JP3359493B2 - 半導体圧力変換器 - Google Patents
半導体圧力変換器Info
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
態を示す平面図である。
る。
である。
である。
に平行な応力の差の関係を示すグラフである。
ある。
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。
Claims (2)
- 【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。 - 【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。
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Cited By (3)
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 |
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Families Citing this family (9)
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 |
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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 |
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-
1996
- 1996-05-14 JP JP11895596A patent/JP3359493B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
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 |
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