CN107152982A - 压力传感器芯片及压力传感器 - Google Patents

压力传感器芯片及压力传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN107152982A
CN107152982A CN201710075820.0A CN201710075820A CN107152982A CN 107152982 A CN107152982 A CN 107152982A CN 201710075820 A CN201710075820 A CN 201710075820A CN 107152982 A CN107152982 A CN 107152982A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure sensor
pressure
connecting portion
test section
sensor chip
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
CN201710075820.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107152982B (zh
Inventor
森原大辅
井上胜之
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.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
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 Omron Corp filed Critical Omron Corp
Publication of CN107152982A publication Critical patent/CN107152982A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107152982B publication Critical patent/CN107152982B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/148—Details about the circuit board integration, e.g. integrated with the diaphragm surface or encapsulation
    • 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
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
    • 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
    • G01L9/02—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • 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
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

压力传感器芯片具备：形成在半导体基板内且密闭的压力基准室、形成在该压力基准室与外部之间且通过所述压力基准室内的压力与外部的压力之差而变形的膜片、设于所述膜片且可产生与该膜片的变形相对应的电信号的传感器部，俯视观察所述半导体基板时，将包括所述压力基准室、所述膜片及所述传感器部在内的检测部的周围部分中的一部分作为连接部，留下所述连接部而在所述检测部的周围形成有将该半导体基板贯通的贯通槽，所述半导体基板内的除所述检测部以外的部分与所述检测部被所述贯通槽分开。

Description

压力传感器芯片及压力传感器
技术领域
本发明涉及压力传感器芯片。
背景技术
压力传感器主要检测气体或液体的压力，作为气压传感器或高度传感器、水压传感器而适用于各种装置。另外，近年来，作为将其用作高度传感器的情况的一个方面，具有向用于获得位置信息的导航装置的应用或向精确计测用户运动量的计测器的应用，其适用范围不断扩大。
一般，压力传感器大致分为对以绝对真空为基准而表示的压力进行测定的压力传感器、和对相对于大气压等某一任意的供比较的压力(基准压)而表示的压力进行测定的相对压力传感器(压差传感器)。
作为这些压力传感器存在各种形式，而其中一种具备作为MEMS(Micro ElectroMechanical System)传感器芯片的膜片式压力传感器芯片。具备这种膜片式压力传感器芯片的绝对传感器相比于其他传感器大幅小型化，故而适于上述的向导航装置的应用或向活动量计的应用。
作为公开了搭载这种压力传感器芯片的压力传感器的构造的文献，例如具有特开2006－302943号公报(专利文献1)或特许第5515258号公报(专利文献2)。
专利文献1中公开的传感器封装具有如下的构造，即，在半导体层经由多个梁支承重锤体，将与框部件的底面面对的支承基板层的底面分成四个区域，仅在其中一个区域将支承基板层的底面和台座接合。
另外，专利文献2中公开的压力传感器芯片具备：梁部，向基板的开口部内呈悬臂梁状突出地进行支承；膜片，根据在所述梁部内以密闭状态形成的压力基准室的压力和被测定压力间的压差而位移；压力检测部，设于所述膜片上并输出与该膜片的位移对应的信号。
专利文献1：(日本)特开2006－302943号公报
专利文献2：(日本)特许第5515258号公报
发明内容
一般，就压力传感器及其上搭载的压力传感器芯片，要求进一步的小型化和其检测精度的高精度化。在将压力传感器芯片用于导航装置或活动量计的上述一个方面的情况下也毫不例外，如果考虑这些装置是便携式装置，则对压力传感器的进一步小型化(特别是薄型化)的需求尤为强烈，另外能够以更高精度对气压基于高度差异的变化进行检测成为特别重要的课题。
压力传感器，特别是压电式压力传感器因对应力敏感而容易受到外部应力的影响。作为这种外部应力，可列举因芯片与基板部件的线膨胀差而产生的应力、或因二次装配而产生的应力，而这些应力是以传感器芯片与基板(或者ASIC)的固定部作为起点由于芯片变形而产生的。
关于这点，在上述专利文献1中记载了如下的内容，通过将支承基板层的底面分成四个区域，而仅在其中一个区域将支承基板层的底面和台座接合，支承基板层不会像在各区域接合的情况那样被各接合部约束，减少了从电路基板等受到的外部应力产生的影响。
另外，在专利文献2中，梁部为向开口部内呈悬臂梁状突出地对传感器芯片进行支承的结构，减小了其支承部位的截面面积，因而能够抑制经由安装面传递至梁部的扰动应力。因此，能够降低因从安装面传递至膜片的扰动应力引起的干扰。
另一方面，面向智能电话、可穿戴设备的压力传感器向小型化发展，需要1mm左右或更小尺寸规格的传感器芯片，故而难以将固定部设为一点并且具有相对于芯片的相对小的面积。
另外，由于芯片小型化而不能充分确保传感器部和电连接端子部间的距离，故而因端子部的热变形产生的应力以及线接合的应力的影响表现得尤其显著。现有例中，具有减小传感器部与其他元器件的连接部位的截面面积而降低外部应力的影响的方法，但是其工序复杂，抗下落等冲击的强度有可能下降。
因此，本发明是为了解决上述问题点而设立的，其目的在于提供可实现小型化及检测精度的高精度化的压力传感器芯片。
为了解决上述课题，本发明的压力传感器芯片具备：形成于半导体基板内且密闭的压力基准室、形成于该压力基准室与外部之间且通过所述压力基准室内的压力与外部的压力之差而变形的膜片、设于所述膜片且可产生与该膜片的变形相对应的电信号的传感器部，俯视观察所述半导体基板时，将包括所述压力基准室、所述膜片及所述传感器部在内的检测部的周围部分中的一部分作为连接部，留下所述连接部而在所述检测部的周围形成有将该半导体基板贯通的贯通槽，所述半导体基板内的除所述检测部以外的部分与所述检测部被所述贯通槽分开。
这样，通过在检测部的周围形成贯通槽，使检测部从除检测部以外的部分分离，能够抑制应力向检测部的传递，实现检测精度的高精度化。
在所述半导体基板，所述检测部的基板底面也可以与所述半导体基板内的除所述检测部以外的部分的基板底面相比处于等高或更高的位置。
另外，在所述半导体基板，所述检测部的基板底面也可以处于比所述连接部的基板底面高的位置，所述连接部的基板底面也可以与除连接部以外的基板底面相比处于等高或更高的位置
由此，例如，能够不需要进行将连接部位的截面面积减小那样的复杂的工序而制造。另外，在实现高精度化时，不需要将芯片接合件实现的粘接部分构成得过于脆弱，故而容易实现压力传感器芯片的小型化。
所述检测部在俯视观察时也可以具有大致圆形的形状。另外，从所述膜片的中心观察，所述连接部也可以形成在中心角45度的范围内。由此，能够适当设定连接部的大小，可靠地抑制应力的影响。
在所述压力传感器芯片，也可以构成为，所述传感器部包括形成于所述膜片的表面且将电阻值根据该膜片的变形而变化的多个压电电阻元件连接而构成的电桥电路，所述连接部朝着相对于所述多个压电电阻元件中任一个压电电阻元件的配置方向呈45度角度的方向而形成。
在所述压力传感器芯片，也可以构成为还具备：输出端子部，其与所述传感器部电连接，向外部输出来自该传感器部的电信号，所述输出端子部形成于所述半导体基板的表面，所述连接部朝着没有配置所述输出端子部的方向设置。
由此，能够将连接部配置在对应力灵敏度低的方向，降低基于应力的影响。
为了解决上述课题，本发明的压力传感器具备：传感器基板、所述压力传感器芯片，在所述半导体基板的底面中除所述检测部以外的位置，所述压力传感器芯片经由芯片接合件与所述传感器基板或所述基板上固定的电路部连接。
这样，通过将所述半导体基板的除检测部以外、即比贯通槽靠外侧的底面相对于传感器基板固定，即使在传感器基板等产生了应力的情况下，也可通过贯通槽抑制应力向检测部的传递，因而能够实现检测精度的高精度化。
根据本发明，能够提供可实现小型化及检测精度的高精度化的压力传感器芯片。
附图说明
图1是本发明实施方式的压力传感器的剖面图；
图2是本发明实施方式的压力传感器的示意平面图；
图3是本发明实施方式的压力传感器的分解立体图；
图4是图1所示的压力传感器芯片的平面图；
图5是图1所示的压力传感器芯片的剖面图；
图6(A)～图6(F)是对贯通槽的形状进行说明的平面示意图；
图7(A)、图7(B)是压电电阻系数的说明图；
图8(A)、图8(B)是对贯通槽的形状和芯片接合件间的位置关系进行表示的图；
图9是对在有无贯通槽及连接部的宽度不同的情况下的在检测部产生的应力的影响进行比较的图表；
图10是对连接部的宽度的定义进行表示的图；
图11(A)～图11(D)是对在配置连接部的方向不同的情况下的在检测部产生的应力的影响进行说明的图；
