JPWO2013084294A1 - 力学量測定装置 - Google Patents

Abstract

力学量測定装置（半導体ひずみセンサ）は、半導体基板の表面に複数のピエゾ抵抗素子を形成した半導体チップと、前記半導体チップの複数の電極と電気的に接続される引き出し配線部と、前記半導体チップの裏面と接合される板材と、を有している。また、前記板材は、前記半導体チップの前記裏面と対向する第１領域と、前記第１領域の両隣または周囲に配置される第２領域とを備え、前記第１領域の前記板材の厚さを前記第２領域の厚さよりも大きくするものである。

Description

本発明は、力学量測定装置に関し、特に、構造物のひずみや応力を測定できる半導体ひずみセンサを用いた力学量測定装置に適用して有効な技術に関するものである。

特開２００１−２７２２８７号公報（特許文献１）には、センサチップ（歪み検出素子）をガラス製の台座に低融点ガラスを用いて接合した歪み検出センサが記載されている。

また、特開２００６−２６６８１８号公報（特許文献２）には、オイルなど流体の圧力を計測する圧力センサ装置として、貫通孔が形成された金属部材の凸部上に、ガラス製の台座を介して圧力センサチップを搭載した構造の圧力センサ装置が記載されている。

特開２００１−２７２２８７号公報 特開２００６−２６６８１８号公報

構造物のひずみや応力を測定する方法として、最も普及しているのは、ひずみゲージを用いる方法である。ひずみゲージは、ポリイミドやエポキシ樹脂フィルム上に、Ｃｕ−Ｎｉ系合金やＮｉ−Ｃｒ系合金の金属薄膜の配線パターンを形成して、引出しリード線を設けた構造であり、被測定物に接着剤で接着して使用する。金属薄膜の変形に起因した抵抗値の変化から、ひずみ量を算出することができる。

これに対して、より高精度なひずみ計測を行う方法として、半導体を用いた半導体ひずみセンサの開発が進んでいる。ひずみ検知部を金属薄膜ではなく、シリコン（Ｓｉ）などの半導体に不純物をドープして形成した半導体ピエゾ抵抗を利用するデバイスである。半導体ひずみセンサは、ひずみに対する抵抗変化率が金属薄膜を用いたひずみゲージの数１０倍と大きく、微小なひずみを測定することが可能である。また、金属薄膜のひずみゲージでは、抵抗変化が小さいため、得られる電気信号を増幅するための外部のアンプが必要となる。半導体ひずみセンサは抵抗変化が大きいため、得られた電気信号を外部のアンプを用いずに使用することもでき、また半導体ひずみセンサの半導体チップにアンプ回路を作りこむことも可能であるため、適用用途や使用上の利便性が大きく広がると期待される。

ここで、半導体ひずみセンサを被測定物に貼り付けてひずみ計測を行う場合、被測定物のひずみ量が大きくなると、半導体ひずみセンサを構成する半導体チップ自体が破壊してしまうという課題が生じる。言い換えれば、半導体ひずみセンサの計測可能なひずみ量の範囲は、半導体チップの破壊強度により規制される。例えば、シリコン基板を用いた半導体ひずみセンサの計測可能範囲は、シリコン基板が破壊しない範囲内に限定され、安定的に測定するためには、計測可能なひずみ量の範囲は１０００με（以下、ひずみ量を表す記号としてεを用いる）以下となる。

そこで本願発明者は、半導体ひずみセンサの計測可能なひずみ量の範囲を拡大する方法について検討を行った。まず、本願発明者は、半導体ひずみセンサと被測定物の間に別の部材（以下、台座と記載する）を接着固定して、この台座を介して半導体ひずみセンサにひずみを伝える構成について検討した。言い換えると、半導体ひずみセンサを台座上に固定し、モジュール化した力学量測定装置（センサモジュール）について検討した。このセンサモジュールの場合、被測定物で発生したひずみは、台座を経由して半導体ひずみセンサに伝わるので、台座の剛性を大きくすることで、半導体ひずみセンサに伝わるひずみ量を低減できる。一方、前記したように半導体ひずみセンサは、微小なひずみを測定することができるので、台座を経由して半導体ひずみセンサに伝わった小さいひずみ量を測定し、この測定結果に基づいて被測定物で生じたひずみ量を算出することができる。つまり、計測可能なひずみ量の上限が上がるので、半導体ひずみセンサの計測可能なひずみ量の範囲を拡大することができる。

ところが、本願発明者がさらに検討を行った結果、上記構成では以下の新たな課題が生じることを見出した。すなわち、センサモジュールの台座の剛性を大きくすると、ひずみが生じた被測定物と台座の接着界面に配置される接着層に応力が生じ、接着界面が剥離または接着層が破壊してしまうことが判った。言い換えれば、被測定物とセンサモジュールの接続信頼性が低下することが判った。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、力学量測定装置と被測定物の接続信頼性を向上させる技術を提供することである。

また、本発明の他の目的は、力学量測定装置の計測可能な範囲を拡大させる技術を提供することである。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、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。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、以下のとおりである。

すなわち、本願発明の一態様である力学量測定装置は、半導体基板の表面に複数のピエゾ抵抗素子を形成した半導体チップと、前記半導体チップの複数の電極と電気的に接続される引き出し配線部と、前記半導体チップの裏面と接合される板材と、を有している。また、前記板材は、前記半導体チップの前記裏面と対向する第１領域と、前記第１領域を挟んで両隣に配置される第２領域とを備え、前記第１領域の前記板材の厚さを前記第２領域の厚さよりも大きくするものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、力学量測定装置と被測定物の接続信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施の形態である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す拡大平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。 図１〜図３に示す半導体チップの表面側の構成を模式的に示す平面図である。 図４に対する変形例である半導体チップの表面側の構成を模式的に示す平面図である。 半導体チップを搭載する板材の厚さと、半導体チップにおいて生じるひずみ量の関係を示す説明図である。 半導体チップを搭載する板材の厚さと板材を接着固定する接着層の端部に生じるひずみの関係を示す説明図である。 図１に示す力学量測定装置に対する変形例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す透視平面図である。 図８のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。 図２に対する変形例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す拡大断面図である。 図１０に対する変形例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す拡大断面図である。 図２に対する他の変形例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す拡大断面図である。 図２に対する他の変形例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す拡大断面図である。 図４に対する変形例である半導体チップの表面側の構成を模式的に示す平面図である。 図５に対する変形例である半導体チップの表面側の構成を模式的に示す平面図である。 図１に示す板材に図１４または図１５に示す半導体チップを搭載した力学量測定装置示す拡大平面図である。 図１に対する比較例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す透視平面図である。 図１７のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

以下の実施の形態では同一または同様の部分は同一または類似の符号または参照番号で示し、特に必要なとき以外は同一または同様の部分の説明を原則として繰り返さない。さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。また、以下の実施の形態において、その構成要素は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。

