力学量测量装置及传感器单元的制作方法
【专利摘要】力学量测量装置，其具备：传感器片，其具有形成于半导体基板的一面的应变检测部和与应变检测部连接的多个电极；茎部，其具有从邻接的周缘部突出的台座，并且台座的上表面通过由金属材料或玻璃材料形成的接合件与传感器片的下表面接合；引出配线部，其具备与多个电极电连接的多个配线；以及固定部，其固定茎部，茎部与固定部通过一体成形、金属接合或机械结合而被固定。
【专利说明】
力学量测量装置及传感器单元
技术领域
[0001]本发明涉及具备应变检测部的力学量测量装置及传感器单元。
【背景技术】
[0002]作为对测量对象的应变等变形进行测量的方法，已知使用金属箔应变计的技术，上述金属箔应变计利用金属箔的电阻值根据应变进行变化的原理。该技术是将应变计粘结在测量对象上，使金属箔的长度随着测量对象的应变而变化，其结果，通过检测变化的金属箔的电阻值能够进行测量对象的应变测量。
[0003]作为高精度地测量测量对象的应变等变形的力学量测量装置，正在探讨在半导体基板的一面涂敷杂质而形成半导体压电元件的半导体应变传感器。
[0004]作为这样的半导体应变传感器的一个示例，已知以下结构，将具备半导体应变部的传感器片硬焊于金属茎部上，并将金属茎部通过树脂制粘结剂粘结于测量对象。
[0005]安装在被测量物和传感器片之间的金属茎部被记载为将随着测量对象的变形而在传感器片产生的应变降低，从而防止或抑制传感器片的破坏(参照专利文献I)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:国际公开W02013/078183
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]在上述专利文献I所记载的力学量测量装置中，当在高温环境下使用时，粘结测量对象和金属茎部的树脂制粘结剂劣化乃至改性，导致接合力不足。因此，测量对象的变形不能准确地被金属茎部承载，从而检测精度降低。
[0011]用于解决课题的方案
[0012]根据本发明的第一方式，力学量测量装置具备:传感器片，其具有形成于半导体基板的一面的应变检测部和与应变检测部连接的多个电极;茎部，其具有从邻接的周缘部突出的台座，并且台座的上表面通过由金属材料或玻璃材料形成的接合件与传感器片的下表面接合；引出配线部，其具备与多个电极电连接的多个配线；以及固定部，其固定茎部，茎部与固定部通过一体成形、金属接合或机械结合而被固定。
[0013]发明效果
[0014]根据本发明，在固定部产生的负荷能够基本无损失地传递至茎部。因此，即使在高温环境下也能够维持高精度的检测能力。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的力学量测量装置的一个实施方式的剖视图。
[0016]图2是图1所示传感器单元的放大图。
[0017]图3是从上方观察图2所示的传感器单元的俯视图。
[0018]图4(a)、(b)是用于对图1所示的力学量测量装置的制造方法的一个实施方式进行说明的图。
[0019]图5是比较例的传感器单元的剖视图。
[0020]图6(a)是表示图5所示的传感器单元在对茎部进行了位移的情况下的变形的图，图6(b)是表示图2所示的本发明的传感器单元在对茎部进行位移的情况下的变形的图。
[0021]图7是表示茎部上的台座高度一接合部应力、及台座高度一片表面的应变的关系的特性图。
[0022]图8是表示实施方式I的变形例的力学量测量装置的剖视图。
[0023]图9是表示本发明的力学量测量装置的实施方式2的剖视图。
[0024]图10是图9所示的力学量测量装置的传感器单元的放大图。
[0025]图ll(a)、(b)分别是从上方观察图10所示的传感器单元的俯视图。
[0026]图12是表示本发明的力学量测量装置的传感器单元的实施方式3的剖视图。
[0027]图13(a)、(b)分别是从上方观察图12所示的传感器单元的俯视图。
[0028]图14是表示实施方式3的变形例的俯视图。
[0029]图15是表示本发明的力学量测量装置的传感器单元的实施方式4的剖视图。
【具体实施方式】
[0030][发明的基本结构]
[0031]本发明的一个实施方式的力学量测量装置的基本结构如下。
[0032]传感器片具有在半导体基板的一面所形成的应变检测部和与该应变检测部连接的多个电极。茎部具有从邻接的周缘部突出的台座。茎部的台座的上表面和传感器片的下表面通过由金属材料或玻璃材料形成的接合件接合。力学量测量装置还具备固定茎部的固定部。茎部和固定部一体成形、或通过焊接或机械结合而接合，并且没有使用树脂制粘结剂的固定结构。
[0033]本发明的一个实施方式的力学量测量装置可以采用将固定部作为被测量体的形式。
[0034]另外，本发明的一个实施方式的力学量测量装置可以采用以下形式，在固定部设置露出茎部的开口部，通过开口部计量作用于茎部的气体、液体的压力。在该形式中，优选形成以下结构，在茎部的台座的背面侧设置用于局部地减弱茎部的刚性的槽。
[0035]以下，对于各上述形式，与附图一起对其实施方式进行说明。
[0036]—实施方式I—
[0037][整体结构]
[0038]参照图1?图3，对本发明的力学量测量装置的一个实施方式进行说明。
[0039]图1是本发明的力学量测量装置的一个实施方式的剖视图。
[0040]力学量测量装置200包括传感器单元100、供被测量用气体G导入的容器(固定部)50、以及外壳58。
[0041 ] 传感器单元100具备传感器片1、茎部4、印制电路板20、将传感器片I的电极和印制电路板20的连接端子进行连接的接合线22、以及将传感器片I和茎部4进行接合的接合部3。
[0042]传感器片I如后面所叙述地具有应变检测部2(参照图2)，力学量测量装置200检测流入容器50的内部空间51内的气体G的压力。
[0043]容器50由SUS等呈筒状形成，在容器50固定传感器单元100的茎部4。外壳58由树脂或金属部件形成，并对固定于容器50的传感器单元100进行保护。
[0044]容器50形成为具有内部空间51的大致中空圆筒状。容器50在下部侧具有将气体G引导至内部容器51的气体获取口54，在上部侧具有露出茎部4的下表面的开口部56。即，容器50作为筒状的压力导入部而形成。
[0045]茎部4例如由Fe-Ni合金(镍基合金、不变钢等),Mo、SUS、A1等形成。茎部4同时发挥作为容器50的盖的功能。
[0046]茎部4和容器50—体成形，或通过金属接合、或紧固、铆接等机械结合而固定。即，力学量测量装置200以耐热性高的固定方法将茎部4固定于固定部、即容器50。作为一体成形，例如，可以列举拧等钣金加工。作为金属接合，能够使用激光焊接、超声波焊接、摩擦搅拌焊接、以及硬焊、钎焊等。作为紧固，例如，能够使用将螺钉等紧固部件插通茎部4的开口部(未图示)而与容器50的内螺纹部(未图示)紧固的方法。作为铆接，例如，能够使用将茎部4的周缘部通过设于容器50的开口部56的铆接部件而固定的结构。
[0047][传感器单元]
[0048]图2是图1所示的传感器单元的放大图，图3是从上方观察图2所示的传感器单元的俯视图。
[0049]传感器片I例如由硅等半导体基板形成，该半导体基板具有大致方形剖面边长为Imm?7mm、厚度为30μπι?400μπι的长方体。传感器片I具有在其主面Ia所配置的应变检测部2和配置于应变检测部2的周围并与应变检测部2连接的电极片29。
[0050]应变检测部2为例如由在硅基板的一面涂敷杂质离子而形成的电阻元件(未图示)形成的惠斯通电桥电路。由此，由于在传感器片I的平面方向上产生的伸缩而杂质扩散电阻的电阻值变化，从而检测应变。若在传感器片I形成有温度检测部，则能够对计量值进行温度修正，能够计量更高精度的应变量。在应变的检测中，通过将X方向的应变与Y方向的应变的差异作为电位差输出，能够降低传感器片I的热应变的影响。
[0051 ] 关于这样的传感器片，公开于作为专利文献I记载的国际公开W02013/078183中。
[0052]在传感器片I的背面Ib的大致正面上形成有金属化层9。
[0053]茎部4是在上表面4a侧的中央部形成有凸形台座6的矩形薄板部件。台座6具有比传感器片I大一圈的矩形。在台座6的上表面的整面形成有金属化层5。茎部4由SUS、镍基合金、不变钢、钼、A1、A1合金、Cu、Cu合金、CIC等金属材料构成。除了金属以外，茎部4也能够由例如通过陶瓷等进行绝缘的材料构成。
[0054]金属化层5、9通过蒸发、派射、电镀等而形成，并由六11、祖、(:11、211、？1:、48、11、0、￥等构成。或者，作为金属化层5、9，也可以为将这些组合了两层以上的结构。例如，为在Ni层上施加薄的Au层的结构。
[0055]此外，茎部4也可以不是矩形而是圆盘状的薄板部件。该情况下，能够将茎部4和容器50通过螺纹连接而固定。作为螺纹连接，例如，能够使用以下方法，在茎部4的周缘部4b设置外螺纹部，在容器50的开口部56的内周面设置内螺纹部，从而将茎部4与容器50螺合而固定。
[0056]在金属化层5与金属化层9之间设有接合部3，传感器片I通过接合部3与茎部4接合。接合部3由比较低的熔点的金属材料、树脂材料、玻璃类的固定件等构成。作为金属材料，为以 Sn为主体的焊料(Sn-3.5wt % Ag、Sn_3wt % Ag-0.5wt % Cu、Sn_5wt % Sb等，以及向它们中作为其它元素添加了 B1、In、Zn等的焊料)、含有较多Au的Au类焊料(Au-20wt%Sn、Au-l2wt%Ge、Au-3.15wt% Si等，以及也可以为向它们中添加了第三元素的焊料)，或者，也可以为含有较多Ag的焊料。
[0057]接合部3的上表面与金属化层9的大致整面接合。即，接合部3的上表面以接合部3的各边与金属化层9的各边大致一致的方式形成为沿着金属化层9的侧边。同样地，接合部3的下表面与金属化层5的大致整面接合。茎部4的台座6的平面尺寸比传感器片I大一圈，因此接合部3的剖面具有大致台形。
[0058]印制电路板20的至少一部分搭载于茎部4的作为台座6的外侧的周缘部4b的上表面4a上。印制电路板20上的电极片21和传感器片I的电极片29通过使用了 Au线等的多个接合线(引出配线部)22而连接。印制电路板20也可以为使用了玻璃环氧树脂材料的基板，也可以为使用了聚酰亚胺材料等的柔性的基板、陶瓷基板等。
[0059][传感器片与茎部的接合]
[0060]对传感器片I与茎部4的接合方法的一个实施方式进行说明。
[0061 ]图4(a)、(b)是用于说明图1所示的力学量测量装置的制造方法的一个实施方式的图。
[0062]在传感器片I的背面Ib形成有金属化层9，另外，在茎部4的台座6的上表面形成有金属化层5。
[0063]在加热炉10内收纳在台座6的上表面形成有金属化层5的茎部4。如后面叙述地，在加热炉10内也设置有用于调整接合部3的厚度的接合修正夹具12。
[0064]在金属化层5上搭载接合材料8。该接合材料8为接合部3的原料。在接合材料8上载置在背面Ib形成有金属化层9的传感器片I。传感器片I与台座6大致中心对其，并载置于传感器片I的各侧边与台座6的各侧边的间隙大致相同的位置。将该状态示于图4(a)。
[0065]在传感器片I的主面Ia上搭载重物13。在各接合修正夹具12的内侧设有台阶部12a，重物13形成为载置于台阶部12a上的长度。
[0066]该状态下，例如，通过加热器11等加热。当由于加热而茎部4升温时，接合材料8融化或软化，从而与传感器片I的背面Ib的金属化层9及茎部4的金属化层5接合。从而，接合部件8形成为接合部3。
[0067]接合部3的厚度能够根据重物13的重量、接合材料8的形状而设置成预定的厚度，但是，如图4(a)、(b)所示，优选利用接合修正夹具12的台阶部12a的高度，实现接合部3的厚度的均匀化。该情况下，将重物13的重量充分增大，使得通过台阶部12a将重物13的下降停止。由此，能够使接合部3的厚度均匀。将该状态示于图4(b)。
[0068]在此，通过进行加热炉1的内部的环境控制，能够抑制接合材料8的表面氧化，得到良好的接合。例如，环境可以是N2等，但是除此之外，也可以使用具有还原性的氢气、或者这些的混合物、或者、甲酸等有机酸。除此之外，也可以使用能够还原表面氧化物的助熔剂等有机物。另外，将加热炉内形成为真空而使空隙减少也是有效的。通过进行这样的设计，能够得到空隙等缺陷少的良好的接合部3。而且，对接合前的茎部4、传感器片I的背面lb、接合材料8的表面等进行溅射处理、等离子清洗等，将接合部件的有机污染量、氧化膜等去除，或使其降低，从而能有效提高接合性。
[0069]上述以将传感器片I和茎部4使用加热炉10接合的方法进行了示例。但是，也可以使用粘片机装置进行传感器片I与茎部4的接合。
[0070]以下表示使用粘片机装置的情况的一个示例。使用粘片机装置向茎部4的金属化层5上供给接合材料8。另一方面，通过开口夹等将传感器片I抽真空，将传感器片I经金属化层9压在接合材料8上。在该状态下，通过脉冲电流对开口夹进行加热(脉冲热)、或通过恒电流对开口夹进行加热(恒热)，使接合材料8融化或软化而使传感器片I和茎部4接合。若基底基板预先加热，则能够进一步缩短接合时间。在通过粘片机装置进行的接合中，若将接合部附近形成为惰性环境，则能够进行更良好的接合。