图12(A)、图12(B)是对配置连接部及端子部的一例进行说明的图；
标记说明
1：压力传感器
2：传感器基板
7：盖
8：接合线
10：压力传感器芯片
11：背面侧基板
12：表面侧基板
13：膜片
15：压力基准室
16：压电电阻元件
17A：电极
17B：导电图案
17C：导电图案
18：感压部
19：电路部
20：芯片接合件
21：盖固定件
22：底部填充件
31：电极
40：检测部
41：贯通槽
42：连接部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，在以下表示的实施方式中，对相同或共通的部分标注相同的附图标记并不重复该说明。
(实施方式1)
图1～图3是本发明实施方式1的压力传感器的剖面图、示意平面图及分解立体图。另外，图4及图5是图1所示的压力传感器芯片的平面图及剖面图。以下，参照上述图1至图5说明本发明实施方式1的压力传感器。
需要说明的是，图2表示沿着图1中所示的X1－X1线的压力传感器的示意平面图，图5表示沿着图4中所示的X2－X2线的压力传感器芯片的剖面。另外，为了在图2表示压力传感器芯片和芯片接合件间的位置关系，在该图2中，用双点划线表示图1所示的压力传感器芯片。
如图1～图3所示，本实施方式的压力传感器1作为表面安装型装置而构成，具备压力传感器芯片10、电路部19、芯片接合件20、作为封装的基板2及盖7、接合线8、盖固定件21、底部填充件22。压力传感器芯片10通过芯片接合件20与电路部19粘接，电路部19通过底部填充件22固定在基板2上。然后，以覆盖压力传感器芯片10的方式通过盖固定件21将盖7固定在传感器基板2上。由此，压力传感器芯片10被收纳在由传感器基板2及盖7构成的封装的内部。
如图4及图5所示，压力传感器芯片10具有包括俯视矩形的表面12a及背面11a的扁平长方体形状的外形。在压力传感器芯片10的表面12a的规定位置分别设有检测部40、电极17A、导电图案17B。另外，压力传感器芯片10构成为，在检测部40的周围形成有从表面12a贯通到背面11a的贯通槽41，仅由未形成该贯通槽41的连接部42保持检测部40。
压力传感器芯片10通过使背面侧基板11及表面侧基板12贴合而构成。上述压力传感器芯片10的表面12a由表面侧基板12的一对主表面中的非贴合面而构成，上述压力传感器芯片10的背面11a由背面侧基板11的一对主表面中的非贴合面而构成。
压力传感器芯片10具备：密闭在半导体基板内部的圆盘状的压力基准室15、形成在该压力基准室15与外部之间且因所述压力基准室15内的压力与外部压力之差而变形的薄板状的膜片13。
检测部40包括压力基准室15、膜片13、沿膜片13的周缘设置的多个压电电阻元件16。另外，压电电阻元件16是在膜片13因压力基准室15内的压力与外部压力之差而产生了变形的情况下，可产生与该变形对应的电信号的传感器部的一方式。在本实施方式中，沿膜片13的周缘等间隔地设有四个压电电阻元件16，导电图案17C将各压电电阻元件16电连接而构成电桥电路。此外，不限于此，检测部40也可以是根据需求精度而具备任意数量的压电电阻元件16的构成。另外，作为传感器部，不限于利用了上述那样的多个压电电阻元件16，也可以利用电容式元器件。
上述构成的压力传感器芯片10通过如下的方法而制造，即，在背面侧基板11的贴合面事先形成有凹部，以覆盖该凹部的方式在规定的压力环境下与表面侧基板12贴合，并将表面侧基板12磨削到希望的厚度。由此，在压力传感器芯片10的内部形成有上述的压力基准室15，与事先在背面侧基板11上形成的凹部相对的表面侧基板12成为膜片13。在本实施方式中，通过在真空环境下使背面侧基板11与表面侧基板12贴合，压力基准室15在真空状态下形成。
需要说明的是，作为背面侧基板11及表面侧基板12，优选使用半导体基板，例如硅基板，作为一例，其贴合可适用SOI(Silicon on Insulator)技术。此外，在表面侧基板12为硅基板的情况下，可在硅基板的表面12a通过使杂质扩散而形成扩散层电阻，作为所述压电电阻元件16。作为背面侧基板11，不限于硅基板，也可利用玻璃基板等。
在压力传感器芯片10的俯视观察下(图4)，将检测部40的周围部分中的一部分作为连接部42，留下连接部42而在检测部40的周围形成有将背面侧基板11及表面侧基板12贯通的贯通槽41。即，压力传感器芯片10内的除检测部40以外的部分(以下也称为周边部)43和检测部40被贯通槽41分开。作为形成贯通槽41的方法，可举出如下的工艺，即，使背面侧基板11及表面侧基板12贴合，在形成压电电阻元件16或导电图案17B、17C、电极17A之后，从表面挖槽，从背面磨削直到槽露出；或者在对表面或背面进行磨削之后，从相反侧的面挖槽。这样，本实施方式的压力传感器芯片10构成为，在贴合的背面侧基板11及表面侧基板12设置贯通槽41，使周边部43和检测部40分开，因而检测部40的底面与周边部43的底面的高度相同。此外，不限于此，也可以将检测部40的底面通过蚀刻等形成为比周边部43的底面高。另外，在该情况下，连接部42的基板底面也可以形成在与除连接部42以外的基板底面相比等高或较高的位置。
电路部19是具有放大电路或温度补偿电路等进行规定的信号处理的电路和存储器等的集成电路。例如是ASIC(Application Specific Integrated Circuit)。电路部19用树脂或金属、陶瓷等密封，具有包括俯视矩形的表面19b及背面19a的扁平长方体形状的外形。另外，电路部19在表面19b具备用于电信号的输入输出的电极33。
