JP6760029B2

JP6760029B2 - Temperature sensor

Info

Publication number: JP6760029B2
Application number: JP2016239635A
Authority: JP
Inventors: 成時 ▲高▼坂; 大野　和幸; 和幸大野; 順二早川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: JP2018096756A

Description

本発明は、温度センサに関するものである。 The present invention relates to a temperature sensor.

従来、測定媒体の中に温度検出部を配置し、温度検出部の出力信号に基づいて測定媒体の温度を検出する温度センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, a temperature sensor has been proposed in which a temperature detection unit is arranged in a measurement medium and the temperature of the measurement medium is detected based on an output signal of the temperature detection unit (see, for example, Patent Document 1).

特許第５９４３７７３号公報Japanese Patent No. 5943773

測定媒体の中に複数の温度センサを設置し、各温度センサの出力を比較することによって、温度検出機能の異常の有無を調べることができる。しかしながら、複数の温度センサを設置する場合には、温度センサを１つのみ設置する場合よりも広い場所が必要となる。したがって、温度検出機能の異常の有無を１つの温度センサにおいて検出する自己診断が可能であることが望ましい。 By installing a plurality of temperature sensors in the measurement medium and comparing the outputs of the respective temperature sensors, it is possible to check whether or not there is an abnormality in the temperature detection function. However, when a plurality of temperature sensors are installed, a wider space is required than when only one temperature sensor is installed. Therefore, it is desirable to be able to perform self-diagnosis by detecting the presence or absence of abnormality in the temperature detection function with one temperature sensor.

本発明は上記点に鑑みて、温度検出機能の自己診断が可能な温度センサを提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a temperature sensor capable of self-diagnosis of the temperature detection function.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、測定媒体の中に置かれる基板（１０）と、基板の一部を内側に含む樹脂封止体（８０）と、基板のうち樹脂封止体の外側の部分に配置され、測定媒体の温度に応じた信号を出力する第１温度検出部（１６）と、基板のうち樹脂封止体の内側の部分に配置され、樹脂封止体の温度に応じた信号を出力する第２温度検出部（６０）と、を備え、第１温度検出部および第２温度検出部が出力する信号に基づいて、第１温度検出部の異常を検出する。
In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, the substrate (10) placed in the measurement medium, the resin sealant (80) containing a part of the substrate inside, and the resin among the substrates. The first temperature detection unit (16), which is arranged on the outer part of the encapsulant and outputs a signal corresponding to the temperature of the measurement medium, and the resin encapsulation , which is arranged on the inner part of the resin encapsulant in the substrate A second temperature detection unit (60) that outputs a signal corresponding to the body temperature is provided, and an abnormality of the first temperature detection unit is detected based on the signals output by the first temperature detection unit and the second temperature detection unit. To detect.

樹脂封止体の内部の温度は基板の温度とほぼ等しい。したがって、第１温度検出部の出力信号と第２温度検出部の出力信号を比較することにより、第１温度検出部の異常の有無を判定し、温度検出機能の自己診断をすることが可能となる。 The temperature inside the resin sealant is almost equal to the temperature of the substrate. Therefore, by comparing the output signal of the first temperature detection unit and the output signal of the second temperature detection unit, it is possible to determine the presence or absence of an abnormality in the first temperature detection unit and perform self-diagnosis of the temperature detection function. Become.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 The reference numerals in parentheses of each of the above means indicate an example of the correspondence with the specific means described in the embodiment described later.

第１実施形態における温度センサの断面図である。It is sectional drawing of the temperature sensor in 1st Embodiment. 温度センサの回路図である。It is a circuit diagram of a temperature sensor. 測定媒体の温度と温度検出部の出力電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature of a measuring medium and the output voltage of a temperature detection part. 第２実施形態における温度センサの断面図である。It is sectional drawing of the temperature sensor in 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, parts that are the same or equal to each other will be described with the same reference numerals.

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態の温度センサは、温度検出機能および圧力検出機能を備えるＷＬＰ（ウェハレベルパッケージ）である。図１に示すように、本実施形態の温度センサは、センサ基板１０と、キャップ基板２０と、接合部材３０と、支持部材４０と、回路基板５０と、ゲージ抵抗６０と、ワイヤ７０と、樹脂封止体８０とを備える。 (First Embodiment)
The first embodiment will be described. The temperature sensor of this embodiment is a WLP (wafer level package) having a temperature detection function and a pressure detection function. As shown in FIG. 1, the temperature sensor of the present embodiment includes a sensor substrate 10, a cap substrate 20, a joining member 30, a support member 40, a circuit board 50, a gauge resistor 60, a wire 70, and a resin. A sealant 80 is provided.

センサ基板１０は、支持層１１、犠牲層１２、活性層１３が順に積層された構成のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板で構成されている。活性層１３のうちの犠牲層１２と反対側の面をセンサ基板１０の一面１０ａとし、支持層１１のうちの犠牲層１２と反対側の面をセンサ基板１０の他面１０ｂとする。 The sensor substrate 10 is composed of an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a support layer 11, a sacrificial layer 12, and an active layer 13 are laminated in this order. The surface of the active layer 13 opposite to the sacrificial layer 12 is designated as one surface 10a of the sensor substrate 10, and the surface of the support layer 11 opposite to the sacrificial layer 12 is designated as the other surface 10b of the sensor substrate 10.

