JP2023006657A - 力学量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】力学量測定装置の性能を向上させる。【解決手段】力学量測定装置１は、歪検知回路が形成された半導体チップ２と、半導体チップ２を搭載する絶縁性のベース板３と、を備えている。半導体チップ２は、接合材５を介してベース板３に接合されており、接合材５は、好ましくは半田または金属ナノ粒子からなる。力学量測定装置１は、導電性の接合材８を用いて測定対象物７に取り付けられる。測定対象物７で生じた歪は、接合材８、ベース板３および接合材５を介して半導体チップ２に伝達される。【選択図】図３

Description

新規性喪失の例外適用申請有り

本発明は、力学量測定装置に関する。

特開２００９－２６４９７６号公報（特許文献１）には、半導体歪センサーに関する技術が記載されており、歪センサーチップをベース板に搭載した半導体歪センサーが開示されている。

特開２０１２－４７６０８号公報（特許文献２）には、ブリッジ回路を用いた力学量測定装置に関する技術が記載されている。

特開２００９－２６４９７６号公報 特開２０１２－４７６０８号公報

A.H.Chokshi,A.Rosen,J.Karch and H.Gleiter;Scripta METALLURGICA:Vol23,1989,pp.1679-1684

ベース板に歪センサーチップを搭載すると、半導体歪センサーを扱いやすくなる。しかしながら、金属からなるベース板に歪センサーチップを搭載した半導体歪センサーの場合には、半導体歪センサーの使用形態に制限が生じるなどして、半導体歪センサーの使い勝手が悪くなり、また、半導体歪センサーの性能が低下する虞がある。

例えば、金属からなるベース板に歪センサーチップを搭載した半導体歪センサーを、金属からなる測定対象物に取り付けた場合には、測定対象物とベース板とが導通してしまい、半導体歪センサーと測定対象物との間に電流が流れる虞があり、半導体歪センサーが、測定対象物からの電気的ノイズの影響を受けてしまう懸念がある。かといって、半導体歪センサーと測定対象物との間の導通と防ぐために、金属からなるベース板に歪センサーチップを搭載した半導体歪センサーを、絶縁性の接着剤を用いて測定対象物に取り付けた場合には、半田などの導電性の接合材を用いた場合に比べて、半導体歪センサーの性能が低下する虞がある。

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。

一実施の形態によれば、力学量測定装置は、歪検出部と、前記歪検出部を搭載する絶縁性の構造体と、を備える。

一実施の形態によれば、力学量測定装置の使い勝手がよくなる。また、力学量測定装置の性能を向上させることができる。

実施の形態１の力学量測定装置を示す平面図である。 実施の形態１の力学量測定装置を示す断面図である。 図１および図２の力学量測定装置を測定対象物に取り付けた状態を模式的に示す断面図である。 図１および図２の力学量測定装置で用いられている半導体チップの平面構成を示す説明図である。 検討例の学量測定装置を測定対象物に取り付けた状態を模式的に示す断面図である。 応力分布を解析した結果を示す説明図である。 実施の形態２の力学量測定装置を示す平面図である。 実施の形態２の力学量測定装置を示す断面図である。 ひずみ伝達率を解析した結果の一例を示したグラフである。 実施の形態３の力学量測定装置を示す平面図である。 実施の形態３の力学量測定装置を示す断面図である。 実施の形態４の力学量測定装置を示す平面図である。 実施の形態４の力学量測定装置を示す平面透視図である。 実施の形態３の力学量測定装置を示す断面図である。 実施の形態３の力学量測定装置を示す断面図である。 実施の形態３の力学量測定装置を示す断面図である。 実施の形態５の力学量測定装置を示す平面透視図である。 実施の形態５の力学量測定装置を示す断面図である。 実施の形態５の力学量測定装置を示す断面図である。 実施の形態６の力学量測定装置を示す平視図である。 実施の形態６の力学量測定装置を示す断面図である。 フレキシブル基板を取り付ける前の実施の形態６の力学量測定装置を示す平面図である。 フレキシブル基板を取り付ける前の実施の形態６の力学量測定装置を示す断面図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。

（実施の形態１）
＜力学量測定装置の構成について＞
本実施の形態の力学量測定装置１を、図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の力学量測定装置１を示す平面図（上面図）であり、図２は、本実施の形態の力学量測定装置１を示す断面図である。図１には、力学量測定装置１の上面側の平面図が示されており、図１のＡ１－Ａ１線の位置での断面図が、図２にほぼ対応している。なお、図１および以降の各図に示されるＸ方向およびＹ方向は、互いに直交する方向である。また、Ｘ方向およびＹ方向は、ベース板３の上面に略平行な方向であり、従って、半導体チップ２の主面に略平行な方向でもある。

図１および図２に示されるように、本実施の形態の力学量測定装置１は、歪検出部としての半導体チップ（歪センサーチップ）２と、半導体チップ２を搭載（支持、固定）する構造体としてのベース板（構造体）３と、を有している。半導体チップ２は、ベース板３上に接合材５を介して搭載されている。

半導体チップ２は、歪検知回路（歪検出回路、歪センサ回路）が形成された半導体チップ、すなわち歪センサーチップである。半導体チップ２は、歪（ひずみ）を検出する機能を有しているため、歪検出部とみなすことができる。ベース板３は、半導体チップ２を搭載する絶縁性の構造体である。

具体的には、ベース板３は、絶縁材料からなるベース板（基板）であるが、ベース板３には、必要に応じて導体パターン（導体層、配線層）４が形成されている。導体パターン４を、ベース板３の構成要素の一部とみなすこともできる。すなわち、ベース板３は、主として絶縁材料からなるが、導体パターン４を含むこともできる。

図１および図２の場合は、導体パターン４として、導体パターン４ａ，４ｂがベース板３の上面に形成されている。このうち、導体パターン４ａは、ベース板３の上面における半導体チップ２を搭載する領域に形成されている。また、導体パターン４ｂは、ベース板３の上面における半導体チップ２を搭載する領域の周囲に形成されている。ベース板３は、好ましくはセラミック（セラミック材料）からなる。このため、ベース板３は、好ましくはセラミック基板からなる。導体パターン４は、好ましくは金属材料からなり、例えばモリブデン（Ｍｏ）とタングステン（Ｗ）の合金膜などからなる。なお、ベース板３の上面は、半導体チップ２を搭載する側の主面に対応し、ベース板３の下面は、上面とは反対側の主面に対応している。

平面視において、半導体チップ２は、半導体チップ２の中心に対して点対称な平面形状を有しており、半導体チップ２の平面形状は、好ましくは正方形状（略正方形）である。また、平面視において、ベース板３は、ベース板３の中心に対して点対称な平面形状を有しており、ベース板３の平面形状は、好ましくは正方形状である。図１の場合は、半導体チップ２およびベース板３のそれぞれは、Ｘ方向に平行な辺とＹ方向に平行な辺とを有する正方形状を有している。

半導体チップ２は、ベース板３の上面の中央に搭載されていることが好ましく、平面視において、半導体チップ２の中心がベース板３の中心にほぼ一致するように半導体チップ２が配置されていれば、更に好ましい。また、半導体チップ２とベース板３とが正方形状の場合は、半導体チップ２の四辺がベース板３の四辺とそれぞれ平行となるように半導体チップ２が配置されていれば、より好ましく、図１にはこの場合が示されている。他の形態として、半導体チップ２の各辺がベース板３の各辺に対して４５°傾斜するように、半導体チップ２を配置させる場合もあり得る。ここで、平面視とは、半導体チップ２の主面またはベース板３の上面に略平行な平面で見た場合に対応している。

半導体チップ２は、ベース板３の上面の導体パターン４ａ上に、接合材（接合層）５を介して接合されて固定されている。すなわち、半導体チップ２と導体パターン４ａとの間には、接合材５が介在している。接合材５としては、絶縁性の接着剤を用いることもできるが、導電性の接合材がより好ましく、半田または金属ナノ粒子を好適に用いることができる。ここで、典型的には、平均粒径が１～数百ｎｍの金属粒子からなる金属材料を金属ナノ粒子と呼ぶ。接合材５として金属ナノ粒子を用いる場合は、例えば銅ナノ粒子を好適に用いることができる。

導体パターン４ａは、半導体チップ２をベース板３に接合材５で接合しやすくするために設けられている。導体パターン４ａが無くとも、ベース板３の上面に直接的に半導体チップ２を接合材５で接合できるのであれば、ベース板３の上面に導体パターン４ａを形成しなくともよい。しかしながら、接合材５として、絶縁性の接合材ではなく、導電性の接合材を用いる場合は、導体パターン４ａが無いと、半導体チップ２を導電性の接合材５を介してベース板３に接合しにくい。このため、本実施の形態では、ベース板３の上面に導体パターン４ａを形成しておき、その導体パターン４ａ上に導電性の接合材５を介して半導体チップ２を搭載している。これにより、半導体チップ２を導電性の接合材５を介して導体パターン４ａに強固に接合し、半導体チップ２をベース板３に搭載して固定することができる。

導体パターン４ｂは、半導体チップ２の電極２ａと電気的に接続するための電極（端子）であり、ベース板３の上面に複数形成されている。以下では、導体パターン４ｂを電極４ｂと称する場合がある。半導体チップ２は、複数の電極（パッド電極）２ａを有しており、それら複数の電極２ａは、半導体チップ２の主面（上面）に形成されている。半導体チップ２の複数の電極２ａと、ベース板３の上面に形成された複数の電極４ｂとは、複数の導電性のワイヤ（ボンディングワイヤ）６を介して電気的に接続されている。ワイヤ６は、金属細線からなる。ワイヤ６の一方の端部が、半導体チップ２の電極２ａと接続され、ワイヤ６の他方の端部が、ベース板３の上面に形成された電極４ｂと接続されている。

また、本実施の形態では、半導体チップ２の複数の電極２ａと、ベース板３の上面に形成された複数の電極４ｂとを、複数のワイヤ６を介して電気的に接続しているが、他の形態として、ベース板３の上面に電極４ｂを形成しない場合もあり得る。その場合は、ベース板３にフレキシブル基板を接続し、そのフレキシブル基板の複数の電極と、半導体チップ２の複数の電極２ａとを、複数のワイヤを介して電気的に接続すればよい。

図３は、力学量測定装置１を測定対象物７に取り付けた（貼り付けた）状態を模式的に示す断面図である。

図３に示されるように、力学量測定装置１を測定対象物７に取り付ける（貼り付ける）際は、力学量測定装置１のベース板３の下面が測定対象物７に接合材８を介して接合されて固定される。接合材８は、絶縁性の接着剤を用いることもできるが、より好ましくは導電性の接合材であり、半田などを好適に用いることができる。また、測定対象物７は、導電性を有していてもよく、例えば金属材料からなる。

ベース板３は、絶縁性のベース板であるため、測定対象物７が導電性材料（好ましくは金属材料）からなる場合に、接合材８として導電性の接合材（好ましくは半田）を用いても、測定対象物７とベース板３とが導通するのを回避でき、従って、測定対象物７と半導体チップ２とが導通するのを回避することができる。

また、接合材８によるベース板３と測定対象物７との接合を容易とするために、ベース板３の下面にも導体パターン（図示せず）を形成しておき、そのベース板３の下面の導体パターンと測定対象物７とを接合材８を介して接合することもできる。その場合、そのベース板３の下面の導体パターンは、ベース板３の上面の導体パターン４ａ，４ｂや半導体チップ２とは電気的に接続されていないことが好ましい。

力学量測定装置１を測定対象物７に取り付けた（貼り付けた）ことで、測定対象物７に発生した歪を、力学量測定装置１により検知することができる。すなわち、測定対象物７で発生した歪は、接合材８を介してベース板３に伝わり、更にベース板３から接合材５を介して半導体チップ２に伝わる。測定対象物７から接合材８、ベース板３および接合材５を介して半導体チップ２に伝達された歪は、半導体チップ２に形成されている歪検知回路で検知される。このため、接合材５は、半導体チップ２をベース板３に固定する役割だけでなく、ベース板３から半導体チップ２に歪を伝達する役割も有している。

ここでは、本実施の形態の力学量測定装置１を測定対象物７に取り付ける場合について図示および説明したが、後述の実施の形態２～６の力学量測定装置１ａ～１ｅを測定対象物７に取り付ける場合も同様である。

次に、力学量測定装置１の製造工程の一例について説明する。

力学量測定装置１を製造するには、まず、半導体チップ２とベース板３を用意する。それから、半導体チップ２を、接合材５を介してベース板３に搭載して接合する。それから、ワイヤボンディング工程を行って、半導体チップ２の複数の電極２ａとベース板３の上面の複数の電極４ｂとを、複数のワイヤ６を介してそれぞれ電気的に接続する。その後、半導体チップ２を封止する封止樹脂（図示せず）を形成してもよい。

＜半導体チップについて＞
次に、半導体チップ２の構成例について、図４を参照して説明する。図４は、半導体チップ２の平面構成を示す説明図である。

半導体チップ２は、歪検知回路が形成された半導体チップ、すなわち歪センサーチップである。半導体チップ２を構成する半導体基板１１は、例えばシリコン（具体的には単結晶シリコン基板）からなる。半導体基板１１は、半導体チップ２の中心に対して点対称な平面形状を有しており、好ましくは正方形状の平面形状を有している。

図４に示されるように、半導体チップ２を構成する半導体基板１１には、半導体チップ２の中心に対して点対称に配置された４つの拡散抵抗領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが形成されている。これらの４つの拡散抵抗領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，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し、また、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。このため、これらの４つの拡散抵抗領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、歪検知回路を構成する。

半導体チップ２に形成された歪検知回路においては、４つの拡散抵抗領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，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，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ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なっている。例えば、半導体チップ２に形成されている歪検知回路は、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歪検知回路によれば、歪検知回路からの出力信号（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４と等価の回路であれば、拡散抵抗領域の数は４つに限定されるものではない。

＜主要な特徴と効果について＞
本実施の形態の主要な特徴のうちの一つは、歪検知回路が形成された半導体チップ２（歪センサーチップ）を絶縁性のベース板３に搭載（実装）したことである。半導体チップ２をベース板３に搭載したことにより、力学量測定装置１を取り扱いやすくなる。例えば、上記図３のように、力学量測定装置１のベース板３を測定対象物７に接合することにより、測定対象物７で生じた歪を力学量測定装置１で検知することができる。

図５は、本発明者が検討した検討例の力学量測定装置１０１を測定対象物１０７に取り付けた状態を模式的に示す断面図であり、上記図３に相当するものである。図５に示される検討例の力学量測定装置１０１は、金属材料からなる導電性のベース板１０３と、ベース板１０３上に接合材１０５を介して搭載された半導体チップ１０２とを有している。半導体チップ１０２は、本実施の形態の半導体チップ１０２に相当するものであり、歪検知回路が形成された半導体チップ（歪センサーチップ）である。図５に示されるように、検討例の力学量測定装置１０１を測定対象物１０７に取り付ける際は、力学量測定装置１０１のベース板１０３の下面が測定対象物１０７に接合材１０８を介して接合されて固定される。

検討例の力学量測定装置１０１では、ベース板１０３は、導電性のベース板である。ベース板１０３が導電性のベース板の場合には、力学量測定装置１０１の使用形態によっては不具合が生じる虞があるため、力学量測定装置１０１の使用形態に制限が生じるなどして、力学量測定装置１０１の使い勝手が悪くなり、また、力学量測定装置１０１の性能が低下する虞がある。

例えば、測定対象物１０７が金属材料（導電材料）からなる場合には、ベース板１０３と測定対象物１０７とが導通してしまうことにより、力学量測定装置１０１と測定対象物１０７との間に電流が流れる虞があり、力学量測定装置１０１が、測定対象物１０７からの電気的ノイズの影響を受けることが懸念される。また、上記特許文献１（特開２００９－２６４９７６号公報）では、歪センサーチップを搭載するベース板は、測定対象物と同じ材質、あるいは熱膨張係数が略一致する材質であることが好ましいと記載されており、それに従うと、測定対象物が金属材料の場合は、歪センサーチップを搭載するベース板も金属材料により構成されることになる。歪センサーチップ（半導体チップ１０２）を搭載するベース板１０３と、測定対象物１０７との両方が金属材料からなる場合には、上述のように、ベース板１０３と測定対象物１０７とが導通してしまうことにより、力学量測定装置１０１と測定対象物１０７との間に電流が流れる虞があり、力学量測定装置１０１が、測定対象物１０７からの電気的ノイズの影響を受けることが懸念される。これは、力学量測定装置１０１の性能を低下させる。

このため、金属材料からなるベース板１０３を金属材料からなる測定対象物１０７に接合する接合材１０８としては、絶縁性の接着剤を用いる必要がある。これにより、金属材料からなるベース板１０３と金属材料からなる測定対象物１０７とが導通するのを防ぐことができるため、力学量測定装置１０１と測定対象物１０７との間に電流が流れるのを防ぐことができ、力学量測定装置１０１が測定対象物１０７から電気的ノイズの影響を受けてしまうのを、抑制または防止することができる。

しかしながら、力学量測定装置１０１を測定対象物１０７に接合する接合材１０８として、絶縁性の接着剤は、半田などの導電性の接合材に比べると不利である。すなわち、接合材１０８として絶縁性の接着剤を用いた場合には、絶縁性の接着剤の接合強度、降伏応力、疲労強度および応力緩和特性に起因して、力学量測定装置１０１が計測できる歪範囲が制限されてしまう懸念がある。また、絶縁性の接着剤の弾性率や温度上昇に伴う軟化に起因して、力学量測定装置１０１の感度が低下する懸念がある。また、絶縁性の接着剤の疲労強度と応力緩和特性と耐環境性などに起因して、力学量測定装置１０１の長期的な信頼性が低下する懸念がある。これらの懸念は、力学量測定装置１０１の性能の低下につながるため、解消または改善することが望まれる。これらの懸念を解消または改善するためには、接合材１０８として、絶縁性の接着剤ではなく、半田などの導電性の接合材を使用できるようにすることが有効であるが、半田などの導電性の接合材を使用した場合には、上述のようにベース板１０３と測定対象物１０７との導通による不具合が懸念される。

そこで、本実施の形態では、歪検知回路が形成された半導体チップ２（歪センサーチップ）を絶縁性の構造体であるベース板３に搭載している。このため、力学量測定装置１を取り付ける測定対象物７が金属材料のような導電性材料からなる場合であっても、力学量測定装置１のベース板３は、金属体ではなく、絶縁性のベース板からなる。本実施の形態では、半導体チップ２を金属のベース板ではなく絶縁性のベース板３に搭載しているため、力学量測定装置１を測定対象物７に取り付けたときに、力学量測定装置１の半導体チップ２と測定対象物７との間に電流が流れるのを防止することができ、力学量測定装置１の半導体チップ２が、測定対象物７から電気的ノイズの影響を受けるのを抑制または防止することができる。これにより、力学量測定装置１の性能を向上させることができる。

また、本実施の形態では、半導体チップ２と測定対象物７とが導通するのを絶縁性のベース板３によって防ぐことができるため、力学量測定装置１を測定対象物７に取り付ける（貼り付ける）際に、ベース板３と測定対象物７とを接合する接合材８として、絶縁性の接着剤を用いることもできるし、また、半田などの導電性の接合材を用いることもできる。すなわち、測定対象物７が金属材料からなる場合に、ベース板３と測定対象物７とを接合する接合材８として、半田などの導電性の接合材を用いたとしても、力学量測定装置１の半導体チップ２と測定対象物７との間に電流が流れるのを防止することができ、力学量測定装置１の半導体チップ２が、測定対象物７から電気的ノイズの影響を受けてしまうのを抑制または防止することができる。そして、ベース板３と測定対象物７とを接合する接合材８として、半田などの導電性の接合材を用いることができることで、絶縁性の接着剤に限定される場合の上記懸念を解消または改善することができる。例えば、力学量測定装置１が計測できる歪範囲を拡大することができ、また、力学量測定装置１の感度を向上させることができる。また、力学量測定装置１の長期的な信頼性を向上させることができる。

このように、本実施の形態では、歪検知回路が形成された半導体チップ２（歪センサーチップ）を絶縁性の構造体であるベース板３に搭載したことで、力学量測定装置の使用形態に制限が生じにくくなり、力学量測定装置の使い勝手がよくなる。また、力学量測定装置の性能を向上させることができる。

本実施の形態では、絶縁性のベース板３を用いているが、絶縁性のベース板３の素材として、好ましくは絶縁性のセラミック材を用いている。すなわち、絶縁性のセラミック材からなるベース板３を用いることが好ましい。

ベース板３は、測定対象物７から半導体チップ２へ歪を伝達する役割も有しており、柔らかすぎると（従って弾性率が低すぎると）、測定対象物７から半導体チップ２へ歪が伝わりにくくなる。このため、ベース板３の弾性率は、測定対象物７と半導体チップ２との間で歪が伝わることが可能となるような値を有していることが求められる。この観点で、ベース板３の弾性率は、半導体チップ２の弾性率よりも高いことが好ましい。セラミック材は、弾性率が高い絶縁材料であるため、ベース板３の素材として好ましい。一例として、３１０ＧＰａ程度の弾性率を有するセラミック材をベース板３に用いることができる。

上述のように、本実施の形態においては、半導体チップ２をベース板３に接合するための接合材５としては、半田または金属ナノ粒子を好適に用いることができる。

接合材５として半田を用いる場合は、共晶点が２７５℃以上の高融点半田、例えば金スズ半田、を好適に用いることができる。接合材５として高融点半田を用いれば、力学量測定装置１を測定対象物７に半田などを用いて取り付ける際に、接合材５として用いた半田が溶融して不具合が生じるのを防ぎやすくなる。また、接合材５が導電性を有していれば、半導体チップ２で生じた熱をベース板３に伝導させやすくなるため、動作時の半導体チップ２の温度上昇を抑制しやすくなる。

金スズ半田は、凝固後の弾性率が６９ＧＰａで降伏応力が２７５ＭＰａであり、これらの値は、一般の半導体チップの接合材料、例えば銀ペースト材などよりも高い。このため、接合材５がベース板３から半導体チップ２に歪を伝達する役割を有しているという観点では、接合材５として金スズ半田は適している。

しかしながら、接合材５として半田を用いる場合には、半導体チップ２をベース板３に接合する工程において、接合材５として用いた金属半田が溶融状態から凝固していく過程が発生する。この過程で生じる接合材５と半導体チップ２との熱変形量の差に起因する残留応力により、半導体チップ２に歪が発生し得る。半導体チップ２をベース板３に接合する工程で半導体チップ２に歪が生じることは、力学量測定装置１の初期測定値に影響を及ぼす虞があるため、できるだけ抑制することが望ましい。

なお、上記検討例の力学量測定装置１０１においては、ベース板１０３が金属材料からなるため、ベース板１０３と半導体チップ１０２との熱膨張係数の差が比較的大きい。このため、上記検討例の力学量測定装置１０１の場合は、接合材１０５として用いた金属半田が溶融状態から凝固していく過程で生じる接合材１０５と半導体チップ１０２との熱変形量の差がかなり大きくなり、残留応力かなり大きくなるため、半導体チップ２に生じる歪がかなり大きくなものとなる。

金属からなるベース板１０３を用いた検討例の力学量測定装置１０１に比べると、セラミック材のような絶縁材からなるベース板３を用いた力学量測定装置１の場合は、ベース板３と半導体チップ２との熱膨張係数の差は、比較的小さくなる。このため、検討例の力学量測定装置１０１に比べると、本実施の形態の力学量測定装置１の方が、半導体チップ２をベース板３に半田で接合する場合であっても、金属半田が溶融状態から凝固していく過程で生じる接合材５と半導体チップ２との熱変形量の差が小さくなり、半導体チップ２に生じる歪を抑制することができる。

しかしながら、セラミック材のような絶縁材からなるベース板３を用いたことにより、ベース板３と半導体チップ２との熱膨張係数の差を小さくすることができたとしても、接合材５として半田を用いた場合には、半田が溶融状態から凝固していく過程で生じる接合材５と半導体チップ２との熱変形量の差に起因する残留応力により、半導体チップ２に歪が発生することは避けられない。

そこで、本実施の形態では、半導体チップ２をベース板３に接合する接合材５としては、金属ナノ粒子を用いることがより好ましい。金属ナノ粒子としては、銅ナノ粒子が特に好適である。

金属ナノ粒子（好ましくは銅ナノ粒子）は、加熱をしなくても金属結合が進行し得るため、原料の段階では、金属ナノ粒子に安定化剤を混ぜて金属ナノ粒子を分散させることにより、金属結合を抑制している。安定化剤によって阻害されている金属ナノ粒子の金属結合は、金属ナノ粒子から安定化剤を加熱などの手法で除去すると進行し、金属ナノ粒子同士が結合し、また、金属ナノ粒子は他の金属とも結合されるようになる。このため、接合材５として金属ナノ粒子（好ましくは銅ナノ粒子）を用いた場合には、半導体チップ２をベース板３に接合する工程において、接合材５が溶融してから凝固するという過程は発生しないで済む。

すなわち、接合材５として半田を用いた場合には、半導体チップ２をベース板３に接合する工程において、半田を一旦溶融させてから凝固させるという過程を経る必要があるが、この過程は、半導体チップ２に歪を発生させる。しかしながら、接合材５として金属ナノ粒子（好ましくは銅ナノ粒子）を用いた場合には、半導体チップ２をベース板３に接合する工程において、安定化剤を除去するための加熱を行えば、接合材５を溶融させなくとも、金属ナノ粒子の金属結合が進行し、半導体チップ２をベース板３の上面の導体パターン４ａに接合材５を介して的確に接合させることができる。このため、接合材５として金属ナノ粒子（好ましくは銅ナノ粒子）を用いた場合には、接合材５として半田を用いた場合に比べて、半導体チップ２をベース板３に接合する工程において、接合材５と半導体チップ２との熱変形量の差に起因して発生する残留応力が小さくなり、半導体チップ２に発生する歪が小さくなる。このため、接合材５として金属ナノ粒子（好ましくは銅ナノ粒子）を用いた場合には、半導体チップ２をベース板３に接合する工程で半導体チップ２に発生する歪を抑制することができ、その歪が力学量測定装置１の初期測定値に影響を及ぼすのを防ぐことができる。

接合材５として用いる金属ナノ粒子としては、銅ナノ粒子が好適であるが、銅ナノ粒子の平均粒径をΦ１００ｎｍ以下とすることで、半導体チップ２の接合部に適した降伏応力を備えた金属接合が可能となる。

ここで、力学量測定装置１の接合材５に必要な降伏強度は、力学量測定装置１で計測したい歪量の範囲から接合材５に加わり得る応力を推定することによって、求めることができる。例えば、力学量測定装置１で計測する歪量の範囲を＋１０００μεとし、所定の物性値を用いてベース板３の上面とベース板３と接合材５の接合面とにおける応力分布（図６のＢ－Ｂ線の位置における応力分布）を解析した結果を図６に示す。図６のグラフからは、接合材５の端面（側端面）に応力が集中し、最大で４００ＭＰａの応力が作用しており、接合材５が４００ＭＰａ以上の降伏強度を有していれば、降伏は発生しないことが分かる。

一方、接合材５に使用した銅ナノ粒子の降伏応力は、以下の数式１のホールペッチ式を用いて推定される。
σ_ｙ＝σ_０＋ｋ／√ｄ ・・・（数式１）

ここで、σ_ｙは銅ナノ粒子の降伏応力、σ_０は単結晶の降伏応力、ｋは材料定数、ｄは平均粒径である。

また、降伏応力σ_０は、降伏比を０．６５としたとき以下の数式２から推定される。
σ_０＝σ_Ｓ×０．６５ ・・・（数式２）

ここで、σ_Ｓは、引張強度であり、以下の数式３から推定される。
σ_Ｓ＝（２．５～３．０）×Ｈｖ ・・・（数式３）

ここで、銅の単結晶のビッカース硬さＨｖは、上記非特許文献１にある以下の数式４から推定することができる。
Ｈｖ＝５２＋６０／√ｄ ・・・（数式４）

単結晶での降伏応力σ_０は、上記数式２から、８４．５～１０１．４ＭＰａ（２．５～３．０×５２×０．６５）となる。また、上記数式１で結晶粒界のすべり伝達の抵抗を示す材料定数ｋ＝６０（Ｈｖ・√μｍ）を、上記数式２の硬さと応力の関係から引張強度σ_Ｓ＝２．７×ｋ×０．６５（ＭＰａ・√μｍ）として換算すると、ｋ＝６０（Ｈｖ・√μｍ）＝１０５（ＭＰａ・√μｍ）＝３３３０（ＭＰａ・√ｎｍ）となる。

σ_ｙは、銅ナノ粒子の平均粒子径をΦ１００ｎｍとすると、上記数式１から、σ_ｙ＝（８４．５～１０１．４）＋（３３３０／√１００）＝４１７．５～４３４．４ＭＰａとなる。この場合、接合材５として必要な降伏応力である４００ＭＰａ以上を確保することができる。更に広い範囲の歪量を力学量測定装置１で計測したい場合は、更に平均粒径の小さい銅ナノ粒子を採用すればよい。

このように、接合材５として金属ナノ粒子を用いる場合には、使用する金属ナノ粒子の平均粒を小さくすることにより、接合材５の降伏強度を高めることができ、それによって、力学量測定装置１で計測できる歪量の範囲を広くすることができる。このため、接合材５として、銅ナノ粒子を用いる場合は、平均粒子径がΦ１００ｎｍ以下の銅ナノ粒子を好適に用いることができる。

また、半導体チップ２は、互いに直交する２方向（Ｘ方向およびＹ方向）の歪量の差（差分）を検出（演算）して出力する機能を有している。このため、温度変化に起因してベース板３に熱変形が生じた場合に、ベース板３の熱変形の量がＸ方向とＹ方向とでほぼ等しければ、熱変形によって生じたベース板３の歪は、半導体チップ２に形成された歪検知回路の測定値に影響しなくなる。この観点で、ベース板３は、ベース板３の中心に対して点対称な平面形状を有していることが好ましい。そうすることにより、ベース板３の熱変形の量がＸ方向とＹ方向とでほぼ等しくなるため、熱変形によって生じたベース板３の歪が、力学量測定装置１の測定値に影響するのを抑制または防止することができる。このため、ベース板３の熱変形の影響を抑制または防止しながら、測定対象物７に生じた歪を力学量測定装置１で的確に検出することができる。

従って、ベース板３は、ベース板３の中心に対して点対称な平面形状を有していることが好ましく、この観点で、ベース板３の平面形状として、正方形状、円形状、正六角形状、正八角形状などを適用することができる。このうち、正方形状（略正方形）が、ベース板３の平面形状として最も好適である。これにより、力学量測定装置１を製造しやすくなり、また、力学量測定装置１を扱いやすくなる。

図１の場合は、半導体チップ２の平面形状は正方形状である。半導体チップ２の寸法例は、例えば２．５ｍｍ×２．５ｍｍ×０．１３ｍｍ（幅×長さ×厚み）であり、ベース板３の寸法例は、例えば、幅と長さが半導体チップ２の３倍である７．５ｍｍ×７．５ｍｍ×０．２ｍｍ（幅×長さ×厚み）である。ベース板３が厚すぎると、測定対象物７から半導体チップ２へ歪が伝わりにくくなるため、ベース板３の厚みは、ある程度薄いことが好ましい。しかしながら、ベース板３が薄すぎると、力学量測定装置１を製造しにくくなる。このため、ここでは、ベース板３の厚みは、例えば０．２ｍｍ程度としている。

（実施の形態２）
図７は、本実施の形態２の力学量測定装置１を示す平面図（上面図）であり、図８は、本実施の形態２の力学量測定装置１を示す断面図であり、上記実施の形態１の上記図１および図２にそれぞれ対応するものである。図７のＡ２－Ａ２線の位置での断面図が、図８にほぼ対応している。本実施の形態２の力学量測定装置１を、以下では、符号１ａを付して力学量測定装置１ａと称することとする。

本実施の形態２の力学量測定装置１ａが、上記実施の形態１の力学量測定装置１と主として相違しているのは、ベース板３である。ここで、本実施の形態２のベース板３を、以下では符号３ａを付して、ベース板３ａと称することとする。

本実施の形態２のベース板３ａは、平面形状については、上記実施の形態１のベース板３と基本的には同じである。しかしながら、上記実施の形態１のベース板３は、ほぼ均一な厚みを有していたのに対して、本実施の形態２のベース板３ａは、外周部（フレーム部２１）の厚みが、相対的に厚くなっている。

すなわち、本実施の形態２のベース板３ａは、ベース板３ａの外周にフレーム部（肉厚部、枠部）２１を有している。フレーム部２１は、ベース板３ａにおいて厚みが厚くなった部分であり、別の見方をすると、ベース板３ａの上面が突出した部分である。フレーム部２１は、ベース板３ａの外周に設けられているため、ベース板３ａの外周部とみなすこともできる。

平面視において、フレーム部２１は、ベース板３ａの外周に設けられており、フレーム部２１の厚みは、フレーム部２１の内側におけるベース板３ａの厚みよりも厚い。ベース板３ａのうち、フレーム部２１の内側の領域を、以下では、内側領域２２と称することとする。内側領域２２は、平面視においてフレーム部２１に囲まれており、内側領域２２の厚さは、フレーム部２１の厚さよりも薄い。また、フレーム部２１の上面の高さ位置は、内側領域２２の上面の高さ位置よりも高く、フレーム部２１は、内側領域の２２の上面から突出している。ベース板３ａの下面は、同一平面により形成されている。すなわち、フレーム部２１の下面と、内側領域２２の下面とは、同じ高さ位置にあり、同一平面を形成している。ベース板３ａは、厚みが厚いところほど、剛性が高くなる。フレーム部２１の厚みは内側領域２２の厚みよりも厚いため、フレーム部２１の剛性は、内側領域２２の剛性よりも高い。

半導体チップ２は、ベース板３ａの内側領域２２に接合材５を介して搭載されている。具体的には、ベース板３ａの内側領域２２の上面に導体パターン４ａが形成されており、その導体パターン４ａ上に、接合材５を介して半導体チップ２が接合されて固定されている。導体パターン４ａは、形成されていることが好ましいが、不要な場合は省略することもできる。

図７の場合は、フレーム部２１の幅は、ほぼ均一である。この場合、内側領域２２の平面形状は、ベース板３ａの平面形状とほぼ同じになり（但し平面寸法は小さい）、ベース板３ａの平面形状が正方形状の場合は、内側領域２２の平面形状も正方形状となる。また、図８の場合は、フレーム部２１の内壁（内側側面、内周側面）３３は、内側領域２２の上面に対して略垂直である。他の形態として、フレーム部２１の内壁３３が、内側領域２２の上面に対して傾斜している場合もあり得る。

本実施の形態２の力学量測定装置１ａの他の構成は、上記実施の形態１の力学量測定装置１とほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。

力学量測定装置を取り扱いしやすくするという観点では、半導体チップ２を搭載するベース板は、剛性が高いことが望ましい。しかしながら、上記実施の形態１の場合は、ベース板３の厚みは均一であるため、半導体チップ２を搭載するベース板３の全体の厚みを厚くしてしまうと、ベース板３全体の剛性は高くなるが、半導体チップ２の直下におけるベース板３の厚さも厚くなり、剛性も高くなるため、測定対象物７に生じた歪が、ベース板３を介して半導体チップ２に伝わりにくくなる。

それに対して、本実施の形態２では、ベース板３ａは、外周に厚みが厚くなったフレーム部２１を有しており、半導体チップ２は、フレーム部２１に囲まれた厚みが薄い内側領域２２に搭載している。これにより、ベース板３ａの外周に厚みが厚いフレーム部２１が存在することにより、ベース板３ａの剛性が高くなることにより、力学量測定装置１ａを取り扱いやすくなる。そして、フレーム部２１よりも薄い内側領域２２に半導体チップ２を搭載することにより、半導体チップ２の直下におけるベース板３ａの厚み（内側領域２２の厚みに対応）は薄くなり、剛性が低くなる。このため、力学量測定装置１ａを測定対象物７に取り付けたときに、半導体チップ２と測定対象物７との間に位置する部分のベース板３ａの厚み（内側領域２２の厚みに対応）が薄くなり、剛性が低くなるため、測定対象物７に生じた歪がベース板３ａを介して半導体チップ２に伝わりやすくなる。これにより、力学量測定装置１ａの感度を向上することができ、測定対象物７に生じた歪を力学量測定装置１ａで的確に検出することができる。

図９は、ベース板上に歪センサーチップ（半導体チップ２に対応）を搭載した力学量測定装置において、歪センサーチップの直下におけるベース板の厚さと、測定対象物からベース板を介して歪センサーチップへ歪が伝わるときのひずみ伝達率を解析した結果の一例を示したグラフである。図９からは、歪センサーチップを搭載するベース板の厚みを３００μｍよりも厚くすると、ベース板の厚みが厚くなるにしたがってひずみ伝達率は低下するが、ベース板の厚みを３００μｍ以下とするとひずみ伝達率は８０％以上となり、ベース板の厚みを３００μｍより更に薄くしても、ひずみ伝達率はそれ以上は上昇しないことが分かる。このため、半導体チップ２の直下におけるベース板３ａの厚さ、すなわち内側領域２２の厚さは、３００μｍ程度以下とすることが好ましい。これにより、測定対象物７に生じた歪をベース板３ａを介して半導体チップ２に効率的に伝達させることができるため、測定対象物７に生じた歪を力学量測定装置１ａで的確に検出することができる。また、力学量測定装置の生産性や取扱いのしやすさも考慮すると、半導体チップ２の直下におけるベース板３ａの厚さ、すなわち内側領域２２の厚さは、１００～３００μｍ程度とすることが、より好ましい。

また、フレーム部２１の上面の高さ位置が、ワイヤ６の最頂部の高さ位置よりも高くなるように、フレーム部２１の厚さを設定することが、より好ましい。これにより、後述の封止部３１を形成した場合に、ワイヤ６の最頂部も封止部３１で確実に覆うことができるようになるため、封止部３１からワイヤ６が露出するのを防ぎやすくなる。例えば、内側領域２２の厚さが１００μｍで、半導体チップ２の厚さが１００μｍで、かつ、ワイヤ６の最頂部の高さ位置が、半導体チップ２の上面よりも４０μｍ高い場合は、フレーム部２１の厚さは、２４０μｍ以上とすることが好ましく、それにより、フレーム部２１の上面の高さ位置が、ワイヤ６の最頂部の高さ位置よりも高くなる。ここで、ワイヤ６の最頂部とは、ワイヤ６においてＺ方向の高さが最も高い部分に対応し、ループ状のワイヤ６の最頂部を指す。

（実施の形態３）
図１０は、本実施の形態３の力学量測定装置１を示す平面図（上面図）であり、図１１は、本実施の形態３の力学量測定装置１を示す断面図である。図１０のＡ３－Ａ３線の位置での断面図が、図１１にほぼ対応している。図１０において、封止部３１を透視した場合は、上記図７と同様になる。本実施の形態３の力学量測定装置１を、以下では、符号１ｂを付して力学量測定装置１ｂと称することとする。

本実施の形態３の力学量測定装置１ｂが、上記実施の形態２の力学量測定装置１ａと相違しているのは、ベース板３ａ上に半導体チップ２を覆うように、封止部（封止樹脂部）３１を設けたことである。封止部３１により、半導体チップ２および複数のワイヤ６が封止される。

封止部３１は、樹脂材料からなる。封止部３１の弾性率は、好ましくは、半導体チップ２の弾性率よりも低い。封止部３１の弾性率は、例えば４～１４ＧＰａ程度とすることができる。封止部３１は、フレーム部２１に囲まれた内側領域２２の全体上に、半導体チップ２を覆うように形成されていることが好ましい。また、フレーム部２１の内壁（内側側面、内周側面）３３で囲まれたベース板３ａ上の空間（領域、キャビティ）３２を、封止部３１が満たしていることが好ましい。フレーム部２１の内壁３３で囲まれた空間３２の平面形状および平面寸法は、内側領域２２の平面形状および平面寸法と一致している。

封止部３１の外周は、フレーム部２１の内壁３３に接するため、封止部３１の平面形状は、フレーム部２１の内壁３３に沿った形状となり、従って、フレーム部２１の内壁３３で囲まれた空間３２の平面形状と同様になる。図１０の場合は、フレーム部２１の幅は、場所によらずほぼ一定である。この場合、フレーム部２１の内壁３３で囲まれた空間３２の平面形状は、ベース板３ａの平面形状と基本的には同じであり、フレーム部２１の内壁３３で囲まれた空間３２の平面寸法は、フレーム部２１の幅の分だけ、ベース板３ａの平面寸法よりも小さくなる。このため、ベース板３ａの平面形状が、ベース板３ａの中心に対して点対称な平面形状であれば、フレーム部２１の内壁３３で囲まれた空間３２の平面形状および封止部３１の平面形状も、ベース板３ａの中心に対して（従って封止部３１の中心に対して）点対称な平面形状とすることができる。また、ベース板３ａの平面形状が正方形状であれば、フレーム部２１の内壁３３で囲まれた空間３２の平面形状および封止部３１の平面形状も、正方形状とすることができる。

封止部３１を設けたこと以外は、本実施の形態３の力学量測定装置１ｂは、上記実施の形態２の力学量測定装置１ａとほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。

本実施の形態３では、封止部３１を設けたことにより、半導体チップ２および複数のワイヤ６を保護することができる。このため、力学量測定装置１ｂを扱いやすくなり、また、力学量測定装置１ｂの信頼性を向上させることができる。

また、温度変化により封止部３１が熱変形すると、半導体チップに応力を発生させることが懸念される。しかしながら、半導体チップ２は、互いに直交する２方向（Ｘ方向およびＹ方向）の歪量の差（差分）を検出（演算）して出力する機能を有しているため、温度変化に起因して封止部３１に熱変形が生じた場合に、封止部３１の熱変形の量がＸ方向とＹ方向とでほぼ等しければ、封止部３１の熱変形は、半導体チップ２に形成された歪検知回路の測定値に影響しなくなる。この観点で、封止部３１は、封止部３１の中心に対して点対称な平面形状を有していることが好ましく、図１０の場合は、封止部３１の平面形状は正方形状である。これにより、封止部３１の熱変形の量がＸ方向とＹ方向とでほぼ等しくなるため、封止部３１の熱変形が、力学量測定装置１ｂの測定値に影響するのを抑制または防止することができる。このため、封止部３１の熱変形の影響を抑制または防止しながら、測定対象物７に生じた歪を力学量測定装置１ｂで的確に検出することができる。

また、上記実施の形態１の力学量測定装置１において、ベース板３上に、半導体チップ２とワイヤ６とを封止する封止樹脂部（封止部３１に相当するもの）を形成することもできる。

（実施の形態４）
図１２は、本実施の形態４の力学量測定装置１を示す平面図（上面図）であり、図１３は、本実施の形態４の力学量測定装置１を示す平面透視図であり、図１４～図１６は、本実施の形態４の力学量測定装置１を示す断面図である。図１３では、封止部３１を透視している。また、図１３のＡ４－Ａ４線の位置での断面図が、図１４にほぼ対応し、図１３のＣ４－Ｃ４線の位置での断面図が、図１５にほぼ対応し、図１３のＤ４－Ｄ４線の位置での断面図が、図１６にほぼ対応している。本実施の形態４の力学量測定装置１を、以下では、符号１ｃを付して力学量測定装置１ｃと称することとする。

本実施の形態４の力学量測定装置１ｃが、上記実施の形態３の力学量測定装置１ｂと相違しているのは、主としてベース板３である。ここで、本実施の形態３のベース板３を、以下では符号３ｃを付して、ベース板３ｃと称することとする。

本実施の形態４のベース板３ｃが、上記実施の形態３のベース板３ａと相違しているのは、以下の点である。

本実施の形態４では、ベース板３ｃの角部４１近傍において、フレーム部２１の内壁３３は、角部４１に近づくように（すなわちベース板３ｃの中心から遠ざかるように）後退している。言い換えると、ベース板３ｃの角部４１近傍において、フレーム部２１の内壁３３は、外側（ベース板３ｃの中心から遠ざかる側）に後退している。

具体的には、ベース板３ｃの角部４１近傍以外においては、フレーム部２１の幅は、ほぼ均一であり、フレーム部２１の内壁３３は、ベース板３ｃの辺に沿って延在しているが、ベース板３ｃの角部４１近傍においては、フレーム部２１の内壁３３を角部４１に近づくように、すなわちベース板３ｃの中心から遠ざかるように、後退させている（湾曲させている）。図１２および図１３の場合は、ベース板３ｃの平面形状は正方形状であるため、４つの角部４１のそれぞれの近傍において、フレーム部２１の内壁３３を角部４１に近づくように、すなわちベース板３ｃの中心から遠ざかるように、後退させている（湾曲させている）。フレーム部２１の内壁３３を角部４１に近づくように後退させた分、厚みが薄い内側領域２２は、角部４１に近づくように（すなわちベース板３ｃの中心から遠ざかるように）拡張している。図１２および図１３の場合は、フレーム部２１の内壁３３を角部４１に近づくように後退させた領域４２（以下、後退領域４２と称する場合もある）は、円形状（略円形）の平面形状を有している。このため、ベース板３ｃの角部４１近傍において、フレーム部２１の内壁３３は、直角の角を有さずに、曲面で構成される。なお、後退領域４２は、内側領域２２の一部になるので、内側領域２２が拡張した領域とみなすこともできる。図１３の場合は、正方形状の内側領域２２の四隅を外側（ベース板３ｃの中心から遠ざかる側）に拡張して後退領域３２としている。また、後退領域４２は、円形状が好ましいが、円形状以外の形状、例えば四角形状（好適には長方形状または正方形状）などとすることもできる。

図１２および図１３の場合は、ベース板３ｃは、Ｘ方向に略平行な辺と、Ｙ方向に略平行な辺とを有している。この場合、ベース板３ｃの角部４１近傍において、フレーム部２１の内壁３３を角部４１に近づくように後退させたことにより、フレーム部２１のＸ方向に略平行な内壁３３と、フレーム部２１のＹ方向に略平行な内壁３３とが、ベース板３ｃの角部近傍において直角に交わるのを防ぐことができる。

封止部３１の外周は、フレーム部２１の内壁３３に接しており、封止部３１は、フレーム部２１の内壁３３に沿うような平面形状を有している。このため、フレーム部２１の内壁３３を角部４１に近づくように後退させた領域４２にも、封止部３１が配置（充填）される。

本実施の形態４の力学量測定装置１ｃの他の構成は、上記実施の形態３の力学量測定装置１ｂとほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。

封止部３１とベース板とは、線膨張係数が異なる。このため、温度変化が生じると、封止部３１の収縮率とベース板の収縮率との差に起因して、封止部３１とベース板との間に応力が発生する虞がある。上記実施の形態３（図７、図１０、図１１）の場合は、フレーム部２１のＸ方向に略平行な内壁３３と、フレーム部２１のＹ方向に略平行な内壁３３とが、ベース板３ａの角部近傍において直角に交わり、そこで封止部３１とベース板３ａとの間で生じる応力が集中してしまう。このため、上記実施の形態３（図７、図１０、図１１）の場合は、力学量測定装置が繰返しの温度変化を受けると、フレーム部２１の内壁３３で囲まれた空間３２の角部（別の見方をすると内側領域２２の角部）において、封止部３１が疲労による剥離を起こす可能性がある。

それに対して本実施の形態４（図１２～図１６）では、ベース板３ｃの角部４１近傍において、フレーム部２１の内壁３３を、角部４１に近づくように後退させているため、封止部３１とベース板３ａとの間で生じる応力が局所的に集中するのを抑制または緩和することができる。これにより、力学量測定装置が繰返しの温度変化を受けたときに、封止部３１の剥離が生じにくくなる。

具体的には、フレーム部２１のＸ方向に略平行な内壁３３と、フレーム部２１のＹ方向に略平行な内壁３３とが、ベース板３ｃの角部近傍において直角に交わることを防ぐことができるため、ベース板３ｃの角部近傍において、封止部３１とベース板３ａとの間で生じる応力が局所的に集中するのを抑制または緩和することができる。また、ベース板３ｃの角部４１近傍において、フレーム部２１の内壁３３は曲面で構成されるため、ベース板３ｃの角部近傍において、封止部３１とベース板３ｃとの間で生じる応力が局所的に集中するのを抑制または緩和することができる。このため、力学量測定装置が繰返しの温度変化を受けたときに、封止部３１の剥離が生じにくくなる。これにより、力学量測定装置の長期的な信頼性を向上させることができる。

また、後退領域４２が無い場合に比べて、後退領域４２を設けた場合は、後退領域４２に封止部３１が充填されることによるアンカー効果によっても、封止部３１の剥離が生じにくくなる。

また、力学量測定装置は、歪を計測する目的で使用されるため、温度の変化だけではなく外力に起因して、封止部３１とベース板との間で応力が生じる虞がある。本実施の形態４では、温度の変化だけではなく外力に起因して封止部３１とベース板３ｃとの間で応力が生じる場合でも、応力が局所的に集中するのを抑制または緩和することができる。

（実施の形態５）
図１７は、本実施の形態５の力学量測定装置１を示す平面透視図であり、図１８および図１９は、本実施の形態５の力学量測定装置１を示す断面図である。図１７では、封止部３１を透視している。また、図１７のＡ５－Ａ５線の位置での断面図は、上記図１４と同様であり、図１７のＣ５－Ｃ５線の位置での断面図が、図１８にほぼ対応し、図１７のＤ５－Ｄ５線の位置での断面図が、図１９にほぼ対応している。本実施の形態５の力学量測定装置１を、以下では、符号１ｄを付して力学量測定装置１ｄと称することとする。

上記実施の形態４では、半導体チップ２の搭載領域とその周囲でベース板３ｃの剛性を低くするために、ベース板３ｃの内側領域２２の厚さを薄く（好ましくは３００μｍ以下）するとともに、ベース板３ｃの外周のフレーム部２１の厚さを厚くしている。そして、ベース板３ｃの内側領域２２上に搭載した半導体チップ２は、封止部３１で覆っている。封止部３１に対して、ベース板３ｃの厚さ方向に押し出されるような応力が加わった場合には、封止部３１がベース板３ｃから剥離する可能性がある。

そこで、本実施の形態５では、上記後退領域４２に、窪み部（凹部）５１を設けている。窪み部５１は、内側領域２２の上面に対して局所的に窪んだ部分である。窪み部５１は、ベース板３ｃの厚さ方向に窪んでいる。この窪み部５１内に、封止部３１の一部が侵入している。別の見方をすると、窪み部５１内に封止部３１の一部が充填されている。これにより、封止部３１に対して、ベース板３ｃの厚さ方向に押し出されるような応力が加わった場合でも、アンカー効果（窪み部５１に充填された封止部３１によるアンカー効果）により、封止部３１がベース板３ｃから剥離するのを抑制または防止することができる。従って、力学量測定装置の長期的な信頼性を更に向上させることができる。

本実施の形態５の力学量測定装置１ｄの他の構成は、上記実施の形態４の力学量測定装置１ｃとほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態６）
図２０は、本実施の形態６の力学量測定装置１を示す平面図（上面図）であり、図２１は、本実施の形態６の力学量測定装置１を示す断面図である。図２０のＡ６－Ａ６線の位置での断面図が、図２１にほぼ対応している。図２２は、フレキシブル基板６１をベース板３ｅに取り付ける前の力学量測定装置１を示す平面透視図であり、図２３は、フレキシブル基板６１をベース板３ｅに取り付ける前の力学量測定装置１を示す断面図である。図２２では、封止部３１を透視している。また、図２２のＡ７－Ａ７線の位置での断面図が、図２３にほぼ対応している。本実施の形態６の力学量測定装置１を、以下では、符号１ｅを付して力学量測定装置１ｅと称することとする。また、本実施の形態６のベース板３を、以下では符号３ｅを付して、ベース板３ｅと称することとする。

本実施の形態６の力学量測定装置１ｅにおいては、半導体チップ２から出力される電気信号を力学量測定装置１ｅの外部に取り出すために、ベース板３ｅにフレキシブル基板６１を取付けている（接続している）。

本実施の形態６では、ベース板３ｅは、ベース板３ｅが有する導体パターン４の一部として、複数の電極４ｃを有している。電極４ｃは、半導体チップ２の複数の電極２ａと電気的に接続されており、半導体チップ２の電極２ａから出力された信号を、ベース板３ｅの電極４ｃから出力することができる。複数の電極４ｃは、好ましくは、フレーム部２１の上面に形成されている。ベース板３ｅにおいて、フレーム部２１の上面に形成された電極４ｃと、内側領域２２の上面に形成された電極４ｂとは、ベース板３ｅの内部の配線４ｄを介して電気的に形成されている。例えば、ベース板３ｅを複数の絶縁層の積層体により構成し、絶縁層間の配線や、絶縁層に設けたビア内の配線（ビア配線）などにより、配線４ｄを形成することができる。半導体チップ２の電極２ａは、ワイヤ６、ベース板３ｅの電極４ｂおよび配線４ｄを介して、ベース板３ｅの電極４ｃと電気的に接続されている。

ベース板３ｅの複数の電極４ｃは、フレキシブル基板６１の複数の電極６２と電気的に接続されている。例えば、ベース板３ｅの複数の電極４ｃと、フレキシブル基板６１の複数の電極６２とは、半田などの導電性の接合材６３を介して接合され、それによって電気的に接続されている。電極４ｃは、フレーム部２１の上面に形成されているため、フレキシブル基板６１は、フレーム部２１に接合されて固定される。

このため、フレキシブル基板６１の電極６２は、導電性の接合材６３と、ベース板３ｅの電極４ｃ、配線４ｄおよび電極４ｂと、ワイヤ６とを介して、半導体チップ２（の電極２ａ）と電気的に接続されている。従って、ベース板３ｅは、フレキシブル基板６１の電極６２を半導体チップ２（の電極２ａ）に電気的に接続するための配線４ｄを有している。

本実施の形態６の力学量測定装置１ｅの他の構成は、上記実施の形態３の力学量測定装置１ｂとほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。なお、ここでは、力学量測定装置１ｅの基本構造として、上記実施の形態３の力学量測定装置１ｂを適用した場合について図示および説明示しているが、力学量測定装置１ｅの基本構造として、上記実施の形態１～５の力学量測定装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのいずれを適用することもできる。従って、本実施の形態６は、上記実施の形態１～５のいずれと組み合わせることもできる。また、本実施の形態６を上記実施の形態１と組み合わせる場合は、ベース板３はフレーム部２１を有していないため、例えば、ベース板３の上面の端部付近に複数の電極４ｃを設けておき、その複数の電極４ｃとフレキシブル基板６１の電極６２とを導電性の接合材６３を介して接合することができる。

本実施の形態６では、フレキシブル基板６１を介して、半導体チップ２から出力される電気信号を力学量測定装置１ｅの外部に取り出すことができる。

また、本実施の形態６では、厚みが厚いことで剛性が高くなっているフレーム部２１にフレキシブル基板６１を接合して固定することにより、ベース板３ｅへのフレキシブル基板６１の固定を安定させることができる。また、図２０～図２３の場合は、フレーム部２１の四辺に電極４ｃを設けているため、フレーム部２１の四辺にフレキシブル基板６１が接合されて固定されることになり、それによっても、ベース板３ｅへのフレキシブル基板６１の固定を安定させることができる。これにより、力学量測定装置１ｅの長期的な信頼性を向上させることができる。

また、フレーム部２１は、半導体チップ２から離間し、かつ剛性が高いため、測定対象物７から半導体チップ２への歪の伝達に対するフレーム部２１の寄与は小さく、ベース板３ｅにおいて、測定対象物７から半導体チップ２への歪の伝達は、ほとんど内側領域２２が担っている。本実施の形態６では、測定対象物７から半導体チップ２への歪の伝達にほとんど寄与しないフレーム部２１にフレキシブル基板６１を固定しているため、フレーム部２１へのフレキシブル基板６１の接合が、力学量測定装置１ｅの測定値に影響を及ぼすのを抑制または防止することができる。

本実施の形態６とは異なり、半導体チップ２の電極２ａとフレキシブル基板の電極とを、ワイヤを介して直接的に接続する場合もあり得る。しかしながら、その場合、接続関係の変更や半導体チップ２の機能の拡張などが生じた場合などに、ワイヤ接続の変更だけでは対応できず、フレキシブル基板の設計変更が必要になり、フレキシブル基板の構造が複雑になる。それに対して、本実施の形態６では、フレキシブル基板６１の電極６２をベース板３ｅの電極４ｃと接続し、ベース板３ｅの配線（導体パターン）とワイヤ６を経由して、半導体チップ２の電極２ａに電気的に接続している。このため、接続関係の変更や半導体チップ２の機能の拡張などが生じた場合などでも、フレキシブル基板６１を変更せずとも、ベース板３ｅの配線やワイヤ接続を変更することで対応することができるため、フレキシブル基板６１の設計変更が不要となり、フレキシブル基板６１を簡易な構造とすることができる。

また、本実施の形態６とは異なり、ベース板が導電性である場合には、ワイヤをベース板ではなく直接的にフレキシブル基板に接続する必要があるため、フレキシブル基板は、絶縁性の接着剤でベース板に接続する必要がある。フレキシブル基板を貼り付ける絶縁性の接着剤は、長期間の吸湿などで特性が変化する可能性があるため、ベース板とフレキシブル基板との接続部を樹脂（封止樹脂）で覆い、保護することが望ましい。しかしながら、ベース板とフレキシブル基板との接続部を覆う封止樹脂が熱変形すると、それが力学量測定装置の測定値に影響を及ぼす可能性がある。それに対して、本実施の形態６では、フレキシブル基板６１を接続するための電極４ｃを厚いフレーム部２１に設けて、半田などの長期的な信頼性が高い接合材を用いてフレキシブル基板６１をフレーム部２１に接合することができるため、フレキシブル基板６１とベース板３ｅとの接続部を樹脂（封止樹脂）で覆わなくともよくなる。このため、フレキシブル基板６１とベース板３ｅとの接続部を覆う樹脂の熱変形が力学量測定装置の測定値に影響することを、回避することができる。

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。

例えば、歪検出部として、歪検知回路を形成した半導体チップ２（歪センサーチップ）の代わりに、歪ゲージを用いることもでき、その場合、歪ゲージを絶縁性の構造体（ベース板３）上に搭載することができる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 力学量測定装置
２ 半導体チップ
２ａ 電極
３，３ａ，３ｃ，３ｄ ベース板
４，４ａ 導体パターン
４ｂ 導体パターン（電極）
４ｃ 電極
４ｄ 配線
５ 接合材
６ ワイヤ
７ 測定対象物
８ 接合材
１１ 半導体基板
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 拡散抵抗領域
２１ フレーム部
２２ 内側領域
３１ 封止部
３２ 空間
３３ 内壁
４１ 角部
４２ 後退領域
５１ 窪み部
６１ フレキシブル基板
６２ 電極
６３ 接合材
１０１ 力学量測定装置
１０２ 半導体チップ
１０３ ベース板
１０５ 接合材
１０７ 測定対象物
１０８ 接合材

Claims (20)

1. 歪検出部と、前記歪検出部を搭載する絶縁性の構造体と、を備える力学量測定装置。
2. 請求項１記載の力学量測定装置において、
   前記歪検出部は、歪センサーチップまたは歪ゲージである、力学量測定装置。
3. 請求項１記載の力学量測定装置において、
   前記歪検出部は、導電性の第１接合材を介して前記構造体に搭載されている、力学量測定装置。
4. 請求項３記載の力学量測定装置において、
   前記第１接合材は、半田からなる、力学量測定装置。
5. 請求項３記載の力学量測定装置において、
   前記第１接合材は、金属ナノ粒子からなる、力学量測定装置。
6. 請求項５記載の力学量測定装置において、
   前記金属ナノ粒子は、銅ナノ粒子である、力学量測定装置。
7. 請求項６記載の力学量測定装置において、
   前記銅ナノ粒子の平均粒径は、Φ１００ｎｍ以下である、力学量測定装置。
8. 請求項１記載の力学量測定装置において、
   前記歪検出部は、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、力学量測定装置。
9. 請求項１記載の力学量測定装置において、
   前記構造体は、前記構造体の中心に対して点対称な平面形状を有する、力学量測定装置。
10. 請求項１記載の力学量測定装置において、
    前記構造体の平面形状は、正方形状である、力学量測定装置。
11. 請求項１記載の力学量測定装置において、
    前記構造体の外周部は、前記構造体における前記外周部よりも内側の第１領域に比べて、剛性が高く、
    前記歪検出部は、前記第１領域に搭載されている、力学量測定装置。
12. 請求項１記載の力学量測定装置において、
    前記構造体の外周部の厚さは、前記構造体における前記外周部よりも内側の第１領域の厚さよりも厚く、
    前記歪検出部は、前記第１領域に搭載されている、力学量測定装置。
13. 請求項１２記載の力学量測定装置において、
    前記歪検出部の直下における前記構造体の厚さは、３００μｍ以下である、力学量測定装置。
14. 請求項１２記載の力学量測定装置において、
    前記第１領域上に形成され、前記歪検出部を封止する封止樹脂部を更に備える、力学量測定装置。
15. 請求項１４記載の力学量測定装置において、
    前記構造体の前記外周部の内壁を、前記構造体の角部の近傍において、前記角部に近づくように後退させている、力学量測定装置。
16. 請求項１５記載の力学量測定装置において、
    前記構造体における前記内壁を前記角部に近づくように後退させた領域は、円形状の平面形状を有している、力学量測定装置。
17. 請求項１６記載の力学量測定装置において、
    前記構造体における前記内壁を前記角部に近づくように後退させた領域に、窪み部が設けられており、
    前記封止樹脂部の一部が前記窪み部内に侵入している、力学量測定装置。
18. 請求項１２記載の力学量測定装置において、
    前記構造体の前記外周部に接合されたフレキシブル基板を更に備える、力学量測定装置。
19. 請求項１８記載の力学量測定装置において、
    前記構造体は、前記フレキシブル基板の電極を前記歪検出部に電気的に接続するための配線を有する、力学量測定装置。
20. 請求項１記載の力学量測定装置において、
    前記構造体は、導電性の第２接合材を用いて、導電性の測定対象物に取り付けられる、力学量測定装置。

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