JPH07501142A - 圧力センサ内に使用するシリコンチップ - Google Patents

圧力センサ内に使用するシリコンチップ

Info

Publication number
JPH07501142A
JPH07501142A JP5508862A JP50886293A JPH07501142A JP H07501142 A JPH07501142 A JP H07501142A JP 5508862 A JP5508862 A JP 5508862A JP 50886293 A JP50886293 A JP 50886293A JP H07501142 A JPH07501142 A JP H07501142A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
area
silicon chip
groove
pressure introduction
silicon
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.)
Granted
Application number
JP5508862A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3251289B2 (ja
Inventor
ヘルデン,ヴエルナー
マレク,イリ
ヴァイプレン,クルト
バンティーン,フランク
キュッセル,マティアス
シュミット,シュテフェン
Original Assignee
ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング filed Critical ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング
Publication of JPH07501142A publication Critical patent/JPH07501142A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3251289B2 publication Critical patent/JP3251289B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/18Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by resistance strain gauges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0054Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S73/00Measuring and testing
    • Y10S73/04Piezoelectric

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Micromachines (AREA)

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】 圧力センサ内に使用するシリコンチ・ノブ従来の技術 本発明は、請求の範囲第1項記載の種類の圧力センサに使用するシリコンチップ を前提とするものである。ドイツ特許出願41061020から、既に圧力セン サに、特に内燃機関の燃焼室内の圧力検出に使用するシリコンチップが公知であ る。これらのチップの場合、圧力はプランジャによりシリコンチップに伝えられ る。シリコンチップは、圧力の作用により抵抗を変化させる圧電抵抗素子を有し ている。この圧電抵抗素子の信号は、同じくチップ上に設けられた接続回路によ り予め処理され、リード線によりチップ外の他の接続回路へ伝えられる。これら のシリコンチップの場合、機械的なひずみの妨害的な影響から接続回路を護る措 置が全くとられていない。
発明の利点 これに対して、請求の範囲第1項記載の特徴を存する本発明によるシリコンチッ プは、次のような利点有している。すなわち、圧電抵抗素子が機械応力の大きい 区域に配置され、接続回路が機械応力の小さな区域に配置されている点である。
この配置により、圧電抵抗素子の信号が最大化され、接続回路の妨害が最低限に 抑えられる。
請求の範囲第1項に記載の特徴を有するシリコンチップは、第2項以下各項に記 載の措置により、更に有利に構成され、改善される。4個の圧電抵抗素子を圧力 導入区域の周囲に配置し、そのうちの2個は圧力導入区域に対し素子の縦方向で 配置し、他の2個は横方向に配置することにより、圧電抵抗素子の信号の分析評 価は、たとえばブリッジ接続により特に簡単化される。圧力導入区域に、等方向 の2個の圧電抵抗素子を配置することにより、著しくスペースが節約される。
