JP2002529684A - 歪み測定器 - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
- G01B7/22—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in capacitance
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、サブストレート上に配置されている電極（１，２）と、電極に対して可動であるシリコンから成る電極バー（Ａ）とを有するマイクロメカニカルセンサに関する。隣接して設けられている電極に対して前記電極バーの差動容量変化を測定することにより、サブストレートの歪みが検出される。有利には、交互に櫛形に互いにかみ合った電極バーの２つのグループが用いられ、これらは相互に隔てられており、それぞれの端部で相互に導電接続されて、サブストレート上に取付けられている。
Description
【０００１】 本発明は、材料の歪み、力、モーメント及びストロークの測定に適した半導体
素子であるセンサに関する。
素子であるセンサに関する。
【０００２】 小さな歪みを測定するために、これまで広い用途に対しストレインゲージが用
いられている。そのような歪み測定器を用いた場合、実現可能な精度は全測定領
域の約０．５％であり、他の機械的量の測定精度よりも明らかに劣っている。ス
トレインゲージを用いることのできる温度領域が狭く、接続される抵抗ブリッジ
の所要電力が高いことも不利である。
いられている。そのような歪み測定器を用いた場合、実現可能な精度は全測定領
域の約０．５％であり、他の機械的量の測定精度よりも明らかに劣っている。ス
トレインゲージを用いることのできる温度領域が狭く、接続される抵抗ブリッジ
の所要電力が高いことも不利である。
【０００３】 例えばシリコンから成る半導体基板を有する半導体チップは、圧力および引張
り応力の作用により変形できる。一般にこのことにより、動作特性は低下する。
米国特許第５３３７６０６号明細書に、マイクロメカニカルに製造される加速度
センサが記載されており、該加速度センサにおいて、多結晶シリコンから成る格
子形構造がサブストレートに対して相対的に可動に取付けられており、この格子
形構造の変位が、サブストレート上に固定されているストリップ形電極を用いて
、容量測定により検出される。そのような素子ではサブストレートの変形はいず
れにせよ、測定結果を悪化させてしまう。
り応力の作用により変形できる。一般にこのことにより、動作特性は低下する。
米国特許第５３３７６０６号明細書に、マイクロメカニカルに製造される加速度
センサが記載されており、該加速度センサにおいて、多結晶シリコンから成る格
子形構造がサブストレートに対して相対的に可動に取付けられており、この格子
形構造の変位が、サブストレート上に固定されているストリップ形電極を用いて
、容量測定により検出される。そのような素子ではサブストレートの変形はいず
れにせよ、測定結果を悪化させてしまう。
【０００４】 本発明の課題は、僅かな消費電力で広い温度領域において使用可能であり、耐
過負荷性を高くして、高い分解能およびディジタル出力信号の発生を実現できる
、歪み測定器を提供することである。
過負荷性を高くして、高い分解能およびディジタル出力信号の発生を実現できる
、歪み測定器を提供することである。
【０００５】 上記課題は本発明により、請求項１の特徴を有する半導体素子により解決され
る。有利な実施形態が従属請求項に記載されている。
る。有利な実施形態が従属請求項に記載されている。
【０００６】 本発明の半導体素子はマイクロメカニカルセンサであり、該マイクロメカニカ
ルセンサは、半導体チップの変形による通常のマイクロメカニカルセンサでは望
ましくない測定のエラーが測定技術上、前記変形またはこの変形の基になってい
る圧力および応力の測定に利用できるとの認識に基づいている。この目的のため
、本発明の歪み測定器はバーを有しており、該バーは、サブストレートの上また
はなかに固定して設けられている電極に対して相対的に可動であり、導電性材料
、有利には導電性にドーピングされたシリコン又は多結晶シリコンから成る。隣
接して配置されているサブストレートの電極に対して当該バーの差動容量変化が
測定されることにより、サブストレートの歪みを検出することができる。有利に
は、交互に櫛形に互いにかみ合った電極バーの２つの相互に隔てられているグル
ープが用いられ、該電極バーは端部で相互に導電接続されて、サブストレート上
に取付けられている。そのような構造により、容量変化の電子的評価のために、
４つの端子間の容量測定ブリッジを利用することができる。
ルセンサは、半導体チップの変形による通常のマイクロメカニカルセンサでは望
ましくない測定のエラーが測定技術上、前記変形またはこの変形の基になってい
る圧力および応力の測定に利用できるとの認識に基づいている。この目的のため
、本発明の歪み測定器はバーを有しており、該バーは、サブストレートの上また
はなかに固定して設けられている電極に対して相対的に可動であり、導電性材料
、有利には導電性にドーピングされたシリコン又は多結晶シリコンから成る。隣
接して配置されているサブストレートの電極に対して当該バーの差動容量変化が
測定されることにより、サブストレートの歪みを検出することができる。有利に
は、交互に櫛形に互いにかみ合った電極バーの２つの相互に隔てられているグル
ープが用いられ、該電極バーは端部で相互に導電接続されて、サブストレート上
に取付けられている。そのような構造により、容量変化の電子的評価のために、
４つの端子間の容量測定ブリッジを利用することができる。
【０００７】 次に本発明を実施の形態に基づき図を用いて詳細に説明する。
【０００８】 図１ａ及び図１ｂは、本発明の歪み測定器を略線的に示した実施例である。
【０００９】 図２は、図１に示した歪み測定器の横断面略図である。
【００１０】 図３は、図１ｂの有利な実施形態の容量測定ブリッジの回路図を示す。
【００１１】 図１ａに、ＣＭＯＳコンパチブル・マイクロメカニカル技術を用いて製造でき
るような半導体素子としての歪み測定器が略線的に示されている。設けられてい
る電極、パッシベーション又はカバー部分の上層が図１ａの略線図では除かれて
いる。したがって、略線的に記されたストリップ状の相互に平行に配置されてい
る電極１，２が示されており、該電極１，２はサブストレートに、又はサブスト
レート上に被着された層に形成されている。これらの電極１，２は例えば半導体
材料のドーピング領域である。半導体の上側に、電極バーＡを具備しているマイ
クロメカニカルに製造可能な構造体が設けられており、前記電極バーは有利には
一端にて、横に延在しているバー３により相互に導電接続されており、サブスト
レート上に固定されている。この固定は例えばバー３の全長にわたって、例えば
取付け部４の破線で囲まれた領域のなかで構成することができる。そのような取
付けは特にサブストレートの剪断応力を測定するのに適している。これに代わる
方法が例えば、取付け部５の同様に破線で囲まれた領域内で固定することにより
実施される。バー３の大部分をサブストレートに対して可動であるようにするこ
のような取付けは、特にサブストレートの伸長または圧縮を測定するのに適して
いる。図示の電極バーは全て一端で、同じバー３に固定することが出来る。図１
ｂに示した実施形態は２つの別個のバー３を有しており、この２つのバーに電極
バーＡ，Ｂが、櫛形に相互にかみ合うように、交互に固定されている。該実施形
態は、後述の測定技術上の利点を有する。
るような半導体素子としての歪み測定器が略線的に示されている。設けられてい
る電極、パッシベーション又はカバー部分の上層が図１ａの略線図では除かれて
いる。したがって、略線的に記されたストリップ状の相互に平行に配置されてい
る電極１，２が示されており、該電極１，２はサブストレートに、又はサブスト
レート上に被着された層に形成されている。これらの電極１，２は例えば半導体
材料のドーピング領域である。半導体の上側に、電極バーＡを具備しているマイ
クロメカニカルに製造可能な構造体が設けられており、前記電極バーは有利には
一端にて、横に延在しているバー３により相互に導電接続されており、サブスト
レート上に固定されている。この固定は例えばバー３の全長にわたって、例えば
取付け部４の破線で囲まれた領域のなかで構成することができる。そのような取
付けは特にサブストレートの剪断応力を測定するのに適している。これに代わる
方法が例えば、取付け部５の同様に破線で囲まれた領域内で固定することにより
実施される。バー３の大部分をサブストレートに対して可動であるようにするこ
のような取付けは、特にサブストレートの伸長または圧縮を測定するのに適して
いる。図示の電極バーは全て一端で、同じバー３に固定することが出来る。図１
ｂに示した実施形態は２つの別個のバー３を有しており、この２つのバーに電極
バーＡ，Ｂが、櫛形に相互にかみ合うように、交互に固定されている。該実施形
態は、後述の測定技術上の利点を有する。
【００１２】 図２は、上述の実施例の、図１ｂにて判り易くした横断面を示している。図２
では、サブストレート６上に絶縁層７が被着されていることが示されている。こ
の絶縁層７の上に、サブストレートに対して相対的に固定して設けられた電極１
，２がある。さもなくばこれらの電極は、サブストレートのなかに形成されるド
ーピング領域により全部または一部が形成され、該ドーピング領域は、絶縁性で
、または非常に弱く又は逆にドーピングされた半導体材料によって囲まれている
