DE112017001287T5 - Messvorrichtung für eine physikalische Größe, Verfahren zu ihrer Herstellung und Messelement für eine physikalische Größe - Google Patents

Messvorrichtung für eine physikalische Größe, Verfahren zu ihrer Herstellung und Messelement für eine physikalische Größe Download PDF

Info

Publication number
DE112017001287T5
DE112017001287T5 DE112017001287.2T DE112017001287T DE112017001287T5 DE 112017001287 T5 DE112017001287 T5 DE 112017001287T5 DE 112017001287 T DE112017001287 T DE 112017001287T DE 112017001287 T5 DE112017001287 T5 DE 112017001287T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bonding layer
bonding
semiconductor chip
base
physical quantity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE112017001287.2T
Other languages
English (en)
Inventor
Takuya Aoyagi
Takashi Naitou
Tatsuya Miyake
Mizuki Shibata
Hiroshi Onuki
Daisuke Terada
Shigenobu Komatsu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Automotive Systems Ltd filed Critical Hitachi Automotive Systems Ltd
Publication of DE112017001287T5 publication Critical patent/DE112017001287T5/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0048—Details about the mounting of the diaphragm to its support or about the diaphragm edges, e.g. notches, round shapes for stress relief
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/04—Means for compensating for effects of changes of temperature, i.e. other than electric compensation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/30—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of a plurality of layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/33—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/29186—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2224/29188—Glasses, e.g. amorphous oxides, nitrides or fluorides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/30—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of a plurality of layer connectors
    • H01L2224/305—Material
    • H01L2224/30505—Layer connectors having different materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8389—Bonding techniques using an inorganic non metallic glass type adhesive, e.g. solder glass

