JP6430327B2 - Force detector - Google Patents
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Description
本明細書で開示する技術は、メサ型ゲージを備える力検知装置に関する。 The technology disclosed in the present specification relates to a force detection device including a mesa gauge.
メサ型ゲージを備える力検知装置が開発されており、その一例が特許文献１〜３に開示されている。メサ型ゲージは、ピエゾ抵抗効果を有しており、応力に対して電気抵抗値が変化する。力検知装置は、この電気抵抗値の変化を利用して力を検知するように構成されている。 A force detection device having a mesa gauge has been developed, and examples thereof are disclosed in Patent Documents 1 to 3. The mesa gauge has a piezoresistance effect, and the electric resistance value changes with respect to stress. The force detection device is configured to detect force by using the change in the electric resistance value.
本発明者らの検討によると、メサ型ゲージにおける応力と電気抵抗値の関係は、図７に示すように、下に凸な非直線性を有することが分かってきた。本明細書は、メサ型ゲージにおける応力と電気抵抗値の非直線性の関係を改善し、力検知装置の出力特性の直線性を改善する技術を提供する。 According to the study by the present inventors, it has been found that the relationship between the stress and the electric resistance value in the mesa type gauge has a downwardly convex non-linearity as shown in FIG. The present specification provides a technique for improving the linearity of the output characteristic of the force detection device by improving the relationship between the stress and the non-linearity of the electric resistance value in the mesa gauge.
本明細書で開示する力検知装置の一実施形態は、メサ型ゲージを備える。この力検知装置は、メサ型ゲージに並列に接続されている固定抵抗体を有しており、メサ型ゲージと固定抵抗体の合成抵抗値の変化を利用して力を検知するように構成されている。 One embodiment of the force sensing device disclosed herein comprises a mesa gauge. This force detection device has a fixed resistor connected in parallel to the mesa gauge, and is configured to detect a force by using a change in the combined resistance value of the mesa gauge and the fixed resistor. ing.
応力と電気抵抗値の関係が比例特性を示す可変抵抗体に固定抵抗体を並列接続した並列接続体における応力と合成抵抗値の関係は、図８に示すように、上に凸な非直線性を有する。上記の力検知装置では、応力と電気抵抗値の関係が下に凸な非直線性を有するメサ型ゲージに固定抵抗体が並列接続される。この構成によると、メサ型ゲージが有する下に凸な非直線特性が、固定抵抗体の導入により上に凸な非直線特性と相殺され、並列接続体における応力と合成抵抗値の関係が良好な直線性を有する。このため、力検知装置の出力特性の直線性を改善できる。 As shown in FIG. 8, the relationship between the stress and the combined resistance value in the parallel connection body in which the fixed resistor is connected in parallel to the variable resistor in which the relationship between the stress and the electric resistance value exhibits a proportional characteristic is as follows. Have In the above-described force detection device, a fixed resistor is connected in parallel to a mesa-type gauge having non-linearity in which the relationship between stress and electric resistance value is convex downward. According to this configuration, the downwardly protruding non-linear characteristic of the mesa gauge is offset by the introduction of the fixed resistor to the upwardly protruding non-linear characteristic, and the relationship between the stress and the combined resistance value in the parallel connection body is good. It has linearity. For this reason, the linearity of the output characteristic of a force detection apparatus can be improved.
以下、本明細書で開示する技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。 The features of the technology disclosed in this specification will be summarized below. The items described below have technical usefulness independently.
本明細書で開示する力検知装置の一実施形態は、各種圧力を検知するセンサであり、一例では、気圧又は液圧を検知対象としてもよい。この力検知装置は、基板と力伝達ブロックを備えていてもよい。基板の材料は、圧縮応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗効果が現われるものが望ましい。例えば、基板としては、半導体基板及びＳＯＩ基板が例示される。この力検知装置は、メサ型ゲージを備える。力検知装置は、１つのメサ型ゲージで検知部が構成されてもよいし、複数のメサ型ゲージで検知部が構成されてもよい。この力検知装置は、メサ型ゲージに並列に接続されている固定抵抗体を有しており、メサ型ゲージと固定抵抗体の合成抵抗値の変化を利用して力を検知するように構成されている。 One embodiment of the force detection device disclosed in the present specification is a sensor that detects various pressures. In one example, the detection target may be atmospheric pressure or hydraulic pressure. The force detection device may include a substrate and a force transmission block. The material of the substrate is preferably one that exhibits a piezoresistance effect in which the electrical resistance changes according to the compressive stress. For example, examples of the substrate include a semiconductor substrate and an SOI substrate. This force detection device includes a mesa gauge. In the force detection device, the detection unit may be configured with a single mesa gauge, or the detection unit may be configured with a plurality of mesa gauges. This force detection device has a fixed resistor connected in parallel to the mesa gauge, and is configured to detect a force by using a change in the combined resistance value of the mesa gauge and the fixed resistor. ing.
本明細書で開示する力検知装置では、固定抵抗体の電気抵抗値が、メサ型ゲージに応力が加わっていないときの初期電気抵抗値よりも大きくてもよい。この構成によると、メサ型ゲージに固定抵抗体を並列接続したときの力検知装置の感度の低下率を小さくすることができる。なお、ここでいう感度とは、応力未印加時の電気抵抗値に対する、応力印加時における電気抵抗値の増加量の比率を意味する。 In the force detection device disclosed in the present specification, the electric resistance value of the fixed resistor may be larger than the initial electric resistance value when no stress is applied to the mesa type gauge. According to this configuration, the rate of decrease in sensitivity of the force detection device when the fixed resistor is connected in parallel to the mesa gauge can be reduced. In addition, the sensitivity here means the ratio of the increase amount of the electrical resistance value when stress is applied to the electrical resistance value when stress is not applied.
本明細書で開示する力検知装置では、メサ型ゲージが、半導体基板の主面にメサ段差状に形成されており、固定抵抗体が、半導体基板の主面にメサ段差状に形成されていてもよい。この構成によると、固定抵抗体をメサ型ゲージと同一の工程で製造できる。 In the force detection device disclosed in this specification, the mesa gauge is formed in a mesa step shape on the main surface of the semiconductor substrate, and the fixed resistor is formed in a mesa step shape on the main surface of the semiconductor substrate. Also good. According to this configuration, the fixed resistor can be manufactured in the same process as the mesa gauge.
本明細書で開示する力検知装置は、力伝達ブロックをさらに有していてもよい。力伝達ブロックは、メサ型ゲージの頂面に接触し、固定抵抗体の頂面に接触しないように構成されていてもよい。この構成によると、固定抵抗体に応力が加わらないので、固定抵抗体の電気抵抗値を一定に保つことができる。 The force detection device disclosed in the present specification may further include a force transmission block. The force transmission block may be configured to contact the top surface of the mesa gauge and not to contact the top surface of the fixed resistor. According to this configuration, since no stress is applied to the fixed resistor, the electric resistance value of the fixed resistor can be kept constant.
本明細書で開示する力検知装置では、メサ型ゲージが、一方向に沿って直線状に延びており、固定抵抗体が、当該一方向に沿って往復するように延びる部分を含んでいてもよい。基板の面積消費を抑えながら、固定抵抗体の電気抵抗値がメサ型ゲージの初期電気抵抗値よりも大きい関係が得られる。 In the force detection device disclosed in the present specification, the mesa-type gauge may extend linearly along one direction, and the fixed resistor may include a portion extending so as to reciprocate along the one direction. Good. The relationship that the electric resistance value of the fixed resistor is larger than the initial electric resistance value of the mesa type gauge can be obtained while suppressing the area consumption of the substrate.
図１に示されるように、力検知装置１は、例えば、圧力容器の容器内圧を検知する半導体圧力センサであり、半導体基板２及び力伝達ブロック４を備える。 As shown in FIG. 1, the force detection device 1 is, for example, a semiconductor pressure sensor that detects the internal pressure of a pressure vessel, and includes a semiconductor substrate 2 and a force transmission block 4.
図１，２に示されるように、半導体基板２は、ｎ型の単結晶シリコンであり、その主面２Ｓが（１１０）結晶面である。半導体基板２の主面２Ｓには複数の溝１１が形成されている。複数の溝１１は、半導体基板２の主面２Ｓの検知部１０内に形成されており、その検知部１０内に複数のメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８と複数の固定抵抗体１３，１５，１７，１９を画定する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor substrate 2 is n-type single crystal silicon, and its main surface 2S is a (110) crystal plane. A plurality of grooves 11 are formed in the main surface 2S of the semiconductor substrate 2. The plurality of grooves 11 are formed in the detection unit 10 on the main surface 2S of the semiconductor substrate 2, and the plurality of mesa gauges 12, 14, 16, 18 and the plurality of fixed resistors 13, 15, 17, 19 are defined.
図１，２，３，４に示されるように、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８及び固定抵抗体１３，１５，１７，１９は、半導体基板２の主面２Ｓにメサ段差状に形成されている。具体的には、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８及び固定抵抗体１３，１５，１７，１９は、溝１１の底面からメサ状に突出しており、その高さは約０．５〜５μｍである。メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の頂面及び固定抵抗体１３，１５，１７，１９の頂面は、溝１１の周囲の半導体基板２の主面２Ｓと同一面に位置する。即ち、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８及び固定抵抗体１３，１５，１７，１９は、例えばドライエッチング技術を利用して、半導体基板２の主面２Ｓに複数の溝１１を形成した残部として形成される。 As shown in FIGS. 1, 2, 3, 4, the mesa gauges 12, 14, 16, 18 and the fixed resistors 13, 15, 17, 19 are formed in a mesa step shape on the main surface 2 </ b> S of the semiconductor substrate 2. Has been. Specifically, the mesa gauges 12, 14, 16, 18 and the fixed resistors 13, 15, 17, 19 protrude from the bottom surface of the groove 11 in a mesa shape, and the height thereof is about 0.5 to 5 μm. It is. The top surfaces of the mesa gauges 12, 14, 16, 18 and the top surfaces of the fixed resistors 13, 15, 17, 19 are located on the same plane as the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 around the groove 11. In other words, the mesa type gauges 12, 14, 16, 18 and the fixed resistors 13, 15, 17, 19 are the remaining portions in which the plurality of grooves 11 are formed in the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 by using, for example, dry etching technology. Formed as.
図１，２に示されるように、検知部１０のメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８は、正方形の辺に対応して配置されているが、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の各々の端部は他のメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の各々の端部から離れて配置されている。対向する一対の辺を構成するメサ型ゲージ１４，１８はそれぞれ、第１高感度メサ型ゲージ１４及び第２高感度メサ型ゲージ１８と称する。対向する他の一対の辺を構成するメサ型ゲージ１２，１６はそれぞれ、第１低感度メサ型ゲージ１２及び第２低感度メサ型ゲージ１６と称する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the mesa type gauges 12, 14, 16 and 18 of the detection unit 10 are arranged corresponding to the sides of the square, but the mesa type gauges 12, 14, 16 and 18 are arranged. Each end portion is disposed away from each end portion of the other mesa type gauges 12, 14, 16, 18. The mesa gauges 14 and 18 constituting a pair of opposing sides are referred to as a first high sensitivity mesa gauge 14 and a second high sensitivity mesa gauge 18, respectively. The mesa-type gauges 12 and 16 constituting the other pair of opposing sides are referred to as a first low-sensitivity mesa gauge 12 and a second low-sensitivity mesa-type gauge 16, respectively.
第１高感度メサ型ゲージ１４及び第２高感度メサ型ゲージ１８は、半導体基板２の＜１１０＞方向に沿って延びている。半導体基板２の＜１１０＞方向に延びる第１高感度メサ型ゲージ１４及び第２高感度メサ型ゲージ１８は、圧縮応力に応じて電気抵抗値が大きく変化することを特徴としており、ピエゾ抵抗効果を有する。 The first high sensitivity mesa gauge 14 and the second high sensitivity mesa gauge 18 extend along the <110> direction of the semiconductor substrate 2. The first high-sensitivity mesa gauge 14 and the second high-sensitivity mesa gauge 18 that extend in the <110> direction of the semiconductor substrate 2 are characterized in that the electrical resistance value changes greatly according to the compressive stress, and the piezoresistance effect Have
第１低感度メサ型ゲージ１２及び第２低感度メサ型ゲージ１６は、半導体基板２の＜１１０＞方向と直交する半導体基板２の＜１００＞方向に沿って延びている。半導体基板２の＜１００＞方向に延びる第１低感度メサ型ゲージ１２及び第２低感度メサ型ゲージ１６は、圧縮応力に応じて電気抵抗値がほとんど変化しないことを特徴としており、ピエゾ抵抗効果を実質的に有しない。 The first low-sensitivity mesa gauge 12 and the second low-sensitivity mesa gauge 16 extend along the <100> direction of the semiconductor substrate 2 orthogonal to the <110> direction of the semiconductor substrate 2. The first low-sensitivity mesa gauge 12 and the second low-sensitivity mesa gauge 16 extending in the <100> direction of the semiconductor substrate 2 are characterized in that the electrical resistance value hardly changes according to the compressive stress, and the piezoresistance effect Is substantially absent.
図１，２に示されるように、固定抵抗体１３，１５，１７，１９は、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の外側（即ち、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の各々に対して、検知部１０の中心側とは反対側）に配置されている。固定抵抗体１５，１９は、半導体基板２の＜１１０＞方向に沿って延びている。固定抵抗体１３，１７は、半導体基板２の＜１００＞方向に沿って延びている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fixed resistors 13, 15, 17, and 19 are provided outside the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 (that is, on the mesa gauges 12, 14, 16, and 18, respectively). On the other hand, it is arrange | positioned on the opposite side to the center side of the detection part 10). The fixed resistors 15 and 19 extend along the <110> direction of the semiconductor substrate 2. The fixed resistors 13 and 17 extend along the <100> direction of the semiconductor substrate 2.
図１，２，３，４に示されるように、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の表面には、ｐ型不純物が導入されたゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａが形成されている。ゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａの不純物濃度は、約１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３である。ゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａの不純物濃度及び拡散深さは、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の各々において共通である。ゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａは、ｐｎ接合によって、ｎ型の半導体基板２から実質的に絶縁されている。 As shown in FIGS. 1, 2, 3, and 4, gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a into which p-type impurities are introduced are formed on the surfaces of the mesa-type gauges 12, 14, 16, and 18. . The impurity concentration of the gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a is about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 . The impurity concentrations and diffusion depths of the gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a are common to the mesa gauges 12, 14, 16, and 18, respectively. The gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a are substantially insulated from the n-type semiconductor substrate 2 by pn junctions.
図１，２，３，４に示されるように、固定抵抗体１３，１５，１７，１９の表面には、ｐ型不純物が導入されたゲージ部１３ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａが形成されている。ゲージ部１３ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａの不純物濃度は、約１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３である。ゲージ部１３ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａの不純物濃度及び拡散深さは、固定抵抗体１３，１５，１７，１９の各々において共通である。また、ゲージ部１３ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａの不純物濃度及び拡散深さは、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａの不純物濃度及び拡散深さとも共通である。ゲージ部１３ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａは、ｐｎ接合によって、ｎ型の半導体基板２から実質的に絶縁されている。固定抵抗体１３，１５，１７，１９のゲージ部１３ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａは、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａと同一の工程で形成される。 As shown in FIGS. 1, 2, 3, and 4, gauge portions 13a, 15a, 17a, and 19a into which p-type impurities are introduced are formed on the surfaces of the fixed resistors 13, 15, 17, and 19. . The impurity concentration of the gauge parts 13a, 15a, 17a, 19a is about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 . The impurity concentrations and diffusion depths of the gauge portions 13a, 15a, 17a, and 19a are common to the fixed resistors 13, 15, 17, and 19, respectively. Further, the impurity concentrations and diffusion depths of the gauge portions 13a, 15a, 17a, and 19a are the same as the impurity concentrations and diffusion depths of the gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a of the mesa type gauges 12, 14, 16, and 18. is there. The gauge portions 13a, 15a, 17a and 19a are substantially insulated from the n-type semiconductor substrate 2 by pn junctions. The gauge parts 13a, 15a, 17a, 19a of the fixed resistors 13, 15, 17, 19 are formed in the same process as the gauge parts 12a, 14a, 16a, 18a of the mesa type gauges 12, 14, 16, 18. .
メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の各々の幅及び長さは共通である。このため、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａの各々の電気抵抗値（厳密には、圧縮応力を加える前の初期抵抗値）は等しい。なお、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の幅とは、長手方向に直交する方向の幅である。この例では、高感度メサ型ゲージ１４，１８の幅は半導体基板２の＜１００＞方向の幅となり、低感度メサ型ゲージ１２，１６の幅は半導体基板２の＜１１０＞方向の幅となる。高感度メサ型ゲージ１４，１８は、低感度メサ型ゲージ１２，１６の各々の中点を結ぶ直線（図示省略）に関して線対称である。低感度メサ型ゲージ１２，１６は、高感度メサ型ゲージ１４，１８の各々の中点を結ぶ直線（図示省略）に関して線対称である。 The width and length of each of the mesa gauges 12, 14, 16, 18 are common. For this reason, the electrical resistance values (strictly speaking, initial resistance values before applying compressive stress) of the gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a of the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 are equal. The width of the mesa gauges 12, 14, 16, 18 is a width in a direction orthogonal to the longitudinal direction. In this example, the width of the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 is the width of the semiconductor substrate 2 in the <100> direction, and the width of the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16 is the width of the semiconductor substrate 2 in the <110> direction. . The high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 are line-symmetric with respect to a straight line (not shown) connecting the midpoints of the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16. The low sensitivity mesa gauges 12 and 16 are line symmetric with respect to a straight line (not shown) connecting the midpoints of the high sensitivity mesa gauges 14 and 18.
固定抵抗体１３，１５，１７，１９の各々の幅及び長さは共通である。このため、固定抵抗体１３，１５，１７，１９のゲージ部１３ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａの各々の電気抵抗値は等しい。また、固定抵抗体１３，１５，１７，１９の各々の幅及び長さは、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の各々の幅及び長さとも共通である。このため、固定抵抗体１３，１５，１７，１９のゲージ部１３ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａの各々の電気抵抗値は、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａの各々の電気抵抗値とも等しい。 The width and length of each of the fixed resistors 13, 15, 17, and 19 are common. For this reason, the electric resistance values of the gauge portions 13a, 15a, 17a, and 19a of the fixed resistors 13, 15, 17, and 19 are equal. Further, the width and length of each of the fixed resistors 13, 15, 17, 19 are the same as the width and length of each of the mesa type gauges 12, 14, 16, 18. For this reason, the electrical resistance values of the gauge portions 13a, 15a, 17a, 19a of the fixed resistors 13, 15, 17, 19 are the same as the gauge portions 12a, 14a, 16a of the mesa gauges 12, 14, 16, 18 It is also equal to each electric resistance value of 18a.
図１，２に示されるように、半導体基板２は、主面２Ｓにｐ型不純物が導入された接続領域４２，４４，４６，４８を有する。接続領域４２，４４，４６，４８の不純物濃度は、約１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３である。接続領域４２，４４，４６，４８は、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａと同一の工程で形成される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor substrate 2 has connection regions 42, 44, 46, and 48 in which p-type impurities are introduced into the main surface 2 </ b> S. The impurity concentration of the connection regions 42, 44, 46 and 48 is about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 . The connection regions 42, 44, 46, 48 are formed in the same process as the gauge portions 12 a, 14 a, 16 a, 18 a of the mesa type gauges 12, 14, 16, 18.
第１接続領域４２は、第１低感度メサ型ゲージ１２及び固定抵抗体１３の各々の一端と第１高感度メサ型ゲージ１４及び固定抵抗体１５の各々の一端の間に配置されている。第１接続領域４２は、大きく狭窄された狭窄部４２ａと、狭窄されることにより分離した２つの部分４２ｂ及び部分４２ｃにより構成されている。部分４２ｂ及び部分４２ｃが第１接続領域４２の大部分を占めており、狭窄部４２ａが占める範囲は極めて狭い。部分４２ｂと部分４２ｃは、狭窄部４２ａを介して接続されている。部分４２ｂの電気抵抗値と部分４２ｃの電気抵抗値は等しくなるように構成されている。第１低感度メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａの一端と固定抵抗体１３のゲージ部１３ａの一端は、部分４２ｂを介して電気的に接続されている。第１高感度メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａの一端と固定抵抗体１５のゲージ部１５ａの一端は、部分４２ｃを介して電気的に接続されている。 The first connection region 42 is disposed between one end of each of the first low-sensitivity mesa gauge 12 and the fixed resistor 13 and one end of each of the first high-sensitivity mesa gauge 14 and the fixed resistor 15. The first connection region 42 includes a narrowed portion 42a that is largely narrowed, and two portions 42b and 42c that are separated by being narrowed. The portion 42b and the portion 42c occupy most of the first connection region 42, and the range occupied by the narrowed portion 42a is extremely narrow. The part 42b and the part 42c are connected via the constriction part 42a. The electrical resistance value of the portion 42b and the electrical resistance value of the portion 42c are configured to be equal. One end of the gauge portion 12a of the first low sensitivity mesa gauge 12 and one end of the gauge portion 13a of the fixed resistor 13 are electrically connected via a portion 42b. One end of the gauge portion 14a of the first high sensitivity mesa gauge 14 and one end of the gauge portion 15a of the fixed resistor 15 are electrically connected via a portion 42c.
第２接続領域４４は、第１高感度メサ型ゲージ１４及び固定抵抗体１５の各々の他端と第２低感度メサ型ゲージ１６及び固定抵抗体１７の各々の一端の間に配置されている。第２接続領域４４は、大きく狭窄された狭窄部４４ａと、狭窄されることにより分離した２つの部分４４ｂ及び部分４４ｃにより構成されている。狭窄部４４ａ、部分４４ｂ及び部分４４ｃの構成は、第１接続領域４２の狭窄部４２ａ、部分４２ｂ及び部分４２ｃの構成と同一である。第１高感度メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａの他端と固定抵抗体１５のゲージ部１５ａの他端は、部分４４ｂを介して電気的に接続されている。第２低感度メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａの一端と固定抵抗体１７のゲージ部１７ａの一端は、部分４４ｃを介して電気的に接続されている。 The second connection region 44 is disposed between the other end of each of the first high-sensitivity mesa gauge 14 and the fixed resistor 15 and one end of each of the second low-sensitivity mesa gauge 16 and the fixed resistor 17. . The second connection region 44 includes a narrowed portion 44a that is largely narrowed, and two portions 44b and 44c that are separated by being narrowed. The configurations of the narrowed portion 44a, the portion 44b, and the portion 44c are the same as the configurations of the narrowed portion 42a, the portion 42b, and the portion 42c of the first connection region 42. The other end of the gauge portion 14a of the first high-sensitivity mesa gauge 14 and the other end of the gauge portion 15a of the fixed resistor 15 are electrically connected via a portion 44b. One end of the gauge portion 16a of the second low sensitivity mesa gauge 16 and one end of the gauge portion 17a of the fixed resistor 17 are electrically connected via a portion 44c.
第３接続領域４６は、第２低感度メサ型ゲージ１６及び固定抵抗体１７の各々の他端と第２高感度メサ型ゲージ１８及び固定抵抗体１９の各々の一端の間に配置されている。第３接続領域４６は、大きく狭窄された狭窄部４６ａと、狭窄されることにより分離した２つの部分４６ｂ及び部分４６ｃにより構成されている。狭窄部４６ａ、部分４６ｂ及び部分４６ｃの構成は、第１接続領域４２の狭窄部４２ａ、部分４２ｂ及び部分４２ｃの構成と同一である。第２低感度メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａの他端と固定抵抗体１７のゲージ部１７ａの他端は、部分４６ｂを介して電気的に接続されている。第２高感度メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａの一端と固定抵抗体１９のゲージ部１９ａの一端は、部分４６ｃを介して電気的に接続されている。 The third connection region 46 is disposed between the other end of each of the second low-sensitivity mesa gauge 16 and the fixed resistor 17 and one end of each of the second high-sensitivity mesa gauge 18 and the fixed resistor 19. . The third connection region 46 includes a narrowed portion 46a that is largely narrowed and two portions 46b and 46c that are separated by being narrowed. The configurations of the narrowed portion 46a, the portion 46b, and the portion 46c are the same as the configurations of the narrowed portion 42a, the portion 42b, and the portion 42c of the first connection region 42. The other end of the gauge portion 16a of the second low-sensitivity mesa gauge 16 and the other end of the gauge portion 17a of the fixed resistor 17 are electrically connected via a portion 46b. One end of the gauge portion 18a of the second high sensitivity mesa gauge 18 and one end of the gauge portion 19a of the fixed resistor 19 are electrically connected via a portion 46c.
第４接続領域４８は、第２高感度メサ型ゲージ１８及び固定抵抗体１９の各々の他端と第１低感度メサ型ゲージ１２及び固定抵抗体１３の各々の他端の間に配置されている。第４接続領域４８は、大きく狭窄された狭窄部４８ａと、狭窄されることにより分離した２つの部分４８ｂ及び部分４８ｃにより構成されている。狭窄部４８ａ、部分４８ｂ及び部分４８ｃの構成は、第１接続領域４２の狭窄部４２ａ、部分４２ｂ及び部分４２ｃの構成と同一である。第２高感度メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａの他端と固定抵抗体１９のゲージ部１９ａの他端は、部分４８ｂを介して電気的に接続されている。第１低感度メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａの他端と固定抵抗体１３のゲージ部１３ａの他端は、部分４８ｃを介して電気的に接続されている。 The fourth connection region 48 is disposed between the other ends of the second high-sensitivity mesa gauge 18 and the fixed resistor 19 and the other ends of the first low-sensitivity mesa gauge 12 and the fixed resistor 13. Yes. The fourth connection region 48 includes a narrowed portion 48a that is largely narrowed and two portions 48b and 48c that are separated by being narrowed. The configurations of the narrowed portion 48a, the portion 48b, and the portion 48c are the same as the configurations of the narrowed portion 42a, the portion 42b, and the portion 42c of the first connection region 42. The other end of the gauge portion 18a of the second high sensitivity mesa gauge 18 and the other end of the gauge portion 19a of the fixed resistor 19 are electrically connected via a portion 48b. The other end of the gauge portion 12a of the first low-sensitivity mesa gauge 12 and the other end of the gauge portion 13a of the fixed resistor 13 are electrically connected via a portion 48c.
第１低感度メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａと、固定抵抗体１３のゲージ部１３ａと、これらの両端に接続された第１接続領域４２の部分４２ｂ及び第４接続領域４８の部分４８ｃにより、１つの第１抵抗体１１２が構成されている。固定抵抗体１３のゲージ部１３ａは、第１低感度メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａに並列に接続されている。第１接続領域４２の部分４２ｂ及び第４接続領域４８の部分４８ｃは幅広に構成されているので、それらの電気抵抗値は極めて低い。このため、第１抵抗体１１２の電気抵抗値は、主にゲージ部１２ａとゲージ部１３ａの合成抵抗値に依存する。 The gauge portion 12a of the first low-sensitivity mesa gauge 12, the gauge portion 13a of the fixed resistor 13, the portion 42b of the first connection region 42 and the portion 48c of the fourth connection region 48 connected to both ends thereof, One first resistor 112 is configured. The gauge part 13 a of the fixed resistor 13 is connected in parallel to the gauge part 12 a of the first low sensitivity mesa type gauge 12. Since the portion 42b of the first connection region 42 and the portion 48c of the fourth connection region 48 are configured to be wide, their electrical resistance values are extremely low. For this reason, the electrical resistance value of the first resistor 112 mainly depends on the combined resistance value of the gauge portion 12a and the gauge portion 13a.
第１高感度メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａと、固定抵抗体１５のゲージ部１５ａと、これらの両端に接続された第１接続領域４２の部分４２ｃ及び第２接続領域４４の部分４４ｂにより、１つの第２抵抗体１１４が構成されている。固定抵抗体１５のゲージ部１５ａは、第１高感度メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａに並列に接続されている。第１接続領域４２の部分４２ｃ及び第２接続領域４４の部分４４ｂは幅広に構成されているので、それらの電気抵抗値は極めて低い。このため、第２抵抗体１１４の電気抵抗値は、主にゲージ部１４ａとゲージ部１５ａの合成抵抗値に依存する。 The gauge portion 14a of the first high-sensitivity mesa gauge 14, the gauge portion 15a of the fixed resistor 15, the portion 42c of the first connection region 42 and the portion 44b of the second connection region 44 connected to both ends thereof, One second resistor 114 is configured. The gauge portion 15 a of the fixed resistor 15 is connected in parallel to the gauge portion 14 a of the first high sensitivity mesa type gauge 14. Since the portion 42c of the first connection region 42 and the portion 44b of the second connection region 44 are configured to be wide, their electrical resistance values are extremely low. For this reason, the electrical resistance value of the second resistor 114 mainly depends on the combined resistance value of the gauge portion 14a and the gauge portion 15a.
第２低感度メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａと、固定抵抗体１７のゲージ部１７ａと、これらの両端に接続された第２接続領域４４の部分４４ｃ及び第３接続領域４６の部分４６ｂにより、１つの第３抵抗体１１６が構成されている。固定抵抗体１７のゲージ部１７ａは、第２低感度メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａに並列に接続されている。第２接続領域４４の部分４４ｃ及び第３接続領域４６の部分４６ｂは幅広に構成されているので、それらの電気抵抗値は極めて低い。このため、第３抵抗体１１６の電気抵抗値は、主にゲージ部１６ａとゲージ部１７ａの合成抵抗値に依存する。 By the gauge portion 16a of the second low-sensitivity mesa gauge 16, the gauge portion 17a of the fixed resistor 17, the portion 44c of the second connection region 44 and the portion 46b of the third connection region 46 connected to both ends thereof, One third resistor 116 is configured. The gauge portion 17 a of the fixed resistor 17 is connected in parallel to the gauge portion 16 a of the second low sensitivity mesa gauge 16. Since the portion 44c of the second connection region 44 and the portion 46b of the third connection region 46 are configured to be wide, their electrical resistance values are extremely low. For this reason, the electrical resistance value of the third resistor 116 mainly depends on the combined resistance value of the gauge portion 16a and the gauge portion 17a.
第２高感度メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａと、固定抵抗体１９のゲージ部１９ａと、これらの両端に接続された第３接続領域４６の部分４６ｃ及び第４接続領域４８の部分４８ｂにより、１つの第４抵抗体１１８が構成されている。固定抵抗体１９のゲージ部１９ａは、第２高感度メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａに並列に接続されている。第３接続領域４６の部分４６ｃ及び第４接続領域４８の部分４８ｂは幅広に構成されているので、それらの電気抵抗値は極めて低い。このため、第４抵抗体１１８の電気抵抗値は、主にゲージ部１８ａとゲージ部１９ａの合成抵抗値に依存する。圧縮応力が加わっていないときの抵抗体１１２，１１４，１１６，１１８の各々の電気抵抗値は等しい。 The gauge portion 18a of the second high-sensitivity mesa gauge 18, the gauge portion 19a of the fixed resistor 19, the portion 46c of the third connection region 46 and the portion 48b of the fourth connection region 48 connected to both ends thereof, One fourth resistor 118 is configured. The gauge portion 19 a of the fixed resistor 19 is connected in parallel to the gauge portion 18 a of the second high sensitivity mesa gauge 18. Since the portion 46c of the third connection region 46 and the portion 48b of the fourth connection region 48 are configured to be wide, their electrical resistance values are extremely low. For this reason, the electrical resistance value of the fourth resistor 118 mainly depends on the combined resistance value of the gauge portion 18a and the gauge portion 19a. The electrical resistance values of the resistors 112, 114, 116, and 118 when the compressive stress is not applied are equal.
図１，２に示されるように、半導体基板２は、主面２Ｓにｐ型不純物が導入された配線２２，２４，２６，２８を有する。配線２２，２４，２６，２８の不純物濃度は、約１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３である。配線２２，２４，２６，２８は、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａと同一の工程で形成される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor substrate 2 has wirings 22, 24, 26 and 28 in which p-type impurities are introduced into the main surface 2 </ b> S. The impurity concentration of the wirings 22, 24, 26, and 28 is about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 . The wirings 22, 24, 26, and 28 are formed in the same process as the gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a of the mesa gauges 12, 14, 16, and 18.
メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８は、検知部１０内にフルブリッジ回路を構成する。電源配線２８は、第４接続領域４８の狭窄部４８ａに接続している。基準配線２４は、第２接続領域４４の狭窄部４４ａに接続している。第１抵抗体１１２と第２抵抗体１１４は、電源配線２８と基準配線２４の間に、第１接続領域４２の狭窄部４２ａを介して直列に接続されている。第４抵抗体１１８と第３抵抗体１１６は、電源配線２８と基準配線２４の間に、第３接続領域４６の狭窄部４６ａを介して直列に接続されている。第１抵抗体１１２と第２抵抗体１１４の組と第４抵抗体１１８と第３抵抗体１１６の組は、電源配線２８と基準配線２４の間に並列に接続されている。 The mesa gauges 12, 14, 16, and 18 constitute a full bridge circuit in the detection unit 10. The power supply wiring 28 is connected to the narrowed portion 48 a of the fourth connection region 48. The reference wiring 24 is connected to the narrowed portion 44 a of the second connection region 44. The first resistor 112 and the second resistor 114 are connected in series between the power supply wiring 28 and the reference wiring 24 via the narrowed portion 42 a of the first connection region 42. The fourth resistor 118 and the third resistor 116 are connected in series between the power supply wiring 28 and the reference wiring 24 via the narrowed portion 46 a of the third connection region 46. A set of the first resistor 112 and the second resistor 114 and a set of the fourth resistor 118 and the third resistor 116 are connected in parallel between the power supply wiring 28 and the reference wiring 24.
第１出力配線２６は、第４抵抗体１１８と第３抵抗体１１６の間の第３接続領域４６の狭窄部４６ａに接続している。第２出力配線２２は、第１抵抗体１１２と第２抵抗体１１４の間の第１接続領域４２の狭窄部４２ａに接続している。 The first output wiring 26 is connected to the narrowed portion 46 a of the third connection region 46 between the fourth resistor 118 and the third resistor 116. The second output wiring 22 is connected to the narrowed portion 42 a of the first connection region 42 between the first resistor 112 and the second resistor 114.
基準配線２４は、基準電極３４に電気的に接続する。第１出力配線２６は、第１出力電極３６に電気的に接続する。電源配線２８は、電源電極３８に電気的に接続する。第２出力配線２２は、第２出力電極３２に電気的に接続する。これらの電極３２，３４，３６，３８は、半導体基板２の主面２Ｓ上に設けられており、力伝達ブロック４で覆われる範囲外に配置されている。基準配線２４及び電源配線２８は幅広に構成されており、それらの電気抵抗値は、抵抗体１１２，１１４，１１６，１１８の電気抵抗値に対して無視できるほどに小さい。第１出力配線２６の電気抵抗値と第２出力配線２２の電気抵抗値は、等しくなるように構成されている。 The reference wiring 24 is electrically connected to the reference electrode 34. The first output wiring 26 is electrically connected to the first output electrode 36. The power supply wiring 28 is electrically connected to the power supply electrode 38. The second output wiring 22 is electrically connected to the second output electrode 32. These electrodes 32, 34, 36 and 38 are provided on the main surface 2 </ b> S of the semiconductor substrate 2 and are disposed outside the range covered by the force transmission block 4. The reference wiring 24 and the power supply wiring 28 are configured to be wide, and their electrical resistance values are negligibly small with respect to the electrical resistance values of the resistors 112, 114, 116, and 118. The electrical resistance value of the first output wiring 26 and the electrical resistance value of the second output wiring 22 are configured to be equal.
図１，３，４に示されるように、力伝達ブロック４は、直方体形状を有しており、シリコン層４ａと酸化シリコン層４ｂを有する。半導体基板２と力伝達ブロック４は、常温個相接合技術を利用して接合される。具体的には、アルゴンイオンを用いて半導体基板２の主面２Ｓ及び力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂの表面を活性化させた後に、超高真空中で半導体基板２の主面２Ｓと力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂの表面を接触させ、両者を接合させる。 As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the force transmission block 4 has a rectangular parallelepiped shape, and includes a silicon layer 4a and a silicon oxide layer 4b. The semiconductor substrate 2 and the force transmission block 4 are bonded using a room temperature single phase bonding technique. Specifically, the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 and the surface of the silicon oxide layer 4b of the force transmission block 4 are activated using argon ions, and then the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 and the force are applied in an ultrahigh vacuum. The surfaces of the silicon oxide layer 4b of the transmission block 4 are brought into contact with each other to join them together.
図３，４，５に示されるように、力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂの一部が除去されており、力伝達ブロック４の半導体基板２と接合する側の面に溝４ｃが形成されている。溝４ｃが形成されていることにより、力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂは、封止部分４０ａと押圧部分４０ｂに区画されている。また、このような溝４ｃが形成されていることにより、半導体基板２と力伝達ブロック４の間には、外部から隔てられた封止空間６が構成される。 As shown in FIGS. 3, 4, and 5, a part of the silicon oxide layer 4 b of the force transmission block 4 is removed, and a groove 4 c is formed on the surface of the force transmission block 4 on the side to be bonded to the semiconductor substrate 2. ing. By forming the groove 4c, the silicon oxide layer 4b of the force transmission block 4 is partitioned into a sealing portion 40a and a pressing portion 40b. In addition, by forming such a groove 4 c, a sealed space 6 separated from the outside is formed between the semiconductor substrate 2 and the force transmission block 4.
力伝達ブロック４の封止部分４０ａは、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の周囲を一巡するように、半導体基板２の主面２Ｓに接合する。半導体基板２のうちの力伝達ブロック４の封止部分４０ａが接合する部分を封止部２０という。力伝達ブロック４の封止部分４０ａが矩形状に構成されているので、半導体基板２の封止部２０は、高感度メサ型ゲージ１４，１８の長手方向と平行な部分と低感度メサ型ゲージ１２，１６の長手方向と平行な部分で構成される。半導体基板２の主面２Ｓにおける封止部２０の内側の領域は正方形形状となっている。半導体基板２の封止部２０と力伝達ブロック４の封止部分４０ａは、気密に接合する。 The sealing portion 40a of the force transmission block 4 is joined to the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 so as to make a round around the mesa gauges 12, 14, 16, and 18. A portion of the semiconductor substrate 2 where the sealing portion 40 a of the force transmission block 4 is joined is referred to as a sealing portion 20. Since the sealing portion 40a of the force transmission block 4 is formed in a rectangular shape, the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 includes a portion parallel to the longitudinal direction of the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 and a low-sensitivity mesa gauge. It is comprised by the part parallel to the longitudinal direction of 12,16. A region inside the sealing portion 20 on the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 has a square shape. The sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 and the sealing portion 40a of the force transmission block 4 are joined in an airtight manner.
図１，２に示されるように、高感度メサ型ゲージ１４，１８は、半導体基板２の＜１００＞方向において封止空間６を３等分した位置（即ち、封止部２０の内側の領域を３等分した位置）に配置されている。低感度メサ型ゲージ１２，１６は、半導体基板２の＜１１０＞方向において封止空間６を３等分した位置（即ち、封止部２０の内側の領域を３等分した位置）に配置されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 are located at positions where the sealing space 6 is equally divided into three in the <100> direction of the semiconductor substrate 2 (that is, regions inside the sealing portion 20). Is divided into three equal parts). The low-sensitivity mesa gauges 12 and 16 are arranged at a position obtained by dividing the sealing space 6 into three equal parts in the <110> direction of the semiconductor substrate 2 (that is, a position obtained by dividing the inner region of the sealing part 20 into three equal parts). ing.
図３，４に示されるように、力伝達ブロック４の押圧部分４０ｂは、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の頂面に接合する一方で、固定抵抗体１３，１５，１７，１９の頂面には接合していない。このため、固定抵抗体１５，１９は、圧縮応力に対して電気抵抗値が大きく変化する半導体基板２の＜１１０＞方向に沿って延びているものの、それらの電気抵抗値の値は、力伝達ブロック４の受圧時においても実質的に変化しない。押圧部分４０ｂと高感度メサ型ゲージ１４、１８の各々の頂面との接触面積は等しい。押圧部分４０ｂと低感度メサ型ゲージ１２、１６の各々の頂面との接触面積は等しい。 As shown in FIGS. 3 and 4, the pressing portion 40 b of the force transmission block 4 is joined to the top surface of the mesa type gauges 12, 14, 16, 18, while the fixed resistors 13, 15, 17, 19 are connected. It is not joined to the top surface. For this reason, although the fixed resistors 15 and 19 extend along the <110> direction of the semiconductor substrate 2 in which the electrical resistance value greatly changes with respect to the compressive stress, the values of the electrical resistance values are the force transmission. Even when the pressure of the block 4 is received, there is substantially no change. The contact area between the pressing portion 40b and the top surfaces of the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 is equal. The contact area between the pressing portion 40b and the top surfaces of the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16 is equal.
次に、力検知装置１の動作を説明する。まず、力検知装置１は、電源電極３８に定電流源が接続され、基準電極３４が接地され、第１出力電極３６と第２出力電極３２の間に電圧測定器が接続して用いられる。力検知装置１では、力伝達ブロック４に加わる容器内圧が変化すると、力伝達ブロック４を介してメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａに加わる圧縮応力も変化する。ピエゾ抵抗効果が現われる高感度メサ型ゲージ１４，１８のゲージ部１４ａ，１８ａの電気抵抗値は、圧縮応力に応じて変化する。ゲージ部１４ａの電気抵抗値が変化すると、第２抵抗体１１４の合成抵抗値が変化する。ゲージ部１８ａの電気抵抗値が変化すると、第４抵抗体１１８の合成抵抗値が変化する。このため、第１出力電極３６と第２出力電極３２の電位差は、ゲージ部１４ａ，１８ａに加わる圧縮応力に依存する。これにより、電圧測定器で計測される電圧変化から力伝達ブロック４に加わる容器内圧が検知される。 Next, the operation of the force detection device 1 will be described. First, the force detection device 1 is used by connecting a constant current source to the power supply electrode 38, grounding the reference electrode 34, and connecting a voltage measuring device between the first output electrode 36 and the second output electrode 32. In the force detection device 1, when the container internal pressure applied to the force transmission block 4 changes, the compressive stress applied to the gauge portions 12 a, 14 a, 16 a, 18 a of the mesa type gauges 12, 14, 16, 18 via the force transmission block 4 is also increased. Change. The electrical resistance values of the gauge portions 14a and 18a of the high-sensitivity mesa-type gauges 14 and 18 in which the piezoresistance effect appears change according to the compressive stress. When the electrical resistance value of the gauge portion 14a changes, the combined resistance value of the second resistor 114 changes. When the electrical resistance value of the gauge portion 18a changes, the combined resistance value of the fourth resistor 118 changes. For this reason, the potential difference between the first output electrode 36 and the second output electrode 32 depends on the compressive stress applied to the gauge portions 14a and 18a. Thereby, the container internal pressure added to the force transmission block 4 is detected from the voltage change measured with a voltage measuring device.
先に述べたように、高感度メサ型ゲージ１４，１８の圧縮応力と電気抵抗値の関係は、図７に示されるように、下に凸な非直線性を示す。このため、固定抵抗体１３，１５，１７，１９が形成されていない力検知装置では、第１出力電極と第２出力電極の電位差が、ゲージ部１４ａ，１８ａに加わる圧縮応力に比例しない。この結果、力検知装置の出力特性の直線性が低くなるという問題があった。 As described above, the relationship between the compressive stress and the electric resistance value of the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 exhibits a non-linearity convex downward as shown in FIG. For this reason, in the force detection device in which the fixed resistors 13, 15, 17, and 19 are not formed, the potential difference between the first output electrode and the second output electrode is not proportional to the compressive stress applied to the gauge portions 14a and 18a. As a result, there is a problem that the linearity of the output characteristic of the force detection device is lowered.
ここで、圧縮応力と電気抵抗値の関係が比例特性を示す可変抵抗体Ａに固定抵抗体Ｂを並列接続した並列接続体Ｃにおける圧縮応力と合成抵抗値の関係について説明する。この可変抵抗体Ａの初期抵抗値をＲ１とし、可変抵抗体Ａの電気抵抗値の増加量をΔＲとし、固定抵抗体Ｂの電気抵抗値をＲ２とすると、並列接続体Ｃの合成抵抗値Ｒ’は、次の数式となる。 Here, the relationship between the compressive stress and the combined resistance value in the parallel connection body C in which the fixed resistor B is connected in parallel to the variable resistor A in which the relationship between the compression stress and the electric resistance value exhibits a proportional characteristic will be described. When the initial resistance value of the variable resistor A is R1, the increase amount of the electric resistance value of the variable resistor A is ΔR, and the electric resistance value of the fixed resistor B is R2, the combined resistance value R of the parallel connection body C 'Becomes the following formula.
上記数式のＲ’をΔＲについて微分すると、その微分値ｄ１は、次の数式となる。 When R ′ in the above equation is differentiated with respect to ΔR, the differential value d1 is expressed by the following equation.
このように、微分値ｄ１は、正の値を示す。微分値ｄ１をΔＲについてさらに微分すると、その微分値ｄ２は負の値を示す（式省略）。微分値ｄ１、ｄ２より、並列接続体Ｃでは、ΔＲとＲ’の関係が、上に凸な非直線性を示すことが分かる。このことから、圧縮応力と電気抵抗値の関係が比例特性を示す可変抵抗体に固定抵抗体を並列接続すると、その並列接続体の圧縮応力と合成抵抗値Ｒ’の関係は、図８に示されるように上に凸な非直線性を示す。 Thus, the differential value d1 indicates a positive value. When the differential value d1 is further differentiated with respect to ΔR, the differential value d2 shows a negative value (expression omitted). From the differential values d1 and d2, it can be seen that, in the parallel connection body C, the relationship between ΔR and R ′ exhibits upward convex non-linearity. From this, when a fixed resistor is connected in parallel to a variable resistor in which the relationship between the compressive stress and the electric resistance value shows a proportional characteristic, the relationship between the compressive stress and the combined resistance value R ′ of the parallel connected body is shown in FIG. As shown in FIG.
本実施例の力検知装置１では、上記の知見を利用して、高感度メサ型がゲージ１４，１８の各々に固定抵抗体１５，１９の各々を並列接続して抵抗体１１４，１１８を形成する。この構成によると、圧縮応力と電気抵抗値の関係において、高感度メサ型ゲージ１４，１８の下に凸な非直線性が、固定抵抗体１５，１９の導入により上に凸な非直線性と相殺される。この結果、抵抗体１１４，１１８の圧縮応力と合成抵抗値の関係が良好な直線性を有する。これにより、第１出力電極３６と第２出力電極３２の電位差が、抵抗体１１４のゲージ部１４ａ及び抵抗体１１８のゲージ部１８ａに加わる圧縮応力に略比例するため、力検知装置１の出力特性の直線性を改善することができる。 In the force detection device 1 of the present embodiment, using the above knowledge, the high-sensitivity mesa type forms the resistors 114 and 118 by connecting the fixed resistors 15 and 19 in parallel to the gauges 14 and 18, respectively. To do. According to this configuration, in the relationship between the compressive stress and the electric resistance value, the non-linearity that protrudes below the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 is the non-linearity that protrudes upward due to the introduction of the fixed resistors 15 and 19. Offset. As a result, the relationship between the compressive stress of the resistors 114 and 118 and the combined resistance value has good linearity. As a result, the potential difference between the first output electrode 36 and the second output electrode 32 is substantially proportional to the compressive stress applied to the gauge portion 14a of the resistor 114 and the gauge portion 18a of the resistor 118. Can improve the linearity.
また、力検知装置１では、固定抵抗体１３，１５，１７，１９が半導体基板２の主面２Ｓにメサ段差状に形成されている。このため、固定抵抗体１３，１５，１７，１９をメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８と同一の工程で製造できる。固定抵抗体１３，１５，１７，１９を形成するための工程を新たに設ける必要がないため、力検知装置１の製造効率の低下を抑制できる。 In the force detection device 1, the fixed resistors 13, 15, 17, and 19 are formed on the main surface 2 </ b> S of the semiconductor substrate 2 in a mesa step shape. For this reason, the fixed resistors 13, 15, 17 and 19 can be manufactured in the same process as the mesa type gauges 12, 14, 16 and 18. Since it is not necessary to newly provide a process for forming the fixed resistors 13, 15, 17, 19, it is possible to suppress a decrease in manufacturing efficiency of the force detection device 1.
また、力検知装置１は、力伝達ブロック４によって半導体基板２の検知部１０が封止される封止型構造を有する。この力検知装置１では、ブリッジ回路を構成するメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の各々の端部が互いに直接的に接続しておらず、これらの端部の間には、接続領域４２，４４，４６，４８が配置されている。接続領域４２，４４，４６，４８の各々を挟む２つのメサ型ゲージは、接続領域４２，４４，４６，４８の各々を介して電気的に接続されている。このため、接続領域４２，４４，４６，４８が形成される範囲を拡張又は収縮させることにより、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の長さを調整することができる。例えば、接続領域４２，４４，４６，４８が形成される範囲を広くすると、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の長さを短くでき、力伝達ブロック４の押圧部４０ｂと高感度メサ型ゲージ１４，１８との接触面積を減らすことが可能となる。この結果、力伝達ブロック４に加わる容器内圧は、高感度メサ型ゲージ１４，１８に効率的に伝達され、力検知装置１のセンサ感度を向上することができる。これにより、封止型構造を有し、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８がブリッジ回路を構成する力検知装置１において、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の感度を調整するための設計の自由度を向上することができる。 The force detection device 1 has a sealed structure in which the detection unit 10 of the semiconductor substrate 2 is sealed by the force transmission block 4. In this force detection device 1, the ends of each of the mesa gauges 12, 14, 16, 18 constituting the bridge circuit are not directly connected to each other, and a connection region 42 is provided between these ends. , 44, 46, 48 are arranged. Two mesa gauges sandwiching each of the connection regions 42, 44, 46, 48 are electrically connected via each of the connection regions 42, 44, 46, 48. For this reason, the length of the mesa gauges 12, 14, 16, 18 can be adjusted by expanding or contracting the range in which the connection regions 42, 44, 46, 48 are formed. For example, if the range in which the connection regions 42, 44, 46, 48 are formed is widened, the length of the mesa type gauges 12, 14, 16, 18 can be shortened, and the pressing portion 40 b of the force transmission block 4 and the high sensitivity mesa type The contact area with the gauges 14 and 18 can be reduced. As a result, the container internal pressure applied to the force transmission block 4 is efficiently transmitted to the high-sensitivity mesa type gauges 14 and 18, and the sensor sensitivity of the force detection device 1 can be improved. As a result, in the force detection device 1 having a sealed structure and the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 forming a bridge circuit, the sensitivity of the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 is adjusted. The degree of freedom in design can be improved.
上述したように、力検知装置１は封止型構造を有するため、高感度メサ型ゲージ１４，１８に加わる圧縮応力は、封止空間６内の高感度メサ型ゲージ１４，１８の位置に依存する。この例では、図２に示されるように、高感度メサ型ゲージ１４，１８が半導体基板２の＜１００＞方向に並んで配置されているので、高感度メサ型ゲージ１４，１８に加わる圧縮応力は、半導体基板２の＜１００＞方向における封止空間６内の高感度メサ型ゲージ１４，１８の位置に依存する。 As described above, since the force detection device 1 has a sealed structure, the compressive stress applied to the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 depends on the positions of the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 in the sealed space 6. To do. In this example, as shown in FIG. 2, the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 are arranged in the <100> direction of the semiconductor substrate 2, so that the compressive stress applied to the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18. Depends on the position of the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 in the sealed space 6 in the <100> direction of the semiconductor substrate 2.
力検知装置１では、第１高感度メサ型ゲージ１４と第２高感度メサ型ゲージ１８が、封止部２０の内側の領域の中心点７（図１，２参照）に対して点対称に配置されている。より具体的には、半導体基板２の＜１００＞方向において、第１高感度メサ型ゲージ１４と半導体基板２の封止部２０（第１高感度メサ型ゲージ１４の長手方向と平行な封止部２０の部分であり、図２の紙面左側の封止空間６の縁に相当する）の間の最短距離と、第２高感度メサ型ゲージ１８と半導体基板２の封止部２０（第２高感度メサ型ゲージ１８の長手方向と平行な封止部２０の部分であり、図２の紙面右側の封止空間６の縁に相当する）の間の最短距離が等しい。これにより、力伝達ブロック４に加わる力に対して第１高感度メサ型ゲージ１４及び第２高感度メサ型ゲージ１８の各々に伝達される力が等しくなるので、力伝達ブロック４に加わる力に対する出力の線形性が向上する。 In the force detection device 1, the first high-sensitivity mesa gauge 14 and the second high-sensitivity mesa gauge 18 are point-symmetric with respect to the center point 7 (see FIGS. 1 and 2) of the inner region of the sealing portion 20. Has been placed. More specifically, in the <100> direction of the semiconductor substrate 2, the first high sensitivity mesa gauge 14 and the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 (sealing parallel to the longitudinal direction of the first high sensitivity mesa gauge 14). 2, which corresponds to the edge of the sealing space 6 on the left side of FIG. 2, the second high-sensitivity mesa gauge 18 and the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 (second portion). This is the portion of the sealing portion 20 parallel to the longitudinal direction of the high-sensitivity mesa gauge 18 and corresponds to the edge of the sealing space 6 on the right side of FIG. As a result, the force transmitted to each of the first high-sensitivity mesa gauge 14 and the second high-sensitivity mesa gauge 18 is equal to the force applied to the force transmission block 4. The linearity of the output is improved.
さらに、力検知装置１では、高感度メサ型ゲージ１４，１８は、封止空間６を半導体基板２の＜１００＞方向において３等分した位置に配置されており、かつ、封止空間６の半導体基板２の＜１１０＞方向における中央部に配置されている。これにより、力伝達ブロック４に加わる力は、高感度メサ型ゲージ１４，１８の頂面に対して垂直な方向に伝達されるので、高感度メサ型ゲージ１４，１８が斜めに圧縮することが抑制され、力伝達ブロック４に加わる力に対する出力の線形性がさらに向上する。 Furthermore, in the force detection device 1, the high-sensitivity mesa type gauges 14 and 18 are arranged at a position obtained by dividing the sealing space 6 into three equal parts in the <100> direction of the semiconductor substrate 2. The semiconductor substrate 2 is disposed at the center in the <110> direction. As a result, the force applied to the force transmission block 4 is transmitted in a direction perpendicular to the top surfaces of the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18, so that the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 can be compressed obliquely. It is suppressed and the linearity of the output with respect to the force applied to the force transmission block 4 is further improved.
また、力検知装置１では、接続領域４２，４４，４６，４８が、狭窄部４２ａ，４４ａ，４６ａ，４８ａを有しており、配線２２，２４，２６，２８は狭窄部４２ａ，４４ａ，４６ａ，４８ａに接続している。狭窄部４２ａ，４４ａ，４６ａ，４８ａが接続領域４２，４４，４６，４８に占める範囲は極めて狭い。例えば、狭窄部４２ａ，４４ａ，４６ａ，４８ａを含まない接続領域では、製造バラツキによって接続領域内を流れる電流の経路もばらつく。このような電流経路のばらつきは、零点オフセット特性の悪化の原因となる。一方、狭窄部４２ａ，４４ａ，４６ａ，４８ａを含む接続領域４２，４４，４６，４８では、接続領域４２，４４，４６，４８内を流れる電流の経路を制限することができる。これにより、力検知装置１の零点オフセット特性の悪化が抑えられる。 In the force detection device 1, the connection regions 42, 44, 46, and 48 have narrow portions 42a, 44a, 46a, and 48a, and the wirings 22, 24, 26, and 28 are narrow portions 42a, 44a, and 46a. , 48a. The range occupied by the constricted portions 42a, 44a, 46a, 48a in the connection regions 42, 44, 46, 48 is extremely narrow. For example, in the connection region that does not include the constricted portions 42a, 44a, 46a, and 48a, the path of the current flowing in the connection region varies due to manufacturing variations. Such variations in the current path cause deterioration of the zero point offset characteristic. On the other hand, in the connection regions 42, 44, 46, 48 including the constricted portions 42 a, 44 a, 46 a, 48 a, the path of current flowing through the connection regions 42, 44, 46, 48 can be restricted. Thereby, the deterioration of the zero point offset characteristic of the force detection device 1 is suppressed.
さらに、力検知装置１では、接続領域４２，４４，４６，４８の各々が狭窄されることにより分離される２つの部分（部分４２ｂ，部分４２ｃ，部分４４ｂ，部分４４ｃ，部分４６ｂ，部分４６ｃ，部分４８ｂ，部分４８ｃ）の電気抵抗値がいずれも等しくなるように構成されており、これにより、抵抗体１１２，１１４，１１６，１１８の初期電気抵抗値が等しくなっている。従って、力検知装置１では、オフセット電圧が低減される。 Further, in the force detection device 1, two parts (part 42b, part 42c, part 44b, part 44c, part 46b, part 46c, and the like are separated by constricting each of the connection regions 42, 44, 46, and 48. The electric resistance values of the portions 48b and 48c) are configured to be equal to each other, so that the initial electric resistance values of the resistors 112, 114, 116, and 118 are equal. Therefore, in the force detection device 1, the offset voltage is reduced.
次に、図６を参照して実施例２について説明する。以下では、実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。抵抗体２１４は、実施例１の抵抗体１１４と比較して、固定抵抗体１１５の形状が異なっている。固定抵抗体１１５は、部分１１５０ａ，１１５０ｂ，１１５０ｃ，１１５０ｄ及び１１５０ｅと、部分１１５１ａ，１１５１ｂ，１１５１ｃ及び１１５１ｄによって構成されている。部分１１５０ａ〜１１５０ｅは、半導体基板２の＜１１０＞方向に沿って延びている。部分１１５１ａ〜１１５１ｄは、半導体基板２の＜１００＞方向に沿って延びている。部分１１５０ａ〜１１５０ｅの各々の幅と部分１１５１ａ〜１１５１ｄの各々の幅は共通であり、これらの幅は、第１高感度メサ型ゲージ１４の幅とも共通である。 Next, Example 2 will be described with reference to FIG. Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described, and detailed description of the same configurations as those of the first embodiment will be omitted. The resistor 214 is different in the shape of the fixed resistor 115 from the resistor 114 of the first embodiment. The fixed resistor 115 includes portions 1150a, 1150b, 1150c, 1150d, and 1150e, and portions 1151a, 1151b, 1151c, and 1151d. The portions 1150 a to 1150 e extend along the <110> direction of the semiconductor substrate 2. The portions 1151 a to 1151 d extend along the <100> direction of the semiconductor substrate 2. The width of each of the portions 1150a to 1150e and the width of each of the portions 1151a to 1151d are common, and these widths are also common to the width of the first high-sensitivity mesa gauge 14.
部分１１５０ａの一端は、接続領域４４の部分４４ｂに電気的に接続されており、部分１１５０ｅの一端は、接続領域４２の部分４２ｂに電気的に接続されている。部分１１５０ａ、部分１１５１ａ、部分１１５０ｂ、部分１１５１ｂ、部分１１５０ｃ、部分１１５１ｃ、部分１１５０ｄ、部分１１５１ｄ及び部分１１５０ｅは、この順に直列に接続されている。部分１１５０ａと部分１１５０ｂは対向している。部分１１５０ｅと部分１１５０ｄは対向している。部分１１５０ｃは、部分１１５０ｂ及び部分１１５０ｄの各々の長さの和よりも長い。部分１１５０ｂ及び部分１１５０ｄは、部分１１５０ｃに対して同じ側で部分１１５０ｃと対向している。即ち、部分１１５０ａと部分１１５０ｂ、部分１１５０ｅと部分１１５０ｄ、部分１１５０ｂ及び部分１１５０ｄと部分１１５０ｃは、それぞれ半導体基板２の＜１１０＞方向に沿って往復するように延びている。固定抵抗体１１５の長さ（即ち、部分１１５０ａ〜１１５０ｅの各々の長さ及び部分１１５１ａ〜１１５１ｄの各々の長さの総和）は、第１高感度メサ型ゲージ１４の長さよりも長い。このため、固定抵抗体１１５の表面に形成されたゲージ部１１５ａの電気抵抗値（別言すれば、部分１１５０ａ〜１１５０ｅの各々の電気抵抗値及び部分１１５１ａ〜１１５１ｄの各々の電気抵抗値の総和）は、第１高感度メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａの電気抵抗値（厳密には、ゲージ部１４ａに圧縮応力が加わっていないときの初期抵抗値）よりも大きい。本実施例では、実施例１の抵抗体１１２、１１６、１１８に相当する抵抗体（図示省略）も、抵抗体２１４と同様の構成を有する。 One end of the portion 1150a is electrically connected to the portion 44b of the connection region 44, and one end of the portion 1150e is electrically connected to the portion 42b of the connection region 42. The part 1150a, the part 1151a, the part 1150b, the part 1151b, the part 1150c, the part 1151c, the part 1150d, the part 1151d, and the part 1150e are connected in series in this order. The portion 1150a and the portion 1150b are opposed to each other. The portion 1150e and the portion 1150d are opposed to each other. The portion 1150c is longer than the sum of the lengths of the portions 1150b and 1150d. The part 1150b and the part 1150d face the part 1150c on the same side with respect to the part 1150c. That is, the part 1150a and the part 1150b, the part 1150e and the part 1150d, the part 1150b and the part 1150d and the part 1150c extend so as to reciprocate along the <110> direction of the semiconductor substrate 2, respectively. The length of the fixed resistor 115 (that is, the sum of the lengths of the portions 1150a to 1150e and the lengths of the portions 1151a to 1151d) is longer than the length of the first high-sensitivity mesa gauge 14. Therefore, the electrical resistance value of the gauge portion 115a formed on the surface of the fixed resistor 115 (in other words, the sum of the electrical resistance values of the portions 1150a to 1150e and the electrical resistance values of the portions 1151a to 1151d). Is larger than the electric resistance value of the gauge portion 14a of the first high-sensitivity mesa gauge 14 (strictly, the initial resistance value when no compressive stress is applied to the gauge portion 14a). In this embodiment, resistors (not shown) corresponding to the resistors 112, 116, and 118 of the first embodiment also have the same configuration as the resistor 214.
この構成によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。また、固定抵抗体１１５は、ゲージ部１１５ａの電気抵抗値が、第１高感度メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａの初期抵抗値よりも大きくなるように構成されている。ここで、ピエゾ抵抗効果を有する可変抵抗体Ｄの初期抵抗値をＲ３、可変抵抗体Ｄに所定の圧縮応力を加えたときの可変抵抗体Ｄの電気抵抗値の増加量をΔＲ、固定抵抗体Ｅの電気抵抗値をＲ４とすると、所定の圧縮応力を加えたときの可変抵抗体Ｄ単体の感度Ｓ１は、次の数式となる。 Also with this configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. The fixed resistor 115 is configured such that the electrical resistance value of the gauge portion 115 a is larger than the initial resistance value of the gauge portion 14 a of the first high-sensitivity mesa type gauge 14. Here, the initial resistance value of the variable resistor D having the piezoresistive effect is R3, the increase amount of the electric resistance value of the variable resistor D when a predetermined compressive stress is applied to the variable resistor D is ΔR, and the fixed resistor When the electric resistance value of E is R4, the sensitivity S1 of the variable resistor D alone when a predetermined compressive stress is applied is expressed by the following equation.
一方、所定の圧縮応力を加えたときの、可変抵抗体Ｄと固定抵抗体Ｅとの並列接続体Ｆの感度Ｓ２は、次の数式となる。 On the other hand, the sensitivity S2 of the parallel connection body F of the variable resistor D and the fixed resistor E when a predetermined compressive stress is applied is expressed by the following equation.
このため、感度の変化率ｒは、次の数式となる。 For this reason, the rate of change r of sensitivity is given by the following equation.
変化率ｒは、Ｒ３に対するＲ４の割合が大きくなるにつれて１に近づく。このことから、可変抵抗体に固定抵抗体を並列接続すると、並列接続体の感度は可変抵抗体単体の感度よりも低下するものの、固定抵抗体の電気抵抗値を可変抵抗体の初期抵抗値よりも大きくすることにより、並列接続体の感度が低下することを抑制できることが分かる。このため、本実施例の構成によると、抵抗体２１４の感度の低下を抑制しながら、力検知装置の出力特性の直線性を改善することができる。 The rate of change r approaches 1 as the ratio of R4 to R3 increases. For this reason, when a fixed resistor is connected in parallel to a variable resistor, the sensitivity of the parallel connector is lower than the sensitivity of the variable resistor alone, but the electric resistance value of the fixed resistor is less than the initial resistance value of the variable resistor. It can be seen that the sensitivity of the parallel-connected body can be suppressed from being reduced by increasing the value. For this reason, according to the structure of a present Example, the linearity of the output characteristic of a force detection apparatus can be improved, suppressing the fall of the sensitivity of the resistor 214. FIG.
また、本実施例の力検知装置では、固定抵抗体１１５が、半導体基板２の＜１１０＞方向に沿って往復するように延びる部分を複数有している。この構成によると、半導体基板２の面積消費を抑えながら、固定抵抗体１１５の電気抵抗値が第１高感度メサ型ゲージ１４の初期電気抵抗値よりも大きい関係が得られる。 Further, in the force detection device of the present embodiment, the fixed resistor 115 has a plurality of portions extending so as to reciprocate along the <110> direction of the semiconductor substrate 2. According to this configuration, it is possible to obtain a relationship in which the electric resistance value of the fixed resistor 115 is larger than the initial electric resistance value of the first high-sensitivity mesa gauge 14 while suppressing the area consumption of the semiconductor substrate 2.
以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本明細書が開示する力検知装置は、上記の実施例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the Example of the technique which this specification discloses was described in detail, these are only illustrations, and the force detection device which this specification discloses is what variously modified and changed said Example. included.
例えば、固定抵抗体１３，１５，１７，１９はメサ型ゲージに限られず、半導体表面に形成した拡散抵抗や、抵抗器として使用される電子部品であってもよい。また、接続領域４２，４４，４６，４８は形成されていなくてもよい。また、固定抵抗体１３，１５，１７，１９の各々は、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の各々に対して平行でなくてもよい。但し、固定抵抗値１５，１９は、互いに等しい電気抵抗値を有することが望ましい。また、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８に作用する応力は、圧縮応力に限られず、例えば引張応力であってもよい。また、力検知装置の種類は、封止型構造を有するものに限られない。また、メサ型ゲージは、フルブリッジ回路以外の回路を構成してもよい。 For example, the fixed resistors 13, 15, 17, and 19 are not limited to mesa gauges, but may be diffused resistors formed on the semiconductor surface or electronic components used as resistors. Further, the connection regions 42, 44, 46, and 48 may not be formed. In addition, each of the fixed resistors 13, 15, 17, 19 may not be parallel to each of the mesa gauges 12, 14, 16, 18. However, it is desirable that the fixed resistance values 15 and 19 have the same electrical resistance value. Further, the stress acting on the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 is not limited to compressive stress, and may be, for example, tensile stress. Moreover, the kind of force detection apparatus is not restricted to what has a sealing type structure. Further, the mesa gauge may constitute a circuit other than the full bridge circuit.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
１：力検知装置、 ２：半導体基板、 ４：力伝達ブロック、 １２，１６：低感度メサ型ゲージ、 １４，１８：高感度メサ型ゲージ、 １３，１５，１７，１９：固定抵抗体 1: Force detector, 2: Semiconductor substrate, 4: Force transmission block, 12, 16: Low sensitivity mesa gauge, 14, 18: High sensitivity mesa gauge, 13, 15, 17, 19: Fixed resistor
Claims (5)
前記メサ型ゲージに並列に接続されている固定抵抗体を有しており、
前記メサ型ゲージと前記固定抵抗体の合成抵抗値の変化を利用して力を検知するように構成されている、力検知装置。 A force detection device having a mesa gauge,
Having a fixed resistor connected in parallel to the mesa gauge,
A force detection device configured to detect force by using a change in a combined resistance value of the mesa gauge and the fixed resistor.
前記固定抵抗体も、前記半導体基板の主面にメサ段差状に形成されている、請求項１又は２に記載の力検知装置。 The mesa gauge is formed in a mesa step shape on the main surface of the semiconductor substrate,
The force detection device according to claim 1, wherein the fixed resistor is also formed in a mesa step shape on a main surface of the semiconductor substrate.
前記力伝達ブロックは、前記メサ型ゲージの頂面に接触し、前記固定抵抗体の頂面に接触しない、請求項３に記載の力検知装置。 A force transmission block;
The force detection device according to claim 3, wherein the force transmission block contacts a top surface of the mesa gauge and does not contact a top surface of the fixed resistor.
前記固定抵抗体は、前記一方向に沿って往復するように延びる部分を含む、請求項３又は４に記載の力検知装置。 The mesa gauge extends linearly along one direction,
The force detection device according to claim 3, wherein the fixed resistor includes a portion extending so as to reciprocate along the one direction.
Priority Applications (4)
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