JPH05235377A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
- Publication number
- JPH05235377A JPH05235377A JP3469792A JP3469792A JPH05235377A JP H05235377 A JPH05235377 A JP H05235377A JP 3469792 A JP3469792 A JP 3469792A JP 3469792 A JP3469792 A JP 3469792A JP H05235377 A JPH05235377 A JP H05235377A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- force
- pressure sensor
- semiconductor pressure
- destruction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ダイヤフラムに過大力が印加された場合で
も、ダイヤフラムの破壊を防止する保護機能を有する半
導体圧力センサを提供する。 【構成】 加圧ピン１６で加圧されるダイヤフラム８の
印加部位の反対側に凸部７を一体形成し、さらに貫通孔
１０を有するガラス台座１１を陽極接合により接着す
る。凸部７とガラス台座１１のギャップＤは破壊時のダ
イヤフラム変位量よりも小さい。加圧ピン１６を介して
ダイヤフラム８に力が印加された場合には、ダイヤフラ
ム８に歪が生じピエゾ抵抗効果によりゲージ抵抗３の抵
抗値が変化する。ブリッジ回路に電圧を印加すれば、そ
の出力電圧から被測定物からの力を測定することができ
る。その印加力が過大の場合にはダイヤフラム８が破壊
に至る前に凸部７が台座１１に接触し、ダイヤフラム８
の破壊を防ぐことができる。
も、ダイヤフラムの破壊を防止する保護機能を有する半
導体圧力センサを提供する。 【構成】 加圧ピン１６で加圧されるダイヤフラム８の
印加部位の反対側に凸部７を一体形成し、さらに貫通孔
１０を有するガラス台座１１を陽極接合により接着す
る。凸部７とガラス台座１１のギャップＤは破壊時のダ
イヤフラム変位量よりも小さい。加圧ピン１６を介して
ダイヤフラム８に力が印加された場合には、ダイヤフラ
ム８に歪が生じピエゾ抵抗効果によりゲージ抵抗３の抵
抗値が変化する。ブリッジ回路に電圧を印加すれば、そ
の出力電圧から被測定物からの力を測定することができ
る。その印加力が過大の場合にはダイヤフラム８が破壊
に至る前に凸部７が台座１１に接触し、ダイヤフラム８
の破壊を防ぐことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、重量，押し圧力、ある
いは引っ張りなどの機械的な力を測定する半導体圧力セ
ンサに関する。
いは引っ張りなどの機械的な力を測定する半導体圧力セ
ンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体圧力センサには、特開昭５
９−１５５７３４号公報に示すような構成のものが考案
されている。以下、その構成について図４を参照しなが
ら説明する。
９−１５５７３４号公報に示すような構成のものが考案
されている。以下、その構成について図４を参照しなが
ら説明する。
【０００３】図４に示すように、ｎ形シリコン基板２１
の表面に形成されたｐ形ゲージ抵抗３と裏面をエッチン
グ除去することにより形成されたダイヤフラム２２とダ
イヤフラム中央付近を加圧する加圧ピン１６からなる。
ｐ形ゲージ抵抗３はアルミニウム電極９により配線され
ハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路が構成され
ている。
の表面に形成されたｐ形ゲージ抵抗３と裏面をエッチン
グ除去することにより形成されたダイヤフラム２２とダ
イヤフラム中央付近を加圧する加圧ピン１６からなる。
ｐ形ゲージ抵抗３はアルミニウム電極９により配線され
ハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路が構成され
ている。
【０００４】上記構成において、被測定物からの力は加
圧ピン１６を介してダイヤフラム２２に印加される。こ
のときダイヤフラム２２に歪が生じて、ピエゾ抵抗効果
によりｐ形ゲージ抵抗３の抵抗値が変化する。ブリッジ
回路に電圧を印加し、ダイヤフラム２２へ力を印加した
ときとしないときの出力の電圧差を測定することにより
被測定物からの力を測定することができる。
圧ピン１６を介してダイヤフラム２２に印加される。こ
のときダイヤフラム２２に歪が生じて、ピエゾ抵抗効果
によりｐ形ゲージ抵抗３の抵抗値が変化する。ブリッジ
回路に電圧を印加し、ダイヤフラム２２へ力を印加した
ときとしないときの出力の電圧差を測定することにより
被測定物からの力を測定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の半導
体圧力センサでは、過大力によるダイヤフラム破壊が生
じることがあった。物体の重量を測定する場合に、その