Landscapes

  • Power Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

Es wird eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe geschaffen, bei der eine Bondtemperatur einer Bondschicht auf eine Temperatur gesenkt ist, die sich nicht auf eine Operation eines Halbleiterchips auswirkt, und eine Isolationseigenschaft des Halbleiterchips und einer Basis sichergestellt wird.
Die Messvorrichtung für eine physikalische Größe umfasst eine Basis (Membran 14b), einen Halbleiterchip (Dehnungsdetektionselement 30), um eine physikalische Größe auf der Basis einer Belastung zu messen, die auf die Basis wirkt, und eine Bondschicht 20, um den Halbleiterchip an die Basis zu bonden. Die Bondschicht 20 weist eine erste Bondschicht 21, die an den Halbleiterchip gebondet ist, eine zweite Bondschicht 22, die an die Basis gebondet ist, und ein Isolationsbasismaterial 23, das zwischen der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 angeordnet ist, auf. Die erste und die zweite Bondschicht 21 und 22 enthalten Glas. Ein Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht 21 ist gleich oder niedriger als ein Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht 22, ein Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22 ist gleich oder niedriger als eine Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips und ein Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21 ist gleich oder niedriger als der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe zum Messen einer physikalischen Größe wie z. B. eines Drucks, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ein Messelement für eine physikalische Größe.
  • Stand der Technik
  • Als Beispiel einer herkömmlichen Messvorrichtung für eine physikalische Größe ist eine Druckmessvorrichtung, die an verschiedenen Einrichtungen von Messzielen montiert ist und einen Druck misst, bekannt (siehe folgende PTL 1). Die in PTL 1 beschriebene Druckmessvorrichtung umfasst ein Metallgehäuse und ein Dehnungsdetektionselement. Das Metallgehäuse weist eine Druckeinführungseinheit und eine Membran auf, die durch den Druck verformt wird, der von der Druckeinführungseinheit eingeführt wird. Das Dehnungsdetektionselement detektiert die in der Membran erzeugte Dehnung.
  • Die Druckmessvorrichtung weist eine Basis, die aus einem ersten spröden Material besteht, am Metallgehäuse auf. In der Druckmessvorrichtung ist das Dehnungsdetektionselement an die Basis über ein zweites sprödes Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als die Basis gebondet. PTL 1 beschreibt, dass die obige Konfiguration übernommen wird, so dass ein Druckdetektionselement mit hoher Bondzuverlässigkeit zwischen einer Membran, die aus einem Metallmaterial mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Silizium oder Glas besteht, und einem Dehnungsdetektionselement geschaffen werden kann.
  • Als anderes Beispiel der Messvorrichtung für eine physikalische Größe ist die Erfindung, die sich auf einen Drucksensor bezieht, in dem ein Sensorelement an eine Membran eines Metallschafts glasgebondet ist, und ein Verfahren zur Herstellung derselben offenbart (siehe folgende PTL 2). Der in PTL 2 beschriebene Drucksensor umfasst einen Metallschaft, Bondglas und ein Sensorelement.
  • Der Metallschaft weist eine Form eines hohlen Zylinders auf, der mit Druckeinführungslöchern versehen ist, in die ein Druckmedium eingeführt wird, und weist eine Membran auf, die an einem Ende der hohlen zylindrischen Form vorgesehen ist, um eines der Druckeinführungslöcher zu schließen. Die Membran wird durch den Druck des Druckmediums gedehnt, das in die Druckeinführungslöcher eingeführt wird.
  • Das Bondglas ist auf der Seite eines Endes des Metallschafts entgegengesetzt zum Druckeinführungsloch in der Membran vorgesehen. Das Sensorelement ist an die Membran über das Bondglas gebondet und gibt ein Sensorsignal gemäß der Dehnung der Membran aus. Der in PTL 2 beschriebene Drucksensor ist durch die folgende Konfiguration gekennzeichnet.
  • Der Metallschaft weist einen konvexen Abschnitt auf, der an einem Ende des Metallschafts so vorgesehen ist, dass er von einer Referenzoberfläche vorsteht, an der das Bondglas in der Membran angeordnet ist. Der konvexe Abschnitt ist um das Bondglas an einem Ende des Metallschafts angeordnet. Eine Höhe des konvexen Abschnitts ist mindestens 20 % größer als eine Dicke des Bondglases mit der Referenzoberfläche als Referenz.
  • PTL 2 beschreibt, dass die obige Konfiguration übernommen wird, so dass eine Position des Bondglases in Bezug auf die Membran durch den konvexen Abschnitt reguliert wird, eine Positionsabweichung des Bondglases in Bezug auf die Membran verhindert werden kann und eine Positionsabweichung des Sensorelements in Bezug auf die Membran des Metallschafts verhindert werden kann.
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: WO 2015/098324
    • PTL 2: JP 2014-235106 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In der Druckmessvorrichtung, die in PTL 1 beschrieben ist, wird eine Glaspaste als Grundbasis auf die Membran aufgebracht und eine Glasplatte wird als obere Basis auf der Grundbasis montiert und gesintert, wodurch eine Basis ausgebildet wird, die aus zweilagigen spröden Materialien besteht (siehe dieselbe Literatur, Absatz 0039, usw.). Wenn die Glaspaste verwendet wird, besteht insofern ein Problem, als es erforderlich ist, die Viskosität zu managen, und eine Vorverarbeitung wie z. B. Vorbrennen erforderlich ist. Da die Glaspaste im Allgemeinen durch Drucken wie z. B. Siebdrucken aufgebracht wird, besteht außerdem insofern ein Problem, als es schwierig ist, die Glaspaste auf einen anderen Abschnitt als eine flache Oberfläche aufzubringen.
  • Andererseits beschreibt PTL 2, dass ein festes Tafelglas, das mit granulärem Glas ausgebildet ist, auf einer Referenzoberfläche angeordnet wird, ein Sensorelement auf dem Tafelglas angeordnet wird, das Tafelglas gebrannt wird, um Bondglas zu bilden, und das Sensorelement an die Membran über das Bondglas gebondet wird (siehe gleiche Literatur, Absätze 0013 und 0014 usw.). Folglich ist es nicht erforderlich, das Drucken durchzuführen, und das Sensorelement kann am anderen Abschnitt als der flachen Oberfläche befestigt werden.
  • In PTL 2 wird beispielsweise Glas mit niedrigem Schmelzpunkt, das bei 430 °C gebrannt werden kann, als Tafelglas verwendet (siehe gleiche Literatur, Absatz 0037). Im Allgemeinen ist Glas, das eine große Menge an Blei, Wismut oder Vanadium enthält, als Glas mit niedrigem Schmelzpunkt bekannt. In der herkömmlichen Messvorrichtung für eine physikalische Größe bestehen jedoch, wenn das Glas mit niedrigem Schmelzpunkt als Bondschicht zum Bonden der Basis wie z. B. der Membran und des Halbleiterchips verwendet wird, um eine physikalische Größe wie z. B. einen Druck zu messen, der auf die Basis wirkt, die folgenden Probleme.
  • Wenn beispielsweise Glas, das eine große Menge an Wismut enthält, als Bondschicht verwendet wird, wird eine Bondtemperatur höher als jene von Glas, das eine große Menge an Blei oder Vanadium enthält, was sich nachteilig auf eine Operation des Halbleiterchips auswirken kann. Wenn Glas, das eine große Menge an Blei enthält, als Bondschicht verwendet wird, kann außerdem ein Umweltproblem wie z. B. die RoHS-Richtlinie auftreten. Wenn Glas, das eine große Menge an Vanadium enthält, als Bondschicht verwendet wird, weist außerdem die Bondschicht elektrische Leitfähigkeit auf, die Isolation zwischen dem Halbleiterchip und der Basis wird unzureichend und Rauschen kann zunehmen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Probleme durchgeführt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe, die in der Lage ist, die Bondzuverlässigkeit zwischen einer Basis und einem Halbleiterchip und die Zuverlässigkeit einer Operation des Halbleiterchips zu verbessern, ein Verfahren zur Herstellung derselben und ein Messelement für eine physikalische Größe zu schaffen.
  • Lösung für das Problem
  • Um die obige Aufgabe zu lösen, ist eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden Erfindung eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe, die eine Basis, einen Halbleiterchip, um eine physikalische Größe auf der Basis einer Belastung zu messen, die auf die Basis wirkt, und eine Bondschicht, um den Halbleiterchip an die Basis zu bonden, umfasst. Die Bondschicht weist eine erste Bondschicht, die an den Halbleiterchip gebondet ist, eine zweite Bondschicht, die an die Basis gebondet ist, und ein Isolationsbasismaterial, das zwischen der ersten Bondschicht und der zweiten Bondschicht angeordnet ist, auf, die erste und die zweite Bondschicht enthalten Glas, ein Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht ist gleich oder niedriger als ein Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht, ein Erweichungspunkt der ersten Bondschicht ist gleich oder niedriger als eine Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips und ein Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht ist gleich oder niedriger als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe, die in der Lage ist, die Bondzuverlässigkeit zwischen einer Basis und einem Halbleiterchip und die Zuverlässigkeit einer Operation des Halbleiterchips zu verbessern, ein Verfahren zur Herstellung derselben und ein Messelement für eine physikalische Größe geschaffen werden.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Messvorrichtung für eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • [2] 2 ist ein Schaltplan der Messvorrichtung für eine physikalische Größe, die in 1 gezeigt ist.
    • [3] 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Umgebung einer Bondschicht der Messvorrichtung für eine physikalische Größe, die in 1 gezeigt ist.
    • [4] 4 ist ein Graph, der ein Beispiel einer repräsentativen DTA-Kurve von Glas zeigt.
    • [5] 5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der Messvorrichtung für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • [6] 6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Modifikation des Verfahrens zur Herstellung der Messvorrichtung für eine physikalische Größe, die in 5 gezeigt ist, zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachstehend werden Ausführungsformen einer Messvorrichtung für eine physikalische Größe und eines Messelements für eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • (Messvorrichtung für eine physikalische Größe und Messelement für eine physikalische Größe)
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe und eines Messelements 100 für eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die in 1 gezeigte Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe ist beispielsweise eine Druckmessvorrichtung, die an einem Fahrzeug montiert ist und einen Druck wie z. B. einen Kraftmaschinenkraftstoffdruck, einen hydraulischen Bremsdruck und verschiedene Gasdrücke als physikalische Größe misst. Das heißt, die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform umfasst ein Druckmesselement zum Messen eines Drucks als Messelement 100 für eine physikalische Größe. Die Messvorrichtung für eine physikalische Größe und das Messelement für eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die Druckmessvorrichtung und das Druckmesselement begrenzt und umfassen verschiedene Vorrichtungen und Elemente zum Messen einer physikalischen Größe wie beispielsweise einer Masse, einer Beschleunigung, einer Kraft und eines Drucks auf der Basis der auf eine Basis wirkenden Belastung.
  • Die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform umfasst beispielsweise ein Metallgehäuse 10, ein Dehnungsdetektionselement 30, das am Metallgehäuse 10 über eine Bondschicht 20 befestigt ist, ein Substrat 40, das mit dem Dehnungsdetektionselement 30 verbunden ist, eine Abdeckung 50, die das Substrat 40 und das Dehnungsdetektionselement 30 abdeckt, und ein Verbindungselement 60, das an der Abdeckung 50 befestigt ist, wie in 1 gezeigt. Das Messelement 100 für eine physikalische Größe, das in der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, umfasst die Bondschicht 20 und das Dehnungsdetektionselement 30.
  • Das Metallgehäuse 10 umfasst einen hohlen zylindrischen Druckkanal 11 und einen Flanschabschnitt 12, der in einer radialen Richtung vom äußeren Umfang des Druckkanals 11 vorsteht. Ein Ende des Druckkanals 11 in einer axialen Richtung ist ein Druckeinführungsabschnitt 13, der durch einen Druckeinführungskanal 13a geöffnet ist, und das andere Ende in der axialen Richtung ist durch eine Endwand 14 geschlossen. Eine äußere Umfangsoberfläche des Druckkanals 11 zwischen dem Flanschabschnitt 12 und dem Druckeinführungskanal 13a ist mit einem Schraubengewinde 15 versehen, das die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe an einem Rohr oder dergleichen befestigt und fixiert, durch das ein Fluid eines Messziels, um eine physikalische Größe wie z. B. einen Druck zu messen, strömt.
  • In der Endwand 14 des Druckkanals 11 ist beispielsweise ein rechteckiger vertiefter Abschnitt 14a in einem zentralen Abschnitt einer Innenwandoberfläche ausgebildet und eine rechteckige Membran 14b ist in einem unteren Abschnitt des vertieften Abschnitts 14a ausgebildet. Die Membran 14b ist ein dünner Abschnitt, der im unteren Abschnitt des vertieften Abschnitts 14a der Endwand 14 vorgesehen ist, und wird durch den Druck des Fluids verformt, der in den Druckkanal 11 eingeführt wird, und verursacht eine Dehnungsdifferenz einer X-Richtung und einer Y-Richtung, die zueinander orthogonal sind. Das Dehnungsdetektionselement 30 ist an einen Abschnitt der Außenwandoberfläche der Endwand 14, der der Membran 14b entspricht, über die Bondschicht 20 gebondet.
  • Der Flanschabschnitt 12 ist beispielsweise ein kreisförmiger plattenartiger Abschnitt, der mit der äußeren Umfangsoberfläche des Druckkanals 11 verbunden ist und in der radialen Richtung des Druckkanals 11 vorsteht. Ein Umfangskantenabschnitt des Flanschabschnitts 12 ist an ein unteres Ende der Abdeckung 50 durch Schweißen gebondet, um einen Raum zum Aufnehmen des Dehnungsdetektionselements 30 und des Substrats 40 mit der Abdeckung 50 und dem Verbindungselement 60 zu bilden.
  • Das Dehnungsdetektionselement 30 ist an im Wesentlichen einen zentralen Abschnitt der Außenwandoberfläche der Endwand 14 des Druckkanals 11 als Sensormontageoberfläche gebondet. Das Dehnungsdetektionselement 30 ist ein Halbleiterchip mit einer oder mehreren Dehnungswiderstandsbrücken, um ein elektrisches Signal gemäß der Verformung der Membran 14b des Metallgehäuses 10, das heißt der Dehnung an einem Siliziumchip, auszugeben.
  • Das heißt, in der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform ist die Endwand 14 des Druckkanals 11 des Metallgehäuses 10 eine Basis, um das Dehnungsdetektionselement 30 an den Halbleiterchip über die Bondschicht 20 zu bonden. Mit anderen Worten, die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe und das Messelement 100 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform detektieren die Dehnung der Membran 14b, die als Basis funktioniert, durch das Dehnungsdetektionselement 30, das als Halbleiterchip funktioniert, und messen den Druck als physikalische Größe des Fluids, das in den Druckkanal 11 eingeführt wird, auf der Basis der Belastung, die auf die Membran 14b wirkt, die als Basis funktioniert.
  • Die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe und das Messelement 100 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform sind durch die Bondschicht 20 zum Bonden des Dehnungsdetektionselements 30 als Halbleiterchip an die Endwand 14 als Basis gekennzeichnet. Details der Bondschicht 20 werden später beschrieben.
