JP2002504675A - 電気絶縁された歪測定器 - Google Patents

電気絶縁された歪測定器

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メイトリン,ウイリアム
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ハネウエル・データ インスツルメンツ インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 半導体材料層(33)及び絶縁材料層(32)を含む絶縁歪測定器(23)であり、第1の絶縁材料層(32)の側部が半導体材料層(33)の側部と隣接して配置される。絶縁歪測定器の製造法では絶縁材料の絶縁材料層(32)を形成する工程と、第1の絶縁材料層(32)の頂部に半導体材料の半導体材料層を蒸着する工程とを含む。半導体材料層(33)の底側部は絶縁材料層(32)の頂側部と隣接される。絶縁歪測定器は物体の歪を測定する装置の一部を構成可能である。歪測定装置は力の付加により生じる物体の変形を電気信号に変換することにより物体の歪を測定する。歪測定装置はセンサ(2)と、絶縁歪測定器(22、23)と、回路(50、51)とを含む。絶縁歪測定器は絶縁材料層を含み接着層(21)により機械的センサに接着される。回路(50、51)は絶縁歪測定器に接続され、絶縁歪測定器の電気値を示す信号を入力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (クロスリファレンス) 本出願は1998年2月18日付けで出願し「SOI歪測定器」と題した同時
仮出願第60/075、135号の権利を主張するものである。
【0002】 (技術分野) 本発明は歪測定器の分野、特に物体の歪を測別する半導体歪測定器に関する。
【0003】 (背景技術) 物体に力が加えられると、その物体に応力が生じる。応力は物体に作用する単
位面積当たりの力で表される。物体が応力を生じるとき物体は変形力を受け、物
体の寸法・形状が変化する。歪はこの変形の強さの目安である。より詳細には、
歪は応力で生じる物体の寸法の単位長さ当たりの変形である。
【0004】 物体の歪を測定するために、各種の技術により作成した装置を入手できる。こ
れらの装置は通常物体の機械的歪を電気信号に変換する。歪測定器は通常このよ
うな装置に使用される。
【0005】 従来の歪測定器の一はモノリシック導体あるいは半導体材料を包有し、その抵
抗は測定器が変形するに応じ変化する。通常この種の周知の歪測定器は機械的セ
ンサに対し接着剤を介して機械的に結合されて歪測定器が構成される。特に図1
に示すように、接着剤が機械的センサ2に塗布されて接着層3が形成され、歪測
定器4が接着層3に対し押し付けられ、接着層3は時間の経過と共に硬化する。
図1は一定の割合で描かれていないことは理解されよう。接着剤はエポキシ、ペ
ーストあるいは他の好適な結合化合物あるいは結合剤である。
【0006】 動作を説明するに、力が機械的センサ2に加えられると、機械的センサ2が変
形されて歪測定器4が同様に変形し、この結果電気抵抗が変化する。この抵抗の
変化が測定され、機械的センサ2の歪を測定するように使用される。この抵抗の
変化はまた機械的センサ2の歪あるいは圧力を決定するにも使用できる。この原
理を利用する代表的な装置は力セル、荷重セル、圧力変換器及び加速度計である
【0007】 歪測定器4の材料は導体金属あるいは半導体材料が使用され得る。半導体材料
は導体金属に比べある一定の歪変化に対し大きな抵抗変化を与えることができる
利点を有している。歪測定装置1においては半導体材料の歪測定器4を金属材料
の機械的センサ2に付設すると、動作中に電気的な短絡あるいは電気漏れが生じ
る。特に接着層3が過度に薄いあるいは不均等に塗布されると短絡若しくは漏洩
が生じる。従って接着層3が機械的センサ2に対し押し付けられ接着層が自然硬
化すると、歪測定器4が機械的センサ2に実際上点接触し、この結果機械的セン
サ2と歪測定器4との間が短絡される。
【0008】 接着層3が接触点の個所が過度に薄い場合、機械的センサ2と歪測定器4との
間に十分な電位差が存在するとき漏れ電流が接着層3を横切って流れる。漏れ電
流を引き起こす電圧は歪測定器4における絶縁破壊電圧である。
【0009】 電気的な短絡若しくは漏れ電流を視認するためには、歪測定器4は機械的セン
サ2に対し良好に絶縁される必要がある。まず非絶縁接着剤に対抗して絶縁接着
剤が選択される。従来好適な絶縁を得るため、接着層を形成する充填材料を含ん
だ接着剤が選択される。接着剤の充填材料は通常細かな粉末のような粒状物質で
