JP2007132946A

JP2007132946A - 圧力センサハウジング及び形態

Info

Publication number: JP2007132946A
Application number: JP2006305043A
Authority: JP
Inventors: Steven M Mcmonigal; スティーヴン・エム・マクモニガル
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2007-05-31
Also published as: US7597005B2; EP1785710A2; US20070113668A1; EP1785710A3

Abstract

【課題】密閉的パッケージ及びパッケージの封止技術に依存する程度を少なくする。
【解決手段】方形をした単一のセンサ（ＳＳＳ）検知ダイ用の圧力センサハウジング及び形態が提供される。センサは、ＳＳＳチップに封止的に結合されたガラスウェハを有している。次に、例えば、エポキシを使用して互いに接着することのできるヘッダとカバーとの間にＳＳＳチップが配置される。圧力が検知される、パイレックス(登録商標)管のような管がＳＳＳチップと接続されている。ウェハをＳＳＳチップに結合した後、真空シールが形成され、従って、センサの他の部分を密閉的に封止することに配慮する程度が少なくて済む。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照

本特許出願は、その内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、２００５年１１月１０日付けで出願された、米国仮特許出願第６０／７３５，９７６号に対して米国法律３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９（ｅ）に基づく優先権を主張するものである。

発明の分野

本発明は、全体として、圧力センサ、より具体的には、独創的な検知ダイに対する圧力センサハウジング及び形態に関する。

圧力センサは、典型的には、ゲージ圧、差圧又は絶対圧センサである。ゲージ圧センサの場合、圧力測定値は大気圧力を基準とする。すなわち、大気圧のとき零出力値となる。差圧センサは、ゲージ圧センサと同様であるが、大気圧に対する圧力を測定することに代えて、特定の基準圧力に対する差圧を測定する。絶対圧センサは、ほぼ零圧力又は真空基準値に対して比較した圧力を検知する。すなわち、完全真空圧にて圧力センサの出力は零である。例えば、較正、高度のシミュレーション及び多岐に横切る低い絶対圧の調節状況のような用途にて絶対圧の基準値が一般に使用される。

多くの圧力センサ製品は、高価な特製のパッケージ及びパッケージの封止技術を通じて得られる安定的な基準圧力を有する。例えば、絶対圧センサに対する真空基準値は、特製の密閉的パッケージにより形成することができる。図１には、検知ダイ１０２上に１６個の抵抗器を有する２つのホイートストーンブリッジを含む典型的な圧力センサ１００が示されている。ダイの検知側部は、圧力が測定される管１０４にイオン結合されている。次に、ダイ１０２及び管１０４は、ステンレススチールヘッダ１０６内にはんだ付けされる。検知ダイ１０２は、金めっきしたピン１１０にワイヤーボンドされ（１０８）、これによって、検知ダイ１０２の出力を圧力センサ１００から受け取ることができる。金めっきしたピン１１０は、スチールヘッダ１０６内にてガラスシール１１２により密閉的に封止される。検知ダイ１０２の非検知側部は、真空室内にて溶接カバー１１４により封止される。はんだ付けする間、ヘリウム及びその他の気体を吸収するため、ゲッタ１１６が溶接カバー内に配置されている。

圧力センサ１００は、密閉的に封止したピン１１０と、真空封止したカバー１１４とを有する。これらの封止は、圧力センサ１００に対して、例えば、真空基準値のような基準圧力を提供する。したがって、検知ダイからの圧力測定値は雰囲気圧力によって影響を受けることはない。圧力センサ１００が代替的にゲージ圧又は差圧センサの形態とされるならば、依然として封止的シール及び真空シールが要求されよう。

圧力センサ１００のような圧力センサを包装（パッケージング）する過程の間、出力ピン及び検知ダイを雰囲気圧力から封止することは、最も困難で且つ（又は）時間のかかるステップである。したがって、検知ダイに関する真空圧基準値を提供し、絶対圧センサの性能を実現するために密閉的パッケージ及びパッケージの封止技術に依存する程度を少なくすることが望ましい。

発明が解決するための手段

一例としての実施の形態において、単一の検知ダイと、ウェハカバーとを有するセンサが提供される。単一の検知ダイは、電流の流れが検知ダイに対して接線方向であるとき、接線方向抵抗を有し、また、電流の流れが検知ダイに対して半径方向であるとき、半径方向抵抗を有する。ウェハカバーは、凹状部分を有し、また、単一の検知ダイの面に結合されて、ウェハカバーと単一の検知ダイとの間にて凹状部分内に真空圧シールを提供する。ウェハカバーは単一の検知ダイに密閉的に結合されて真空圧シールを提供する。

別の実施の形態において、カバーに連結されたヘッダと、ヘッダとカバーとの間の領域内に配置された検知ダイとを有する圧力及び温度センサが提供される。凹状部分を有するウェハカバーは、検知ダイに密閉的に結合されて、凹状部分内に基準圧力として真空圧を与える真空圧シールを提供する。したがって、ヘッダ及びカバーは、検知ダイに対して真空基準値を提供するため密閉的に封止する必要はない。

更に別の実施の形態において、電流の流れが検知ダイに対して接線方向であるとき接線方向抵抗を有し、また、電流の流れが検知ダイに対して半径方向であるとき半径方向抵抗を有し、また、方形をした単一の検知ダイを通る電流の方向を変化させることにより、接線方向抵抗を横切る接線方向電圧および半径方向抵抗を横切る半径方向電圧を測定して、方形をした単一の検知ダイに付与される圧力の程度すなわち大きさを決定し、且つ、方形をした単一の検知ダイの雰囲気温度の程度すなわち高さを決定することができる、方形をした単一の検知ダイを備えるセンサが提供される。センサカバーは、方形をした単一の検知ダイに密閉的に結合され、検知ダイに対する真空基準値を提供する。更に、カバーに連結されたヘッダは、その内部に方形をした単一の検知ダイが配置されるハウジングを形成する。

上記及びその他の特徴並びに有利な効果は、添付図面を適宜に参照して、以下の詳細な説明を読むことにより、当該技術分野の当業者に明らかになるであろう。

本特許出願は、その内容を参考として引用し本明細書に含めた、以下の特許出願に一部分が関係する。
・「圧力及び温度検知要素（ＰｒｅｓｓｕｒｅａｎｄＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｅｎｓｉｎｇＥｌｅｍｅｎｔ）」という名称のラッセル・ジョンソン（ＲｕｓｓｅｌｌＪｏｈｎｓｏｎ）による米国特許出願第１１／２７１，７０１号
・「圧力及び温度検知要素へ電力を提供する方法及びシステム（ＭｅｔｈｏｄａｎｄＳｙｓｔｅｍｏｆＰｒｏｖｉｄｉｎｇＰｏｗｅｒｔｏａＰｒｅｓｓｕｒｅａｎｄＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｅｎｓｉｎｇＥｌｅｍｅｎｔ）」という名称のトーマス・ストラットン（ＴｈｏｍａｓＳｔｒａｔｔｏｎ）による米国特許出願第１１／２７２，３０６号。

一例としての実施の形態において、当該出願には、「圧力及び温度検知要素」という名称のラッセル・ジョンソンによる米国特許出願第１１／２７１，７０１号に記載されたような、方形をした単一のセンサ（ＳＳＳ）検知ダイのための圧力センサハウジングの概念及び形態が記載されている。ＳＳＳダイ構造を使用すれば、製造にも消費者の好みにも合ったハウジング構造体とするため簡単な設計を実現することができる。

Ｉ．方形をした単一のセンサ（ＳＳＳ）
先ず、図面、特に、図２を参照すると、方形をした単一のセンサ（ＳＳＳ）２００の１つの実施の形態が示されている。図２のＳＳＳ２００及び本明細書に記載したその他の構成は、単に一例としての目的のためにのみ示したものであり、それに代えてその他の構成及び要素を使用することができ、また、製造上の要請に対応して要素の一部は完全に省略してもよい。

検知要素２００は、方形をした単一のシリコン（ＳＳＳ）センサチップ２０４を駆動する定電流源２０２を有している。定電流源２０２は、例えば、１ｍａの電流を提供することができる。スイッチが電流源２０２をＳＳＳチップ２０４に接続する。図示するように、第一のスイッチＳＷ１は、定電流源２０２をノード２、４にてＳＳＳチップ２０４に接続する。第二のスイッチＳＷ２は、定電流源２０２をノード１、３にてＳＳＳチップ２０４に接続する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、ＳＳＳチップ２０４自体に一体化してもよい。

ＳＳＳチップ２０４は、ソリッドステート装置とすることができる。ＳＳＳチップ２０４は、付与された圧力及び雰囲気圧力の双方を検知する方形をした単一のシリコン（ＳＳＳ）要素２０６を含む。ＳＳＳ要素２０６は、２つの入力を有しており、一方の入力は、リード２０８からの半径方向電圧入力であり、他方の入力は、リード２１０からの接線方向入力である。従って、ＳＳＳ要素２０６は、２つの出力を有することになる。一方の出力は、リード２１２における半径方向電圧出力（Ｖｒ）であり、他方の出力は、リード２１４における接線方向電圧出力（Ｖｔ）である。

検知要素２００は、ＳＳＳセンサチップ２０４に供給された電力を制御するスイッチＳＷ３、ＳＷ４（図示せず）を更に有することができる。追加のスイッチは、電流源２０２又は独立的なコントローラ（図示せず）により制御することができる。特に、追加のスイッチは、センサチップ２０４に対し正極又は負極（センサチップ２０４から見たときの）の何れを提供すべきかを制御することができる。より詳細な情報については、その内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、「圧力及び温度検知要素へ電力を提供する方法及びシステム」という名称のトーマス・ストラットンによる米国特許出願第１１／２７２，３０６号を参照できる。

ＳＳＳチップ２０４は、ＳＳＳ要素２０６が取り付けられるところの隔膜（図示せず）を有することもできる。圧力が隔膜に付与されたとき、ＳＳＳチップの格子構造は応力を受け、ＳＳＳ要素２０６内での電荷キャリアの易動性を変化させ、ＳＳＳ要素２０６の半径方向抵抗（例えば、センサの中心から端縁に向けた方向への歪み）及び接線方向抵抗（例えば、半径方向歪みに対して垂直方向歪み）抵抗を一時的に変化させる。半径方向電圧出力（Ｖｒ）及び接線方向電圧出力（Ｖｔ）を測定することにより、ＳＳＳチップ２０４に付与された圧力及びＳＳＳチップ２０４の雰囲気温度の近似値を得ることができる。

ＳＳＳチップ２０４は、例えば、シリコンオンインシュレータ構造体又はバルクシリコン構造体を備えることができる。図３には、かかる構造体の１つの実施の形態の側面図が示されている。ＳＳＳチップ２０４は、内端縁３０２と外端縁３０４とを有する隔膜３００上に取り付けられる。検知要素は、隔膜３００を任意の回路基板又はその他基板に接続する脚状部３０６を更に含む。また、例えば、センサチップ２０４を配置することのできる隔膜３００上に任意の数の基板層（例えば、層３０８）を置くことができる。図示するように、センサチップ２０４は、隔膜３００の内端縁３０２上に配置される。