如图1及图2所示，传感器基板2主要为由绝缘材料形成的平板状。需要说明的是，作为构成传感器基板2的绝缘材料，可利用陶瓷材料或树脂材料等。由传感器基板2的表面2a及ASIC的表面19b形成的空间填充有底部填充件22，在该表面2a上的与电路部19相邻的位置设有与压力传感器芯片10连接的多个电极(焊盘)31。多个电极31分别经由导电图案32与在电路部19的下面设置的电极33连接。
另外，压力传感器芯片10通过芯片接合件20固定在作为电路部19的ASIC的背面19a，压力传感器芯片10的电极17A和传感器基板2的电极31经由金或铜、铝等接合线8而电连接。由此，电路部19经由电极33、导电图案32、电极31、接合线8、电极17A、导电图案17B、17C而与压电电阻元件16连接。需要说明的是，在本实施方式中，电极17A为压力传感器芯片10的输出端子部的一方式。
然后，箱状的盖7将其开口部朝向传感器基板2侧而覆盖电路部19和电极31，通过粘接树脂等盖固定件21被固定。盖7是由树脂或金属等形成的具有规定刚性的部件，通过覆盖压力传感器芯片10，防止除测定对象的气体或液体以外的物体与压力传感器芯片接触，保护压力传感器芯片10。
需要说明的是，作为将盖7内的空间与盖7外的空间连通的连通部71，盖7包括具有孔或狭缝、格子、网眼之类的开口的部件。通过该连通部71，盖7内的压力与盖7外的压力相等，成为在膜片13上附加了与压力传感器1的周围同等的压力的状态，因而压力传感器1能够通过测定膜片13上附加的压力，求出压力传感器1周围的压力。需要说明的是，连通部71不限于单纯的开口，只要是以使盖7内的压力与盖7外的压力相等的方式传递压力的构成即可。例如，也可以是在连通部71的开口夹着过滤部或防水膜的结构。
在上述构成的压力传感器1，通过在膜片13的表面附加外气压，膜片13根据该外气压与压力基准室15内的基准压力之差而变形。然后，多个压电电阻元件16的电阻值根据其变形程度而分别变化，电桥电路的中点电位变动，并且在电路部19，中点电位的变动量被转换成电信号。转换后的电信号作为与所述外气压相对应的传感器输出，例如作为表示所述外气压的绝对压向外部输出。需要说明的是，在该电信号输出时，也可以使所生成的电信号暂时存储在存储器部。
如上述，在本实施方式的压力传感器1，压力传感器芯片10的背面11a的四角通过芯片接合件20与电路部19粘接，该粘接了的周边部43和检测部40被贯通槽41分开。换言之，检测部40的被贯通槽41包围的部分与周边部43分离，检测部40仅由连接部42保持。
通过这样地构成，例如在外部环境的温度发生变化的情况下，能够大幅减轻随着传感器基板2或盖7、电路部19等线膨胀系数不同的部件而产生的应力向膜片13的传递，并能够抑制对传感器输出造成的影响。以下，表示对其原因的探讨。
作为对压力传感器芯片的性能造成影响的特性之一，具有传感器输出滞后。在压力传感器芯片上附加的压力为零的情况和为额定压力的情况下各自的输出电流(或电压)值之间划出理想直线，求出其与实测电流(或电压)值之间的差作为误差值，压力上升时的误差值与压力下降时的误差值之差的绝对值相对于满量程以百分比表示传感器输出滞后。该传感器输出滞后越小越好，在传感器输出滞后小的情况下，可实现检测精度的高精度化。
作为该传感器输出滞后变大的主要原因，例如在外部环境的温度发生变化的情况下，在传感器基板2或盖7、电路部19等线膨胀系数不同的部件之间产生应力，该应力经由芯片接合件20或接合线8传递至压力传感器芯片10，有时会对压力的测定造成影响。另外，伴随着接合线8的热引起的变化，而向电极17A产生应力，有时会对测定造成影响。针对伴随着这些热而产生的应力，已知有通过构成为使用柔软的芯片接合件20来保持压力传感器芯片，从而将这些应力吸收，减轻对传感器的影响。然而，用芯片接合件20不能减轻所有的应力，特别在小型传感器中，由芯片接合件20抑制的应力的影响也受限于自身结构。
就这点，在本实施方式的压力传感器1，由芯片接合件20固定的周边部43和检测部40被贯通槽41分开，因而即使在周边部43产生了随着所述热而产生的应力，也不会从连接部42以外的部分向检测部40传递，因而对膜片13造成的影响被大幅减轻。另外，对于将压力传感器1装配到电路基板时的装配应力，其对膜片13造成的影响也同样被大幅减轻。
需要说明的是，在周边部43产生的应力也可能经由连接部42向检测部40传递，但连接部42相对于检测部40仅在一个方向上存在，除连接部42以外没有固定检测部40的部分，故而例如，即使随着热而产生的应力或装配应力从连接部42侧被传递，其仅从一个方向对检测部40施加应力，因而与未同周边分离的情况相比，该应力产生的膜片13的变形轻微。
这样，在压力传感器1，即使在周边部43产生随着热等而产生的应力，也可抑制其向检测部40的传递，故而无需通过减小芯片接合件20的弹性率或减小由芯片接合件20粘接的面积而使芯片接合件20变得过于脆弱，因而能够提高抗下落等冲击的强度。
(关于槽形状)
图6是对贯通槽的形状进行说明的平面示意图。如图6(A)所示，压力传感器芯片10的贯通槽41在俯视观察时沿着与膜片13或压力基准室15的中心51同心的圆52圆弧状地形成。即，由贯通槽41所切分的圆52的内侧的部分为检测部40。另外，未设有贯通槽41的部分为连接部42。需要说明的是，电极17A的位置不限于贯通槽41的形状，因而图6中省略了电极17A。在图6的例子中，电极17A可以与贯通槽41的形状和连接部42的配置方向无关地设置在周边部43的表面12a上的任何位置。
如图7所示，在膜片13上设置的压电电阻元件16存在压电电阻系数大的晶体取向和压电电阻系数小的晶体取向。因此，优选在压电电阻系数小的晶体取向，即在对应力灵敏度低的取向配置连接部42。在图6(A)的例子中，在通过中心51的一直线61上配置有压电电阻元件16中的压电电阻元件16A、16B，在与该直线61正交的直线62上配置有压电电阻元件16C、16D。然后，将从中心51向压电电阻元件16C的方向设为0度，在左旋45度的方向配置有连接部42。换言之，通过压电电阻元件16C及中心51的直线62与通过中心51及连接部42的直线63所成的中心角α为45度。这样，通过相对于压电电阻元件16的配置方向在45度的方向配置连接部42，能够抑制经由连接部42传递的应力的影响。另外，通过这样进行配置，连接部的截面(例如连接部中与直线63正交的面)不与直线61及62平行，避开了劈开面，因而抗下落等冲击的强度提高。需要说明的是，配置连接部42的方向不限于45度，也可以是其他的方向。在图6(B)的例子中，以连接部42相对于中心51在90度方向的方式设置贯通槽41。进而，配置连接部42的方向不限于90度，也可以是其他的方向，例如0度、180度、270度等。即使这样在除45度以外的方向设置连接部42的情况下，也可得到通过贯通槽41将检测部40与周边部43隔离的效果，故而可抑制随着热而产生的应力的影响和在将压力传感器安装到电路基板时产生的装配应力的影响。
在上述例中，沿圆52圆弧状地形成贯通槽，但不限于沿正圆形成，也可以是沿类圆的形状。需要说明的是，类圆是椭圆或水滴形、卵形等，只要是能够包围检测部40的形状即可。贯通槽的形状不限于圆，也可以是其他的形状。在图6(C)的例子中，俯视观察时，沿着中心与膜片13或压力基准室15的中心51一致的四边54形成有贯通槽41C。即，由贯通槽41C所切分的四边54的内侧的部分为检测部40C。另外，未设有贯通槽41C的部分为连接部42C。在图6(C)的例子中，以连接部42C相对于中心51在45度的方向的方式设有贯通槽41C。即使这样将贯通槽41C设为沿着四边的形状(以下也单称为矩形)，也可得到与图6(A)同样的效果。
另外，在图6(D)中，代替图6(C)的连接部42C，以连接部42D相对于中心51在0度的方向的方式设有贯通槽41D。配置连接部42D的方向不限于0度，也可以是其他的方向，例如90度、180度、270度等。即使这样在除45度以外的方向设置连接部42D的情况下，也可得到通过贯通槽41D将检测部40D与周边部43隔离的效果，故而可抑制随着热而产生的应力的影响。
进而，在图6(E)中，以使图6(C)中的贯通槽41C的端部朝向中心51的相反侧、即压力传感器芯片10的外侧延伸的方式设有贯通槽41E。该情况下，连接部42E是四边54中未设有贯通槽41E的部分、即图6(E)中右上角部分且由贯通槽41E的端部(向外侧延伸的部分)夹着的部分。在图6(F)中，以使图6(D)中的贯通槽41D的端部朝向中心51的相反侧、即压力传感器芯片10的外侧延伸的方式设有贯通槽41F。在该情况下，连接部42F是四边54的外侧且由贯通槽41F夹着的部分。需要说明的是，虽然省略了图示，但也可以以使图6(A)或图6(B)的贯通槽41的端部朝向中心51的相反侧、即压力传感器芯片10的外侧延伸的方式设置贯通槽。
如上所述，贯通槽既可以为圆弧状也可以为矩形，但是在将芯片接合件20配置在压力传感器芯片10的四角的情况下，如图8(A)所示，优选形成圆弧状的贯通槽41。这是因为，图8(A)的圆弧状的贯通槽41与芯片接合件20间的间隔宽于图8(B)的矩形的贯通槽41与芯片接合件20间的间隔，故而间隙可取得大。
(比较例1)
以下，说明在压力传感器芯片10设置贯通槽41并使连接部42的宽度不同的情况下的应力的影响。图9是比较使连接部42的宽度不同的情况下的应力的影响的图表。
如图9所示，关于伴随着热产生的应力的影响，在将无贯通槽设为100％的情况下，设有贯通槽时的应力的影响为10％以下。另外，可知在将连接部的宽度改变为大、中、小的情况下，连接部的宽度越小，随着热产生的应力的影响越少。
图10是对连接部42的宽度进行说明的说明图。例如，如图10所示，连接部42的宽度能够用连接部42的两端421、422与中心51所成的中心角β来表示。例如，可以将连接部42的大小设为中心角90度以下，优选设为45度以下。需要说明的是，如果将连接部42设得过小，其抗下落等冲击的强度下降，因而也可以根据期望强度将连接部42的大小设定为中心角30度以下、20度以下等。另外，也可以如下地设定下限值，例如从中心角45度以下到10度以上、从中心角30度以下到20度以上等。
此时，连接部的大小也可以用例如连接部42两端的直线距离、图6A中沿圆52的连接部42两端的距离、贯通槽41在圆52的圆周中所占的比例(开口率)来表示。例如，在贯通槽41C为矩形的情况下，将开口率设为12.5％以下。
(比较例2)
以下，说明在压力传感器芯片10设置贯通槽41，在电极17A产生的应力的影响。图11是说明使配置连接部42的方向不同的情况下的应力的影响的图，图11(A)是比较应力的影响的图表，图11(B)是表示未设有贯通槽41的情况的图，图11(C)是表示将连接部42配置在电极17A侧的情况的图，图11(D)是表示将连接部42配置在与电极17A不同的方向的情况的图。
如图11(A)所示，在将无贯通槽时的应力的影响设为100％的情况下，将连接部42如图11(C)那样地设为0度方向，配置在电极17A侧的情况下的应力的影响为10％。另外，将连接部42如图11(D)那样地设为45度方向，配置在电极17A侧的情况下的应力的影响为极小值。于是，通过将连接部42配置在与电极17A不同的方向，能够大幅抑制在电极产生的应力的影响。例如，在随着热产生的应力的影响中，在电极17A产生的应力所占的比例大的情况下，也可以如图12(A)、图12(B)那样在相对于中心51与电极17A相反的方向上配置连接部42。
如上述，在本实施方式中，通过在检测部40的周围形成贯通槽41、41C、41D、41E、41F，使检测部40从周边部43分离，能够抑制随着热产生的应力或装配应力等在传感器芯片外产生的应力向检测部40的传递，实现检测精度的高精度化。
贯通槽41、41C、41D、41E、41F能够通过干式刻蚀或磨削进行加工，不需要复杂的工序，因而能够容易制造本实施方式的压力传感器芯片10。另外，在实现高精度化时，无需将芯片接合件实现的粘接部分构成得过于脆弱。因此，容易实现压力传感器芯片10的小型化。
另外，本实施方式的压力传感器芯片10中，在贴合了的背面侧基板11及表面侧基板12设置贯通槽41、41C、41D、41E、41F，而使周边部43与检测部40分离。即，使检测部40的底面11a与连接部42及周边部43的底面11a保持相同高度地分离，能够不像以往那样使用将牺牲层取出等复杂的工序而容易地形成。需要说明的是，不限于此，检测部40的底面11a也可以设为比周边部43的底面11a高的位置。
另外，连接部42、42C、42D、42E、42F从膜片的中心观察时形成在中心角45度的范围内，从而从连接部42传递的应力的方向被限定，故而能够抑制应力对膜片13的影响。
进而，连接部42、42C、42D、42E、42F以朝向相对于压电电阻元件16的配置方向呈45度的角度的方向的方式形成，由此将连接部42、42C、42D、42E、42F设置在压电电阻元件16的电阻系数低的方向，能够抑制经由连接部42、42C、42D、42E、42F而传递的应力的影响。
而且，连接部42、42C、42D、42E、42F以朝向未配置有电极17A的方向的方式设置，由此能够抑制在电极17A产生的应力的影响。
上述的本发明的实施方式中表示的各种材料或尺寸、形状等只不过是示例，本发明不限于此。另外，显然可以在不脱离本发明主旨的范围内对上述的实施方式中表示的特征结构进行组合。

Claims (8)

1.一种压力传感器芯片，具备：形成于半导体基板内且密闭的压力基准室、形成于该压力基准室与外部之间且通过所述压力基准室内的压力与外部的压力之差而变形的膜片、设于所述膜片且可产生与该膜片的变形相对应的电信号的传感器部，其特征在于，
俯视观察所述半导体基板时，将包括所述压力基准室、所述膜片及所述传感器部在内的检测部的周围部分中的一部分作为连接部，留下所述连接部而在所述检测部的周围形成有将该半导体基板贯通的贯通槽，所述半导体基板内的除所述检测部以外的部分与所述检测部被所述贯通槽分开。
2.如权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，
在所述半导体基板，所述检测部的基板底面与所述半导体基板内的除所述检测部以外的部分的基板底面处于相同高度。
3.如权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，
在所述半导体基板，所述检测部的基板底面处于比所述连接部的基板底面高的位置，所述连接部的基板底面与除连接部以外的基板底面相比处于等高或更高的位置。
4.如权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，
所述检测部在俯视观察时具有大致圆形的形状。
5.如权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，
所述连接部的宽度在从所述膜片的中心观察时形成在中心角45度的范围内。
6.如权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，
所述传感器部包括形成于所述膜片的表面且将电阻值根据该膜片的变形而变化的多个压电电阻元件连接而构成的电桥电路，
所述连接部朝着相对于所述多个压电电阻元件中任一个压电电阻元件的配置方向呈45度的角度的方向而形成。
7.如权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，还具备：
输出端子部，其与所述传感器部电连接，向外部输出来自该传感器部的电信号，
所述输出端子部形成于所述半导体基板的表面，所述连接部朝着没有配置所述输出端子部的方向而设置。
8.一种压力传感器，其特征在于，具备：
传感器基板；
权利要求1～7中任一项所述的压力传感器芯片，
在所述半导体基板的底面中除所述检测部以外的位置，所述压力传感器芯片经由芯片接合件而与所述传感器基板或所述基板上固定的电路部连接。
CN201710075820.0A 2016-03-02 2017-02-13 压力传感器芯片及压力传感器 Active CN107152982B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016040305A JP6665589B2 (ja) 2016-03-02 2016-03-02 圧力センサチップ及び圧力センサ
JP2016-040305 2016-03-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107152982A true CN107152982A (zh) 2017-09-12
CN107152982B CN107152982B (zh) 2019-10-01

Family

ID=59651187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710075820.0A Active CN107152982B (zh) 2016-03-02 2017-02-13 压力传感器芯片及压力传感器

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6665589B2 (zh)
KR (1) KR101953454B1 (zh)
CN (1) CN107152982B (zh)
DE (1) DE102017103120A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109799026A (zh) * 2019-03-19 2019-05-24 中国电子科技集团公司第十三研究所 Mems压力传感器及制备方法
CN111122026A (zh) * 2018-11-01 2020-05-08 中科院微电子研究所昆山分所 一种压力传感器
CN111465831A (zh) * 2017-12-20 2020-07-28 株式会社鹭宫制作所 压力传感器
CN112985682A (zh) * 2019-12-12 2021-06-18 阿自倍尔株式会社 差压测量器
CN114894371A (zh) * 2022-05-09 2022-08-12 厦门乃尔电子有限公司 一种差压芯体

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107808841A (zh) * 2017-12-12 2018-03-16 深圳市佳思特光电设备有限公司 一种180°固晶机的邦头结构
WO2021155046A1 (en) * 2020-01-29 2021-08-05 Sensata Technologies Inc. Sensor apparatuses
CN113447364A (zh) * 2021-07-01 2021-09-28 南京特敏传感技术有限公司 一种芯片耐压范围批量测量装备
CN114112122B (zh) * 2021-11-30 2024-03-15 无锡胜脉电子有限公司 高精度陶瓷压力传感器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101248502A (zh) * 2005-08-25 2008-08-20 日本电气株式会社 键输入设备及电子装置
JP2009258075A (ja) * 2008-03-17 2009-11-05 Denso Corp 圧力センサチップおよびその製造方法並びに圧力センサ
CN102749167A (zh) * 2012-06-20 2012-10-24 北京大学 一种含有硅通孔的压力传感器封装结构
CN102768093A (zh) * 2011-05-04 2012-11-07 Nxp股份有限公司 Mems电容性压力传感器、操作方法和制造方法
CN103822749A (zh) * 2009-07-24 2014-05-28 罗姆股份有限公司 压力传感器装置以及电子设备
JP2014145623A (ja) * 2013-01-28 2014-08-14 Omron Corp 半導体圧力センサ
CN104122015A (zh) * 2013-04-25 2014-10-29 三美电机株式会社 物理量检测元件以及物理量检测装置
CN104350366A (zh) * 2012-05-25 2015-02-11 株式会社日立制作所 力学量测量装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5515258B2 (zh) 1974-06-24 1980-04-22
JPS5515258A (en) 1978-07-19 1980-02-02 Nec Corp Heat treatment apparatus for semiconductor substrate
JPS63122925A (ja) * 1986-11-13 1988-05-26 Yokogawa Electric Corp 半導体圧力センサ
JPH0755614A (ja) * 1993-08-11 1995-03-03 Oki Systec Tokai:Kk 圧力センサ用パッケージ構造
JP2006302943A (ja) 2005-04-15 2006-11-02 Tokyo Electron Ltd マイクロ構造体
NL2000566C2 (nl) * 2007-03-30 2008-10-02 Elmos Advanced Packaging B V Sensorelement en sensorsamenstel met omhulling.
JP2009241164A (ja) * 2008-03-28 2009-10-22 Torex Semiconductor Ltd 半導体センサー装置およびその製造方法
JP2009265012A (ja) * 2008-04-28 2009-11-12 Fujikura Ltd 半導体センサ
EP2434297A4 (en) * 2009-05-21 2012-11-14 Panasonic Corp STRUCTURE HAVING A CHIP MOUNTED THEREON AND MODULE COMPRISING THE STRUCTURE
JP2014048072A (ja) * 2012-08-29 2014-03-17 Fujikura Ltd 圧力センサモジュール
WO2014066768A2 (en) * 2012-10-25 2014-05-01 Robert Bosch Gmbh Combined pressure and humidity sensor
JP6432722B2 (ja) * 2013-07-30 2018-12-05 俊 保坂 半導体センサー・デバイスおよびその製造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101248502A (zh) * 2005-08-25 2008-08-20 日本电气株式会社 键输入设备及电子装置
JP2009258075A (ja) * 2008-03-17 2009-11-05 Denso Corp 圧力センサチップおよびその製造方法並びに圧力センサ
CN103822749A (zh) * 2009-07-24 2014-05-28 罗姆股份有限公司 压力传感器装置以及电子设备
CN102768093A (zh) * 2011-05-04 2012-11-07 Nxp股份有限公司 Mems电容性压力传感器、操作方法和制造方法
CN104350366A (zh) * 2012-05-25 2015-02-11 株式会社日立制作所 力学量测量装置
CN102749167A (zh) * 2012-06-20 2012-10-24 北京大学 一种含有硅通孔的压力传感器封装结构
JP2014145623A (ja) * 2013-01-28 2014-08-14 Omron Corp 半導体圧力センサ
CN104122015A (zh) * 2013-04-25 2014-10-29 三美电机株式会社 物理量检测元件以及物理量检测装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111465831A (zh) * 2017-12-20 2020-07-28 株式会社鹭宫制作所 压力传感器
CN111122026A (zh) * 2018-11-01 2020-05-08 中科院微电子研究所昆山分所 一种压力传感器
CN109799026A (zh) * 2019-03-19 2019-05-24 中国电子科技集团公司第十三研究所 Mems压力传感器及制备方法
CN109799026B (zh) * 2019-03-19 2021-12-17 中国电子科技集团公司第十三研究所 Mems压力传感器及制备方法
CN112985682A (zh) * 2019-12-12 2021-06-18 阿自倍尔株式会社 差压测量器
CN114894371A (zh) * 2022-05-09 2022-08-12 厦门乃尔电子有限公司 一种差压芯体

Also Published As

Publication number Publication date
KR101953454B1 (ko) 2019-02-28
KR20170102802A (ko) 2017-09-12
JP2017156241A (ja) 2017-09-07
DE102017103120A1 (de) 2017-09-07
CN107152982B (zh) 2019-10-01
JP6665589B2 (ja) 2020-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107152982B (zh) 压力传感器芯片及压力传感器
CN107152983B (zh) 压力传感器
US6272928B1 (en) Hermetically sealed absolute and differential pressure transducer
CN105842476B (zh) 用于风速计的系统和方法
US7998777B1 (en) Method for fabricating a sensor
US9815687B2 (en) MEMS device and corresponding micromechanical structure with integrated compensation of thermo-mechanical stress
EP3252449B1 (en) Miniaturized load sensor device having low sensitivity to thermo-mechanical packaging stress, in particular force and pressure sensor
US4769738A (en) Electrostatic capacitive pressure sensor
US9625488B2 (en) Variable area capacitive lateral acceleration sensor and preparation method thereof
JPH0565015B2 (zh)
JP2012047725A (ja) 静電容量圧力センサ
US20160209344A1 (en) Complex sensor and method of manufacturing the same
CN108362408B (zh) 压力传感器及其制造方法
JP4335545B2 (ja) 圧力と加速度との双方を検出するセンサおよびその製造方法
JPH0324793B2 (zh)
US20140137653A1 (en) Piezoresistive transducer with low thermal noise
JP3873454B2 (ja) 半導体圧力センサ
CN110168335A (zh) 压力传感器
WO2020258813A1 (zh) 一种加速度计、环境传感器的集成芯片及其制造方法
Duqi et al. A piezoresistive MEMS barometer with thermomecanical stress rejection
JP5331504B2 (ja) 圧力センサパッケージ、圧力センサモジュール並びに電子部品
JP6329439B2 (ja) シリコン応力隔離部材を有する統合ｓｏｉ圧力センサ
US6308575B1 (en) Manufacturing method for the miniaturization of silicon bulk-machined pressure sensors
JP2009265012A (ja) 半導体センサ
JP5331584B2 (ja) 圧力センサアレイ、圧力センサアレイパッケージ、並びに圧力センサモジュール及び電子部品

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant