JPH02187637A - 圧力検出装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧力検出装置およびその製造方法に関するもの
である。

従来の技術 有底穴が表面に形成された半導体基板を備え、その有底
穴の底部に感圧素子が設けられ且つその有底穴内に感圧
素子へ圧力を伝達するための圧力伝達物質が充填されて
成る圧力検出装置が知られている。

第１発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記圧力伝達物質は、通常、シリコンゴ
ム等の弾性体にて構成されており且つ上記有底穴の内壁
に一体的に固着されていることに起因して、圧力伝達物
質に加えられた圧力がその圧力伝達物質の弾性復帰力に
より低減させられることにより、感圧素子による圧力検
出感度が低下させられる一方、圧力伝達物質の温度が上
昇させられると、その圧力伝達物質の熱膨張に伴って圧
力伝達物質の有底穴内壁近傍に位置する部分に感圧素子
側へ向かう圧力が発生することにより、感圧素子による
圧力検出が圧力伝達物質の温度変化によって比較的大き
く影響されるという問題があった。

本第１発明は以上の事情を背景として為されたものであ
って、その目的とするところは、圧力検出感度が好適に
得られ且つ温度により影響を受は難い圧力検出装置を提
供することにある。

第１発明の課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本第１発明は、有底穴が表
面に形成された半導体基板を備え、その有底穴の底部に
感圧素子が設けられ且つその有底穴内に感圧素子へ圧力
を伝達するための圧力伝達物質が充填されて成る圧力検
出装置において、前記圧力伝達物質を流動体にて構成す
るとともに、その流動体を覆うように前記半導体基板の
表面に被膜を形成したことを特徴とする。

第１発明の作用および効果 このようにすれば、半導体基板の表面に形成された被膜
により覆われた状態で有底穴内に流動体から成る圧力伝
達物質が充填されるので、その流動体の圧力伝達物質に
加えられた圧力を略そのまま感圧素子に伝達し得、これ
により、圧力検出感度を好適に確保し得る一方、流動体
の圧力伝達物質の温度上昇に伴ってその圧力伝達物質が
熱膨張させられても従来のように圧力伝達物質の有底穴
内壁近傍に位置する部分に感圧素子側へ向かう圧力が発
生することはなく、これにより、圧力伝達物質の温度変
化による検出圧力への影響を好適に低減し得る。

第２発明が解決しようとする課題 ところで、上記第１発明における圧力伝達物質としての
流動体を液体にて構成する場合において、コーティング
材を半導体基板の表面に塗布して加硫させることにより
被膜を形成しようとする場合には、液体の圧力伝達物質
に液状のコーティング材が接触させられることとなるの
で、被膜を確実に形成することは困難である。

本第２発明はこのような事情を背景にして為されたもの
であって、その目的とするところは、液体の圧力伝達物
質を用いる場合においてコーティング材を塗布すること
によりその圧力伝達物質を覆う被膜を形成し得る圧力検
出装置の製造方法を提供することにある。

第２発明の課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本第２発明は、有底穴が表
面に形成された半導体基板を備え、その有底穴の底部に
感圧素子が設けられ且つその有底穴内に感圧素子へ圧力
を伝達するための圧力伝達物質が充填されて成る圧力検
出装置を製造する方法であって、（ａ）常温では液体で
あるが低温で固化する圧力伝達物質を液体状態で前記有
底穴内に充填する充填工程と、（ｂ；）前記有底穴内に
充填された液体状態の圧力伝達物質を固化させる固化工
程と、（Ｃ）前記有底穴内において固化された圧力伝達
物質を覆うように前記半導体基板の表面にコーティング
材を塗布するとともに、その圧力伝達物質が液体となる
前にそのコーティング材を加硫させて被膜を形成する被
膜形成工程とを含むことを特徴とする。

第２発明の作用および効果 このように構成された圧力検出装置の製造方法によれば
、常温では液体であるが低温で固化する圧力伝達物質を
液体状態で有底穴内に充填して固化させた後、その固化
した圧力伝達物質を覆うように半導体基板の表面にコー
ティング材を塗布し、その圧力伝達物質が液体となる前
にそのコーティング材が加硫させられて被膜が形成され
るので、液体の圧力伝達物質を用いる場合においてもコ
ーティング材を塗布することによりその圧力伝達物質を
覆う被膜を確実に形成し得る。

