JP6970862B1 - Semiconductor force sensor - Google Patents
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Abstract
大きな静電気が発生しても、出力に異常が生じにくい半導体力センサを提供する。また、ゲル状保護剤があっても出力変動が小さい半導体力センサを提供する。半導体力センサ１は、半導体力センサ素子３と、力伝達手段を構成する球体５と、ケース７とを有している。半導体力センサ素子３は、ピエゾ抵抗効果を利用して力の変化を電気信号の変化に変換する変換部を備えたダイアフラム部９を有し、少なくともダイアフラム部９の表面が保護用絶縁膜１１で覆われている。保護用絶縁膜１１は、針入度が、球体５がダイアフラム部９上のゲル状保護剤１７を押し広げて、球体５がダイアフラム部９の中央部と実質的に直接接触するように定められている、絶縁性を有するゲル状保護剤１７で覆われている。ダイアフラム部９の中央部を中心として変換部を含む領域を覆うように、保護用絶縁膜１１上に導電性のシールド層１５が形成されている。Provided is a semiconductor force sensor in which an abnormality is unlikely to occur in the output even when a large amount of static electricity is generated. Further, the present invention provides a semiconductor force sensor having a small output fluctuation even with a gel-like protective agent. The semiconductor force sensor 1 has a semiconductor force sensor element 3, a sphere 5 constituting a force transmission means, and a case 7. The semiconductor force sensor element 3 has a diaphragm portion 9 provided with a conversion unit that converts a change in force into a change in an electric signal by utilizing the piezoresistive effect, and at least the surface of the diaphragm portion 9 is a protective insulating film 11. It is covered. The protective insulating film 11 is set so that the needle insertion degree is such that the sphere 5 spreads the gel-like protective agent 17 on the diaphragm portion 9 and the sphere 5 is substantially in direct contact with the central portion of the diaphragm portion 9. It is covered with an insulating gel-like protective agent 17. A conductive shield layer 15 is formed on the protective insulating film 11 so as to cover the region including the conversion portion centering on the central portion of the diaphragm portion 9.
Description
本発明は、圧力等の力を半導体力センサ素子により検出して電気信号として出力する半導体力センサに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor force sensor that detects a force such as pressure by a semiconductor force sensor element and outputs it as an electric signal.
特許第３４７９０６４号公報の図２（特許文献１）には、ピエゾ抵抗効果を利用して力の変化を電気信号の変化に変換する変換部を備えたダイアフラム部を有する半導体力センサ素子と、半導体力センサ素子のダイアフラム部に測定の対象となる力を加えるための剛性を有する球体とをケース内に収納した半導体力センサが開示されている。この半導体力センサでは、ケース内のダイアフラム部の上にゲル状保護剤が塗布充填されている。 FIG. 2 (Patent Document 1) of Japanese Patent No. 3479064 shows a semiconductor force sensor element having a diaphragm portion having a conversion unit that converts a change in force into a change in an electric signal by utilizing the piezoresistive effect, and a semiconductor. A semiconductor force sensor in which a sphere having rigidity for applying a force to be measured is housed in a diaphragm portion of a force sensor element is disclosed. In this semiconductor force sensor, a gel-like protective agent is applied and filled on the diaphragm portion in the case.
特許文献１に記載の半導体力センサでは、通常使用環境ではなく、大きな静電気が発生しやすい環境においては、金属製の球体を介して進入した静電気が、半導体力センサ素子の上の保護用絶縁膜を通ってダイアフラム部の表面を流れ、半導体力センサの出力に異常が生じることがあった。また発明者らは、ゲル状保護剤の存在によって半導体力センサ素子表面が帯電することにより半導体力センサの出力の変動原因になることを見出した。 In the semiconductor force sensor described in Patent Document 1, in an environment where large static electricity is likely to be generated, not in a normal use environment, static electricity that has entered through a metal sphere is a protective insulating film on the semiconductor force sensor element. It sometimes flows through the surface of the diaphragm portion and causes an abnormality in the output of the semiconductor force sensor. The inventors have also found that the presence of the gel-like protective agent causes the surface of the semiconductor force sensor element to be charged, which causes fluctuations in the output of the semiconductor force sensor.
本発明の目的は、大きな静電気が発生しても、出力に異常が生じにくい半導体力センサを得ることにある。 An object of the present invention is to obtain a semiconductor force sensor in which an abnormality is unlikely to occur in the output even if a large amount of static electricity is generated.
本発明の他の目的は、ゲル状保護剤があっても出力変動が小さい半導体力センサを得ることにある。 Another object of the present invention is to obtain a semiconductor force sensor having a small output fluctuation even in the presence of a gel-like protective agent.
本発明は、ピエゾ抵抗効果を利用して力の変化を電気信号の変化に変換する複数の拡散抵抗からなる変換部を備えたダイアフラム部を有し、少なくともダイアフラム部の表面が保護用絶縁膜で覆われた半導体力センサ素子と、保護用絶縁膜を覆う絶縁性を有するゲル状保護剤と、半導体力センサ素子のダイアフラム部に測定の対象となる力を加えるための剛性を有する金属製の球体と、半導体力センサ素子を支持するセンサ素子支持部を備えたセンサ素子支持体と、センサ素子支持部に支持された半導体力センサ素子のダイアフラム部と対向し、球体を収容する貫通孔が形成された対向壁部を備えて、センサ素子支持体に対して固定された蓋部材とを備え、ゲル状保護剤の針入度が、球体がダイアフラム部上のゲル状保護剤を押し広げて、球体がダイアフラム部の中央部と実質的に直接接触するように定められている半導体力センサを改良の対象とする。 The present invention has a diaphragm portion including a conversion unit composed of a plurality of diffusion resistors that convert a change in force into a change in an electric signal by utilizing the piezo resistance effect, and at least the surface of the diaphragm portion is a protective insulating film. A covered semiconductor force sensor element, a gel-like protective agent having an insulating property covering a protective insulating film, and a metal sphere having rigidity for applying a force to be measured to the diaphragm portion of the semiconductor force sensor element. A through hole for accommodating the sphere is formed so as to face the sensor element support provided with the sensor element support portion that supports the semiconductor force sensor element and the diaphragm portion of the semiconductor force sensor element supported by the sensor element support portion. It is provided with a facing wall portion and a lid member fixed to the sensor element support, and the degree of needle insertion of the gel-like protective agent causes the sphere to spread the gel-like protective agent on the diaphragm portion to form a sphere. The target of the improvement is a semiconductor force sensor that is defined to be in substantially direct contact with the central portion of the diaphragm portion.
本発明の半導体力センサは、ダイアフラム部の中央部を中心として変換部を含む領域を覆うように、保護用絶縁膜上に導電性のシールド層が形成されている。通常、アースに接続されるシールド層が形成されているため、球体表面から大きな静電気が放電されたとしても静電気は、シールド層を通ってアースに逃がすことができる。したがってセンサの出力に静電気による異常が発生することがない。また、シールド層が形成されているため、半導体力センサ素子表面が帯電することによる影響がセンサの出力に現れることを防止できる。 In the semiconductor force sensor of the present invention, a conductive shield layer is formed on the protective insulating film so as to cover the region including the conversion portion centering on the central portion of the diaphragm portion. Normally, since a shield layer connected to the ground is formed, even if a large amount of static electricity is discharged from the surface of the sphere, the static electricity can be released to the ground through the shield layer. Therefore, the output of the sensor does not have an abnormality due to static electricity. Further, since the shield layer is formed, it is possible to prevent the influence of charging the surface of the semiconductor force sensor element from appearing on the output of the sensor.
シールド層は、導電性を有しているものであればよく、例えば、アルミニウム薄膜や銅薄膜の金属薄膜から形成されていてもよい。 The shield layer may be any as long as it has conductivity, and may be formed of, for example, a metal thin film such as an aluminum thin film or a copper thin film.
複数の拡散抵抗が、ダイアフラム部の平面中心を中心にして９０°間隔で外周部付近に配置された４つの拡散抵抗である場合、シールド層は、ダイアフラム部全体を覆うように形成されていることが好ましい。この場合のシールド層の形状は任意であるが、例えば、矩形状に形成されていてもよい。 When the plurality of diffusion resistors are four diffusion resistors arranged near the outer peripheral portion at 90 ° intervals around the center of the plane of the diaphragm portion, the shield layer is formed so as to cover the entire diaphragm portion. Is preferable. The shape of the shield layer in this case is arbitrary, but may be formed in a rectangular shape, for example.
シールド層をアースに接続する方法は任意である。例えば、ダイアフラム部の外周部に、複数の接続用電極が形成されており、複数の接続用電極のうちの１つが、アース用電極である場合、該アース用電極にシールド層を接続すれば、簡易にアースに接続することができる。 The method of connecting the shield layer to ground is arbitrary. For example, when a plurality of connection electrodes are formed on the outer peripheral portion of the diaphragm portion and one of the plurality of connection electrodes is a ground electrode, if a shield layer is connected to the ground electrode, the shield layer can be connected. It can be easily connected to the ground.
球体と保護用絶縁膜の間にシールド層が位置すると、センサの出力に誤差が生じる可能性がある。また、球体が、接触しているシールド層を削ってしまったときに発生する導電性の微細片がゲル状保護剤中に浮遊すると、この微細片がゲル状保護剤の特性を部分的に変えたり、球体とダイアフラム部の中央部との間にこの微細片が入り込むことにより、センサの出力に誤差が生じる可能性がある。そこで、シールド層の中央部に、保護用絶縁膜を露出させて球体を保護用絶縁膜と直接接触させることを許容する孔部を形成することができる。この場合、孔部の寸法は、球体が動作しているときに、常に球体との間にゲル状保護剤が存在する寸法とする。具体的には、球体の直径寸法を０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲としたときの、孔部の直径寸法は、０．０５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内である。このようにすれば、球体がシールド層と接することはないので、半導体力センサの出力値に誤差が生じさせることなく、シールド層を設置することができる。球体はシールド層と接してはいないが、大きな静電気が発生したときには、ゲル状保護剤を通過して、球体表面からシールド層に放電されるため、センサの出力に静電気による異常が発生することはない。もちろん、半導体力センサ素子表面が帯電することによる影響がセンサの出力に現れることも防止できる。 The location of the shield layer between the sphere and the protective insulating film can cause errors in the sensor output. In addition, when the conductive fine pieces generated when the sphere scrapes the shield layer in contact with the sphere are suspended in the gel-like protective agent, the fine pieces partially change the characteristics of the gel-like protective agent. Alternatively, the entry of these fine pieces between the sphere and the central portion of the diaphragm portion may cause an error in the output of the sensor. Therefore, a hole can be formed in the central portion of the shield layer to expose the protective insulating film and allow the sphere to come into direct contact with the protective insulating film. In this case, the size of the hole is set so that the gel-like protective agent is always present between the sphere and the sphere when the sphere is in operation. Specifically, when the diameter of the sphere is in the range of 0.1 mm to 3 mm, the diameter of the hole is in the range of 0.05 mm to 1 mm. By doing so, since the sphere does not come into contact with the shield layer, the shield layer can be installed without causing an error in the output value of the semiconductor force sensor. Although the sphere is not in contact with the shield layer, when a large amount of static electricity is generated, it passes through the gel-like protective agent and is discharged from the surface of the sphere to the shield layer. No. Of course, it is also possible to prevent the influence of charging the surface of the semiconductor force sensor element from appearing on the output of the sensor.
以下、図面を参照して、本発明の半導体力センサの実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the semiconductor force sensor of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
＜第１の実施の形態＞
図１及び図２は、表面実装型半導体力センサに適用した本発明の半導体力センサの第１の実施の形態の図である。図１（Ａ）は、半導体力センサの平面図であり、（Ｂ）は、底面図であり、図２は、蓋部材を外した状態のＩＩ−ＩＩ線断面の斜視図であり、図３は、半導体力センサ素子に形成された接続用電極パターンを示す半導体力センサ素子の平面図であり、図４は、図２と同じＩＩ−ＩＩ線断面図である。<First Embodiment>
1 and 2 are diagrams of a first embodiment of the semiconductor force sensor of the present invention applied to a surface mount type semiconductor force sensor. 1A is a plan view of the semiconductor force sensor, FIG. 2B is a bottom view, and FIG. 2 is a perspective view of a cross section taken along line II-II with the lid member removed. FIG. Is a plan view of the semiconductor force sensor element showing the connection electrode pattern formed on the semiconductor force sensor element, and FIG. 4 is a sectional view taken along line II-II which is the same as FIG.
各図に示すように、本実施の形態の半導体力センサ１は、半導体力センサ素子３と、力伝達手段を構成する球体５と、ケース７とを有している。
As shown in each figure, the semiconductor force sensor 1 of the present embodiment has a semiconductor
〔半導体力センサ素子〕
半導体力センサ素子３は、広さ２．３ｍｍ角、厚さ３００μｍのＳｉ半導体基板を用いて形成されており、中央にダイアフラム部９を有している。ダイアフラム部９には、平面中心を中心にして９０°間隔で外周部付近にブリッジ回路を構成する４つの拡散抵抗ＤＲ１〜ＤＲ４が配置されており、ピエゾ抵抗効果を利用して力の変化を電気信号の変化に変換する変換部が形成されている（拡散抵抗ＤＲ１〜ＤＲ４は、後述のシールド層１５の下に形成されているため、図３では、破線で示してある）。ダイアフラム部９の外周部には、抵抗ブリッジ回路に接続された接続用電極ＣＥ１〜ＣＥ６が形成されている。本実施の形態では、接続用電極ＣＥ１〜ＣＥ６は、順に、Ｖｃｃ、＋ＯＵＴＰＵＴ、ＧＮＤ、ＧＮＤ、−ＯＵＴＰＵＴ、Ｖｃｃに接続される電極である。半導体力センサ素子３の表面部には、抵抗が形成された後に、保護用絶縁膜１１が形成されている。保護用絶縁膜１１は、窒化ケイ素により形成されている。半導体力センサ素子３は、周囲の部材（半導体力センサ素子３、ダイボンド材、ケース７）の熱膨張率等の違いによる影響を緩和するため、ガラス製の台座１３上に陽極接合により配置されて、ケース７内に収納されている。[Semiconductor force sensor element]
The semiconductor
図３に示すように、本実施の形態では、ダイアフラム部９の中央部を中心として変換部を含む領域を覆うように、保護用絶縁膜１１上に導電性のシールド層１５が形成されている。シールド層１５は、本実施の形態では、蒸着等の薄膜形成技術により形成されたアルミニウム薄膜であり、その輪郭形状は矩形状であり、接続用電極ＣＥ３に接続されて接地されている。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the
本実施の形態では、図４に示すように、ゲル状保護剤１７が保護用絶縁膜１１を覆っている。ゲル状保護剤１７によって、球体５が位置決めされ、また、球体５の位置がずれないようにもなっている。ゲル状保護剤１７は、絶縁性を有するシリコーンからなるものであり、ゲル状保護剤１７の針入度は、球体５がダイアフラム部９上のゲル状保護剤１７を押し広げて、球体５がダイアフラム部９の中央部と実質的に直接接触するように定められている。本例では、この針入度は約６５である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the gel-like
〔球体〕
球体５は、剛性を有する金属球により形成されており、半導体力センサ素子３のダイアフラム部９に測定の対象となる力を加えるための力伝達手段を構成している。本実施の形態では、球体は直径１ｍｍの鋼球である。球体５は、ダイアフラム部９に直接力を加えられるように、シールド層１５を介して、半導体力センサ素子３のダイアフラム部９の中心部に実質的に直接接触している。〔sphere〕
The
〔ケース〕
ケース７は、ケース本体（センサ素子支持体）１９と、ケース本体１９に対して固定された蓋部材２１とを有している。ケース本体１９は、樹脂により形成されており、一面に開口する開口部２３を有する箱形を呈している。このケース本体１９は、矩形に近い形状の底壁部２５と、底壁部２５の周縁部に一体に設けられた周壁部２７とを有している。底壁部２５には、半導体力センサ１の長手方向の両側面からそれぞれ３つずつ突出するように６つの端子Ｅ１〜Ｅ６が固定されている。端子Ｅ１〜Ｅ６は、その大部分が底壁部２５内に埋設されており、半導体力センサ１が回路基板上に表面実装可能なように、外部に露出するクリーム半田塗布面Ｅ１ａ〜Ｅ６ａを有している。本例では、６つの端子Ｅ１〜Ｅ６をインサートとして射出成形によりケース本体１９を形成した。端子Ｅ１〜Ｅ６は、それぞれ、半導体力センサ素子３の接続用電極ＣＥ１〜ＣＥ６に電線Ｗで接続されている。なお、底壁部２５を貫通する６つの孔２５ａ・・・は、ケース本体１９を射出成形する際に６つの端子Ｅ１〜Ｅ６を成形型内に支持するピンが抜けた孔である。底壁部２５は、半導体力センサ素子３とガラス製の台座１３が接合されるセンサ素子支持部２９を中央部分に有している。このように、センサ素子支持部２９に台座１３が接合された状態で、ゲル状保護剤１７が保護用絶縁膜１１を覆っている。周壁部２７の外壁部の長手方向に対向する一対の位置には、蓋部材２１の位置決め用突起３１，３１が形成されており、短手方向に対向する一対の位置には、蓋部材２１の位置決め用突出部３３，３３が形成されている。〔Case〕
The
蓋部材２１は、図１（Ａ）及び図４に示すように、ダイアフラム部９と対向するように配置される矩形板状の対向壁部３５とを有しており、合成樹脂により一体に成形されている。対向壁部３５には、ケース本体１９の位置決め用突起３１，３１が係合する一対の係合孔部３７，３７と、外側に向かって開口して、位置決め用突出部３３，３３が係合する一対の凹部３９，３９が形成されている。ケース本体１９の位置決め用突起３１，３１を一対の係合孔部３７，３７に係合し、且つ、位置決め用突出部３３，３３を一対の凹部３９，３９に係合した状態で、位置決め用突起３１，３１に対して熱カシメをすることで、蓋部材２１は、ケース本体１９に対して固定されている（図４は、位置決め用突起３１，３１を熱カシメした状態の図である）。また、対向壁部３５のダイアフラム部９の中心部と対向する位置には、球体５を収納する貫通孔４１が形成されている。
As shown in FIGS. 1A and 4, the
図４に示すように、貫通孔４１は、ダイアフラム部９側に位置する第１の貫通孔部分４１Ａと、外部側に位置する第２の貫通孔部分４１Ｂと、第１の貫通孔部分４１Ａと第２の貫通孔部分４１Ｂとの間に位置する第３の貫通孔部分４１Ｃとから構成されている。第１の貫通孔部分４１Ａは、球体５の下半部に対応する位置に形成されており、球体５の直径よりも僅かに大きい一定の直径寸法を有している。第２の貫通孔部分４１Ｂは該第２の貫通孔部分４１Ｂから球体５の一部が外部に露出するのを許容する一定の直径寸法を有している。第３の貫通孔部分４１Ｃは、球体５の外面に沿うように、第１の貫通孔部分４１Ａから第２の貫通孔部分４１Ｂに近付くに従って直径寸法が小さくなる形状を有している。球体５は、貫通孔４１に収納されることにより、球体５の一部を対向壁部３５の外部に臨ませ、球体５がダイアフラム部９の中心部に直接接触した状態で、ケース７内に位置決めされることになる。本例のように、球体の外面に沿う形状を有する貫通孔部分（第３の貫通孔部分４１Ｃ）を備えた貫通孔は、蓋部材２１を柔軟性のある合成樹脂により形成した場合に適している。本例のような形状に貫通孔４１を形成すれば、球体５が貫通孔４１内でがたつくのを防ぐことができる。
As shown in FIG. 4, the through
〔静電気発生時等〕
本実施の形態では、静電気が発生しやすい環境で半導体力センサ１を使用としたとしても、静電気は、球体５からシールド層１５を介してアースに逃げる。また、半導体力センサ素子表面が帯電することによる影響がセンサの出力に現れることを防止できる。[When static electricity is generated, etc.]
