JP6554786B2 - 半導体センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体センサ装置に関する。

従来、圧力を検出する半導体センサ装置が知られている。このような半導体センサ装置では、例えば、圧力を検出する半導体センサ素子は、低弾性率の接着樹脂を介して、基板に直接固定されている。又、半導体センサ素子は、金属線により基板等と結線（ワイヤボンディング）されている。

ところで、低弾性率の接着樹脂を用いると、金属線で結線する際のワイヤボンダビリティが悪くなる弊害がある。そこで、対策として、基板若しくは半導体センサ素子に部分的なスペーサ（凸部）を設け、ワイヤボンダビリティの向上を図っている。スペーサとして、ビーズ等の別部材を用いることもある。

特開平７−０４５６４２号公報

しかしながら、スペーサの形状、配置によっては接着樹脂の熱硬化温度と使用環境との温度差によって生じる熱応力が半導体センサ素子のダイヤフラムに伝わり、半導体センサ素子の特性変動を引き起こす問題があった。

具体的には、半導体センサ素子の基板との接着面に対してスペーサが配置されていない箇所は接着樹脂の収縮（膨張）の影響によって基板側へ引っ張られる（基板側から押される）ため、半導体センサ素子全体が撓む。結果として、接着樹脂の熱硬化から使用温度への変化、又は単純に環境の温度変化によって、半導体センサ素子の特性変動が生じてしまう。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、半導体センサ素子の特性変動を低減した半導体センサ装置を提供することを課題とする。

本半導体センサ装置（１）は、基板（１０）と、前記基板（１０）の一方の側に均等に配置された複数のスペーサ（１５ａ）と、前記基板（１０）の一方の側に実装され、圧力媒体の圧力を検出する半導体センサ素子（２０）と、を有し、前記半導体センサ素子（２０）は、前記半導体センサ素子（２０）の所定面が前記複数のスペーサ（１５ａ）に接して配置され、前記半導体センサ素子（２０）の所定面と前記基板（１０）との間に設けられた接着樹脂（５１）により前記基板（１０）に固定され、前記基板（１０）には前記半導体センサ素子（２０）に前記圧力媒体を導入する貫通孔（１０ｘ）が設けられ、各々の前記スペーサ（１５ａ）は、平面視において、前記貫通孔（１０ｘ）の周囲に配置され、前記半導体センサ素子（２０）が配置される領域（２０ａ）の中心（２０ｃ）と各々の前記スペーサ（１５ａ）の中心（１５ｃ）とを結ぶ各々の線分（Ｌ）において、隣接する前記線分（Ｌ）のなす角度が全て等しく、各々の前記線分（Ｌ）の、前記半導体センサ素子（２０）が配置される領域（２０ａ）を通る部分の中間点に各々の前記スペーサ（１５ａ）の中心（１５ｃ）が配されていることを要件とする。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

開示の技術によれば、半導体センサ素子の特性変動を低減した半導体センサ装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る半導体センサ装置を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態に係る半導体センサ装置を例示する図（その２）である。 第１の実施の形態に係る半導体センサ装置を例示する図（その３）である。 第１の実施の形態に係る半導体センサ装置を例示する図（その４）である。 第１の実施の形態に係る半導体センサ装置を例示する図（その５）である。 第１の実施の形態に係る半導体センサ素子の実装部近傍を例示する平面図である。 第１の実施の形態に係る半導体センサ装置の製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態に係る半導体センサ装置の製造工程を例示する図（その２）である。 比較例に係るレジストスペーサを例示する平面図である。 比較例に係るレジストスペーサを用いた場合の検討結果を示す図である。 第１の実施の形態に係るレジストスペーサを用いた場合の検討結果を示す図である。 第１の実施の形態の変形例に係る半導体センサ素子の実装部近傍を例示する平面図である。 第１の実施の形態の変形例に係るレジストスペーサを用いた場合の検討結果を示す図である。

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。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の実施の形態〉
図１〜図５は、第１の実施の形態に係る半導体センサ装置を例示する図である。なお、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は斜視図、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は底面図、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ部の拡大図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図５は基板のみを示す平面図である。又、図６は、半導体センサ素子実装部近傍の詳細図である。