以下、本発明の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。

＜力学量測定装置＞
まず、本実施の形態の力学量測定装置の基本構成について、説明する。図１は、本実施の形態の力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す透視平面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、図１では、封止体２の内部構造を示すため封止体２の輪郭を二点鎖線で示し、封止体２を透過した内部構造を示している。また、図４は、図１〜図３に示す半導体チップの表面側の構成を模式的に示す平面図、図５は、図４に対する変形例である半導体チップの表面側の構成を模式的に示す平面図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態の力学量測定装置であるセンサモジュール１は、半導体ひずみセンサである半導体チップ（センサチップ）１０と、半導体チップ１０と電気的に接続される配線部（引出配線部、フレキシブル配線板）２０と、接合材５を介して半導体チップ１０が搭載される板材（台座）３０と、半導体チップ１０を封止する封止体（樹脂体）２とを有している。図２に示すように、センサモジュール１は、板材３０の下面（実装面）３０ｂ側が、例えば樹脂から成る接着層３を介して被測定物４に接着固定され、被測定物４に負荷したひずみを、板材３０を介して半導体チップ１０に伝達し、半導体チップ１０に伝わったひずみを測定するひずみ測定装置である。本実施の形態では、図１および図２に矢印ＳＴを付して示すように、板材３０の下面（実装面）３０ｂ（図２参照）に沿って負荷するひずみ（引張ひずみ）を測定する例を取り上げて説明する。

半導体チップ１０は、図２に示すように表面（主面）１０ａおよび表面１０ａの反対側に位置する裏面（主面）１０ｂを備える。半導体チップ１０の裏面１０ｂには金属膜１７が形成され、裏面１０ｂは金属膜１７で覆われている。この金属膜１７は、例えば半導体基板側からクロム、ニッケル、金（Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ）が順に積層された積層膜（金属積層膜）から成り、例えばスパッタ法により形成することができる。このように半導体チップ１０の裏面１０ｂを金属膜１７で覆うことで、半田など、金属製の接合材５との接合強度を向上させることができる。また、表面１０ａおよび裏面１０ｂはそれぞれ四辺形（（四角形）を成し、図４および図５に示す例では、例えば、一辺の長さが２ｍｍ〜３ｍｍ程度の正方形を成す。また、図４および図５に示すように、半導体チップ１０は、表面１０ａ側の中央部に位置するセンサ領域１３に形成された複数の抵抗素子１２を備える。また、半導体チップ１０は、表面１０ａ側のセンサ領域（コア領域）１３よりも周縁部側に位置する入出力回路領域１４に形成され、複数の抵抗素子（ピエゾ抵抗素子）１２と電気的に接続される複数の電極（パッド、電極パッド）１１を備える。この複数の抵抗素子１２は、例えば（１００）面を有するシリコン基板の素子形成面に不純物をドープし、拡散させた不純物拡散領域により構成される。半導体チップ１０は、例えば４本の抵抗素子１２を電気的に接続してホイートストンブリッジ回路を形成し、ピエゾ抵抗効果による抵抗素子１２の抵抗変化を計測してひずみを検知する、検知回路（ひずみ検知回路）１５を備える。また、検知回路１５は、複数の配線１６を介して複数の電極１１に接続される。複数の電極１１は、半導体チップ１０の入出力端子となっており、例えば、半導体チップ１０に電源電位（第１電源電位）を供給する端子Ｖｃｃ、基準電位（第２電源電位）を供給する端子ＧＮＤ、および検知信号を出力する端子ＳＩＧが含まれる。

また、検知回路１５を構成する複数の抵抗素子１２のレイアウトは、図４および図５に示す態様に限定されるものではないが、本実施の形態では以下の構成としている。すなわち、半導体チップ１０が備える半導体基板（例えばシリコン（Ｓｉ）から成るシリコン基板）を単結晶（シリコン単結晶）とした場合、検知回路１５を構成する複数の抵抗素子１２の延在方向（長手方向）は、それぞれ（１００）面を有する半導体基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向と一致する。例えば、図４に示す例では、半導体チップ１０が備える半導体基板（シリコン基板）には、シリコン単結晶の＜１１０＞方向（図４ではＸ方向およびＸ方向と直交するＹ方向）の結晶方位に沿って電流が流れるように４本のｐ型拡散領域（導電型がｐ型である不純物をドープした領域）が形成される。言い換えれば、半導体チップ１０では、シリコン基板のシリコン単結晶の＜１１０＞方向の結晶方位に沿って延びるように４箇所にｐ型の不純物をドープして、４本の抵抗素子１２ａが形成される。また、図５に示す例では、半導体チップ１０が備える半導体基板（シリコン基板）には、シリコン単結晶の＜１００＞方向（図４ではＸ方向およびＸ方向と直交するＹ方向）の結晶方位に沿って電流が流れるように４本のｐ型拡散領域（導電型がｐ型である不純物をドープした領域）が形成される。言い換えれば、半導体チップ１０では、シリコン基板のシリコン単結晶の＜１００＞方向の結晶方位に沿って延びるように４箇所にｎ型の不純物をドープして、４本の抵抗素子１２ｂが形成される。

図４および図５に示すように、検知回路１５を構成する複数の抵抗素子１２の延在方向が、それぞれ（１００）面を有する半導体基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向と一致する半導体チップ１０は、例えば図４および図５に示すＸ方向のひずみと、Ｙ方向のひずみの差分を出力することができる。詳しくは、図４および図５に示す端子ＳＩＧから、Ｘ方向のひずみとＹ方向のひずみの差分を電位差として出力することができる。このように、Ｘ方向のひずみとＹ方向のひずみの差分を出力する計測方式は、半導体チップ１０に印加される熱ひずみの影響を低減する観点から有利である。すなわち、図２に示すように半導体チップ１０は、複数の部材（図２の場合は、接着層３、板材３０、および接合材５）を介して被測定物４上に固定されるため、測定環境温度が変化すると、各部材の線膨張係数の違いに起因した熱ひずみが生じる。この熱ひずみは測定対象となるひずみとは異なるノイズ成分なので、熱ひずみの影響は低減する方が好ましい。ここで、図４および図５に示すように、半導体チップ１０の平面形状が正方形の場合、熱ひずみの影響は、Ｘ方向とＹ方向で同程度となる。このため、例えば、Ｘ方向に発生するひずみを検出する場合には、Ｘ方向のひずみとＹ方向のひずみの差分を出力すれば、熱ひずみに起因するひずみ量はキャンセルされ、測定対象であるひずみを選択的に検出することができる。つまり、半導体チップ１０を用いれば、熱ひずみによる影響を低減できるので、環境温度の変化によるひずみ値のばらつきを低減することができる。また、半導体チップ１０を構成する抵抗素子１２や配線１６、あるいは電極１１などの各部材は、公知の半導体装置の製造技術を適用して形成することができるので、素子や配線の微細化が容易である。また、製造効率を向上させて、製造コストを低減することができる。

また、図２に示すように、半導体チップ１０を固定する板材３０は、上面（チップ搭載面）３０ａ、上面３０ａの反対側に位置する下面（実装面）３０ｂ、および上面３０ａと下面の間に位置する側面３０ｃを備えている。板材３０は、被測定物４から半導体チップ１０に伝達される応力（半導体チップ１０のひずみ量）を緩和し、半導体チップ１０の破壊を防止する機能を備える。板材３０の構成材料は特に限定されないが、後述するように接合材５は、半田等の金属接合材を用いることが好ましいので、接合材５との接続信頼性を向上させる観点からは、少なくともチップ搭載面となる上面３１ａは金属で構成することが好ましい。また、板材３０がひずみの影響により破壊することを抑制する観点からは、板材３０全体を金属材料で構成することが好ましい。また、板材３０と被測定物４を接着固定する接着層３に熱ひずみの影響による応力が集中し、剥離または破壊することを抑制する観点から、板材３０は、被測定物４と線膨張係数が近い材料で構成することが好ましく、被測定物４と同じ材料で構成することが特に好ましい。本実施の形態では、例えば板材３０全体が、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、所謂ステンレス鋼（クロム元素を含む鉄合金）あるいは、所謂ジュラルミン（アルミニウム合金）などから成る。

また、図２に示す例では、板材３０は半導体チップ１０が搭載される（半導体チップ１０の裏面１０ｂと対向する）領域（チップ搭載領域）３１と、領域３１を挟んで両隣に配置される領域３２と、を備え、領域３１の上面（チップ搭載面）３１ａは、領域３２の上面３２ａよりも高い位置に配置される。一方、下面３０ｂは、領域３１、３２とも同じ高さに配置され、平坦化されている。言い換えれば、領域３１と領域３２の間には、領域３１の上面３１ａに連なる側面３１ｃが存在し、領域３１は上方向（半導体チップ１０側）に突出している。さらに言い換えれば、領域３１の板材３０の厚さ（下面３０ｂから上面３１ａまでの距離）は、領域３２の厚さ（下面３０ｂから上面３２ａまでの距離）よりも大きい。詳しくは、領域３２は板材３０の側面３０ｃを持ち、側面３０ｃにおける領域３２の厚さは領域３１の厚さよりも小さい。このように、半導体チップ１０を搭載する領域３１の周囲に、領域３１よりも厚さが小さい領域３１を設けることによる効果は後述する。

また、図２および図３に示すように半導体チップ１０と板材３０の間には、半導体チップ１０と板材３０を接着固定する接合材５が配置される。接合材５は、半導体チップ１０の裏面１０ｂ全体、および側面の一部（裏面１０ｂ側の一部）を覆うように配置される。言い換えれば接合材５の周縁部は、半導体チップ１０の側面の外側まで広がり、フィレットを形成する。半導体チップ１０と板材３０を接着固定する観点からは、接合材５は金属材料に限定されず、例えば熱硬化性樹脂などの樹脂製接着材を用いることができる。しかし、半導体ひずみセンサである半導体チップ１０の測定精度を向上させる観点からは、接合材５を金属材料で構成することが好ましい。センサモジュール１は、前記したように被測定物４に生じたひずみを、板材３０を介して半導体チップ１０に伝達し、半導体チップ１０に伝わったひずみを測定するひずみ測定装置である。ここで、被測定物４で発生したひずみは、半導体チップ１０に伝達される前に、板材３０により緩和される（小さくなる）。緩和される程度は、板材３０の剛性により異なるが、本実施の形態では、少なくとも半導体チップ１０に破壊しない範囲内でのひずみ（例えば１０００με以下）が生じる程度まで緩和される。つまり半導体チップ１０と板材３０での接着界面では、被測定物４と板材３０の接着界面よりも、ひずみ量が小さくなっている。この時、半導体チップ１０と板材３０を接着固定する接合材５が樹脂製である場合、ひずみが負荷された状態において、接着剤中の樹脂成分が応力緩和し、接着剤および半導体チップ１０の変形状態が変化する。この結果、半導体チップ１０の測定精度（被測定物４に発生するひずみに対する測定結果の精度）が低下してしまう。一方、接合材５として半田などの金属材料を用いる場合、樹脂と比較して、ひずみが負荷された状態において、応力緩和しにくいため、金属材料から成る接合材５を用いれば、半導体チップ１０の変形状態（ひずみ状態）に与える影響は小さくなる。つまり、接合材５を半田などの金属材料で構成することにより、樹脂で構成する場合と比較して、半導体チップ１０の測定精度（被測定物４に発生するひずみに対する測定結果の精度）を向上させることができる。また、板材３０上に半導体チップ１０を固定する工程を効率的に行う観点からは、接合材５を半田で構成することが特に好ましいが、半田から成る接合材５を用いた場合、環境温度によっては、接合材５が軟化して応力を緩和する場合が考えられる。したがって、接合材の融点が高い材料を用いることが好ましい。

また、図１に示すように板材３０の上面３０ａには、半導体チップ１０の複数の電極１１と電気的に接続される複数の配線２２を備える配線部２０が固定される。配線部２０は、複数の金属パターンである配線部２０が樹脂フィルム２４内に封止された、所謂フレキシブル配線板であって、樹脂フィルム２４の一部に設けられた開口部において、複数の配線２２のそれぞれ一部が露出して、この露出部分が複数の端子２３を構成する。また、図１〜図３に示す例では、半導体チップ１０の複数の電極１１と配線部２０の複数の端子２３は、複数のワイヤ（導電性部材）２１を介して電気的に接続されている。詳しくは、図３に示すように、配線部２０の一部が、チップ搭載領域である領域３１の上面３１ａ上に接着材６を介して接着固定されている。これにより、配線部２０の端子２３と電極１１の距離（すなわち、ワイヤ２１による接続距離）を近づけることができる。ワイヤ２１は、例えば、線径が１０μｍ〜２００μｍ程度の金線（Ａｕ線）であって、封止体２により封止されている。封止体２でワイヤ２１を覆うことにより、隣り合うワイヤ２１同士の短絡を防止できる。また、配線部２０の一方の端部は、図３に示すように板材３０に固定されるが、他方の端部には例えば図示しないコネクタが形成され、例えば、ひずみ測定を制御する制御回路（図示は省略）などと電気的に接続される。なお、図１〜図３では、フレキシブル配線板の部分を配線部２０とし、ワイヤ２１とは区別して説明したが、複数のワイヤ２１を含めて配線部２０と見做すこともできる。また、配線部２０は、半導体チップ１０と図示しない外部機器の間で、入出力電流を伝送することができれば良く、図１〜図３に示す態様には限定されない。

また、図２に示すようにセンサモジュール１は、被測定物４に接着層３を介して接着固定される。詳しくは、板材３０の実装面である下面３０ｂと、被測定物４のセンサ取り付け面（表面、上面）が対向するように、被測定物４、接着層３、板材３０の順に積層して接着固定する。接着層３は、板材３０の下面３０ｂ全体、および側面３０ｃの一部（下面３０ｂ側の一部）を覆うように配置される。言い換えれば接着層３の周縁部は、板材３０の側面３０ｃの外側まで広がり、フィレットを形成する。接着層３の構成材料は特に限定されないが、被測定物４への取り付けを容易に行う観点からは、例えば熱硬化性樹脂など、樹脂製の接着剤を用いることが好ましい。本実施の形態では、ひずみゲージを取り付ける場合や、半導体ひずみセンサである半導体チップを被測定物に接着固定する場合に一般的に用いられる接着剤、例えば二液性または一液性のエポキシ樹脂を用いて接着層３を形成している。このように、熱硬化性樹脂を用いてセンサモジュール１を固定する場合、例えば板材３０の下面３０ｂに接着剤を塗布し、被測定物４にセンサモジュール１を押し付けて貼り付け、硬化温度まで加熱し、加熱硬化させることで固定できる。ここで、前記したように、樹脂製の接着層３を介して板材３０と被測定物４を接着すると、ひずみを負荷した状態において、接着層３が応力緩和する。また、接着層３による応力緩和は、接着層３の周縁部において特に大きくなる。したがって、半導体チップ１０が搭載される中央部周辺においては、応力緩和の影響が小さいため、半導体チップ１０のひずみ状態に与える影響は小さい。つまり、被測定物４と板材３０に配置される接着層３を樹脂製（樹脂中に複数の金属粒子を混合した場合も含む）とした場合であっても、半導体チップ１０の測定精度低下に対する影響は小さい。

＜ひずみ測定方法＞
次に、図１〜図５を用いて説明したセンサモジュール１を用いた、ひずみ測定方法について説明する。図６は、半導体チップを搭載する板材の厚さと、半導体チップにおいて生じるひずみ量の関係を示す説明図である。また、図７は、半導体チップを搭載する板材の厚さと板材を接着固定する接着層の端部に生じるひずみの関係を示す説明図である。また、図１７は、図１に対する比較例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す透視平面図である。また、図１８は、図１７のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

まず、図１〜図５を用いて説明した板材３０を介して半導体チップ１０を被測定物に固定すれば、例えば被測定物４において、１０００μεを超えるようなひずみが発生した場合でも測定可能となる理由について説明する。なお、図６は、半導体チップを搭載する板材の厚さと、半導体チップにおいて生じるひずみ量の関係を有限要素法（ＦＥＭ：Finite
Element Method）解析によって求めたものであるが、単純化のため、図１７および図１８に示すセンサモジュールＨ１の構造において、板材の厚さをパラメータとして、被測定物４に１０００μεの引張ひずみを与えた場合に半導体チップ１０の表面１０ａの中央で発生するひずみ値（ひずみ量）との関係を示している。また、図７は、図６と同様の条件において、板材の厚さをパラメータとして、接着層３の端部（領域３２の周縁部の直下）に生じるひずみ値（ひずみ量）を示している。図１７および図１８に示すセンサモジュールＨ１は、板材Ｈ３０が図１〜図３に示す板材３０のような領域３２（薄板領域）を備えていない点で相違する。その他の点では、図１〜図３に示すセンサモジュール１と同様である。また、被測定物４および板材はジュラルミン製、接合材５は高温半田として解析した。

図１７に示すように、センサモジュールＨ１では、半導体チップ１０は接合材５を介して板材３０の上面３０ａ上に固定され、接着層３を介して被測定物４に接着固定される。ここで、図６では、図１７に矢印ＳＴで示す方向に引張ひずみが負荷された場合において、板材Ｈ３０の厚さに応じて、半導体チップ１０の表面１０ａの中央で発生するひずみ値（ひずみ量）を示している。図６に線Ｌ１として示すように、半導体チップ１０に生じるひずみ量は、少なくとも板材厚さが０．５ｍｍ以上あれば、被測定物４に負荷するひずみ（１０００με）に対して、２５％程度減少することが判る。また、板材厚さが大きくなれば、半導体チップ１０に生じるひずみ量はさらに減少し、例えば板材厚さが１ｍｍの時は約４０％、板材厚さが２ｍｍの時は約５０％減少することが判る。このように、板材厚さに応じて半導体チップ１０で生じるひずみ量が小さくなるのは、以下の理由によると考えられる。

半導体チップ１０を被測定物４に直接貼り付ける場合には、図１７において矢印ＳＴで示す引張ひずみのひずみ量と、半導体チップ１０に生じるひずみ量は、ほぼ同じである。一方、図１７および図１８に示すように、センサモジュールＨ１を被測定物４に固定して引張ひずみを負荷した場合、接着層３、板材Ｈ３０および接合材５を介して、半導体チップ１０にも引張ひずみが発生し、半導体チップ１０の表面に形成されたひずみ検知回路によって、ひずみ量が検知・出力される。ここで、板材Ｈ３０と被測定物４の接着界面（つまり、接着層３）では、板材Ｈ３０の剛性が接着層３の剛性よりも大きいことにより、接着層３にせん断変形が発生する。そして、接着層３の上面（板材Ｈ３０の下面（底面）３０ｂと接している面）側の変形量は、下面側（被測定物４と接している面）の変形量よりも小さくなる。つまり、接着層３によって、発生ひずみが緩和される。したがって、板材Ｈ３０の上面（チップ搭載面）３０ａに発生するひずみは、被測定物４に負荷されるひずみよりも減少する。ここで、板材Ｈ３０の厚さを大きくすると、板材Ｈ３０の剛性が増加するため、接着層３に発生するせん断ひずみは増加し、板材Ｈ３０の上面３０ａに発生するひずみは減少する。この結果、半導体チップ１０に伝達されるひずみ量が減少する。

また上記した板材厚さに応じて半導体チップ１０で生じるひずみ量が小さくなる現象は、図１〜図３に示すセンサモジュール１でも同様に考えることができる。すなわち、図１〜図３に示すセンサモジュール１を被測定物４に固定してひずみを計測すると、接着層３よりも剛性の大きい板材３０によって、接着層３にはせん断変形が発生する。このため、接着層３の上面（板材Ｈ３０の下面（底面）３０ｂと接している面）側の変形量は、下面側（被測定物４と接している面）の変形量よりも小さくなる。つまり、接着層３によって、発生ひずみは緩和される。したがって、板材３０の上面（チップ搭載面）３０ａに発生するひずみは、被測定物４に負荷されるひずみよりも減少する。ここで、半導体チップ１０で発生するひずみを緩和する程度の決定要因は、半導体チップ１０を搭載した領域３１の厚さ（上面３１ａから下面３０ｂまでの距離）が支配的となる。したがって、図６に示す板材の厚さを、領域３１の厚さに置き換えて適用することができる。例えば領域３１の厚さを０．５ｍｍとすれば、半導体チップ１０で発生するひずみは被測定物４に負荷するひずみ（例えば１０００με）に対して約２５％減少する。また、領域３１の厚さが１ｍｍの時は約４０％、領域３１の厚さが２ｍｍの時は約５０％減少する。

このように、図１〜図３に示すセンサモジュール１および図１７、図１８に示すセンサモジュールＨ１は、被測定物４に直接、半導体チップ１０を搭載せず、板材３０（板材Ｈ３０）を介して搭載する。これにより、半導体チップ１０に生じるひずみを低減することができるので、被測定物４に負荷されるひずみが例えば１０００μεを超えるようなひずみであっても、半導体チップ１０が破壊されることを防止ないしは抑制できる。また、ひずみを緩和する程度は、板材３０の領域３１の厚さにより調整することができる。また、半導体ひずみセンサである半導体チップ１０は、前記したように、微小なひずみを測定する点では優れているため、減少したひずみ量を高精度で測定し、この測定結果に基づいて被測定物で生じたひずみ量を算出することができる。つまり、計測可能なひずみ量の上限が上がるので、半導体ひずみセンサの計測可能なひずみ量の範囲を拡大することができる。

ところが、本願発明者の検討によれば、図１７および図１８に示すセンサモジュールＨ１の板材Ｈ３０の厚さを厚くして板材Ｈ３０の剛性が上がると、接着層３と板材Ｈ３０の接着界面の剥離、接着層３と被測定物４の接着界面の剥離、あるいは、接着層３の破壊が発生することが判った。詳しくは、平面視において、接着層３の周縁部において剥離またはクラックが発生し、剥離またはクラックが接着層３の中央部に向かって進展することが判った。上記剥離またはクラックは、被測定物４にひずみを負荷した際に接着層３に応力が集中することにより発生する。すなわち、被測定物４にひずみ（例えば図１７に示す引張ひずみ）が負荷されると、負荷されたひずみに応じて被測定物４、接着層３、および板材Ｈ３０がそれぞれ変形するが、板材Ｈ３０の変形量は被測定物４の変形量よりも小さいため、接着層３にはせん断変形が発生する。このせん断変形による応力は、平面視において、接着層３の周縁部（側面３０ｃの直下）において最も大きくなる。この結果、接着層３の周縁部において、剥離またはクラックが発生する。このせん断変形に起因する剥離またはクラックは、接着層３の平面視における周縁部（端部）において発生する。これはせん断変形により発生する応力が、接着層３の周縁部、詳しくは板材Ｈ３０の周縁部と、接着層３との接着界面に集中するからである。そして、接着層３の周縁部で剥離またはクラックが発生すると、周縁部の発生箇所を起点として接着層３の中央部（平面視における中央部）に向かって進展する。つまり、被測定物４とセンサモジュールＨ１の接続信頼性が低下する。詳しくは、図７に線Ｌ２として示すように、板材の厚さが０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍと大きくなるにつれて、約５．８％、約７．７％、約１０％とひずみ値（ひずみ量）が大きくなることが判った。つまり、図６と図７に示す結果を組み合わせて考えると、図１７および図１８に示す半導体チップ１０に生じるひずみ量を小さくする観点からは、板材Ｈ３０の厚さを大きくすることが好ましいが、板材Ｈ３０の厚さを大きくすることで、接着層３にひずみが生じ、剥離やクラックが発生し易くなることが判る。

そこで、本願発明者は、接着層３に剥離またはクラックが発生することを防止ないしは抑制する構成について検討し、図１〜図３に示すセンサモジュール１の構成を見出した。すなわち、センサモジュール１の板材３０は、半導体チップ１０の裏面１０ｂと対向する領域３１と、領域３１を挟んで両隣に配置される領域３２とを備え、領域３１の板材３０の厚さは、領域３２の厚さよりも大きい。言い換えれば、半導体チップ１０は第１の厚さを有する板材３０の領域３１に搭載され、領域３１の周囲には第１の厚さよりも小さい第２の厚さを有する領域３２が配置されている。そして、接着層３は、領域３１および領域３２を覆うように配置されている。このように、厚さが小さい領域３２では領域３１と比較して板材３０の剛性が低くなる。被測定物４に大きなひずみ（測定対象となるひずみ）が発生した場合に、剛性が低い領域３２では、剛性が高い領域３１と比較して変形し易くなる。このため、領域３１と接着層３の界面においては、せん断変形により発生する応力を低減することができる。また、図１に示すように、領域３１よりも厚さが小さい領域３２は、板材３０の周縁部まで延びる。したがって、平面視において、ひずみが負荷される方向における板材３０の端部には、厚さが小さい領域３２が配置されている。

ここで、前記したように、接着層３で発生する剥離またはクラックは、平面視において接着層３の周縁部に発生し、その後、中央部に向かって進展する。また、接着層３の周縁部において剥離またはクラックが発生しなければ、中央部では剥離やクラックは発生しない。つまり、接着層３の周縁部において、剥離やクラックの発生を防止することができれば、被測定物４との接続信頼性を向上させることができる。そして、本実施の形態によれば、平面視において、ひずみが負荷される方向における接着層３の周縁部上には、板材３０の領域３２が配置されるので、せん断変形により発生する応力を低減することができる。つまり、接着層３において最も剥離やクラックが発生しやすい領域に、板材３０の領域３２を配置することで、せん断変形により発生する応力を低減し、剥離やクラックの発生を防止ないしは抑制することができる。一方、前記したように、半導体チップ１０に伝わるひずみを緩和する程度は、半導体チップ１０を搭載する領域３１（図２参照）の厚さにより規定されるので、接着層３の周縁部付近に厚さの小さい領域３２を配置した場合であっても、半導体チップ１０に伝わるひずみに対する影響は小さい。したがって、図１〜図３に示すセンサモジュール１は、例えば被測定物４において、１０００μεを超えるようなひずみが発生した場合でも測定可能であり、かつ、被測定物４と板材３０の接続信頼性を向上させることができる。

上記効果を確認するため、図１〜図３に示す構造のセンサモジュール１を対象として有限要素法による解析を行った結果を図６および図７に示している。詳しくは、図２に示す領域３１における板材３０の厚さを１ｍｍ、領域３２における板材３０の厚さを０．５ｍｍとして、被測定物４の矢印ＳＴで示す方向に１０００μεの引張ひずみを与えた場合の解析結果を示している。解析の結果、図６にプロットＰ１として示すように、半導体チップ１０（図２参照）の表面１０ａの中央で発生するひずみ値は、約５７０με程度であり、被測定物４に負荷するひずみ（例えば１０００με）に対して約４０％減少する。つまり、半導体チップ１０に発生するひずみを低減する効果は、図１８に示す板材Ｈ３０全体の厚さを１ｍｍとした場合と同程度である。一方、図７にプロットＰ２として示すように、接着層３（図２参照）の端部（周縁部）に生じるひずみ量は、被測定物４に負荷するひずみ（例えば１０００με）に対して約５．８％となる。つまり、接着層３の端部に生じるひずみ量を低減する効果は、図１８に示す板材Ｈ３０全体の厚さを０．５ｍｍとした場合と同程度である。このように、図１〜図５を用いて説明したセンサモジュール１を用いたひずみ測定方法では、半導体チップ１０が損傷すること、および接着層３に剥離またはクラックが発生することを、それぞれ防止ないしは抑制することができる。その結果、センサモジュール１と被測定物４の接続信頼性を向上させて、安定的にひずみを測定することができる。

＜好ましい態様＞
次に、センサモジュール１の好ましい態様について説明する。

まず、図１に示すように、板材３０の４つの角部（四隅部分）は平面視において、円弧形状を成す。板材３０の４つの角部は、被測定物４にひずみを負荷した時に、最も応力が集中しやすい。したがって、図１に示すように、４つの角部はそれぞれ円弧形状を成すように加工することが好ましい。これにより応力を分散させる事ができるので、各角部の周辺において、接着層３のひずみ集中を緩和して、剥離またはクラックの発生を抑制することができる。また、角部を円弧形状とすることで、板材３０自身に発生する応力を緩和する（分散させる）ことができる。このため、板材３０の疲労破壊を抑制することができる。また、図示は省略するが、図２に対する変形例として、領域３１の側面３１ｃと上面３１ａが交差する領域が側面視において、円弧形状を成すようにすることができる。言い換えれば、領域（厚板部）３１と領域（薄板部）３２の境界部が側面視において円弧形状を成すように形成する。この場合、領域３１、３２の境界部分に応力が集中することを抑制できるため、この部分での疲労破壊を抑制することができる。板材３０は、例えば、平坦な平板に対して、エッチング加工、機械切削加工、あるいはプレス加工などで形成することができるが、エッチング加工の場合、容易に領域３１、３２の境界部分を円弧形状とすることができる。

また前記したように、領域３２は板材３０の周縁部における剛性を低減することで、接着層３の剥離またはクラックが発生することを抑制するものである。このため、領域３２の総面積、すなわち、剛性の低い薄肉領域の面積は、領域３１の面積よりも広いことが好ましい。また、図２に示すように領域３２の周縁部から領域３１との境界までの距離ＬＥ１は、領域３１の一辺の長さＬＥ２以上であることが特に好ましい。

また、半導体チップ１０に伝わる熱ひずみの影響を低減する観点から、半導体チップ１０を搭載する領域３１は、図１に示すように平面視において正方形とすることが好ましい。図１に示す例では正方形を成す領域３１の中央部に半導体チップ１０が搭載されている。前記したように本実施の形態の半導体チップ１０は、Ｘ方向（図４、図５参照）のひずみとＹ方向（図４、図５参照）のひずみの差分を出力するひずみセンサである。また、領域３１の平面形状を正方形とすれば、板材３０に生じる熱ひずみの影響は、Ｘ方向とＹ方向でほぼ同じ値となる。したがって、半導体チップ１０を搭載する領域３１の形状を正方形とし、領域３１の中央に（上面３１ａの中心と半導体チップ１０の裏面の中心が一致するように）半導体チップ１０を固定することで、熱ひずみに起因するひずみ量はキャンセルされ、測定対象であるひずみを選択的に検出することができる。言い換えれば、半導体チップ１０を、平面視において正方形を成す領域３１の中央に配置することで、半導体チップ１０に伝わる板材３０の熱ひずみによる影響を低減できる。

また、図１に示す例では、板材３０は、平面視において、長方形の形状を成す。詳しくは、互いに対向する２本の長辺、および２本の長辺のそれぞれと交差するように配置される２本の短辺を備えた四辺形を成す。ひずみ測定、特に被測定物４に直接半導体チップ１０を貼り付けると半導体チップ１０が破損するような大きなひずみ量を測定する場合、測定対象となるひずみの発生方向が予め判っていることが多い。図１に示す例では、矢印ＳＴで示すようにＸ方向（図２に示す下面３０ｂに沿った方向）に発生するひずみを測定態様とする。この場合、板材３０の長辺の配置方向、すなわち、板材３０の長手方向が測定対象となるひずみの発生方向と一致するように固定する。言い換えれば、測定対象となる歪みの発生方向と一致する長手方向に沿って領域３１の両隣に領域３２を設け、短辺に沿った方向には領域３２を設けていない。このようにひずみの発生方向が既知である場合には、発生方向に沿って厚さの小さい領域を配置することで、平面形状を長方形とすることができる。また、前記した半導体チップ１０に伝わる熱ひずみの影響は、チップ搭載部近傍の影響が特に大きい。このため、半導体チップ１０を搭載する領域３１の平面形状を正方形とすれば、厚さが小さい（薄い）領域３２が領域３１の周囲に一様に広がっていなくても、板材３０に発生する熱ひずみの影響を低減する事が出来る。このように、板材３０の形状を長方形とすることで、センサモジュール１の平面サイズを小型化することができる。このため、センサモジュール１を固定するために必要な面積（実装面積）を低減することができる。言い換えれば、センサモジュール１の汎用性が向上する。

ただし、半導体チップ１０が損傷すること、および接着層３に剥離またはクラックが発生することを、それぞれ防止ないしは抑制する観点からは板材３０の形状は長方形には限定されない。例えば、図８および図９に示すセンサモジュール４０が備える板材４１のように、領域３１の周囲を連続的に囲むように領域３２を配置し、板材４１の平面形状を正方形とすることができる。図８は、図１に示す力学量測定装置に対する変形例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す透視平面図である。また、図９は図８のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。図８および図９に示すセンサモジュール４０は、板材４１の領域３２が領域３１の周囲を連続的に囲むように配置されている点で図１に示すセンサモジュール１と相違する。その他の点は、センサモジュール１と同様なので重複する説明は省略する。

センサモジュール４０が備える板材４１は、図９に示すように第１の厚さを有する領域３１と、第１の厚さより小さい第２の厚さを有する領域３２を有し、図８に示すように領域３２は、領域３１の周囲を連続的に囲むように配置されている。また、板材４１の平面形状は正方形となっている。また、領域３１は領域３２の中央に配置されている。言い換えれば、板材４１は、平面視において領域３２の中心に配置される領域３１を備えている。このセンサモジュール４０の構造は、板材４１全体の形状が正方形なので、センサモジュール１よりもさらに高精度で熱ひずみの影響を低減することができる。また、図８に示すセンサモジュール４０の構造は、測定対象となるひずみの発生方向が未知である場合に適用して有効である。図８に示すチップ搭載領域である領域３１の周囲に一様に領域３２が設けられているため、ひずみの発生方向によらず、接着層３の剥離またはクラックの発生を抑制することができる。また、図１に示すセンサモジュール１は、引張ひずみ、または圧縮ひずみの測定に適しているが、図８に示すセンサモジュール４０は、例えば図８に矢印ＳＴを付して示すようなせん断ひずみ（例えば円柱部材のねじりによるせん断ひずみなど）を安定的に測定することができる。図８に示すようにせん断ひずみを負荷した場合、Ｘ方向に圧縮ひずみが、Ｙ方向に引張ひずみが発生する。ここで、半導体チップ１０は、Ｘ方向のひずみとＹ方向のひずみの差分を出力するので、図８に示すせん断ひずみに比例した値を出力することができる。また、図８に示すようなせん断ひずみを負荷した場合であっても、接着層３の剥離またはクラックの発生を抑制することができる。したがって、板材４１の下面３０ｂに沿った方向に生じるひずみであれば、被測定物４とセンサモジュール４０の接続信頼性の低下を抑制し、安定的に測定することができる。

また、図１〜図３に示すセンサモジュール１や図８および図９に示すセンサモジュール４０は、板材３０、４１の下面３０ｂが平坦な構造となっている。言い換えれば、半導体チップ１０を搭載する領域３１は、上面３０ａ側に突出した形状となっている。このように、板材３０、４１の下面３０ｂ全体を平坦な構造とすれば、被測定物４に接着固定する際に、センサモジュール１、４０が被測定物４の上面に対して傾いて固定されることを抑制できる。また、センサモジュール１、４０が被測定物４に傾いて固定されることを抑制すれば、被測定物４から板材３０、４１に伝わるひずみ量（応力）が変動することを抑制できる。

ただし、下面３０ｂ全体が平坦な構造とすることには限定されず、変形例として例えば、図１０に示すセンサモジュール４２が備える板材４３のように、領域３１が被測定物４に向かって突出した形状とすることもできる。図１０は図２に対する変形例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す拡大断面図である。また、図１１は、図１０に対する変形例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す拡大断面図である。図１０に示すセンサモジュール４２は、板材４３の領域３１が被測定物４側に向かって突出している点で図２に示すセンサモジュール１と相違する。その他の点は、センサモジュール１と同様なので重複する説明は省略する。

図１０に示すセンサモジュール４２が備える板材４３は、チップ搭載部である領域３１が下方向（被測定物４側）に向かって突出した構造となっている。言い換えれば、板材４３の領域３１の下面（実装面）３１ｂは、板材４３の側面３０ｃにおける領域３２の下面（実装面）３２ｂよりも低い位置に配置されている。さらに言い換えれば、領域３１と領域３２の間には、領域３１の下面３１ｂに連なる側面３１ｃが存在する。つまり、図２に示す板材３０の上下を反転させた構造となっている。板材４３のように領域３１を下方向に突出させた構造であっても、チップ搭載領域である領域３１の周囲に、領域３１よりも厚さが小さい領域３２を配置することで、図１に示すセンサモジュール１と同様に、半導体チップ１０が損傷すること、および接着層３に剥離またはクラックが発生することを、それぞれ防止ないしは抑制することができる。これは、領域３１の板材４３の厚さ（下面３１ｂから上面３１ａまでの距離）は、領域３２の厚さ（下面３２ｂから上面３２ａまでの距離）よりも大きいので、剛性の小さい領域３２により、接着層３の端部（周縁部）に発生するひずみを緩和できるからである。また、図１０に示すセンサモジュール４２の場合、領域３２の下面（実装面）３２ｂが領域３１の下面（実装面）３１ｂよりも高い位置に配置されるので、領域３２の周縁部（外縁部）と被測定物４の間の距離ＴＮ１が図２に示すセンサモジュール１の場合よりも長くなる。言い換えれば、領域３２の周縁部（外縁部）と被測定物４の間に配置される接着層３の厚さが大きくなる。接着層３の強度は、厚さが大きくなる程、強くすることができる。したがって、センサモジュール４２は、センサモジュール１よりも接着層３を厚くすることができるので、クラックの発生を抑制することができる。

なお、図１０では、上面３０ａは、領域３１、３２とも同じ高さに配置され、平坦化されているが、上面３２ａの高さは特に限定されない。例えば、図１１に示す変形例のセンサモジュール４４のように、側面視において上面３１ａと下面３１ｂの間に領域３２を接続し、上面３２ａは上面３１ａよりも低い位置に配置された構造とすることもできる。また、図１０および図１１は、図２に対する変形例として説明したが、図８および図９に示した変形例と組み合わせて適用することができる。

ところで、前記したように、せん断変形により発生する応力（接着層３の剥離やクラックの原因となる応力）は、接着層３の周縁部、詳しくは板材３０の周縁部と、接着層３との接着界面に集中する。したがって、接着層３の剥離やクラックを防止する観点からは、板材３０の周縁部における接着層の厚さを厚くすれば良い。一方、被測定物の上面とセンサモジュールの実装面の傾きを低減する観点からは、実装面となる下面３１ｂの面積をできる限り広くすることが好ましい。これらの観点からは、例えば図１２に示すセンサモジュール４５の構成が好ましい。図１２は、図２に対する他の変形例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す拡大断面図である。図１２に示すセンサモジュール４５は、板材４６の周縁部の下面（実装面）３３ｂが領域３１の下面（実装面）３３ｂよりも高い位置に配置されている点で図１に示すセンサモジュール１と相違する。その他の点は、センサモジュール１と同様なので重複する説明は省略する。

図１２に示すセンサモジュール４５が備える板材４６は、領域３２の外側に設けられ、板材４６の側面３０ｃを持つ領域３３を備えている。領域３３は、領域３２よりもさらに厚さが小さい。そして領域３３の下面３３ｂは、板材４６の側面３０ｃにおいて領域３１の下面３１ｂおよび領域３２の下面３２ｂよりも高い位置に配置される。一方、領域３１の下面３１ｂおよび領域３２の下面３２ｂは同じ高さに配置される。また、下面３３ｂの面積は、下面３１ｂ、３２ｂの面積の合計（最も低い位置に配置される面の面積）よりも小さい。したがって、センサモジュール４５を被測定物４に固定する際、最も低い位置に配置される下面３１ｂ、３２ｂの面積を広くすることができるので、センサモジュール４５が被測定物４の上面に対して傾いて固定されることを抑制できる。一方、板材４６の周縁部の領域３３の下面３３ｂは、下面３１ｂ、３２ｂよりも高い位置に配置されるため、周縁部（外縁部）と被測定物４の間に配置される接着層３の厚さを図２のセンサモジュール１の場合よりも大きくすることができる。つまり、被測定物４から板材４６に伝わるひずみ量（応力）が変動することを抑制し、かつ、周縁部における接着層のクラックを抑制することができる。なお、図１２は、図２に対する変形例として説明したが、図８および図９に示す変形例と組み合わせて適用することができる。

また、図１〜図１２では、階段形状の板材３０、４１、４３、４６について説明したが、板材の形状は階段形状には限定されない。例えば、図１３に示すセンサモジュール４７が備える板材４８のように台形状とすることができる。図１３は、図２に対する他の変形例である力学量測定装置が被測定物上に接着固定された状態を示す拡大断面図である。図１３に示すセンサモジュール４７は、板材４８が台形状になっている点で図１に示すセンサモジュール１と相違する。その他の点は、センサモジュール１と同様なので重複する説明は省略する。