ある。充填材料を含む接着剤を使用することにより、接着層3の厚さを増大させ
ることにある。接着層3の厚さを増大すると、接着層3の絶縁破壊電圧が高くな
る。絶縁破壊電圧が高くなることにより、接着層3に漏れ電流が流れにくくなる
【0010】 充填材料を含む接着剤を用いると絶縁破壊電圧が高くなるが、短絡または漏れ
電流を避けるため充填材料を含む接着剤を一回塗布するだけでは接着層の絶縁破
壊電圧が十分に高くできない。
【0011】 従来、絶縁を更に高めるためには、充填材料を含む接着剤を2回塗布して接着
層3を形成している。図2においては図1の歪測定装置の部分9の斜視図であり
、接着層3を更に詳示している。接着層3は下塗り層5及び測定被膜層6からな
る。製造中充填材料を含む接着剤の下塗り層5が機械的センサ2に塗布され自然
に硬化される。次に充填材料を含む接着剤の測定被膜層6が下塗り層5に塗布さ
れ、歪測定器4が測定被膜層6に対し押し付けられ、測定被膜層6が自然に硬化
される。このように被膜層を付加すると、接着層3が十分に厚くなり、電気短絡
または漏れ電流が確実に防止される。通常下塗り層5及び測定被膜層6は同一の
材料あるいは同様の材料で作られる。接着層3の厚さは図2ではtで示されて
いる。
【0012】 半導体材料の接着層3を用いる図2の公知の歪測定装置1では、接着層3の厚
さtが約1.0ミル(25.4μm)である。材料の耐電圧は材料の単位長さ
当たりに生じる絶縁破壊電圧である。図2の歪測定装置3に対し通常使用される
充填材料を含む接着剤の場合、充填材料を含む接着剤の絶縁破壊電圧がミル当た
り約250ボルト(250V/ミル;9.84V/μm)である。従って接着層
3の代表的な絶縁破壊電圧は約250ボルト(250V/ミルx1.0ミル)で
ある。
【0013】 充填材料を含む接着剤を用い第2の接着剤を塗布すると、接着層3の厚さが増
加される。厚さが増大すると接着層3の絶縁破壊電圧が高くなるが、接着層3の
厚さが増大するに応じ機械的性能が減少する。更に充填材料を含む接着剤の充填
材料により接着剤の強さが減少する。接着剤内の充填材料は一環した顆粒サイズ
を有しており、このため接着層3による歪測定器4と機械的センサ2との結合が
一層困難になり、歪測定器4の応力が高くなって歪測定器4と接着層3との間に
空隙が生じる。
【0014】 接着剤を選択するとき、性能パラメータの最適の組み合わせで、例えば最高強
度、最大絶縁破壊電圧及び最大に広い温度範囲の組み合わせで接着剤を選択する
。一方充填材料を含む接着剤を使用する必要性に伴い、歪測定装置1の接着層3
の厚さに対する接着剤の選択の自由度が低減される。更に上述したように接着層
3が増大するに応じ、接着層3の機械的性能が低下する。従って接着剤を選択す
るとき、接着剤の強さ、温度範囲及び絶縁破壊電圧とを勘案し妥協点を見い出し
つつ実現する。
【0015】 従って接着層3の厚さを増大することによる利点はこの増大に伴う問題点を十
分考慮して調整する必要がある。この結果接着層3により与える電気絶縁性と接
着層3の機械的性能との間の折り合い点を見い出す。充填材料を含む接着剤、重
量%での量、顆粒サイズ、及び接着層3の厚さはこれら好適な折り合い点を考慮
して選択される。通常、図2の歪測定装置1に使用される接着層3の剪断強さは
約3,000psiであり動作温度範囲は約−60°F〜250°Fである。
【0016】 従って歪測定器4が半導体材料で作られる歪測定装置1の場合、接着層3の機
械的性能を改良するには充填材料を含む接着剤及び下塗り層5を除去し、同時に
歪測定器4と機械的センサ2との間に十分な電気絶縁を与えることが求められる
。更に下塗り層5を不要にし下塗り層5を塗布する付加工程に関連する時間及び
人件費を削減することが望まれる。
【0017】 半導体材料の歪測定器4を製造する周知の技術には、小さなバー状の半導体材
料を好適な形状に機械的あるいは科学的に切断する工程が含まれる。第1の切断
にはダイアモンド鋸が多用され、この結果切断面が粗くなるため、更に機械的あ
るいは科学的手段により再加工する必要がある。科学的切断あるいは形状作りを
行う工程には、切断部材を科学的プールに浸漬する、あるいは同様の方法を行う
工程が含まれる。半導体材料の第1の粗い切断のものを電気条件を満足するよう
に最終のサイズに再加工するには、通常複数の工程が必要となる。この手動切断
及び再加工工程は現在の技術で使用される自動化工程に比べ不十分で不正確であ
る。
【0018】 最終の歪測定装置を半導体バーから取り出すことは費用及び時間がかかる工程
になる。この取出工程は通常手動で行われ、ツイーザ及び拡大装置を用いて最終
の測定器が手で取り出される。人件費及びこの手動取出作業に伴う人為ミスによ
