JPH08193899A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
- Publication number
- JPH08193899A JPH08193899A JP458995A JP458995A JPH08193899A JP H08193899 A JPH08193899 A JP H08193899A JP 458995 A JP458995 A JP 458995A JP 458995 A JP458995 A JP 458995A JP H08193899 A JPH08193899 A JP H08193899A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure sensor
- semiconductor pressure
- film
- polymer material
- protective film
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体チップのダイヤフラムの表面に形成した
歪みゲージに圧力媒体から水分などの汚染物質が到達し
て特性変動が起きることを防ぐ。 【構成】歪みゲージ形成面を酸化シリコンあるいは窒化
シリコンよりなる絶縁保護膜で覆い、その上に圧力を変
動なく伝える柔らかい樹脂層を介して防水性の、例えば
ふっ素樹脂あるいはポリパラキシレインのような高分子
材料膜を積層して水分その他の汚染物質を阻止する。
歪みゲージに圧力媒体から水分などの汚染物質が到達し
て特性変動が起きることを防ぐ。 【構成】歪みゲージ形成面を酸化シリコンあるいは窒化
シリコンよりなる絶縁保護膜で覆い、その上に圧力を変
動なく伝える柔らかい樹脂層を介して防水性の、例えば
ふっ素樹脂あるいはポリパラキシレインのような高分子
材料膜を積層して水分その他の汚染物質を阻止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料からなるダ
イヤフラムに拡散プロセスにより形成された複数の歪み
ゲージの抵抗値変化により圧力を検出する半導体圧力セ
ンサに関する。
イヤフラムに拡散プロセスにより形成された複数の歪み
ゲージの抵抗値変化により圧力を検出する半導体圧力セ
ンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】上記のような半導体圧力センサは、例え
ば大気圧や自動車のインテークマニホールド部の圧力な
ど、湿気や汚染物質を含む可能性のある気体の圧力を、
ダイヤフラムの歪みゲージが形成された面に導くことに
より検出する。図２に従来より用いられている絶対圧検
出用の半導体圧力センサチップの断面構造を示す。３ｍ
ｍ角で厚さ0.３ｍｍのＮ形シリコンチップ１の中央部に
ダイヤフラム２が形成され、そのダイヤフラム２の表面
にＰ形拡散層よりなる歪みゲージ３が分散配置されてい
る。この歪みゲージ形成面を保護するために、酸化シリ
コンや窒化シリコンなどよりなる保護膜４が積層されて
いる。チップ１の周辺部はガラスもしくはシリコン製の
高さ１〜２ｍｍのスペーサ５に真空中で陽極接合され、
その結果としてチップ１とスペーサ５で囲まれた真空室
６ができる。チップゲージ形成面に加わる圧力と真空室
６との圧力差、すなわち絶対圧によりダイヤフラム２が
変形してゲージ抵抗値が変化し、その結果絶対圧に相当
する電気信号を出力するセンサとして動作する。チップ
面にアルミパッド７が形成され、ボンディングワイヤ８
により電気信号が外部に引き出される。さらにアルミパ
ッド７およびチップ面を異物や水分より保護するため、
樹脂層９が積層されている。この樹脂層９には、上方か
ら圧力１０によるダイヤフラム２の変形に影響を及ぼさ
ないように十分柔らかい樹脂が選択される。
ば大気圧や自動車のインテークマニホールド部の圧力な
ど、湿気や汚染物質を含む可能性のある気体の圧力を、
ダイヤフラムの歪みゲージが形成された面に導くことに
より検出する。図２に従来より用いられている絶対圧検
出用の半導体圧力センサチップの断面構造を示す。３ｍ
ｍ角で厚さ0.３ｍｍのＮ形シリコンチップ１の中央部に
ダイヤフラム２が形成され、そのダイヤフラム２の表面
にＰ形拡散層よりなる歪みゲージ３が分散配置されてい
