JP2018128414A - Semiconductor device and design method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of improving the measurement sensitivity while preventing damages on the semiconductor base plate, a laminated body on the semiconductor base plate or peeling from a housing when disposed on a measuring object, and a design method of semiconductor device.SOLUTION: The semiconductor device includes: a semiconductor base plate 12; a first electrode 20-1 formed on the semiconductor base plate 12, which outputs input measuring signal as an input signal; and a second electrode 20-2 formed on the semiconductor base plate 12, to which an input signal output from the first electrode 20-1 is input and which outputs the input signal as an output signal. Each of the first electrode 20-1 and the second electrode 20-2 has a second side which faces a first side and forms an acute angle between the first side and the second side.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の設計方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a semiconductor device design method.

半導体装置の一例として、測定対象である土壌の電気伝導度(Electrical Conductivity:EC)から土壌中の水分量を測定するセンサ(以下、「ECセンサ」)が知られている。ECセンサは、土壌に接触させた二つの電極間に交流信号を印加し、例えば二つの電極間のインピーダンスの変化と位相の変化から土壌中の水分量を測定する。   As an example of a semiconductor device, a sensor (hereinafter referred to as “EC sensor”) that measures the amount of water in soil from the electrical conductivity (EC) of the soil that is the measurement target is known. The EC sensor applies an AC signal between two electrodes brought into contact with soil, and measures the amount of water in the soil from, for example, a change in impedance and a change in phase between the two electrodes.

ECセンサとしての機能を備えた半導体装置の従来技術として、特許文献1には、溶液と当接してpH値を測定するpH測定部と、pH測定部の直上部位の電気伝導度を検出する電気伝導度測定部(ECセンサに相当)と、pH測定部近傍の温度を検出する温度測定部とを備え、測定されたpH値、電気伝導度および温度に基づき、溶液のpH値を検出するpH検出装置であって、pH測定部、電気伝導度測定部および温度測定部を同一の半導体基板上に配置させたpH検出装置が開示されている。   As a prior art of a semiconductor device having a function as an EC sensor, Patent Document 1 discloses a pH measurement unit that comes into contact with a solution and measures a pH value, and an electric current that detects the electrical conductivity of a portion immediately above the pH measurement unit. PH which detects the pH value of a solution based on the measured pH value, electrical conductivity and temperature, comprising a conductivity measuring unit (equivalent to an EC sensor) and a temperature measuring unit for detecting the temperature in the vicinity of the pH measuring unit There is disclosed a detection device, a pH detection device in which a pH measurement unit, an electrical conductivity measurement unit, and a temperature measurement unit are arranged on the same semiconductor substrate.

特許文献1では、ECセンサの電極対を、pH測定部を両側から挟む位置に配置している。このことにより、特許文献1に係るpH検出装置では、pH測定部上の溶液が電気伝導度測定部の電極対に確実に接することになるので、電気伝導度測定部の出力から、pH測定部が液滴に当接しているか否かを特定することができ、その結果pH検出装置の測定精度が向上するとしている。   In patent document 1, the electrode pair of EC sensor is arrange | positioned in the position which pinches | interposes a pH measurement part from both sides. Thus, in the pH detection device according to Patent Document 1, since the solution on the pH measurement unit is surely in contact with the electrode pair of the electrical conductivity measurement unit, the pH measurement unit is obtained from the output of the electrical conductivity measurement unit. It can be determined whether or not the liquid is in contact with the droplet, and as a result, the measurement accuracy of the pH detector is improved.

特開2008−39523号公報JP 2008-39523 A

しかしながら、半導体装置の半導体基板、あるいは半導体基板上に形成される半導体の積層体は極めて脆弱である。このため、例えばECセンサを土壌中に埋設する際に、半導体基板に割れ、欠け等を生じる可能性がある。また、半導体基板上に形成される積層体が破損した場合には、ECセンサの機能を十分に果たさなくなる恐れがある。さらに、半導体自体が筐体から剥離するという不具合を生じる場合もある。そのため、ECセンサとしての半導体装置においては、電気伝導度の測定に際し直接土壌に接する電極(以下、「センサ電極」)に対する配慮が重要である。特許文献1に係るpH検出装置ではかかる点について特に検討されていないので、測定対象へ接触させて配置する際に破損を生ずる可能性がある。   However, a semiconductor substrate of a semiconductor device or a semiconductor laminate formed on the semiconductor substrate is extremely fragile. For this reason, for example, when the EC sensor is embedded in the soil, the semiconductor substrate may be cracked or chipped. Moreover, when the laminated body formed on a semiconductor substrate is damaged, there is a possibility that the function of the EC sensor may not be performed sufficiently. Further, there may be a problem that the semiconductor itself is peeled off from the housing. Therefore, in a semiconductor device as an EC sensor, it is important to consider an electrode (hereinafter referred to as a “sensor electrode”) that is in direct contact with soil when measuring electrical conductivity. In the pH detection device according to Patent Document 1, such a point is not particularly studied, so that there is a possibility that damage may occur when the device is placed in contact with the measurement target.

一方、センサ電極の形状、大きさ等はECセンサの測定感度を決定付ける要因となり得る。従って、ECセンサの電極について検討する際には測定感度の維持、向上についても併せて検討する必要がある。   On the other hand, the shape and size of the sensor electrode can be a factor that determines the measurement sensitivity of the EC sensor. Therefore, when examining the electrodes of the EC sensor, it is necessary to consider the maintenance and improvement of measurement sensitivity.

さらに、センサ電極の検討に際しては、電気二重層の問題にも配慮する必要がある。電気二重層とは、一般に固体に挟まれた液体からなる系において、固体と液体の界面に形成される正負の電荷の層をいう。ECセンサにおいても液体の電気伝導度を測定する際には、程度の差はあっても、電極と測定対象としての液体との界面に電気二重層が形成される。この電気二重層はコンデンサとして機能するため、液体の電気伝導度測定において、測定周波数等に影響を与え、測定精度の低下をもたらす場合もある。   Furthermore, when examining the sensor electrode, it is necessary to consider the problem of the electric double layer. The electric double layer generally refers to a layer of positive and negative charges formed at the interface between a solid and a liquid in a system composed of a liquid sandwiched between solids. Even in the EC sensor, when measuring the electrical conductivity of the liquid, an electric double layer is formed at the interface between the electrode and the liquid to be measured, although there is a difference in degree. Since this electric double layer functions as a capacitor, in measuring the electrical conductivity of the liquid, it may affect the measurement frequency and the like, leading to a decrease in measurement accuracy.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、測定対象に対して配置させる場合において、半導体基板および半導体基板上の積層体へのダメージ、あるいは筐体からの剥離等の損傷を抑制するとともに、測定感度の向上が可能な半導体装置および半導体装置の設計方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and suppresses damage to the semiconductor substrate and the laminate on the semiconductor substrate, or damage such as peeling from the housing, in the case of arranging the measurement object. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a semiconductor device design method capable of improving measurement sensitivity.

