JP2014070962A - 圧力センサ素子 - Google Patents
圧力センサ素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014070962A JP2014070962A JP2012216246A JP2012216246A JP2014070962A JP 2014070962 A JP2014070962 A JP 2014070962A JP 2012216246 A JP2012216246 A JP 2012216246A JP 2012216246 A JP2012216246 A JP 2012216246A JP 2014070962 A JP2014070962 A JP 2014070962A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- pressure sensor
- substrate
- sensor element
- metal wiring
- 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
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
【解決手段】本発明の圧力センサ素子は、半導体からなる矩形状の基板、前記基板の一面において、薄板化された領域からなる、矩形状のダイアフラム部、前記ダイアフラム部に配された抵抗部、及び、前記基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記抵抗部と電気的に接続された複数の第一導電部、を少なくとも備える。前記4つの抵抗部は、前記ダイアフラム部上に形成された金属配線を介してホイートストンブリッジ回路を構成するように接続されており、前記金属配線は、前記ダイアフラム部の1つのコーナー(角部)を作る(なす)二辺と交差して形成されるとともに、前記ダイアフラム部上における前記金属配線および前記抵抗部は、前記ダイアフラム部の中心に対して、点対称かつ線対称となるように形成されている。
【選択図】図1
Description
本発明の請求項2に記載の圧力センサ素子は、請求項1において、前記外周域のうち、前記基板の一辺に沿った領域に、前記第一導電部が集合して配されていること、を特徴とする。
本発明の請求項3に記載の圧力センサ素子は、請求項2において、前記第一導電部が集合してなる前記基板の一辺に沿った領域は、他の三辺の領域に比べて広い面積を有すること、を特徴とする。
図1に示すように、本発明の圧力センサ素子1A(1)は、半導体からなる矩形状の基板2、前記基板2の薄板化された領域からなり、矩形状のダイアフラム部7、前記ダイアフラム部7に配された抵抗部R1〜R4、及び、前記基板2の一面において、前記ダイアフラム部7を除いた外周域に配され、前記抵抗部R1〜R4と電気的に接続された複数の第一導電部9A、を少なくとも備える。
抵抗部R1〜R4は、ダイアフラム部7に加わる圧力変動を検出する検出回路(ストレンゲージ)を構成するものであり、金属配線9Aを介して、いわゆるホイートストンブリッジ回路を構成するよう互いが接続されている。それぞれの抵抗部R1〜R4は、ダイアフラム部7を除いた外周域βに配された第一導電部10(ワイヤボンディング用金属パッド)までを、金属配線9Aから延設した配線部9Bによって電気的に接続されている。
ここで、「点対称かつ線対称となるレイアウト」とは、抵抗部R1〜R4と金属配線9Aが、ダイアフラム部7の中心に対して、完全に点対称かつ線対称であることを意味するのではなく、本発明の作用効果を得ることができる程度の対称性ズレは許容可能であることを意味する。
第二絶縁層11は、抵抗部R1〜R4の外気との接触を遮断するため、抵抗部R1〜R4の耐食性を向上させるとともに、抵抗部R1〜R4が空間部5(圧力基準室)を介さずに、直接、外部から受ける機械的な影響による圧力センサ素子の特性変動を抑制する効果も奏する。
第一導電部10を、基板2の一辺に沿った領域β1に集合させることで、導電部をよりダイアフラム部7側に寄せる構造とすることが可能となる。これにより、ダイアフラム部7におけるデッドスペースを少なくすることができる。
これにより、第一導電部10をよりダイアフラム部7側に寄せる構造とすることが可能となる。これにより、ダイアフラム部7におけるデッドスペースを少なくすることができる。
第一導電部10を、基板2の一辺に沿った領域β1に集合させることで、第一導電部10が配置されていない辺にも空きスペースができるため、その領域β2に印字部12を配することで、空きスベースを有効活用することができる。この印字部12としては、例えば、レーザマーカ等によるチップ識別のための印字部12が挙げられる。
第一導電部10を、基板2の一辺に沿った領域β1に集合させることで、第一導電部10が配置されていない辺にも空きスペースができるため、その領域β2に検査用の第二導電部13を配することで、空きスベースを有効活用することができる。この第二導電部13としては、例えば、PNジャンクションの検査用パッド等が挙げられる。
図3は、本発明に係る圧力センサ素子の第二実施形態を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。図3は、図1と比べて、ダイアフラム部7の四つの角部になるべく距離が近い位置でダイアフラム部7の2辺と金属配線9Aとが交差するように構成した例である。
図4は、本発明に係る圧力センサ素子の第三実施形態を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。図4は、図1及び図3の構成において金属配線9Aが備える屈曲部を持たず、ダイアフラム部7の四つの角部を金属配線8が斜めに横断するように構成した例である。
図2や図3に示すように、ダイアフラム部7の四つの角部になるべく距離が近い位置でダイアフラム部7の2辺と金属配線9Aとが交差するように配置した例と、頂点から離れた位置に金属配線9Aを形成した例(例えば図1)とを比較した場合、ダイアフラム部7の四つの角部に近い位置の方が、圧力によるダイアフラム部7の変移量が少ないため、繰り返し圧力印加等への耐性が向上する。ゆえに、図3又は図4に示す構成は、ダイアフラム部7の変移の影響を受けにくいので、より好ましい。
図5は、圧力センサ素子について、金属配線9Aとダイアフラム部7との位置関係を示す平面図である。
金属配線9Aは、ダイアフラム部7の二辺に対し、それぞれ直交している。そして、金属配線8がダイアフラム部8の辺と交差する箇所8aについて、ダイアフラム部7の角部7aからの距離(L2)の、ダイアフラム部の辺の長さ(L1)に対する割合(%)と、抵抗部に加わる応力との関係についてシミュレーションを行った。