シリコンチップの非対称的な構成の場合、4個の圧電抵抗素子を1つの測定線上 に配置するのが有利である。その場合、2個は、測定線上に素子の縦方向に配置 し、2個は測定線に対し横方向に配置する。なぜなら、そうすることにより、こ の場合も、機械応力が最大の区域に同時に配置されるさいには、4個の圧電抵抗 素子とのブリッジ接続が可能になるからである。本発明によるシリコンチップの 最も簡単な構成は、チップの中央の圧力導入区域と、チップ縁部の接続回路とを 有する中実のシリコン片から成るものである。圧力導入区域と接続回路との間の 、シリコンチップ上側にみそを設けることにより、接続回路は、特に効果的に圧 力導入区域の機械応力を免れることができる。シリコンチップの下側を構造化す ることにより、シリコンチップの上側の接続回路は、みそを設けるための腐食処 理による負荷を低減される。その場合、圧力導入区域と向い合った区域だけが対 応受けに載せられると、接続回路は、特に良好に機械的に圧力導入区域から分離 される。圧力導入区域がシリコンチップの下側でみぞに取囲まれるようにすると 、接続回路が、機械的に圧力導入区域から分離される。しかしながら、接続回路 は未だ対応受けに接触しているので、接続回路内に生じる熱は対応受けを介して 十分に放熱される。圧電抵抗素子の区域への応力集中度を高めるために、みそに より取囲まれた区域の中央に、更に凹所を設けておくことができる。シリコンチ ップの縁部に位置する区域のみが対応受けと結合されている非対称的配置により ・′す1ンチ′・ブと対応すけとの間の機械応力が低減せしめられる。シリコン チップの下側の圧力導入区域を約270°にわたり取囲むみそを設け、みぞに取 囲まれた区域に凹所を設けることにより、導入される力により変形されるシリコ ンチップ区域が、実質的には、片側に応力が加わるたわみビームとして構成され ることになる。これに対応して、2つの平行なみそを設け、これらみその間の厚 さを減少させることにより、シリコンチップの変形区域を、両側に応力が加わる たわみビームとして構成することもできる。たわみビームに応力が加わるさいに 、これらたわみビームの端部に生じる機械応力は、特に簡単に計算可能であり、 シリコンチップの挙動を正確に予測可能である。
図面 図面には本発明の複数実施例が示されており、以下でそれらの実施例を詳説する 。図1には、圧力センサ内に用いる本発明によるシリコンチップが、また図2に はシリコンチップの一実施例の平面図と横断面とが示されている。図3は、上面 にみそが設けられたシリコンチップの図、図4は、圧力導入区域と向い合った区 域に設けられた対応受は上にのみ載置されたシリコンチップ、図5は、下側に圧 力導入区域を取囲むみぞが設けられたシリコンチップ、図6は、図5のシリコン チップの下側に凹所を付加形成したもの、図7は、一方の縁区域のみが対応受け と結合されたシリコンチップ、図8は、片側だけに応力が加えられるたわみビー ムとして構成されたシリコンチップ、図9は、両側に応力が加わるたわみビーム として構成されたシリコンチップの図である。
実施例の説明 図1は、圧力センサ内の本発明によるシリコンチップの用法を示したものである 。この用法は、たとえば、燃焼室圧力センサに関する後続刊行されたドイツ特許 出願41061020に記載されている。シリコンチップ20は、対応受け38 上に配置されている。圧力はプランジャ18と中間部材36とを介してシリコン チップ20に加えられる。符号23で示された圧力導入区域は、直接に直接部材 36の下に位置するチップ区域である。中間部材36は必ず用いなければならな いものではなく、プランジャ18を直接にシリコンチップ上に作用させてもよい 。中間部材36は、しかし、以下の図にもシリコンチップ20のどの区域に圧力 が加わるかを示すために、示しである。更に、シリコンチップ20には圧電抵抗 素子21と接続回路22とが備えられている。素子21と回路22との正確な配 置は本発明の重要な構成要素であり、図2から図9によって詳説される。ボンド 線39を介して、チップ外に位置する、図示されていない接続回路への電気接続 が生せしめられる。図1に示した配置のユニットはケーシング内に組付けられて いる。この配置の構成は、たとえば前述のドイツ特許出願に記載されている。
図2以下のどの図にも、中間部材36と、その下に位置する圧力導入区域23と 、圧電抵抗素子21と、接続回路22とが示されている。簡単化の目的で、ボン ド線39とプランジャ18とは省略されている。圧電抵抗素子21は、たとえば 拡散処理(Diffusionpr−ozess)によりシリコンチップ20の 材料内に造出しておく。シリコンの機械的変形により、この拡散区域の抵抗が変 化する。この抵抗の変化は、たとえば、圧電抵抗素子21との金属製接続路を介 して立証できる。
圧電抵抗素子21はボンディング(Kontaktierung)にもとづく縦 の方向を有している。この縦方向を、シリコンチップ20の上面に圧電抵抗素子 21を配置するさいに考慮せねばならない。シリコンの圧電抵抗係数は結晶方向 に従属するからである。接続回路22を精密に構成することは、本発明の思想に とって重要ではないが、たとえば、圧電抵抗素子21の信号を予備分析するため ブリッジ接続にすることが考えられる。しかし、重要なことは、接続回路22を 機械応力が低い区域に配置して、シリコンチップ20の材料の機械的な歪み又は 変形により、回路22の挙動が影響されないようにすることである。
図2には、一体のシリコン片100として構成された本発明によるシリコンチッ プの最も簡単な実施例が示されている。図2の(a)の平面図には、4個の圧電 抵抗素子21が圧力導入区域23の周囲に配置されている様子が示されている。
この場合、2個の素子21は圧力導入区域23に対し素子の縦方向に、他′の2 個は横方向に配置されている。接続回路22はチップ20の縁部に配置されてい る。図2の(b)の横断面図からは、シリコン片100が対応受け38と完全に 結合されていることが分かる。この場合は、冒頭に挙げた特許出願に開示された 、適当な膨張係数を有する材料の組合せを利用するのが有利である。
図3に示したシリコンチップ20は、上側にみぞが設けられている。図3の(a )は平面図であり、図3の(b)と(c)とは、図3(a)のm−m線に沿った 横断面図である。図3(b)のみぞは、図3(a)のみぞとは別の処理によって 形成された。平面図(図3(a))からは、圧電抵抗素子21が圧力導入区域2 3内に配置されていることが分かる。圧力導入区域23の2つの側には、みぞ1 22が形成されている。
シリコンチップ20の、区域23とは反対の側には接続回路22が配置されてい る。シリコンの圧電抵抗係数が方向従属性であるため、双方の圧電抵抗素子21 は等方向に向けられている。この方向は任意のどの方向でもよいが、みぞ122 と平行でないほうがよい。
区域23は、たとえば円形に構成しておいてもよい。
みぞ122は、その縦方向に区域23の延びよりも明らかに長尺でなければなら ないだろう。図3(b)には、図3(a)の■−■線に沿った断面図が示されて いる。みぞ122は長方形横断面を有している。長方形横断面のみぞは、たとえ ば湿式化学的(nasschemisch)な異方性腐食処理によって配向度1 10(110or−ientiert)のシリコンウェファ−内に形成すること ができる。この腐食処理の異方性が大であるため、みそは、その場合、数百のオ ーダーの深さ・幅比が可能である。シリコンチップ上のこれらのみぞの位置は、 しかし、シリコンの結晶構造と結び付いている。大体長方形の横断面を有するみ ぞは、シリコンの結晶構造とは無関係に形成できる。しかし、そのさい達成でき る深さ・幅比は、湿式化学的な腐食処理の場合より、明らかに低い値である。図 3(c)には、同じ<m−m線に沿った断面図が示されている。この場合は、み ぞ122が約70.5°の開角を有するV字形横断面を有している。この横断面 を有するみぞは、配向度100のシリコン内に湿式化学的な腐食処理によって形 成できる。
図3と図2の場合、圧力導入区域23の周囲又は区域23内に圧電抵抗素子21 が配置されており、この配置は、それぞれ本発明のシリコンチップの2つの実施 形式として考えられるものである。
図4に示した本発明のシリコンチップの場合、下側の区域131だけが対応受け 38上に載せられている。図4(a)の平面図には、4個の圧電抵抗素子21が 圧力導入区域23の周囲に配置され、接続回路は、シリコンチップ20の、対応 受けと結合されていない区域に配置された形式のものが示されている。図4(b )は、図4(a)のrV−rV線に沿ってシリコンチップを切断して示した横断 面図である。圧電抵抗素子21は、圧力導入区域23の双方の側に配置されてい る。その配置位置は、対応受け38と結合されている区域131内である。図3 に示した配置形式、すなわち圧力導入区域23内に2個の素子21を配置する形 式を使用する場合は、対応受け38と結合された区域131は、区域23と等し い寸法にすることができる。
接続回路22は、対応受け38と結合されていないシリコンチップ区域132上 に配置されている。回路22は、したがって、圧力が加わっても機械的な変形が 生じない区域に配置されている。図4のシリコンチップ20は、下側が腐食処理 によって構成される。図4(b)に示した垂直の腐食壁を有する実施形式は、プ ラズマ腐食処理を用いて製造でき、図4(C)に示した傾斜壁を有する変化形は 、配向度100のシリコンウェファ−内に湿式化学的な異方性腐食処理により製 造される。図4(b)に示した変化形は、配向度110のシリコンウェファ−を 用いて、湿式化学的な腐食処理により製造することもできる。ただその場合には 、みそは、もはや長方形(orthogonal)とはならない。図4の実施例 の基礎となっている本発明の思想は、図2のシリコンチップ及び相応に構成され た対応受け38によっても実現可能である。シリコンチップ20及び対応受け3 8と結合された区域131は、その場合、対応受け38の隆起部として構成され る。対応受け38がガラス状の場合には、腐食処理により構成可能であり、対応 受け38が金属製の場合は、同じく腐食処理か、又は切削による表面加工を用い ることができる。製造技術上、特に簡単に実現可能なのは、区域131の対応受 け38の隆起部を局所的に、たとえばシルクスクリーン印刷により形成し、シリ コンチップ20と対応受け38とを接着剤で接着することである図5に示したシ リコンチップ20は、下側144にみぞ141が設けられている。このみぞ14 1は、圧力導入区域23と向い合った区域142を完全に取囲んでいる。図5( a)には平面図が、図5(b)と図5(c)には、図5(a)のv−v線に沿っ た横断面図が示されている。平面図からは、圧力導入区域4個の圧電抵抗素子2 1に取囲まれていることが分かる。
この場合、圧力導入区域23内に2個の圧電抵抗素子21を配置することも考え られる。区域23と素子21とは、長方形のみぞ141により取囲まれている。
みぞ141形状は、円形又はその他の形状のものも考えられ番。みぞ141の、 区域23とは反対の側には応力の僅かな区域143が設けられ、この区域143 に接続回路22が配置されている。図5(b)に示した横断面図には、長方形横 断面を有するみぞ141が示されている。このみぞ141は、異方性プラズマ腐 食処理により形成された。この腐食処理はシリコンの結晶方向とは無関係に行な われるので、平面図で見て円形のみぞ形状の場合も、この腐食処理によって形成 できる。図5(C)には、配向度100のシリコンチップ20の横断面が示され ている。このチップ20には、みぞ141が湿式化学的な異方性腐食処理により 形成されている。斜めの壁部の開角が約70.5°であるみぞ141の台形横断 面は、腐食深さの時間的な監視、又はシリコンウェファ−上側に腐食停止層を用 いることにより達成される。図示のみぞ141により、接続回路22は圧力導入 区域23から良好に機械的に分離される。接続回路22が配置されている区域1 43は、しかし、機械的には対応受け38と結合されているので、接続回路22 内に発生する熱は、対応受け38を介して良好に放熱できる。
図6には、図5に示したシリコンチップ20の改良形式が示されている。図6( a)と図6(b)とは、それぞれ図5(a)のv−v線に沿った横断面を示した ものである。図6のシリコンチップ20は、図5のみぞ141のほかに、チップ 20の下側に凹所145が付加されている。凹所145は、圧力導入区域23と 向い合った位置に設けられ、はぼ等しい幾何形状を有している。みぞ141によ り取囲まれるシリコンチップ20と対応受け38との面積は、凹所145によっ て減少せしめられることになる。区域23に加わる機械的な力は、このため、減 少せしめられた面積を介して対応受け38へ伝えられる。これと関連する圧電抵 抗素子21の区域での応力集中により、素子21の信号が増強される。図6の( a)に示した長方形横断面を有するみぞ141と凹所145とを有する構成は、 異方性プラズマ腐食処理を用いて製造される。図示のように、みぞ141は凹所 145と異なる深さを有しているので、この腐食処理は、2つのステップに分け て行なう。図6の(b)に示した配向100のシリコンに台形の腐食みぞを設け た構成は、湿式化学的な異方性腐食処理を用いて行なわれる。みぞ141と凹所 145とは、深さが等しく、1ステツプの腐食処理で形成される。3角形横断面 のみぞ又は凹所を設ける場合は、異なる深さの場合も1ステツプの腐食処理で形 成できる。配向100のシリコンの場合、3角形のみそは実質的にはみそ幅に左 右されるからである。
図7に示したシリコンチップ20は、一方の縁部だけが対応受け38と結合され ている。図7の(a)は平面図、図7の(b)と(C)とは、それぞれ図7の( a)の■−■線に沿った断面図である。平面図から分かるように、圧電抵抗素子 21は圧力導入区域23と、対応受け38に結合された区域161との間に配置 されている。接続回路22は、区域23の他方の側、すなわち、対応受け38と 結合されていない区域163に配置されている。圧電抵抗素子21は測定線24 上に配置されている。この場合、測定線24は、対応受け38と結合された区域 161と、結合されていない区域163との間の境界164と合致している。
4個の素子21のうちの2個は、この場合、それらの縦方向で測定線上に配置さ れ、他の2個は測定線に対し横方向に配置されている。横断面図7の(b)及び 7の(C)により、素子21の境界164上での配置が分かる。圧力導入区域2 3への力の導入により、結合されていない薄手の区域163は、対応受け38方 向へたわみを生じる。この場合、最大の機械的変形したがって最大の機械応力は 結合区域161と非結合区域163との間の境界164に生じる。対応受け38 との非結合区域163には、はとんど機械応力は加わらない。接続回路22は、 したがって、非結合区域163に配置しておく。図7の(b)に示された実施例 は、結合区域161と非結合区域163との間に垂直の壁部を有しているが、こ の実施例は、配向度110のシリコンに湿式化学的な異方性腐食処理、異方性プ ラズマ腐食処理のいずれによっても製造できる。図7の(C)には、区域161 と区域163との間に傾斜壁部を有する実施例が示されている。この実施例は、 配向度100のシリコンに湿式化学的な異方性腐食処理を用いて製造した。この 場合の境界164は傾斜移行区域の上端と理解する。
図8の(a)にはシリコンチップの平面図が、図8の(b)と(c)には、図8 の(a)の■−■線に沿った横断面図が示されている。平面図から分かるように 、圧力導入区域23は、下側のみぞ172によって約2706にわたり取囲まれ ている。横断面図、たとえば図8の(b)からは、みぞ172により取囲まれた 区域173の厚さが薄手にされていることが分かる。このようにして、シリコン チップ20は区域23がたわみビームとして構成される。このような構成のたわ みビームは、一方の側が、みぞ172に取囲まれていない区域174に支承され ている。支承区域には、測定線24上に圧電抵抗素子21が配置されている。
素子21内に生じる機械応力を大きくするには、みぞ172上方のシリコンチッ プの残留厚を小さくしてお(必要がある。接続回路22は、みぞ172の、区域 23とは反対の側に配置されている。この区域ではシリコンチップの機械応力は 最小である。図8の(b)に示した実施例は、異方性プラズマ腐食処理を使用し て製造した。したがって、みぞ172ないし凹所175の壁部は、シリコンチッ プ20の上面に対しほぼ直角である。図8の(C)に示した実施例は、配向度1 00のシリコンに湿式化学的な異方性腐食処理を用いて製造した。
図9の(a)に平面図で示したシリコンチップ20には、下側183に設けられ た平行のみぞ181が備えられている。双方のみぞ181の間は、下側183の 凹所185により厚さが薄くされている。この薄手の区域185と残りのシリコ ンチップ区域との間の2つの境界184には、それぞれ2つの圧電抵抗素子21 が配置されている。これらの素子21のうち、それぞれ1個が圧力導入区域23 に対し素子縦方向で、それぞれ1個が横方向で配置されている。接続回路22は 、みぞ181の、区域23とは反対の側に配置されている。シリコンチップ20 の薄手にされた区域185は、両側で支えられたたわみビームを形成している。
区域23に力が加わると、最大の機械応力は、このたわみビームの両側の支え個 所に発生する。
ピエゾ抵抗素子21は、これらの個所に配置されている。このシリコンチップ2 0が機械応力を素子21のところに集中するようにするには、シリコンチップ2 0の、みぞ181上方の厚さを比較的僅かにしておく必要がある。接続回路22 は、対応受け38と良好に熱接触せしめられている。図9の(b)には、図9の (a)のIX−IX線に沿った断面図が示されている。
図示のみぞは、長方形横断面を有し、異方性プラズマ腐食処理によりシリコンチ ップ20に形成された。図9の(C)も同じく、■−■線に沿った断面図だが、 この場合は、みぞ181と凹所182とが湿式化学的な異方性腐食処理により形 成された。
FIG、60 1ム2 1142 FIG、 6b 国際調査報告 国際調査報告 国際調査報告 フロントページの続き (72)発明者 ヴアイプレン、タルトドイツ連邦共和国 D−7430メツイ ンゲン 2 メツインゲン シュトラーセ14(72)発明者 パンティーン、 フランクドイツ連邦共和国 D −7257ディツインゲン クニールシュトラ ーセ 44 (72)発明者 キュッセル、マティアスドイツ連邦共和国 D−7015コル ンタールーミュンヒンゲン 2 プフルークフェルダー ヴエーク 9/1 (72)発明者 シュミット、シュテフェンドイツ連邦共和国 D −7410 ロイトリンゲン 11 へツベルシュトラーセ 18

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.特に、内燃機関燃焼室内の圧力測定用の圧力センサ内に用いられるシリコン チップであって、少なくとも1個の圧電抵抗素子(21)と、少なくとも1つの 圧電抵抗素子(21)の信号を分析評価する接続回路(22)と、プランジャ( 18)の圧力を受ける圧力導入区域(23)とを有する形式のものにおいて、少 なくとも1つのピエゾ抵抗素子(21)が機械応力の大きい区域に配置され、接 続回路(22)が機械応力の小さい区域に配置されていることを特徴とする、圧 力センサ内に用いられるシリコンチップ。 2.シリコンチップが、ボンディングにより予め与えられる縱方向を備えた圧電 抵抗素子(21)を有し、これらの素子(21)が圧力導入区域(23)の周囲 に配置され、これら素子(21)のうちの2個が圧力導入区域(23)に対し素 子の縱方向で、他の2個が区域(23)に対し横方向に配置されていることを特 徴とする、請求項1記載のシリコンチップ。 3.シリコンチップ(20)が、ボンディングにより予め定められた縦方向を備 えた圧電抵抗素子(21)を有し、これら圧電抵抗素子(21)が、素子の縱方 向で同一方向を指して圧力導入区域(23)内に配置されていることを特徴とす る、請求項1記載のシリコンチップ。 4.シリコンチップ(20)が、ボンディングにより予め定められた縱方向を有 する4個の圧電抵抗素子(21)を有し、これらの圧電抵抗素子が1つの測定線 (24)上に配置され、素子(21)のうちの2個が、測定線(24)上に、素 子の縦方向で、他の2個が横方向に配置されていることを特徴とする、請求項1 記載のシリコンチップ。 5.チップ(20)が中実のシリコン片(100)から成り、かつ圧力導入区域 (23)がチップの中央に、接続回路(22)がチップの縁部に配置されている ことを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載のシリコンチップ 。 6.シリコンチップ(20)の上側(121)に少なくとも1つのみぞ(122 )が設けられ、みぞ(122)の、圧力導入区域(23)とは反対の側に接続回 路(22)が配置されていることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか 1項に記載のシリコンチップ。 7.シリコンチップ(20)が、下側(132)の、圧力導入区域(23)に向 い合った区域(131)でのみ対応受け(138)に支えられており、かつまた 、接続回路(22)が、その区域(131)に配置されていないことを特徴とす る、請求項1から4までのいずれか1項に記載のシリコンチップ。 8.シリコンチップ(20)が、下側(144)にみぞ(141)を有し、この みぞ(141)が、圧力導入区域(23)と向い合った下側区域(142)の周 囲に、この区域を完全に取囲んで設けられ、みぞに取囲まれていない区域(14 3)には接続回路(22)が配直されていることを特徴とする、請求項1から4 までのいずれか1項に記載のシリコンチップ。 9.みぞに取囲まれた区域(142)の中央に、下側(144)から凹所(14 5)が設けられていることを特徴とする、請求項8記載のシリコンチップ。 10.シリコンチップ(20)の下側の縁部に位置する区域(161)のみが、 対応受け(162)と結合されており、結合されていない区域(163)は結合 されている区域(161)より薄手であり、また双方の区域(161,163) の間の境界は直線状であり、更に接続回路(22)が、結合されていない区域( 163)上に配置されていることを特徴とする、請求項4記載のシリコンチップ 。 11.シリコンチップ(20)が下側(171)にみぞ(172)を有し、この みぞ(172)が、下側(171)の、圧力導入区域(23)と向い合った区域 (173)の周囲を約270°にわたって取囲むように設けられており、シリコ ンチップ(20)のこの区域(173)の厚さが、下側(171)の凹所(17 5)のために減少せしめられており、更に、測定線(24)が、この区域(17 3)と、みぞ(172)によって取囲まれていない区域との間の境界上に延びて おり、更にまた接続回路(22)が、みぞ(172)の、圧力導入区域(23) とは反対の側に配置されていることを特徴とする、請求項4記載のシリコンチッ プ。 12.シリコンチップ(20)が下側(183)に2つの平行なみぞ(181) を有し、これらのみぞ(181)の間に圧力導入区域(23)が位置しており、 みぞ(181)の間のシリコンチップ(20)の区域(185)は、下側(18 3)の凹所(182)のため厚さが減少せしめられており、更に、それぞれ2個 の圧電抵抗素子(21)が、シリコンチップ(20)の厚さの減少せしめられた 区域(185)と残りの区域との間の双方の境界上に、ボンディングにより予め 定められた縦方向で配置され、これら圧電抵抗素子(21)の各1個が圧力導入 区域(23)に対して素子縦方向に、また各1個が横方向に配置されており、更 に接続回路(22)が、みぞ(181)の、圧力導入区域(23)とは反対の側 に配置されていることを特徴とする、請求項1記載のシリコンチップ。
JP50886293A 1991-11-15 1992-10-16 圧力センサ内に使用するシリコンチップ Expired - Fee Related JP3251289B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4137624A DE4137624A1 (de) 1991-11-15 1991-11-15 Silizium-chip zur verwendung in einem kraftsensor
DE4137624.2 1991-11-15
PCT/DE1992/000870 WO1993010430A1 (de) 1991-11-15 1992-10-16 Silizium-chip zur verwendung in einem kraftsensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07501142A true JPH07501142A (ja) 1995-02-02
JP3251289B2 JP3251289B2 (ja) 2002-01-28

Family

ID=6444896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP50886293A Expired - Fee Related JP3251289B2 (ja) 1991-11-15 1992-10-16 圧力センサ内に使用するシリコンチップ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5600074A (ja)
EP (1) EP0612402B1 (ja)
JP (1) JP3251289B2 (ja)
DE (2) DE4137624A1 (ja)
WO (1) WO1993010430A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5217163B2 (ja) * 2004-05-12 2013-06-19 セイコーエプソン株式会社 圧力センサ

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2318231A (en) * 1996-10-10 1998-04-15 David Frank Moore Micromechanical ring oscillator sensor
JP3873454B2 (ja) * 1998-05-29 2007-01-24 株式会社デンソー 半導体圧力センサ
EP1055921A3 (de) * 1999-05-26 2002-05-08 Infineon Technologies AG Montage eines mikromechanischen Bausteins in einem Gehäuse
DE10114862B9 (de) 2001-03-26 2007-04-26 First Sensor Technology Gmbh Drucksensoreinrichtung
US7880247B2 (en) * 2003-12-29 2011-02-01 Vladimir Vaganov Semiconductor input control device
US7554167B2 (en) * 2003-12-29 2009-06-30 Vladimir Vaganov Three-dimensional analog input control device
US8350345B2 (en) 2003-12-29 2013-01-08 Vladimir Vaganov Three-dimensional input control device
US9034666B2 (en) 2003-12-29 2015-05-19 Vladimir Vaganov Method of testing of MEMS devices on a wafer level
US7772657B2 (en) * 2004-12-28 2010-08-10 Vladimir Vaganov Three-dimensional force input control device and fabrication
US7723232B2 (en) * 2005-06-30 2010-05-25 Texas Instruments Incorporated Full backside etching for pressure sensing silicon
WO2007010574A1 (en) * 2005-07-22 2007-01-25 Stmicroelectronics S.R.L. Integrated pressure sensor with a high full-scale value
CN101454895B (zh) * 2006-05-22 2012-12-19 弗拉多米尔·瓦格诺夫 半导体输入控制装置
DE102011112935B4 (de) 2011-09-13 2015-02-12 Micronas Gmbh Kraftsensor
US9728652B2 (en) * 2012-01-25 2017-08-08 Infineon Technologies Ag Sensor device and method
US9493342B2 (en) * 2012-06-21 2016-11-15 Nextinput, Inc. Wafer level MEMS force dies
WO2014008377A1 (en) 2012-07-05 2014-01-09 Ian Campbell Microelectromechanical load sensor and methods of manufacturing the same
CN105934661B (zh) 2014-01-13 2019-11-05 触控解决方案股份有限公司 微型强化圆片级mems力传感器
EP3089228B1 (de) 2014-08-14 2019-11-27 TDK-Micronas GmbH Komponente mit reduzierten spannungskräften im substrat
DE102015104410B4 (de) * 2015-03-24 2018-09-13 Tdk-Micronas Gmbh Drucksensor
CN107848788B (zh) 2015-06-10 2023-11-24 触控解决方案股份有限公司 具有容差沟槽的加固的晶圆级mems力传感器
US10693057B2 (en) 2016-05-04 2020-06-23 Tdk-Micronas Gmbh Sensor component with cap over trench and sensor elements
US10103320B2 (en) 2016-05-04 2018-10-16 Tdk-Micronas Gmbh Component with reduced stress forces in the substrate
US9869598B1 (en) 2016-06-24 2018-01-16 Honeywell International Inc. Low cost small force sensor
GB2552025B (en) 2016-07-08 2020-08-12 Sovex Ltd Boom conveyor
US20180180494A1 (en) 2016-12-22 2018-06-28 Honeywell International Inc. High Sensitivity Silicon Piezoresistor Force Sensor
CN110494724B (zh) 2017-02-09 2023-08-01 触控解决方案股份有限公司 集成数字力传感器和相关制造方法
WO2018148510A1 (en) 2017-02-09 2018-08-16 Nextinput, Inc. Integrated piezoresistive and piezoelectric fusion force sensor
RU2645904C1 (ru) * 2017-03-14 2018-02-28 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Регистратор давления и скорости ударной волны
US11221263B2 (en) 2017-07-19 2022-01-11 Nextinput, Inc. Microelectromechanical force sensor having a strain transfer layer arranged on the sensor die
WO2019023309A1 (en) 2017-07-25 2019-01-31 Nextinput, Inc. FORCE SENSOR AND INTEGRATED FINGERPRINTS
WO2019023552A1 (en) 2017-07-27 2019-01-31 Nextinput, Inc. PIEZORESISTIVE AND PIEZOELECTRIC FORCE SENSOR ON WAFER AND METHODS OF MANUFACTURING THE SAME
WO2019079420A1 (en) 2017-10-17 2019-04-25 Nextinput, Inc. SHIFT TEMPERATURE COEFFICIENT COMPENSATION FOR FORCE SENSOR AND STRAIN GAUGE
US11385108B2 (en) 2017-11-02 2022-07-12 Nextinput, Inc. Sealed force sensor with etch stop layer
WO2019099821A1 (en) 2017-11-16 2019-05-23 Nextinput, Inc. Force attenuator for force sensor
US10962427B2 (en) 2019-01-10 2021-03-30 Nextinput, Inc. Slotted MEMS force sensor

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4047144A (en) * 1971-06-30 1977-09-06 Becton, Dickinson Electronics Company Transducer
US4129042A (en) * 1977-11-18 1978-12-12 Signetics Corporation Semiconductor transducer packaged assembly
JPS58211615A (ja) * 1982-06-02 1983-12-09 Hitachi Ltd 高圧圧力センサ
JPS59217375A (ja) * 1983-05-26 1984-12-07 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 半導体機械−電気変換装置
JPS60128673A (ja) * 1983-12-16 1985-07-09 Hitachi Ltd 半導体感圧装置
US4766655A (en) * 1984-10-30 1988-08-30 Burr-Brown Corporation Method for fabricating a compensated silicon pressure sensing device
US4814856A (en) * 1986-05-07 1989-03-21 Kulite Semiconductor Products, Inc. Integral transducer structures employing high conductivity surface features
DE3702412A1 (de) * 1987-01-28 1988-08-18 Philips Patentverwaltung Druckaufnehmer mit einem siliziumkoerper
GB2207804B (en) * 1987-08-06 1990-08-15 Stc Plc Pressure sensor and manufacturing process therefor
US5263375A (en) * 1987-09-18 1993-11-23 Wacoh Corporation Contact detector using resistance elements and its application
US4790192A (en) * 1987-09-24 1988-12-13 Rosemount Inc. Silicon side by side coplanar pressure sensors
US4966039A (en) * 1988-04-21 1990-10-30 Marelli Autronica S.P.A. Electrical force and/or deformation sensor, particularly for use as a pressure sensor
EP0342274B1 (de) * 1988-04-26 1990-08-08 Landis & Gyr Betriebs AG Anordnung zur Verminderung von Piezoeffekten in mindestens einem in einem Halbleitermaterial angeordneten piezoeffekt-empfindlichen elektrischen Bauelement und Verfahren zur Herstellung dieser Anordnung
US5062302A (en) * 1988-04-29 1991-11-05 Schlumberger Industries, Inc. Laminated semiconductor sensor with overpressure protection
US4993266A (en) * 1988-07-26 1991-02-19 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Semiconductor pressure transducer
EP0363005B1 (en) * 1988-09-02 1996-06-05 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha A semiconductor sensor
DE3937522A1 (de) * 1989-11-10 1991-05-16 Texas Instruments Deutschland Mit einem traegerelement verbundener halbleiter-drucksensor
ATE107770T1 (de) * 1989-12-06 1994-07-15 Siemens Ag Albis Kraftwandler.
DE4009377A1 (de) * 1990-03-23 1991-10-02 Bosch Gmbh Robert Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen
DE4106102A1 (de) * 1991-02-27 1992-09-03 Bosch Gmbh Robert Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen
US5231301A (en) * 1991-10-02 1993-07-27 Lucas Novasensor Semiconductor sensor with piezoresistors and improved electrostatic structures

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5217163B2 (ja) * 2004-05-12 2013-06-19 セイコーエプソン株式会社 圧力センサ

Also Published As

Publication number Publication date
EP0612402B1 (de) 1995-06-07
JP3251289B2 (ja) 2002-01-28
DE4137624A1 (de) 1993-05-19
EP0612402A1 (de) 1994-08-31
US5600074A (en) 1997-02-04
WO1993010430A1 (de) 1993-05-27
DE59202469D1 (de) 1995-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH07501142A (ja) 圧力センサ内に使用するシリコンチップ
KR101151125B1 (ko) 반도체 왜곡 센서
KR20010082299A (ko) 반도체 장치용 집적 응력차단 장치 및 기술
JP2008522193A (ja) ピエゾ抵抗性歪み集中器
JP4613852B2 (ja) 電子デバイス
JP2005091166A (ja) 半導体圧力センサ
US6005275A (en) Semiconductor acceleration sensor with cantilever
JPH08193897A (ja) 半導体圧力センサ
JPH11274251A (ja) 半導体装置の製造方法
US6840111B2 (en) Micromechanical component and pressure sensor having a component of this type
JP2005127750A (ja) 半導体センサおよびその製造方法
JP3296158B2 (ja) 圧電薄膜振動子
JPH07209327A (ja) 加速度センサ
US7615832B2 (en) Physical quantity sensor, method for manufacturing the same, and resin film for bonding semiconductor chip and circuit chip
JP2006506653A (ja) 圧力センサ
JP2765610B2 (ja) 半導体振動・加速度検出装置
JP4706634B2 (ja) 半導体センサおよびその製造方法
JP4157414B2 (ja) 静電容量型外力検出装置
JP2833257B2 (ja) 半導体加速度センサ
JPH1168120A (ja) 半導体圧力センサ及びその製造方法
JP3646980B2 (ja) 静電容量型センサ及びその製造方法
JPH07122759A (ja) 半導体加速度センサ
JPH08220132A (ja) 半導体式加速度センサおよびその評価方法
JPH10253655A (ja) 半導体加速度センサ
JP2002323514A (ja) 半導体式センサ

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081116

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091116

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091116

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101116

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees