを挟んで対向する１対のダミーばね端子５０が、直線ＪＮに沿って間隔を空けて２組配置されている。又、直線ＫＯを挟んで対向する１対のダミーばね端子５０が、直線ＫＯに沿って間隔を空けて２組配置されている。又、直線ＬＰを挟んで対向する１対のダミーばね端子５０が、直線ＬＰに沿って間隔を空けて２組配置されている。

複数のダミーばね端子５０は、貫通孔１０ｘの中心に対して３つの同心円を形成するように、貫通孔１０ｘの中心に対して点対称に配置されている。本実施形態では、追加した１６個のダミーばね端子５０は、何れも最外の同心円上に追加されている。これにより、最外の同心円上に配置されるダミーばね端子５０の個数（２４個）は、内側の何れの同心円上に配置されるダミーばね端子５０の個数（１６個）よりも多くなる。

このように、貫通孔１０ｘの中心から遠い位置に配置されるダミーばね端子５０の個数を、貫通孔１０ｘの中心に近い位置に配置されるダミーばね端子５０の個数より多くすることで、配線基板１０の他方の面１０ｂに均等にダミーばね端子５０を配置できる。その結果、配線基板１０を円盤部５２０の所定面５２０ａと平行に保持することが一層容易となる。

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記の実施形態等では、センサの例として、ひずみゲージを挙げて説明したが、半導体装置に設けられた測定用ばね端子がセンサと接続する端子に着脱可能に接する構造が適用可能であれば、センサはひずみゲージには限定されない。センサの他の例としては、温度ゲージ等が挙げられる。又、本発明に係る半導体装置は、フォトダイオードを用いた光量測定等に用いることができる。

又、上記の実施形態等では、複数のダミーばね端子や柱状部材を、配線基板の中心に対して点対称に配置する例を示したが、これには限定されない。例えば、測定対象物に対して配線基板を平行に保持するために、支持することが好ましい箇所が予め分かっていれば、配線基板の中心に対して点対称になるか否かにかかわらず、その箇所にダミーばね端子や柱状部材を配置して構わない。

又、上記の実施形態等では、配線基板の形状を円盤状としたが、これには限定されず、配線基板の形状は測定対象物に合わせて適宜選択できる。例えば、配線基板の平面形状は、楕円形や四角形等であってもよいし、他のより複雑な形状であってもよい。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ半導体装置
１０配線基板
１０ｘ、１０ｙ、５００ｘ、５００ｙ貫通孔
２１、２２、２３、２４半導体集積回路
２１ａ、２１ｂ演算増幅器
３０受動部品
４０測定用ばね端子
５０ダミーばね端子
６０、７０柱状部材
５００測定対象物
５１０円筒部
５２０円盤部
５２０ａ所定面
５３０歯車
５５１、５５２、５５３、５５４、５５５、５５６、５５７、５５８ひずみゲージ
５７０ダミー端子

Claims

所定面に複数のセンサが設けられた測定対象物に、着脱可能な状態で装着される半導体装置であって、
配線基板と、
前記配線基板の一方の面に実装された半導体集積回路と、
前記配線基板の他方の面に実装された複数の測定用ばね端子と、
前記配線基板の他方の面に設けられた複数の突起部と、を有し、
前記測定対象物の所定面と前記配線基板の他方の面とが対向するように前記半導体装置が前記測定対象物に装着されると、各々の前記測定用ばね端子は前記センサと接続する端子に接触して前記センサと接続する端子と電気的に導通し、各々の前記突起部が前記測定対象物に接触する半導体装置。
複数の前記突起部は、複数のダミーばね端子であり、
前記半導体装置が前記測定対象物に装着されると、各々の前記ダミーばね端子が前記測定対象物と接触する請求項１に記載の半導体装置。
前記半導体装置が前記測定対象物に装着されると、各々の前記ダミーばね端子は、前記測定対象物に設けられたダミー端子と接触し、
前記ダミーばね端子は、前記測定用ばね端子と同一形状に形成され、
前記ダミー端子の厚さは、前記センサと接続する端子の厚さと同一である請求項２に記載の半導体装置。
複数の前記突起部は、複数の柱状部材である請求項１に記載の半導体装置。
複数の前記突起部は、前記測定用ばね端子よりも前記配線基板の中心側に配置された突起部と、前記測定用ばね端子よりも前記配線基板の外周側に配置された突起部と、を含む請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置。
複数の前記突起部は、前記配線基板の中心に対して点対称に配置されている請求項１乃至５の何れか一項に記載の半導体装置。
前記突起部は、前記測定用ばね端子よりも硬い請求項１乃至６の何れか一項に記載の半導体装置。
前記半導体装置は、複数のスペーサーを介して前記測定対象物に装着され、
前記突起部は、前記スペーサーよりも柔らかい請求項７に記載の半導体装置。
前記センサは、ひずみゲージである請求項１乃至８の何れか一項に記載の半導体装置。
複数の前記センサは、少なくとも４つのひずみゲージを含み、
前記半導体装置が前記測定対象物に装着されると、４つの前記ひずみゲージはホイートストンブリッジ回路を構成する請求項９に記載の半導体装置。