JP3359493B2 - 半導体圧力変換器 - Google Patents

半導体圧力変換器

Info

Publication number
JP3359493B2
JP3359493B2 JP11895596A JP11895596A JP3359493B2 JP 3359493 B2 JP3359493 B2 JP 3359493B2 JP 11895596 A JP11895596 A JP 11895596A JP 11895596 A JP11895596 A JP 11895596A JP 3359493 B2 JP3359493 B2 JP 3359493B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor chip
diaphragm
semiconductor
pressure transducer
pedestal
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP11895596A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH09304206A (ja
Inventor
雅之 米田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Azbil Corp filed Critical Azbil Corp
Priority to JP11895596A priority Critical patent/JP3359493B2/ja
Publication of JPH09304206A publication Critical patent/JPH09304206A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3359493B2 publication Critical patent/JP3359493B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、差圧あるいは圧力
を検出する半導体圧力変換器に関し、特に多角形の半導
体チップに多角形のダイアフラムをその対角線が半導体
チップの対角線と直交するように形成した半導体圧力変
換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、差圧あるいは圧力を検出する半導
体圧力変換器としては、Si(シリコン)半導体ダイア
フラムを利用したものが知られている。このSiダイア
フラム型半導体圧力変換器は、半導体結晶からなる基板
の表面に不純物の拡散もしくはイオン打ち込み技術によ
りピエゾ抵抗領域として作用するゲージ(拡散抵抗)を
形成すると共に、Alの蒸着等によりリードを形成し、
裏面の一部をエッチングによって除去することにより厚
さ20μm〜60μm程度の薄肉部、すなわちダイアフ
ラムを形成して構成したものである。差圧や液面高さを
測定するときにはダイアフラムの表裏面に高圧側と低圧
側の圧力がそれぞれ加えられ、その差圧に応じてダイア
フラム内に生じる応力が圧力により変化するので、拡散
抵抗の抵抗値がダイアフラム内に生じる応力により変化
し、この時の抵抗変化に伴う出力電圧を検出し、差圧ま
たは圧力を測定するものである。
【0003】半導体チップとしては、もともと円形のダ
イアフラムを有する円形のチップが一般的であったが、
最近では結晶ウエハを切断することにより複数の正方形
のチップを容易に得ることができることから円形のダイ
アフラムを有する正方形のもの(例:特開昭59−11
4874号公報)や、正方形のダイアフラムを有する正
方形のチップが一般的になりつつある。特に、ダイアフ
ラムの形状としては、正方形の場合、チップの裏面側に
正方形の凹陥部をエッチングする際、サイドエッチが起
こらないため寸法制御が容易で、小型化が可能な異方性
エッチングを行うことができる。
【0004】図10および図11は半導体圧力変換器の
従来例を示す平面図および断面図である。この半導体圧
力変換器1は、正方形の半導体チップ2の中央に正方形
のダイアフラム3をその対角線a,aが半導体チップの
対角線b,bと直交するように形成し、半導体チップ2
を台座4上に陽極接合している。このため、ダイアフラ
ム3は、半導体チップ2に対して45°傾いて形成され
ている。半導体チップ2は、結晶面方位が(100)面
のp型単結晶Siからなり、エッチングによるダイアフ
ラム3の形成により裏面側に凹陥部5が形成され、外周
部が厚肉部2aを形成し台座4に接合されている。
【0005】ダイアフラム3の表面の縁部付近には、ピ
エゾ領域として作用し差圧または圧力を検出する4つの
拡散抵抗6a〜6dが前記半導体チップ2の対角線b,
b上に位置して形成されている。また、4つの拡散抵抗
6a〜6dは、半導体チップ2の結晶面方位(100)
においてピエゾ抵抗係数が最大となる<110>の結晶
軸方向と平行に形成される。このような拡散抵抗6a〜
6dは、拡散またはイオン打ち込み法によって形成さ
れ、ホイールストーンブリッジに結線されることでダイ
アフラム3の表裏面に加えられた低圧および高圧側圧力
P1 ,P2 の差圧信号を差動的に出力する。このときの
抵抗変化率は、次式によって表される。 ΔR/R=π44(σr−σθ)/2 ・・・・・(1) ただし、π44はピエゾ抵抗係数、σrはダイアフラムの
辺に垂直な応力、σθはダイアフラムの辺に平行な応力
である。
【0006】台座4は、半導体チップ2と熱膨張係数が
近似したパイレックスガラス、セラミックス等によって
形成され、中央には前記半導体チップ2の裏面側に形成
された凹陥部5を介してダイアフラム3の裏面側に測定
すべき低圧側の圧力P1 を導く貫通孔7が形成されてい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
圧力変換器1において、半導体チップ2の材料はシリコ
ンで、台座4は熱膨張の影響を考慮しパイレックスガラ
ス、セラミックス等が使用されている。しかしながら、
ダイアフラム3の両面にかかる圧力P1 ,P2 の差が零
であっても温度や静圧が変化した場合、材料の相違およ
び形状により上記(1)式におけるσr−σθが零にな
らず出力を発生させるため、ゼロ点がシフトするという
問題があった。特に、半導体チップ2の形状について
は、円形のダイアフラムを有する円形のチップの場合は
半導体チップの軸線に関して対称性を有するため問題な
いが、正方形の場合は軸対称性が失われるため、温度変
化または静圧によりσr≠σθとなり、抵抗値変化が起
こる。したがって、ゼロシフトが発生し、差圧を高い精
度で検出することができず、信号を電子的に補償する手
段を講じる必要がある。
【0008】本発明は上記した従来の問題点を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、温度
や静圧によるゼロシフトとそのばらつきを最小にし、良
好な温度特性の半導体圧力変換器を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に本発明は、多角形の半導体チップの中央に多角形のダ
イアフラムを半導体チップに対し略45°傾けて形成
し、前記ダイアフラムの縁部付近で前記半導体チップの
対角線上に拡散抵抗を設け、前記半導体チップの厚肉部
を台座に接合した半導体圧力変換器において、前記拡散
抵抗に生じる半導体チップの対角線方向の応力と前記対
角線に垂直な方向の応力が等しくなるように、前記半導
体チップの角部と前記台座との間に非接合部を設けたこ
とを特徴とする。また、本発明は、半導体チップと台座
の少なくとも一方に非接合部を形成する段差部を設けた
ことを特徴とする。
【0010】多角形のダイアフラムを有する多角形の半
導体チップにおいては、半導体チップの軸線に関して軸
対称性を示さないため、台座を半導体チップの裏面全体
に接合した場合、拡散抵抗を形成した位置における応力
は、ダイアフラムの中心方向に向かう応力σrがこれと
垂直な方向の応力σθより大きく、σr>σθとなる。
台座と半導体チップとの接合部を少なくしていくと、逆
にダイアフラムの中心方向に対して垂直な方向の応力σ
θが大きくなり、σr<σθとなる。そこで、半導体チ
ップと台座との間に非接合部を設け、非接合部の長さと
接合部の長さとの比を最適化するとσr=σθとなり、
抵抗値変化率は理論上零となる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る半
導体圧力変換器の一実施の形態を示す平面図、図2は図
1のII−II線断面図である。なお、従来技術の欄で示し
た構成部材等と同一のものについては同一符号をもって
示し、その説明を適宜省略する。これらの図において、
正方形の半導体チップ2は、略45°傾いて形成された
正方形のダイアフラム3を有し、厚肉部2aが台座4上
に陽極接合されている。この場合、厚肉部2aの裏面全
体が台座4に接合されるのではなく、各角部が段差部1
0の形成によって台座4から離間されることにより非接
合部13を形成している。この段差部10、言い換えれ
ば非接合部13の大きさは、拡散抵抗6a〜6dに生じ
る半導体チップの対角線方向(ダイアフラムの辺に垂直
な方向)の応力σrと前記対角線に垂直な方向(ダイア
フラムの辺に平行な方向)の応力σθが等しくなるよう
に形成されている。言い換えれば、非接合部13の長さ
Aと接合部13Aの長さBとの比A/Bを最適化するこ
とにより、σr=σθとしている。その他の構成は上記
した従来の半導体圧力変換器と同一である。
【0012】半導体チップ2と台座4の接合面はダイア
フラム3の変形に関係し、正方形の半導体チップ2に対
し正方形のダイアフラム3を互いに対角線が直交するよ
うに45°傾けて形成した場合、半導体チップ2の接合
面のうち対角線方向の接合面の長さが長く、そのため厚
肉部2aの裏面全体を接合するとダイアフラム3の辺に
垂直な応力σrがダイアフラム3の辺に平行な応力σθ
より大きくなる。
【0013】そこで、段差部10の形成によって非接合
部13を設け、半導体チップ2の対角線方向の接合面の
長さを小さくしていくと、ダイアフラム3の辺に垂直な
応力σrが徐々に小さくなり、ダイアフラム3の辺に平
行な応力σθが大きくなる。したがって、段差部10を
最適な大きさに形成すると、ダイアフラム3の辺に垂直
な応力σrとダイアフラム3の辺に平行な応力σθを等
しくすることができる。その結果、抵抗変化率が零とな
り、温度、静圧等による出力のゼロシフトを小さくする
ことができる。
【0014】図3は本発明の他の実施の形態を示す平面
図、図4は図3のIV−IV線断面図である。この実施
の形態においては、円筒体からなる台座4の上面外周部
に環状の段差部14を形成し、半導体チップ2の裏面角
部を台座4から離間させることにより非接合部13とし
ている。このような構造においても、非接合部13を設
けているので、σr−σθを零にすることができ、ゼロ
シフトをなくすことができる。
【0015】図5は本発明のさらに他の実施の形態を示
す平面図、図6は図5のVI−VI線断面図である。こ
の実施の形態においては、ダイアフラム3に1つの拡散
抵抗6を形成し、この拡散抵抗6側の裏面角部を段差部
10の形成によって非接合部13としている。拡散抵抗
6は、外部の抵抗と接続されてホイールストン・ブリッ
ジ回路を形成している。このような構造においても、上
記した実施の形態と同様にσr−σθを零にすることが
でき、ゼロシフトをなくすことができる。
【0016】図7は本発明のさらに他の実施の形態を示
す平面図、図8は図7のVIII−VIII線断面図である。こ
の実施の形態においては、2つの拡散抵抗6a,6cを
ダイアフラム3の隣合う2つの辺の近傍部に形成し、こ
れらの拡散抵抗6a,6c側の裏面角部を段差部10の
形成によって非接合部13としている。2つの拡散抵抗
6a,6cは、回路構成が容易なハーフホイールストン
・ブリッジ回路を形成する。このような構造において
も、拡散抵抗6a,6cに対向する2つの角部の裏面側
を段差部10の形成によって非接合部13としているの
で、上記した実施の形態と同様な効果が得られる。
【0017】
【実施例】本発明の効果の確認のため実施した実験の結
果を図9に示す。実験に用いた半導体圧力変換器はシリ
コン製の正方形の半導体チップにパイレレックスガラス
からなる角柱体の台座を陽極接合によって接合したもの
で、三種類の寸法について確認を行なった。図9の縦軸
は応力(σr−σθ)、横軸は対角線上の非接合部Aと
接合部B(図1参照)の長さの比(A/B)で、三種類
の曲線はいずれもσr−σθ=0を横切っており、A,
Bの数値によりゼロシフトをなくすことができることが
明かである。
【0018】なお、本発明は上記した実施の形態に限定
されるものではなく、半導体圧力変換器の各部の形状、
構造等を適宜変形、変更することが可能で、例えば台座
4を円柱体に形成したが、正方形の半導体チップ2と同
一の角柱体に形成してもよい。その場合、非接合部13
を構成する段差部14は、台座4の上面のみに形成して
もよく、角部の高さ方向全長に形成して八角形としても
よい。また、正方形の半導体チップ2も二枚のシリコン
プレートから構成されるものでもよく、前記シリコンプ
レートの接合部に適用されて効果が発揮される。さら
に、上記した実施の形態および実施例においてはいずれ
も正方形の半導体チップに正方形のダイアフラムを形成
した例を示したが、本発明はこれに特定されるものでは
なく、八角形の半導体チップに正方形のダイアフラムを
形成したり、あるいは正方形の半導体チップに八角形の
ダイアフラムを形成してもよい。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
圧力変換器は、多角形の半導体チップの中央に多角形の
ダイアフラムを半導体チップに対し略45°傾けて形成
し、前記ダイアフラムの縁部付近で前記半導体チップの
対角線上に拡散抵抗を設け、前記半導体チップの厚肉部
を台座に接合した半導体圧力変換器において、前記拡散
抵抗に生じる半導体チップの対角線方向の応力と前記対
角線に垂直な方向の応力が等しくなるように、前記半導
体チップの角部と前記台座との間に非接合部を設けたの
で、温度や静圧によるゼロシフトが生じず、温度特性の
良好な半導体圧力変換器を提供することができる。ま
た、ダイアフラムを正方形に形成したので、段差部を形
成する時の寸法制御が容易で、異方性エッチングを行う
ことができるため、小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る半導体圧力変換器の一実施の形
態を示す平面図である。
【図2】 図1のII−II線断面図である。
【図3】 本発明の他の実施の形態を示す平面図であ
る。
【図4】 図3のIV−IV線断面図である。
【図5】 本発明のさらに他の実施の形態を示す平面図
である。
【図6】 図5のVI−VI線断面図である。
【図7】 本発明のさらに他の実施の形態を示す平面図
である。
【図8】 図7のVIII−VIII線断面図である。
【図9】 非接合部と接合部の比と辺に垂直な応力と辺
に平行な応力の差の関係を示すグラフである。
【図10】 半導体圧力変換器の従来例を示す平面図で
ある。
【図11】 同変換器の断面図である。
【符号の説明】
1…半導体圧力変換器、2…半導体チップ、3…ダイア
フラム、4…基台、5…凹陥部、6,6a〜6d…拡散
抵抗、10…段差部、13…非接合部、14…段差部。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 9/00 - 9/04 G01L 19/00 - 19/04 H01L 29/84

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多角形の半導体チップの中央に多角形の
    ダイアフラムを半導体チップに対し略45°傾けて形成
    し、前記ダイアフラムの縁部付近で前記半導体チップの
    対角線上に拡散抵抗を設け、前記半導体チップの厚肉部
    を台座に接合した半導体圧力変換器において、前記拡散
    抵抗に生じる半導体チップの対角線方向の応力と前記対
    角線に垂直な方向の応力が等しくなるように前記半導体
    チップの角部と前記台座との間に非接合部を設けたこと
    を特徴とする半導体圧力変換器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体圧力変換器におい
    て、半導体チップと台座の少なくとも一方に非接合部を
    形成する段差部を設けたことを特徴とする半導体圧力変
    換器。
JP11895596A 1996-05-14 1996-05-14 半導体圧力変換器 Expired - Lifetime JP3359493B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11895596A JP3359493B2 (ja) 1996-05-14 1996-05-14 半導体圧力変換器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11895596A JP3359493B2 (ja) 1996-05-14 1996-05-14 半導体圧力変換器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09304206A JPH09304206A (ja) 1997-11-28
JP3359493B2 true JP3359493B2 (ja) 2002-12-24

Family

ID=14749413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11895596A Expired - Lifetime JP3359493B2 (ja) 1996-05-14 1996-05-14 半導体圧力変換器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3359493B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010091385A (ja) * 2008-10-07 2010-04-22 Yamatake Corp 圧力センサ
US8161820B2 (en) 2008-10-07 2012-04-24 Yamatake Corporation Pressure sensor
CN103308241A (zh) * 2012-03-14 2013-09-18 阿自倍尔株式会社 压力传感器芯片

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4582889B2 (ja) * 2000-09-28 2010-11-17 京セラ株式会社 圧力検出装置用パッケージ
JP3915715B2 (ja) * 2003-03-07 2007-05-16 株式会社デンソー 半導体圧力センサ
KR100555665B1 (ko) * 2004-06-11 2006-03-03 삼성전자주식회사 복합센서 및 그 제조방법
JP4921389B2 (ja) * 2008-01-18 2012-04-25 株式会社山武 半導体センサの陽極接合方法および陽極接合装置
JP2011220927A (ja) * 2010-04-13 2011-11-04 Yamatake Corp 圧力センサ
JP5658477B2 (ja) * 2010-04-13 2015-01-28 アズビル株式会社 圧力センサ
JP2017223643A (ja) * 2016-06-14 2017-12-21 株式会社デンソー 圧力センサ
WO2017217150A1 (ja) * 2016-06-14 2017-12-21 株式会社デンソー 圧力センサ
JP7401248B2 (ja) 2019-10-09 2023-12-19 アズビル株式会社 圧力センサ

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010091385A (ja) * 2008-10-07 2010-04-22 Yamatake Corp 圧力センサ
US8042400B2 (en) 2008-10-07 2011-10-25 Yamatake Corporation Pressure sensor
US8161820B2 (en) 2008-10-07 2012-04-24 Yamatake Corporation Pressure sensor
CN103308241A (zh) * 2012-03-14 2013-09-18 阿自倍尔株式会社 压力传感器芯片
KR101460878B1 (ko) * 2012-03-14 2014-11-13 아즈빌주식회사 압력 센서칩

Also Published As

Publication number Publication date
JPH09304206A (ja) 1997-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4236137A (en) Semiconductor transducers employing flexure frames
USRE31459E (en) Solid state force transducer and method of making same
JP3359493B2 (ja) 半導体圧力変換器
US4467656A (en) Transducer apparatus employing convoluted semiconductor diaphragms
WO2000012989A1 (en) Piezoresistive pressure sensor with sculpted diaphragm
US7997142B2 (en) Low pressure sensor device with high accuracy and high sensitivity
KR20010082299A (ko) 반도체 장치용 집적 응력차단 장치 및 기술
US8042400B2 (en) Pressure sensor
JP2010256281A (ja) 圧力センサ及びその製造方法
JP2658949B2 (ja) 半導体加速度センサ
JPH029704B2 (ja)
JP3895937B2 (ja) 差圧・圧力センサ
US11643324B2 (en) MEMS sensor
US20120216622A1 (en) Robust design of high pressure sensor device
JPS59155971A (ja) 高耐圧圧力センサ
JPH05196525A (ja) 圧力センサとそれを用いた複合センサ及びその製造方法
JP2694593B2 (ja) 半導体圧力センサ
US9964458B2 (en) Pressure sensor device with anchors for die shrinkage and high sensitivity
JP7337218B1 (ja) 半導体圧力センサ
JP3433570B2 (ja) 半導体加速度センサ
JP2864700B2 (ja) 半導体圧力センサ及びその製造方法
JPH0419495B2 (ja)
JPS63237482A (ja) 半導体圧力センサの製造方法
JPH0536992A (ja) 半導体圧力検出装置
JPH0412436Y2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071011

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081011

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091011

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091011

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101011

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101011

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111011

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121011

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131011

Year of fee payment: 11

EXPY Cancellation because of completion of term