  • Das Substrat 40 ist an einem Abschnitt der Endwand 14 des Druckkanals 11 des Metallgehäuses 10, ausschließlich des zentralen Abschnitts der Außenwandoberfläche, befestigt und ist mit dem Dehnungsdetektionselement 30, das am zentralen Abschnitt der Außenwandoberfläche über die Bondschicht 20 befestigt ist, mittels Drahtbonden verbunden. Am Substrat 40 sind beispielsweise ein Verstärker zum Verstärken jedes Detektionssignals, das aus dem Dehnungsdetektionselement 30 ausgegeben wird, ein A/D-Umsetzer zum Umsetzen eines analogen Ausgangssignals des Verstärkers in ein digitales Signal, eine Digitalsignaloperationsverarbeitungsschaltung zum Durchführen einer später zu beschreibenden Korrekturoperation auf der Basis des digitalen Signals, ein Speicher, der verschiedene Daten speichert, ein Kondensator und dergleichen montiert.
  • Die Abdeckung 50 ist ein zylindrisches Element, das im Wesentlichen kreisförmige Öffnungen an einem Ende und am anderen Ende in der axialen Richtung aufweist und eine äußere Form eines Zwischenabschnitts in der axialen Richtung als Sechskantschraubenform aufweist. Eine Öffnungskante eines unteren Endes der Abdeckung 50 ist radial nach außen gebogen, steht mit einer oberen Oberfläche des äußeren Kantenabschnitts des Flanschabschnitts 12 des Metallgehäuses 10 in Kontakt und ist an den äußeren Kantenabschnitt des Flanschabschnitts 12 durch Schweißen gebondet. Eine Öffnungskante eines oberen Endes der Abdeckung 50 ist radial einwärts verklebt und ist an einem Teil des Verbindungselements 60 befestigt, der in die Abdeckung 50 von der Öffnung des oberen Endes der Abdeckung 50 eingesetzt ist.
  • Das Verbindungselement 60 besteht aus beispielsweise einem Harz, ist durch Einsatzformen integriert und weist nadelartige Metallanschlüsse 61 auf, die mit dem Substrat verbunden sind. Das Verbindungselement 60 weist beispielsweise drei Anschlüsse 61 für eine Leistungsversorgung, eine Masse und einen Signalausgang auf. Die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe ist derart verbunden, dass das Verbindungselement 60 mit einem Endverbindungselement einer Verdrahtungsleitung verbunden ist, die in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, um ein Signal der gemessenen physikalischen Größe an die elektronische Steuereinheit (ECU) eines Fahrzeugs auszugeben.
  • 2 ist ein Schaltplan der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe, die in 1 gezeigt ist.
  • Das Dehnungsdetektionselement 30 umfasst beispielsweise mehrere Dehnungswiderstandsbrücken 31, 32 und 33. Das Substrat 40 umfasst beispielsweise mehrere Verstärker 41, 42 und 43, um Ausgangssignale der jeweiligen Dehnungswiderstandsbrücken 31, 32 und 33 zu verstärken, Analog/Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer) 44, 45 und 46, um eine A/D-Umsetzung an Ausgängen der Verstärker 41, 42 und 43 durchzuführen, einen Digitalsignalprozessor (DSP) 47, der als Digitalsignaloperationsverarbeitungsschaltung funktioniert, und einen nichtflüchtigen Speicher 48.
  • Jede der Dehnungswiderstandsbrücken 31, 32 und 33 ist durch Brückenverbindung eines Dehnungsmessstreifens konfiguriert, der gemäß der Verformung der Membran 14b der Endwand 14 des Metallgehäuses 10 als Basis gedehnt wird und von dem sich ein Widerstandswert ändert. Die Ausgangssignale der Dehnungswiderstandsbrücken 31, 32 und 33, das heißt Brückensignale auf der Basis der Belastung, die auf die Membran 14b aufgrund des Drucks wirkt, der in den Druckkanal 11 eingeführt wird, werden durch die Verstärker 41, 42 und 43 verstärkt und werden durch die A/D-Umsetzer 44, 45 und 46 in digitale Signale umgesetzt. Leistung wird von einer Spannungsquelle E zu den Dehnungswiderstandsbrücken 31, 32 und 33 über die Anschlüsse 61 des Verbindungselements 60 zugeführt.
  • Der DSP 47 korrigiert ein Ausgangssignal auf der Basis der Ausgangssignale der Dehnungswiderstandsbrücken 31, 32 und 33, die aus den A/D-Umsetzern 44, 45 und 46 ausgegeben werden, und gibt eine physikalische Größe auf der Basis des korrigierten Ausgangssignals als Messwert der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe und des Messelements 100 für eine physikalische Größe aus. Insbesondere wird beispielsweise eine Operationsverarbeitung zum Korrigieren des Ausgangssignals einer Dehnungswiderstandsbrücke 31 durch die Ausgangssignale der anderen Dehnungswiderstandsbrücken 32 und 33 durchgeführt und ein Druckwert auf der Basis des korrigierten Ausgangssignals wird als Messwert ausgegeben. Die Korrekturoperation kann durch eine analoge Schaltung anstelle des DSP 47 durchgeführt werden.
  • Der DSP 47 ist nicht auf die vorstehend beschriebene Korrekturoperationsverarbeitung begrenzt und führt einen Vergleich der Ausgangswerte der mehreren Dehnungswiderstandsbrücken 31, 32 und 33 oder einen Vergleich der Ausgangswerte der Dehnungswiderstandsbrücken 31, 32 und 33 und eines Ausgangswerts in einem vorgeschriebenen Druckwert, der vorher im nichtflüchtigen Speicher 48 gespeichert wird, durch und bestimmt eine Verschlechterung einer Messzieleinrichtung oder des Dehnungsdetektionselements 30. Der DSP 47 führt auch eine Verarbeitung wie z. B. Ausgeben eines Fehlersignals beispielsweise zur Zeit der Bestimmung der Verschlechterung der Messzieleinrichtung oder des Dehnungsdetektionselements 30 durch. Ein Signal wird aus dem DSP 47 über den Anschluss 61 des Verbindungselements 60 ausgegeben.
  • Wenn im nichtflüchtigen Speicher 48 beispielsweise ein Fluid mit einem bekannten Druck in den Druckkanal 11 eingeführt wird, werden die Ausgangswerte der Dehnungswiderstandsbrücken 31, 32 und 33 vorher gespeichert. Der nichtflüchtige Speicher 48 kann an einem Schaltungschip montiert sein, der von anderen Schaltungskomponenten verschieden ist.
  • Nachstehend wird die Bondschicht 20, die ein charakteristischer Abschnitt der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe und des Messelements 100 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform ist, im Einzelnen beschrieben.
  • 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Umgebung der Bondschicht 20 der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe und des Messelements 100 für eine physikalische Größe, die in 1 gezeigt sind.
  • Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform die Endwand 14 des Metallgehäuse 10 als Basis, das Dehnungsdetektionselement 30 als Halbleiterchip, um eine physikalische Größe auf der Basis der Belastung zu messen, die auf die Basis wirkt, und die Bondschicht 20, um den Halbleiterchip an die Basis zu bonden. Ebenso umfasst das Messelement 100 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform das Dehnungsdetektionselement 30 als Halbleiterchip, um eine physikalische Größe auf der Basis der Belastung zu messen, die auf die Basis wirkt, und die Bondschicht 20, um den Halbleiterchip an die Basis zu bonden.
  • Die Bondschicht 20 weist eine erste Bondschicht 21, die an das Dehnungsdetektionselement 30 als Halbleiterchip gebondet ist, eine zweite Bondschicht 22, die an die Endwand 14 des Metallgehäuses 10 als Basis gebondet ist, und ein Isolationsbasismaterial 23, das zwischen der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 angeordnet ist, auf. Die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe und das Messelement 100 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform sind dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bondschicht 21 und die zweite Bondschicht 22 Glas enthalten, ein Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht 21 gleich oder niedriger als ein Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht 22 ist, ein Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21 gleich oder niedriger ist als eine Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips und ein Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22 gleich oder niedriger ist als ein Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21.
  • Als Material des Metallgehäuses 10 kann hier beispielsweise Edelstahl wie z. B. SUS630 oder SUS430 übernommen werden, da Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit, um einem hohen Druck standzuhalten, erforderlich sind, einschließlich der Endwand 14, die als Basis funktioniert. Als Material des Dehnungsdetektionselements 30, das als Halbleiterchip funktioniert, kann beispielsweise Silizium verwendet werden. Ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Siliziums ist beispielsweise 37 × 10-7/°C und ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Edelstahls ist beispielsweise 113 × 10-7/°C. Daher wird ein Bondausfall aufgrund einer Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zu einem Problem zwischen der Endwand 14 des Metallgehäuses 10, die als Basis funktioniert, und dem Dehnungsdetektionselement 30, das als Halbleiterchip funktioniert. Hier ist der Wärmeausdehnungskoeffizient ein Wärmeausdehnungskoeffizient in einem Temperaturbereich von 50 °C bis 250 °C.
  • Wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des Dehnungsdetektionselements 30 als Halbleiterchip auf α1 gesetzt wird, ein Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht 21 auf α2 gesetzt wird, ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Isolationsbasismaterials 23 auf α3 gesetzt wird, ein Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht auf α4 gesetzt wird und ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Metallgehäuses 10, das als Basis funktioniert, auf α5 gesetzt wird, wird daher vorzugsweise eine Beziehung von α1<α2<α3<α4<α5 erfüllt. Mit anderen Worten, der Wärmeausdehnungskoeffizient der Bondschicht 20 wird vorzugsweise auf einen Wert zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleiterchips und der Basis, die über die Bondschicht 20 gebondet werden sollen, gesetzt und der Wärmeausdehnungskoeffizient der Bondschicht 20 nimmt von der Seite der Basis mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten zur Seite des Halbleiterchips mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten allmählich ab. Folglich wird der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht 21 gleich oder niedriger als der Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht 22, die thermische Belastung aufgrund einer Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Endwand 14 des Metallgehäuses 10, die als Basis funktioniert, und dem Dehnungsdetektionselement 30, das als Halbleiterchip funktioniert, kann effizient gemildert werden, ein Bondausfall zwischen der Basis und dem Halbleiterchip kann unterdrückt werden und die Stabilität und Zuverlässigkeit des Bondens können verbessert werden.
  • Nachstehend wird eine Zusammensetzung des Glases, das in der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 enthalten ist, veranschaulicht.
  • Als Zusammensetzung des Glases, das in der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 enthalten ist, kann beispielsweise eine Glaszusammensetzung, die V2O5 und TeO2 als Hauptkomponenten enthält, oder eine Glaszusammensetzung, die PbO als Hauptkomponente enthält, verwendet werden. Das heißt, das in der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 enthaltene Glas kann Vanadium (V) enthalten. Hier bedeutet die Hauptkomponente der Glaszusammensetzung eine Komponente mit dem größten Gehalt hinsichtlich Oxiden.
  • Die erste Bondschicht 21 und die zweite Bondschicht 22 enthalten Vanadium, so dass das in der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 enthaltene Glas durch Glas mit niedrigem Schmelzpunkt mit einem Schmelzpunkt von 400 °C oder weniger mit einer unverbleiten Glaszusammensetzung aus der Umweltbetrachtung konfiguriert sein kann. Folglich werden die Erweichungspunkte der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 auf eine Temperatur gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Dehnungsdetektionselements 30 als Halbleiterchip gesetzt, so dass das Dehnungsdetektionselement 30 an die Endwand 14 des Metallgehäuses 10 als Basis über die Bondschicht 20 gebondet werden kann. Hier umfasst die unverbleite Glaszusammensetzung eine Zusammensetzung, die eine verbotene Substanz in der RoHS-Richtlinie (Richtlinie zur Einschränkung von gefährlichen Substanzen) innerhalb eines Bereichs eines regulierten Werts oder weniger enthält. Außerdem ist die Wärmebeständigkeitstemperatur des Dehnungsdetektionselements 30, das heißt des Halbleiterchips, beispielsweise 430 °C oder weniger.
  • Das in der ersten Bondschicht 21 enthaltene Glas kann beispielsweise V2O5 mit 40 bis 50 Gew.-%, TeO2 mit 20 bis 30 Gew.-%, P2O5 mit 5,8 bis 15 Gew.-%, Fe2O3 mit 0 bis 15 Gew.-%, WO3 mit 0 bis 10 Gew.-% und ZnO mit 0 bis 10 Gew.-% hinsichtlich Oxiden enthalten. Außerdem enthält das Glas vorzugsweise Fe2O3 mit 10 Gew.-% oder mehr. Indem es Fe2O3 mit 10 Gew.-% oder mehr enthält, ist es möglich, einen Erweichungspunkt des Glases zu senken, während ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Glases gesenkt wird, das V2O5 als Hauptkomponente enthält. Indem es Fe2O3 mit 10 Gew.-% oder mehr enthält, wird die Glaszusammensetzung leicht kristallisiert. WO3 ist jedoch innerhalb eines Bereichs von 0 bis 10 Gew.-% enthalten, so dass die Kristallisation unterdrückt werden kann. ZnO wird außerdem zugegeben, so dass die Haftung an Glas auf SiO2-Basis verbessert werden kann.
  • Das in der zweiten Bondschicht 22 enthaltene Glas kann V2O5 mit 37,2 bis 50 Gew.-%, TeO2 mit 20 bis 30 Gew.-%, P2O5 mit 0 bis 15 Gew.-%, Fe2O3 mit 0 bis 15 Gew.-%, WO3 mit 0 bis 10 Gew.-%, BaO mit 0 bis 26 Gew.-% und ZnO mit 0 bis 10 Gew.-% hinsichtlich Oxiden enthalten. Außerdem kann das Glas Alkalimetalloxide wie z. B. K2O und CS2O als andere Komponenten innerhalb eines Bereichs von 0 bis 5 Gew.-% enthalten. Die erste Bondschicht 21 und die zweite Bondschicht 22 können beispielsweise unter Verwendung von Glaspaste ausgebildet werden.
  • 4 ist ein Graph, der ein Beispiel einer repräsentativen DTA-Kurve von Glas zeigt.
  • Charakteristische Temperaturen, wie z. B. eine Glasübergangstemperatur Tg, eine Dehngrenze Td, ein Erweichungspunkt Ts und eine Kristallisationstemperatur Tc des in der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 enthaltenen Glases, können beispielsweise durch Differentialthermoanalyse (DTA) erhalten werden. Wie in 4 gezeigt, ist beispielsweise der Erweichungspunkt Ts des Glases eine zweite Wärmeabsorptionsspitze in der DTA-Kurve.
  • Die erste Bondschicht 21 und die zweite Bondschicht 22 können beispielsweise ein Füllmaterial mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Glas, das in der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 enthalten ist, enthalten. In diesem Fall wird ein Gehalt des Füllmaterials der ersten Bondschicht 21 höher gesetzt als ein Gehalt des Füllmaterials der zweiten Bondschicht 22. Folglich kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht 21, die an das Dehnungsdetektionselement 30 gebondet ist, das als Halbleiterchip funktioniert, niedriger festgelegt werden als der Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht 22, die an das Metallgehäuse 10 gebondet ist, das als Basis funktioniert.
  • Als Füllmaterial kann beispielsweise Zirkon, Zirkondioxid, Quarzglas, β-Spodumen, Cordierit, Mullit, β-Eukryptit, β-Quarz, Zirkoniumphosphat, Zirkoniumphosphatwolframat (ZWP), Zirkoniumwolframat, eine feste Lösung dieser Materialien oder dergleichen verwendet werden oder eine oder zwei oder mehr Arten dieser Materialien können kombiniert und verwendet werden.
  • Der Gehalt des Füllmaterials in der ersten Bondschicht 21 ist beispielsweise 30 Vol.-% bis 40 Vol.-%, bevorzugter 35 Vol.-% bis 40 Vol.-%. Außerdem ist der Gehalt des Füllmaterials in der zweiten Bondschicht 22 nicht speziell begrenzt, solange er kleiner ist als der Gehalt des Füllmaterials in der ersten Bondschicht 21. Folglich können die Wärmeausdehnungskoeffizienten der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 auf Wärmeausdehnungskoeffizienten eingestellt werden, die zum Bonden des Halbleiterchips und der Basis mit einer großen Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten geeignet sind, wie vorstehend beschrieben.
  • Der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht 21 kann beispielsweise auf 42 × 10-7/°C bis 62 × 10-7/°C, bevorzugter 42 × 10-7/°C bis 50 × 10-7/°C eingestellt werden. Folglich kann die Bondschicht 20, die in einem Bondzustand und einer Bondzuverlässigkeit mit dem Halbleiterchip ausgezeichnet ist, erhalten werden und eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe mit einer hohen Messgenauigkeit kann geschaffen werden.
  • Der Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht 22 kann beispielsweise auf 42 × 10-7/°C bis 113 × 10-7/°C, bevorzugter 67 × 10-7/°C bis 102 × 10-7/°C eingestellt werden. Folglich kann die Bondschicht 20, die in einem Bondzustand und einer Bondzuverlässigkeit mit der Basis ausgezeichnet ist, erhalten werden und eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe mit hoher Messgenauigkeit kann geschaffen werden.
  • Das Isolationsbasismaterial 23 ist nicht speziell begrenzt, solange es ein Material mit einer elektrischen Isolationseigenschaft ist. Als Isolationsbasismaterial 23 kann jedoch beispielsweise ein allgemeines Material mit hoher Beständigkeit wie z. B. Glas, Silizium und Aluminiumoxid verwendet werden. Das als Isolationsbasismaterial 23 verwendete Glas ist beispielsweise hochbeständiges Glas, das SiO2 als Hauptkomponente enthält. Der spezifische Volumenwiderstand des Isolationsbasismaterials 23 ist vorzugsweise beispielsweise 1010 Ωcm oder mehr.
  • Die Bondschicht 20 weist das Isolationsbasismaterial 23 mit der Isolationseigenschaft auf, um elektrisches Rauschen vom Metallgehäuse 10 als Basis der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe zum Dehnungsdetektionselement 30 als Halbleiterchip zu blockieren, und Rauschen, das in der Ausgabe des Dehnungsdetektionselements 30 enthalten ist, kann unterdrückt werden. Außerdem ist das Isolationsbasismaterial 23 vorzugsweise aufgrund der Regulierung in der RoHS-Richtlinie unverbleit.
  • Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Isolationsbasismaterials 23 ist beispielsweise 38 × 10-7/°C bis 100 × 10-7/°C. Dadurch kann die Bondzuverlässigkeit zwischen dem Isolationsbasismaterial 23 und der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 verbessert werden. Aus einer Beziehung mit den Wärmeausdehnungskoeffizienten der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 ist jedoch der Wärmeausdehnungskoeffizient des Isolationsbasismaterials 23 vorzugsweise 66 × 10-7/°C bis 84 × 10-7/°C.
  • Wenn eine Dicke des Isolationsbasismaterials 23 beispielsweise 5 µm bis 500 µm ist, können außerdem das Sicherstellen der Isolationszuverlässigkeit und das Unterdrücken von Rauschen verwirklicht werden. Vom Blickpunkt der Verbesserung der Isolationszuverlässigkeit, einer weiteren Unterdrückung von Rauschen und einer Verdünnung der Isolationsschicht ist jedoch die Dicke des Isolationsbasismaterials 23 vorzugsweise 20 µm bis 100 µm.
  • Außerdem weist jede der Endwand 14 des Metallgehäuses 10 als Basis und des Dehnungsdetektionselements 30 als Halbleiterchip vorzugsweise einen Metallfilm, der mindestens eines enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Ni, Ti und Mo besteht, auf einer Oberfläche auf, an die die Bondschicht 20 gebondet ist. An sich wird durch Durchführen einer Metallisierungsbehandlung zum Ausbilden des Metallfilms, der das Metallelement enthält, auf der Oberfläche, an die die Bondschicht 20 gebondet wird, eine Verbindung zwischen dem Glas und dem Metallfilm gebildet, der in der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 enthalten ist, und die Bondstabilität zwischen dem Halbleiterchip und der Basis und der Bondschicht 20 kann verbessert werden. Ein Verfahren zum Ausbilden des Metallfilms auf der Oberfläche, an die die Bondschicht 20 gebondet wird, durch Durchführen der Metallisierungsbehandlung ist nicht speziell begrenzt. Ein Plattierungsverfahren, ein Sputterverfahren oder ein Verdampfungsverfahren kann beispielsweise verwendet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform die Endwand 14 des Metallgehäuses 10 als Basis, das Dehnungsdetektionselement 30 als Halbleiterchip, um die physikalische Größe auf der Basis der Belastung zu messen, die auf die Basis wirkt, und die Bondschicht 20, um den Halbleiterchip an die Basis zu bonden. Ebenso umfasst das Messelement 100 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform das Dehnungsdetektionselement 30 als Halbleiterchip, um eine physikalische Größe auf der Basis der Belastung zu messen, die auf die Basis wirkt, und die Bondschicht 20, um den Halbleiterchip an die Basis zu bonden.
  • In der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe und dem Messelement 100 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform weist die Bondschicht 20 die erste Bondschicht 21, die an das Dehnungsdetektionselement 30 als Halbleiterchip gebondet ist, die zweite Bondschicht 22, die an die Endwand 14 des Metallgehäuses 10 als Basis gebondet ist, und das Isolationsbasismaterial 23, das zwischen der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 angeordnet ist, auf. Außerdem enthalten die erste Bondschicht 21 und die zweite Bondschicht 22 das Glas, der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht 21 ist gleich oder niedriger als der Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht 22, der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21 ist gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips und der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22 ist gleich oder niedriger als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21.
  • An sich, da der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht 21 gleich oder niedriger ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht 22, so dass die Belastung aufgrund der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Basis, die aus einem Metall besteht, und dem Halbleiterchip, der aus Silizium besteht, gemildert werden kann und die Bondzuverlässigkeit zwischen der Basis und dem Halbleiterchip verbessert werden kann. Außerdem ist der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21 gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips und der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22 ist gleich oder niedriger als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21, so dass die Bondtemperatur der Bondschicht 20 auf eine Temperatur gesenkt werden kann, die sich nicht auf die Operation des Halbleiterchips auswirkt. Selbst wenn die erste Bondschicht 21 und die zweite Bondschicht 22 Leitfähigkeit aufweisen, wird die Isolationseigenschaft des Halbleiterchips und der Basis durch das Isolationsbasismaterial 23 sichergestellt und Rauschen in Bezug auf den Eingang und Ausgang des Halbleiterchips kann verringert werden.
  • Da der Halbleiterchip an die Basis unter Verwendung der Bondschicht 20 als Feststoff gebondet werden kann, ist es außerdem nicht erforderlich, ein Druckverfahren zu verwenden, wenn der Halbleiterchip an die Basis gebondet wird, Einschränkungsbedingungen in der Basis als Montageoberfläche des Halbleiterchips werden gelockert und die Bondzuverlässigkeit kann verbessert werden. Wenn der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22 beispielsweise um 7 °C oder mehr niedriger ist als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21, ist es ferner möglich, die Verzerrung der Bondschicht 20 zu verringern und die Bondzuverlässigkeit zu verbessern.
  • Wie vorstehend beschrieben, können gemäß dieser Ausführungsform die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe und das Messelement 100 für eine physikalische Größe, die die Bondzuverlässigkeit zwischen der Basis und dem Halbleiterchip und die Zuverlässigkeit einer Operation des Halbleiterchips verbessern können, geschaffen werden.
  • (Verfahren zur Herstellung einer Messvorrichtung für eine physikalische Größe)
  • Als nächstes wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Messvorrichtung für eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, zeigt. Das Verfahren zur Herstellung der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform weist beispielsweise einen Herstellungsschritt S1 zur Herstellung von Komponenten, einen Anordnungsschritt S2 zum Anordnen der Bondschicht 20, einen Bondschritt S3 zum Bonden des Dehnungsdetektionselements 30 als Halbleiterchip an das Metallgehäuse 10 als Basis durch die Bondschicht 20 und einen Zusammenfügungsschritt S4 zum Zusammenfügen der Komponenten auf.
  • Im Herstellungsschritt S1 werden beispielsweise die Komponenten, die die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe konfigurieren, wie z. B. das Metallgehäuse 10, die Bondschicht 20, das Dehnungsdetektionselement 30, das Substrat 40, die Abdeckung 50 und das Verbindungselement 60, hergestellt. Die anderen Komponenten als die Bondschicht 20 können in derselben Weise wie im herkömmlichen Fall hergestellt werden. Die Bondschicht 20 kann durch Aufbringen von Glaspaste zum Ausbilden der ersten Bondschicht 21 und der zweiten Bondschicht 22 auf das Isolationsbasismaterial 23 und Brennen der Glaspaste hergestellt werden.
  • Insbesondere um die Bondschicht 20 herzustellen, nachdem die Glaspaste zum Ausbilden der ersten Bondschicht 21 auf eine Oberfläche des Isolationsbasismaterials 23 aufgebracht und getrocknet ist, wird die Glaspaste zum Ausbilden der zweiten Bondschicht 22 auf die andere Oberfläche des Isolationsbasismaterials 23 aufgebracht und getrocknet. Als Glaspaste kann beispielsweise ein Ergebnis, das durch Kneten von Glaspulver, eines Füllmaterials, eines Lösungsmittels und eines Bindemittels erhalten wird, verwendet werden.
  • Das für die Glaspaste verwendete Glas kann durch Füllen eines Rohmaterials, das durch Vermengen und Mischen von Oxiden erhalten wird, die der Zusammensetzung des Glases entsprechen, in einen Platintiegel, Erhitzen desselben auf 800 bis 1100 °C mit einer Temperaturanstiegsrate von 5 bis 10 °C/min in einem elektrischen Ofen und Halten der Temperatur über mehrere Stunden hergestellt werden. Während das Rohmaterial erhitzt wird und die Temperatur aufrechterhalten wird, ist es erwünscht, Rühren für gleichmäßiges Glas durchzuführen. Wenn der Tiegel aus dem elektrischen Ofen entnommen wird und das Glas aus dem Tiegel entnommen wird, ist es, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit an eine Glasoberfläche adsorbiert wird, erwünscht, das Glas in eine Graphitform oder eine Edelstahlplatte zu gießen, die vorher auf etwa 100 bis 150 °C erhitzt wurde.
  • Als Lösungsmittel, das für die Glaspaste verwendet wird, kann beispielsweise Butylcarbitolacetat oder α-Teripineol verwendet werden. Als Bindemittel, das für die Glaspaste verwendet wird, kann beispielsweise Ethylcellulose, Nitrocellulose oder dergleichen verwendet werden.
  • Als nächstes werden eine Bindemittelbeseitigungsbehandlung und ein Vorbrennen der auf beide Oberflächen des Isolationsbasismaterials 23 aufgebrachten Glaspaste durchgeführt und die Glaspaste wird in eine gewünschte Größe geschnitten, so dass die Bondschicht 20, in der die erste Bondschicht 21 und die zweite Bondschicht 22 vorgebrannt wurden, erhalten werden kann. Durch das obige Herstellungsverfahren kann eine Massenproduktion der Bondschicht 20 durchgeführt werden und die Herstellungskosten können verringert werden.
  • Im Herstellungsschritt S1 können die Bindemittelbeseitigungsbehandlung und das Vorbrennen der auf das Isolationsbasismaterial 23 aufgebrachten Glaspaste weggelassen werden. In diesem Fall werden im später zu beschreibenden Bondschritt S3 die Bindemittelbeseitigungsbehandlung, das Vorbrennen und das Hauptbrennen der auf das Isolationsbasismaterial 23 aufgebrachten Glaspaste durchgeführt, so dass die erste Bondschicht 21 und die zweite Bondschicht 22 ausgebildet werden können.
  • Im Anordnungsschritt S2 wird zuerst ein zweiter Anordnungsschritt S22 zum Anordnen der Bondschicht 20, wobei die zweite Bondschicht 22 dem zentralen Abschnitt zugewandt ist, der mit der Membran 14b der Endwand 14 des Metallgehäuses 10 als Basis versehen ist, durchgeführt. Dann wird ein erster Anordnungsschritt S21 zum Anordnen des Dehnungsdetektionselements 30 als Halbleiterchip, so dass es der ersten Bondschicht 21 der Bondschicht 20 zugewandt ist, die an der Endwand 14 des Metallgehäuses 10 als Basis angeordnet ist, durchgeführt. Nach dem ersten Anordnungsschritt S21 zum Anordnen des Dehnungsdetektionselements 30 als Halbleiterchip so, dass es der ersten Bondschicht 21 der Bondschicht 20 zugewandt ist, kann der zweite Anordnungsschritt S22 zum Anordnen der zweiten Bondschicht 22 der Bondschicht 20, so dass sie der Endwand 14 des Metallgehäuses 10 als Basis zugewandt ist, durchgeführt werden.
  • Im Bondschritt S3 werden beispielsweise, nachdem der erste Anordnungsschritt S21 und der zweite Anordnungsschritt S22 durchgeführt sind, um die Bondschicht 20 zwischen dem Halbleiterchip und der Basis anzuordnen, ein erster Bondschritt S31 und ein zweiter Bondschritt S32 durchgeführt. Im ersten Bondschritt S31 wird die Bondschicht 20 auf eine Temperatur gleich oder höher als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21 und gleich oder niedriger als die Wärmbeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips erhitzt, so dass der Halbleiterchip und die Bondschicht 20 über die erste Bondschicht 21 aneinander gebondet werden. Im zweiten Bondschritt S32 wird die Bondschicht 20 auf eine Temperatur gleich oder höher als der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22 und gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips erhitzt, so dass die Basis und die Bondschicht 20 über die zweite Bondschicht 22 aneinander gebondet werden. Da im Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22 gleich oder niedriger ist als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21, wird die Bondschicht 20 auf die Temperatur gleich oder höher als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21 und gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips erhitzt und der erste Bondschritt S31 und der zweite Bondschritt S32 können gemeinsam durchgeführt werden.
  • Im Zusammenfügungsschritt S4 wird das Substrat 40 an der Endwand 14 des Metallgehäuses 10 befestigt, an die das Dehnungsdetektionselement 30 als Halbleiterchip über die Bondschicht 20 gebondet wurde, und ein Anschluss des Dehnungsdetektionselements 30 und ein Anschluss des Substrats 40 werden beispielsweise durch Drahtbonden verbunden. Außerdem wird das Verbindungselement 60 an der Abdeckung 50 befestigt, der Anschluss 61 des Verbindungselements 60 wird mit dem Anschluss des Substrats 40 verbunden und die Abdeckung 50 und der Flanschabschnitt 12 des Metallgehäuses 10 werden beispielsweise durch Schweißen gebondet. Wie vorstehend beschrieben, kann die Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform hergestellt werden.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe gemäß dieser Ausführungsform ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht 21 gleich oder niedriger als der Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht 22, so dass die Belastung aufgrund der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Basis und dem Halbleiterchip gemildert werden kann und die Bondzuverlässigkeit zwischen der Basis und dem Halbleiterchip verbessert werden kann. Außerdem ist der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21 gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips und der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22 ist gleich oder niedriger als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21, so dass die Bondtemperatur der Bondschicht 20 auf eine Temperatur gesenkt werden kann, die sich nicht auf die Operation des Halbleiterchips auswirkt. Selbst wenn die erste Bondschicht 21 und die zweite Bondschicht 22 Leitfähigkeit aufweisen, wird die Isolationseigenschaft des Halbleiterchips und der Basis durch das Isolationsbasismaterial 23 sichergestellt und Rauschen in Bezug auf den Eingang und Ausgang des Halbleiterchips kann verringert werden.
  • Da der Halbleiterchip an die Basis unter Verwendung der Bondschicht 20 als Feststoff gebondet werden kann, ist es außerdem nicht erforderlich, das Druckverfahren zu verwenden, wenn der Halbleiterchip an die Basis gebondet wird, die Einschränkungsbedingungen wie z. B. die Form der Basis als Montageoberfläche des Halbleiterchips werden gelockert und die Bondzuverlässigkeit kann verbessert werden. Wenn der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22 beispielsweise um 7 °C oder mehr niedriger ist als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21, ist es ferner möglich, die Verzerrung der Bondschicht 20 zu verringern und die Bondzuverlässigkeit zu verbessern.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Modifikation des Verfahrens zur Herstellung der Messvorrichtung 200 für eine physikalische Größe, die in 5 gezeigt ist, zeigt. Das Verfahren zur Herstellung der Messvorrichtung für eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die in 5 gezeigte Ausführungsform begrenzt und kann durch eine in 6 gezeigte Ausführungsform durchgeführt werden.
  • In der in 5 gezeigten Ausführungsform wurde der Fall, in dem, nachdem der erste Anordnungsschritt S21 und der zweite Anordnungsschritt S22 durchgeführt sind, um die Bondschicht 20 zwischen dem Halbleiterchip und der Basis anzuordnen, die Bondschicht 20 auf die Temperatur gleich oder höher als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21 und gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips erhitzt wird und der erste Bondschritt S31 und der zweite Bondschritt S32 gemeinsam durchgeführt werden, beschrieben.
  • Andererseits wird in der in 6 gezeigten Ausführungsform nach dem Herstellungsschritt S1 der erste Anordnungsschritt S21 zum Anordnen des Halbleiterchips und der ersten Bondschicht 21 der Bondschicht 20 so, dass sie einander zugewandt sind, durchgeführt. Als nächstes wird der erste Bondschritt S31 zum Erhitzen der Bondschicht 20 auf eine Temperatur gleich oder höher als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21 und gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips und Bonden des Halbleiterchips und der Bondschicht 20 über die erste Bondschicht 21 aneinander durchgeführt. Wie in 3 gezeigt, ist es folglich möglich, das Messelement 100 für eine physikalische Größe mit dem Dehnungsdetektionselement 30 als Halbleiterchip und der Bondschicht 20 herzustellen.
  • Als nächstes wird der zweite Anordnungsschritt S22 zum Anordnen der Basis und der zweiten Bondschicht 22 der Bondschicht 20, so dass sie einander zugewandt sind, durchgeführt. Als nächstes wird der zweite Bondschritt S32 zum Erhitzen der Bondschicht 20 auf eine Temperatur gleich oder höher als der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22 und gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips und Bonden der Basis und der Bondschicht 29 über die zweite Bondschicht 22 aneinander durchgeführt. Da zu dieser Zeit der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht 22 niedriger ist als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht 21 kann die Bondschicht 20 an die Basis über die zweite Bondschicht 22 gebondet werden, während das Bonden zwischen der ersten Bondschicht 21 und dem Halbleiterchip aufrechterhalten wird.
  • Gemäß der in 6 gezeigten Ausführungsform kann daher derselbe Effekt wie die in 5 gezeigte Ausführungsform erhalten werden, die Bondschicht 20 und der Halbleiterchip können leicht an der Basis angeordnet werden und die Bondgenauigkeit kann verbessert werden.
  • Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Einzelnen unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben wurde, ist die spezielle Konfiguration nicht auf diese Ausführungsform begrenzt, und selbst wenn Konstruktionsänderungen und dergleichen innerhalb des Schutzbereichs bestehen, die nicht vom Kern der vorliegenden Erfindung abweichen, sind diese in der vorliegenden Erfindung enthalten.
  • (Beispiele und Vergleichsbeispiele)
  • Nachstehend werden Messvorrichtungen für eine physikalische Größe gemäß Beispielen der vorliegenden Erfindung und Messvorrichtungen für eine physikalische Größe gemäß Vergleichsbeispielen, die nicht in der vorliegenden Erfindung enthalten sind, beschrieben.
  • Unter Verwendung von Vanadiumpentoxid, Telluriumoxid, Eisenoxid, Phosphorpentoxid, Wolframoxid, Bariumcarbonat, Antimonoxid, Bariumphosphat, Kaliumcarbonat, Wismutoxid, Boroxid, Zinkoxid und Kupferoxid als Rohmaterialien von Gläsern werden Gläser G1 bis G13 mit den in der folgenden Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen hergestellt. In den in Tabelle 1 gezeigten Glaszusammensetzungen sind alle Komponenten durch Masse-% hinsichtlich Oxiden dargestellt. [Tabelle 1]
    Glas Nr. Glaszusammensetzung (Masse-%)
    V2O5 TeO5 Fe2O3 P2O5 WO3 BaO Sb2O3 Cs2O K2O Bi2O3 B2O3 ZnO CuO
    G1 25 - - 25 40 - - - - - - 10 -
    G2 50 - - 25 - 5 20 - - - - - -
    G3 50 - - 24,1 - 25,9 - - - - - - -
    G4 45 30 15 10 - - - - - - - - -
    G5 47 30 10 13 - - - - - - - - -
    G6 47 30 7 10 5 - - - - - - 1 -
    G7 38 30 - 5,8 10 11,2 - - 5 - - - -
    G8 - - 0,4 - - 3,4 - 76,8 8,1 6,3 5
    G9 50 20 10 15 5 - - - - - - - -
    G10 45 29 5 10,3 5 4,7 - 1 - - - - -
    G11 40 30 - 4,8 10 15,2 - - - - - - -
    G12 37,2 38 - - - 18,6 - - - - - 6,2 -
    G13 40 30 - 7,4 10 2,6 - - - - - 10 -
  • Die Gläser G1 bis G13 werden durch die folgende Prozedur hergestellt. Zuerst wird Mischpulver von 1 kg, das durch Vermengen und Mischen der Rohmaterialien, so dass sie die in Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung aufweisen, in einen Platintiegel gefüllt und wird auf eine Heiztemperatur von 1000 bis 1200 °C mit einer Temperaturanstiegsrate von 5 bis 10 °C/min unter Verwendung eines elektrischen Ofens erhitzt und die Heiztemperatur wird für 2 Stunden aufrechterhalten. Während die Heiztemperatur aufrechterhalten wird, wird Rühren für gleichmäßiges Glas durchgeführt. Als nächstes wird der Platintiegel aus dem elektrischen Ofen entnommen, das geschmolzene Glas wird auf eine Edelstahlplatte gegossen, die vorher auf 100 °C erhitzt wurde, und die Gläser G1 bis G13 werden erhalten.
  • Als nächstes wird Glaspaste, um die erste Bondschicht und die zweite Bondschicht der Bondschicht auszubilden, hergestellt. Insbesondere werden zuerst die Gläser G1 bis G13 individuell unter Verwendung einer Strahlmühle pulverisiert, bis ein mittlerer Partikeldurchmesser (D50) etwa 3 µm wird, und Pulver der Gläser G1 bis G13 werden erhalten. Außerdem wird Zr2 (WO4)(PO4)2 (nachstehend kann es als ZWP abgekürzt werden) mit einem mittleren Partikeldurchmesser (D50) von etwa 3 µm, Cordierit (nachstehend kann es als CRD abgekürzt werden) oder Aluminium (Al) als Füllmaterial zu den erhaltenen Pulvern der Gläser G1 bis G13 in einer vorbestimmten Menge zugegeben, um Mischpulver zu erhalten.
  • Als nächstes wird Ethylcellulose als Bindemittel zum Mischpulver zugegeben, zu dem die Pulver der Gläser G1 bis G13 oder das Füllmaterial zugegeben worden waren, Butylcarbitolacetat wird als Lösungsmittel zugegeben und geknetet und die Glaspaste wird hergestellt. Als nächstes wird dünnes Plattenglas mit einer Dicke von 30 µm und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 66 × 10-7/°C als Isolationsbasismaterial der Bondschicht vorbereitet. Nachdem die Glaspaste auf eine Oberfläche der Isolationsbasismaterials durch Siebdrucken aufgebracht und bei einer Temperatur von 150 °C für 30 Minuten getrocknet ist, wird als nächstes die Glaspaste ebenso auf die andere Oberfläche des Isolationsbasismaterials aufgebracht und getrocknet.
  • Als Bindemittelbeseitigungsbehandlung wird dann das Isolationsbasismaterial, auf das die Glaspaste aufgebracht wurde, bei 330 °C für 30 Minuten erhitzt. Als nächstes wird das Isolationsbasismaterial, auf das die Glaspaste aufgebracht wurde, bei derselben Temperatur wie die Bondtemperatur der Bondschicht vorgebrannt, so dass die Bondschichten gemäß dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel mit der ersten Bondschicht, die an den Halbleiterchip gebondet ist, der zweiten Bondschicht, die an die Basis gebondet ist, und dem Isolationsbasismaterial, das zwischen der ersten Bondschicht und der zweiten Bondschicht angeordnet ist, erhalten werden. Die Dicke von jeder erhaltenen Bondschicht ist etwa 90 µm.
  • Die folgende Tabelle 2 zeigt Typen und Gehalte (Vol.-%) von enthaltenen Gläsern, Typen und Gehalte (Vol.-%) von enthaltenen Füllmaterialien, Wärmeausdehnungskoeffizienten [10-7/°C] und Erweichungspunkte [°C] für eine erste Bondschicht und eine zweite Bondschicht von jeder der Bondschichten gemäß den Beispielen E1 bis E18. In Tabelle 2 sind die Typen der Gläser durch Glas Nr. gezeigt, das in Tabelle 1 gezeigt ist.
  • Außerdem zeigt die folgende Tabelle 3 Typen und Gehalte (Vol.-%) von enthaltenen Gläsern, Typen und Gehalte (Vol.-%) von enthaltenen Füllmaterialien, Wärmeausdehnungskoeffizienten [10-7/°C] und Erweichungspunkte [°C] für eine erste Bondschicht und eine zweite Bondschicht von jeder der Bondschichten gemäß den Vergleichsbeispielen C1 bis C18. In Tabelle 3 sind die Typen der Gläser durch Glas Nr. gezeigt, das in Tabelle 1 gezeigt ist.
  • Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der ersten Bondschicht und der zweiten Bondschicht von jeder der in Tabellen 2 und 3 gezeigten Bondschichten werden wie folgt gemessen. Zuerst, nachdem Glaspulver, das kein Bindemittel und Lösungsmittel enthält, oder Mischpulver von Glaspulver und einem Füllmaterial uniaxial gepresst ist, wird das Glaspulver oder das Mischpulver in einem elektrischen Ofen exakt gebrannt und geschnitten, um Teststücke zu erhalten. Die Abmessungen der Teststücke sind 4 mm × 4 mm × 15 mm. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten in einem Bereich von 50 bis 250 °C werden unter Verwendung der Teststücke und eines thermomechanischen Analysators vom Schubstangentyp gemessen.
  • Außerdem werden Erweichungspunkte der ersten Bondschicht und der zweiten Bondschicht von jeder der in Tabellen 2 und 3 gezeigten Bondschichten wie folgt erhalten. Zuerst wird eine Differentialthermoanalyse (DTA) am Glaspulver oder Mischpulver mit einer Temperaturanstiegsrate von 5 °C/min durchgeführt. Aluminiumoxidpulver wird als Standardprobe verwendet. In einer erhaltenen DTA-Kurve wird eine zweite Wärmeabsorptionsspitzentemperatur als Erweichungspunkt Ts genommen.
  • Als nächstes wird ein Halbleiterchip (4 mm × 4 mm, 37 × 10-7/°C), in dem ein Al-Film durch Durchführen einer Metallisierungsbehandlung an einer Bondoberfläche ausgebildet wird, als Halbleiterchip vorbereitet, der für die Messvorrichtung für eine physikalische Größe verwendet wird. Eine Membran (φ12 mm und Wärmeausdehnungskoeffizient: 113 × 10-7/°C), die aus Edelstahl (SUS630) besteht, wird als Basis zum Bonden des Halbleiterchips über die Bondschicht vorbereitet.
  • Unter Verwendung der Bondschichten gemäß den Beispielen E1 bis E18 und den Vergleichsbeispielen C1 bis C11 werden der erste Bondschritt und der zweite Bondschritt, die in der Ausführungsform beschrieben sind, durchgeführt, es wird veranlasst, dass die erste Bondschicht von jeder Bondschicht der Bondoberfläche des Halbleiterchips zugewandt ist, und es wird veranlasst, dass die zweite Bondschicht jeder Bondschicht der Bondoberfläche der Basis zugewandt ist, und die Bondschicht wird zwischen dem Halbleiterchip und der Basis angeordnet. Als nächstes wird jede Bondschicht auf eine Temperaturbondtemperatur erhitzt, die gleich oder höher ist als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht, und der Halbleiterchip wird über die Bondschicht an die Basis gebondet.
  • Bewertungsergebnisse einer Bondtemperatur, einer Hafteigenschaft, einer Zuverlässigkeit und einer Chipoperation der Bondschicht von jedem der Beispiele E1 bis E18 sind in der folgenden Tabelle 4 gezeigt. Außerdem sind Bewertungsergebnisse einer Bondtemperatur, einer Hafteigenschaft, einer Zuverlässigkeit und einer Chipoperation der Bondschicht von jedem der Vergleichsbeispiele C1 bis C11 in der folgenden Tabelle 5 gezeigt. [Tabelle 2]
    Beispiel Konfiguration Glas Füllmaterial Wärmeausdehnungskoeffizient [10-7/°C] Erweichungspunkt [°C]
    Typ Gehalt [Vol.-%] Typ Gehalt [Vol.-%]
    E1 Erste Bondschicht G4 60 ZWP 40 43 383
    Zweite Bondschicht G5 90 ZWP 10 89 365
    E2 Erste Bondschicht G4 65 ZWP 35 47 382
    Zweite Bondschicht G5 90 ZWP 10 89 365
    E3 Erste Bondschicht G4 70 ZWP 30 56 381
    Zweite Bondschicht G5 90 ZWP 10 89 365
    E4 Erste Bondschicht G4 75 ZWP 25 62 381
    Zweite Bondschicht G5 90 ZWP 10 89 365
    E5 Erste Bondschicht G5 70 ZWP 30 60 366
    Zweite Bondschicht G5 90 ZWP 10 89 365
    E6 Erste Bondschicht G5 65 ZWP 35 52 367
    Zweite Bondschicht G5 90 ZWP 10 89 365
    E7 Erste Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    Zweite Bondschicht G7 70 ZWP 30 100 333
    E8 Erste Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    Zweite Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    E9 Erste Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    Zweite Bondschicht G6 75 ZWP 25 67 359
    E10 Erste Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    Zweite Bondschicht G6 90 ZWP 10 88 358
    E11 Erste Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    Zweite Bondschicht G6 100 - - 102 354
    E12 Erste Bondschicht G9 70 ZWP 30 50 365
    Zweite Bondschicht G6 100 - - 102 354
    E13 Erste Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    Zweite Bondschicht G9 100 - - 89 357
    E14 Erste Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    Zweite Bondschicht G10 100 - - 111 360
    E15 Erste Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    Zweite Bondschicht G1I 70 ZWP 30 62 359
    Erste Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    E16 Zweite Bondschicht G12 70 ZWP 30 113 350
    E17 Erste Bondschicht G13 60 ZWP 40 50 362
    Zweite Bondschicht G6 90 ZWP 10 88 358
    E18 Erste Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    Zweite Bondschicht G13 100 - - 108 352
    [Tabelle 3]
    Vergleichsbeispiel Konfiguration Glas Füllmaterial material Wärmeausdehnungs-koeffizient [10-7/°C] Erweichungspunkt [°C]
    Typ Gehalt [Vol.-%] Typ Gehalt [Vol.-%]
    C1 Erste Bondschicht G1 90 ZWP 10 49 550
    Zweite Bondschicht G1 70 Al 30 97 550
    C2 Erste Bondschicht G1 100 - - 58 548
    Zweite Bondschicht G1 70 Al 30 97 550
    C3 Erste Bondschicht G2 70 ZWP 30 48 450
    Zweite Bondschicht G3 90 ZWP 10 90 442
    C4 Erste Bondschicht G2 70 ZWP 30 48 450
    Zweite Bondschicht G8 75 CRD 25 105 450
    C5 Erste Bondschicht G5 90 ZWP 10 89 365
    Zweite Bondschicht G4 70 ZWP 30 56 381
    C6 Erste Bondschicht G6 90 ZWP 10 88 358
    Zweite Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    C7 Erste Bondschicht G6 75 ZWP 25 67 361
    Zweite Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 359
    C8 Erste Bondschicht G7 70 ZWP 30 100 333
    Zweite Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 359
    C9 Erste Bondschicht G6 75 ZWP 25 67 361
    Zweite Bondschicht G5 70 ZWP 30 60 366
    C10 Erste Bondschicht G3 90 ZWP 10 90 442
    Zweite Bondschicht G3 90 ZWP 10 90 442
    C11 Erste Bondschicht G8 75 CRD 25 450 361
    Zweite Bondschicht G8 75 CRD 25 450 354
    [Tabelle 4]
    Beispiel Bondtemperatur [°C] Hafteigenschaft Zuverlässigkeit Chipoperation
    E1 400 ◯ ◯ ◯
    E2 400 ◯ ◯ ◯
    E3 400 ◯ △ ◯
    E4 400 △ △ ◯
    E5 400 ◯ △ ◯
    E6 400 ◯ △ ◯
    E7 400 ◯ ◯ ◯
    E8 400 ◯ △ ◯
    E9 400 ◯ ◯ ◯
    E10 400 ◯ ◯ ◯
    E11 400 ◯ ◯ ◯
    E12 400 ◯ ◯ ◯
    E13 400 ◯ ◯ ◯
    E14 400 △ ◯ ◯
    E15 400 ◯ △ ◯
    E16 400 △ ◯ ◯
    E17 400 ◯ ◯ ◯
    E18 400 ◯ ◯ ◯
    [Tabelle 5]
    Beispiel Bondtemperatur [°C] Hafteigenschaft Zuverlässigkeit Chipoperation
    C1 600 ◯ ◯ ×
    C2 600 ◯ △ ×
    C3 490 ◯ ◯ ×
    C4 490 ◯ ◯ ×
    C5 400 × - -
    C6 400 × - -
    C7 400 △ × -
    C8 400 × × -
    C9 400 △ △ -
    C10 490 × × -
    C11 490 × × -
  • Die in Tabellen 4 und 5 gezeigte Hafteigenschaft wird als gut (o) bewertet, wenn in allen von mehreren Proben der Halbleiterchip an die Basis über einen Bondkörper gebondet werden kann. Unter den mehreren Proben befinden sich Proben, bei denen der Halbleiterchip nicht an die Basis über den Bondkörper gebondet werden kann. Der Fall, in dem eine große Anzahl von Proben ohne Problem enthalten ist, wird jedoch als bestanden (△) bewertet, und der Fall, in dem Reißen oder Ablösen des Halbleiterchips auftritt und der Halbleiterchip nicht an die Basis gebondet werden kann, wird als Ausfall (x) bewertet.
  • Die in Tabellen 4 und 5 gezeigte Zuverlässigkeit wird durch Durchführen eines Temperaturzyklustests von -40 °C bis 150 °C und eines Scherfestigkeitstests am Halbleiterchip und an der Basis, die über die Bondschicht gebondet sind, bewertet. Als Ergebnis wird der Fall, in dem in allen Proben kein Problem auftritt, als gut (o) bewertet. In Abhängigkeit von der Probe tritt Reißen oder Ablösen des Halbleiterchips auf oder die Bondfestigkeit variiert weit. Der Fall, in dem eine große Anzahl von Proben ohne Problem enthalten ist, wird jedoch als bestanden (△) bewertet und der Fall, in dem Reißen oder Ablösen des Halbleiterchips in einer großen Anzahl von Proben auftritt, oder der Fall, in dem die Bondfestigkeit 10 MPa oder weniger wird, wird als Ausfall (x) bewertet.
  • Die Bewertung der Chipoperation, die in Tabellen 4 und 5 gezeigt ist, wird durch Herstellen der Messvorrichtung für eine physikalische Größe gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform unter Verwendung des Halbleiterchips, der an die Membran, die als Basis funktioniert, über jede Bondschicht gebondet ist, und Bewerten der Operation des Dehnungsdetektionselements als Halbleiterchip durchgeführt. Als Ergebnis wird der Fall, in dem ein Operationsausfall der Messvorrichtung für eine physikalische Größe geringer ist als 1 %, als gut (o) bewertet, der Fall, in dem der Operationsausfall der Messvorrichtung für eine physikalische Größe geringer als 10 % ist, wird als bestanden (△) bewertet, und der Fall, in dem der Operationsausfall der Messvorrichtung für eine physikalische Größe 50 % oder mehr ist, wird als Ausfall (x) bewertet.
  • Aus den obigen Ergebnissen können in den Messvorrichtungen für eine physikalische Größe unter Verwendung der Bondschichten der Beispiele E1 bis E18, in denen der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht gleich oder niedriger ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht, der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht gleich oder niedriger ist als die Wärmebeständigkeitstemperatur (beispielsweise 430 °C) des Halbleiterchips, und der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht gleich oder niedriger ist als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht, die Bondzuverlässigkeit zwischen der Basis und dem Halbleiterchip und die Operationszuverlässigkeit des Halbleiterchips im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen C1 bis C11 verbessert werden.
  • Zu dieser Zeit ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht vorzugsweise 42 × 10-7/°C bis 62 × 10-7/°C und der Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht ist vorzugsweise 42 × 10-7/°C bis 113 × 10-7/°C. Insbesondere wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht 42 × 10-7/°C bis 50 × 10-7/°C ist und der Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht 67 × 10-7/°C bis 102 × 10-7/°C ist, wird eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe, die sowohl in einem Bondzustand als auch in einer Bondzuverlässigkeit zwischen dem Halbleiterchip und der Basis ausgezeichnet ist, erhalten.
  • In den Beispielen, in denen das ausgezeichnete Ergebnis erhalten wurde, erfüllt eine Beziehung der Wärmeausdehnungskoeffizienten α eine Beziehung von α1<α2<α3<α4<α5, wenn die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Dehnungsdetektionselements auf α1 gesetzt werden, der Wärmeausdehnungskoeffizient der Bondschicht der oberen Oberfläche auf α2 gesetzt wird, der Wärmeausdehnungskoeffizient des Isolationsbasismaterials auf α3 gesetzt wird, der Wärmeausdehnungskoeffizient der Bondschicht der unteren Oberfläche auf α4 gesetzt wird und der Wärmeausdehnungskoeffizient der Membran auf α5 gesetzt wird.
  • Als Füllstoffgehalt der Bondschicht, wenn die obere Oberfläche des Bondmaterials 30 bis 40 Vol.-% ist und die untere Oberfläche davon 0 bis 40 Vol.-% ist, wird ein ausgezeichnetes Ergebnis erhalten. Insbesondere wird ein ausgezeichnetes Ergebnis erhalten, wenn der Gehalt des Füllmaterials der ersten Bondschicht größer ist als der Gehalt des Füllmaterials der zweiten Bondschicht.
  • Hinsichtlich der Glaszusammensetzung liegt in der Zusammensetzung des Glases, das in der ersten Bondschicht enthalten ist, V2O5 in einem Bereich von 40 bis 50 Gew.-%, TeO2 liegt in einem Bereich von 20 bis 30 Gew.-%, P2O5 liegt in einem Bereich von 5,8 bis 15 Gew.-%, Fe2O3 liegt in einem Bereich von 0 bis 15 Gew.-%, WO3 liegt in einem Bereich von 0 bis 10 Gew.-% und ZnO liegt in einem Bereich von 0 bis 10 Gew.-%, und in der Zusammensetzung des Glases, das in der zweiten Bondschicht enthalten ist, liegt V2O5 in einem Bereich von 37,2 bis 50 Gew.-%, TeO2 liegt in einem Bereich von 20 bis 30 Gew.-%, P2O5 liegt in einem Bereich von 0 bis 15 Gew.-%, Fe2O3 liegt in einem Bereich von 0 bis 15 Gew.-%, WO3 liegt in einem Bereich von 0 bis 10 Gew.-%, BaO liegt in einem Bereich von 0 bis 26 Gew.-% und ZnO liegt in einem Bereich von 0 bis 10 Gew.-%. Außerdem sind Alkalimetalloxide wie z. B. K2O und Cs2O als andere Komponenten innerhalb eines Bereichs von 0 bis 5 Gew.-% enthalten.
  • Wenn der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht um 7 °C oder mehr niedriger ist als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht, ist ferner die Verzerrung der Bondschicht klein. Es wird angenommen, dass dies an der Fixiertemperatur des Glases liegt, aber dies stellt sich als bevorzugter vom Blickpunkt der Handhabung der Bondschicht heraus.
  • Ähnlich zu den Beispielen E1 bis E18 werden als nächstes die Bondschichten der Beispiele E19 bis E21 hergestellt und ein Einfluss auf den Halbleiterchip durch die Bondtemperaturen der Bondschichten wird untersucht. In der Bondschicht des Beispiels E21 wird eine kommerziell erhältliche Glaspaste auf Bleibasis (hergestellt von AGC, für Bonden bei 430 °C, und Wärmeausdehnungskoeffizient von 72 × 10-7/°C) als Material der zweiten Bondschicht verwendet. Konfigurationen der ersten Bondschicht und der zweiten Bondschicht jeder Bondschicht sind in der folgenden Tabelle 6 gezeigt. [Tabelle 6]
    Beispiel Konfiguration Glas Füllmaterial Wärmeausdehnungskoeffizient [10-7/°C] Erweichungspunkt [°C]
    Typ Gehalt [Vol.-%] Typ Gehalt [Vol.-%]
    E19 Erste Bondschicht G4 65 ZWP 35 47 382
    Zweite Bondschicht G5 90 ZWP 10 89 365
    E20 Erste Bondschicht G6 60 ZWP 40 42 361
    Zweite Bondschicht G6 90 ZWP 10 88 358
    E21 Erste Bondschicht G4 65 ZWP 35 47 382
    Zweite Bondschicht Kommerziell erhältliche Glaspaste auf der Basis von PbO 72 -
  • Eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe, bei der eine Bondtemperatur, wenn der Halbleiterchip an die Basis gebondet wird, auf 430 °C festgelegt wird, und eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe, bei der die Bondtemperatur auf 450 °C festgelegt wird, werden unter Verwendung jeder Bondschicht hergestellt, die in Tabelle 6 gezeigt ist, und ein Einfluss auf den Halbleiterchip durch die Bondtemperatur der Bondschicht wird überprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt. [Tabelle 7]
    Beispiel Bondtemperatur [°C] Hafteigenschaft Zuverlässigkeit Chipoperation
    E19 430 ◯ ◯ △
    450 × - -
    E20 430 ◯ ◯ △
    450 ◯ ◯ ×
    E21 430 ◯ ◯ △
    450 × - -
  • Die Hafteigenschaft, die Zuverlässigkeit und eine Chipoperation jeder in Tabelle 7 gezeigten Bondschicht, die Zuverlässigkeit und Bewertung der Chipoperation werden in derselben Weise wie jede in Tabellen 4 und 5 gezeigte Bondschicht bewertet. Aus den obigen Ergebnissen sind, wenn die Bondtemperatur der Bondschicht gleich oder niedriger ist als die Wärmebeständigkeitstemperatur (beispielsweise 430 °C) des Halbleiterchips, ein Bondzustand und eine Bondzuverlässigkeit gut (◯) und die Chipoperation ist bestanden (△). Wenn andererseits die Bondtemperatur der Bondschicht die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips überschreitet, tritt beim Bonden ein Problem auf oder eine anomale Operation des Halbleiterchips wird festgestellt. Daher ist die Bondtemperatur der Bondschicht vorzugsweise gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips. Die Bondtemperatur der Bondschicht ist eine Temperatur gleich oder höher als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht der Bondschicht oder eine Temperatur höher als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht.
  • Um einen Einfluss des Isolationsbasismaterials der Bondschicht zu überprüfen, werden als nächstes die Bondschichten der Beispiele E22 bis E33 in derselben Weise wie das Beispiel E10 hergestellt, abgesehen von der Konfiguration des Isolationsbasismaterials. Unter Verwendung jeder hergestellten Bondschicht wird eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe hergestellt.
  • Außerdem wird die Bondschicht des Vergleichsbeispiels C12 mit der ersten Bondschicht und der zweiten Bondschicht wie im Beispiel E10 und ohne das Isolationsbasismaterial hergestellt. Insbesondere wird zuerst die Glaspaste zum Ausbilden der zweiten Bondschicht auf die Membran als Basis aufgebracht, getrocknet und vorgebrannt. Dann wird die Glaspaste zum Ausbilden der ersten Bondschicht auf die vorgebrannte zweite Bondschicht aufgebracht, getrocknet und vorgebrannt. Dann wird der Halbleiterchip auf der vorgebrannten ersten Bondschicht angeordnet und auf 400 °C erhitzt. Folglich wird der Halbleiterchip an die Basis über die Bondschicht des Vergleichsbeispiels C12 gebondet und eine Messvorrichtung für eine physikalische Größe wird hergestellt.
  • Dann werden die Bondschichten der Beispiele E22 bis E33 und des Vergleichsbeispiels C12 in derselben Weise wie die Beispiele E1 bis E21 bewertet. Bewertungsergebnisse der Konfiguration des Isolationsbasismaterials, der Bondtemperatur, der Bondeigenschaft, der Zuverlässigkeit und der Chipoperation der Bondschicht von jedem der Beispiele E22 bis E33 und des Vergleichsbeispiels C12 sind in der folgenden Tabelle 8 gezeigt. [Tabelle 8]
    Beispiel Vergleichsbeispiel Isolationsbasismaterial Bondtemperatur [°C] Hafteigenschaft Zuverlässigkeit Chipoperation
    Material Dicke [µm] Wärmeausdehnungs-koeffizient [10-7/℃]
    E22 Glas 5 66 400 △ △ ◯
    E23 Glas 20 66 400 ◯ ◯ ◯
    E24 Glas 100 66 400 ◯ ◯ ◯
    E25 Glas 300 66 400 ◯ ◯ ◯
    E26 Glas 500 66 400 ◯ ◯ ◯
    E27 Glas 30 38 400 △ △ ◯
    E28 Glas 30 72 400 ◯ ◯ ◯
    E29 Glas 30 84 400 ◯ ◯ ◯
    E30 Glas 30 100 400 △ △ ◯
    E31 Si 50 37 400 △ △ ◯
    E32 Si 100 37 400 △ △ ◯
    E33 Aluminium-oxid 100 73 400 ◯ ◯ ◯
    C12 - 400 △ △ ×
  • In Tabelle 8 wird Glas auf SiO2-Basis unter Verwendung von SiO2 als Hauptkomponente als Glas als Material des Isolationsbasismaterials verwendet. Außerdem wird undotiertes reines Si als Si als Material des Isolationsbasismaterials verwendet. Wie in Tabelle 8 gezeigt, wird bestätigt, dass die anomale Operation des Halbleiterchips in der Messvorrichtung für eine physikalische Größe unter Verwendung der Bondschicht des Vergleichsbeispiels C12 ohne Isolationsbasismaterial festgestellt wird, aber der Chip in Messvorrichtungen für eine physikalische Größe unter Verwendung der Bondschichten der Beispiele E22 bis E33 mit dem Isolationsbasismaterial normal arbeitet.
  • Außerdem wird bestätigt, dass zusätzlich zum Glas unter Verwendung von SiO2 als Hauptkomponente ein allgemeines Material mit hoher Beständigkeit wie z. B. Si oder Aluminiumoxid als Isolationsbasismaterial verwendet werden kann.-Es wird bewiesen, dass ein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des Isolationsbasismaterials umfangreich von 38 × 10-7/°C bis 100 × 10-7/°C verwendet werden kann. Es wird jedoch festgestellt, dass aus einer Beziehung von linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten mit der ersten und der zweiten Bondschicht ein besonders bevorzugter Bereich ein Bereich von 66 × 10-7/°C bis 84 × 10-7/°C ist. Außerdem wird festgestellt, dass die Dicke des Isolationsbasismaterials auch umfangreich von etwa 5 µm bis 500 µm verwendet werden kann, aber die besonders bevorzugte Dicke 20 µm oder mehr vom Blickpunkt der Zuverlässigkeit ist. Wenn jedoch die Dicke des Isolationsbasismaterials zunimmt, wird eine Ausgabe der Messvorrichtung für eine physikalische Größe verringert, so dass die besonders bevorzugte Dicke des Isolationsbasismaterials 20 µm bis 100 µm ist.
  • Schließlich wird ein Effekt eines Metallfilms, der auf der Oberfläche ausgebildet wird, an die die Bondschicht der Basis gebondet wird, überprüft. Insbesondere wird die Membran, die aus Edelstahl (SUS630) besteht, als Basis verwendet, eine Vorbehandlung wie z. B. Ni-Plattierung und Al-Sputtern wird an der Bondoberfläche der Basis durchgeführt, an die die Bondschicht gebondet wird, und der Metallfilm wird ausgebildet. Außerdem wird die Messvorrichtung für eine physikalische Größe unter Verwendung der Bondschichten der Beispiele E1 bis E18 hergestellt. Folglich wird festgestellt, dass die Scherbondfestigkeit in allen Bondschichten der Beispiele E1 bis E18 verbessert wird. Daher ist es bevorzugt, die Vorbehandlung an der Bondoberfläche der Basis durchzuführen, um einen Metallfilm auszubilden, der mindestens eines enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AI, Ni, Ti und Mo besteht.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Metallgehäuse (Basis)
    20
    Bondschicht
    21
    erste Bondschicht
    22
    zweite Bondschicht
    23
    Isolationsbasismaterial
    30
    Dehnungsdetektionselement (Halbleiterchip)
    100
    Messelement für eine physikalische Größe
    200
    Messvorrichtung für eine physikalische Größe
    S21
    erster Anordnungsschritt
    S31
    erster Bondschritt
    S22
    zweiter Anordnungsschritt
    S32
    zweiter Bondschritt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2015/098324 [0008]
    • JP 2014235106 A [0008]

Claims (12)

  1. Messvorrichtung für eine physikalische Größe, die eine Basis, einen Halbleiterchip zum Messen einer physikalischen Größe auf der Basis einer Belastung, die auf die Basis wirkt, und eine Bondschicht zum Bonden des Halbleiterchips an die Basis umfasst, wobei die Bondschicht eine erste Bondschicht, die an den Halbleiterchip gebondet ist, eine zweite Bondschicht, die an die Basis gebondet ist, und ein Isolationsbasismaterial, das zwischen der ersten Bondschicht und der zweiten Bondschicht angeordnet ist, aufweist, die erste Bondschicht und die zweite Bondschicht Glas enthalten, ein Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht gleich oder niedriger ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht, ein Erweichungspunkt der ersten Bondschicht gleich oder niedriger ist als eine Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips, und ein Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht gleich oder niedriger ist als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht.
  2. Messvorrichtung für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, wobei das Glas Vanadium enthält.
  3. Messvorrichtung für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, wobei die erste Bondschicht und die zweite Bondschicht ein Füllmaterial mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten enthalten, der niedriger ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Glases, und ein Gehalt des Füllmaterials in der ersten Bondschicht höher ist als ein Gehalt des Füllmaterials in der zweiten Bondschicht.
  4. Messvorrichtung für eine physikalische Größe nach Anspruch 3, wobei der Gehalt des Füllmaterials in der ersten Bondschicht 30 Vol.-% bis 40 Vol.-% ist.
  5. Messvorrichtung für eine physikalische Größe nach Anspruch 2, wobei das in der ersten Bondschicht enthaltene Glas V2O5 mit 40 bis 50 Gew.-%, TeO2 mit 20 bis 30 Gew.-%, P2O5 mit 5,8 bis 15 Gew.-%, Fe2O3 mit 0 bis 15 Gew.-%, WO3 mit 0 bis 10 Gew.-% und ZnO mit 0 bis 10 Gew.-% enthält, und das in der zweiten Bondschicht enthaltene Glas V2O5 mit 37,2 bis 50 Gew.-%, TeO2 mit 20 bis 30 Gew.-%, P2O5 mit 0 bis 15 Gew.-%, Fe2O3 mit 0 bis 15 Gew.-%, WO3 mit 0 bis 10 Gew.-%, BaO mit 0 bis 26 Gew.-%, ZnO mit 0 bis 10 Gew.-% und ein Alkalimetalloxid mit 0 bis 5 Gew.-% enthält.
  6. Messvorrichtung für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Isolationsbasismaterials 38 × 10-7/°C bis 100 × 10-7/°C ist.
  7. Messvorrichtung für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, wobei ein Material des Isolationsbasismaterials Glas, Silizium oder Aluminiumoxid ist.
  8. Messvorrichtung für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, wobei eine Dicke des Isolationsbasismaterials 5 µm bis 500 µm ist.
  9. Messvorrichtung für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, wobei jede der Basis und des Halbleiterchips einen Metallfilm, der mindestens eines enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Ni, Ti und Mo besteht, auf einer Oberfläche, an die die Bondschicht gebondet ist, aufweist.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Messvorrichtung für eine physikalische Größe, die eine Basis, einen Halbleiterchip zum Messen einer physikalischen Größe auf der Basis einer Belastung, die auf die Basis wirkt, und eine Bondschicht zum Bonden des Halbleiterchips an die Basis umfasst, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Anordnungsschritt zum Anordnen des Halbleiterchips und einer ersten Bondschicht der Bondschicht so, dass sie einander zugewandt sind, unter Verwendung der Bondschicht, die die erste Bondschicht und eine zweite Bondschicht, die Glas enthalten, und ein Isolationsbasismaterial, das zwischen der ersten Bondschicht und der zweiten Bondschicht angeordnet ist, umfasst, und wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht gleich oder niedriger ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht, ein Erweichungspunkt der ersten Bondschicht gleich oder niedriger ist als eine Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips und ein Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht gleich oder niedriger ist als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht; einen ersten Bondschritt zum Bonden des Halbleiterchips und der Bondschicht über die erste Bondschicht durch Erhitzen der Bondschicht auf eine Temperatur gleich oder höher als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht und gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips; einen zweiten Anordnungsschritt zum Anordnen der Basis und der zweiten Bondschicht so, dass sie einander zugewandt sind; und einen zweiten Bondschritt zum Bonden der Basis und der Bondschicht über die zweite Bondschicht durch Erhitzen der Bondschicht auf eine Temperatur gleich oder höher als der Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht und gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips.
  11. Verfahren zur Herstellung der Messvorrichtung für eine physikalische Größe nach Anspruch 10, wobei, nachdem der erste Anordnungsschritt und der zweite Anordnungsschritt durchgeführt sind, um die Bondschicht zwischen dem Halbleiterchip und der Basis anzuordnen, die Bondschicht auf eine Temperatur gleich oder höher als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht und gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips erhitzt wird, und der erste Bondschritt und der zweite Bondschritt gemeinsam durchgeführt werden.
  12. Messelement für eine physikalische Größe, das einen Halbleiterchip zum Messen einer physikalischen Größe auf der Basis einer Belastung, die auf eine Basis wirkt, und eine Bondschicht zum Bonden des Halbleiterchips an die Basis umfasst, wobei die Bondschicht eine erste Bondschicht, die an den Halbleiterchip gebondet ist, eine zweite Bondschicht, die an die Basis gebondet ist, und ein Isolationsbasismaterial, das zwischen der ersten Bondschicht und der zweiten Bondschicht angeordnet ist, aufweist, die erste Bondschicht und die zweite Bondschicht Glas enthalten, ein Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Bondschicht gleich oder niedriger ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Bondschicht, ein Erweichungspunkt der ersten Bondschicht gleich oder niedriger ist als eine Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterchips, und ein Erweichungspunkt der zweiten Bondschicht gleich oder niedriger ist als der Erweichungspunkt der ersten Bondschicht.
DE112017001287.2T 2016-05-27 2017-04-13 Messvorrichtung für eine physikalische Größe, Verfahren zu ihrer Herstellung und Messelement für eine physikalische Größe Granted DE112017001287T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-106378 2016-05-27
JP2016106378A JP6486866B2 (ja) 2016-05-27 2016-05-27 物理量測定装置およびその製造方法ならびに物理量測定素子
PCT/JP2017/015069 WO2017203878A1 (ja) 2016-05-27 2017-04-13 物理量測定装置およびその製造方法ならびに物理量測定素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112017001287T5 true DE112017001287T5 (de) 2018-12-06

Family

ID=60411970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112017001287.2T Granted DE112017001287T5 (de) 2016-05-27 2017-04-13 Messvorrichtung für eine physikalische Größe, Verfahren zu ihrer Herstellung und Messelement für eine physikalische Größe

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10788385B2 (de)
JP (1) JP6486866B2 (de)
CN (1) CN109154531B (de)
DE (1) DE112017001287T5 (de)
WO (1) WO2017203878A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020126160A1 (de) * 2018-12-17 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur herstellung einer sensoranordnung zur bestimmung mindestens eines drucks eines fluiden mediums

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112762993B (zh) * 2020-12-29 2021-10-08 深圳市韦德勋光电科技有限公司 一种用于lcd逻辑板基板原材的探测装置及使用方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014235106A (ja) 2013-06-04 2014-12-15 株式会社日本自動車部品総合研究所 圧力センサ及びその製造方法
WO2015098324A1 (ja) 2013-12-25 2015-07-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 圧力測定装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10036284A1 (de) * 2000-07-26 2002-02-07 Bosch Gmbh Robert Herstellungsverfahren für ein Sensorbauelement, insbesondere Dünnschicht-Hochdrucksensor und Sensorbauelement
US7626275B2 (en) * 2005-12-16 2009-12-01 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
DE102006047395A1 (de) * 2006-10-06 2008-04-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauelements und Sensorbauelement
JP5746997B2 (ja) 2011-06-07 2015-07-08 富士フイルム株式会社 電子内視鏡装置の製造方法
JP5726698B2 (ja) 2011-07-04 2015-06-03 株式会社日立製作所 ガラス組成物、それを含むガラスフリット、それを含むガラスペースト、およびそれを利用した電気電子部品
JP6036152B2 (ja) 2012-10-18 2016-11-30 日立化成株式会社 電子部品及びその製法、封止材料ペースト、フィラー粒子
WO2015040737A1 (ja) * 2013-09-20 2015-03-26 株式会社日立製作所 半導体素子の接合構造
FI126999B (en) * 2014-01-17 2017-09-15 Murata Manufacturing Co Improved pressure sensor
WO2017073274A1 (ja) * 2015-10-28 2017-05-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 圧力検出装置
JP6607816B2 (ja) * 2016-03-30 2019-11-20 日立オートモティブシステムズ株式会社 圧力測定装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014235106A (ja) 2013-06-04 2014-12-15 株式会社日本自動車部品総合研究所 圧力センサ及びその製造方法
WO2015098324A1 (ja) 2013-12-25 2015-07-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 圧力測定装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020126160A1 (de) * 2018-12-17 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur herstellung einer sensoranordnung zur bestimmung mindestens eines drucks eines fluiden mediums
CN113242966A (zh) * 2018-12-17 2021-08-10 罗伯特·博世有限公司 用于制造用于确定流体介质的至少一个压力的传感器组件的方法
CN113242966B (zh) * 2018-12-17 2024-04-30 罗伯特·博世有限公司 用于制造用于确定流体介质的至少一个压力的传感器组件的方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017203878A1 (ja) 2017-11-30
CN109154531B (zh) 2020-09-29
JP6486866B2 (ja) 2019-03-20
JP2017211338A (ja) 2017-11-30
CN109154531A (zh) 2019-01-04
US20190128758A1 (en) 2019-05-02
US10788385B2 (en) 2020-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112011101480B4 (de) Temperatursensor mit einem wärmeempfindlichen Bauteil
DE69514633T2 (de) Kadmiumfreie und bleifreie Dickschichtzusammensetzung
DE69307828T2 (de) Piezoeelektrische Vorrichtung mit flacher Verpackung aus Forsterit enthaltendem Glas-Keramik-Verbundwerkstoff
DE4109948C2 (de)
DE69822770T2 (de) Dickschicht-Piezoresistive-Fühleranordnung
DE69707386T2 (de) Druckwandler
DE2735484C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Dickfilm-Varistoren mit Zinkoxid als Hauptkomponente
KR101258328B1 (ko) 루테늄 산화물을 갖는 무연 저항 조성물
DE102010021914B4 (de) Sensorvorrichtung für physikalische Größe und Herstellungsverfahren derselben
DE112016004340T5 (de) Verbindungsmaterial und verbundener körper, der dies verwendet
EP1277215B1 (de) Elektrisches bauelement, verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung
DE112017001287T5 (de) Messvorrichtung für eine physikalische Größe, Verfahren zu ihrer Herstellung und Messelement für eine physikalische Größe
DE2946753A1 (de) Widerstandsmaterial, elektrischer widerstand und verfahren zur herstellung desselben
DE69205557T2 (de) Zusammensetzung für Dickschicht-Widerstand.
WO2006068121A1 (ja) 歪センサ及びその製造方法
DE69700351T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Thermistoren und Werkstoff dafür
DE102018115513A1 (de) NTC-Masse, Thermistor und Verfahren zur Herstellung des Thermistors
DE112018004540T5 (de) Sensorelement und verfahren zu seiner herstellung und sensorvorrichtung
DE102007046907B4 (de) Schichtwiderstand und Verfahren zu dessen Herstellung
DE112022001724T5 (de) Sauerstoffsensorelement und verfahren zu seiner herstellung
EP0432353B1 (de) Widerstandsmasse und ihre Verwendung
JP6607816B2 (ja) 圧力測定装置
DE112010000971B4 (de) Dielektrische keramische Zusammensetzung, dielektrischer Körper, keramisches Substrat,elektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Körpers
DE3446919A1 (de) Dickfilm-schaltung und zusammensetzung zu deren herstellung
DE112018001267T5 (de) Messeinrichtung für physikalische Größen, Verfahren, um sie herzustellen, und Messelement für physikalische Größen

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: HITACHI ASTEMO, LTD., HITACHINAKA-SHI, JP

Free format text: FORMER OWNER: HITACHI AUTOMOTIVE SYSTEMS, LTD., HITACHINAKA-SHI, IBARAKI, JP

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division