り、コストが更にかさみ、周知の歪測定装置の製造が不十分となる。
【0019】 歪測定器4の抵抗を測定するため、電気配線用のワイヤが半導体材料に直接付
設可能である。またコンタクトパッドが製造され、測定器製造工程の一部として
歪測定装置に付設され、前記の電気配線用のワイヤは次にコンタクトパッドに接
続される。ワイヤの直接接続によりコンタクトパッドの用いる場合より製造工程
数が少なくなるが、コンタクトパッドに接続する場合に比べシリコンに対し直接
接続するよりも困難であり費用がより大になり、またコンタクトパッドにより半
導体材料に対しより信頼性のある電気接続が与えられる。
【0020】 歪測定器4の製造および取出しに関し上述した周知の手作業に伴う不正確さの
低減及び費用を低減することが望ましい。
【0021】 機械的センサ2が約0.010インチ(2.54μm)の厚さを有する場合、
上述の技術を用いて製造された従来の歪測定装置1に使用される歪測定器4は約
0.0005インチ(12.7μm)の厚さを有している。上述したように、代
表的な接着層3の厚さは約0.0010インチ(25.4μm)である。従って
周知の歪測定装置1の場合歪測定器4と接着層3との総合厚さは約0.0015
インチ(38.1μm)にはる。
【0022】 歪測定器4及び接着層3の厚さを減少して歪測定装置1の機械的性能を向上さ
せることも望ましい。
【0023】 (発明の開示) 本発明は周知の半導体製造技術を利用し製造された絶縁層を含む絶縁歪測定器
である。
【0024】 本発明の一の実施形態によれば、半導体材料層と絶縁材料層とを備え、第1の
絶縁層の側部が半導体材料層の側部と隣接する絶縁歪測定器が提供される。
【0025】 本発明の別の実施形態によれば機械的センサと、少なくとも1の絶縁歪測定器
と、回路とを備え、力の付加により生じる物体変形を電気信号に変換して物体の
歪を測定する装置が提供される。絶縁歪測定器は絶縁層を含み、機械的センサに
接着される。回路は絶縁歪測定器に接続され、絶縁歪測定器の電気値を示す信号
を入力する。
【0026】 (発明を実施するための最良の形態) 図面は図示のためにのみに供されたものであり、本発明を制限するものではな
いことは理解されよう。本発明の上述の目的及び他の利点は添付図面に沿っての
以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【0027】 図3は本発明による絶縁歪測定器22の一の実施形態を示す。絶縁歪測定器2
2には半導体材料層33に対し隣接し接触する絶縁材料層32が含まれる。この
明細書で用いる「絶縁歪測定器」とは絶縁基板上に半導体材料層をモノリシック
状に一体に配置したものを指す。
【0028】 図3の実施形態では、絶縁材料はSiOからなるが、絶縁歪測定器に使用さ
れるものと同一あるいは同様の物理的及び絶縁特性を有する当業者に周知の他の
絶縁材料も使用可能である。また図3の実施形態では、絶縁材料層32が厚さt
i1が約2.0μm及び耐電圧が約500V/μmである。これらのパラメータ
を持つ場合絶縁破壊電圧が約1000Vとなる。絶縁材料層32は絶縁歪測定器
22が歪測定装置の一部をなすとき(以下詳述する)絶縁歪測定器22に対する
一体の絶縁体として機能する。
【0029】 図3の実施形態の場合シリコンの電気特性は当業者には周知であり従来の製造
技術はシリコンの使用を企図して提供されているので、半導体材料はシリコンで
ある。また当業者に周知なゲルマニウムあるいは他の好適な半導体材料も半導体
材料として使用可能である。且つ図3の実施形態では半導体材料層33の厚さt
が約2.0μmにされる。従って図3の実施形態の場合絶縁歪測定器22の厚
さが絶縁材料層32と半導体材料層33の総合厚さにされ約4.0μmである。
あるいは半導体材料層33の厚さは2.0μmより小さくできよう。例えば半導
体材料層33の厚さtは約1.0μmにできよう。一方この厚さの場合、より
精度の高い加工公差を得るにはより高い修正が行われ得る半導体製造装置が必要
となる。例えば代表的な半導体製造装置の公差は1.0μmの50%に当たる±
0.5μmであり、より修正度の高い製造装置が望まれる。
【0030】 図3の実施形態の場合半導体材料層33にはボロンイオンがドーピングされる
。あるいはpタイプの導電性の他の不純物がドーパントとして使用可能である。
また半導体材料層33の所望の極性、抵抗性及び熱特性によりnタイプのドーパ
ントも使用可能であることは半導体製造の当業者には容易に理解されよう。使用
する不純物の量により、半導体材料層の抵抗性、あるいは逆に導電性が決まる。
図3の実施形態の場合ドーピング量は絶縁歪測定器22の所望電気特性にしたが