実施例 以下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図において、圧ツノ検出装置１０はたとえば単結晶
シリコンから成る半導体基板１２を備えており、その半
導体基板１２の表面には有底穴１４が形成されている。

この有底穴１４の底部の肉厚は極めて薄く、たとえば１
５ｍμ程度とされており、その底部の一部には不純物拡
散等により感圧ダイオード１６が形成されている。この
感圧ダイオード１６が本実施例の感圧素子を構成してい
る。

有底穴１４内には液体の圧力伝達物質１８が充填されて
いるとともに、その圧力伝達物質１８を覆うように半導
体基板１２の表面にたとえばシリコンゴムから成る被膜
２０が形成されている。この圧力検出装置１０は、被膜
２０および圧力伝達物質１８を介して有底穴１４の底部
に圧力を伝達することにより、感圧ダイオード１６の接
合部に生じた圧力変動に対応する電気信号を出力する。

なお、本実施例においては、上記圧力伝達物質１８は常
温では液体であるが低温で固化する性質を有する動物脂
肪等が用いられている。

上記圧力検出装置１０はたとえば以下のようにして製造
されたものである。

まず、イｊ底穴１４が表面に形成された半導体基板１２
を用意して、第２図（ａ）に示すように、有底穴１４内
に液体の圧力伝達物質１８を充填した後、所定の低温下
において所定時間放置することにより、第２図（ｂ）に
示すように、圧力伝達物質１８を固化さ−１る。次に、
第２図（Ｃ）に示すように、前記低温下において或いは
常温において、固化した圧力伝達物質１８を覆うように
半導体基板１２の表面にシリコンゴム等から成る液状の
コーティング材を塗布した後、常温において所定時間放
置する。

これにより、コーティング材が自然加硫させられて被膜
２０が形成され、その後において圧力伝達物質１８が液
化することにより第１図に示す圧力検出装置１０が得ら
れる。上記コーティング材は速乾性のものが用いられて
おり、その加硫時間は、固化した圧力伝達物質１８が室
温に置かれてから液化するまでの時間よりも短（なるよ
うに、圧力伝達物質１８の固化温度、室温、および塗膜
の厚さ等との関連において予め設定されているのである
。

ここで、第５図に示す従来の圧力検出装置２２において
は、たとえば、半導体基板１２の表面に上述の場合と同
様に液状のコーティング材を塗布する際に、そのコーテ
ィング材の一部が有底穴１４内に充填されることにより
、被膜２０の形成と略同時に圧力伝達物質２４が被膜２
０と一体に形成されているとともに、この圧力伝達物質
２４の外周面は加硫時において有底穴１４の内壁に一体
的に固着されている。そして、このように圧力伝達物質
２４が弾性体で構成され且つ有底穴１４の内壁に固着さ
れていることに起因して以下の問題があった。すなわち
、圧力伝達物質２４に加えられた圧力はその圧力伝達物
質２４の弾性復帰力により低減させられるため、感圧ダ
イオード１６による圧力検出の感度が低下させられる一
方、この圧力伝達物質２４の温度が」二昇させられて圧
力伝達物質２４が熱膨張させられると、その熱膨張に伴
って圧力伝達物質２４の有底穴１４内壁近傍に位置する
部分に有底穴１４の底部側へ向かう圧力が生じることに
より、感圧ダイオード１６による圧）Ｊ検出が圧力伝達
物質２４の温度変化により比較的大きく影響されるとい
う問題があったのである。第６図は圧力検出装！２２に
より検出される圧力の温度特性の一例を示すグラフであ
り、圧力伝達物質２４力月５°Ｃから３６°Ｃまで昇温
されるに伴って検出圧力は比較的大きな変化率で漸増し
、最大圧力と最小圧力との圧力変化幅は１２４　ｍｍ１
ｇと非常に大きくなっている。

これに対し、本実施例の圧力検出装置１０によれば、圧
力伝達物質１８が液体で構成されていることに起因して
、被膜２０を介して圧力伝達物質１８に加えられた圧力
は略そのまま感圧ダイオード１６に伝達される一方、圧
力伝達物質１８が熱膨張させられても圧力伝達物質１８
の有底穴１４内壁近傍に位置する部分に感圧ダイオード
１６側へ向かう圧ツノが発生することはなく、これによ
り、検出圧力は、たとえば第３図に示すように、温度変
化に伴って殆ど変化せず、圧力変化幅は１０ｍｍｎｇと
極めて小さくなった。この結果、圧力検出感度が従来に
比べて一層好適に得られるとともに、圧力伝達物質１８
の温度変化による検出圧力への影響が好適に低減された
。

また、本実施例によれば、有底穴１４内において固化さ
せた圧力伝達物質１８を覆うように半導体基板１２の表
面にコーティング材を塗布し、その圧力伝達物質１８が
液体となる前にそのコーティング材が加硫させられて被
膜２０が形成されるので、液体の圧力伝達物質２０を用
いる場合においても液状のコーティング材を塗布するこ
とによりその圧力伝達物質１８を覆う被膜２０を確実に
形成することができる。

なお、前述の実施例では、圧力伝達物質１８は液体にて
構成されているが、荷重が加えられていないときには所
定形状を維持するが荷重が加えられるに伴って流動する
ゲル状の流動体であってもよい。この場合においても、
前述の実施例の場合と略同様の効果が得られる。第４図
はゲル状の圧力伝達物質を用いた場合における検出圧力
の温度特性の一例を示すグラフであって、圧力変化幅は
５５ｍｍＨｇと従来に比べて半減している。

また、前述の実施例では、半導体基板１２の表面に塗布
した液状のコーティング材を加硫させることにより被膜
２０が形成されているが、予め形成された被膜を半導体
基板に貼り着けるようにすることも可能である。この場
合には、液体の圧力伝達物質を用いた場合においてそれ
を固化させなくてもよい。

また、前述の実施例では、感圧素子は感圧ダイオード１
６にて構成されているが、感圧トランジスタ等であって
もよい。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は
その精神を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ
得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である圧力検出装置の要部を
示す断面図である。第２図は第１図の圧力検出装置を製
造する方法の一例を示す図である。 第３図は第１図の圧力検出装置により検出される圧力の
温度特性を示すグラフである。第４図は本発明の他の実
施例である圧力検出装置により検出される圧力の温度特
性を示すグラフである。第５図は従来の圧力検出装置の
要部を示す図であって、第１図に相当する図である。第
６図は第５図の圧力検出装置により検出される圧力の温
度特性を示すグラフである。 ：圧力検出装置 ：半導体基板 ：有底穴 ：感圧ダイオード（感圧素子） ：圧力伝達物質 ：被膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）有底穴が表面に形成された半導体基板を備え、該
   有底穴の底部に感圧素子が設けられ且つ該有底穴内に該
   感圧素子へ圧力を伝達するための圧力伝達物質が充填さ
   れて成る圧力検出装置において、前記圧力伝達物質を流
   動体にて構成するとともに、該流動体を覆うように前記
   半導体基板の表面に被膜を形成したことを特徴とする圧
   力検出装置。
2. （２）有底穴が表面に形成された半導体基板を備え、該
   有底穴の底部に感圧素子が設けられ且つ該有底穴内に該
   感圧素子へ圧力を伝達するための圧力伝達物質が充填さ
   れて成る圧力検出装置を製造する方法であって、 常温では液体であるが低温で固化する圧力伝達物質を液
   体状態で前記有底穴内に充填する充填工程と、 前記有底穴内に充填された液体状態の圧力伝達物質を固
   化させる固化工程と、 前記有底穴内において固化された圧力伝達物質を覆うよ
   うに前記半導体基板の表面にコーティング材を塗布する
   とともに、該圧力伝達物質が液体となる前に該コーティ
   ング材を加硫させて被膜を形成する被膜形成工程と を含むことを特徴とする圧力検出装置の製造方法。