る。この歪みゲージ形成面を保護するために、酸化シリ
コンや窒化シリコンなどよりなる保護膜４が積層されて
いる。チップ１の周辺部はガラスもしくはシリコン製の
高さ１〜２ｍｍのスペーサ５に真空中で陽極接合され、
その結果としてチップ１とスペーサ５で囲まれた真空室
６ができる。チップゲージ形成面に加わる圧力と真空室
６との圧力差、すなわち絶対圧によりダイヤフラム２が
変形してゲージ抵抗値が変化し、その結果絶対圧に相当
する電気信号を出力するセンサとして動作する。チップ
面にアルミパッド７が形成され、ボンディングワイヤ８
により電気信号が外部に引き出される。さらにアルミパ
ッド７およびチップ面を異物や水分より保護するため、
樹脂層９が積層されている。この樹脂層９には、上方か
ら圧力１０によるダイヤフラム２の変形に影響を及ぼさ
ないように十分柔らかい樹脂が選択される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この構造は圧力センサ
としては最も単純な構造であるが、柔らかい樹脂９は緻
密な物質でないので、圧力媒体に水分や湿気が多量に含
まれていた場合、長時間水分や湿気に晒されると樹脂９
を透過した水分がチップ面に到達する。その結果アルミ
パッド７が腐食したり、保護膜４上に発生した電荷によ
る静電気的な作用で保護膜下のゲージ３の抵抗値が変動
するなどの問題があった。
としては最も単純な構造であるが、柔らかい樹脂９は緻
密な物質でないので、圧力媒体に水分や湿気が多量に含
まれていた場合、長時間水分や湿気に晒されると樹脂９
を透過した水分がチップ面に到達する。その結果アルミ
パッド７が腐食したり、保護膜４上に発生した電荷によ
る静電気的な作用で保護膜下のゲージ３の抵抗値が変動
するなどの問題があった。
【０００４】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
水分やその他悪影響を及ぼす気体、液体がチップ表面に
到達することを防ぎ、厳しい環境下の使用にも耐える半
導体圧力センサを提供する。
水分やその他悪影響を及ぼす気体、液体がチップ表面に
到達することを防ぎ、厳しい環境下の使用にも耐える半
導体圧力センサを提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、中央部の一面側に薄肉のダイヤフラム
部を残す凹部が他面側に存在する第一導電形の半導体素
体のダイヤフラム部の反凹部側の表面層に複数の第二導
電形の歪みゲージが形成された半導体圧力センサにおい
て、ダイヤフラム部の表面に絶縁性保護膜が形成され、
その保護膜が相対的に柔らかい樹脂層を介して相対的に
硬く、防水性に富む高分子材料膜によって被覆されたも
のとする。半導体素体がシリコンよりなり、絶縁性保護
膜が酸化シリコンおよび窒化シリコンのいずれかよりな
ることが良い。相対的に柔らかい樹脂層がゲル状樹脂よ
りなるか、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂およびアクリ
ル樹脂のうちのいずれかよりなることが良い。防水性に
富む高分子材料膜が浸漬法で成膜されたふっ素樹脂膜で
あるか、蒸着法により成膜されたポリパラキシレイン膜
であることが良い。
めに、本発明は、中央部の一面側に薄肉のダイヤフラム
部を残す凹部が他面側に存在する第一導電形の半導体素
体のダイヤフラム部の反凹部側の表面層に複数の第二導
電形の歪みゲージが形成された半導体圧力センサにおい
て、ダイヤフラム部の表面に絶縁性保護膜が形成され、
その保護膜が相対的に柔らかい樹脂層を介して相対的に
硬く、防水性に富む高分子材料膜によって被覆されたも
のとする。半導体素体がシリコンよりなり、絶縁性保護
膜が酸化シリコンおよび窒化シリコンのいずれかよりな
ることが良い。相対的に柔らかい樹脂層がゲル状樹脂よ
りなるか、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂およびアクリ
ル樹脂のうちのいずれかよりなることが良い。防水性に
富む高分子材料膜が浸漬法で成膜されたふっ素樹脂膜で
あるか、蒸着法により成膜されたポリパラキシレイン膜
であることが良い。
【０００６】
【作用】外部から侵入した水分その他の悪影響を含んだ
液体あるいは気体は、相対的に硬く、防水性のある高分
子材料膜を通過しない。例えば、ふっ素樹脂の吸水率は
0.０１％以下で、シリコーン樹脂の吸水率の0.１〜0.３
％の１０分の１以下である。従って、このような吸水率
の小さい材料からなる膜が、ダイヤフラム部の圧力媒体
と接する表面上に位置することにより、絶縁性保護膜に
到達する水分の量が十分に抑えられる。また、一般的に
高分子材料は耐薬品性も良く、例えばふっ素樹脂の場
合、塩素、ふっ酸などの酸やトリクロルエチレン、アセ
トンなどの有機溶剤に対しても変質することがない。ま
た、柔らかい樹脂に比較して硬い高分子材料は気体の透
過性も低い。そして、相対的に柔らかい樹脂層が高分子
材料膜と保護膜の間に挟まれていることにより、高分子
材料と保護膜材料との線膨張係数の違いによる熱応力が
緩和されるので、高分子材料膜の剥離やゲージ抵抗値の
変動が防止される。圧力媒体の圧力のダイヤフラム部へ
の到達は、柔らかい樹脂層の上に薄い高分子材料膜が付
加されるだけであるので、阻害されることがない。
液体あるいは気体は、相対的に硬く、防水性のある高分
子材料膜を通過しない。例えば、ふっ素樹脂の吸水率は
0.０１％以下で、シリコーン樹脂の吸水率の0.１〜0.３
％の１０分の１以下である。従って、このような吸水率
の小さい材料からなる膜が、ダイヤフラム部の圧力媒体
と接する表面上に位置することにより、絶縁性保護膜に
到達する水分の量が十分に抑えられる。また、一般的に
高分子材料は耐薬品性も良く、例えばふっ素樹脂の場
合、塩素、ふっ酸などの酸やトリクロルエチレン、アセ
トンなどの有機溶剤に対しても変質することがない。ま
た、柔らかい樹脂に比較して硬い高分子材料は気体の透
過性も低い。そして、相対的に柔らかい樹脂層が高分子
材料膜と保護膜の間に挟まれていることにより、高分子
材料と保護膜材料との線膨張係数の違いによる熱応力が
緩和されるので、高分子材料膜の剥離やゲージ抵抗値の
変動が防止される。圧力媒体の圧力のダイヤフラム部へ
の到達は、柔らかい樹脂層の上に薄い高分子材料膜が付
加されるだけであるので、阻害されることがない。
【０００７】
【実施例】以下、図２と共通の部分に同一の符号を付し
た図を引用して本発明の実施例について述べる。図１に
示した実施例では、図２に示した従来の半導体圧力セン
サの保護膜上に、防水性のある高分子材料膜１１を比較
的薄く被覆したものである。この被覆される高分子材料
としては、ふっ素樹脂やポリパラキシレインなど膜厚が
比較的薄くても防水性を有する材料が選ばれる。
た図を引用して本発明の実施例について述べる。図１に
示した実施例では、図２に示した従来の半導体圧力セン
サの保護膜上に、防水性のある高分子材料膜１１を比較
的薄く被覆したものである。この被覆される高分子材料
としては、ふっ素樹脂やポリパラキシレインなど膜厚が
比較的薄くても防水性を有する材料が選ばれる。
【０００８】この防水性高分子材料の成膜方法を図３
(ａ) 〜 (ｃ) に示す。すでに柔らかい樹脂層９を積層
したチップ１を処理槽２１内の液状のふっ素樹脂２２に
浸漬し〔図３ (ａ) 〕、次いで液状樹脂２２を矢印２３
に示すように真空吸引して排出し〔図３ (ｂ) 〕、さら
に熱処理炉２４内で加熱してふっ素樹脂膜１１を硬化さ
せる〔図３ (ｃ) 〕。ポリパラキシレンの場合は、蒸着
により高分子材料膜１１を成膜する。これらの防水性高
分子材料膜は比較的硬く、また線膨張係数が半導体チッ
プ１のシリコンや保護膜４の酸化シリコンあるいは窒化
シリコンと異なるため、直接保護膜上に積層すると界面
で剥がれたり、熱応力によりゲージ抵抗値が変動するな
ど悪影響が生じる。比較的柔らかい樹脂層９が高分子材
料膜１１とチップ保護膜４の間に介在することは、緩衝
材として役立つ。従って、樹脂１１には、シリコーンゲ
ルあるいはエポキシゲルなどのゲル状樹脂、もしくは比
較的柔らかいシリコーンフォーマル樹脂、エポキシ樹
脂、アクリル樹脂などを用いる。緩衝材としての機能を
持たせるため、樹脂層９の厚さは硬い防水性高分子材料
膜１１からのストレスの影響を取り除ける５０〜２００
μｍにされる。
(ａ) 〜 (ｃ) に示す。すでに柔らかい樹脂層９を積層
したチップ１を処理槽２１内の液状のふっ素樹脂２２に
浸漬し〔図３ (ａ) 〕、次いで液状樹脂２２を矢印２３
に示すように真空吸引して排出し〔図３ (ｂ) 〕、さら