って変動されるが、半導体材料には約0.12Ω−cmの抵抗性を与える量の不
純物がドーピングされる。
【0031】 図4a及び図4bは本発明による絶縁歪測定器23の一の実施形態を示す。図
4bは図4aの線a−aに沿って切断した側面断面図である。絶縁歪測定器23
は絶縁歪測定器22を含み、別の絶縁材料層30及び導電性のコンタクトパッド
31が付加される。絶縁材料層30が半導体材料層33の側部及び頂部と隣接す
ることは図4a及び図4bから理解されよう。更にコンタクトパッド31は絶縁
材料層30の頂側部から絶縁材料層30の底側部へ延び、そこでコンタクトパッ
ド31は半導体材料層33と接触している。
【0032】 図4の実施形態の場合、絶縁材料層30は絶縁材料層32と同じSiOから
なるが、絶縁歪測定器23に使用するものと同じあるいは同様な物理的及び絶縁
特性を有する当業者に周知な他の絶縁材料も使用できる。また図4の実施形態で
は、絶縁材料層32は頂側部の厚さti2及び横側部の厚さti3は共に約2.
0μmである。従って図4の実施形態の場合、絶縁歪測定器23の厚さが絶縁材
料層32、半導体材料層33及び絶縁材料層30の統合厚さにされ、約6.0μ
mである。
【0033】 図4の実施形態ではコンタクトパッド31の導電材料はアルミニウムである。
あるいは半導体製造の当業者には周知である他の導電材料、特に高い電気導電率
及び熱抵抗を有する金属も好適に使用できる。これらのコンタクトパッド31は
絶縁歪測定器23を例えばワイヤ結合部を有する電気回路との接続に使用可能で
ある。
【0034】 絶縁歪測定器23の当て以降はr=(αxl)/(wxt)であり、ここ
にαは半導体材料層33の抵抗率、lは半導体材料層33の活性長、wは半導
体材料層33の幅であり、tは厚さである。活性長はコンタクトパッド31間
の半導体材料層33の長さである。図4の実施形態では半導体材料層33は抵抗
が5,000Ωであり、厚さtが2.0μm及び抵抗率σが0.12Ω−cm
であり、この場合半導体材料層33の幅w及び活性長lは5000Ωの抵抗を
与えるよう構成され得る。無論これらのパラメータの一部を変更して所望のサイ
ズ及び形状並びに所望の電気的及び機械的特性を有する絶縁歪測定器を製造する
ように、製造法は変更可能である。
【0035】 本発明の一の実施形態によれば、絶縁歪測定器22あるいは23を製造するた
めに周知の半導体製造技術を援用できる。特に絶縁材料層30、32及び半導体
材料層33の形成、半導体材料層33のドーピング処理、絶縁材料層30におけ
る開口部形成のためのエッチング処理、及び開口部を導電材料による充填によっ
てコンタクトパッド31の形成に半導体製造の当業者に周知な方法を援用できる
【0036】 自動半導体製造法の精度が高いので、周知の歪測定器4及び接着層3を形成す
るために使用される周知の手動歪測定装置の手動製造法に比べ、絶縁材料層32
、30及び半導体材料層33を極めて均一且つ正確に形成できる。更に自動半導
体製造法を用いることにより、シリコンブロックの手動再加工またはブロックか
ら個別の歪測定器の取出に伴う従来の製造人件費を割愛でき、歪測定器の製造費
が低減され得る。
【0037】 図5は本発明による絶縁歪測定器23あるいは絶縁歪測定器22を含む歪測定
装置20の一部の一の実施形態を示す。歪測定装置20は図1に示される周知の
歪測定装置1の機械的センサ2と同一あるいは同様の機械的センサ2を含んでい
る。歪測定装置20はまた接着層21及び絶縁歪測定器23を包有する。絶縁歪
測定器23の一体の絶縁材料層32により、図1の周知の歪測定装置1より優れ
た利点を有する歪測定装置20が製造される。
【0038】 歪測定装置20では絶縁材料層32により絶縁歪測定器23が機械的センサ2
から絶縁される。上述したように絶縁材料層32は約1000Vの絶縁破壊電圧
を有する。これは周知の歪測定装置1に対し絶縁を与える接着層3の絶縁破壊電
圧500Vより優れている。
【0039】 周知の歪測定装置1の場合、接着層3により歪測定器4が機械的センサ2から
絶縁される。本発明によれば絶縁材料層32により、絶縁歪測定器23の半導体
材料層33が機械的センサ2から絶縁される。従って絶縁構成を与えるために接
着層21は不要になる。従って接着層21はその絶縁特性に関係なくその機械的
性能に対してのみ選択できる。更に絶縁材料層32の絶縁破壊電圧が高いので、
充填材料を含む接着剤を用いて接着層21の絶縁破壊電圧を増加し、上述したよ
うに接着層3に高い接着特性及び一貫性を与える必要がなくなる。従って接着層
21に対し選択される接着剤は充填剤を含まない接着剤にし得、これにより接着
層21の接着特性が向上される。
【0040】 絶縁材料層32は絶縁破壊電圧が高く且つ均等になるよう塗布され、電気的短
絡あるいは電気漏洩を防止するために下塗り層は不要になる。上述したように下
塗り層5により接着層3の機械的センサが劣化するので、下塗り層5が不要にな
ることにより接着層21の機械的性能がより改善される。
【0041】 従って充填材料を含まない非絶縁性の接着剤を選択可能であり、下塗り層が不
要になって、接着層21の強さは周知の歪測定装置1の接着層3より優れている
。図5の実施形態の場合接着層21は剪断強さが3,000〜5,000psi
の間にあり、動作温度範囲が約−60°F〜257°Fの間である。
【0042】 充填材料を含まない非絶縁性の接着剤を使用できるので、接着層21の厚さが
大幅に減少される。周知の歪測定装置1の接着層3の厚さが約25.4μmであ
るのに比べ、接着層21は厚さが約6.0μmである。また図5の好適な実施形
態では、絶縁歪測定器22あるいは23の厚さが各々約4.0μmあるいは6.
0μmである。従って絶縁歪測定器22あるいは23と接着層21との総合厚さ
はそれぞれ10.0μmあるいは12.0μmであり、周知の歪測定器4および
接着層3の総合厚さ38.1μmの66%になる。このように厚さが減少される
ことにより、歪測定装置20の機械的性能が向上され得る。
【0043】 絶縁歪測定器22あるいは23は力セル、荷重セル、圧力変換器及び加速度計
のような当業者に周知の各種の装置の一部として使用可能である。絶縁歪測定器
22および23の組み合わせは機械的装置に作用する力を測定する電気回路と組
み合わせて使用可能である。
【0044】 図6a及び図6bは機械的センサであるビーム部材40と組み合わせて使用さ
れる一対の絶縁歪測定器41、42の一の実施形態を示す。各絶縁歪測定器41
、42は絶縁歪測定器22あるいは23のいずれかにできる。図6aは休止状態
の実施形態を、図6bはビーム部材40に力Fを加えた状態を示す。力Fにより
ビーム部材40が曲がり、ビーム部材40に歪が生じる。この曲げのため歪測定
器42が引張りを受けたりあるいは絶縁歪測定器41が圧縮される。このため絶
縁歪測定器41は圧縮測定器と、また絶縁歪測定器42は引張測定器とも呼ばれ
る。
【0045】 図6の実施形態の場合、2個のワイヤ接続部41A、41Bがそれぞれ圧縮測
定器41の一端部に接続され、一方2個のワイヤ接続部42A、42Bがそれぞ
れ引張り測定器42の一端部に接続される。絶縁歪測定器41あるいは42が絶
縁歪測定器23の実施形態である場合、ワイヤ接続部がコンタクトパッド43に
接続されている。ワイヤ接続部上の信号は各歪測定装置の抵抗変化を示す。図6
では絶縁歪測定器41の抵抗が減少し、絶縁歪測定器42の抵抗が増大する。こ
れらのワイヤ接続部は抵抗変化の関数としてビーム部材40の歪を計算する回路
の一部として形成可能である。
【0046】 図7はホイートストーンブリッジ回路50を含む回路の一例を示す。ホイート
ストーンブリッジ回路は抵抗の小さな変化を正確に測定するに理想的である。第
1の実施形態では、絶縁歪測定器41、42が入力電圧Viに対し直列にまた出
力電圧Voに対し並列に接続される。励起信号により数ボルト台の入力電圧Vi
が発生される。この回路は圧力変換器あるいは機械・電気変換装置の一部をなす
よう構成可能になろう。
【0047】 図4の実施形態において説明したように、絶縁歪測定器23あるいは絶縁歪測
定器22の抵抗は約5,000Ωである。従って絶縁歪測定器41、42のそれ
ぞれの抵抗は約5,000Ωである。このような高いインピーダンス及び数ボル
ト台の入力電圧の場合、出力電圧Voはミリボルト台になる。図7の実施形態の
場合、増幅回路51は出力電圧Voと接続されて所望の範囲の出力電圧Vaが発
生される。
【0048】 周知の半導体ウエハー技術を用いると、絶縁歪測定器23が特に集積回路内、
例えば用途が特定集積回路(ASIC)で有用にされる。従って図7の回路はA
SICとして製造され得る。
【0049】 本発明の少なくとも一の図示実施形態を図に沿って説明したが、各種の変更、
設計変更、改良も当業者に容易に理解されよう。このような変更、設計変更、改
良は本発明の精神及び範囲内にある。従って上述では例示して説明したが、本発
明は例示により制限されるものではない。本発明は添付の請求項及びその等価物
によって定義されるものにのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は従来の歪測定装置の側面図である。
【図2】 図2は図1の従来の歪測定装置の一部を断面で示す斜視図である。
【図3】 図3は本発明による絶縁歪測定器の一の実施形態の斜視図である。
【図4a】 図4aは本発明による絶縁歪測定器の別の実施形態の斜視図である。
【図4b】 図4bは図4aの絶縁歪測定器の断面図である。
【図5】 図5は図4a及び図4bの絶縁歪測定器及び接着層を含む歪測定装置の側面図
である。
【図6a】 図6aは休止中の本発明による歪測定装置の側面図である。
【図6b】 図6bは歪を受けている本発明の歪測定装置の側面図である。
【図7】 図7は本発明による増幅回路に接続された2個の絶縁歪測定器を有するホイー
トストーンブリッジ回路の簡略図である。

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体材料からなる半導体材料層と、第1の絶縁材料を有す
    る第1の絶縁材料層とを備え、第1の絶縁材料層の第1の側部が半導体材料層の
    第1の側部に隣接して配置されてなる絶縁歪測定器。
  2. 【請求項2】 半導体材料層の第2の側部と隣接する第2の絶縁材料を有す
    る第2の絶縁材料層を備え、第2の絶縁層の第1の側部が半導体層の第2の側部
    に隣接して配置されてなる請求項1記載の絶縁歪測定器。
  3. 【請求項3】 第2の絶縁材料層は第1及び第2の開口部を含み、第1及び
    第2の開口部が第2の絶縁材料層の第1の側部から第2の絶縁材料層の第2の側
    部へ延びるように形成される請求項2記載の絶縁歪測定器。
  4. 【請求項4】 更に第1のコンタクトパッド及び第2のコンタクトパッドと
    を備え、第1及び第2のコンタクトパッドはそれぞれ半導体材料層の第2の側部
    と隣接する第1及び第2の開口部が充填されてなる請求項3記載の絶縁歪測定器
  5. 【請求項5】 第1及び第2のコンタクトパッドがアルミニウムで作成され
    てなる請求項4記載の絶縁歪測定器。
  6. 【請求項6】 絶縁材料を有する第2の層が半導体材料層の第3及び第4の
    側部と隣接されてなる請求項2記載の絶縁歪測定器。
  7. 【請求項7】 第1の絶縁材料がSiOである請求項1記載の絶縁歪測定
    器。
  8. 【請求項8】 半導体材料がシリコンでなる請求項1記載の絶縁歪測定器。
  9. 【請求項9】 シリコンが第1の導電型である請求項8記載の絶縁歪測定器
  10. 【請求項10】 シリコンがp型ドーピングされてなる請求項8記載の絶縁
    歪測定器。
  11. 【請求項11】 シリコンがボロンでドーピングされてなる請求項8記載の
    絶縁歪測定器。
  12. 【請求項12】 シリコンがn型ドーピングされてなる請求項8記載の絶縁
    歪測定器。
  13. 【請求項13】 半導体材料がゲルマニウムでなる請求項1記載の絶縁歪測
    定器。
  14. 【請求項14】 絶縁歪測定器が機械的センサに接着されてなる請求項1記
    載の絶縁歪測定器。
  15. 【請求項15】 絶縁歪測定器が充填材料を含まない接着剤により機械的セ
    ンサに接着されてなる請求項14記載の絶縁歪測定器。
  16. 【請求項16】 接着剤の厚さが約6.0μmである請求項15記載の絶縁
    歪測定器。
  17. 【請求項17】 第1の絶縁材料層の厚さが1.5μm〜2.5μmの範囲
    内にされてなる請求項1記載の絶縁歪測定器。
  18. 【請求項18】 絶縁歪測定器の厚さが約6.0μmでなる請求項2記載の
    絶縁歪測定器。
  19. 【請求項19】 第1の絶縁材料層の厚さが0.5μm〜1.5μmの範囲
    内にされてなる請求項1記載の絶縁歪測定器。
  20. 【請求項20】 絶縁歪測定器の厚さが約4.0μmである請求項1記載の
    絶縁歪測定器。
  21. 【請求項21】 第1の絶縁材料及び第2の絶縁材料が同じ材料でなる請求
    項2記載の絶縁歪測定器。
  22. 【請求項22】 印加力を受けるセンサと、センサに接着された少なくとも
    一の絶縁歪測定器と、少なくとも一の絶縁歪測定器と接続され少なくとも一の絶
    縁歪測定器の電気値を示す信号を入力する回路とを備え、少なくとも一の絶縁歪
    測定器が絶縁材料層を含み、力の付与により生じる物体の変形を電気信号に変換
    することにより物体の歪を測定する装置。
  23. 【請求項23】 少なくとも1の絶縁歪測定器が絶縁材料層の第1の側部と
    隣接する半導体材料層を含んでなる請求項22記載の装置。
  24. 【請求項24】 絶縁材料層の第2の側部がセンサと隣接されてなる請求項
    23記載の装置。
  25. 【請求項25】 少なくとも一の絶縁歪測定器の厚さが約6.0μmである
    請求項24記載の装置。
  26. 【請求項26】 回路が少なくとも一の絶縁歪測定器の第1の端部と接続さ
    れ、少なくとも一の絶縁歪測定器の第2の端部と接続され、少なくとも一の絶縁
    歪測定器の第1の端部から少なくとも一の絶縁歪測定器の第2の端部への抵抗変
    化を測定する請求項22記載の装置。
  27. 【請求項27】 センサに接着される複数の絶縁歪測定器を備え、複数の絶
    縁歪測定器の各々が1個の絶縁部材を含んでなる請求項22記載の装置。
  28. 【請求項28】 複数の絶縁歪測定器が電気的に直列に接続されてなる請求
    項27記載の装置。
  29. 【請求項29】 回路がホイートストーンブリッジ回路を含み、第1及び第
    2の歪測定器がホイートストーンブリッジ回路の隣接する脚部の抵抗器でなり、
    第1及び第2の歪測定器が入力励起に対し直列に、出力端子に対し並列に接続さ
    れてなる請求項27記載の装置。
  30. 【請求項30】 装置が圧力変換器である請求項29記載の装置。
  31. 【請求項31】 回路が出力端子と接続される増幅素子を含む請求項30記
    載の装置。
  32. 【請求項32】 回路は用途が特定の集積回路である請求項28記載の装置
  33. 【請求項33】 絶縁歪測定器が充填材料を含まない接着剤によりセンサに
    対し接着されてなる請求項28記載の装置。
  34. 【請求項34】 接着剤の厚さが約6.0μmである請求項33記載の装置
  35. 【請求項35】 絶縁歪測定器の厚さが約4.0μmでなる請求項24記載
    の装置。
  36. 【請求項36】 電気値が少なくとも一の絶縁歪測定器の抵抗値である請求
    項22記載の装置。
  37. 【請求項37】 半導体材料を有する層を絶縁基板上に配置しモノリシック
    的に形成したものである絶縁歪測定器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011090707A (ja) * 2002-04-12 2011-05-06 Henry K Obermeyer 多軸ジョイスティックおよびそのためのトランスデューサー手段

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6915702B2 (en) * 2001-11-22 2005-07-12 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Piezoresistive transducers
EP1560010B1 (de) * 2004-01-27 2009-09-02 Mettler-Toledo AG Kraftmesszelle mit Dehnmessstreifen mit Klebeschicht aus anorganisch-organischem Hybrid-Polymer (ORMOCER)
US7293476B2 (en) 2004-08-20 2007-11-13 Honeywell International Inc. Power sensor module for engine transmission and driveline applications
US7095198B1 (en) 2005-06-16 2006-08-22 Honeywell International Inc. Speed sensor for a power sensor module
EP2131169A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-09 Ecole Polytechnique Strain sensor with high gauge factor
CN104913718A (zh) * 2015-07-07 2015-09-16 中国矿业大学 一种模量匹配的应变测试传感元件及其制作方法
DE102016217585B3 (de) * 2016-09-15 2017-08-03 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Dehnungsmesstreifen sowie Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmessstreifens
CN112393677B (zh) * 2020-10-12 2022-06-10 浙江航鑫支吊架有限公司 一种基于物联网的智能抗震支吊架系统
CN117191235A (zh) * 2023-09-22 2023-12-08 松诺盟科技有限公司 一种具有高绝缘强度的钢基纳米薄膜压力芯体及其制备方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52127257A (en) * 1976-04-19 1977-10-25 Hitachi Ltd Displacement converter
US4510671A (en) * 1981-08-31 1985-04-16 Kulite Semiconductor Products, Inc. Dielectrically isolated transducer employing single crystal strain gages
JPS59217375A (ja) * 1983-05-26 1984-12-07 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 半導体機械−電気変換装置
US4658279A (en) * 1983-09-08 1987-04-14 Wisconsin Alumini Research Foundation Velocity saturated strain sensitive semiconductor devices
US4737756A (en) * 1987-01-08 1988-04-12 Imo Delaval Incorporated Electrostatically bonded pressure transducers for corrosive fluids
EP0407587A4 (en) * 1988-09-30 1992-03-11 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Pressure sensor
US5181417A (en) * 1989-07-10 1993-01-26 Nippon Soken, Inc. Pressure detecting device
US5185292A (en) * 1989-07-20 1993-02-09 Harris Corporation Process for forming extremely thin edge-connectable integrated circuit structure
JP2890601B2 (ja) 1990-02-08 1999-05-17 株式会社デンソー 半導体センサ
DE4011314A1 (de) * 1990-04-07 1991-10-10 Hottinger Messtechnik Baldwin Dehnungsmessstreifen und messgroessenaufnehmer mit derartigen dehnungsmessstreifen
JP3315730B2 (ja) 1991-08-26 2002-08-19 マイクロリス、コーパレイシャン ピエゾ抵抗半導体センサ・ゲージ及びこれを作る方法
JP2821830B2 (ja) * 1992-05-14 1998-11-05 セイコーインスツルメンツ株式会社 半導体薄膜素子その応用装置および半導体薄膜素子の製造方法
JP2768219B2 (ja) * 1993-06-24 1998-06-25 日本電気株式会社 歪量検出装置並びにその駆動回路及び増幅回路
DE4404716A1 (de) * 1994-02-15 1995-08-17 Hottinger Messtechnik Baldwin Dehnungsmeßstreifen und Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmeßstreifens sowie Meßgrößenaufnehmer
JP3317084B2 (ja) * 1995-03-31 2002-08-19 株式会社豊田中央研究所 力検知素子およびその製造方法
JP3235717B2 (ja) * 1995-09-28 2001-12-04 キヤノン株式会社 光電変換装置及びx線撮像装置
US5772322A (en) * 1996-05-31 1998-06-30 Honeywell Inc. Resonant microbeam temperature sensor
JP3549039B2 (ja) * 1998-03-23 2004-08-04 シャープ株式会社 二次元画像検出器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011090707A (ja) * 2002-04-12 2011-05-06 Henry K Obermeyer 多軸ジョイスティックおよびそのためのトランスデューサー手段

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