[0071]在缩小接合部3的厚度的不均匀，使传感器片I与台座6的上表面大致平行，另外，将传感器片I的各边与台座6的各侧边之间的长度大致均匀时，通过接合部3而传递到传感器片I的变形量在各方向上均匀，因此检测精度提高。融化了的接合材料8的流动被台座6的各侧边部终止，因此易于将接合部3修整成预定的形状。换言之，若台座6的各侧边部位于距离融化的接合材料8流动的范围过远的位置，则不存在控制接合材料8的加热时的形状的效果，形成的接合部3在各边易于变得不均匀。即，若将接合部3的各边与台座6的各边之间的长度设定成融化的接合材料8大致达到台座6的各侧边，则能够提高检测精度。
[0072]在本实施方式中，如上所述，接合部3形成为其各边大致达到金属化层5的各侧边、换目之，大致达到台座6的各侧边，因此能够提尚检测精度。
[0073][茎部的台座的功能]
[0074]对茎部4的台座6的功能进行说明。
[0075]图5是比较例的传感器单元的剖视图。图6(a)是表示图5所示的传感器单元在对茎部进行了位移的情况下的变形的图。图6(b)是表示图2所示的本发明的一个实施方式的传感器单元在对茎部进行了位移的情况下的变形的图。
[0076]在图5所示的传感器单元101中，在茎部14未形成台座6。在对茎部14向箭头表示的X方向上施加负载的情况下，从图6(a)的虚线表示的状态变形成实现表示的状态。即，由硅等半导体基板形成的传感器片I因为杨氏模量大，因此比周围的材料变形小。因此，与在茎部14产生的位移对应地在接合部3产生变形，特别地，在接合部3的圆角部16的侧端部17产生大的应力。由于该应力而在接合部3产生蠕变变形，从而，应变检测的安定性降低。
[0077]另一方面，对于在茎部4形成有凸形台座6的本发明的一个实施方式的传感器单元100，在茎部4形成有增大厚度的凸形台座6，台座6的刚性也比周缘部4b的刚性大。
[0078]因此，如图6(b)所示，在对茎部4施加图中箭头表示的X方向的负载时，虽然与凸形台座6的茎部4的主体接近的部分变形，但是随着远离茎部4的主体，变形量变小。也就是，凸形台座6的侧面18变成了相对于茎部4在X方向倾斜的形状(在剖面上为接近台形的形状)。因此，接合部3的变形量由于凸台座6而比在茎部4主体产生的变形量小，从而相比不存在凸形台座6情况，接合部3的圆角部16的侧端部17的应力减小。
[0079]如上所述，通过在茎部4设置凸形台座6，能够抑制在接合部3产生的蠕变变形，确保应变检测的稳定性，而且，也能够延长作为传感器的寿命。
[0080]图7是表示茎部上的台座高度-接合部的应力、及台座高度-片表面的应变的关系的特性图。任一特性图均作为表示在台座高度达到300μπι前相对于无台座时的计量值的比例的变化率进行表示。接合部的应力表示在接合部3的圆角部16的侧端部17产生的应力值。[0081 ]参照接合部的应力特性，随着台座6的高度增大，在接合部3的圆角部16的侧端部17产生的应力变小。即，能够通过台座6降低在接合部3产生的应力，也能够减小接合部3的蠕变变形，具有提高传感器特性的效果。而且，能够降低在接合部产生的裂纹扩展，能有效提尚传感器广品的寿命。
[0082]参照片表面的应变的特性，随着凸形台座6的高度增加，在片表面产生的应变降低。
[0083]由于传感器片I表面的应变量减小，存在作为传感器的灵敏度降低的可能性。然而，传感器片I的应变量降低的比例比接合部3的应力降低的比例小。因此，将台座6的高度设定在能够在应变量测量中表现良好的灵敏度而且充分降低接合部的应力的范围内，从而构成为能够确保作为力学量测量装置的性能、满足传感器输出稳定性、可靠性的结构。
[0084]在图7的片表面的应变的特性中，双点划线为延长上述的特性曲线的线。对于片表面的应变的变化率，在台座6的高度为约700μπι处，其变为0，失去检测能力。若考虑应变传感器的检测精度，则当变化率低于0.5时，在实际应用的情况下存在产生故障的可能性。换言之，只要片表面的应变的变化率为0.5以上，就能够作为应变传感器使用。如图7中虚线所示，与片表面的应变的变化率为0.5对应的台座6的高度为35(^111?40(^111左右。因此，只要台座6的高度低于300μπι，片表面的应变的变化率就为0.5以上，能够作为应变传感器进行使用。
[0085]根据这样的应力分析、接合性探讨、特性评价等的结果可知，虽然台座6的面积在小于等于片的面积的约10倍的形状中能够得到一定程度的效果，但是优选为小于等于5倍左右的形状。对于具有大于片10倍的面积的台座6，传感器片I的接合部3的降低应力的效果小。
[0086]另外，重要的是，在从上面观察的情况下，台座6为正方形、长方形、六边形、圆形等、左右对称，优选为点对称。另外，根据上述的说明也可以了解，凸形台座6上的传感器片I的位置希望配置在台座6的大致中央。若在上述的各种形状的凸台座的评价结果中、同时考虑制造时的难易度、成本、出品率、不均等观点，而且传感器特性也良好，则使用传感器片的面积的1.5倍左右的正方形的台座，而且使用台座高度为50μπι?150μπι的凸台座。
[0087]一实施方式丨的变形例一
[0088]图8是表示实施方式I的变形例的力学量测量装置的剖视图。
[0089]实施方式I的力学量测量装置200为将传感器单元100固定于容器50的结构。在图8的变形例中，力学量测量装置201具有在作为被测量物的基底(固定部)50Α上固定传感器单元100的结构。传感器单元100与实施方式I相同，具备具有凸形台座6的茎部4、将传感器片I和茎部4接合的接合部3。
[0090]基底50Α为完全未设置开口部的平坦的板状部件，并覆盖茎部4的整个下表面。茎部4与基底50Α的固定能够使用在实施方式I所示的金属接合、机械结合。但是，茎部4与基底50Α的固定除了在茎部4的周缘部进行以外，也能够在茎部4的下表面侧的中央部侧、或在整面进行。
[0091]在变形例I的力学量测量装置201中，对随着基底50Α的在X方向和Y方向上的变形而在传感器片I的应变检测部2产生的X、Y方向的应变的差分进行检测。
[0092]虽然将基底50A作为被测量物进行例示，但是也可以形成为，将基底50A仅作为固定茎部4的固定部件，而将被测量物安装于基底50A。另外，也可以形成为，如图1所示，将仅作为固定茎部4的固定部件的基底50A固定于容器50的开口部56的周缘部，计量容器50的内部空间51的气体G的压力。
[0093]变形例I的其它结构与实施方式I相同，对对应的部件添加相同的符号，且省略说明。
[0094]—实施方式2—
[0095]参照图9?图11，对本发明的实施方式2进行说明。
[0096]图9是表示本发明的力学量测量装置的实施方式2的剖视图。图10是图9所示的力学量测量装置的传感器单元的放大图。图11(a)、图11(b)分别为从上方观察图10所示的传感器单元的俯视图。图11(a)示出将台座6的平面形状设置成矩形的示例，图11(b)示出将台座6的平面形状设置成圆形的示例。此外，在实施方式2中，将茎部4A作为圆盘状的薄板部件而构成。
[0097]实施方式2的力学量测量装置201与实施方式I的不同点在于，在传感器单元110的茎部4A形成有槽61。
[0098]以下，以该不同点为主体对实施方式2进行说明。
[0099]长方形的槽61形成于茎部4A的与台座6相反的一面侧，换言之，形成于容器50的内部空间51侧。长方形的槽61的短边形成为比台座6的宽度窄的长度。如图11(a)所示，槽61形成为长方形的矩形，其在茎部4A的台座6的大致中央部，从一侧端部19a的外侧横跨至相反方向的另一侧端部19b的外侧。横跨茎部4A的背面的槽61的两端未从茎部4A的周缘部连通至外部，从而能够保持预定的刚性。槽61的沿长边方向的一对侧边与传感器片I的一对侧边平行地延伸。另外，槽61的深度为其底面未达到茎部4A的上表面4a的深度。
[0100]也就是，茎部4A通过形成槽61使台座6局部形成薄壁，从而作为刚性小的隔板而形成。在这样的力学量测量装置201中，如向容器50内部施加气体G的压力，则构成隔板的台座6的薄壁部优先变形。该变形经接合部3传递至与台座6接合的传感器片I。从而，传感器片I的应变检测部2计量应变、S卩，压力。能够构成通过将容器50例如设置成从被测量流体流通的配管分支的压力测量部来计量配管内部的压力等的压力传感器。
[0101]在实施方式2中，在茎部4A的台座6形成有与传感器片I的一对侧边平行的槽61。由于台座6的薄壁部刚性小，因此茎部4A的该部分容易变形。
[0102]由于槽61形成为长方形，因此随着茎部4A的变形而产生的传感器片I的应变在与长边方向正交的方向上比在长边方向上大，从而能够提高输出应变的差异的传感器片I的检测能力。
[0103]在实施方式2中，对于茎部4A没有凸形台座6的结构，在接合部3的圆角部16的侧端部17产生大的应力，存在以下可能性，S卩，易于引起接合部3的蠕变变形，且导致接合部3的损坏、传感器片I的损坏(参照图6(a)、(b))。但是，对于在传感器片I的搭载部分设有凸形台座6的结构，能够降低圆角部16的侧端部17的应力，能够降低使用时的接合部3的蠕变变形量，有助于传感器输出值的稳定性。
[0104]因此，实施方式2所示的传感器单元110也具有与实施方式I相同的效果。
[0105]台座6的平面形状可以如图11(a)所示地形成为矩形，也可以如图11(b)所示地形成为圆形。如图11(b)所示，若将台座6形成为圆形，则易于形成台座6，能够提高加工工序的效率。此外，即使在如图11 (b)地使台座6为圆形的情况下，槽61也可以通过台座6的中心且横跨台座6的外周19 c地设置。
[0106]因此，实施方式2也具有与实施方式I相同的效果。
[0107]实施方式2的其它结构与实施方式I相同，对对应的部件添加相同的符号，且省略说明。
[0108]—实施方式3—
[0109]图12及图13表示本发明的力学量测量装置的传感器单元的实施方式3。图12是作为实施方式3的传感器单元的剖视图，图13(a)、图13(b)分别为从上方观察图12所示的传感器单元的俯视图。图13(a)表示将台座6A的平面形状设置成矩形的例，图13(b)表示将台座6A的平面形状设置成圆形的例。此外，在实施方式2中，将茎部4B作为圆盘状薄板部件而构成。
[0110]实施方式3的传感器单元120与实施方式2的传感器单元110的不同点在于，茎部4B的上表面4a平坦，且通过在中央部所形成的框状槽部62而形成有台座6A。
[0111]框状槽部62设于茎部4B的上表面4a，并在该框状槽部62的内侧形成台座6A。台座6A的上表面与周缘部4b的上表面4a同面，且与供载置印制电路板20的面同面。
[0112]槽部62的形状可以如图13(a)所示地为矩形，也可以如图13(b)所示地为圆形。如图13 (b)所示，若将台座6A设置成圆形，则易于形成台座6A，能够提高加工工序的效率。图13(a)所示的槽部62的形状为正方形，但是也可以为长方形。
[0113]在实施方式3中，通过利用锪孔加工、激光加工等形成槽部62，形成台座6A。因此，相比形成凸形台座6的实施方式2，能够提高加工工序的效率。
[0114]茎部4的槽部62可以在接合传感器片I前形成，也可以在接合传感器片I后形成。在接合传感器片I前形成的情况下，具有不会产生加工时的切肩等问题以及对传感器片的污染等优点。在接合传感器片I后形成的情况下，优点在于槽61中不会流入接合材料8。另外，即使在接合部3周边的圆角部16的形状变成椭圆的情况下、传感器片I的搭载位置稍微产生了偏差的情况下，也能够例如将槽部62的中心错开而形成，以构成圆角部16的中心位置、或传感器片I的中心位置，能够进行修正。
[0115]在实施方式3中，对于茎部4B没有凸形台座6A的结构，在接合部3的圆角部16的侧端部17产生大的应力，存在以下可能性，S卩，易于引起接合部3的蠕变变形，且导致接合部3的损坏、传感器片I的损坏(参照图6(a)、(b))。但是，对于传感器片I的搭载部分设置被框状槽部62环绕着的凸形台座6A的结构，能够降低圆角部16的侧端部17的应力，能够降低使用时的接合部3的蠕变变形量，有助于传感器输出值的稳定性。
[0116]因此，实施方式3所示的传感器单元120也具有与实施方式2的传感器单元110相同的效果。
[0117]因此，在实施方式3中，茎部4B也由于形成了槽61的薄壁部分的刚性变小而容易变形，因此能够通过在茎部4B的上表面4a所形成的槽部62降低圆角部16的侧端部17的应力。从而，具有与实施方式2相同的效果。
[0118]实施方式3的其它结构与实施方式I相同，对对应的部件添加相同的符号，且省略说明。
[0119]-实施方式3的变形例一
[0120]图14是表示实施方式3的变形例的俯视图。
[0121 ]在实施方式3的变形例的传感器单元120A中，替换框状槽部62，而在茎部4C形成比传感器片I的长度(宽度)长的、与槽61的长边方向的侧边平行的一对槽部63。
[0122]因此，在该传感器单元120A的茎部4C，一对槽部63的内侧、即一个槽部63与另一个槽部63之间的区域与周缘部4b的上表面4a同面，且与周缘部4b连续地形成。因此，未形成明确地与周缘部4 b分离的台座。一对槽部6 3形成为相对于通过传感器片I的中心的X、y轴对称。在茎部4C的下表面所形成的槽61也设置成相对于通过传感器片I的中心的x、y轴对称的形状。
[0123]也就是，对于茎部4C，在与一对槽部63正交的方向上，不形成构成与周缘部4b的边界的槽，而由一对槽部63对置的内侧区域限定构成台座的区域(图14的(6A))。但是，茎部4C由于形成了槽61的薄壁部分的刚性小，因此优先变形。
[0124]在该变形例中，在一对槽部63的内侧设有构成搭载传感器片I的台座区域。因此，与实施方式3相同，能够降低圆角部16的侧端部17的应力，能够降低使用时的接合部3的蠕变变形量，有助于传感器输出值的稳定性。
[0125]在上述的示例中，在茎部4C形成有与槽61的长边方向的侧边平行的一对槽部63，但是，也可以形成比传感器片I的长度(宽度)长的、与槽61的短边方向的侧边平行的一对槽部。
[0126]—实施方式4—
[0127]图15是表示本发明的力学量测量装置的传感器单元的实施方式4的剖视图。
[0128]实施方式4的传感器单元130与实施方式2的传感器单元110的不同点在于，通过电镀、蒸发、溅射等的成膜来形成台座6B。
[0129]茎部4D的上表面4a平坦，在下表面形成有槽61。台座6B形成于茎部4D的上表面4a的大致中央。台座6B优选通过电镀形成，但是，如上所述，也可以通过蒸发、溅射而成膜。在通过电镀成膜的情况下，能够使用N1、Cu等。
[0130]例如，Cu的杨氏模量为约11OGPa，其比焊料中被称为硬的材料的Au20wt % Sn的杨氏模量约57GPa大。
[0131]如图15所示，当通过气体G对茎部4D沿箭头朝向施加压力时，茎部4D的形成有槽61的薄壁部优先变形。该变形经接合部3传递至与台座6B接合的传感器片I。从而，传感器片I的应变检测部2对应变、S卩压力进行计量。
[0132]在实施方式4中，对于不存在利用成膜所形成的台座6B的结构，在接合部3的圆角部16的侧端部17产生大的应力，易于引起接合部3的蠕变变形(参照图6(a)、(b))。也存在导致接合部3的损坏、传感器片I的损坏的可能性。但是，对于在传感器片I的搭载部分设置了由杨氏模量大的材料形成的凸形台座6B的结构，能够降低圆角部16的侧端部17的应力，能够降低使用时的接合部3的蠕变变形量，有助于传感器输出值的稳定性。
[0133]因此，实施方式4所示的传感器单元130也具有与实施方式2相同的效果。
[0134]如以上所说明，根据本发明的各实施方式，能够产生以下的效果。
[0135](I)将供传感器片I通过接合部3进行接合的莖部4、4A?4D通过一体成形、金属接合或机械结合而固定于容器50。因此，即使在高温环境下使用的情况下，也不会如使用树脂制粘结剂将茎部固定于固定部的现有力学量测量装置一样地产生因接合力不足所引起的检测精度的降低，从而能够提高可靠性。
[0136](2)在各实施方式中，在茎部4、4A?4D设置凸形台座6、6A、6B，并使台座6、6A、6B的刚性比周缘部4b的刚性大。因此，在对茎部4、4A?4D施加了位移的情况下，台座6、6A、6B的上表面侧的变形量小，能够抑制在接合部3产生的蠕变变形、确保检测特性的稳定性，而且实现长寿命化。
[0137](3)在实施方式2、3中，通过在形成于茎部4A、4B的凸形台座6、6A的相反面侧设置槽61，使台座6、6A的一部分的刚性比周缘部4b的刚性小。同样地，在实施方式4中，在茎部4D的上表面4a通过成膜形成台座6B的同时，在台座6B的相反面侧设置槽61，从而使台座6B的一部分的刚性比周缘部4b的刚性小。因此，在对传感器单元110、120、130施加负载时，能够使台座6、6A、6B的一部分优先变形。
[0138](4)如实施方式2?4所示，构成为能够使台座6、6A、6B的一部分优先变形的结构，因此，能够将传感器单元110、120、130固定于供气体G流入的容器50来检测容器50内的内部空间51内的气体G的压力。
[0139](5)如实施方式3和其变形例那样，在茎部4B、4C的形成槽61的面的相反面形成槽部62、63，并将槽部62、63的内侧区域作为台座6A的结构，加工变得容易，能够提高生产率。
[0140](6)如实施方式4那样构成通过电镀、蒸发、溅射等的成膜形成台座6B的结构时，能够高效率地形成凸形台座6B。
[0141 ]此外，在上述各实施方式中，形成于台座6、6A、6B及传感器片I的金属化层5、9并非必须，可以不形成任一个，以及也可以两个均不形成。另外，印制电路板20也无需配置在茎部4、4B、4C、4D的上表面4a上。
[0142]也可以形成为相互组合了上述的各实施方式及变形例的力学量测量装置。
[OH3] 实施方式2?4所示的传感器单元110、120、130能够不固定于容器50等，而直接作为力学量测量装置使用。
[0144]此外，本发明能够对各实施方式所述的结构适当地进行变形后使用，总之，传感器片只要在具备传感器单元的力学量测量装置中通过一体成形、金属接合或机械结合固定于固定部即可，上述传感器单元通过由金属材料或玻璃材料形成的接合件而与在莖部所形成的台座的上表面接合。
[0145]下面的优先权基础申请的公开内容作为引用文并入本文。
[0146]日本国专利申请2014年第15383号(2014年I月30日申请)
[0147]符号的说明
[0148]I 一传感器片，2—应变检测部，3—接合部，4、4A?4D—茎部，4a—上表面，4b—周缘部，5、9一金属化层，6、6A、6B—台座，8—接合材料，20—印制电路板，22—接合线(引出配线部)，50—容器(固定部)，50A—基底(固定部)，51 —内部空间，54—气体获取口，56—开口部，58—外壳，61—槽，62、63—槽部，100、110、120、12(^、130—传感器单元，200、201—力学量测量装置。
【主权项】
1.一种力学量测量装置，其特征在于，具备: 传感器片，其具有形成于半导体基板的一面的应变检测部和与上述应变检测部连接的多个电极； 茎部，其具有从邻接的周缘部突出的台座，并且上述台座的上表面通过由金属材料或玻璃材料形成的接合件与上述传感器片的下表面接合； 引出配线部，其具备与上述多个电极电连接的多个配线；以及 固定部，其固定上述茎部， 上述莖部与上述固定部通过一体成形、金属接合或机械结合而被固定。2.根据权利要求1所述的力学量测量装置，其特征在于， 上述固定部为具有比上述茎部大的面积且对上述茎部的周缘部进行固定的被测量体。3.根据权利要求2所述的力学量测量装置，其特征在于， 上述茎部的形成有上述台座的区域具有比上述茎部的周缘部大的刚性。4.根据权利要求1所述的力学量测量装置，其特征在于， 在上述茎部的与上述传感器片接合的面的相反侧的一面，形成有比上述台座宽度窄且延伸至上述台座的周缘部的外侧的槽。5.根据权利要求4所述的力学量测量装置，其特征在于， 上述槽形成为从上述台座的一侧边横跨相对置的另一侧边。6.根据权利要求5所述的力学量测量装置，其特征在于， 横跨上述台座的上述槽形成为一端及另一端不从上述茎部的周缘部露出到外部。7.根据权利要求4所述的力学量测量装置，其特征在于， 在上述茎部的与上述台座邻接的周缘部形成有与上述槽平行、或者垂直设置的至少一对槽部。8.根据权利要求4所述的力学量测量装置，其特征在于， 在上述茎部的与上述台座邻接的周缘部形成有环绕上述台座的框状槽部。9.根据权利要求1?8中任一项所述的力学量测量装置，其特征在于， 上述固定部作为筒状的压力导入部而形成。10.根据权利要求9所述的力学量测量装置，其特征在于， 上述固定部具有开口部，上述开口部至少露出上述茎部的与上述传感器片接合的面的相反侧的一面的一部分， 通过上述传感器片，测量上述筒状的上述固定部内的压力。11.根据权利要求9所述的力学量测量装置，其特征在于， 在上述台座的上表面和上述传感器片的下表面的至少一方形成有金属层。12.根据权利要求9所述的力学量测量装置，其特征在于， 上述接合件形成为其周缘部达到上述台座的周缘部的至少一部分。13.根据权利要去I所述的力学量测量装置，其特征在于， 上述台座在上述茎部成膜而形成。14.根据权利要求1所述的力学量测量装置，其特征在于， 上述台座的相距上述邻接的周缘部的高度为300μηι左右以下。15.一种传感器单元，其特征在于，具备: 传感器片，其具有形成于半导体基板的一面的应变检测部和与上述应变检测部连接的多个电极；以及 茎部，其具有从邻接的周缘部突出的台座，并且上述台座的上表面通过接合件与上述传感器片的下表面接合， 在上述茎部的形成有上述台座的面的相反面，形成有比上述台座宽度窄的槽。16.根据权利要求15所述的传感器单元，其特征在于， 在上述茎部的与上述台座邻接的周缘部，形成有与上述槽平行或垂直设置的至少一对槽部。
【文档编号】H01L29/84GK105829851SQ201580003171
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年1月26日
【发明人】下川英惠, 太田裕之, 风间敦, 秦昌平, 山口拓人, 相马敦郎, 芦田喜章, 小野塚准二, 宫岛健太郎, 日尾真之
【申请人】日立汽车系统株式会社