センサ基板１０の一部は、モールド樹脂によって封止され、樹脂封止体８０の内側に含まれている。具体的には、センサ基板１０は、矩形板状とされており、長手方向の一端が樹脂封止体８０の内側に位置し、他端が樹脂封止体８０の外側に位置している。センサ基板１０は、第１基板に相当する。 A part of the sensor substrate 10 is sealed with a mold resin and is contained inside the resin sealing body 80. Specifically, the sensor substrate 10 has a rectangular plate shape, one end in the longitudinal direction is located inside the resin encapsulant 80, and the other end is located outside the resin encapsulant 80. The sensor board 10 corresponds to the first board.

センサ基板１０のうち樹脂封止体８０の外側に位置する部分においては、他面１０ｂから凹部１４が形成されており、これにより、ダイヤフラム１５が形成されている。 In the portion of the sensor substrate 10 located outside the resin sealing body 80, a recess 14 is formed from the other surface 10b, whereby the diaphragm 15 is formed.

凹部１４は、センサ基板１０の他面１０ｂから犠牲層１２に達するように形成されている。つまり、凹部１４は支持層１１に形成されている。そして、凹部１４の底面とセンサ基板１０の一面１０ａとの間に位置する犠牲層１２および活性層１３にてダイヤフラム１５が構成されている。 The recess 14 is formed so as to reach the sacrificial layer 12 from the other surface 10b of the sensor substrate 10. That is, the recess 14 is formed in the support layer 11. The diaphragm 15 is composed of a sacrificial layer 12 and an active layer 13 located between the bottom surface of the recess 14 and the one surface 10a of the sensor substrate 10.

ダイヤフラム１５には、ダイヤフラム１５の変形に応じて抵抗値が変化するゲージ抵抗１６が形成されている。具体的には、活性層１３の表層部には、Ｐ型の不純物を拡散させた拡散層１７が形成されており、ゲージ抵抗１６は、拡散層１７の一部によって構成されている。 The diaphragm 15 is formed with a gauge resistor 16 whose resistance value changes according to the deformation of the diaphragm 15. Specifically, a diffusion layer 17 in which P-type impurities are diffused is formed on the surface layer portion of the active layer 13, and the gauge resistor 16 is composed of a part of the diffusion layer 17.

また、ゲージ抵抗１６は、温度によっても抵抗値が変化し、測定媒体の温度に応じた信号を出力する。ゲージ抵抗１６は、第１温度検出部に相当する。 Further, the gauge resistance 16 changes its resistance value depending on the temperature, and outputs a signal corresponding to the temperature of the measurement medium. The gauge resistor 16 corresponds to the first temperature detection unit.

本実施形態では、ゲージ抵抗１６は、４つ形成されており、ブリッジ回路を構成するように図示しない接続配線層によって適宜接続されている。これにより、このブリッジ回路から、ダイヤフラム１５の変形、および、測定媒体の温度に応じたセンサ信号が出力される。なお、図１では、ゲージ抵抗１６を２つのみ図示している。 In the present embodiment, four gauge resistors 16 are formed and are appropriately connected by a connection wiring layer (not shown) so as to form a bridge circuit. As a result, the bridge circuit outputs a sensor signal corresponding to the deformation of the diaphragm 15 and the temperature of the measurement medium. Note that FIG. 1 shows only two gauge resistors 16.

また、活性層１３には、ゲージ抵抗１６と電気的に接続される引き出し配線層１８が形成されている。引き出し配線層１８は、ゲージ抵抗１６と接続される部分から、活性層１３のうち樹脂封止体８０の内側に位置する部分まで引き出されている。 Further, the active layer 13 is formed with a lead-out wiring layer 18 that is electrically connected to the gauge resistor 16. The lead-out wiring layer 18 is drawn out from the portion connected to the gauge resistor 16 to the portion of the active layer 13 located inside the resin sealing body 80.

本実施形態では、引き出し配線層１８は、４本形成されており、それぞれ、後述する定電流源回路５５と接続される１つの配線層、グランド電位と接続される１つの配線層、ブリッジ回路の中点電圧を出力する２つの配線層とされている。なお、図１では、引き出し配線層１８を１つのみ図示している。 In the present embodiment, four lead-out wiring layers 18 are formed, and each of a wiring layer connected to the constant current source circuit 55 described later, one wiring layer connected to the ground potential, and a bridge circuit. It has two wiring layers that output the midpoint voltage. Note that FIG. 1 shows only one lead-out wiring layer 18.

そして、各引き出し配線層１８のうちのゲージ抵抗１６と接続される部分と反対側の端部は、後述する配線層２８と電気的に接続されている。また、活性層１３には、活性層１３を所定電位に維持するために配線層２８と接続される接続部１９が形成されている。ブリッジ回路を構成する図示しない接続配線層、引き出し配線層１８、接続部１９は、ゲージ抵抗１６と同様に、拡散層１７の一部で構成されている。 The end of each lead-out wiring layer 18 opposite to the portion connected to the gauge resistor 16 is electrically connected to the wiring layer 28 described later. Further, the active layer 13 is formed with a connecting portion 19 connected to the wiring layer 28 in order to maintain the active layer 13 at a predetermined potential. The connection wiring layer (not shown), the lead wiring layer 18, and the connection portion 19 constituting the bridge circuit are composed of a part of the diffusion layer 17 like the gauge resistor 16.

図１に示すように、センサ基板１０の一面１０ａには、キャップ基板２０が積層されている。キャップ基板２０は、シリコン等の基板２１と、基板２１のうちのセンサ基板１０と対向する一面側に形成された絶縁膜２２と、基板２１のうちの絶縁膜２２側の一面と反対側の他面に形成された絶縁膜２３とを有している。 As shown in FIG. 1, a cap substrate 20 is laminated on one surface 10a of the sensor substrate 10. The cap substrate 20 includes a substrate 21 made of silicon or the like, an insulating film 22 formed on one side of the substrate 21 facing the sensor substrate 10, and the other side of the substrate 21 on the opposite side of the insulating film 22 side. It has an insulating film 23 formed on the surface.

キャップ基板２０は、絶縁膜２２がセンサ基板１０における活性層１３と接合されている。キャップ基板２０とセンサ基板１０とは、絶縁膜２２および活性層１３のうちの接合面を活性化させて接合するいわゆる直接接合等で接合されている。絶縁膜２２のうちの基板２１と反対側の一面をキャップ基板２０の一面２０ａとし、絶縁膜２３のうちの基板２１と反対側の一面をキャップ基板２０の他面２０ｂとする。 In the cap substrate 20, the insulating film 22 is bonded to the active layer 13 in the sensor substrate 10. The cap substrate 20 and the sensor substrate 10 are bonded by a so-called direct coupling or the like in which the bonding surfaces of the insulating film 22 and the active layer 13 are activated and bonded. One side of the insulating film 22 opposite to the substrate 21 is designated as one surface 20a of the cap substrate 20, and one surface of the insulating film 23 opposite to the substrate 21 is designated as the other surface 20b of the cap substrate 20.

キャップ基板２０の一面２０ａ側には、ダイヤフラム１５と対向する部分に凹部２４が形成されている。そして、センサ基板１０とキャップ基板２０との間に、凹部２４によって基準圧力室２５が構成され、ダイヤフラム１５のうちの一面１０ａ側に基準圧力室２５から基準圧力が印加される。なお、本実施形態では、基準圧力室２５は、真空圧とされている。 On the one side 20a side of the cap substrate 20, a recess 24 is formed in a portion facing the diaphragm 15. Then, a reference pressure chamber 25 is formed by the recess 24 between the sensor substrate 10 and the cap substrate 20, and the reference pressure is applied from the reference pressure chamber 25 to one surface 10a side of the diaphragm 15. In this embodiment, the reference pressure chamber 25 is set to a vacuum pressure.

キャップ基板２０は、センサ基板１０と共に一部がモールド樹脂によって封止され、樹脂封止体８０の内側に位置している。具体的には、キャップ基板２０は、センサ基板１０に対応した矩形板状とされており、長手方向の一端が樹脂封止体８０の内側に位置し、他端が樹脂封止体８０の外側に位置している。 The cap substrate 20 is partially sealed with a mold resin together with the sensor substrate 10 and is located inside the resin encapsulant 80. Specifically, the cap substrate 20 has a rectangular plate shape corresponding to the sensor substrate 10, one end in the longitudinal direction is located inside the resin encapsulant 80, and the other end is outside the resin encapsulant 80. Is located in.

キャップ基板２０のうち樹脂封止体８０の内側に位置する部分には、キャップ基板２０をセンサ基板１０とキャップ基板２０との積層方向に貫通する貫通孔２６が形成されている。具体的には、キャップ基板２０には、引き出し配線層１８、接続部１９を露出させる複数の貫通孔２６が形成されている。なお、図１中では、引き出し配線層１８を露出させる貫通孔２６を１つのみ図示している。 A through hole 26 is formed in a portion of the cap substrate 20 located inside the resin sealing body 80 so as to penetrate the cap substrate 20 in the stacking direction of the sensor substrate 10 and the cap substrate 20. Specifically, the cap substrate 20 is formed with a plurality of through holes 26 for exposing the lead-out wiring layer 18 and the connection portion 19. In addition, in FIG. 1, only one through hole 26 for exposing the lead-out wiring layer 18 is shown.

各貫通孔２６の壁面には、ＴＥＯＳ（Tetra ethyl ortho silicate）等で構成される絶縁膜２７が配置されている。また、絶縁膜２７上には、引き出し配線層１８または接続部１９と電気的に接続されるように配線層２８が形成されている。配線層２８はキャップ基板２０の他面２０ｂまで延設されており、他面２０ｂおよび配線層２８を覆うように、ＴＥＯＳ等で構成される保護膜２９が形成されている。 An insulating film 27 made of TEOS (Tetra ethyl orthosilicate) or the like is arranged on the wall surface of each through hole 26. Further, a wiring layer 28 is formed on the insulating film 27 so as to be electrically connected to the lead-out wiring layer 18 or the connection portion 19. The wiring layer 28 extends to the other surface 20b of the cap substrate 20, and a protective film 29 made of TEOS or the like is formed so as to cover the other surface 20b and the wiring layer 28.

保護膜２９には、配線層２８の一部を露出させるコンタクトホール２９ａが形成されている。配線層２８のうちのコンタクトホール２９ａから露出する部分は、外部回路との電気的な接続を図るためパッド部として機能する。 The protective film 29 is formed with a contact hole 29a that exposes a part of the wiring layer 28. The portion of the wiring layer 28 exposed from the contact hole 29a functions as a pad portion for electrical connection with an external circuit.

図１に示すように、センサ基板１０のうち樹脂封止体８０の内側に位置する端部は、他面１０ｂにおいて、接合部材３０を介して支持部材４０に固定されている。支持部材４０は、銅や４２アロイ等で構成されるリードフレームの一部である。接合部材３０、支持部材４０は、樹脂封止体８０によって封止されている。 As shown in FIG. 1, the end portion of the sensor substrate 10 located inside the resin sealing body 80 is fixed to the support member 40 via the joining member 30 on the other surface 10b. The support member 40 is a part of a lead frame made of copper, 42 alloy, or the like. The joining member 30 and the supporting member 40 are sealed by the resin sealing body 80.

支持部材４０は矩形板状とされており、センサ基板１０は、支持部材４０の長手方向の一方の端部に固定されている。そして、支持部材４０の他方の端部には、接合部材３０を介して回路基板５０が固定されている。 The support member 40 has a rectangular plate shape, and the sensor substrate 10 is fixed to one end of the support member 40 in the longitudinal direction. The circuit board 50 is fixed to the other end of the support member 40 via the joining member 30.

回路基板５０は、一面５０ａおよび他面５０ｂを有する矩形板状のシリコン基板で構成されており、回路基板５０のうち長手方向の一方の端部が、他面５０ｂにおいて支持部材４０に固定されている。また、回路基板５０は、樹脂封止体８０の内側に配置されている。回路基板５０は、第２基板に相当する。 The circuit board 50 is composed of a rectangular plate-shaped silicon substrate having one surface 50a and another surface 50b, and one end of the circuit board 50 in the longitudinal direction is fixed to the support member 40 on the other surface 50b. There is. Further, the circuit board 50 is arranged inside the resin sealing body 80. The circuit board 50 corresponds to the second board.

本実施形態では、回路基板５０に、ゲージ抵抗６０が配置されている。具体的には、一面５０ａにＰ型の不純物の拡散層５１が形成されており、ゲージ抵抗６０は、拡散層５１の一部で構成されている。ゲージ抵抗６０は、温度によって抵抗値が変化し、樹脂封止体８０の温度に応じた信号を出力する。ゲージ抵抗６０は、第２温度検出部に相当する。 In this embodiment, the gauge resistor 60 is arranged on the circuit board 50. Specifically, a diffusion layer 51 of P-type impurities is formed on one surface 50a, and the gauge resistor 60 is composed of a part of the diffusion layer 51. The resistance value of the gauge resistor 60 changes depending on the temperature, and outputs a signal corresponding to the temperature of the resin sealant 80. The gauge resistor 60 corresponds to the second temperature detection unit.

拡散層５１は、ゲージ抵抗６０の他に、ゲージ抵抗６０を外部の回路に接続するための図示しない配線層、および、センサ基板１０の拡散層１７に接続される接続部５２を構成している。 In addition to the gauge resistor 60, the diffusion layer 51 constitutes a wiring layer (not shown) for connecting the gauge resistor 60 to an external circuit, and a connecting portion 52 connected to the diffusion layer 17 of the sensor substrate 10. ..

回路基板５０の一面５０ａには配線層５３が形成されており、接続部５２は、配線層５３に接続されている。また、回路基板５０には、回路基板５０の一面５０ａ、および、配線層５３を覆うように、ＴＥＯＳ等で構成される保護膜５４が形成されている。 A wiring layer 53 is formed on one surface 50a of the circuit board 50, and the connection portion 52 is connected to the wiring layer 53. Further, the circuit board 50 is formed with a protective film 54 made of TEOS or the like so as to cover one surface 50a of the circuit board 50 and the wiring layer 53.

保護膜５４には、配線層５３の一部を露出させるコンタクトホール５４ａが形成されており、配線層５３は、コンタクトホール５４ａから露出した部分において、ワイヤ７０に接続されている。ワイヤ７０は、配線層５３とは反対側の端部において、キャップ基板２０の配線層２８のうち、コンタクトホール２９ａから露出した部分に接続されている。接続部５２は、配線層５３およびワイヤ７０を介して、配線層２８に接続されている。 A contact hole 54a that exposes a part of the wiring layer 53 is formed in the protective film 54, and the wiring layer 53 is connected to the wire 70 at a portion exposed from the contact hole 54a. The wire 70 is connected to a portion of the wiring layer 28 of the cap substrate 20 exposed from the contact hole 29a at the end opposite to the wiring layer 53. The connection portion 52 is connected to the wiring layer 28 via the wiring layer 53 and the wire 70.

樹脂封止体８０は、センサ基板１０の一部と、キャップ基板２０の一部と、接合部材３０と、支持部材４０と、回路基板５０と、ワイヤ７０とを封止している。また、回路基板５０の拡散層５１は図示しないリードに接続されており、このリードのうち拡散層５１と接続された一方の端部は樹脂封止体８０の内側に位置し、他方の端部は樹脂封止体８０の外側に延設されている。 The resin encapsulant 80 seals a part of the sensor substrate 10, a part of the cap substrate 20, a joining member 30, a support member 40, a circuit board 50, and a wire 70. Further, the diffusion layer 51 of the circuit board 50 is connected to a lead (not shown), and one end of the lead connected to the diffusion layer 51 is located inside the resin sealing body 80 and the other end. Is extended to the outside of the resin sealing body 80.

センサ基板１０および樹脂封止体８０は測定媒体の中に置かれ、測定媒体の温度とほぼ等しくなる。また、樹脂封止体８０を介して熱が伝わることにより、回路基板５０の温度は、センサ基板１０の温度とほぼ等しくなる。 The sensor substrate 10 and the resin encapsulant 80 are placed in the measurement medium and become substantially equal to the temperature of the measurement medium. Further, since heat is transferred through the resin sealing body 80, the temperature of the circuit board 50 becomes substantially equal to the temperature of the sensor board 10.

拡散層５１が接続されたリードは、樹脂封止体８０の外側において図示しない電源および図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の制御部に接続されている。温度センサは、ゲージ抵抗１６の異常を検出するための回路を備えており、測定媒体の温度および圧力を示す信号と、ゲージ抵抗１６の異常の有無に関する信号とが、温度センサから図示しない制御部へ出力される。 The lead to which the diffusion layer 51 is connected is connected to a power supply (not shown) and a control unit such as an ECU (Electronic Control Unit) (not shown) outside the resin sealing body 80. The temperature sensor is provided with a circuit for detecting an abnormality in the gauge resistance 16, and a signal indicating the temperature and pressure of the measurement medium and a signal regarding the presence or absence of an abnormality in the gauge resistance 16 are a control unit (not shown) from the temperature sensor. Is output to.

ゲージ抵抗１６の異常を検出するための回路について説明する。前述したように、センサ基板１０では、４つのゲージ抵抗１６と図示しない接続配線層とによってブリッジ回路が構成されている。そして、回路基板５０には、ゲージ抵抗１６およびゲージ抵抗６０の出力信号に基づいてゲージ抵抗１６の異常を検出するための回路が形成されている。 A circuit for detecting an abnormality of the gauge resistor 16 will be described. As described above, in the sensor substrate 10, a bridge circuit is composed of four gauge resistors 16 and a connection wiring layer (not shown). The circuit board 50 is formed with a circuit for detecting an abnormality of the gauge resistor 16 based on the output signals of the gauge resistor 16 and the gauge resistor 60.

具体的には、図２に示すように、回路基板５０には、ゲージ抵抗６０の他に、定電流源回路５５、定電流源回路５６、抵抗５７、増幅器５８、異常検出回路５９が形成されており、これらは拡散層５１で構成される配線によって接続されている。 Specifically, as shown in FIG. 2, in addition to the gauge resistor 60, a constant current source circuit 55, a constant current source circuit 56, a resistor 57, an amplifier 58, and an abnormality detection circuit 59 are formed on the circuit board 50. These are connected by a wiring composed of a diffusion layer 51.

定電流源回路５５は、４つのゲージ抵抗１６で構成されるブリッジ回路に定電流を供給するものであり、定電流源回路５５の一端は図示しない電源に接続され、他端は、ワイヤ７０、引き出し配線層１８等を介して、このブリッジ回路に接続されている。また、ブリッジ回路は、引き出し配線層１８を介して、グランド電位、および、図示しない制御部に接続されている。 The constant current source circuit 55 supplies a constant current to a bridge circuit composed of four gauge resistors 16. One end of the constant current source circuit 55 is connected to a power supply (not shown), and the other end is a wire 70. It is connected to this bridge circuit via a lead-out wiring layer 18 or the like. Further, the bridge circuit is connected to the ground potential and a control unit (not shown) via the lead-out wiring layer 18.

定電流源回路５６は、ゲージ抵抗６０および抵抗５７に定電流を供給するものであり、図示しない電源には、定電流源回路５６、ゲージ抵抗６０、抵抗５７が直列に接続されている。 The constant current source circuit 56 supplies a constant current to the gauge resistor 60 and the resistor 57, and the constant current source circuit 56, the gauge resistor 60, and the resistor 57 are connected in series to a power supply (not shown).

増幅器５８は、２つの入力端子と、１つの出力端子とを備えている。増幅器５８が備える２つの入力端子の一方は、定電流源回路５６とゲージ抵抗６０との接続点に接続されており、他方は、ゲージ抵抗６０と抵抗５７との接続点に接続されている。 The amplifier 58 includes two input terminals and one output terminal. One of the two input terminals included in the amplifier 58 is connected to the connection point between the constant current source circuit 56 and the gauge resistor 60, and the other is connected to the connection point between the gauge resistor 60 and the resistor 57.

そして、増幅器５８は、ゲージ抵抗６０の両端の電位差に応じた信号を出力する。具体的には、センサ基板１０の温度と回路基板５０の温度が等しく、ゲージ抵抗１６に異常が発生していない場合に、ブリッジ回路から異常検出回路５９へ出力される電圧と、増幅器５８の出力電圧とが等しくなるように、入力電圧が増幅されて出力される。 Then, the amplifier 58 outputs a signal corresponding to the potential difference between both ends of the gauge resistor 60. Specifically, when the temperature of the sensor board 10 and the temperature of the circuit board 50 are equal and no abnormality has occurred in the gauge resistor 16, the voltage output from the bridge circuit to the abnormality detection circuit 59 and the output of the amplifier 58. The input voltage is amplified and output so that it is equal to the voltage.

異常検出回路５９は、ゲージ抵抗１６から入力される信号、および、ゲージ抵抗６０から増幅器５８を介して入力される信号に応じて、ゲージ抵抗１６の異常の有無に関する信号を出力するものであり、２つの入力端子と、１つの出力端子とを備えている。異常検出回路５９が備える２つの入力端子の一方は、増幅器５８の出力端子に接続されており、他方は、定電流源回路５５とブリッジ回路との接続点に接続されている。 The abnormality detection circuit 59 outputs a signal regarding the presence or absence of abnormality of the gauge resistance 16 in response to the signal input from the gauge resistance 16 and the signal input from the gauge resistance 60 via the amplifier 58. It has two input terminals and one output terminal. One of the two input terminals included in the abnormality detection circuit 59 is connected to the output terminal of the amplifier 58, and the other is connected to the connection point between the constant current source circuit 55 and the bridge circuit.

異常検出回路５９は、２つの入力信号の差が所定の値以下であればハイレベルの信号を出力し、これらの差が所定の値よりも大きければ、ゲージ抵抗１６に異常が発生していることを示すローレベルの信号を出力する。この所定の値は、抵抗５７の抵抗値によって設定される。異常検出回路５９は、異常検出部に相当する。 The abnormality detection circuit 59 outputs a high-level signal if the difference between the two input signals is equal to or less than a predetermined value, and if the difference between them is larger than a predetermined value, an abnormality has occurred in the gauge resistor 16. A low-level signal indicating that is output. This predetermined value is set by the resistance value of the resistor 57. The abnormality detection circuit 59 corresponds to the abnormality detection unit.

以上が本実施形態における温度センサの構成である。次に、本実施形態の温度センサの製造方法について簡単に説明する。 The above is the configuration of the temperature sensor in this embodiment. Next, the manufacturing method of the temperature sensor of the present embodiment will be briefly described.

まず、支持層１１、犠牲層１２、活性層１３が順に積層されたセンサ基板１０を用意する。そして、図示しないマスクを用いてセンサ基板１０の一面１０ａ側に不純物をイオン注入すると共に加熱処理して不純物を熱拡散させることにより、ゲージ抵抗１６、引き出し配線層１８、接続部１９を含む拡散層１７を形成する。 First, the sensor substrate 10 in which the support layer 11, the sacrificial layer 12, and the active layer 13 are laminated in this order is prepared. Then, by using a mask (not shown) to implant impurities into the surface 10a side of the sensor substrate 10 and heat-treat the impurities to thermally diffuse the impurities, a diffusion layer including a gauge resistor 16, a lead-out wiring layer 18, and a connection portion 19 is included. 17 is formed.

次に、センサ基板１０を用意する工程とは別工程において、基板２１にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等で絶縁膜２２を形成し、ドライエッチング等で凹部２４を形成する。 Next, in a step different from the step of preparing the sensor substrate 10, the insulating film 22 is formed on the substrate 21 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like, and the recess 24 is formed by dry etching or the like.

続いて、センサ基板１０と基板２１とを直接接合によって接合する。これにより、センサ基板１０と、基板２１の凹部２４との間に基準圧力室２５が構成され、基準圧力室２５にゲージ抵抗１６等が封止される。 Subsequently, the sensor substrate 10 and the substrate 21 are directly bonded to each other. As a result, the reference pressure chamber 25 is formed between the sensor substrate 10 and the recess 24 of the substrate 21, and the gauge resistor 16 and the like are sealed in the reference pressure chamber 25.

続いて、引き出し配線層１８、接続部１９が露出するように、ドライエッチング等で基板２１および絶縁膜２２を貫通する貫通孔２６を形成する。そして、各貫通孔２６の壁面にＴＥＯＳ等の絶縁膜２７を成膜する。このとき、基板２１のうちのセンサ基板１０側と反対側の一面に形成された絶縁膜にて絶縁膜２３が構成される。つまり、基板２１、絶縁膜２２、および絶縁膜２３を有するキャップ基板２０が構成される。 Subsequently, a through hole 26 penetrating the substrate 21 and the insulating film 22 is formed by dry etching or the like so that the lead-out wiring layer 18 and the connecting portion 19 are exposed. Then, an insulating film 27 such as TEOS is formed on the wall surface of each through hole 26. At this time, the insulating film 23 is formed of an insulating film formed on one surface of the substrate 21 opposite to the sensor substrate 10 side. That is, the cap substrate 20 having the substrate 21, the insulating film 22, and the insulating film 23 is configured.

次に、各貫通孔２６の底部に形成された絶縁膜２７を除去する。そして、スパッタ法や蒸着法等により、各貫通孔２６に、引き出し配線層１８、接続部１９と電気的に接続される配線層２８を形成すると共に、絶縁膜２３上に金属膜を成膜する。その後、絶縁膜２３上に形成された金属膜をパターニングする。続いて、絶縁膜２３および配線層２８が覆われるように、ＴＥＯＳ等の保護膜２９を成膜する。 Next, the insulating film 27 formed at the bottom of each through hole 26 is removed. Then, a wiring layer 28 that is electrically connected to the lead-out wiring layer 18 and the connection portion 19 is formed in each through hole 26 by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like, and a metal film is formed on the insulating film 23. .. Then, the metal film formed on the insulating film 23 is patterned. Subsequently, a protective film 29 such as TEOS is formed so as to cover the insulating film 23 and the wiring layer 28.

次に、保護膜２９上にフォトレジストを配置し、当該フォトレジストをパターニングした後、フォトレジストをマスクとして保護膜２９にコンタクトホール２９ａを形成する。これにより、キャップ基板２０が製造される。 Next, a photoresist is placed on the protective film 29, the photoresist is patterned, and then a contact hole 29a is formed in the protective film 29 using the photoresist as a mask. As a result, the cap substrate 20 is manufactured.

次に、センサ基板１０およびキャップ基板２０を製造する工程とは別工程において、回路基板５０の一面５０ａ側に不純物をイオン注入すると共に加熱処理して不純物を熱拡散させることにより、ゲージ抵抗６０を含む拡散層５１を形成する。 Next, in a step different from the step of manufacturing the sensor substrate 10 and the cap substrate 20, impurities are ion-implanted on one side 50a side of the circuit board 50 and heat-treated to thermally diffuse the impurities, thereby forming the gauge resistor 60. A diffusion layer 51 containing the mixture is formed.

その後、接合部材３０を介して支持部材４０にセンサ基板１０および回路基板５０を固定し、ワイヤ７０によってキャップ基板２０と回路基板５０とを接続する。そして、センサ基板１０の一部と、キャップ基板２０の一部と、接合部材３０と、支持部材４０と、回路基板５０と、ワイヤ７０と、図示しないリードの一部とをモールド樹脂によって封止し、樹脂封止体８０を形成することにより、温度センサが製造される。 After that, the sensor board 10 and the circuit board 50 are fixed to the support member 40 via the joining member 30, and the cap board 20 and the circuit board 50 are connected by the wire 70. Then, a part of the sensor board 10, a part of the cap board 20, a joining member 30, a support member 40, a circuit board 50, a wire 70, and a part of a lead (not shown) are sealed with a mold resin. Then, the temperature sensor is manufactured by forming the resin sealing body 80.

温度センサの動作について説明する。本実施形態の温度センサでは、ダイヤフラム１５のうちの他面１０ｂ側に測定媒体の圧力が印加されると、この圧力と一面１０ａ側に印加される基準圧力との差圧に応じてダイヤフラム１５が変形し、当該変形に応じて４つのゲージ抵抗１６の抵抗値が変化する。これによりブリッジ回路の２つの中点の電圧が変化するため、中点の電圧に基づいて測定媒体の圧力を検出することができる。 The operation of the temperature sensor will be described. In the temperature sensor of the present embodiment, when the pressure of the measuring medium is applied to the other surface 10b side of the diaphragm 15, the diaphragm 15 is subjected to the difference pressure between this pressure and the reference pressure applied to the one surface 10a side. It is deformed, and the resistance values of the four gauge resistors 16 change according to the deformation. As a result, the voltage at the two midpoints of the bridge circuit changes, so that the pressure of the measurement medium can be detected based on the voltage at the midpoint.

また、ゲージ抵抗１６の抵抗値は、測定媒体の温度によっても変化する。具体的には、測定媒体の温度が高くなるほど、ブリッジ回路から出力される電圧が大きくなる。したがって、ゲージ抵抗１６の出力電圧に基づいて、測定媒体の温度を検出することができる。 Further, the resistance value of the gauge resistor 16 also changes depending on the temperature of the measuring medium. Specifically, the higher the temperature of the measurement medium, the larger the voltage output from the bridge circuit. Therefore, the temperature of the measurement medium can be detected based on the output voltage of the gauge resistor 16.

しかしながら、ゲージ抵抗１６はセンサ基板１０のうち樹脂封止体８０から露出した部分に配置されているため、樹脂封止体８０の内部に配置され、モールド樹脂によって保護されているゲージ抵抗６０に比べて、破壊等の異常が発生しやすい。 However, since the gauge resistor 16 is arranged in the portion of the sensor substrate 10 exposed from the resin encapsulant 80, it is arranged inside the resin encapsulant 80 and compared with the gauge resistor 60 which is arranged inside the resin encapsulant 80 and protected by the mold resin. Therefore, abnormalities such as destruction are likely to occur.

そこで本実施形態では、温度検出機能の自己診断を行っている。前述したように、回路基板５０の温度は、センサ基板１０の温度とほぼ等しいため、ゲージ抵抗１６の温度は、ゲージ抵抗６０の温度とほぼ等しくなる。したがって、ゲージ抵抗１６に異常が発生していなければ、増幅器５８の出力電圧とブリッジ回路の出力電圧がほぼ等しくなり、異常検出回路５９は、ハイレベルの信号を出力する。 Therefore, in the present embodiment, the self-diagnosis of the temperature detection function is performed. As described above, since the temperature of the circuit board 50 is substantially equal to the temperature of the sensor board 10, the temperature of the gauge resistor 16 is substantially equal to the temperature of the gauge resistor 60. Therefore, if no abnormality has occurred in the gauge resistor 16, the output voltage of the amplifier 58 and the output voltage of the bridge circuit are substantially equal, and the abnormality detection circuit 59 outputs a high-level signal.

一方、ゲージ抵抗１６に異常が発生した場合には、図３に示すように、増幅器５８の出力電圧とブリッジ回路の出力電圧との差が所定の値よりも大きくなり、異常検出回路５９は、ローレベルの信号を出力する。なお、図３において、実線はブリッジ回路の出力電圧を示し、破線は増幅器５８の出力電圧を示す。 On the other hand, when an abnormality occurs in the gauge resistor 16, as shown in FIG. 3, the difference between the output voltage of the amplifier 58 and the output voltage of the bridge circuit becomes larger than a predetermined value, and the abnormality detection circuit 59 sets the abnormality detection circuit 59. Outputs a low level signal. In FIG. 3, the solid line shows the output voltage of the bridge circuit, and the broken line shows the output voltage of the amplifier 58.

異常検出回路５９の出力信号は図示しない制御部に入力され、この制御部は、異常検出回路５９からの入力信号に基づいて温度センサの温度検出機能に異常が発生しているか否かを判定する。 The output signal of the abnormality detection circuit 59 is input to a control unit (not shown), and this control unit determines whether or not an abnormality has occurred in the temperature detection function of the temperature sensor based on the input signal from the abnormality detection circuit 59. ..

このように、本実施形態では、ゲージ抵抗１６の温度とゲージ抵抗６０の温度がほぼ等しくなることを利用して、ゲージ抵抗６０の出力信号を処理することで異常判定の規格値を設定している。そして、ゲージ抵抗１６の出力信号をこの規格値と比較して、ゲージ抵抗１６における温度検出機能の異常をリアルタイムで検出することを可能としている。 As described above, in the present embodiment, the standard value for abnormality determination is set by processing the output signal of the gauge resistor 60 by utilizing the fact that the temperature of the gauge resistor 16 and the temperature of the gauge resistor 60 are substantially equal to each other. There is. Then, the output signal of the gauge resistor 16 is compared with this standard value, and it is possible to detect an abnormality in the temperature detection function of the gauge resistor 16 in real time.

なお、正確な自己診断を行うためには、２つの温度検出部の距離を短くして、温度を近付けることが好ましい。これについて、本実施形態では、２つの温度検出部をそれぞれ半導体抵抗で構成しているため、２つの温度検出部の距離を短くすることが容易である。また、例えば２つの温度検出部をそれぞれサーミスタで構成した場合に比べて、体格を小さくすることができる。 In order to perform an accurate self-diagnosis, it is preferable to shorten the distance between the two temperature detection units and bring the temperatures closer to each other. Regarding this, in the present embodiment, since the two temperature detection units are each composed of semiconductor resistors, it is easy to shorten the distance between the two temperature detection units. Further, for example, the physique can be made smaller than in the case where the two temperature detection units are each composed of a thermistor.

また、本実施形態では、第２温度検出部として、回路基板５０に形成された拡散層５１の一部で構成されるゲージ抵抗６０を用いているため、ウェハプロセス内で容易に第２温度検出部を作ることができる。したがって、温度センサの設計の自由度が高くなる。 Further, in the present embodiment, since the gauge resistor 60 formed of a part of the diffusion layer 51 formed on the circuit board 50 is used as the second temperature detection unit, the second temperature can be easily detected in the wafer process. You can make a part. Therefore, the degree of freedom in designing the temperature sensor is increased.

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してゲージ抵抗６０の位置を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Second Embodiment)
The second embodiment will be described. In this embodiment, the position of the gauge resistor 60 is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the parts different from the first embodiment will be described.

図４に示すように、本実施形態では、ゲージ抵抗６０がセンサ基板１０のうち樹脂封止体８０の内側に位置する部分に配置されている。そして、ゲージ抵抗６０は、センサ基板１０の拡散層１７の一部で構成されており、ゲージ抵抗１６、引き出し配線層１８、接続部１９と共に、不純物の拡散により形成される。 As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the gauge resistor 60 is arranged in the portion of the sensor substrate 10 located inside the resin sealing body 80. The gauge resistor 60 is composed of a part of the diffusion layer 17 of the sensor substrate 10, and is formed by diffusion of impurities together with the gauge resistor 16, the lead-out wiring layer 18, and the connection portion 19.

ゲージ抵抗６０をセンサ基板１０に配置した本実施形態においても、第１実施形態と同様に、温度検出機能の自己診断が可能である。 Also in the present embodiment in which the gauge resistor 60 is arranged on the sensor substrate 10, the self-diagnosis of the temperature detection function is possible as in the first embodiment.

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified within the scope of the claims.

例えば、温度を検出するためのゲージ抵抗１６が、圧力を検出するためのゲージ抵抗とは別に配置されていてもよい。また、センサ基板１０にブリッジ回路が形成されていなくてもよい。また、温度センサが圧力検出機能を備えていなくてもよい。また、温度検出機能の異常を検出するための回路を図２に示す回路とは異なる構成としてもよい。また、第１温度検出部、第２温度検出部をゲージ抵抗以外の温度センサで構成してもよい。 For example, the gauge resistor 16 for detecting the temperature may be arranged separately from the gauge resistor for detecting the pressure. Further, the bridge circuit may not be formed on the sensor substrate 10. Further, the temperature sensor does not have to have a pressure detection function. Further, the circuit for detecting the abnormality of the temperature detection function may be configured differently from the circuit shown in FIG. Further, the first temperature detection unit and the second temperature detection unit may be configured by a temperature sensor other than the gauge resistor.

１０センサ基板
１６ゲージ抵抗
６０ゲージ抵抗
８０樹脂封止体
10 Sensor board 16 Gauge resistor 60 Gauge resistor 80 Resin seal

Claims

The substrate (10) placed in the measurement medium and
A resin sealant (80) containing a part of the substrate inside,
A first temperature detection unit (16) arranged on a portion of the substrate exposed from the resin encapsulant and outputting a signal corresponding to the temperature of the measurement medium
A second temperature detection unit (60), which is arranged inside the resin encapsulant in the substrate and outputs a signal corresponding to the temperature of the resin encapsulant, is provided.
A temperature sensor that detects an abnormality in the first temperature detection unit based on signals output by the first temperature detection unit and the second temperature detection unit.

When the difference between the signal input from the first temperature detection unit and the signal input from the second temperature detection unit is larger than a predetermined value, it means that an abnormality has occurred in the first temperature detection unit. The temperature sensor according to claim 1, further comprising an abnormality detection unit (59) that outputs the indicated signal.