本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられるとともに、入力された測定用信号を入力信号として出力する第1の電極と、前記半導体基板上に設けられるとともに、前記第1の電極から出力された前記入力信号が入力されかつ前記入力信号を出力信号として出力する第2の電極と、を含み、前記第1の電極および前記第2の電極の各々は、各々が備える第1の辺によって対向するとともに前記第1の辺と鋭角をなす第2の辺を備えるものである。   The semiconductor device according to the present invention is provided on the semiconductor substrate, the first electrode for outputting the input measurement signal as an input signal, the first electrode provided on the semiconductor substrate, and the first electrode. A second electrode that receives the input signal output from one electrode and outputs the input signal as an output signal, and each of the first electrode and the second electrode includes The second side is opposed to the first side and forms an acute angle with the first side.

また、本発明に係る他の態様の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられるとともに、入力された測定用信号を入力信号として出力する第1の電極と、前記半導体基板上に設けられるとともに、前記第1の電極から出力された前記入力信号が入力されかつ前記入力信号を出力信号として出力する第2の電極と、を含み、前記第1の電極および前記第2の電極の各々は、予め定められた角度で交差する前記半導体基板の2辺の各々と平行な第1の辺および第2の辺、並びに前記第1の辺および前記第2の辺の各々と平行な第3の辺および第4の辺を備えるものである   A semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a first electrode that is provided on the semiconductor substrate, and that outputs an input measurement signal as an input signal, and the semiconductor substrate. And a second electrode that receives the input signal output from the first electrode and outputs the input signal as an output signal, and includes the first electrode and the second electrode. Each of the first side and the second side parallel to each of the two sides of the semiconductor substrate intersecting at a predetermined angle, and the first side and the second side parallel to each of the first side and the second side, respectively. With 3 sides and 4th side

一方、本発明に係る半導体装置の設計方法は、半導体装置を搭載したセンサの土壌への埋設方向を決定するステップと、前記埋設方向と平行な第1の辺、および前記埋設方向に対して鋭角をなす第2の辺を備えたセンサ電極をレイアウトするステップと、を含むものである。   On the other hand, the method for designing a semiconductor device according to the present invention includes a step of determining a direction in which a sensor equipped with a semiconductor device is embedded in soil, a first side parallel to the direction of embedding, and an acute angle with respect to the direction of embedding. Laying out a sensor electrode having a second side forming the following.

本発明によれば、測定対象に対して配置させる場合において、半導体基板および半導体基板上の積層体へのダメージ、あるいは筐体からの剥離等の損傷を抑制するとともに、測定感度の向上が可能な半導体装置および半導体装置の設計方法が提供される、という効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to suppress damage to the semiconductor substrate and the stacked body on the semiconductor substrate, or damage such as peeling from the housing, and improve measurement sensitivity when arranged on the measurement target. The semiconductor device and the method for designing the semiconductor device are provided.

(a)は本実施の形態に係るECセンサの概観図、(b)は本実施の形態に係る半導体装置の平面図、(c)は断面図である。(A) is an overview of the EC sensor according to the present embodiment, (b) is a plan view of the semiconductor device according to the present embodiment, and (c) is a cross-sectional view. (a)は本実施の形態に係るECセンサの作用を説明する概観図、(b)は本実施の形態に係る半導体装置の作用を説明する断面図、(c)は平面図である。(A) is a general-view figure explaining the effect | action of the EC sensor which concerns on this Embodiment, (b) is sectional drawing explaining the effect | action of the semiconductor device which concerns on this Embodiment, (c) is a top view. 実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に係る半導体装置のバリエーションを示す平面図である。It is a top view which shows the variation of the semiconductor device which concerns on embodiment. (a)、(c)〜(e)は実施の形態に係る半導体装置のEC電極の構成の一例を示す平面図、(b)は、本実施の形態に係るEC電極の作用を説明する断面図である。(A), (c)-(e) is a top view which shows an example of a structure of EC electrode of the semiconductor device which concerns on embodiment, (b) is a cross section explaining the effect | action of EC electrode which concerns on this Embodiment FIG. 本実施の形態に係るEC電極の効果を説明するグラフである。It is a graph explaining the effect of the EC electrode which concerns on this Embodiment. (a)は比較例に係るECセンサの概観図、(b)は比較例に係る半導体装置の平面図、(c)は断面図である。(A) is an overview of an EC sensor according to a comparative example, (b) is a plan view of a semiconductor device according to the comparative example, and (c) is a cross-sectional view. (a)は比較例に係るECセンサの作用を説明する概観図、(b)は比較例に係る半導体装置の作用を説明する断面図、(c)は平面図である。(A) is a general-view figure explaining the effect | action of the EC sensor which concerns on a comparative example, (b) is sectional drawing explaining the effect | action of the semiconductor device which concerns on a comparative example, (c) is a top view. (a)および(b)は、比較例に係るECセンサのセンサ電極剥離を説明する図、(c)および(d)は保護層欠損を説明する図である。(A) And (b) is a figure explaining the sensor electrode peeling of the EC sensor which concerns on a comparative example, (c) And (d) is a figure explaining a protective layer defect | deletion.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1ないし図6を参照して、本実施の形態に係る半導体装置および半導体装置の設計方法について説明する。なお、以下では、電気伝導度の測定対象として土壌を例示し説明する。   With reference to FIGS. 1 to 6, a semiconductor device and a method for designing the semiconductor device according to the present embodiment will be described. Hereinafter, soil will be exemplified and described as a measurement target of electrical conductivity.

まず図1を参照し、本実施の形態に係るECセンサ、ECセンサチップとしての半導体装置、および半導体装置の設計方法について説明する。図1(a)は本実施の形態に係るECセンサ1の概観図、図1(b)は本実施の形態に係る半導体装置10の平面図、図1(c)は図1(b)に示すA−A線で切断した半導体装置10の断面図である。   First, an EC sensor, a semiconductor device as an EC sensor chip, and a semiconductor device design method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1A is an overview of the EC sensor 1 according to the present embodiment, FIG. 1B is a plan view of the semiconductor device 10 according to the present embodiment, and FIG. 1C is FIG. It is sectional drawing of the semiconductor device 10 cut | disconnected by the AA line shown.

図1(a)に示すように、ECセンサ1は、筐体2および半導体装置10を備えている。半導体装置10は筐体内に配置された実装基板(図示省略)に搭載されるとともに、筐体2の一部に設けられた窓(開口部)から露出するように配置されている。そして、ECセンサ1を用いた土壌の電気伝導度の測定に際しては、半導体装置10を含む筐体2の一部を土壌中に埋設させる。   As shown in FIG. 1A, the EC sensor 1 includes a housing 2 and a semiconductor device 10. The semiconductor device 10 is mounted on a mounting substrate (not shown) disposed in the housing, and is disposed so as to be exposed from a window (opening) provided in a part of the housing 2. Then, when measuring the electrical conductivity of the soil using the EC sensor 1, a part of the housing 2 including the semiconductor device 10 is embedded in the soil.

図1(b)に示すように、半導体装置10は、1対のセンサ電極20−1、20−2(以下、総称する場合は「センサ電極20」)、pHセンサ22、および温度センサ24を備えている。   As shown in FIG. 1B, the semiconductor device 10 includes a pair of sensor electrodes 20-1 and 20-2 (hereinafter collectively referred to as “sensor electrode 20”), a pH sensor 22, and a temperature sensor 24. I have.

センサ電極20は電気伝導度を測定するための電極であり、測定に際しては1対のセンサ電極20−1、20−2の各々を土壌の異なる部分と接触させ、センサ電極20−1、20−2を介して土壌の例えばインピーダンスを測定する。本実施の形態では1対のセンサ電極20の各々は略直角三角形の形状をなし、半導体装置10の基板12の相対する頂点に、互いが対向する辺を有するように配置されている。   The sensor electrode 20 is an electrode for measuring electrical conductivity, and in the measurement, each of the pair of sensor electrodes 20-1 and 20-2 is brought into contact with a different part of the soil, so that the sensor electrodes 20-1 and 20- For example, the impedance of the soil is measured via 2. In the present embodiment, each of the pair of sensor electrodes 20 has a substantially right triangle shape, and is arranged at opposite vertices of the substrate 12 of the semiconductor device 10 so as to have opposite sides.

pHセンサ22は、センサ電極20の接した土壌の近傍のpHを測定する部位である。また、温度センサ24はセンサ電極20の接した土壌の近傍の温度を測定する部位である。本実施の形態では、pHセンサ22および温度センサ24を2組用い、2組のpHセンサ22および温度センサ24の各々を基板12の他の相対する頂点の位置に配置している。一方、2組のpHセンサ22および温度センサ24の各々は、センサ電極20−1とセンサ電極20−2との間の領域には配置されていない。なお、pHセンサ22および温度センサ24を2組用いるのは、主として、測定精度をより高めるためである。   The pH sensor 22 is a part that measures the pH in the vicinity of the soil in contact with the sensor electrode 20. The temperature sensor 24 is a part that measures the temperature in the vicinity of the soil in contact with the sensor electrode 20. In the present embodiment, two sets of pH sensors 22 and temperature sensors 24 are used, and each of the two sets of pH sensors 22 and temperature sensors 24 is arranged at the position of the other opposite vertex of the substrate 12. On the other hand, each of the two sets of the pH sensor 22 and the temperature sensor 24 is not disposed in a region between the sensor electrode 20-1 and the sensor electrode 20-2. The reason why two sets of the pH sensor 22 and the temperature sensor 24 are used is mainly to increase the measurement accuracy.

一方、断面でみると、半導体装置10は図1(c)に示すように、基板12、基板12上に形成された絶縁層14、絶縁層14上に形成されたセンサ電極用配線16、センサ電極用配線16上に形成されたセンサ電極20(図1(c)ではセンサ電極20−1が見えている)、絶縁層14上に形成されセンサ電極用配線16の一部を覆う表面保護膜18を含んで構成されている。センサ電極用配線16は、センサ電極20と、センサ電極20を外部(交流信号源、電流計等の測定系)と接続するためのパッド(図示省略)との間等を接続するための配線層である。   On the other hand, when viewed in cross section, the semiconductor device 10 includes a substrate 12, an insulating layer 14 formed on the substrate 12, a sensor electrode wiring 16 formed on the insulating layer 14, and a sensor, as shown in FIG. Sensor electrode 20 formed on electrode wiring 16 (sensor electrode 20-1 is visible in FIG. 1C), surface protective film formed on insulating layer 14 and covering part of sensor electrode wiring 16 18 is comprised. The sensor electrode wiring 16 is a wiring layer for connecting between the sensor electrode 20 and a pad (not shown) for connecting the sensor electrode 20 to the outside (measurement system such as an AC signal source and an ammeter). It is.

本実施の形態に係る半導体装置10では、基板12として例えばシリコン(Si)が用いられる。また、絶縁層14としては、例えばSiによる基板12を熱酸化して形成したシリコン酸化膜(SiO膜)が用いられる。 In the semiconductor device 10 according to the present embodiment, for example, silicon (Si) is used as the substrate 12. As the insulating layer 14, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) formed by thermally oxidizing the substrate 12 made of Si is used.

一方、本実施の形態に係る半導体装置10では、センサ電極用配線16として例えばアルミニウム(Al)、あるいはAlCu(アルミニウム・銅)、AlSiCu(アルミニウム・シリコン・銅)が用いられ、センサ電極20としては例えば白金(Pt)が用いられる。また、絶縁層14とセンサ電極用配線16との間にはバリアメタル(密着層)26−1が、センサ電極用配線16とセンサ電極20との間にはバリアメタル26−2が、各々設けられる場合もある。バリアメタル26−1、26−2としては、例えばチタン(Ti)膜、あるいは窒素チタン(TiN)膜が用いられる。   On the other hand, in the semiconductor device 10 according to the present embodiment, for example, aluminum (Al), AlCu (aluminum / copper), or AlSiCu (aluminum / silicon / copper) is used as the sensor electrode wiring 16. For example, platinum (Pt) is used. Further, a barrier metal (adhesion layer) 26-1 is provided between the insulating layer 14 and the sensor electrode wiring 16, and a barrier metal 26-2 is provided between the sensor electrode wiring 16 and the sensor electrode 20. Sometimes. For example, a titanium (Ti) film or a nitrogen titanium (TiN) film is used as the barrier metals 26-1 and 26-2.

ここで、図7ないし図9を参照して、比較例に係るECセンサを用いた場合の測定に際するECセンサの破損について説明する。   Here, with reference to FIG. 7 thru | or FIG. 9, the failure | damage of the EC sensor in the case of using the EC sensor which concerns on a comparative example is demonstrated.

図7(a)は比較例に係るECセンサ100の概観図、図7(b)は比較例に係る半導体装置110の平面図、図7(c)は図7(b)に示すB−B線で切断した半導体装置110の断面図である。   7A is an overview of the EC sensor 100 according to the comparative example, FIG. 7B is a plan view of the semiconductor device 110 according to the comparative example, and FIG. 7C is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. It is sectional drawing of the semiconductor device 110 cut | disconnected by the line.

図7(a)に示すように、ECセンサ100は筐体102、半導体装置110を備え、外観は本実施の形態にかかるECセンサ1と同様である。   As shown in FIG. 7A, the EC sensor 100 includes a housing 102 and a semiconductor device 110, and the appearance is the same as that of the EC sensor 1 according to the present embodiment.

一方、比較例に係る半導体装置110は半導体装置10とは異なり、図7(b)に示すように、基板112の相対する2辺に平行に配置された長方形のセンサ電極120の対を備えている。   On the other hand, unlike the semiconductor device 10, the semiconductor device 110 according to the comparative example includes a pair of rectangular sensor electrodes 120 arranged in parallel with two opposite sides of the substrate 112 as shown in FIG. Yes.

図7(c)に示すように、半導体装置110の断面構造は半導体装置10と同様である。すなわち、基板112、基板112上に形成された絶縁層114、絶縁層114上に形成されたセンサ電極用配線116、センサ電極用配線116上に形成されたセンサ電極120、絶縁層114上に形成されセンサ電極用配線116の一部を覆う表面保護膜118を含んで構成されている。   As shown in FIG. 7C, the cross-sectional structure of the semiconductor device 110 is the same as that of the semiconductor device 10. That is, the substrate 112, the insulating layer 114 formed on the substrate 112, the sensor electrode wiring 116 formed on the insulating layer 114, the sensor electrode 120 formed on the sensor electrode wiring 116, and the insulating layer 114 are formed. A surface protective film 118 covering a part of the sensor electrode wiring 116 is included.

次に、図8を参照して、ECセンサ100および半導体装置110の、土壌の電気伝導度を測定する際の作用について説明する。図8(a)に示すように、土壌の電気伝導度の測定に際し、ECセンサ100は白抜き矢印で示す方向D1に向けて土壌に差し込まれる。埋設領域SAは、ECセンサ100の差し込みに際し、埋設される部分を示している。この状態において、センサ電極120を土壌に接触させ、土壌中の例えば水分量が測定される。   Next, with reference to FIG. 8, the effect | action at the time of measuring the electrical conductivity of soil of EC sensor 100 and the semiconductor device 110 is demonstrated. As shown in FIG. 8A, when measuring the electrical conductivity of the soil, the EC sensor 100 is inserted into the soil in a direction D1 indicated by a white arrow. The embedded area SA indicates a portion embedded when the EC sensor 100 is inserted. In this state, the sensor electrode 120 is brought into contact with the soil, and for example, the amount of water in the soil is measured.

一方、ECセンサに100の埋設に伴い、図8(b)に示すように、半導体装置110も方向D1に向けて土壌中に進入するので、相対的に方向D2から土壌が押し寄せる。この状態を平面方向から見ると図8(c)のようになる。すなわち、基板112の、ECセンサ100の差し込み方向D1と直交する方向の1辺である領域A1、およびセンサ電極120の各々の方向D1と直交する方向の辺である領域A2が押し寄せる土壌Sと対向する。半導体装置110の基板112、センサ電極120、表面保護膜118、つまり半導体装置110の積層体は方向D2と垂直な段差面を有するため、押し寄せる土壌Sに押し付けられ損傷を受ける可能性がある。   On the other hand, as 100 is embedded in the EC sensor, as shown in FIG. 8B, the semiconductor device 110 also enters the soil in the direction D1, so that the soil is relatively pushed from the direction D2. When this state is viewed from the plane direction, it is as shown in FIG. In other words, the region A1 which is one side in a direction orthogonal to the insertion direction D1 of the EC sensor 100 and the region S2 which is a side in a direction orthogonal to each direction D1 of the sensor electrode 120 of the substrate 112 are opposed to the soil S. To do. Since the substrate 112, the sensor electrode 120, and the surface protective film 118 of the semiconductor device 110, that is, the stacked body of the semiconductor device 110, have a step surface perpendicular to the direction D2, there is a possibility that the substrate 112 may be pressed against the soil S to be damaged.

図9を参照し、上記の半導体装置110の損傷についてより詳細に説明する。以下、比較例に係る半導体装置110で発生し得る損傷モードのうち、センサチップ剥離、センサ電極剥離、および保護層欠損の3つの損傷モードを例示して説明する。   With reference to FIG. 9, the damage of the semiconductor device 110 will be described in more detail. Hereinafter, among the damage modes that can occur in the semiconductor device 110 according to the comparative example, three damage modes of sensor chip peeling, sensor electrode peeling, and protective layer loss will be described as an example.

センサチップ剥離とは、半導体装置110の端面が土壌Sに押し付けられることにより、半導体装置110自体が筐体102内に配置された実装基板から剥離する損傷である。センサチップ剥離により、半導体装置110と実装基板の配線との間の電気的接続に不具合を生じ、また筐体102からの半導体装置110の脱落を生じる場合もある。   The sensor chip peeling is damage in which the semiconductor device 110 itself is peeled off from the mounting substrate disposed in the housing 102 when the end surface of the semiconductor device 110 is pressed against the soil S. The sensor chip peeling causes a problem in electrical connection between the semiconductor device 110 and the wiring of the mounting substrate, and the semiconductor device 110 may be detached from the housing 102 in some cases.

センサ電極剥離とは、図9(a)に示すように、押し寄せる土壌Sによってセンサ電極120が圧力を受け、剥離する損傷をいう。センサ電極120が剥離すると、ECセンサ100の測定精度の低下を生じる可能性がある。また、図9(b)に示すように、本来土壌Sに接触しないセンサ電極用配線116が土壌に接触することにより腐食Gが発生する場合もある。腐食Gは長期の使用においてセンサチップの信頼性低下を招く場合もある。   As shown in FIG. 9A, the sensor electrode peeling refers to damage in which the sensor electrode 120 is subjected to pressure by the soil S to be pressed and peels off. If the sensor electrode 120 is peeled off, the measurement accuracy of the EC sensor 100 may be lowered. Further, as shown in FIG. 9B, corrosion G may occur when the sensor electrode wiring 116 that does not originally contact the soil S contacts the soil. Corrosion G may lead to a decrease in the reliability of the sensor chip over a long period of use.

保護層欠損とは、図9(c)に示すように、押し寄せる土壌Sによって表面保護膜118の一部に欠損を生ずる損傷である。表面保護膜118の一部が欠損すると、図9(d)に示すように、本来土壌に接触しないセンサ電極用配線116が土壌Sに接触し、腐食Gを生じる場合がある。腐食Gは長期の使用においてセンサチップの信頼性低下を招く場合もある。また、表面保護膜118の欠損に伴いセンサ電極120が剥離すると、ECセンサ100の測定精度の低下を生じる。   As shown in FIG. 9C, the protective layer defect is damage that causes a defect in a part of the surface protective film 118 due to the soil S that is pushed in. If a part of the surface protective film 118 is lost, the sensor electrode wiring 116 that does not originally contact the soil may contact the soil S and cause corrosion G as shown in FIG. Corrosion G may lead to a decrease in the reliability of the sensor chip over a long period of use. Further, when the sensor electrode 120 is peeled off due to the loss of the surface protective film 118, the measurement accuracy of the EC sensor 100 is lowered.

次に、図2を参照して、本実施の形態に係るECセンサ1、および半導体装置10の作用について説明する。   Next, operations of the EC sensor 1 and the semiconductor device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図2(a)に示すように、ECセンサ1も半導体装置10を紙面下方に向け、方向D1に向けて土壌中に差し込まれる。図2(b)に示すように、半導体装置10でも、方向D1に向けて土壌中に進入させると、方向D2から土壌が押し寄せる。   As shown in FIG. 2A, the EC sensor 1 is also inserted into the soil in the direction D1 with the semiconductor device 10 facing downward in the drawing. As shown in FIG. 2B, when the semiconductor device 10 is also made to enter the soil in the direction D1, the soil is pushed from the direction D2.