このような圧力センサ素子を、常温(例えば22℃)から、150℃まで上昇させた場合に、圧力センサ素子を構成する各部材の熱膨張率の違いにより、抵抗部に加わる応力を計算した。金属配線とダイアフラム部との交差箇所(L2/L1)を変えて、その場合についてもそれぞれ計算した。その結果を図5に示す。
図6から明らかなように、金属配線とダイアフラム部との交差箇所(L2/L1)が、0〜8%の範囲では、抵抗部に加わる応力は0〜0.3Mpaであり、極めて小さく抑えられる。その後、(L2/L1)が8%を超えると、応力は緩やかに増加していくが、40%を超えると応力は急激に増大する傾向を示した。
したがって、ダイアフラム部のコーナー(角部)から、辺の長さに対し10%以下、好ましくは8%以下の箇所で、ダイアフラム部7の2辺と金属配線9Aとが交差するように形成することがわかった。このように設計すれば、抵抗部に加わる応力を最小限に抑えつつ、ダイアフラム部におけるデッドスペースの削減も図ることが可能となる。
図7から明らかなように、金属配線とダイアフラム部との交差箇所(L2/L1)が、0〜12%の範囲では、抵抗部に加わる応力は0〜0.3Mpaであり、極めて小さく抑えられる。その後、(L2/L1)が12%を超えると、応力は緩やかに増加していくが、25%を超えると応力は急激に増大する傾向を示した。
したがって、ダイアフラム部のコーナー(角部)から、辺の長さに対し12%以下、好ましくは7%以下の箇所で、ダイアフラム部7の2辺と金属配線9Aとが交差するように形成することがわかった。このように設計すれば、抵抗部に加わる応力を最小限に抑えつつ、ダイアフラム部におけるデッドスペースの削減も図ることが可能となる。
図8から、図6と図7の結果は同様の傾向を示すことが分かる。ただし、(L2/L1)が25%以下の範囲で比較した場合、図6の構成より、図7の構成とした方が好ましいことが分かった。逆に、(L2/L1)が25%を超える範囲で設計せざるを得ない場合には、図7の構成より、図6の構成を採用した方が好ましいことも明らかになった。
図9〜図18は、圧力センサ素子1A(1)の製造工程を示す断面図である。
まず、例えばN型シリコンなどの半導体からなる第二基板4の一面4cにおいて、中央域αに凹部4aを形成する。凹部4aは、例えばDRIE(Deep-Reactive Ion Etching) 法によりエッチングすることで形成することができる。DRIE法とは、エッチングガスに六フッ化硫黄(SF6)を用い、高密度プラズマによるエッチングと、側壁へのパッシベーション成膜を交互に行うことにより(Bosch プロセス)、第二基板4を深堀エッチングするものである。なお、凹部4aを形成する方法はDRIE法に限定されるものではなく、RIE法を用いても良いし、酸やアルカリ等の溶液を用いたウェットエッチング、サンドブラスト、レーザ等の物理的加工も可能である。
さらに図11に示すように、フォトリソグラフィとエッチングを用いて、必要箇所に開口部6aを形成する。エッチングはウェットエッチングまたはドライエッチングによる。
次に、図13に示すように、マスク材料15をフォトリソグラフィによりパターニングする。マスク材料15はフォトレジストなどを使用する。
特にこのとき、金属配線9Aを、ダイアフラム部7の1つのコーナー(角部)を作る(なす)二辺と交差して形成される。さらに、ダイアフラム部7上においてはダイアフラム部7の中心に対して、抵抗部R1〜R4のと、金属配線9Aとが点対称かつ線対称となるレイアウトとなるように形成する。これにより、ダイアフラム部7上の応力分布が均等化され、金属配線9Aがダイアフラム部7上の抵抗部R1〜R4に与える影響を軽減することができる。
そして、図15に示すように、マスク材料15を除去する。
次に、図18に示すように、フォトリソグラフィとエッチングを用いて金属層16をパターニングし、配線部9B及び第一導電部10を形成する。
このとき、外周域βのうち、基板2の一辺に沿った領域β1に、第一導電部10を集合して形成することにより、ダイアフラム部7におけるデッドスペースを少なくすることができる。
Claims (3)
- 半導体からなる矩形状の基板、
前記基板の一面において、薄板化された領域からなる、矩形状のダイアフラム部、
前記ダイアフラム部に配された抵抗部、及び、
前記基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記抵抗部と電気的に接続された複数の第一導電部、を少なくとも備えた圧力センサ素子であって、
前記4つの抵抗部は、前記ダイアフラム部上に形成された金属配線を介してホイートストンブリッジ回路を構成するように接続されており、
前記金属配線は、前記ダイアフラム部の1つのコーナー(角部)を作る(なす)二辺と交差して形成されるとともに、前記ダイアフラム部上における前記金属配線および前記抵抗部は、前記ダイアフラム部の中心に対して、点対称かつ線対称となるように形成されていること、を特徴とする圧力センサ素子。 - 前記外周域のうち、前記基板の一辺に沿った領域に、前記第一導電部が集合して配されていること、を特徴とする請求項1に記載の圧力センサ素子。
- 前記第一導電部が集合してなる前記基板の一辺に沿った領域は、他の三辺の領域に比べて広い面積を有すること、を特徴とする請求項2に記載の圧力センサ素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012216246A JP5941808B2 (ja) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | 圧力センサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012216246A JP5941808B2 (ja) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | 圧力センサ素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014070962A true JP2014070962A (ja) | 2014-04-21 |
JP5941808B2 JP5941808B2 (ja) | 2016-06-29 |
Family
ID=50746309
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012216246A Expired - Fee Related JP5941808B2 (ja) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | 圧力センサ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5941808B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI583931B (zh) * | 2016-02-02 | 2017-05-21 | Asia Pacific Microsystems Inc | Miniature piezoresistive pressure sensor |
CN114705359A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-05 | 国机传感科技有限公司 | 一种硅压阻式压力传感器补偿测试系统及测试方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009069030A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Mitsubishi Electric Corp | 圧力検出素子 |
WO2010055734A1 (ja) * | 2008-11-17 | 2010-05-20 | アルプス電気株式会社 | 半導体圧力センサ |
JP5002468B2 (ja) * | 2008-01-28 | 2012-08-15 | パナソニック株式会社 | 半導体圧力センサ |
-
2012
- 2012-09-28 JP JP2012216246A patent/JP5941808B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009069030A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Mitsubishi Electric Corp | 圧力検出素子 |
JP5002468B2 (ja) * | 2008-01-28 | 2012-08-15 | パナソニック株式会社 | 半導体圧力センサ |
WO2010055734A1 (ja) * | 2008-11-17 | 2010-05-20 | アルプス電気株式会社 | 半導体圧力センサ |
JP5220866B2 (ja) * | 2008-11-17 | 2013-06-26 | アルプス電気株式会社 | 半導体圧力センサ |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI583931B (zh) * | 2016-02-02 | 2017-05-21 | Asia Pacific Microsystems Inc | Miniature piezoresistive pressure sensor |
US10156489B2 (en) * | 2016-02-02 | 2018-12-18 | Asia Pacific Microsystems, Inc. | Piezoresistive pressure sensor |
CN114705359A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-05 | 国机传感科技有限公司 | 一种硅压阻式压力传感器补偿测试系统及测试方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5941808B2 (ja) | 2016-06-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8671765B2 (en) | Pressure sensor having a diaphragm | |
JP5227729B2 (ja) | 圧力センサ | |
US7051595B2 (en) | Monolithic multi-functional integrated sensor and method for fabricating the same | |
JP5286153B2 (ja) | 圧力センサの製造方法 | |
JP2006201041A (ja) | 加速度センサ | |
JP5227730B2 (ja) | 圧力センサ | |
US8522619B2 (en) | Pressure sensor | |
JP2008215892A (ja) | 圧力センサ | |
US20100314701A1 (en) | Pressure sensor and manufacturing method thereof | |
CN105668500B (zh) | 一种高灵敏度宽量程力传感器及其制造方法 | |
JP4589605B2 (ja) | 半導体多軸加速度センサ | |
JP5941808B2 (ja) | 圧力センサ素子 | |
US20110001199A1 (en) | Pressure sensor and pressure sensor manufacturing method | |
JP2010256234A (ja) | 加速度センサ | |
JP3938199B1 (ja) | ウェハレベルパッケージ構造体およびセンサ装置 | |
TWI593948B (zh) | 具有複合腔體的壓力感測器及其製造方法 | |
JP5899939B2 (ja) | 半導体圧力センサ、及び、その製造方法 | |
JP2010032389A (ja) | 物理量センサ及びその製造方法 | |
JP2011102775A (ja) | 半導体圧力センサおよびその製造方法 | |
JP4000169B2 (ja) | チップサイズパッケージ | |
JP5023558B2 (ja) | 加速度センサおよびその製造方法 | |
JP2009049026A (ja) | 半導体圧力センサ | |
JP2006300904A (ja) | 物理量センサ | |
JP4200911B2 (ja) | 圧力センサの製造方法 | |
JP2015114233A (ja) | 半導体圧力センサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150522 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160202 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160404 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160426 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160523 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5941808 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |