JP2021181942A - ひずみセンサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ひずみセンサモジュールが取り付けられる被計測体の温度や使用環境（外部環境）の温度が変化しても、ひずみセンサモジュールからの出力に含まれるゼロ点変動を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】点対称な形状を有する半導体チップＣＨＰと、点対称な形状を有するチップ搭載部２０と、点対称な形状の開口部ＯＰを有する配線基板３０を含むひずみセンサモジュール１００において、それぞれの中心が一致するように、半導体チップＣＨＰと配線基板３０の開口部ＯＰとがチップ搭載部２０上に配置され、かつ、半導体チップＣＨＰを平面視において開口部ＯＰに内包されるように配置する。【選択図】図３

Description

本発明は、ひずみセンサモジュールに関し、例えば、ｘ方向の歪とｙ方向の歪との差分に対応する信号を出力するひずみセンサを有するひずみセンサモジュールに適用して有効な技術に関する。

特開２００６−２５８６７４号公報（特許文献１）には、ひずみセンサの測定精度を向上する技術が記載されている。

特開２０１２−０４７６０８号公報（特許文献２）には、温度変化によって発生する応力や半導体基板上の熱分布や不純物のドーズ量勾配によって、歪の検出に使用するホイートストンブリッジに発生するオフセット出力を抑制する技術が記載されている。

特開２００６−２５８６７４号公報 特開２０１２−０４７６０８号公報

例えば、半導体チップに形成されたピエゾ抵抗素子を使用して被計測体の歪を測定するひずみセンサがある。特に、ｘ方向に生じる歪とｙ方向に生じる歪との差分を出力するひずみセンサが知られている。このひずみセンサによれば、例えば、ｘ方向に引張歪が発生するとポアソン比の分だけｙ方向に圧縮歪が発生する。このことから、ｘ方向の歪とｙ方向の歪の差分に対応する信号を出力とするひずみセンサによれば、ひずみセンサからの出力信号が大きくなるため、測定感度を向上することができる利点が得られる。

ここで、ひずみセンサが形成された半導体チップ自体は、内蔵するブリッジ回路の近傍に温度計を配置して、温度変化に起因するピエゾ抵抗素子のピエゾ抵抗係数（歪によって抵抗値が変化する率）をソフトウェア的に補正する機能を有している。さらに、半導体チップは、半導体チップの中心に対して点対称な形状をしていることから、温度変化によって、ｘ方向の熱膨張とｙ方向の熱膨張とが均等な場合、温度変化によるひずみセンサのゼロ点変動は抑制される。すなわち、ひずみセンサが形成された半導体チップ自体は、温度変化による出力のゼロ点変動が抑制されている。

ところが、ひずみセンサを製品とする場合には、ひずみセンサとモジュール構成部品とを組み合わせてひずみセンサモジュールとする必要がある。このとき、ひずみセンサモジュールでは、例えば、ひずみセンサが形成された半導体チップとモジュール構成部品との熱膨張率の相違に起因して、温度変化に基づく不均一な変形が発生するおそれがある。つまり、ｘ方向の熱膨張とｙ方向の熱膨張とが不均一となるおそれがある。この場合、ｘ方向の歪とｙ方向の歪の差分に対応する信号を出力とするひずみセンサを有するひずみセンサモジュールでは、被計測体に歪が発生していなくても、温度変化に基づく不均一な変形によって、ｘ方向の歪とｙ方向の歪の差分がゼロでなくなる。すなわち、ひずみセンサが形成されている半導体チップ自体では、温度変化による出力のゼロ点変動が補償されていても、ひずみセンサをモジュール化したひずみセンサモジュールにおいては、温度変化による出力のゼロ点変動が生じる。したがって、ひずみセンサをモジュール化したひずみセンサモジュールにおいても、温度変化による出力のゼロ点変動を抑制する工夫が望まれている。

本発明の目的は、ひずみセンサモジュールが取り付けられる被計測体の温度や使用環境（外部環境）の温度が変化しても、ひずみセンサモジュールからの出力に含まれるゼロ点変動を抑制することができる技術を提供することにある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態におけるひずみセンサモジュールは、第１方向の第１歪と第１方向と直交する第２方向の第２歪との差分を出力するひずみセンサが形成された半導体チップと、半導体チップを搭載するチップ搭載部と、半導体チップと電気的に接続される配線を有する配線基板とを備える。ここで、半導体チップは、半導体チップの第１中心に対して点対称な形状を有し、チップ搭載部は、チップ搭載部の第２中心に対して点対称な形状を有する。また、配線基板は、開口部を含み、開口部は、開口部の第３中心に対して点対称な形状を有する。そして、例えば、第１中心と第２中心と第３中心とが実質的に一致するように、半導体チップは、チップ搭載部上に配置され、かつ、配線基板の開口部は、チップ搭載部上に配置され、かつ、半導体チップは、平面視において開口部に内包される。

ここで、「第１中心と第２中心と第３中心とが実質的に一致する」とは、厳密に一致することを要求するものではなく、第１中心と第２中心と第３中心とを実質的に一致させる設計思想が存在すれば、本明細書でいう「第１中心と第２中心と第３中心とが実質的に一致する」に含まれる。例えば、各部材の組立精度の範囲内であれば、「第１中心と第２中心と第３中心とが実質的に一致する」ことに該当し、本発明が目指す特性が実現される。

一実施の形態によれば、ひずみセンサモジュールからの出力に含まれるゼロ点変動を抑制することができる。これにより、一実施の形態におけるひずみセンサモジュールによれば、歪の検出感度の変動を抑制することができる。

ひずみセンサが形成された半導体チップの平面構成を示す図である。 （ａ）は、実施の形態におけるひずみセンサモジュールの構成を示す平面図であり、（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 封止樹脂を取り除いた状態のひずみセンサモジュールを示す図である。 封止樹脂を取り除いた状態のひずみセンサモジュールの他の一例を示す図である。 （ａ）は、実施の形態における半導体チップの形状を示す図であり、（ｂ）は、実施の形態におけるチップ搭載部の形状を示す図であり、（ｃ）は、実施の形態における配線基板の形状を示す図であり、（ｄ）は、実施の形態における封止樹脂の形状を示す図である。 （ａ）は、第１関連技術におけるひずみセンサモジュールの実装構成を示す図であり、（ｂ）は、封止樹脂を取り除いたひずみセンサモジュールを示す図である。 （ａ）は、第２関連技術におけるひずみセンサモジュールの実装構成を示す図であり、（ｂ）は、封止樹脂を取り除いたひずみセンサモジュールを示す図である。 温度とひずみセンサモジュールからの出力との関係を示すグラフである。

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

＜ひずみセンサの構成＞
図１は、ひずみセンサが形成された半導体チップの平面構成を示す図である。

図１において、本実施の形態１における半導体チップＣＨＰは、半導体チップＣＨＰの中心ＣＰ１に対して点対称な形状を有する半導体基板１１を有している。この半導体基板１１は、例えば、シリコンから構成されており、正方形形状をしている。

ここで、図１に示すように、半導体チップＣＨＰの中心ＣＰ１は、ｘ方向に延在する中心線ＣＬ１とｙ方向に延在する中心線ＣＬ２とが交差する交差点として定義される。

半導体基板１１には、中心ＣＰ１に対して点対称に配置された４つの拡散抵抗領域１２ａ〜拡散抵抗領域１２ｄが形成されている。これらの４つの拡散抵抗領域１２ａ〜拡散抵抗領域１２ｄは、歪を電気抵抗の変化として捉えるピエゾ抵抗素子として機能する。例えば、拡散抵抗領域１２ａと拡散抵抗領域１２ｃは、ｙ方向の歪を電気抵抗の変化として捉えるピエゾ抵抗素子として機能を有する一方、拡散抵抗領域１２ｂと拡散抵抗領域１２ｄは、ｘ方向の歪を電気抵抗の変化として捉えるピエゾ抵抗素子として機能する。

このように構成されているひずみセンサにおいては、４つの拡散抵抗領域１２ａ〜拡散抵抗領域１２ｄがブリッジ回路を構成しており、４つの拡散抵抗領域１２ａ〜拡散抵抗領域１２ｂにおける電気抵抗の変化に基づいて、ｘ方向に生じる歪とｙ方向に生じる歪との差分に対応する信号を出力するように構成されている。例えば、半導体チップＣＨＰに形成されているひずみセンサは、ｘ方向に生じる歪とｙ方向に生じる歪との差分に対応する電気抵抗の変化を電圧値として出力するように構成されている。このように、ｘ方向に生じる歪とｙ方向に生じる歪との差分に対応する信号を出力するひずみセンサによれば、ひずみセンサからの出力信号（出力電圧）が大きくなることから、歪の検出感度を向上することができる利点が得られる。

なお、回路構成的にｘ方向に生じる歪とｙ方向に生じる歪の差分を計測する構造ならば、必ずしも４つの拡散抵抗領域とは限らない。例えば、平行に配列してあるならば４つとは限らず、４つ以上であってもよい。すなわち、図１と等価の回路であれば、拡散抵抗の数は４つに限定されるものではない。