図４には、ＳＳＳチップ２０４の拡大した図解図の一例が示されている。ＳＳＳチップ２０４は、隔膜２１６上に取り付けた状態で示されている。隔膜２１６は、内端縁２１８と外端縁２２０とを有している。図示するように、ＳＳＳチップ２０４は、隔膜の内端縁２１８上に取り付けることができる。隔膜２１６の内端縁２１８にて可撓性膜の最大の応力が生じ、このため、ＳＳＳチップ２０４は、例えば、最大量の応力を検知し得るよう配置することができる。隔膜２１６に付与された圧力は、隔膜２１６の可撓性膜を撓ませ、膜内のこれらの応力は、ＳＳＳチップ２０４の抵抗を変化させる。かかるＳＳＳチップ２０４の抵抗の変化は、付与された圧力に比例するＳＳＳチップ２０４の出力電圧に変化を生じさせる。例えば、隔膜の可撓性膜の約０．５ｍｍの撓みは、ＳＳＳチップ２０４の抵抗の変化として検出することができる。

隔膜２１６の厚さ及び直径、例えば、隔膜のアスペクト比は、抵抗の特定の変化と等価的である特定の撓みを生じさせ得るように選ぶことができる。例えば、厚い隔膜であれば、付与された圧力に起因してＳＳＳチップ２０４の抵抗は僅かに変化し、また、薄い隔膜であれば、付与された圧力に起因してＳＳＳチップ２０４の抵抗は大きく変化する。

検知要素からの電圧出力は、特定の圧力及び温度の測定値に相応する。正確な相応性は、隔膜３００のアスペクト比、歪みの集中に対する回路要素のサイズに依存する。その他の因子も電圧と圧力／温度の測定値との相応性に影響を与える可能性がある。

更に、検知要素を使用して広い異なる圧力範囲を測定することができる。特定の制限は、例えば、隔膜２１６の材料及びアスペクト比（例えば、隔膜の厚さ）に依存する。低範囲ＰＳＩは全スケール感度で検知し、また、例えば、約１３７．８９５ＭＰａ（約２０，０００ＰＳＩＦＳＳ）までの圧力を検知することができる。１つの特定の例の場合、３．４４７３８ないし２０．６８４３ＭＰａ（５００ないし３０００ＰＳＩ）を測定するような、中程度圧力の場合及び高温度の場合にて検知要素１０を使用することができる。

ＳＳＳに関する更なる情報については、その内容の全体を参考として引用し本明細書に含める、「圧力及び温度検知要素」という名称のラッセル・ジョンソンによる米国特許出願第１１／２７１，７０１号を参照できる。

ＩＩ．方形をした単一のセンサ（ＳＳＳ）の作用
図５は、共通の検知要素を使用して圧力及び温度を測定する方法の各機能を説明するブロックの一例を示すフローチャートである。共通の検知要素は、例えば、図２に図示するようなＳＳＳチップ２０４とすることができる。かかる一例において、共通の検知要素は、電流の流れが共通の検知要素に対して接線方向であるとき、接線方向抵抗を有し、また、電流の流れが共通の検知要素に対して半径方向であるとき、半径方向抵抗を有する。ブロック５００にて示すように、最初に、電流は共通の検知要素を通じて接線方向に付与される。次に、ブロック５０２にて示すように、接線方向抵抗を横切る接線方向電圧を測定することができる。次に、ブロック５０４にて示すように、電流は、共通の検知要素を通じて半径方向に付与される。次に、ブロック５０６にて示すように、半径方向抵抗を横切る半径方向電圧を測定することができる。その後、ブロック５０８にて示すように、共通の検知要素に付与された圧力の程度すなわち大きさ及び共通の検知要素の雰囲気温度の程度すなわち高さを接線方向電圧及び半径方向電圧を使用して決定することができる。

このように、１つの実施の形態において、単一の圧電抵抗要素は、半径方向圧電抵抗器（Ｒｒ）及び接線方向圧電抵抗器（Ｒｔ）の双方として作用することができ、このため、定電流源にて作動されたとき、Ｒｒ及びＲｔを横切る電圧降下の差は圧力の測定値に比例し、また、Ｒｒ及びＲｔを横切る電圧降下の合計値は温度の測定値に比例する。

特に、図２を参照すると、ＳＳＳチップ２０４が電流源２０２により駆動されるとき、ＳＳＳチップ２０４の出力は検知要素２００に付与された圧力又は温度と関係付けることができる。方形のシリコン要素２０６を横切って２つの抵抗を測定することができる。電流の流れが方形センサ２０６に対して接線方向であるときの抵抗は、接線方向抵抗Ｒ_ｔとして規定される。この状態は、ＳＷ１が接続し、ＳＷ２が開いているときに当てはまる。これと逆に、電流の流れが方形センサ２０６に対して半径方向であるときの抵抗は、半径方向抵抗Ｒ_ｒとして規定される。この状態は、ＳＷ２が接続し、ＳＷ１が開いているときに当てはまる。このように、ノード２における電圧Ｖ_ｔは次のようであることが分かる。

ここで、Ｉ_ｃｃは、電流源から印加された電流、ｄＲ_ｔ／Ｒ_ｔは接線方向圧電抵抗ゲージ因子である（例えば、表面の半径方向歪み又は変形を抵抗の変化に関係し、また、センサの材料の性質に依存する一定の値）。ノード１における電圧Ｖ_ｒは、同様に次のようであることが分かる。

ここで、ｄＲ_ｒ／Ｒ_ｒは半径方向圧電抵抗ゲージ因子である。

Ｒ_ｔ＝Ｒ_ｒ＝Ｒ_０及び

の条件のもと、圧力に比例する電圧差ｄＶは、次のように、Ｖ_ｔ及びＶ_ｒの差である。

ここで、（Ｒ_０Ｉ_ｃｃ）＝Ｖ_ｃｍは、圧力＝０状態下のとき接線方向及び半径方向作動モードの双方に対するＳＳＳチップ２０４を横切る共通モードの電圧降下である。一例として、Ｒ_０＝２．５ｋオーム及びＩ_ｃｃ＝１ｍａの場合、Ｖ_ｃｍ＝２．５ボルトである。このように、ＳＳＳチップ２０４に付与された圧力は、ＳＳＳ要素２０６を横切って測定した接線方向電圧及び半径方向電圧間の差に比例する。

Ｖ_ｃｍが電流源１２のＶ_ｒｅｆ電圧の１／２であるような設計とされるならば、等式（３）は、次のようになることが分かる。

等式（４）は、Ｖ_ｒｅｆの定電圧源にて作動する完全ホイートストーンブリッジ圧力センサの形態のものである。このように、検知要素１０は、完全ホイートストーンブリッジセンサのものと同一の圧力電圧出力を提供することができるが、４つの圧電抵抗要素ではなくて、例えば、単一の圧電抵抗要素にてこれを実現する。

更に、ＳＳＳチップ２０４の出力を検知要素２００の雰囲気温度と関係付けることもできる。ＶＴとして特定された温度信号は、上記の等式（１）、（２）にて規定されたＶ_ｔ及びＶ_ｒの合計値として規定される。このため、ＶＴは次式のように規定される。

であるから、ＴＶ（Ｔ）は次式のようになる。

この場合、ＶＴは、圧力と無関係である。このように、ＳＳＳチップ２０４の雰囲気温度は、ＳＳＳ要素２０６を横切って測定した接線方向電圧及び半径方向電圧の合計値に比例する。

このように、圧力及び温度レベルの双方を測定するため、例えば、ＳＳＳ要素２０６のような同一の共通の検知要素を使用することは、その双方に対し同一の要素の同一の測定値が使用されるため、圧力及び温度信号間の温度勾配を減少させ又はなくすことになる。例えば、圧力及び温度測定値は同一の検知要素から発するから、温度の測定値を使用して圧力測定値を補正することはより正確なものとすることができる。

一例において、検知要素２００内にて電力の増大−ドリフト現象を減少させるため、電力の極性の切換え技術を電流源２０２に与えることができる。例えば、電流源２０２は、電力を半径方向及び接線方向に提供する。更に、電流源２０２は、正極及び負極を有する電力を提供し得るよう配置することができる。次に、電流源２０２は、正極を有する電力を半径方向に向けて検知要素２００に付与し、次に、負極を有する電力を半径方向に付与することができ、これは接線方向に対しても同じである。より詳細な情報については、その内容の全体を参考として引用して本明細書に含めた、「圧力及び温度検知要素へ電力を提供する方法及びシステム」という名称のトーマス・ストラットンによる米国特許出願第１１／２７２，３０６号を参照できる。

ＩＩＩ．チップ上の真空基準値
ＳＳＳチップ２０４は、検出すべき圧力の型式に依存して任意の数のハウジング内に取り付け又は配置することができる。図６には、ＳＳＳチップ２０４を含む圧力センサ６００の１つの実施の形態が示されている。センサ６００は、ＳＳＳチップ２０４に密閉的に結合した（６０３）ガラスウェハ６０２を有している。ＳＳＳチップ２０４は、例えば、エポキシ６０８を使用して互いに接着することのできる、ヘッダ６０４と、カバー６０６との間に配置されている。例えば、圧力が検知される、パイレックス(登録商標)管のような管６１０がＳＳＳチップ２０４と接続されている。

既存のセンサにおいて、絶対圧センサに対する真空基準値は、特製の密閉的パッケージ体及び精密な真空封止技術を使用して形成され且つ維持される。しかし、ＳＳＳチップ２０４及び図６に示した形態を使用すれば、ウェハ６０２をＳＳＳチップ２０４に結合した後、真空シールが形成され、従って、センサ６００の他の部分を密閉的に封止することに配慮する程度が少なくて済む。例えば、ヘッダ６０６及びカバー６０４は、ワンショット溶接に代えてエポキシのみを使用して接着することができる。同様に、ウェハ６０２は、ＳＳＳチップ２０４に対する真空シールを形成するから、管６１０は、同様にエポキシにてヘッダ６０４内にて接着することができる。

ウェハ６０２は、浸食したキャビティ又は凹状部分６０５を有するシリコン又はガラスウェハとすることができ、該キャビティ又は凹状部分は、真空状態にある間、ＳＳＳ圧力センサ隔膜上にて整合させ且つ、例えば、金、ゲルマニウム、鉛、スズ又は銀を使用して、圧力センサウェハに結合する（６０３）ことができる。凹状部分６０５は、ＳＳＳチップ２０４の隔膜が内部に撓むことのできる空間を提供する。このように、ウェハ結合部は、ＳＳＳチップ２０４上に真空基準値を形成する。シリコン又はガラス結合ウェハは、また、圧力センサの結合パッドへワイヤーボンドして電気的接触を為すため、面積を利用可能なままにしておく。例えば、図７には、圧力センサ６００の一例が示されている。電気接点６１２は、ＳＳＳチップ２０４上に存在し、この電気接点に対し線結合部６１６が接続し且つ電気信号をＳＳＳチップ２０４から電気接点６１２まで、またワイヤーボンド部６２２を通ってリード６２４のようなリードまで伝送する。これと代替的に、電気信号は、例えば、集積回路を通してＳＳＳチップ２０４から電気接点６１２まで伝送することができるから、ワイヤーボンド部６１６は不要としてもよい。

ウェハ６０２は、ＳＳＳチップ２０４に対して封止されるから、領域６１８は、ＳＳＳチップ２０４に対する真空シールを提供する。このため、領域６２０は、密閉的に封止する必要はない。更に、ＳＳＳチップ２０４は、温度及び圧力の双方の検知のため使用される、１つの抵抗要素のみを備えるから、例えば、４ないし６つのワイヤーボンド部のみがあればよく、ウェハ６０２を結合するためのより多くの表面積をＳＳＳチップ２０４上に残すことができる。ウェハ６０２を結合することのできる、より大きい表面を提供することは、例えば、一回に４００といった、バッチ加工を可能にする。更に、ウェハ６０２は、ＳＳＳチップ２０４の表面積の全体を覆う必要はなく、このため、ピンをＳＳＳチップ２０４にワイヤーボンドするためのより広い面積が利用可能なままにされる。

更に、ウェハ６０２は、図７に示すように、ＳＳＳチップ２０４の回路側又は電気面に結合されてＳＳＳチップ２０４を使用し得るようにされた独創的な形態を提供する。例えば、ＳＳＳチップ２０４を使用すれば、現在の圧力センサダイと比較してダイ上における結合パッドは少なくなる。従って、ＳＳＳチップの設計は、ウェハ６０２とダイとの間の陽極的結合を許容し、ＳＳＳチップ２０４の回路側に真空基準値を形成することになる。このことは、例えば、センサの性能に対し殆ど影響を与えずに、バッチ加工又はより経済的な包装及び（又は）センサ組立体の加工を可能にするものである。

図６及び図７に示した形態を使用すれば、例えば、差圧、ゲージ圧又は絶対圧センサのような、任意の型式のセンサをＳＳＳチップ２０４にて形成することができる。１つの実施の形態において、圧力センサは、絶対圧センサであり、ウェハ６０２により取り囲まれた空間又は容積は、ウェハ６０２を密閉的に封止する前に、高い真空圧まで排気して絶対圧センサに対する真空基準値を確立することができる。このように、ＳＳＳチップ２０４の一側部に真空圧があり、反対側部に正圧力が加えられた状態にて、ＳＳＳチップ２０４は、差圧の作用として撓むであろう。一方、かかる撓みは、上述したように、検知した圧力及び温度に相応する出力電圧信号を発生させる。

ウェハ６０２とＳＳＳチップ２０４との間の密閉的封止は、絶対圧センサに対する真空基準値を提供し又は許容する。更に、シールは、ＳＳＳチップ２０４の作用可能な側又は回路側に対し環境から保護する機能を提供する。更に、密閉的シールは、ある期間、圧力センサの安定性を提供する。

例えば、ヘッダ６０４及びカバー６０６のようなセンサの包装体は、センサの用途に対応してステンレススチール、セラミック、プラスチック、アルミニウム又はその他のものとすることができる。センサの全体は、約１．９１ｃｍ（０．７５インチ）×１．９１ｃｍ（０．７５インチ）とし、従って、センサは、例えば、集積回路の用途にて使用することができる。センサは、同様にその他のサイズとすることが可能である。

図６及び図７に示したＳＳＳチップ２０４及び形態を使用すれば、ヘッダ６０４及びカバー６０６に対して選ばれた材料の型式による制限下にて、０ないし２０．６８４３Ｍｐａ（０ないし３０００ＰＳＩ）の範囲、又は６８．９４７６ないし１３７．８９５ＭＰａ（１０，０００ないし２０，０００ＰＳＩ）間にて圧力を検出することが可能であろう。

ＩＶ．結論
本明細書にて多数の実施の形態を説明したＳＳＳセンサは、典型的なホイートストーンブリッジセンサの複雑さを軽減し、圧力の感度を増し、また、オンチップ電圧を低くし、このことは、平均電力使用量を減少させ、また、例えば、圧力及び温度測定値間の熱勾配を減少させるため使用することができる。

更に、一例としての圧力センサハウジングの形態を使用すれば、チップ上に真空基準値が形成され、このため、密閉的包装体は不要である。例えば、密閉的シールのための溶接は不要であり、エポキシのようなその他の接着剤を使用することができる。

本出願は、ＳＳＳに対する半導体材料としてシリコンについて説明した。しかし、本出願は、シリコンにのみ限定されず、その他の半導体材料にも同様に適用されることを理解すべきである。更に、本出願を説明するため、一例として圧力及び温度センサを使用したが、本出願はその他の型式のセンサにも同様に適用される。

一例としての実施の形態を説明したが、当該技術分野の当業者は、本発明の範囲及び精神から逸脱せずに、変更を為すことが可能であることが理解されよう。この真の範囲及び精神は、上記に鑑みて解釈すべきである特許請求の範囲によって規定される。

圧力センサの１つの実施の形態を示す図である。方形をした単一のセンサ（ＳＳＳ）の１つの実施の形態を示す図である。方形をした単一のセンサ（ＳＳＳ）の１つの実施の形態を示す側面図である。ＳＳＳチップの拡大図解図の一例を示す図である。共通の検知要素を使用して圧力及び温度を測定する方法の一例の機能ブロックを示すフローチャートである。圧力センサの１つの実施の形態を示す図である。図６に示した圧力センサの別の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１００圧力センサ
１０２検知ダイ
１０４管
１０６ステンレススチールヘッダ
１０８ワイヤーボンド部
１１０金めっきしたピン
１１２ガラスシール
１１４溶接カバー
１１６ゲッタ
２００方形をした単一のセンサ／検知要素
２０２定電流源
２０４方形をした単一のシリコン（ＳＳＳ）センサチップ
２０６ＳＳＳ要素
２０８リード
２１０リード
２１２リード
２１４リード
２１６隔膜
２１８内端縁
２２０外端縁
３００隔膜
３０２隔膜３００の内端縁
３０４外端縁
３０６脚状部
３０８層
５００ブロック
５０２ブロック
５０４ブロック
５０６ブロック
５０８ブロック
６００圧力センサ
６０２ウェハ
６０３封止的結合部
６０４ヘッダ
６０５凹状部分
６０６カバー
６０８エポキシ
６１０パイレックス(登録商標)管のような管
６１２電気接点
６１６ワイヤーボンド部
６１８領域
６２０領域
６２２ワイヤーボンド部
６２４リード

Claims

センサであって、
電流の流れが検知ダイに対して接線方向であるとき接線方向抵抗を有し、また、電流の流れが検知ダイに対して半径方向であるとき半径方向抵抗を有する単一の検知ダイを備えており、
接線方向抵抗を横切る接線方向電圧および半径方向抵抗を横切る半径方向電圧を測定して前記単一の検知ダイに加えられる圧力の大きさを決定することができるようになされており、
凹状部分を有し且つ前記単一の検知ダイの面に結合されたウェハカバーにして、前記凹状部分内にて該ウェハカバーと前記単一の検知ダイとの間に真空圧シールを提供するウェハカバーをさらに備える、センサ。
請求項１に記載のセンサにおいて、前記ウェハカバーが、前記単一の検知ダイの面にして集積回路を含む面に結合されている、センサ。
請求項１に記載のセンサにおいて、前記ウェハカバーが、前記凹状部分が方形の前記単一の検知ダイの隔膜上に整合するようにして該単一の検知ダイと結合されている、センサ。
請求項１に記載のセンサにおいて、前記接線方向抵抗を横切る前記接線方向電圧および前記半径方向抵抗を横切る前記半径方向電圧を測定して前記単一の検知ダイの雰囲気温度の高さを決定することもできるようになされている、センサ。
請求項１に記載のセンサにおいて、
ヘッダと、
該ヘッダに連結されたヘッダカバーと、
をさらに備え、
前記単一の検知ダイと結合された前記ウェハカバーが、前記ヘッダと前記ヘッダカバーとの間に配置されている、センサ。
請求項５に記載のセンサにおいて、前記ヘッダカバーは前記ヘッダに対して密閉的に封止されてはいない、センサ。
請求項１に記載のセンサにおいて、前記ウェハカバーは前記単一の検知ダイに対して密閉的に結合されている、センサ。
請求項１に記載のセンサにおいて、管にして、そこを通過する圧力が検知されるところの、前記検知ダイと接続された管をさらに備える、センサ。
請求項１に記載のセンサにおいて、前記検知ダイから電気信号を受け取り得るように該検知ダイと連結された電気リードをさらに備える、センサ。
請求項１に記載のセンサにおいて、絶対圧センサである、センサ。