物体の質量をＭ，加速度をαとし、その物体が加圧ピン
を押す力をＦとすると、 Ｆ＝Ｍα となる。
体圧力センサでは、過大力によるダイヤフラム破壊が生
じることがあった。物体の重量を測定する場合に、その
物体の質量をＭ，加速度をαとし、その物体が加圧ピン
を押す力をＦとすると、 Ｆ＝Ｍα となる。
【０００６】すなわち、加速度αが小さくても質量Ｍが
大きければ過大力となり、また質量Ｍがどんなに小さく
ても加速度αが大きければ加速度αの分だけ見かけ上物
体の重量が増えたのと等価になり、ダイヤフラム２２に
過大力が印加されるのである。
大きければ過大力となり、また質量Ｍがどんなに小さく
ても加速度αが大きければ加速度αの分だけ見かけ上物
体の重量が増えたのと等価になり、ダイヤフラム２２に
過大力が印加されるのである。
【０００７】本発明は上記課題を解決するもので、過大
力に対する保護機能を備えた半導体圧力センサを提供す
ることを目的としている。
力に対する保護機能を備えた半導体圧力センサを提供す
ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、薄肉のダイヤフラム部裏面の所定部に凸部
を形成し、その凸部に近接した位置にストッパーを配設
した構成による。
するために、薄肉のダイヤフラム部裏面の所定部に凸部
を形成し、その凸部に近接した位置にストッパーを配設
した構成による。
【０００９】
【作用】本発明は上記した構成により、加圧ピンを介し
てダイヤフラムに力が印加された場合にはダイヤフラム
が歪みその印加力を測定できるが、その印加力が過大の
場合には薄肉のダイヤフラム裏面の凸部がストッパーに
よって抑制されるためダイヤフラムの破壊を防ぐことが
できる。
てダイヤフラムに力が印加された場合にはダイヤフラム
が歪みその印加力を測定できるが、その印加力が過大の
場合には薄肉のダイヤフラム裏面の凸部がストッパーに
よって抑制されるためダイヤフラムの破壊を防ぐことが
できる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図１および
図２を参照しながら説明する。
図２を参照しながら説明する。
【００１１】図１は本発明の一実施例の半導体圧力セン
サの製造方法を示す工程断面図、図２はその完成された
半導体圧力センサの断面図である。図１（ａ）に示すよ
うにｎ形シリコン基板１には、第１のＳｉＯ2膜とｐ形
ゲージ抵抗３と第２のＳｉＯ2膜４が形成されている。
ここまでは通常の半導体圧力センサと同様の工程であ
る。次に図１（ｂ）に示すようにｎ形シリコン基板１の
裏面に第３のＳｉＯ2膜５と表面および裏面にそれぞれ
Ｓｉ3Ｎ4６ａ，６ｂを形成し、その後図１（ｃ）に示す
ように裏面のＳｉ3Ｎ4膜６ｂを熱燐酸によりパターンエ
ッチングし、開口部を形成する。ついで図１（ｄ）に示
すように第３のＳｉＯ2膜５を弗酸によりエッチング除
去し裏面中央に島状のＳｉＯ2膜５ａを形成する。さら
にアルカリ系の異方性エッチング液例えば水酸化カリウ
ム水溶液でシリコン基板１の裏面をエッチングする。そ
の後図１（ｅ）に示すようにＳｉＯ2膜５ａを弗酸でエ
ッチング除去し、そのＳｉＯ2膜５ａを除去した後のｎ
形シリコン基板１の裏面の凸部７を含む薄肉のダイヤフ
ラム部８を再度水酸化カリウム水溶液でエッチングし、
その凸部７に相当するシリコン基板１の厚みを、周辺部
１ａに相当するシリコン基板１の厚みよりも薄くする。
その後図１（ｆ）に示すように周辺部裏面のＳｉ 3Ｎ4６
ｂと第３のＳｉＯ2膜５をそれぞれ熱燐酸および弗酸に
よりエッチング除去する。ｐ形ゲージ抵抗３の上部のＳ
ｉ3Ｎ4膜６ａと第２のＳｉＯ2膜４に開口を形成し、ア
ルミニウム電極９を形成する。陽極接合法によりシリコ
ン基板１の裏面に中央部に貫通孔１０のあるガラス台座
１１を接着する。
サの製造方法を示す工程断面図、図２はその完成された
半導体圧力センサの断面図である。図１（ａ）に示すよ
うにｎ形シリコン基板１には、第１のＳｉＯ2膜とｐ形
ゲージ抵抗３と第２のＳｉＯ2膜４が形成されている。
ここまでは通常の半導体圧力センサと同様の工程であ
る。次に図１（ｂ）に示すようにｎ形シリコン基板１の
裏面に第３のＳｉＯ2膜５と表面および裏面にそれぞれ
Ｓｉ3Ｎ4６ａ，６ｂを形成し、その後図１（ｃ）に示す
ように裏面のＳｉ3Ｎ4膜６ｂを熱燐酸によりパターンエ
ッチングし、開口部を形成する。ついで図１（ｄ）に示
すように第３のＳｉＯ2膜５を弗酸によりエッチング除
去し裏面中央に島状のＳｉＯ2膜５ａを形成する。さら
にアルカリ系の異方性エッチング液例えば水酸化カリウ
ム水溶液でシリコン基板１の裏面をエッチングする。そ
の後図１（ｅ）に示すようにＳｉＯ2膜５ａを弗酸でエ
ッチング除去し、そのＳｉＯ2膜５ａを除去した後のｎ
形シリコン基板１の裏面の凸部７を含む薄肉のダイヤフ
ラム部８を再度水酸化カリウム水溶液でエッチングし、
その凸部７に相当するシリコン基板１の厚みを、周辺部
１ａに相当するシリコン基板１の厚みよりも薄くする。
その後図１（ｆ）に示すように周辺部裏面のＳｉ 3Ｎ4６
ｂと第３のＳｉＯ2膜５をそれぞれ熱燐酸および弗酸に
よりエッチング除去する。ｐ形ゲージ抵抗３の上部のＳ
ｉ3Ｎ4膜６ａと第２のＳｉＯ2膜４に開口を形成し、ア
ルミニウム電極９を形成する。陽極接合法によりシリコ
ン基板１の裏面に中央部に貫通孔１０のあるガラス台座
１１を接着する。
【００１２】その後、図２に示すように、図１（ｆ）の
ガラス台座１１を接着したチップをパッケージのベース
１２にダイスボンドし、インナーピン１３とアルミニウ
ム電極９にワイヤボンドし、貫通孔１４を有するキャッ
プ１５をベース１２に固定する。ゲージ抵抗３はアルミ
ニウム電極９により配線されハーフブリッジ回路または
フルブリッジ回路が構成されている。
ガラス台座１１を接着したチップをパッケージのベース
１２にダイスボンドし、インナーピン１３とアルミニウ
ム電極９にワイヤボンドし、貫通孔１４を有するキャッ
プ１５をベース１２に固定する。ゲージ抵抗３はアルミ
ニウム電極９により配線されハーフブリッジ回路または
フルブリッジ回路が構成されている。
【００１３】上記構成において、被測定物からの力は加
圧ピン１６を介してダイヤフラム８に印加される。この
ときダイヤフラム８に歪が生じて、ピエゾ抵抗効果によ
りゲージ抵抗３の抵抗値が変化する。ブリッジ回路に電
圧を印加し、ダイヤフラム８へ力を印加したときとしな
いときの出力電圧差を測定することにより被測定物から
の力を測定することができる。
圧ピン１６を介してダイヤフラム８に印加される。この
ときダイヤフラム８に歪が生じて、ピエゾ抵抗効果によ
りゲージ抵抗３の抵抗値が変化する。ブリッジ回路に電
圧を印加し、ダイヤフラム８へ力を印加したときとしな
いときの出力電圧差を測定することにより被測定物から
の力を測定することができる。
【００１４】半導体圧力センサの力と出力電圧またはダ
イヤフラム変位量の関係の一例を図３に示す。出力電圧
は力が０から７０ｇ重まで力に比例にそれを超える力で
は飽和する。その理由はダイヤフラム８の変位量が力が
０から７０ｇ重まで力に比例し、それを超える力では飽
和する、すなわち力が７０ｇ重を超えると凸部７がガラ
ス台座１１に接触し変位を妨げられるからである。
イヤフラム変位量の関係の一例を図３に示す。出力電圧
は力が０から７０ｇ重まで力に比例にそれを超える力で
は飽和する。その理由はダイヤフラム８の変位量が力が
０から７０ｇ重まで力に比例し、それを超える力では飽
和する、すなわち力が７０ｇ重を超えると凸部７がガラ
ス台座１１に接触し変位を妨げられるからである。
【００１５】このように本発明の実施例の半導体圧力セ
ンサによれば、凸部７とガラス台座１１のギャップＤを
１０μｍとし破壊時のダイヤフラム８の変位量よりも小
さくすることによりダイヤフラム８を過大力による破壊
から守ることができる。このギャップＤは水酸化カリウ
ム水溶液でシリコン基板１の裏面エッチングを行う際の
エッチング量で調整することができる。
ンサによれば、凸部７とガラス台座１１のギャップＤを
１０μｍとし破壊時のダイヤフラム８の変位量よりも小
さくすることによりダイヤフラム８を過大力による破壊
から守ることができる。このギャップＤは水酸化カリウ
ム水溶液でシリコン基板１の裏面エッチングを行う際の
エッチング量で調整することができる。
【００１６】なお、本実施例ではガラス台座１１を用い
た場合を示したが、ストッパーの役目を果たすものであ
れば、どのような材料，構成でもよい。
た場合を示したが、ストッパーの役目を果たすものであ
れば、どのような材料，構成でもよい。
【００１７】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
は、薄肉のダイヤフラム部裏面の測定部に凸部を形成
し、その凸部に近接した位置にストッパーを配設した構
成によるので、ダイヤフラムが破壊に至る前にダイヤフ
ラム裏面の凸部がストッパーに接触して変位を妨げられ
るので、ダイヤフラムを過大力による破壊から守る保護
機能を有する半導体圧力センサを提供できる。
は、薄肉のダイヤフラム部裏面の測定部に凸部を形成
し、その凸部に近接した位置にストッパーを配設した構
成によるので、ダイヤフラムが破壊に至る前にダイヤフ
ラム裏面の凸部がストッパーに接触して変位を妨げられ
るので、ダイヤフラムを過大力による破壊から守る保護
機能を有する半導体圧力センサを提供できる。
【図１】本発明の一実施例の半導体圧力センサの半導体
チップを製造する工程断面図
チップを製造する工程断面図
【図２】図１の半導体チップを組立てた本発明の一実施
例の半導体圧力センサの断面図
例の半導体圧力センサの断面図
【図３】図２の半導体圧力センサの力に対する出力電圧
とダイヤフラム変位量の関係を示す図
とダイヤフラム変位量の関係を示す図
【図４】従来の半導体圧力センサの断面図
１ ｎ形シリコン基板（半導体基板） ２ 第１のＳｉＯ2膜 ３ ｐ形ゲージ抵抗（感圧抵抗領域） ４ 第２のＳｉＯ2膜 ５ 第３のＳｉＯ2膜 ５ａ 島状のＳｉＯ2膜 ６ａ，６ｂ Ｓｉ3Ｎ4膜 ７ 凸部 ８ ダイヤフラム部 ９ アルミニウム電極 １０，１４ 貫通孔 １１ ガラス台座（ストッパー） １２ ベース １３ インナーピン １５ キャップ １６ 加圧ピン
Claims (1)
- 【請求項１】 周辺部に厚肉部を有し、中央裏面をエッ
チングした薄肉のダイヤフラム部を有する半導体基板
と、その半導体基板の薄肉のダイヤフラム部の表面に形
成された１以上の感圧抵抗領域とを少なくとも有する半
導体圧力センサにおいて、前記薄肉のダイヤフラム部の
裏面の所定部に凸部を形成し、その凸部に近接した位置
にストッパーを配設したことを特徴とする半導体圧力セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3469792A JPH05235377A (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3469792A JPH05235377A (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05235377A true JPH05235377A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=12421561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3469792A Pending JPH05235377A (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05235377A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5852320A (en) * | 1996-02-19 | 1998-12-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor sensor with protective cap covering exposed conductive through-holes |
| WO2003087747A1 (fr) | 2002-04-12 | 2003-10-23 | Hokuriku Electric Industry Co.,Ltd. | Capteur de force a semi-conducteur |
| WO2004072597A1 (ja) * | 2003-02-13 | 2004-08-26 | Hokuriku Electric Industry Co., Ltd. | 半導体力センサ |
| CN114061823A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-02-18 | 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 | 一种温度自补偿的高灵敏度压力传感器阵列及其制备方法 |
-
1992
- 1992-02-21 JP JP3469792A patent/JPH05235377A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5852320A (en) * | 1996-02-19 | 1998-12-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor sensor with protective cap covering exposed conductive through-holes |
| WO2003087747A1 (fr) | 2002-04-12 | 2003-10-23 | Hokuriku Electric Industry Co.,Ltd. | Capteur de force a semi-conducteur |
| EP1519173A1 (en) * | 2002-04-12 | 2005-03-30 | Hokuriku Electric Industry Co., Ltd. | Semiconductor force sensor |
| EP1519173A4 (en) * | 2002-04-12 | 2006-07-26 | Hokuriku Elect Ind | SEMICONDUCTOR FORCE SENSOR |
| WO2004072597A1 (ja) * | 2003-02-13 | 2004-08-26 | Hokuriku Electric Industry Co., Ltd. | 半導体力センサ |
| CN114061823A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-02-18 | 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 | 一种温度自补偿的高灵敏度压力传感器阵列及其制备方法 |
| CN114061823B (zh) * | 2021-11-16 | 2024-04-02 | 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 | 一种温度自补偿的高灵敏度压力传感器阵列及其制备方法 |
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