。電極１，２の間に存在する空洞部に、電極バーＡ，Ｂがサブストレートに対し
て可動に設けられている。有利にはこの構造は上方が、パッシベーション層８に
より覆われている。ここで例として示した構造は次のような利点を有する、すな
わち、電極バーがサブストレートに対して相対的に変位する場合、容量或いはそ
れぞれ隣接する電極に対する容量の差の十分な線形変化が得られるように、電極
バーＡ，Ｂが電極１，２によって囲まれている。
では、サブストレート６上に絶縁層７が被着されていることが示されている。こ
の絶縁層７の上に、サブストレートに対して相対的に固定して設けられた電極１
，２がある。さもなくばこれらの電極は、サブストレートのなかに形成されるド
ーピング領域により全部または一部が形成され、該ドーピング領域は、絶縁性で
、または非常に弱く又は逆にドーピングされた半導体材料によって囲まれている
。電極１，２の間に存在する空洞部に、電極バーＡ，Ｂがサブストレートに対し
て可動に設けられている。有利にはこの構造は上方が、パッシベーション層８に
より覆われている。ここで例として示した構造は次のような利点を有する、すな
わち、電極バーがサブストレートに対して相対的に変位する場合、容量或いはそ
れぞれ隣接する電極に対する容量の差の十分な線形変化が得られるように、電極
バーＡ，Ｂが電極１，２によって囲まれている。
【００１３】 物体に生ずる応力は２階のテンソル、所謂応力テンソルを用いて表される。こ
のテンソルは３次正方行列として示され、その対角成分は、３つの相互に垂直な
方向のそれぞれ１方向の応力を表し、その他の成分は、前記方向に対して垂直な
面における応力を剪断応力として表す。物体の弾性条件により、応力テンソルは
対称である。したがって、座標変換が行われ、よって新しい座標系において応力
テンソルが対角行列である。新しい座標系を決定する軸はこの行列の固有ベクト
ル、主応力方向；（対角成分は所属の固有値である）、主応力である。主応力方
向の間の角の二等分線の方向にて、剪断応力および歪み応力は最大である。
のテンソルは３次正方行列として示され、その対角成分は、３つの相互に垂直な
方向のそれぞれ１方向の応力を表し、その他の成分は、前記方向に対して垂直な
面における応力を剪断応力として表す。物体の弾性条件により、応力テンソルは
対称である。したがって、座標変換が行われ、よって新しい座標系において応力
テンソルが対角行列である。新しい座標系を決定する軸はこの行列の固有ベクト
ル、主応力方向；（対角成分は所属の固有値である）、主応力である。主応力方
向の間の角の二等分線の方向にて、剪断応力および歪み応力は最大である。
【００１４】 歪み測定器を用いて半導体基板の歪みを、電極が配置されている面、すなわち
チップ上側の平面において検出すべきである。つまり、面に生ずる応力および剪
断応力が検出される。したがって、剪断応力の測定のために用いられる歪み測定
器では、有利には電極バーＡ，Ｂは、平面において存在する２つの主応力方向の
間の角の二等分線に沿ってアライメントされる。有利には電極指の端部が、バー
３により、バーの全長にわたって延在する取付け部４の、図１ａ及び図１ｂに例
として示された面にて、サブストレート上に固定されている。サブストレートに
おいて作用している応力状態は、電極バーのフリーな部分には伝達されない；本
来の電極バーは取付け位置から歪みのない状態であるが、サブストレート及びサ
ブストレートに設けられている電極は変形する。
チップ上側の平面において検出すべきである。つまり、面に生ずる応力および剪
断応力が検出される。したがって、剪断応力の測定のために用いられる歪み測定
器では、有利には電極バーＡ，Ｂは、平面において存在する２つの主応力方向の
間の角の二等分線に沿ってアライメントされる。有利には電極指の端部が、バー
３により、バーの全長にわたって延在する取付け部４の、図１ａ及び図１ｂに例
として示された面にて、サブストレート上に固定されている。サブストレートに
おいて作用している応力状態は、電極バーのフリーな部分には伝達されない；本
来の電極バーは取付け位置から歪みのない状態であるが、サブストレート及びサ
ブストレートに設けられている電極は変形する。
【００１５】 図２に示した横断面において次のことが分かる、すなわち、この有利な実施形
態では、サブストレートに固定されている電極１及び２は有利には、電極バーＡ
，Ｂの上方および下方に平面的な拡がりを有している。該平面的な部分は、支持
体９によって相互に導電接続されており、機械的に安定している。電極１，２の
平面と電極バーＡ，Ｂとが少なくとも部分的にオーバーラップするので、容量の
変化が、実質的に電極バーの変位に対して線形であり、すなわちサブストレート
の剪断歪みに対してほぼ線形である。この場合電極バーは実質的に、該電極バー
が配置されている面において、サブストレートに対して相対的に可動であること