＜ゼロ点変動を抑制する必要性＞
ここで、ひずみセンサからの出力に関するゼロ点変動について説明する。

基本的に被計測体に歪が発生していない場合、ひずみセンサからの出力はゼロとなる。もしくは、熱膨張や熱収縮のようにｘ方向とｙ方向の歪が等しい場合は、ひずみセンサの出力はゼロとなる。ところが、被計測体の温度や使用環境（外部環境）の温度が変化すると、この温度変化に起因する熱膨張や熱収縮によってひずみセンサに応力が加わることがある。この場合、被計測体に熱膨張以外の歪が発生していないにも関わらず、ひずみセンサからの出力はゼロとはならない。この現象が「ゼロ点変動」である。このような「ゼロ点変動」が発生すると、ひずみセンサの出力に含まれるノイズ成分が大きくなる。このことは、ひずみセンサにおいて「ゼロ点変動」が発生すると、歪の検出感度が変動することを意味することから、高感度を維持するためには、温度変化に起因する「ゼロ点変動」を抑制する必要がある。

この点に関し、ひずみセンサが形成された半導体チップＣＨＰ自体は、内蔵するブリッジ回路の近傍に温度計を配置して、温度変化に起因するピエゾ抵抗素子（拡散抵抗領域１２ａ〜拡散抵抗領域１２ｄ）のピエゾ抵抗係数の変化をソフトウェア的に補正する機能を有している。さらに、半導体チップＣＨＰは、半導体チップＣＨＰの中心ＣＰ１に対して点対称な形状をしていることから、温度変化によって、ｘ方向の熱膨張とｙ方向の熱膨張とが均等な場合、温度変化によるひずみセンサのゼロ点変動は抑制される。すなわち、ひずみセンサが形成された半導体チップＣＨＰ自体は、温度変化による出力のゼロ点変動が抑制されている。

ところが、ひずみセンサが形成されている半導体チップＣＨＰ自体では、温度変化による出力のゼロ点変動が補償されていても、ひずみセンサをモジュール化したひずみセンサモジュールにおいては、「ゼロ点変動」が有効に抑制されていないのが現状である。すなわち、本発明者は、ひずみセンサをモジュール化したひずみセンサモジュールにおいては、温度変化による「ゼロ点変動」を有効に抑制されていないことに着目し、ひずみセンサモジュールにおける「ゼロ点変動」を抑制する必要性を強く認識している。この発明者の認識は非常に重要である。なぜなら、ひずみセンサが形成された半導体チップＣＨＰ自体が最終製品となるのではなく、ひずみセンサが形成された半導体チップＣＨＰをモジュール化したひずみセンサモジュールが最終製品となり、この最終製品の状態で「ゼロ点変動」が有効に抑制されていなければ、被計測体に発生する歪を高感度に検出することができないからである。

そこで、以下では、「ゼロ点変動」を有効に抑制することができる本実施の形態におけるひずみセンサモジュールの構成について説明する。

＜実施の形態におけるひずみセンサモジュールの構成＞
図２（ａ）は、本実施の形態におけるひずみセンサモジュールの構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。

まず、図２（ａ）において、ひずみセンサモジュール１００は、チップ搭載部２０と配線基板３０とを有する。チップ搭載部２０は、例えば、金属薄板から構成されている。これにより、半導体材料から構成される半導体チップＣＨＰとチップ搭載部２０とを金属接合で強固に接合することができる。

一方、配線基板３０は、例えば、表面に複数の配線が形成されたフレキシブル基板から構成されており、チップ搭載部２０上に搭載される第１部位３０ａと、この第１部位３０ａと一体的に接続され、かつ、ｘ方向に延在する第２部位３０ｂとを有している。そして、配線基板３０の第２部位３０ｂの端部には、複数の端子３５が形成されている。この複数の端子３５のそれぞれは、配線基板３０に形成されている配線（図示せず）と接続されている。さらに、配線基板３０の第１部位３０ａ上には、封止樹脂４０が形成されている。

次に、図２（ｂ）において、チップ搭載部２０上には、半導体チップＣＨＰが搭載されている。この半導体チップＣＨＰには、例えば、ｘ方向の歪とｙ方向の歪との差分に対応する信号を出力するひずみセンサが形成されている。また、チップ搭載部２０上には、配線基板３０の一部分（図２（ａ）に示す第１部位３０ａ）が搭載されている。この配線基板３０の一部分には、開口部ＯＰが形成されており、この開口部ＯＰに内包されるように半導体チップＣＨＰがチップ搭載部２０上に配置されている。半導体チップＣＨＰは、配線基板３０に形成されている配線とワイヤＷを介して電気的に接続されている。これにより、半導体チップＣＨＰに形成されているひずみセンサからの出力は、ワイヤＷと配線を介して図２（ａ）に示す端子３５から取り出すことができるようになっている。そして、チップ搭載部２０上に搭載されている半導体チップＣＨＰと、配線基板３０に形成されている開口部ＯＰと、配線基板３０に形成されている配線と半導体チップＣＨＰとを電気的に接続するワイヤＷを覆うように封止樹脂４０が形成されている。この封止樹脂４０には、例えば、ワイヤＷへ加わる力を低減するために、比較的弾性率の小さい樹脂が用いられる。

続いて、図３は、封止樹脂を取り除いた状態のひずみセンサモジュールを示す図である。

図３において、配線基板３０の第１部位３０ａは、チップ搭載部２０上に搭載されているとともに、第１部位３０ａに形成されている開口部ＯＰもチップ搭載部２０上に配置されている。そして、開口部ＯＰに内包されるように、半導体チップＣＨＰもチップ搭載部２０上に搭載されている。そして、半導体チップＣＨＰと配線基板３０に形成されている配線は、複数のワイヤＷで電気的に接続されている。

続いて、図４は、チップ搭載部２０上に、半導体チップＣＨＰを４５度回転して搭載したひずみセンサモジュール１５０の封止樹脂を取り除いた状態を示す図である。半導体チップＣＨＰはチップ搭載部２０に対して、必ずしも外形が平行に配置される必要はなく、点対称性を保っていれば、図４のように４５度回転した状態でもよい。ただし、この場合、開口部ＯＰは、半導体チップＣＨＰの外形と平行になるように形成される方が望ましい。

以上のようにして、ひずみセンサモジュール１００が実装構成されていることになる。このひずみセンサモジュール１００は、例えば、接着剤で被計測体に貼り付けられる。これにより、被計測体に歪が生じると、被計測体に貼り付けられているひずみセンサモジュール１００のチップ搭載部２０が歪み、それによって、チップ搭載部２０上に搭載されている半導体チップＣＨＰに形成されているひずみセンサが歪む。この結果、最終的にひずみセンサから被計測体の歪に対応する電圧値が出力されて、この電圧値に基づいて被計測体の歪が検出される。

＜配置関係の詳細＞
次に、ひずみセンサモジュール１００を構成する半導体チップＣＨＰとチップ搭載部２０と配線基板３０と封止樹脂４０との間の配置関係について説明する。

図５（ａ）は、本実施の形態における半導体チップの形状を示す図である。図５（ａ）において、半導体チップＣＨＰは、半導体チップＣＨＰの中心ＣＰ１に対して点対称な形状を有している。例えば、半導体チップＣＨＰの中心ＣＰ１に対して点対称な形状の一例として、正方形形状を挙げることができる。半導体チップＣＨＰの中心ＣＰ１は、ｘ方向に延在する中心線ＣＬ１Ｘとｙ方向に延在する中心線ＣＬ１Ｙの交点である。

図５（ｂ）は、本実施の形態におけるチップ搭載部２０の形状を示す図である。図５（ｂ）において、チップ搭載部２０は、チップ搭載部２０の中心ＣＰ２に対して点対称な形状を有している。例えば、チップ搭載部２０の中心ＣＰ２に対して点対称な形状の一例として、角がラウンドした略正方形形状を挙げることができる。チップ搭載部２０の中心ＣＰ２は、ｘ方向に延在する中心線ＣＬ２Ｘとｙ方向に延在する中心線ＣＬ２Ｙの交点である。

図５（ｃ）は、本実施の形態における配線基板３０の形状を示す図である。図５（ｃ）において、配線基板３０は、開口部ＯＰが形成された第１部位３０ａと、第１部位３０ａと接続され、かつ、ｘ方向に延在する第２部位３０ｂから構成されている。このとき、第１部位３０ａは、開口部ＯＰの中心ＣＰ３に対して点対称な形状を有している。例えば、第１部位３０ａは、正方形形状をしている。同様に、開口部ＯＰは、開口部ＯＰの中心ＣＰ３に対して点対称な形状を有しており、例えば、正方形形状から構成されている。一方、配線基板３０の第２部位３０ｂは、長方形形状をしている。なお、開口部ＯＰの中心ＣＰ３は、ｘ方向に延在する中心線ＣＬ３Ｘとｙ方向に延在する中心線ＣＬ３Ｙの交点である。

図５（ｄ）は、本実施の形態における封止樹脂４０の形状を示す図である。図５（ｄ）において、封止樹脂４０は、封止樹脂４０の中心ＣＰ４に対して点対称な形状を有している。例えば、封止樹脂４０の中心ＣＰ４に対して点対称な形状の一例として、角がラウンドした略正方形形状を挙げることができる。封止樹脂４０の中心ＣＰ４は、ｘ方向に延在する中心線ＣＬ４Ｘとｙ方向に延在する中心線ＣＬ４Ｙの交点である。

このような形状を有する半導体チップＣＨＰとチップ搭載部２０と配線基板３０は、以下に示すように配置されている。すなわち、中心ＣＰ１と中心ＣＰ２と中心ＣＰ３とが実質的に一致するように、半導体チップＣＨＰは、チップ搭載部２０上に配置され、かつ、配線基板３０の開口部ＯＰは、チップ搭載部２０上に配置され、かつ、半導体チップＣＨＰは、平面視において開口部ＯＰに内包される。さらに、封止樹脂４０の中心ＣＰ４が中心ＣＰ１と中心ＣＰ２と中心ＣＰ３とに実質的に一致するように、封止樹脂４０は、半導体チップＣＨＰと配線基板３０の開口部ＯＰとを覆っている。

＜実施の形態における特徴＞
続いて、本実施の形態における特徴点について説明する。

本実施の形態における特徴点は、例えば、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、中心ＣＰ１に対して点対称な形状を有する半導体チップＣＨＰと、中心ＣＰ２に対して点対称な形状を有するチップ搭載部２０と、中心ＣＰ３に対して点対称な形状の開口部ＯＰを有する配線基板３０を含むひずみセンサモジュール１００において、中心ＣＰ１と中心ＣＰ２と中心ＣＰ３とが実質的に一致するように、半導体チップＣＨＰと配線基板３０の開口部ＯＰとがチップ搭載部２０上に配置され、かつ、半導体チップＣＨＰを平面視において開口部ＯＰに内包されるように配置する点にある。

これにより、本実施の形態によれば、ひずみセンサが形成された半導体チップだけでなく、チップ搭載部２０やチップ搭載部２０上に配置される配線基板３０の第１部位３０ａおよび開口部ＯＰが点対称に配置される。この結果、ひずみセンサモジュール１００において、ｘ方向とｙ方向の対称性を高めることができる。このことから、本実施の形態におけるひずみセンサモジュール１００によれば、たとえ、ひずみセンサが形成された半導体チップＣＨＰとモジュール構成部品（チップ搭載部２０や配線基板３０）との間で熱膨張率が相違しても、温度変化に基づく不均一な変形を抑制できる。なぜなら、本実施の形態におけるひずみセンサモジュール１００によれば、上述した第１特徴点により、ｘ方向とｙ方向の対称性が高められているため、半導体チップＣＨＰとモジュール構成部品との間での熱膨張率の相違に起因する変形は、ｘ方向とｙ方向で不均一な変形となるのではなく、ｘ方向とｙ方向で概ね均一な変形となるからである。つまり、本実施の形態における特徴点によれば、半導体チップＣＨＰ自体の対称性を高めるだけでなく、半導体チップＣＨＰに変形を及ぼすおそれの高いモジュール構成部品の対称性も高めることにより、ｘ方向とｙ方向における不均一な変形の発生を抑制することができる。そして、本実施の形態によれば、温度変化に起因するｘ方向とｙ方向との不均一な変形が抑制されることから、温度変化に起因する「ゼロ点変動」を抑制することができる。これにより、本実施の形態におけるひずみセンサモジュール１００によれば、歪の検出感度の変動を抑制することができる。

ここで、重要な点は、温度変化に起因するｘ方向とｙ方向での不均一な変形をできるだけ均一な変形となるように、半導体チップＣＨＰに不均一な変形を発生させるおそれのあるモジュール構成部品のｘ方向とｙ方向の対称性を高めることである。なぜなら、温度変化に起因するｘ方向とｙ方向における不均一な変形は、ｘ方向の歪とｙ方向の歪の差分に対応する信号を出力とするひずみセンサモジュール１００の「ゼロ点変動」を生じさせる要因となるからである。一方、温度変化に起因するｘ方向とｙ方向における均一な変形は、ｘ方向の歪とｙ方向の歪の差分に対応する信号を出力とするひずみセンサモジュール１００では相殺される結果、「ゼロ点変動」を生じさせる要因とはならないからである。

したがって、本実施の形態では、半導体チップＣＨＰに不均一な変形を発生させるおそれのある主要なモジュール構成部品であるチップ搭載部２０と配線基板３０の対称性を高めている。具体的には、例えば、図５（ｂ）に示すように、チップ搭載部２０を中心ＣＰ２に対して点対称な形状としている。また、図５（ｃ）に示すように、配線基板３０をチップ搭載部２０に搭載する第１部位３０ａとそれ以外の第２部位３０ｂから構成し、第１部位３０ａに中心ＣＰ３に対して点対称な開口部ＯＰを設けている。これにより、半導体チップＣＨＰを搭載するチップ搭載部２０の対称性を高めることができるとともに、第１部位３０ａで半導体チップＣＨＰを取り囲み、かつ、開口部ＯＰに内包されるように半導体チップＣＨＰを配置することにより、半導体チップＣＨＰの変形に影響を及ぼしやすい配線基板３０の対称性を高めることができる。この結果、本実施の形態によれば、半導体チップＣＨＰに不均一な変形を発生させるおそれのあるモジュール構成部品の形状を対称化することにより、最終製品であるひずみセンサモジュールにおける「ゼロ点変動」を効果的に抑制することができる。以上のことから、半導体チップＣＨＰに不均一な変形を及ぼすおそれのある主要なモジュール構成部品の対称性を高めるという基本思想は、特に、ｘ方向の歪とｙ方向の歪の差分を出力とするひずみセンサモジュール１００の「ゼロ点変動」を効果的に抑制できる点で非常に有用な技術的思想であることがわかる。

半導体チップＣＨＰに不均一な変形を発生させるおそれのある主要なモジュール構成部品として、チップ搭載部２０と配線基板３０に着目したが、さらに、封止樹脂４０も半導体チップＣＨＰに不均一な変形を発生させるおそれのあるモジュール構成部品と考えることができる。なぜなら、封止樹脂４０は、半導体チップＣＨＰを覆うように形成されることから、温度変化による封止樹脂４０の膨張収縮は、封止樹脂４０と直接接触する半導体チップＣＨＰに変形を発生させる要因となるからである。したがって、封止樹脂４０も点対称な形状を有していることが望ましい。具体的に、図５（ｄ）に示すように、封止樹脂４０は、封止樹脂４０の中心ＣＰ４に対して点対称な形状（略正方形形状）から構成することができる。封止樹脂４０は、比較的弾性率の低い低弾性率樹脂から構成されるが、低弾性率樹脂を滴下する半導体チップＣＨＰとチップ搭載部２０と配線基板３０の第１部位３０ａの対称性が高められている場合、封止樹脂４０の形状は、対称性の高い形状になりやすいため、本実施の形態によれば、封止樹脂４０の形状を対称性の高い形状としやすい。

次に、例えば、図３に示すワイヤＷは、半導体チップＣＨＰの左側の辺だけを跨ぐように配置されており、半導体チップＣＨＰの４辺に均等に配置されてはいない。つまり、ワイヤＷの配置に関しては、対称性が高められていない。これは、ワイヤＷは比較的柔らかい金から構成されており、ワイヤＷは、半導体チップＣＨＰの変形には影響を与えないからである。すなわち、ワイヤＷは、半導体チップＣＨＰに不均一な変形を発生させるおそれのあるモジュール構成部品とは考えられないことから、本実施の形態では、ワイヤＷの配置に関して対称性を高めることはしていないのである。それよりも、半導体チップＣＨＰの４辺に均等にワイヤＷを配置すると、配線基板３０の端子３５とワイヤＷとを接続する配線の引き回しが複雑となるため、本実施の形態では、配線基板３０の端子３５に近い半導体チップＣＨＰの左側の辺だけを跨ぐようにワイヤＷを配置しているのである。

なお、配線基板３０は、例えば、柔軟性のあるフレキシブル基板から構成されている。このため、ワイヤＷと同様に半導体チップＣＨＰに不均一な変形を発生させるおそれのあるモジュール構成部品ではないと考えるかもしれないが、フレキシブル基板の剛性とワイヤＷの剛性は数桁以上も相違することから、配線基板３０は、半導体チップＣＨＰに不均一な変形を発生させるおそれのあるモジュール構成部品と考えられるのである。したがって、配線基板３０の第１部位３０ａに半導体チップＣＨＰを内包する開口部ＯＰを設けて、第１部位３０ａと開口部ＯＰの対称性を高めることは、半導体チップＣＨＰに不均一な変形を発生させることを抑制する観点から非常に重要なのである。

これらの構成を実現するということは、すなわち点対称な形状を有する半導体チップＣＨＰの第１中心、点対称な形状を有するチップ搭載部２０の第２中心、点対称な形状を有する配線基板３０の開口部ＯＰの第３中心が、実質的に一致することが望ましい。この点に関し、「第１中心と第２中心と第３中心とが実質的に一致する」とは、厳密に一致することを要求するものではなく、第１中心と第２中心と第３中心とを実質的に一致させる設計思想が存在すれば、本明細書でいう「第１中心と第２中心と第３中心とが実質的に一致する」に含まれる。なぜなら、厳密な一致は工業的に困難であり、各部材の組立精度の範囲であれば、本特許の目指す特性を実現できるため、例えば、各部材の組立精度の範囲内であれば、「第１中心と第２中心と第３中心とが実質的に一致する」ことに該当し、本発明が目指す特性が実現される。

＜効果の検証＞
本実施の形態における特徴点は、半導体チップＣＨＰに不均一な変形を発生させるおそれのあるモジュール構成部品の対称性を高める点にある。この点に関し、特に、配線基板３０に点対称な第１部位３０ａを設け、かつ、この第１部位３０ａに点対称な開口部ＯＰを設けて配線基板３０の対称性を高めていることに大きな技術的意義がある。

以下では、この有効性に関する検証結果について説明することにする。

図６（ａ）は、第１関連技術におけるひずみセンサモジュールの実装構成を示す図である。ここで、本明細書でいう「関連技術」とは、公知技術ではないが、本発明者が見出した課題を有する技術であって、本願発明の前提となる技術である。

図６（ａ）において、第１関連技術におけるひずみセンサモジュール２００は、チップ搭載部２０上に配線基板５０の一部分が配置されており、この配線基板５０の一部分を覆うように封止樹脂４０が形成されている。

図６（ｂ）は、封止樹脂を取り除いたひずみセンサモジュールを示す図である。図６（ｂ）において、チップ搭載部２０上には、半導体チップＣＨＰが搭載されており、半導体チップＣＨＰと配線基板５０に形成されている配線（図示せず）とは、複数のワイヤＷで電気的に接続されている。このように構成されている第１関連技術におけるひずみセンサモジュール２００では、図６（ｂ）に示すように、半導体チップＣＨＰに対して配線基板５０が対称に配置されていない点が、図３に示す本実施の形態におけるひずみセンサモジュール１００との実装構成の相違点である。すなわち、第１関連技術では、配線基板５０が半導体チップＣＨＰに対して非対称に配置されている。

次に、図７（ａ）は、第２関連技術におけるひずみセンサモジュールの実装構成を示す図である。図７（ａ）において、第２関連技術におけるひずみセンサモジュール３００は、チップ搭載部６０上に配線基板５０の一部分が配置されており、この配線基板５０の一部分を覆うように封止樹脂４０が形成されている。

図７（ｂ）は、封止樹脂を取り除いたひずみセンサモジュールを示す図である。図７（ｂ）において、チップ搭載部６０上には、半導体チップＣＨＰが搭載されており、半導体チップＣＨＰと配線基板５０に形成されている配線（図示せず）とは、複数のワイヤＷで電気的に接続されている。このように構成されている第２関連技術におけるひずみセンサモジュール３００では、図７（ｂ）に示すように、半導体チップＣＨＰに対して配線基板５０が対称に配置されていない点が、図３に示す本実施の形態におけるひずみセンサモジュール１００との実装構成の相違点である。すなわち、第２関連技術でも、配線基板５０が半導体チップＣＨＰに対して非対称に配置されている。

以下では、上述したような構成を有する第１関連技術および第２関連技術と本実施の形態とを対比することにより、本実施の形態におけるひずみセンサモジュール１００によれば、第１関連技術におけるひずみセンサモジュール２００や第２関連技術におけるひずみセンサモジュール３００に比べて、「ゼロ点変動」を抑制できるという検証結果について説明する。

図８は、温度とひずみセンサモジュールからの出力との関係を示すグラフである。

図８において、横軸は温度（℃）を示している一方、縦軸はひずみセンサモジュールからの出力（με）を示している。図８においては、実質的な歪は発生していない状態で、温度変化に基づくひずみセンサモジュールからの出力が示される。つまり、図８において、ひずみセンサモジュールからの出力に「ゼロ点変動」が含まれていない場合には、ひずみセンサモジュールからの出力がゼロとなる。すなわち、図８において、ひずみセンサモジュールからの出力がゼロであれば「ゼロ点変動」が抑制されていることを意味する。一方、ひずみセンサモジュールからの出力に「ゼロ点変動」が含まれている場合には、図８において、ひずみセンサモジュールからの出力が変動する。すなわち、図８において、ひずみセンサモジュールからの出力がゼロ以外の値で変動すれば「ゼロ点変動」が生じていることを意味する。

ここで、図８に示すグラフ（Ａ）は、本実施の形態におけるひずみセンサモジュール１００の結果を示している。また、グラフ（Ｂ）は、第１関連技術におけるひずみセンサモジュール２００の結果を示しており、グラフ（Ｃ）は、第２関連技術におけるひずみセンサモジュール３００の結果を示している。

まず、グラフ（Ａ）から、本実施の形態におけるひずみセンサモジュール１００によれば、温度を２０℃から１００℃まで変化させても、ひずみセンサモジュール１００からの出力がゼロを維持していることがわかる。このことは、本実施の形態におけるひずみセンサモジュール１００によれば、温度変化に起因する「ゼロ点変動」が生じていないことを示している。

続いて、グラフ（Ｂ）から、第１関連技術におけるひずみセンサモジュール２００によれば、温度を２０℃から１００℃まで変化させると、ひずみセンサモジュール２００からの出力が変動していることがわかる。特に、温度が６０℃から１００℃の範囲では、ひずみセンサモジュール２００からの出力が大きく変化していることがわかる。したがって、第１関連技術におけるひずみセンサモジュール２００では、「ゼロ点変動」が生じていることがわかる。

同様に、グラフ（Ｃ）から、第２関連技術におけるひずみセンサモジュール３００によれば、温度を２０℃から１００℃まで変化させると、ひずみセンサモジュール３００からの出力が変動していることがわかる。特に、温度が６０℃から１００℃の範囲では、ひずみセンサモジュール３００からの出力が大きく変化していることがわかる。したがって、第２関連技術におけるひずみセンサモジュール２００でも、「ゼロ点変動」が生じていることがわかる。

なお、図８において、温度８０℃を境に、グラフ（Ｂ）とグラフ（Ｃ）がプラス(引張歪)からマイナス(圧縮歪)に転じている。これは、封止樹脂４０の弾性率が８０℃を境に急激に低下する影響である。グラフ（Ａ）でも封止樹脂４０の弾性率は、８０℃を境に急激に低下するが、構成部材が対称のため、その影響が生じない。

以上の結果から、半導体チップＣＨＰに不均一な変形を発生させるおそれのあるモジュール構成部品の対称性を高めることにより、「ゼロ点変動」が抑制されることがわかる。特に、本実施の形態のように、配線基板３０に点対称な第１部位３０ａを設け、かつ、この第１部位３０ａに点対称な開口部ＯＰを設けて配線基板３０の対称性を高めていることが「ゼロ点変動」を抑制する上で有効であることがわかる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１１ 半導体基板
１２ａ 拡散抵抗領域
１２ｂ 拡散抵抗領域
１２ｃ 拡散抵抗領域
１２ｄ 拡散抵抗領域
２０ チップ搭載部
３０ 配線基板
３０ａ 第１部位
３０ｂ 第２部位
３５ 端子
４０ 封止樹脂
５０ 配線基板
６０ チップ搭載部
１００ ひずみセンサモジュール
１５０ ひずみセンサモジュール
２００ ひずみセンサモジュール
３００ ひずみセンサモジュール
ＣＨＰ 半導体チップ
ＣＬ１ 中心線
ＣＬ１Ｘ 中心線
ＣＬ１Ｙ 中心線
ＣＬ２Ｘ 中心線
ＣＬ２Ｙ 中心線
ＣＬ３Ｘ 中心線
ＣＬ３Ｙ 中心線
ＣＬ４Ｘ 中心線
ＣＬ４Ｙ 中心線
ＣＬ２ 中心線
ＣＰ１ 中心
ＯＰ 開口部
Ｗ ワイヤ

Claims (7)

1. 第１方向の第１歪と前記第１方向と直交する第２方向の第２歪との差分に対応する信号を出力するひずみセンサが形成された半導体チップと、
   前記半導体チップを搭載するチップ搭載部と、
   前記半導体チップと電気的に接続される配線を有する配線基板と、
   を備える、ひずみセンサモジュールであって、
   前記半導体チップは、前記半導体チップの第１中心に対して点対称な形状を有し、
   前記チップ搭載部は、前記チップ搭載部の第２中心に対して点対称な形状を有し、
   前記配線基板は、開口部を含み、
   前記開口部は、前記開口部の第３中心に対して点対称な形状を有し、
   前記半導体チップは、前記チップ搭載部上に配置され、かつ、前記配線基板の前記開口部は、前記チップ搭載部上に配置され、かつ、前記半導体チップは、平面視において前記開口部に内包される、ひずみセンサモジュール。
2. 請求項１に記載のひずみセンサモジュールにおいて、
   前記第１中心と前記第２中心と前記第３中心とが実質的に一致する、ひずみセンサモジュール。
3. 請求項１に記載のひずみセンサモジュールにおいて、
   前記配線基板は、
   前記チップ搭載部上に配置され、かつ、前記開口部が形成され、かつ、前記第３中心に対して点対称な形状を有する第１部位と、
   前記第１部位と接続され、かつ、前記第１方向に延在する第２部位と、
   を含む、ひずみセンサモジュール。
4. 請求項１に記載のひずみセンサモジュールにおいて、
   前記半導体チップと前記開口部とを覆う封止樹脂を含み、
   前記封止樹脂は、前記封止樹脂の第４中心に対して点対称な形状を有し、
   前記第４中心は、前記第１中心と前記第２中心と前記第３中心とに実質的に一致する、ひずみセンサモジュール。
5. 請求項１に記載のひずみセンサモジュールにおいて、
   前記チップ搭載部は、金属薄板から構成されている、ひずみセンサモジュール。
6. 請求項１に記載のひずみセンサモジュールにおいて、
   前記配線基板は、フレキシブル基板である、ひずみセンサモジュール。
7. 請求項１に記載のひずみセンサモジュールにおいて、
   前記配線基板に形成されている配線と前記半導体チップとは、ワイヤで接続されている、ひずみセンサモジュール。

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