に熱処理炉２４内で加熱してふっ素樹脂膜１１を硬化さ
せる〔図３ (ｃ) 〕。ポリパラキシレンの場合は、蒸着
により高分子材料膜１１を成膜する。これらの防水性高
分子材料膜は比較的硬く、また線膨張係数が半導体チッ
プ１のシリコンや保護膜４の酸化シリコンあるいは窒化
シリコンと異なるため、直接保護膜上に積層すると界面
で剥がれたり、熱応力によりゲージ抵抗値が変動するな
ど悪影響が生じる。比較的柔らかい樹脂層９が高分子材
料膜１１とチップ保護膜４の間に介在することは、緩衝
材として役立つ。従って、樹脂１１には、シリコーンゲ
ルあるいはエポキシゲルなどのゲル状樹脂、もしくは比
較的柔らかいシリコーンフォーマル樹脂、エポキシ樹
脂、アクリル樹脂などを用いる。緩衝材としての機能を
持たせるため、樹脂層９の厚さは硬い防水性高分子材料
膜１１からのストレスの影響を取り除ける５０〜２００
μｍにされる。
【０００９】以上の本発明の実施例は、絶対圧型の半導
体圧力センサの場合であるが、ダイヤフラムの両面に加
わる圧力の差を検出する相対圧型の半導体圧力センサに
おいても、チップの歪ゲージ形成面の保護のために本発
明を適用することができる。
体圧力センサの場合であるが、ダイヤフラムの両面に加
わる圧力の差を検出する相対圧型の半導体圧力センサに
おいても、チップの歪ゲージ形成面の保護のために本発
明を適用することができる。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、半導体圧力センサのダ
イヤフラム部表面の絶縁性保護膜を圧力の伝達に影響し
ない柔らかい樹脂層を介して防水性の高分子材料膜で覆
うことにより、水分その他ダイヤフラム部の歪ゲージの
抵抗値に影響を及ぼす汚染物質の侵入を阻止するので、
厳しい環境下でも使用可能の半導体圧力センサが得られ
た。
イヤフラム部表面の絶縁性保護膜を圧力の伝達に影響し
ない柔らかい樹脂層を介して防水性の高分子材料膜で覆
うことにより、水分その他ダイヤフラム部の歪ゲージの
抵抗値に影響を及ぼす汚染物質の侵入を阻止するので、
厳しい環境下でも使用可能の半導体圧力センサが得られ
た。
【図１】本発明の一実施例の半導体圧力センサの断面図
【図２】従来の半導体圧力センサの断面図
【図３】本発明の一実施例の半導体圧力センサの高分子
材料膜成膜工程を (ａ) ないし(ｃ) の順に示す断面図
材料膜成膜工程を (ａ) ないし(ｃ) の順に示す断面図
１ 半導体チップ ２ ダイヤフラム ３ 歪みゲージ ４ 保護膜 ５ スペーサ ６ 真空室 ９ 柔軟樹脂層 １１ 防水性高分子材料膜
Claims (6)
- 【請求項１】中央部の一面側に薄肉のダイヤフラム部を
残す凹部が他面側に存在する第一導電形の半導体素体の
ダイヤフラム部の反凹部側の表面層に複数の第二導電形
の歪みゲージが形成されたものにおいて、ダイヤフラム
部の表面に絶縁性保護膜が形成され、その保護膜が相対
的に柔らかい樹脂層を介して相対的に硬く、防水性に富
む高分子材料膜によって被覆されたことを特徴とする半
導体圧力センサ。 - 【請求項２】半導体素体がシリコンよりなり、絶縁性保
護膜が酸化シリコンおよび窒化シリコンのいずれかより
なる請求項１記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項３】相対的に柔らかい樹脂層がゲル状樹脂より
なる請求項１あるいは２記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項４】相対的に柔らかい樹脂層がシリコーン樹
脂、エポキシ樹脂およびアクリル樹脂のうちのいずれか
よりなる請求項１あるいは２記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項５】防水性に富む高分子材料膜が浸漬法で成膜
されたふっ素樹脂膜である請求項１ないし４のいずれか
に記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項６】防水性に富む高分子材料膜が蒸着法により
成膜されたポリパラキシレイン膜である請求項１ないし