図2(c)は、ECセンサ1を土壌S中に差し込んだ際の、土壌Sと半導体装置10との接触の様子を示している。以下、理解の容易さから、半導体装置10の外形が正方形であるとして説明する。しかしながら、半導体装置10の外形は正方形に限定されるものではなく、他の外形、例えばひし形、多角形等であってもよい。また、センサ電極20の形状も直角三角形に限定されず、例えば頂角が鋭角あるいは鈍角の三角形であってもよい。   FIG. 2C shows a state of contact between the soil S and the semiconductor device 10 when the EC sensor 1 is inserted into the soil S. Hereinafter, for ease of understanding, description will be made assuming that the outer shape of the semiconductor device 10 is a square. However, the external shape of the semiconductor device 10 is not limited to a square, and may be other external shapes, such as a rhombus and a polygon. Further, the shape of the sensor electrode 20 is not limited to a right triangle, and may be a triangle having an acute angle or an obtuse angle, for example.

本実施の形態では、半導体装置10の差し込み方向D1を、センサ電極20の対が配置されていない頂点同士を結ぶ対角線の方向としている。換言すれば、センサ電極20の対は、差し込み方向D1と略直交する対角線の両端のコーナ部に配置させる。そして、略直角三角形をなすセンサ電極20の各々は、その頂角が差し込み方向D1と略直交する対角線の両端の頂点近傍に位置するように、頂角を挟む2辺(第2の辺)が基板12の辺に沿うように(平行になるように)配置させる。従って、センサ電極20の直角を挟む2辺(第2の辺)は差し込み方向D1と鋭角をなし、センサ電極20の斜辺(第1の辺)同士は互いに対向するとともに基板12の4つの辺と45°の角度をなす。換言すると、本実施の形態に係る半導体装置10は、半導体装置10の少なくとも1辺が差し込み方向D1と鋭角をなすように筐体2に実装される。   In the present embodiment, the insertion direction D1 of the semiconductor device 10 is the direction of a diagonal line connecting vertices where no pair of sensor electrodes 20 is arranged. In other words, the pair of sensor electrodes 20 is arranged at the corners at both ends of the diagonal line that is substantially orthogonal to the insertion direction D1. Each sensor electrode 20 forming a substantially right triangle has two sides (second sides) sandwiching the apex angle so that the apex angle is positioned in the vicinity of the apexes at both ends of the diagonal line substantially orthogonal to the insertion direction D1. It arrange | positions along the edge | side of the board | substrate 12 (it is parallel). Accordingly, two sides (second side) sandwiching the right angle of the sensor electrode 20 form an acute angle with the insertion direction D1, the oblique sides (first side) of the sensor electrode 20 face each other, and the four sides of the substrate 12 Make an angle of 45 °. In other words, the semiconductor device 10 according to the present embodiment is mounted on the housing 2 so that at least one side of the semiconductor device 10 forms an acute angle with the insertion direction D1.

以上のように半導体装置10を配置させることにより、図2(c)に示すように、方向D2から押し寄せる土壌Sは、半導体装置10の頂点P1において紙面正面視45°の角度をもって左右(頂点P1を挟む2辺の方向)に振り分けられる。この土壌Sの振り分けによって土壌Sが半導体装置10に及ぼす圧力が分散され、半導体装置10自体の剥離(センサチップ剥離)が生じにくくなっている。また、土壌Sはセンサ電極20の辺に沿って進行するので、土壌Sがセンサ電極20に及ぼす圧力も緩和され、センサ電極剥離や保護層欠損の発生も抑制されている。   By arranging the semiconductor device 10 as described above, as shown in FIG. 2C, the soil S that rushes from the direction D <b> 2 is left and right (vertex P <b> 1) at an apex P <b> 1 of the semiconductor device 10 with a 45 ° front view. 2 directions). By the distribution of the soil S, the pressure exerted on the semiconductor device 10 by the soil S is dispersed, and the semiconductor device 10 itself is less likely to be peeled off (sensor chip peeling). Further, since the soil S travels along the side of the sensor electrode 20, the pressure exerted on the sensor electrode 20 by the soil S is relaxed, and the occurrence of sensor electrode peeling and protective layer loss is also suppressed.

また、本実施の形態に係る半導体装置10によれば、土壌Sへの差し込み方向D1と直交する方向、すなわち、測定対象である地面と水平な方向にセンサ電極20の対が配置されるので、地面に対して水平な分布を有する水分の正確な測定が可能となる。さらに、センサ電極の面積の拡大が可能となるため、センサ感度がより向上するという効果を得ることが可能となる。加えて、半導体基板12の頂点に配置させたことによってセンサ電極20とセンサ電極20との間の間隔も比較例に係る半導体装置110と比較して1.4(2の平方根)倍程度拡大することができ、チップサイズを変えることなく測定範囲を広げることができる。   Moreover, according to the semiconductor device 10 according to the present embodiment, the pair of sensor electrodes 20 is arranged in a direction orthogonal to the insertion direction D1 into the soil S, that is, in a direction horizontal to the ground to be measured. Accurate measurement of moisture having a horizontal distribution with respect to the ground becomes possible. Further, since the area of the sensor electrode can be increased, an effect that the sensor sensitivity is further improved can be obtained. In addition, by arranging at the apex of the semiconductor substrate 12, the distance between the sensor electrode 20 and the sensor electrode 20 is also increased by about 1.4 (square root of 2) times compared to the semiconductor device 110 according to the comparative example. The measurement range can be expanded without changing the chip size.

<変形例>
図3を参照して、本実施の形態に係る半導体装置の変形例について説明する。図3は、変形例に係る半導体装置10aの平面図を示している。
<Modification>
A modification of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a plan view of a semiconductor device 10a according to a modification.

半導体装置10aは、半導体装置10においてセンサ電極20をセンサ電極20aに変えたものである。センサ電極20が略直角三角形をなしていたのに対し、センサ電極20aは一定の幅の長方形がL字状に折り曲げられた形状をなしている。そして、L字状の折り曲げ点の頂点P2が、基板12の1つの頂点の位置近傍に配置されている。そのため、センサ電極20と比較して、センサ電極20a同士の距離が長くなる領域が大きくなるので、本変形例に係るセンサ電極20aはセンサ電極間の間隔を拡大したい場合に有利な構成である。センサ電極20aを有する半導体装置10aによっても、半導体装置10と同様の原理で、土壌中に埋設させて測定する際の半導体装置10aの破損を抑制することが可能となる。   The semiconductor device 10a is obtained by changing the sensor electrode 20 to the sensor electrode 20a in the semiconductor device 10. In contrast to the sensor electrode 20 forming a substantially right triangle, the sensor electrode 20a has a shape in which a rectangle having a certain width is bent into an L shape. The vertex P2 of the L-shaped bending point is disposed in the vicinity of the position of one vertex of the substrate 12. Therefore, compared with the sensor electrode 20, the area where the distance between the sensor electrodes 20a becomes longer becomes larger. Therefore, the sensor electrode 20a according to this modification is an advantageous configuration when it is desired to increase the interval between the sensor electrodes. Also by the semiconductor device 10a having the sensor electrode 20a, it is possible to suppress the damage of the semiconductor device 10a when it is embedded in soil and measured on the same principle as the semiconductor device 10.

なお、上記各実施の形態では、センサ電極の形状としてセンサ電極20、20aを挙げ説明したが、これに限られず、図4に示すような形状としてもよい。すなわち、センサ電極20、20aの差し込み方向D1に沿う両端における角部を切り落とし、平坦部Fを設けるようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the sensor electrodes 20 and 20a have been described as the shape of the sensor electrode. However, the present invention is not limited to this, and the shape shown in FIG. That is, the corner portions at both ends along the insertion direction D1 of the sensor electrodes 20 and 20a may be cut off to provide the flat portion F.

図4(a)は、センサ電極20において、差し込み方向D1に沿う両端に平坦部Fを設けた半導体装置10bを示している。また、図4(b)は、センサ電極20aにおいて、差し込み方向D1に沿う両端に平坦部Fを設けた半導体装置10cを示している。平坦部Fを設けることによって、センサ電極に電源を印加した場合の電界の集中がより緩和される。   FIG. 4A shows a semiconductor device 10b in which flat portions F are provided at both ends along the insertion direction D1 in the sensor electrode 20. FIG. FIG. 4B shows a semiconductor device 10c in which flat portions F are provided at both ends along the insertion direction D1 in the sensor electrode 20a. By providing the flat portion F, the concentration of the electric field when the power is applied to the sensor electrode is further relaxed.

なお、1対のセンサ電極20は必ずしも同じ形状をなしている必要もなく、例えばセンサ電極のレイアウト等を勘案し、上記実施の形態、変形例で挙げた電極の形状を組み合わせ、別々の形状としてもよい。   The pair of sensor electrodes 20 do not necessarily have the same shape. For example, in consideration of the layout of the sensor electrodes, the electrode shapes described in the above embodiments and modifications are combined to form separate shapes. Also good.

<センサ電極の構成例>
次に、図5および図6を参照して、本実施の形態に係るセンサ電極の構成例について説明する。本構成例は、センサ電極の表面積を拡大し、上述した電気二重層の問題に対応した形態である。
<Configuration example of sensor electrode>
Next, a configuration example of the sensor electrode according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. In this configuration example, the surface area of the sensor electrode is enlarged to cope with the problem of the electric double layer described above.

まず、ECセンサ1を用いて電気伝導度を測定する場合の測定系の一例について説明する。ECセンサ1を用いた測定に際しては、図示しないパッドを介してセンサ電極20−1に交流信号源を接続し、図示しないパッドを介してセンサ電極20−2に電流計を接続する。むろん、この接続関係は逆であってもよい、すなわち、センサ電極20−2に交流信号源を接続し、センサ電極20−1に電流計を接続してもよい。電気伝導度の測定対象である液体は、センサ電極20−1および20−2に接触させて配置する。   First, an example of a measurement system for measuring electrical conductivity using the EC sensor 1 will be described. In measurement using the EC sensor 1, an AC signal source is connected to the sensor electrode 20-1 via a pad (not shown), and an ammeter is connected to the sensor electrode 20-2 via a pad (not shown). Of course, this connection relationship may be reversed, that is, an AC signal source may be connected to the sensor electrode 20-2 and an ammeter may be connected to the sensor electrode 20-1. The liquid whose electric conductivity is to be measured is placed in contact with the sensor electrodes 20-1 and 20-2.

ECセンサ1を用いて分散系である測定対象の水分量を特定する方法は特に限定されない。一例として、電気信号の位相変化θを検出することにより水分量を特定する方法について説明する。上記測定系において、半導体装置10の出力は、水分量およびイオン濃度に比例し、イオン濃度が特定されれば、電気伝導度により土壌中の水分量を特定することができる。   There is no particular limitation on the method for specifying the amount of water to be measured which is a dispersion system using the EC sensor 1. As an example, a method for specifying the amount of moisture by detecting the phase change θ of the electrical signal will be described. In the above measurement system, the output of the semiconductor device 10 is proportional to the amount of water and the ion concentration, and if the ion concentration is specified, the amount of water in the soil can be specified by the electrical conductivity.

上記測定系における交流信号源、電流計は図示しない制御部の一部を構成しており、交流信号源、電流計は該制御部により制御される。測定が開始されると、制御部が交流信号源を制御し、センサ電極20−1に所定の周波数の交流信号(測定用信号)を入力信号として印加する。センサ電極20−1は、入力信号を測定対象に向けて出力する。センサ電極20−1から出力された交流信号は測定対象を経由した後、センサ電極20−2に入力される。制御部は、センサ電極20−1に入力された交流信号の位相と、センサ電極20−2から出力された交流信号の位相とを比較する。制御部は、以上の測定を交流信号源の周波数を掃引して行う。   The AC signal source and ammeter in the measurement system constitute a part of a control unit (not shown), and the AC signal source and ammeter are controlled by the control unit. When measurement is started, the control unit controls the AC signal source and applies an AC signal (measurement signal) having a predetermined frequency as an input signal to the sensor electrode 20-1. The sensor electrode 20-1 outputs an input signal toward the measurement target. The AC signal output from the sensor electrode 20-1 is input to the sensor electrode 20-2 after passing through the measurement target. The control unit compares the phase of the AC signal input to the sensor electrode 20-1 with the phase of the AC signal output from the sensor electrode 20-2. The control unit performs the above measurement by sweeping the frequency of the AC signal source.

比較対象の具体例としては、両者の位相差(位相変化θ)を検出し比較することが挙げられる。位相変化θを検出した場合、検出した位相変化θによりイオン濃度を特定する。なお、位相変化θと、イオン濃度とは予め対応付けられている。さらに、特定されたイオン濃度を基準にして、測定された電気伝導度により土壌の水分量を特定することができる。   A specific example of the comparison target is to detect and compare the phase difference (phase change θ) between the two. When the phase change θ is detected, the ion concentration is specified by the detected phase change θ. The phase change θ and the ion concentration are associated in advance. Furthermore, the moisture content of the soil can be specified by the measured electrical conductivity with the specified ion concentration as a reference.

上記の測定系において、例えば液体の電気伝導度を測定する場合には、センサ電極20−1と測定対象としての液体の間、およびセンサ電極20−2と液体との間に上述した電気二重層の形成が想定される。電気二重層が形成されると、絶縁体として機能する電荷の存在しない領域に起因して、センサ電極20−1と20−2との間に直列に容量が接続されたのと等価な状態になる。本来、液体の抵抗成分を測定し、電気伝導度を算出するのが上記測定系の目的であるので、この電気二重層に起因する容量は液体の電気伝導度の測定に際し測定周波数上の制約を与え、延いては測定精度に影響する。   In the above measurement system, for example, when measuring the electrical conductivity of a liquid, the above-described electric double layer between the sensor electrode 20-1 and the liquid as the measurement object and between the sensor electrode 20-2 and the liquid. Formation is assumed. When the electric double layer is formed, it is equivalent to the case where a capacitor is connected in series between the sensor electrodes 20-1 and 20-2 due to the region where there is no electric charge that functions as an insulator. Become. Originally, the purpose of the above measurement system is to measure the resistance component of the liquid and calculate the electrical conductivity, so the capacitance caused by this electric double layer has a restriction on the measurement frequency when measuring the electrical conductivity of the liquid. Will affect the measurement accuracy.

一方、センサ電極20−1と20−2とにより、両者を電極板とするコンデンサが形成されるが、この容量を上記の電気二重層に起因する容量も含めてCとすると、容量Cによるインピーダンスは1/Cに比例する。従って、1/Cを小さく、すなわちCを大きくすることによって、液体のインピーダンスの測定値における容量Cの影響が無視でき、抵抗成分が支配的となるようにすることができる。   On the other hand, the sensor electrodes 20-1 and 20-2 form a capacitor having both of them as electrode plates. When this capacity is C including the capacity due to the electric double layer, the impedance due to the capacity C Is proportional to 1 / C. Therefore, by reducing 1 / C, that is, by increasing C, the influence of the capacitance C on the measured value of the impedance of the liquid can be ignored, and the resistance component can be dominant.

図5(a)は、上記実施の形態に係る半導体装置10のセンサ電極用配線16、センサ電極20、表面保護膜18の部分を模式的に示す、半導体装置10を上面から見た平面図である。図5(a)に示す電極構造30では、センサ電極用配線16、センサ電極20を積層しただけで、センサ電極用配線16はいわゆるベタ形状であり、特に容量を増加させる工夫はしていない。なお、本例では、一例として、センサ電極用配線16をAl、センサ電極20をPtとしている。   FIG. 5A is a plan view of the semiconductor device 10 as viewed from above, schematically showing portions of the sensor electrode wiring 16, the sensor electrode 20, and the surface protective film 18 of the semiconductor device 10 according to the above embodiment. is there. In the electrode structure 30 shown in FIG. 5A, only the sensor electrode wiring 16 and the sensor electrode 20 are stacked, and the sensor electrode wiring 16 has a so-called solid shape, and is not particularly devised to increase the capacitance. In this example, as an example, the sensor electrode wiring 16 is Al, and the sensor electrode 20 is Pt.

図5(b)は、容量を増加させるための電極構成の一例を示している。本例は、電極板の表面積を広くして容量の増加を図る例である。本例では、図5(b)に示すように、製造工程においてセンサ電極用配線16に凹凸を形成する。センサ電極20はこのセンサ電極用配線16の凹凸に沿って形成されるので、図5(b)に示すように、センサ電極20の表面積を拡大することができる。   FIG. 5B shows an example of an electrode configuration for increasing the capacitance. In this example, the surface area of the electrode plate is increased to increase the capacity. In this example, as shown in FIG. 5 (b), unevenness is formed in the sensor electrode wiring 16 in the manufacturing process. Since the sensor electrode 20 is formed along the irregularities of the sensor electrode wiring 16, the surface area of the sensor electrode 20 can be increased as shown in FIG.

本例において、凹凸を形成するためのセンサ電極用配線16の平面形状(パターン)に特に制限はない。図5(c)ないし図5(e)は、凹凸を形成するためのセンサ電極用配線16の平面パターンの一例を示している。なお、図5(c)ないし図5(e)では、表面保護膜18の図示を省略している。   In this example, the planar shape (pattern) of the sensor electrode wiring 16 for forming the irregularities is not particularly limited. FIG. 5C to FIG. 5E show an example of a planar pattern of the sensor electrode wiring 16 for forming irregularities. 5C to 5E, the surface protective film 18 is not shown.

図5(c)は、センサ電極用配線16のパターンを梯子状パターンとした電極構造30aを示している。また、図5(d)は、センサ電極用配線16のパターンを網目状パターンとした電極構造30bを示している。さらに、図5(e)は、センサ電極用配線16のパターンをドットパターンとした電極構造30cを示している。センサ電極20の面積は、電極構造30a、30b、30cの順で大きくなっていく。特に、電極構造30cによれば、電極構造30と比較して、センサ電極20の表面積を1.5倍程度とすることができる。   FIG. 5C shows an electrode structure 30a in which the pattern of the sensor electrode wiring 16 is a ladder pattern. FIG. 5D shows an electrode structure 30b in which the pattern of the sensor electrode wiring 16 is a mesh pattern. Further, FIG. 5E shows an electrode structure 30c in which the pattern of the sensor electrode wiring 16 is a dot pattern. The area of the sensor electrode 20 increases in the order of the electrode structures 30a, 30b, and 30c. In particular, according to the electrode structure 30 c, the surface area of the sensor electrode 20 can be about 1.5 times that of the electrode structure 30.

図6を参照して、本例の電極構造を用いた場合の効果について説明する。図6に示す曲線C2は、従来の電極構造(電極構造30)を用いて測定対象のインピーダンスを実測した例を示している。センサ電極間に測定対象を配置した測定系は、測定対象の抵抗成分と測定系に付随する容量成分とが直列に接続された等価回路でおおまかに表すことができる。そのため、曲線C2で表わされたインピーダンスの周波数特性は、直流に近い低周波数から周波数が大きくなるにつれて領域A2で示すように漸減し、ある周波数(図6において符号f2で示されている周波数。以下、「切替周波数」)から領域A1で示すようにほぼ一定となるような特性となる。電気伝導度を算出する場合に用いるインピーダンス(抵抗成分)は、曲線C2の領域A1のように、切替周波数f2以上の周波数領域で平坦になった部分のインピーダンスを用いる。曲線C2で示された従来の電極構造による実測例では、電気二重層の容量の影響によって、周波数f2が比較的高い周波数となっている。   With reference to FIG. 6, the effect at the time of using the electrode structure of this example is demonstrated. A curve C2 shown in FIG. 6 shows an example in which the impedance of the measurement target is actually measured using the conventional electrode structure (electrode structure 30). A measurement system in which a measurement target is arranged between sensor electrodes can be roughly represented by an equivalent circuit in which a resistance component of the measurement target and a capacitance component associated with the measurement system are connected in series. Therefore, the frequency characteristic of the impedance represented by the curve C2 gradually decreases as indicated by a region A2 as the frequency increases from a low frequency close to DC, and a certain frequency (a frequency indicated by reference sign f2 in FIG. 6). Hereinafter, the characteristic becomes substantially constant from “switching frequency”) as indicated by a region A1. As the impedance (resistance component) used when calculating the electrical conductivity, the impedance of the portion flattened in the frequency region above the switching frequency f2 is used as in the region A1 of the curve C2. In the actual measurement example using the conventional electrode structure shown by the curve C2, the frequency f2 is a relatively high frequency due to the influence of the capacitance of the electric double layer.

曲線C2に対し、電極の表面積を拡大した電極構造(電極構造30a、30b、30c)を用いた場合には、図6中の矢印E1で示すように、インピーダンス曲線が下方(インピーダンスの低い方向)にシフトし、例えば曲線C1のように変化する。このシフトに伴い、図6中の矢印E2で示すように、切替周波数が切替周波数f2から切替周波数f1(<f2)に変化する。この切替周波数の変化に伴い、抵抗成分を測定可能な領域A1も拡大する。   When an electrode structure (electrode structures 30a, 30b, 30c) in which the surface area of the electrode is enlarged is used with respect to the curve C2, the impedance curve is downward (in the direction of low impedance) as shown by an arrow E1 in FIG. For example, and changes like a curve C1. With this shift, the switching frequency changes from the switching frequency f2 to the switching frequency f1 (<f2) as indicated by an arrow E2 in FIG. As the switching frequency changes, the region A1 in which the resistance component can be measured is also expanded.

例えば海水相当の塩分濃度の液体は電気伝導度が高い(インピーダンスが低い)ため、インピーダンスの周波数特性における切替周波数が高周波領域にシフトする。このため、低い電気伝導度の測定対象ほど測定が困難になるが、本例のように切替周波数を下げることによって、低い電気伝導度の測定対象であっても容易に測定が可能となる。   For example, a liquid having a salinity equivalent to seawater has a high electric conductivity (impedance is low), so that the switching frequency in the frequency characteristic of the impedance is shifted to a high frequency region. For this reason, although the measurement becomes lower as the measurement object has a lower electrical conductivity, the measurement can be easily performed even if the measurement object has a lower electrical conductivity by lowering the switching frequency as in this example.

インピーダンスの周波数特性における切替周波数が低域化することによって、以下のような効果もある。すなわち、電気伝導度の測定系に用いる上述の交流信号源の周波数を下げることができる。一般に周波数の高い信号源ほど価格が高く、また取り扱いも難しいが、測定周波数を下げることができればコスト削減、取り扱いの簡素化等の効果がある。   By lowering the switching frequency in the frequency characteristic of impedance, the following effects are also obtained. That is, the frequency of the above-mentioned AC signal source used in the electrical conductivity measurement system can be lowered. In general, a signal source with a higher frequency is more expensive and more difficult to handle, but if the measurement frequency can be lowered, there are effects such as cost reduction and simplification of handling.

1 ECセンサ
2 筐体
10、10a、10b、10c 半導体装置
12 基板
14 絶縁層
16 センサ電極用配線
18 表面保護膜
20、20−1、20−2、120 センサ電極
22 pHセンサ
24 温度センサ
26−1、26−2 バリアメタル
30、30a、30b、30c 電極構造
100 ECセンサ
102 筐体
110 半導体装置
112 基板
114 絶縁層
116 センサ電極用配線
118 表面保護膜
A1、A2 領域
D1、D2 方向
F 平坦部
G 腐食
P1、P2 頂点
S 土壌
SA 埋設領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 EC sensor 2 Case 10, 10a, 10b, 10c Semiconductor device 12 Board | substrate 14 Insulating layer 16 Sensor electrode wiring 18 Surface protective film 20, 20-1, 20-2, 120 Sensor electrode 22 pH sensor 24 Temperature sensor 26- 1, 26-2 Barrier metal 30, 30a, 30b, 30c Electrode structure 100 EC sensor 102 Housing 110 Semiconductor device 112 Substrate 114 Insulating layer 116 Sensor electrode wiring 118 Surface protective film A1, A2 Regions D1, D2 Direction F Flat part G Corrosion P1, P2 Vertex S Soil SA Buried area

Claims (6)

半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられるとともに、入力された測定用信号を入力信号として出力する第1の電極と、
前記半導体基板上に設けられるとともに、前記第1の電極から出力された前記入力信号が入力されかつ前記入力信号を出力信号として出力する第2の電極と、を含み、
前記第1の電極および前記第2の電極の各々は、各々が備える第1の辺によって対向するとともに前記第1の辺と鋭角をなす第2の辺を備える
半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first electrode that is provided on the semiconductor substrate and outputs the input measurement signal as an input signal;
A second electrode that is provided on the semiconductor substrate and that receives the input signal output from the first electrode and outputs the input signal as an output signal;
Each of the first electrode and the second electrode includes a second side that is opposed to a first side included in the first electrode and a second side that forms an acute angle with the first side.
前記半導体基板は4つの辺を備え、前記第2の辺は前記半導体基板の前記4つの辺のいずれかと平行である
請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate includes four sides, and the second side is parallel to any one of the four sides of the semiconductor substrate.
前記半導体基板は4つの辺を備え、前記第1の辺は前記半導体基板の4つの辺の各々と45度の角度をなす
請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate includes four sides, and the first side forms an angle of 45 degrees with each of the four sides of the semiconductor substrate.
前記半導体装置は、前記半導体装置を備えた筐体が土壌に埋設される際の埋設方向に対し、前記半導体装置の少なくとも1辺が鋭角をなすように前記筐体に搭載される
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device is mounted on the housing such that at least one side of the semiconductor device forms an acute angle with respect to an embedding direction when the housing including the semiconductor device is embedded in soil. The semiconductor device according to claim 3.
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられるとともに、入力された測定用信号を入力信号として出力する第1の電極と、
前記半導体基板上に設けられるとともに、前記第1の電極から出力された前記入力信号が入力されかつ前記入力信号を出力信号として出力する第2の電極と、を含み、
前記第1の電極および前記第2の電極の各々は、予め定められた角度で交差する前記半導体基板の2辺の各々と平行な第1の辺および第2の辺、並びに前記第1の辺および前記第2の辺の各々と平行な第3の辺および第4の辺を備える
半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first electrode that is provided on the semiconductor substrate and outputs the input measurement signal as an input signal;
A second electrode that is provided on the semiconductor substrate and that receives the input signal output from the first electrode and outputs the input signal as an output signal;
Each of the first electrode and the second electrode includes a first side and a second side parallel to each of two sides of the semiconductor substrate that intersect at a predetermined angle, and the first side. A semiconductor device comprising a third side and a fourth side parallel to each of the second sides.
半導体装置を搭載したセンサの土壌への埋設方向を決定するステップと、
前記埋設方向と平行な第1の辺、および前記埋設方向に対して鋭角をなす第2の辺を備えたセンサ電極をレイアウトするステップと、
を含む半導体装置の設計方法。
Determining the direction of embedding the sensor with the semiconductor device in the soil;
Laying out a sensor electrode having a first side parallel to the embedding direction and a second side making an acute angle with the embedding direction;
A method for designing a semiconductor device including:
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