まず、図１〜図５を参照しながら第１の実施の形態に係る半導体センサ装置１の全体の構造について説明し、その後、図６を参照しながら半導体センサ素子２０の実装部近傍の詳細な構造について説明する。

［第１の実施の形態に係る半導体センサ装置の全体の構造］
図１〜図５に示すように、半導体センサ装置１は、大略すると、基板１０と、シリンダ７０と、ノズル８０と、外部端子９０とを有する。シリンダ７０とノズル８０とは基板１０を挟んだ状態で接合されている。

なお、本実施の形態では、便宜上、半導体センサ装置１のシリンダ７０側を上側又は一方の側、ノズル８０側を下側又は他方の側とする。又、各部位のシリンダ７０側の面を上面又は一方の面、ノズル８０側の面を下面又は他方の面とする。但し、半導体センサ装置１は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を基板１０の上面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基板１０の上面の法線方向から視た形状を指すものとする。

半導体センサ装置１において、基板１０の平面形状は、例えば、略矩形状とすることができるが、略矩形状以外の任意の形状として構わない。又、必要に応じ、基板１０の外縁部に切り欠き等を設けても構わない。基板１０としては、所謂ガラスエポキシ基板やセラミック基板、シリコン基板等を用いることができる。

基板１０には、素子搭載領域１１、ボンディングパッド１２、部品実装用パッド１３、外部端子実装用パッド１４、ソルダーレジスト１５、スルーホール１６、圧力媒体導入孔１０ｘ、位置決め孔１０ｙ、外部端子挿入孔１０ｚ等が形成されている。素子搭載領域１１には、例えば、銅（Ｃｕ）が露出している。又、ボンディングパッド１２、部品実装用パッド１３、外部端子実装用パッド１４には、例えば、銅（Ｃｕ）の上面に形成された金（Ａｕ）めっきが露出している。

但し、素子搭載領域１１に形成された圧力媒体導入孔１０ｘの周辺領域１１ａに、金（Ａｕ）めっきを施してもよい。基板１０と圧力媒体が接触する部分である圧力媒体導入孔１０ｘの周辺領域１１ａに金（Ａｕ）めっきを施すことにより、基板１０の内部に圧力媒体が拡散することや基板１０上の銅（Ｃｕ）配線が腐食することを最小限にすることができる。なお、金（Ａｕ）めっきがなくても銅膜が配されていれば同様の効果が得られるが、銅膜の上に金（Ａｕ）めっきがあるとより効果的である。

基板１０の部品実装用パッド１３には、実装部品４０が実装されている。実装部品４０は、ＩＣ、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、インダクタの一部又は全部、或いは他の任意の部品を含んでよい。

ソルダーレジスト１５は、素子搭載領域１１、ボンディングパッド１２、部品実装用パッド１３、外部端子実装用パッド１４等を露出するように、基板１０の上面及び下面に設けられている。ソルダーレジスト１５は、素子搭載領域１１内に選択的に形成された凸部であるレジストスペーサ１５ａ及び１５ｂを有している。レジストスペーサ１５ａは、半導体センサ素子２０を実装する領域に選択的に設けられた、半導体センサ素子２０を搭載するための台座である。又、レジストスペーサ１５ｂは、制御ＩＣ３０を実装する領域に選択的に設けられた、制御ＩＣ３０を搭載するための台座である。

素子搭載領域１１のレジストスペーサ１５ａ上には半導体センサ素子２０が配置され、接着樹脂５１により固定されている。レジストスペーサ１５ｂ上には制御ＩＣ３０が配置され、接着樹脂５２により固定されている。なお、基板１０の上面には半導体センサ素子２０等を保護する保護部材であるシリンダ７０が接着樹脂５３により固定されており、半導体センサ素子２０及び制御ＩＣ３０はシリンダ７０の略中央部に設けられた開口部７０ｘ内に配されている。

半導体センサ素子２０は、圧力媒体の圧力を検出するセンサであり、ダイヤフラムを有している。ダイヤフラムは、半導体センサ素子２０の上面であるセンサ面を構成する部位であり、圧力により発生した応力を、電気信号に変換して検出する機能を有する。半導体センサ素子２０は、ダイヤフラムの歪みを抵抗値の変化として検出する半導体歪みゲージ方式の素子でもよいし、ダイヤフラムの変位を静電容量の変化として検出する静電容量方式の素子でもよいし、他の検出方式で圧力を検出する素子でもよい。

制御ＩＣ３０は、半導体センサ素子２０を制御するＩＣである。制御ＩＣ３０には、例えば、温度センサが内蔵されており、制御ＩＣ３０は半導体センサ素子２０の特性の温度補償を行う。半導体センサ素子２０の特性の温度補償の確度を高めるため、制御ＩＣ３０は半導体センサ素子２０の近傍に実装されている。

半導体センサ素子２０の上面及び制御ＩＣ３０の上面には、デバイス保護ゲル５８が設けられている。又、シリンダ７０の開口部７０ｘの内壁面の下面側に形成された段差部７０ｚ内において、半導体センサ素子２０及び制御ＩＣ３０の周辺部の基板１０の上面を被覆するように、基板保護ゲル５９が設けられている。デバイス保護ゲル５８としては、例えば、広い温度範囲で粘弾性の変化が小さいシリコーンゲルを用いることができる。基板保護ゲル５９としては、例えば、高信頼性のフッ素ゲルを用いることができる。但し、デバイス保護ゲル５８及び基板保護ゲル５９は、同じ材料を用いても構わない。

ノズル８０は半導体センサ素子２０に圧力媒体を導入する圧力媒体導入部材であり、略中央部に筒状の圧力媒体導入孔８１が設けられている。ノズル８０の圧力媒体導入孔８１（貫通孔）は基板１０の圧力媒体導入孔１０ｘ（貫通孔）に連通しており、圧力媒体導入孔８１から導入された圧力媒体（例えば、プロパンガスや都市ガス等のガス）は、圧力媒体導入孔１０ｘを介して、半導体センサ素子２０のダイヤフラムに達する。

半導体センサ素子２０のダイヤフラムの歪み（又は、変位）は、ノズル８０の圧力媒体導入孔８１から導入される圧力媒体の圧力と、シリンダ７０の開口部７０ｘから導入される大気圧との差に応じて変化する。そのため、ダイヤフラムの歪み量（又は、変位量）を抵抗値（又は、静電容量値）の変化量として検出することによって、圧力媒体導入孔８１から導入された圧力媒体の圧力を検出できる。

このように、半導体センサ素子２０のダイヤフラムの下面側で圧力媒体を受ける構造とすることにより、半導体センサ素子２０のダイヤフラムの上面側に形成された抵抗や配線等に腐食が生じることを防止できる。又、この構造では、基板１０と圧力媒体が接触する面積が少なくなるため、圧力媒体が基板１０へ与える影響を最小限にすることができ、信頼性の向上が可能となる。

なお、図３（ｂ）に示したように、圧力媒体導入孔８１の基板１０側には圧力媒体の流量を制限する流量制限部８２が設けられ、流量制限部８２の更に基板１０側に流量制限部８２より断面積の大きいバッファ部８３が設けられている。なお、流量制限部８２の断面積は、バッファ部８３側に近づくにつれて徐々に小さくなる形状とされている。

言い換えれば、圧力媒体導入孔８１は、基板１０と遠い方から近い方にかけて、第１の断面積を備えた第１の部分（流量制限部８２及びバッファ部８３を除く部分）と、第１の断面積よりも小さい第２の断面積を備えた第２の部分（流量制限部８２）と、第２の断面積よりも大きい第３の断面積を備えた第３の部分（バッファ部８３）とを有している。

第１〜第３の部分の各断面（横断面）は、例えば、円形とすることができる。その場合、流量制限部８２及びバッファ部８３を除く部分の圧力媒体導入孔８１の直径は、例えば、２ｍｍ程度とすることができる。流量制限部８２のバッファ部８３から遠い側の直径は、例えば、０．８ｍｍ程度、バッファ部８３に近い側の直径は、例えば、０．３ｍｍ程度とすることができる。バッファ部８３の直径は、例えば、１．１ｍｍ程度とすることができる。

このように、流量制限部８２により圧力媒体の流量を制限すると共に、流量制限部８２の基板１０側に流量制限部８２より断面積の大きいバッファ部８３を設けることで、圧力伝播に対してバッファ部８３が形成する空間が緩衝器の役割を果たす。その結果、突発的な圧力印加に対して半導体センサ素子２０を保護することができる。

又、ノズル８０の上面には、柱状の位置決め部８９（例えば、４カ所）が設けられている。ノズル８０の各位置決め部８９は、連通する基板１０の位置決め孔１０ｙ及びシリンダ７０の位置決め孔７０ｙに挿入され、先端がシリンダ７０の上面から突出している。位置決め部８９のシリンダ７０の上面から突出している部分は、熱溶着により外縁部がシリンダ７０の上面の位置決め孔７０ｙの周囲に環状に広がり、シリンダ７０の上面と接合されている。

なお、基板１０とシリンダ７０とは接着樹脂５３により接着され、基板１０とノズル８０とはシール用接着樹脂５４とノズル接着樹脂５５により接着されている。これにより、基板１０とシリンダ７０及びノズル８０とは密着するため、ノズル８０の圧力媒体導入孔８１から導入された圧力媒体が漏れることを防止できる。そして、更に、基板１０を挟むようにシリンダ７０とノズル８０とが熱溶着により接合されている。これにより、接着樹脂５３、５４、５５による接着と熱溶着による固定を併用することで、基板１０とシリンダ７０及びノズル８０との機械的強度を高めることができる。すなわち、圧力媒体をシールする部分の信頼性を向上することができる。

なお、半導体センサ装置１では、半導体センサ素子２０をシリンダ７０やノズル８０等の外装部分に直接接続せずに、基板１０に実装しているため、半導体センサ装置１を取り付け対象物に取り付ける際に、外装部分から半導体センサ素子２０に応力が伝わることを防止できる。

又、従来のようにガラス台座を使用しない代わりに、半導体センサ素子２０の厚みを厚くし、低弾性樹脂である接着樹脂５１を介して基板１０に実装している。接着樹脂５１として低弾性樹脂を使用することで、外部応力による影響を低減し、ガラス台座を有している場合と同等に外部応力を緩和することができる。更に、この構造では、ガラス台座を実装しないため、製造コストが低減できる。

なお、シリンダ７０やノズル８０は樹脂成型により作製できるため、形状の変更が容易である。そのため、適宜な形状に変更することで、様々な用途に向けた半導体センサ装置を実現できる。

［半導体センサ素子の実装部近傍の詳細な構造］
次に、図６を参照しながら、半導体センサ素子２０の実装部近傍の詳細な構造について説明する。図６は、第１の実施の形態に係る半導体センサ素子２０の実装部近傍を例示する平面図である。

図６における四角の破線と丸の破線とで囲まれた領域２０ａは、素子搭載領域１１中の半導体センサ素子２０の底面（半導体センサ素子２０の基板１０との接着面）が配される部分である。領域２０ａには銅膜等の金属膜が露出しており、金属膜上にレジストスペーサ１５ａが形成されている。領域２０ａの一部又は全部に接着樹脂５１が塗布される。

又、図６において、中心２０ｃは、領域２０ａの中心（平面視における半導体センサ素子２０の中心）を示している。又、中心１５ｃは、レジストスペーサ１５ａの中心を示している。線分Ｌは、領域２０ａの中心２０ｃと、各レジストスペーサ１５ａの中心１５ｃとを通る線分を示している。

図６に示すように、半導体センサ装置１では、同一の平面形状の複数のレジストスペーサ１５ａが、平面視において領域２０ａの圧力媒体導入孔１０ｘの周囲に均等に配置されている。なお、本願において、均等とは、隣接する線分Ｌのなす角度（図６ではθａ）が全て等しく、かつ、各線分Ｌにおいて領域２０ａを通る部分の中間点に各レジストスペーサ１５ａの中心１５ｃが配されることを指す。つまり、各線分Ｌにおいて、Ｌ_１の部分の長さとＬ_２の部分の長さとは等しい。なお、図６の例では、領域２０ａには１２個のレジストスペーサ１５ａが配されており、角度θａは３０度である。ここで、Ｌ_１は、各線分Ｌにおいて、レジストスペーサ１５ａの中心１５ｃから半導体センサ素子２０の底面の内周までの距離である。又、Ｌ_２は、各線分Ｌにおいて、半導体センサ素子２０の底面の外周からレジストスペーサ１５ａの中心１５ｃまでの距離である。

そして、半導体センサ素子２０は、半導体センサ素子２０の底面が複数のレジストスペーサ１５ａの上面に接して配置され、半導体センサ素子２０の底面と基板１０の上面との間に設けられた接着樹脂５１により基板１０に固定されている。素子搭載領域１１内に半導体センサ素子２０を実装するには、例えば、図７及び図８のようにすればよい。

まず、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、素子搭載領域１１内の半導体センサ素子２０を実装する領域及び制御ＩＣ３０を実装する領域に、接着樹脂５１及び５２を塗布する。接着樹脂５１及び５２としては、例えば、低弾性率の接着樹脂であるシリコーン樹脂等を用いることができる。但し、接着樹脂５１及び５２は、同一の樹脂を用いてもよいし、異なる樹脂を用いてもよい。なお、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ部の拡大図である（後述の図８（ａ）及び図８（ｂ）についても同様）。

次に、図８（ａ）に示すように、基板１０の素子搭載領域１１内に半導体センサ素子２０及び制御ＩＣ３０を実装する。具体的には、例えば、図７（ｂ）に示すレジストスペーサ１５ａ上に半導体センサ素子２０を搭載し、レジストスペーサ１５ｂ上に制御ＩＣ３０を搭載する。そして、接着樹脂５１及び５２を加熱等により硬化させ、半導体センサ素子２０及び制御ＩＣ３０を基板１０に実装する。

次に、図８（ｂ）に示すように、半導体センサ素子２０の電極端子とボンディングパッド１２、制御ＩＣ３０の電極端子とボンディングパッド１２、半導体センサ素子２０の電極端子と制御ＩＣ３０の電極端子を金属線６０を介して電気的に接続（ワイヤボンディング）する。金属線６０としては、例えば、金線や銅線等を用いることができる。

なお、半導体センサ素子２０の下側にはレジストスペーサ１５ａが配され、制御ＩＣ３０の下側にはレジストスペーサ１５ｂが配されているため、安定してワイヤボンディングを行うことができる（ワイヤボンダビリティを向上できる）。又、前述のように、複数のレジストスペーサ１５ａは均等に配置されているため、優れた効果を奏する。この効果について、比較例を示しながら、以下に詳説する。

図９は、比較例に係るレジストスペーサを例示する平面図である。図９において、圧力媒体導入孔１０ｘ、素子搭載領域１１及び領域２０ａについては図６の場合と同様である。しかし、図９では、領域２０ａにレジストスペーサ１５ａに代えてレジストスペーサ１５ｘが形成されている点が図６の場合と相違する。

レジストスペーサ１５ｘは、平面形状が略長方形状であり、領域２０ａの周縁部の４カ所に配されている。レジストスペーサ１５ａとは異なり、レジストスペーサ１５ｘは均等に配されていない。なお、均等の定義については、前述の通りである。

図９の場合、領域２０ａの４隅にはレジストスペーサ１５ｘが配されていない。そのため、領域２０ａに接着樹脂５１を塗布してレジストスペーサ１５ｘ上に半導体センサ素子２０を配し接着樹脂５１を熱硬化させると、領域２０ａの４隅の部分で、接着樹脂５１の収縮により半導体センサ素子２０のダイヤフラムが基板１０側に引っ張られる。

図１０は、比較例に係るレジストスペーサ１５ｘを用いた場合の検討結果を示している。図１０（ａ）は、環境温度を１４０℃から２５℃に変化させたときに、半導体センサ素子２０のダイヤフラム表面に発生する応力のシミュレーション結果である。図１０（ａ）に示すように、ダイヤフラム表面には最大でＭＰａオーダの応力が発生している。４隅の部分近傍が応力の高い領域であり、最大では１１ＭＰａである。

又、図１０（ｂ）は、半導体センサ装置の出力変動量を、接着樹脂５１の熱硬化後（０ｈ）から２５０ｈ程度（１０日程度）実測した結果である。図１０（ｂ）に示すように、半導体センサ装置の出力はマイナス方向に変動していき、１０日経過後も出力変動量の収束は見られない。

このように、接着樹脂５１の熱硬化後、半導体センサ装置を常温や低温にした時に、長時間にわたり出力変動（出力の経時変化）が発生する理由は、接着樹脂の熱硬化収縮時に発生した応力によって半導体センサ素子のダイヤフラムが撓み、この応力が時間とともに緩和していくからである。

これに対し、レジストスペーサ１５ａを用いた場合には良好な結果となる。図１１は、第１の実施の形態に係るレジストスペーサ１５ａを用いた場合の検討結果を示している。図１１（ａ）は、環境温度を１４０℃から２５℃に変化させたときに、半導体センサ素子２０のダイヤフラム表面に発生する応力のシミュレーション結果である。図１１（ａ）に示すように、ダイヤフラム表面の応力は最大で０．０６ＭＰａであり、図１０の場合の１／１０以下に低減されている。

又、図１１（ｂ）は、半導体センサ装置の出力変動量を、接着樹脂５１の熱硬化後（０ｈ）から１５０ｈ程度（６日程度）実測した結果である。図１１（ｂ）に示すように、図１０（ｂ）と比較して、半導体センサ装置の出力変動量が大幅に低減されることが確認された。

このように、同一形状のレジストスペーサを均等に配置して半導体センサ素子をバランスよく支持することにより、接着樹脂の熱硬化温度と使用温度との温度差によって生じる熱応力の影響が接着樹脂や基板から半導体センサ素子へ伝わることを低減できる。その結果、組み立て後（接着樹脂の熱硬化後）の半導体センサ装置の特性変動（出力変動）を大幅に低減することができる。

又、半導体センサ装置の使用環境温度の変化に対して低弾性率の接着樹脂が及ぼす熱応力の影響による特性の温度追従性の悪さを改善できる。

又、半導体センサ素子をバランスよく支持することにより、半導体センサ素子上のボンディングパッドの位置に依らず、良好なワイヤボンダビリティを得ることができる。

又、接着樹脂の厚みを半導体センサ素子の接着面全体で一定にすることができるため、半導体センサ素子の傾きを抑制することができる。

又、従来のレジストスペーサの配置（図９）に比べ、半導体センサ素子のレジストスペーサに対する位置ずれによる特性変動の許容範囲を広くできる。

又、組み立て後（接着樹脂の熱硬化後）、特性が早く安定するため、エージングのような特性安定を図る工程を必要としない。そのため、製造コストの低減に有効である。

又、レジストスペーサは、基板の一方の側を選択的に被覆するソルダーレジストをパターニングすることで一括で形成できる。そのため、スペーサとしてビーズ等の別部材を用意する必要がなく、製造コストの低減に有効である。

又、レジストスペーサは金属膜上に形成されており、金属膜上のレジストスペーサが存在しない部分に接着樹脂が形成される。接着樹脂が形成される領域に金属膜が存在することにより、基板を透過してきた水分や基板を構成する成分が気化した気体が接着樹脂に達して接着樹脂内に気泡が発生することを防止できる。その結果、半導体センサ装置の長期的な信頼性を確保できる。

〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態の変形例では、レジストスペーサの個数及び配置を変更した例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の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の実施の形態の変形例に係る半導体センサ素子２０の実装部近傍を例示する平面図である。図１２では、図６とは異なり、８個のレジストスペーサ１５ａが、領域２０ａに均等に配置されている。なお、図１２の例では、角度θｂは４５度である。

図１３は、第１の実施の形態の変形例に係るレジストスペーサ１５ａを用いた場合の検討結果を示している。図１３（ａ）は、環境温度を１４０℃から２５℃に変化させたときに、半導体センサ素子２０のダイヤフラム表面に発生する応力のシミュレーション結果である。図１３（ａ）に示すように、ダイヤフラム表面の応力は最大で０．０８ＭＰａであり、図１０の場合の１／１０以下に低減されている。

又、図１３（ｂ）は、半導体センサ装置の出力変動量を、接着樹脂５１の熱硬化後（０ｈ）から１５０ｈ程度（６日程度）実測した結果である。図１３（ｂ）に示すように、図１０（ｂ）と比較して、半導体センサ装置の出力変動量が大幅に低減されることが確認された。

このように、均等配置するレジストスペーサの個数が８個程度であっても、従来に比べて、組み立て後（接着樹脂の熱硬化後）の半導体センサ素子の特性変動（出力変動）を大幅に低減できることが確認された。

但し、図１１と図１３とを比較するとわかるように、レジストスペーサの大きさは可能な限り小さくし、かつ、可能な限り多数を均等に配置することがより効果的であると考えられる。その時、半導体センサ装置が必要とする耐圧とレジストスペーサの（総）面積とは、以下の関係を満足することが必要である。

必要とする耐圧［ＭＰａ］≦（半導体センサ素子の基板との接着面の面積［ｍｍ^２］−レジストスペーサの（総）面積［ｍｍ^２］）／半導体センサ素子のダイヤフラムの面積［ｍｍ^２］×接着樹脂の接着強度［ＭＰａ］
なお、レジストスペーサの平面形状は必ずしも円形でなくてもよく、例えば、四角形や八角形等の頂角部をもつ形状としてもよい。但し、レジストスペーサの平面形状が円形の場合には、頂角部をもつ形状の場合と比べて、レジストスペーサに応力が集中しづらくなるため、レジストスペーサが基板から剥離し難くすることができる。そのため、レジストスペーサの平面形状が円形の場合には、レジストスペーサの大きさをより小さくすることが可能となる。又、レジストスペーサの平面形状が円形の場合には、接着樹脂を塗布した際に樹脂の濡れ広がりを阻害することなく均一に塗布することができる。

以上、好ましい実施の形態及び変形例について詳説したが、上述した実施の形態及び変形例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、上述した実施の形態及び変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記の実施の形態及び変形例では、レジストスペーサを均等に配置する例を示したが、ソルダーレジスト以外を用いたスペーサを均等配置しても同様の効果が得られる。例えば、銅箔をパターニングして形成したスペーサを均等に配置してもよい。又、シルクをパターニングして形成したスペーサを均等に配置してもよい。

１ 半導体センサ装置
１０ 基板
１０ｘ 圧力媒体導入孔
１０ｙ 位置決め孔
１０ｚ 外部端子挿入孔
１１ 素子搭載領域
１１ａ 圧力媒体導入孔の周辺領域
１１ｂ 圧力媒体導入孔と接する領域
１２ ボンディングパッド
１３ 部品実装用パッド
１４ 外部端子実装用パッド
１５ ソルダーレジスト
１５ａ、１５ｂ レジストスペーサ
１５ｃ レジストスペーサ１５ａの中心
１６ スルーホール
１８ テスト用パッド
２０ 半導体センサ素子
２０ａ 半導体センサ素子の底面が配される部分
２０ｃ 領域２０ａの中心
３０ 制御ＩＣ
４０ 実装部品
５１、５２、５３ 接着樹脂
５４ シール用接着樹脂
５５ ノズル接着樹脂
５８ デバイス保護ゲル
５９ 基板保護ゲル
６０ 金属線
７０ シリンダ
７０ｘ 開口部
７０ｙ 位置決め孔
７０ｚ 段差部
８０ ノズル
８１ 圧力媒体導入孔
８２ 流量制限部
８３ バッファ部
８９ 位置決め部
９０ 外部端子

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板の一方の側に均等に配置された複数のスペーサと、
   前記基板の一方の側に実装され、圧力媒体の圧力を検出する半導体センサ素子と、を有し、
   前記半導体センサ素子は、前記半導体センサ素子の所定面が前記複数のスペーサに接して配置され、前記半導体センサ素子の所定面と前記基板との間に設けられた接着樹脂により前記基板に固定され、
   前記基板には前記半導体センサ素子に前記圧力媒体を導入する貫通孔が設けられ、
   各々の前記スペーサは、平面視において、前記貫通孔の周囲に配置され、
   前記半導体センサ素子が配置される領域の中心と各々の前記スペーサの中心とを結ぶ各々の線分において、隣接する前記線分のなす角度が全て等しく、
   各々の前記線分の、前記半導体センサ素子が配置される領域を通る部分の中間点に各々の前記スペーサの中心が配されている半導体センサ装置。
2. 前記スペーサは金属膜上に形成されている請求項１記載の半導体センサ装置。
3. 前記スペーサの平面形状が円形である請求項１又は２記載の半導体センサ装置。
4. 前記スペーサは、前記基板の一方の側を選択的に被覆するソルダーレジストをパターニングして形成されている請求項１乃至３の何れか一項記載の半導体センサ装置。