In the present embodiment, even if the semiconductor force sensor 1 is used in an environment where static electricity is likely to be generated, the static electricity escapes from the
＜第２の実施の形態＞
図５乃至図７は、第２の実施の形態の半導体力センサを示す図である。図５は、第２の実施の形態の半導体力センサが備えている半導体力センサ素子に形成された接続用電極パターンを示す半導体力センサ素子の平面図であり、図６は、半導体力センサ素子と球体の位置関係を示す模式図であり、図７は、図６に示した領域Ａの拡大図である。第１の実施の形態と共通する部分については、図３及び図４に付した符号に１００を加えた数の符号を付して、その説明を省略する。<Second embodiment>
5 to 7 are diagrams showing the semiconductor force sensor of the second embodiment. FIG. 5 is a plan view of a semiconductor force sensor element showing a connection electrode pattern formed on the semiconductor force sensor element included in the semiconductor force sensor of the second embodiment, and FIG. 6 is a semiconductor force sensor element. It is a schematic diagram showing the positional relationship between the sphere and the sphere, and FIG. 7 is an enlarged view of the region A shown in FIG. The parts common to the first embodiment are designated by reference numerals obtained by adding 100 to the reference numerals given in FIGS. 3 and 4, and the description thereof will be omitted.
球体と保護用絶縁膜の間にシールド層が位置すると、センサの出力に誤差が生じる可能性がある。また、球体が、接触しているシールド層を削ってしまったときに発生する導電性の微細片がゲル状保護剤中に浮遊すると、この微細片がゲル状保護剤の特性を部分的に変えたり、球体とダイアフラム部の中央部との間にこの微細片が入り込むことによりセンサの出力に誤差が生じる可能性がある。そこで、本実施の形態では、図５に示すように、ダイアフラム部１０９の中央部を中心として変換部を含む領域を覆うシールド層１１５の中央部に、保護用絶縁膜１１１を露出させて球体１０５を保護用絶縁膜１１１と直接接触させることを許容する孔部１１５Ａが形成されている。孔部１１５Ａの寸法は、球体１０５が動作しているときに、常に球体１０５との間にゲル状保護剤１１７が存在する寸法としている。具体的には、球体１０５の直径寸法を０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲としたときには、孔部１１５Ａの直径寸法は、０．０５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内である。本実施の形態では、球体１０５の直径寸法は１ｍｍ、孔部１１５Ａの直径寸法は０．１ｍｍとしている。
The location of the shield layer between the sphere and the protective insulating film can cause errors in the sensor output. In addition, when the conductive fine pieces generated when the sphere scrapes the shield layer in contact with the sphere are suspended in the gel-like protective agent, the fine pieces partially change the characteristics of the gel-like protective agent. Alternatively, an error may occur in the output of the sensor due to the inclusion of these fine pieces between the sphere and the central portion of the diaphragm portion. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the protective
図６及び図７に示すように、孔部１１５Ａが形成されていることで、球体１０５は、保護用絶縁膜１１１と直接接触するが、シールド層１１５には接触しない状態となる（なお、図６及び図７においては、各部材の大きさは一部誇張してあるため、実際の比率等とは異なることがある）。このようにすることで、球体がシールド層と接することはないので、半導体力センサの出力値に誤差が生じさせることなく、シールド層を設置することができる。球体１０５に発生した静電気を常時シールド層１１５に逃がすことはできないが、大きな静電気が発生したときには、ゲル状保護剤を通して、球体表面からシールド層１１５に放電されるため、センサの出力に静電気による異常が発生することはない。また、半導体力センサ素子表面が帯電することによる影響がセンサの出力に現れることも防止できる。
As shown in FIGS. 6 and 7, the formation of the
＜第３の実施の形態＞
図８は、第３の実施の形態の半導体力センサである。図８は、出願人の先願に係わるＷＯ２０１５／１９９２２８号公報に示された力検出器に本発明を適用した例であり、一部簡略化して示した断面図である。第１の実施の形態と共通する部分については、図４に付した符号に２００を加えた数の符号を付して、その説明を省略する。<Third embodiment>
FIG. 8 is a semiconductor force sensor according to the third embodiment. FIG. 8 is an example in which the present invention is applied to the force detector shown in WO2015 / 199228 according to the applicant's prior application, and is a partially simplified cross-sectional view. As for the parts common to the first embodiment, reference numerals are given by adding 200 to the reference numerals given in FIG. 4, and the description thereof will be omitted.
第３の実施の形態の半導体力センサ２０１では、板状のプリント基板であるベース基板２１９がセンサ素子支持体となっており、蓋部材２２１が金属製で一面開口状の構造を有している。ベース基板２１９の裏面には、端子Ｅ１〜Ｅ６に相当する外部に露出する半田付け可能な複数の端子が設けられており、電線Ｗで、半導体力センサ素子２０３の接続用電極ＣＥ１〜ＣＥ６に相当する複数の接続用電極に接続されている。
In the
ダイアフラム部２０９の中央部を中心として変換部を含む領域を覆うように、保護用絶縁膜２１１上に導電性のシールド層２１５が形成されている。シールド層２１５は、第１の実施の形態と同様に、中央部に孔部が無くてもよく、また、第２の実施の形態と同様に、中央部に孔部が形成されていてもよい。
A
上記実施の形態は、一例として記載したものであり、その要旨を逸脱しない限り、本発明は本実施例に限定されるものではない。例えば、上記例では、シールド層の形状は矩形状としたが、拡散抵抗を覆うように配置されていればよく、円形や十字型のように、他の形状でもよいのはもちろんである。 The above embodiment is described as an example, and the present invention is not limited to the present embodiment as long as it does not deviate from the gist thereof. For example, in the above example, the shape of the shield layer is rectangular, but it may be arranged so as to cover the diffusion resistance, and of course, it may be another shape such as a circle or a cross.
また、上記第１及び第２の実施の形態の例では、半導体力センサ素子は、台座上に配置されたＳｉ半導体基板としたが、例えば、半導体基板の裏面側からエッチングを施してダイアフラム部を薄く構成するタイプの半導体力センサ素子（特許第３４７９０６４号公報に記載の半導体力センサ素子）にも適用できるのはもちろんである。 Further, in the examples of the first and second embodiments, the semiconductor force sensor element is a Si semiconductor substrate arranged on the pedestal, but for example, the diaphragm portion is formed by etching from the back surface side of the semiconductor substrate. Of course, it can also be applied to a thin type semiconductor force sensor element (semiconductor force sensor element described in Japanese Patent No. 3479064).
さらに上記実施の形態では、センサ素子支持体がケース本体であり、一面開口状の構造を有している第１及び第２の実施の形態と、センサ素子支持体が板状のベース基板である第３の実施の形態を示したが、センサ素子支持体及び蓋部材は、その他いかなる構造のものであっても良い。 Further, in the above-described embodiment, the sensor element support is the case body, and the first and second embodiments having a one-sided opening structure and the sensor element support are plate-shaped base substrates. Although the third embodiment is shown, the sensor element support and the lid member may have any other structure.
本発明によれば、大きな静電気が発生しても、出力に異常が生じにくい半導体力センサを提供することができる。また、ゲル状保護剤があっても出力変動が小さい半導体力センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor force sensor in which an abnormality is unlikely to occur in the output even if a large amount of static electricity is generated. Further, it is possible to provide a semiconductor force sensor having a small output fluctuation even if there is a gel-like protective agent.
１ 半導体力センサ
３ 半導体力センサ素子
５ 球体
７ ケース
９ ダイアフラム部
１１ 保護用絶縁膜
１３ 台座
１５ シールド層
１７ ゲル状保護剤
１９ ケース本体（センサ素子支持体）
２３ 開口部
２５ 底壁部
２７ 周壁部
２９ センサ素子支持部
３１ 位置決め用突起
３３ 位置決め用突出部
２１ 蓋部材
３５ 対向壁部
３７ 係合孔部
３９ 凹部
４１ 貫通孔1
23
Claims (6)
前記保護用絶縁膜を覆う絶縁性を有するゲル状保護剤と、
前記半導体力センサ素子の前記ダイアフラム部に測定の対象となる力を加えるための剛性を有する金属製の球体と、
前記半導体力センサ素子を支持するセンサ素子支持部を備えたセンサ素子支持体と、
前記センサ素子支持部に支持された前記半導体力センサ素子の前記ダイアフラム部と対向し、前記球体を収容する貫通孔が形成された対向壁部を備えて、前記センサ素子支持体に対して固定された蓋部材とを備え、
前記ゲル状保護剤の針入度が、前記球体が前記ダイアフラム部上の前記ゲル状保護剤を押し広げて、前記球体が前記ダイアフラム部の中央部に直接力を加えられるように定められている半導体力センサであって、
前記ダイアフラム部の前記中央部を中心として前記変換部を含む領域を覆うように、前記保護用絶縁膜上に導電性のシールド層が形成されており、
前記シールド層の前記中央部には、前記保護用絶縁膜を露出させて前記球体を前記保護用絶縁膜と直接接触させることを許容する孔部が形成されており、
前記孔部の寸法は、前記球体が動作しているときに、常に前記シールド層と前記球体との間に前記ゲル状保護剤が存在する寸法であることを特徴とする半導体力センサ素子。 It has a diaphragm portion having a conversion unit composed of a plurality of diffusion resistors that convert a change in force into a change in an electric signal by utilizing the piezoresistive effect, and at least the surface of the diaphragm portion is covered with a protective insulating film. Semiconductor force sensor element and
A gel-like protective agent having an insulating property that covers the protective insulating film,
A metal sphere having rigidity for applying a force to be measured to the diaphragm portion of the semiconductor force sensor element, and
A sensor element support having a sensor element support portion that supports the semiconductor force sensor element, and a sensor element support.
A facing wall portion facing the diaphragm portion of the semiconductor force sensor element supported by the sensor element support portion and having a through hole for accommodating the sphere is provided and fixed to the sensor element support portion. Equipped with a lid member
The degree of needle penetration of the gel-like protective agent is set so that the sphere spreads the gel-like protective agent on the diaphragm portion and the sphere exerts a force directly on the central portion of the diaphragm portion. It is a semiconductor force sensor
A conductive shield layer is formed on the protective insulating film so as to cover the region including the conversion portion centering on the central portion of the diaphragm portion.
A hole is formed in the central portion of the shield layer to expose the protective insulating film and allow the sphere to come into direct contact with the protective insulating film.
The semiconductor force sensor element is characterized in that the size of the hole portion is such that the gel-like protective agent is always present between the shield layer and the sphere when the sphere is operating.
前記シールド層は、前記ダイアフラム部全体を覆うように形成されている請求項１に記載の半導体力センサ。 The plurality of diffusion resistors are four diffusion resistors arranged near the outer peripheral portion at 90 ° intervals around the plane center of the diaphragm portion.
The semiconductor force sensor according to claim 1, wherein the shield layer is formed so as to cover the entire diaphragm portion.
前記複数の接続用電極のうちの１つは、アース用電極であり、該アース用電極に前記シールド層が接続されている請求項１に記載の半導体力センサ。 A plurality of connecting electrodes are formed on the outer peripheral portion of the diaphragm portion.
The semiconductor force sensor according to claim 1, wherein one of the plurality of connecting electrodes is a grounding electrode, and the shield layer is connected to the grounding electrode.
The semiconductor force sensor according to claim 1, wherein the diameter of the hole is in the range of 0.05 mm to 1 mm when the diameter of the sphere is in the range of 0.1 mm to 3 mm.
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