図１３に示すセンサモジュール４７が備える板材４８は、領域３２の上面３２ａが傾斜面になっている。このように上面３２ａを傾斜面とすることにより、接着層３の剥離またはクラックの発生の原因となる板材４８の周縁部（側面３０ｃ）においては、板材４８の厚さを図２に示す板材３０よりもさらに薄くすることができる。このため、板材４８の周縁部の直下において発生する応力集中を、図２に示すセンサモジュール１よりも緩和することができる。なお、傾斜面とする面は図１３に示す上面３２ａに限定されず、図示は省略するが、下面３２ｂを傾斜面とすることもできる。ただし、接着層３の接着強度を向上させる観点からは、板材４８の側面３０ｃに接着層３を接着し、フィレットを形成することが好ましい。したがって、フィレットを形成し易くするため、板材４８の周縁部には、傾斜面である上面３２ａ（または下面３２ｂ）よりも傾斜角度が９０°に近い側面３０ｃを配置することが好ましい。なお、図１３は図２に対する変形例として説明したが、図８〜図１２に示した変形例と組み合わせて適用することができる。

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いうまでもない。

例えば、図４および図５に示す例では、半導体チップ１０の表面（主面）１０ａの各辺に沿ってシリコン単結晶の＜１１０＞方向または＜１００＞方向の結晶方位が配置される例を示したが、図１４および図１５に示すように、半導体チップ１０の表面（主面）１０ａの各辺に対して４５°傾いた方向にシリコン単結晶の＜１１０＞方向または＜１００＞方向の結晶方位が配置される半導体チップ５０を用いることができる。この場合、図１６に示すセンサモジュール４９のように半導体チップ５０をチップ搭載領域である領域３１の成す正方形の各辺に対して４５°傾けて領域３１の中央に搭載することで、図１６に矢印ＳＴを付して示す方向に負荷する引張ひずみを測定することができる。また、図１４および図１５に示す半導体チップ５０を図８〜図１３を用いて説明した各変形例と組み合わせて適用することができる。

本発明は、力学量測定装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。

Claims (17)

1. 表面、前記表面側に形成された複数のピエゾ抵抗素子、前記表面側に形成され前記複数のピエゾ抵抗素子と電気的に接続された複数の電極、および前記表面の反対側に位置する裏面を備える半導体チップと、
   前記複数の電極と電気的に接続される複数の配線を備える引出配線部と、
   前記半導体チップが搭載されるチップ搭載面、および前記チップ搭載面の反対側に位置し被測定物に固定される実装面を備え、前記半導体チップの前記裏面が前記チップ搭載面と対向するように前記半導体チップが接合材を介して固定される板材と、
   を有し、
   前記板材は、前記半導体チップの前記裏面と対向する第１領域と、前記第１領域を挟んで両隣に配置される第２領域とを備え、
   前記第１領域の前記板材の厚さは、前記板材の周縁部における前記第２領域の厚さよりも大きいことを特徴とする力学量測定装置。
2. 請求項１に記載の力学量測定装置において、
   前記板材は金属材料で構成されることを特徴とする力学量測定装置。
3. 請求項２に記載の力学量測定装置において、
   前記接合材は、半田材であることを特徴とする力学量測定装置。
4. 請求項３に記載の力学量測定装置において、
   前記力学量測定装置は、前記板材の前記実装面に沿って負荷するひずみを測定することを特徴とする力学量測定装置。
5. 請求項４に記載の力学量測定装置において、
   前記第２領域の総面積は、前記第１領域の面積よりも大きいことを特徴とする力学量測定装置。
6. 請求項１に記載の力学量測定装置において、
   前記第１領域は、平面視において正方形を成し、
   前記半導体チップは、前記第１領域の中央に固定されることを特徴とする力学量測定装置。
7. 請求項１に記載の力学量測定装置において、
   前記板材は、平面視において、互いに対向する２本の長辺、および前記２本の長辺のそれぞれと交差するように配置される２本の短辺を備えた四辺形を成し、
   前記板材の前記２本の長辺方向が測定対象となるひずみの発生方向と一致するように前記被測定物上に固定されることを特徴とする力学量測定装置。
8. 請求項１に記載の力学量測定装置において
   前記第２領域は、前記第１領域の周囲を連続的に囲むように、かつ、前記第１領域は前記第２領域の中央に配置され、
   前記板材は平面視において正方形を成すことを特徴とする力学量測定装置。
9. 請求項１に記載の力学量測定装置において
   前記板材の前記第１領域の前記実装面は、前記第２領域の前記実装面よりも低い位置に配置されていることを特徴とする力学量測定装置。
10. 請求項１に記載の力学量測定装置において
    前記板材は、前記第２領域の外側に設けられ、前記板材の側面を持つ第３領域を備え、
    前記第３領域は、前記第２領域よりも厚さが小さく、前記第３領域の実装面は、前記板材の側面において前記第１および第２領域の前記実装面よりも高い位置に配置されることを特徴とする力学量測定装置。
11. 請求項１０に記載の力学量測定装置において
    前記第３領域の実装面の面積は、前記第１および第２領域の前記実装面の合計よりも小さいことを特徴とする力学量測定装置。
12. 請求項１に記載の力学量測定装置において
    前記板材は、側面視において台形形状を成すことを特徴とする力学量測定装置。
13. 表面、前記表面側に形成された複数のピエゾ抵抗素子、前記表面側に形成され前記複数のピエゾ抵抗素子と電気的に接続された複数の電極、および前記表面の反対側に位置する裏面を備える半導体チップと、
    前記複数の電極と電気的に接続される複数の配線を備える引出配線部と、
    前記半導体チップが搭載されるチップ搭載面、前記チップ搭載面の反対側に位置し被測定物に固定される実装面、および前記チップ搭載面と前記実装面の間に位置する側面を備え、前記半導体チップの前記裏面が前記チップ搭載面と対向するように前記半導体チップが接合材を介して固定される板材と、
    を有し、
    前記板材は、前記半導体チップの前記裏面と対向する第１領域と、前記第１領域の周囲に配置され、前記側面を持つ第２領域とを備え、
    前記第１領域の前記板材の厚さは、前記第２領域の前記側面における厚さよりも大きいことを特徴とする力学量測定装置。
14. 請求項１３に記載の力学量測定装置において、
    前記板材は金属材料で構成されることを特徴とする力学量測定装置。
15. 請求項１４に記載の力学量測定装置において、
    前記接合材は、半田材であることを特徴とする力学量測定装置。
16. 請求項１５に記載の力学量測定装置において、
    前記力学量測定装置は、前記板材の前記実装面に沿って負荷するひずみを測定することを特徴とする力学量測定装置。
17. 請求項１６に記載の力学量測定装置において、
    前記第２領域の総面積は、前記第１領域の面積よりも大きいことを特徴とする力学量測定装置。

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