４のいずれかに記載の半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP458995A JPH08193899A (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP458995A JPH08193899A (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08193899A true JPH08193899A (ja) | 1996-07-30 |
Family
ID=11588236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP458995A Pending JPH08193899A (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08193899A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002365146A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-18 | Ishida Co Ltd | ロードセル |
| JP2005214970A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Mettler Toledo Gmbh | 電気機械変換器のための防湿技術 |
| FR2867854A1 (fr) * | 2004-03-17 | 2005-09-23 | Denso Corp | Detecteur de pression compact, tres precis et resistant fortement a la corrosion |
| JP2008504522A (ja) * | 2004-06-28 | 2008-02-14 | ズリ・ホールディングス・リミテッド | 共振センサを保護する方法及びオープン保護共振センサ |
| WO2010082712A1 (ko) * | 2009-01-13 | 2010-07-22 | (주)래트론 | 필름층 및 수지층으로 보호되는 센서 소자 |
-
1995
- 1995-01-17 JP JP458995A patent/JPH08193899A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002365146A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-18 | Ishida Co Ltd | ロードセル |
| JP2005214970A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Mettler Toledo Gmbh | 電気機械変換器のための防湿技術 |
| FR2867854A1 (fr) * | 2004-03-17 | 2005-09-23 | Denso Corp | Detecteur de pression compact, tres precis et resistant fortement a la corrosion |
| US7168326B2 (en) | 2004-03-17 | 2007-01-30 | Denso Corporation | Compact pressure sensor with high corrosion resistance and high accuracy |
| JP2008504522A (ja) * | 2004-06-28 | 2008-02-14 | ズリ・ホールディングス・リミテッド | 共振センサを保護する方法及びオープン保護共振センサ |
| WO2010082712A1 (ko) * | 2009-01-13 | 2010-07-22 | (주)래트론 | 필름층 및 수지층으로 보호되는 센서 소자 |
| US8511185B2 (en) | 2009-01-13 | 2013-08-20 | Lattron Co. Ltd. | Sensor device protected by a film layer and a resin layer |
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