を前提とする。その際、電極バーの垂直方向の曲がり又は他の製造工程での許容
偏差は取るに足らないことである。電極バーと固定の電極１，２の垂直な支持体
９との間隔の大きさは、容量変化への無視できない寄与が当該電極１，２の導電
性部分に起因することのないように、選択できる。マイクロメカニカルな構造の
過負荷防止は、支持体９と電極バーとの側方の大きな間隔によって与えられる。
態では、サブストレートに固定されている電極１及び２は有利には、電極バーＡ
，Ｂの上方および下方に平面的な拡がりを有している。該平面的な部分は、支持
体９によって相互に導電接続されており、機械的に安定している。電極１，２の
平面と電極バーＡ，Ｂとが少なくとも部分的にオーバーラップするので、容量の
変化が、実質的に電極バーの変位に対して線形であり、すなわちサブストレート
の剪断歪みに対してほぼ線形である。この場合電極バーは実質的に、該電極バー
が配置されている面において、サブストレートに対して相対的に可動であること
を前提とする。その際、電極バーの垂直方向の曲がり又は他の製造工程での許容
偏差は取るに足らないことである。電極バーと固定の電極１，２の垂直な支持体
９との間隔の大きさは、容量変化への無視できない寄与が当該電極１，２の導電
性部分に起因することのないように、選択できる。マイクロメカニカルな構造の
過負荷防止は、支持体９と電極バーとの側方の大きな間隔によって与えられる。
【００１６】 全ての電極バーが横方向に延在している同じバー３に固定されており、したが
って全て相互に導電接続されている、既述の簡単な構成では、それぞれ隣接する
電極１又は２に対して、電極バーの差動容量変化を検出することにより評価が実
施される。このようにして電極バーは、相互に直列に接続された２つの変化する
コンデンサによって構成される容量ハーフブリッジの中間端子を形成する。外側
の端子は電極１又は２によって構成される。このようにして、歪み測定器の容量
変化として、電極バーの数ｎおよび長さｌを用いて、値ΔＣ１Ａ＝−ΔＣ２Ａ＝
ｎ・ε０・（ｄ１ −１＋ｄ２ −１）・１２・γ／２が得られる、ただし、γは剪
断歪みの値、ｄ１及びｄ２は電極間の上方又は下方のエアギャップの値、ε０は
絶対誘電率とも称される電界定数である。
って全て相互に導電接続されている、既述の簡単な構成では、それぞれ隣接する
電極１又は２に対して、電極バーの差動容量変化を検出することにより評価が実
施される。このようにして電極バーは、相互に直列に接続された２つの変化する
コンデンサによって構成される容量ハーフブリッジの中間端子を形成する。外側
の端子は電極１又は２によって構成される。このようにして、歪み測定器の容量
変化として、電極バーの数ｎおよび長さｌを用いて、値ΔＣ１Ａ＝−ΔＣ２Ａ＝
ｎ・ε０・（ｄ１ −１＋ｄ２ −１）・１２・γ／２が得られる、ただし、γは剪
断歪みの値、ｄ１及びｄ２は電極間の上方又は下方のエアギャップの値、ε０は
絶対誘電率とも称される電界定数である。
【００１７】 電極バーの実現可能な長さは技術的状況に依存する。電極バーが構造化されて
いるシリコン層に引張り応力または圧縮応力が存在している場合、電極バーは自
由な端部に向って曲げが増大する。したがって、長い電極バーを用いる代わりに
、電極間のエアギャップを小さくして歪みセンサの高い感度を得ることが好適で
ある。
いるシリコン層に引張り応力または圧縮応力が存在している場合、電極バーは自
由な端部に向って曲げが増大する。したがって、長い電極バーを用いる代わりに
、電極間のエアギャップを小さくして歪みセンサの高い感度を得ることが好適で
ある。
【００１８】 櫛形に相互にかみ合った電極バーＡ又はＢの２つのグループを有する図１ｂに
示した有利な実施形態は、４つの異なる端子を用いることにより、測定信号の検
出のためにフル容量ブリッジが利用できるという利点を有する。所属の回路が図
３に概略で示されている。このブロック回路図において、電極バーＡ及び電極バ
ーＢがそれぞれ、異なる側で隣接する電極１及び２により、その容量において変
化するコンデンサを形成することがわかる。そのような容量ブリッジの微小な離
調（Verstimmung）が例えば、スイッチトキャパシタ技術にてΣ−Δ変調器を用
いて高精度に検出される。それ自体公知の該回路では、例えば差動ＳＣ入力積分
器の後に直接量子化器が接続され、この量子化器の出力信号は帰還接続される。
変調器の出力信号は高周波のビット流であり、該ビット流は、有利には同じチッ
プ上にモノリシックに集積されている電子論理回路により、さらにディジタル処
理できる。ビットにおける実施可能な分解能は、Σ−Δ作動周波数と信号周波数
との比によって決定される。デシメーションフィルタにより、高周波の１ビット
信号が低周波のマルチビット信号に変換され、同時に低域パスフィルタリングが
実現される。
示した有利な実施形態は、４つの異なる端子を用いることにより、測定信号の検
出のためにフル容量ブリッジが利用できるという利点を有する。所属の回路が図
３に概略で示されている。このブロック回路図において、電極バーＡ及び電極バ
ーＢがそれぞれ、異なる側で隣接する電極１及び２により、その容量において変
化するコンデンサを形成することがわかる。そのような容量ブリッジの微小な離
調（Verstimmung）が例えば、スイッチトキャパシタ技術にてΣ−Δ変調器を用
いて高精度に検出される。それ自体公知の該回路では、例えば差動ＳＣ入力積分
器の後に直接量子化器が接続され、この量子化器の出力信号は帰還接続される。
変調器の出力信号は高周波のビット流であり、該ビット流は、有利には同じチッ
プ上にモノリシックに集積されている電子論理回路により、さらにディジタル処
理できる。ビットにおける実施可能な分解能は、Σ−Δ作動周波数と信号周波数
との比によって決定される。デシメーションフィルタにより、高周波の１ビット
信号が低周波のマルチビット信号に変換され、同時に低域パスフィルタリングが
実現される。
【００１９】 図１ｂの電極装置の対称により、サブストレートに歪みのない場合に温度変動
が測定の零点に与える影響は僅かである。熱膨張は空間的に等方性であるとみな
され、したがって、測定ブリッジに如何なる差信号も供給しない。チップの曲が
りおよびゆがみに対する非常に僅かな横方向感度が対称特性により保証される。
また電極バー、又は取付けに用いられるバー３に沿った製造工程での引張り応力
及び圧縮応力も、サブストレートの歪みに起因せず、測定ブリッジの差信号をも
たらすことはない。製造プロセスの際の調整エラーの結果として生ずることのあ
る非対称は、互いに９０°回転して配置されている図１ａ又は図１ｂの２つの電
極装置の接続により補償できる。この場合、センサは図１ａ又は図１ｂに相応し
て２つの装置を含んでいる。測定精度をさらに高めるために、そのような装置を
同じサブストレート上に多数設けてもよい。
が測定の零点に与える影響は僅かである。熱膨張は空間的に等方性であるとみな
され、したがって、測定ブリッジに如何なる差信号も供給しない。チップの曲が
りおよびゆがみに対する非常に僅かな横方向感度が対称特性により保証される。
また電極バー、又は取付けに用いられるバー３に沿った製造工程での引張り応力
及び圧縮応力も、サブストレートの歪みに起因せず、測定ブリッジの差信号をも
たらすことはない。製造プロセスの際の調整エラーの結果として生ずることのあ
る非対称は、互いに９０°回転して配置されている図１ａ又は図１ｂの２つの電
極装置の接続により補償できる。この場合、センサは図１ａ又は図１ｂに相応し
て２つの装置を含んでいる。測定精度をさらに高めるために、そのような装置を
同じサブストレート上に多数設けてもよい。
【００２０】 電極バーの曲げの作用および熱機械的作用は、補償コンデンサを用いて適当な
接続により除去することができる。この補償コンデンサは既述の有利な回路構成
では、ＳＣ入力積分器の帰還分岐に接続され、基本的に図３の回路図の回路技術
的構造を有しているが、当該回路図では、端子１及び２またはＡ及びＢは相互に
接続されている。そのような補償コンデンサは、別の同様なマイクロメカニカル
な素子によって構成することもできる。
接続により除去することができる。この補償コンデンサは既述の有利な回路構成
では、ＳＣ入力積分器の帰還分岐に接続され、基本的に図３の回路図の回路技術
的構造を有しているが、当該回路図では、端子１及び２またはＡ及びＢは相互に
接続されている。そのような補償コンデンサは、別の同様なマイクロメカニカル
な素子によって構成することもできる。
【００２１】 歪み測定器はサブストレート上に取付け部５の小さな面を有する代替的な形態
では、伸長の測定に特に適している。フリーな電極構造には力もモーメントも伝
達されないので、サブストレートの伸長又は圧縮の際、自由な電極バーの歪みは
何ら生じない。測定量は、サブストレートに固定された電極１，２に対する電極
バーの容量変化である。サブストレートの歪みの際の容量変化の値は、当該歪み
計では、電極バーの長さｌの二乗に比例せず、この長さとバー３の長さとの積に
比例する。
では、伸長の測定に特に適している。フリーな電極構造には力もモーメントも伝
達されないので、サブストレートの伸長又は圧縮の際、自由な電極バーの歪みは
何ら生じない。測定量は、サブストレートに固定された電極１，２に対する電極
バーの容量変化である。サブストレートの歪みの際の容量変化の値は、当該歪み
計では、電極バーの長さｌの二乗に比例せず、この長さとバー３の長さとの積に
比例する。
【００２２】 歪み計において、図１ｂの実施例が優先される、なぜなら、図１ａの構成は剪
断歪みに対して比較的大きな横方向感度を有しているからである。図１ｂの装置
では、剪断歪みの該作用が良好に除去できる。接続される電子回路は基本的に剪
断応力センサとしての実施例に相応する。
断歪みに対して比較的大きな横方向感度を有しているからである。図１ｂの装置
では、剪断歪みの該作用が良好に除去できる。接続される電子回路は基本的に剪
断応力センサとしての実施例に相応する。
【００２３】 熱膨張が空間的に等方性であるとみなされる場合、測定対象およびそれに連結
される歪みセンサのサブストレートならびに電極バーの熱膨張係数が等しくない
ことにより、測定ブリッジに、歪み応力の測定の際に発生しない小さな差信号が
発生する。このような絶対伸長の測定の際の誤差は、補償コンデンサによって抑
圧できない。必要な場合には、センサの温度測定による校正により、従来ストレ
インゲージの場合に通常行われているのと同様な手法にて、障害が除去される。
される歪みセンサのサブストレートならびに電極バーの熱膨張係数が等しくない
ことにより、測定ブリッジに、歪み応力の測定の際に発生しない小さな差信号が
発生する。このような絶対伸長の測定の際の誤差は、補償コンデンサによって抑
圧できない。必要な場合には、センサの温度測定による校正により、従来ストレ
インゲージの場合に通常行われているのと同様な手法にて、障害が除去される。
【００２４】 アクティブなセンサ領域はできるだけチップの中央に設けることが望ましい、
なぜならそこで測定対象の応力状態はチップに対して最も良好な連結で伝達され
、場合によって生ずる端縁効果が弱められる。チップの大きさに対し、このこと
から、チップの厚さおよび取付け材料の機械的特性から容易に求められる最小寸
法が明らかになる。測定対象に歪み測定器を取付ける際に、連結の機械的特性に
対する高い要求が課されている。この点ではしかし、当該歪み測定器は従来のス
トレインゲージと相違しない、したがって、ストレインゲージによって周知のア
プローチが、本発明の歪み測定器の取付けに、相応して転用可能である。チップ
自体が、半導体基板の材料の破壊限界まで耐過負荷性であるので、最大歪みは塑
性効果または測定対象との連結層の破壊により決定される。
なぜならそこで測定対象の応力状態はチップに対して最も良好な連結で伝達され
、場合によって生ずる端縁効果が弱められる。チップの大きさに対し、このこと
から、チップの厚さおよび取付け材料の機械的特性から容易に求められる最小寸
法が明らかになる。測定対象に歪み測定器を取付ける際に、連結の機械的特性に
対する高い要求が課されている。この点ではしかし、当該歪み測定器は従来のス
トレインゲージと相違しない、したがって、ストレインゲージによって周知のア
プローチが、本発明の歪み測定器の取付けに、相応して転用可能である。チップ
自体が、半導体基板の材料の破壊限界まで耐過負荷性であるので、最大歪みは塑
性効果または測定対象との連結層の破壊により決定される。
【００２５】 一般に、ストレインゲージは接着される。しかしまた、本発明の歪み測定器の
高い熱負荷耐久性により、別の連結技術、例えばろう付け、アノードボンディン
グ、又はガラスボンディング等が考慮される。チップを１００μｍ〜３００μｍ
の厚さに薄く研磨することにより、明らかに接着結合の剪断負荷が低減される。
エッジに向かって薄くなっているチップを用いるとより有利である。
高い熱負荷耐久性により、別の連結技術、例えばろう付け、アノードボンディン
グ、又はガラスボンディング等が考慮される。チップを１００μｍ〜３００μｍ
の厚さに薄く研磨することにより、明らかに接着結合の剪断負荷が低減される。
エッジに向かって薄くなっているチップを用いるとより有利である。
【００２６】 当該歪み測定器は次のような更なる利点を有する、すなわち、図１ａ及び図１
ｂの電極装置を複数同じチップ上に配置することを、サブストレートに対して種
々の配向で、ひいては種々の軸線感度で実現できる。
ｂの電極装置を複数同じチップ上に配置することを、サブストレートに対して種
々の配向で、ひいては種々の軸線感度で実現できる。
【図１】 図１ａ及び図１ｂは、本発明の歪み測定器を略線的に示した実施例である。
【図２】 図１の歪み測定器の横断面略図である。
【図３】 図１ｂの有利な実施形態の容量測定ブリッジの回路図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス−ギュンター オッパーマン ドイツ連邦共和国 ホルツキルヒェン シ ュッツェンシュトラーセ 27 (72)発明者 マンフレート グレーア ドイツ連邦共和国 ヴェンツェンバッハ フィヒテルゲビルクシュトラーセ 27 Ｆターム(参考） 2F063 AA25 AA42 BC05 CA09 CA10 DA01 DA05 DA08 DB01 DB05 DD07 HA01 HA04 HA09 HA10 HA14 HA16 KA01 LA04 LA06 LA27 2G060 AA09 AE40 AF10 AG08 EA09 EB08 HC09
Claims (5)
- 【請求項１】 サブストレート（６）上またはサブストレートに第１の電極
（１）及び第２の電極（２）が設けられており、 相互に平行に配置されている電極バー（Ａ，Ｂ）が設けられており、該電極バ
ーは、前記電極（１，２）によって電気的に絶縁されており、前記サブストレー
トに対して相対的に可動であり、 前記第１及び第２の電極（１，２）は、ストリップ状に前記電極バー（Ａ，Ｂ
）に対して平行に延在して形成されており、 前記第１の電極（１）及び前記第２の電極（２）が交互に配置されている、 センサとしての半導体素子において、 前記電極バー（Ａ，Ｂ）はそれぞれ一端にて別の電極バーと導電接続されてサ
ブストレート上に固定されており、 前記電極バー（Ａ，Ｂ）が前記第１及び第２の電極（１，２）に対して相対的
に次のように配置されている、すなわち、１つの面においてサブストレートに剪
断応力または伸長がある場合、１つの電極バーとこれに隣接する第１の電極（１
）との間の容量と、該電極バーとこれに隣接する第２の電極（２）との間の容量
とが相互に逆方向に変化することを特徴とする、半導体素子。 - 【請求項２】 前記電極バー（Ａ，Ｂ）の端部がそれぞれ、サブストレート
上に設けられているバー（３）又は層に次のように固定されている、すなわち、
前記サブストレート（６）に剪断応力がある場合、前記電極バーの固定された端
部が連行される、請求項１に記載の半導体素子。 - 【請求項３】 前記電極バー（Ａ，Ｂ）の端部がそれぞれ、サブストレート
上に部分的に取付けらているバー（３）又は層に次のように固定されている、す
なわち、前記サブストレート（６）の伸長の際に、前記電極バーの固定された端
部が、前記バー或いは前記層の取付け部に対して一定の間隔でサブストレート上
に保持される、請求項１に記載の半導体素子。 - 【請求項４】 前記電極バーによって第１の電極バー（Ａ）及び第２の電極
バー（Ｂ）はそれぞれ、一端で相互に導電接続されてサブストレート上に固定さ
れており、 前記第１の電極バー（Ａ）及び前記第２の電極バー（Ｂ）が櫛形に相互にかみ
合っており、 前記第１の電極（１）、前記第２の電極（２）、前記第１の電極バー（Ａ）お
よび前記第２の電極バー（Ｂ）が別個の電気接続端子を有している、請求項１か
ら３までのいずれか１項記載の半導体素子。 - 【請求項５】 前記第１の電極バー（Ａ）と前記第２の電極バー（Ｂ）とが
交互に配置されていることにより、容量測定ブリッジが形成される、請求項４に
記載の半導体素子。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19850872.7 | 1998-11-04 | ||
| DE19850872 | 1998-11-04 | ||
| PCT/DE1999/003543 WO2000026608A2 (de) | 1998-11-04 | 1999-11-04 | Verformungsmesser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002529684A true JP2002529684A (ja) | 2002-09-10 |
Family
ID=7886695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000579944A Pending JP2002529684A (ja) | 1998-11-04 | 1999-11-04 | 歪み測定器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20010048139A1 (ja) |
| EP (1) | EP1127243B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002529684A (ja) |
| DE (1) | DE59913964D1 (ja) |
| WO (1) | WO2000026608A2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023105643A1 (ja) * | 2021-12-07 | 2023-06-15 | ファナック株式会社 | 変位検出装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1373847A1 (de) * | 2001-03-30 | 2004-01-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Kapazitives mikrosystem zur erfassung mechanischer verformungen, verwendung und betriebsverfahren |
| EP2329280B1 (en) * | 2008-09-15 | 2012-07-04 | Nxp B.V. | A capacitive sensor device and a method of sensing accelerations |
| WO2010034270A1 (de) * | 2008-09-29 | 2010-04-01 | Narcoscience Gmbh & Co. Kg | Verfahren und vorrichtung zur auswertung eines narkose- oder intensiv-eeg |
| DE102014001001A1 (de) * | 2014-01-29 | 2015-07-30 | Rosen Swiss Ag | Molch und Molchscheibe für einen Molch |
| US10411086B2 (en) | 2014-04-07 | 2019-09-10 | Semiconductor Components Industries, Llc | High voltage capacitor and method |
| US20180195988A1 (en) * | 2015-06-30 | 2018-07-12 | GM Global Technology Operations LLC | Method of determining volatile organic compounds |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2715831A1 (de) * | 1977-04-07 | 1978-10-19 | Electric Power Res Inst | Vorrichtung zur kapazitiven dehnungsmessung |
| US5337606A (en) * | 1992-08-10 | 1994-08-16 | Motorola, Inc. | Laterally sensitive accelerometer and method for making |
| US5511420A (en) * | 1994-12-01 | 1996-04-30 | Analog Devices, Inc. | Electric field attraction minimization circuit |
| US5786621A (en) * | 1995-06-23 | 1998-07-28 | Cornell Research Foundation, Inc. | Microelectromechanical integrated microloading device |
-
1999
- 1999-11-04 WO PCT/DE1999/003543 patent/WO2000026608A2/de active IP Right Grant
- 1999-11-04 EP EP99963212A patent/EP1127243B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-04 DE DE59913964T patent/DE59913964D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-04 JP JP2000579944A patent/JP2002529684A/ja active Pending
-
2001
- 2001-05-04 US US09/849,911 patent/US20010048139A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023105643A1 (ja) * | 2021-12-07 | 2023-06-15 | ファナック株式会社 | 変位検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2000026608A3 (de) | 2000-07-27 |
| EP1127243A2 (de) | 2001-08-29 |
| DE59913964D1 (de) | 2006-12-14 |
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| EP1127243B1 (de) | 2006-11-02 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040109 |