JPH0945512A - 電磁ノイズ対策用フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体チップ内に形成され、かつ、電磁ノイズ
による大電流が流れた際の不具合を解消する。 【解決手段】自動車に搭載される半導体吸気圧センサに
おいてセンサチップには、電磁ノイズ対策用フィルタが
設けられている。電磁ノイズ対策用フィルタはＣｒＳｉ
薄膜抵抗３０とコンデンサにて構成され、センサチップ
内においてパッドと回路との間に介在されている。Ｃｒ
Ｓｉ薄膜抵抗３０の断面積は、電磁ノイズにより当該抵
抗に流れる電流に対し溶断しない領域に入っている。溶
断しない領域を区画形成するための境界線は、一次関数
として表される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電磁ノイズ対策
用フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車においてエレクトロニクス
化の進歩は著しく、例えば、エンジンでの最適な燃焼を
行わせるべくマイクロコンピュータを用いてエンジンの
運転状態を検知し、エンジンの運転状態に応じた燃料噴
射量および点火時期を演算してインジェクタからの燃料
量および点火時期を制御している。この電子制御システ
ムを構築する際にはマイクロコンピュータや入出力回路
等を電子制御ユニットとしてパッケージし、この電子制
御ユニットに対しセンサ群とアクチュエータ群とをワイ
ヤーハーネスにて接続する。アクチュエータ群としては
前述のインジェクタやイグナイタ等を指し、センサ群と
しては、エンジン回転センサや水温センサや吸入空気量
センサや吸気圧センサ等を指す。そして、吸気圧センサ
においても半導体圧力センサが用いられており、この半
導体圧力センサは、ダイヤフラムを有するシリコンチッ
プに不純物拡散層よりなる歪みゲージ（ピエゾ抵抗素
子）を複数配置しブリッジ接続するとともに、シリコン
チップでのダイヤフラムの周辺部に信号処理回路（集積
回路）を形成し、圧力の作用によるダイヤフラムの変形
を歪みゲージの抵抗変化としてブリッジ回路から取り出
し、信号処理回路において増幅等を行う。この増幅され
た信号はワイヤーハーネスを通して電子制御ユニットに
送られ、燃料噴射量や点火時期に反映される。

【０００３】このようにエレクトロニクス化が進む中、
車載電子機器の電磁ノイズ対策（ＥＭＩ対策）が重要な
ものとなってきている。電磁ノイズ対策でのラインノイ
ズの低減のために、一般的に貫通コンデンサが用いられ
ている。これは、前述の吸気圧センサを例にとれば、セ
ンサチップをカンパッケージしたステムにはリードピン
（電源ライン用、検出信号出力ライン用）が貫通してお
り、アースしたステムにおけるリードピンの貫通孔に貫
通コンデンサを設け、ワイヤーハーネスを通ってセンサ
チップの信号処理回路に到るノイズ伝搬路において貫通
コンデンサにてノイズを遮断あるいは減衰させ、信号処
理回路が誤動作しないようにするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、コスト
低減という点からＩＣチップ内でのＥＭＩ対策が求めら
れている。このため、本願出願人は、特願平６−２７０
８３６号にて、センサチップ内における回路とパッドと
の間において抵抗とコンデンサにて構成されるローパス
フィルタを設けることを提案している。この際の抵抗と
しては、一般的に不純物拡散層にて構成することとな
る。

【０００５】しかし、本発明者らは自動車搭載機器が受
ける電磁ノイズを調べた結果、センサ内に設けたローパ
スフィルタには大電流が流れること分かった。その結
果、不純物拡散層にて抵抗を構成すると、大電流が流れ
た際には、その周辺に形成した素子等に悪影響を与えて
しまう。

【０００６】そこで、この発明の目的は、半導体チップ
内に形成され、かつ、電磁ノイズによる大電流が流れた
際の不具合を解消することができる電磁ノイズ対策用フ
ィルタを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、抵抗とコンデンサにて構成され、半導体チップ内に
おいてパッドと回路との間に介在される電磁ノイズ対策
用フィルタであって、前記抵抗を薄膜抵抗にて構成した
電磁ノイズ対策用フィルタをその要旨とする。

【０００８】請求項２の記載の発明は、請求項１の電磁
ノイズ対策用フィルタにおける前記薄膜抵抗の材料はＣ
ｒＳｉよりなる。請求項３の記載の発明は、請求項１の
電磁ノイズ対策用フィルタにおける前記薄膜抵抗の断面
積を、電磁ノイズにより当該抵抗に流れる電流に対し溶
断しない領域に入るようにしている。

【０００９】請求項４の記載の発明は、請求項３の電磁
ノイズ対策用フィルタにおける前記溶断しない領域を区
画形成するための境界線は、一次関数として表されるも
のとしている。

【００１０】請求項５の記載の発明は、請求項１の電磁
ノイズ対策用フィルタを自動車用センサに用いている。 （作用）請求項１に記載の発明によれば、電磁ノイズ対
策用フィルタを構成するための抵抗として薄膜抵抗が用
いられ、不純物拡散層にて抵抗を構成した場合において
大電流が流れた際には周辺素子等に悪影響を与えてしま
うが、不純物拡散層を用いていないので、そのようなこ
とが回避される。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、薄膜抵抗の材料はＣｒＳｉ
よりなるので、より好ましいものとなる。請求項３に記
載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加
え、電磁ノイズにより抵抗に流れる電流に対し溶断しな
い領域に入るようにしたので、大電流により溶断するこ
ともない。

【００１２】請求項４に記載の発明によれば、請求項３
に記載の発明の作用に加え、溶断しない領域を区画形成
するための境界線は、一次関数として表されるので、容
易に溶断しない領域が特定される。

【００１３】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、自動車用センサにおいて電
磁ノイズにより大電流が流れやすいが、本構成を採用す
ることにより好適なものとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。本形態においては自動車に搭載さ
れる半導体吸気圧センサに具体化している。

【００１５】図２には半導体吸気圧センサの全体構成を
示し、ステム１の上面中央部にはパイレックスガラスよ
りなる台座２が接着され、台座２の上面には半導体セン
サとしてのセンサチップ（シリコンチップ）３が接合さ
れている。ステム１の外周部には蓋材（カン）４が気密
状態で接合されている。ステム１には圧力導入パイプ５
が取付けられ、この圧力導入パイプ５によりエンジンの
吸気圧がステム１に形成した貫通孔６および台座２に形
成した貫通孔７を通してセンサチップ３の下面に導かれ
る。

【００１６】センサチップ３は、図３に示すように、中
央部にダイヤフラム８が形成されている。このダイヤフ
ラム８の下面に前述のエンジン吸気圧が印加される。
又、ダイヤフラム８には不純物拡散層よりなる歪みゲー
ジ（ピエゾ抵抗素子）が４つ形成され、ダイヤフラム８
の変形に伴い抵抗値が変化するようになっている。セン
サチップ３におけるダイヤフラム８の周辺には圧力検出
回路部が集積化して形成され、ダイヤフラム８の変形に
伴う歪みゲージの抵抗値変化を電気信号に変換するとと
もに増幅処理するようになっている。

【００１７】このセンサチップ３への電源ライン、接地
線、出力線は、図２に示すように、ボンディングワイヤ
１０，１１およびリードピン１２，１３を介して外部に
導出される。尚、ボンディングワイヤ１０，１１および
リードピン１２，１３は図２ではそれぞれ２本示されて
いるが実際にはそれぞれの配線に対応して３本設けられ
ている。

【００１８】さらに、リードピン１２，１３はワイヤー
ハーネス１４を介してエンジン制御ユニット（以下、Ｅ
ＣＵという）１５と接続されている。ＥＣＵ１５はマイ
クロコンピュータを中心に構成され、センサチップ３か
らの信号により吸気圧を検知する。さらに、ＥＣＵ１５
は吸気圧を含めたエンジンの運転状態を検知し、エンジ
ンの運転状態に応じた燃料噴射量および点火時期を演算
してインジェクタからの燃料量および点火時期を制御し
ている。尚、図２においてはアクチュエータ群としての
インジェクタやイグナイタ等、および、センサ群として
のエンジン回転センサや水温センサや吸入空気量センサ
等の図示は省略した。

【００１９】次に、センサチップ３に形成される圧力検
出回路部の回路構成について図１を用いて説明する。ダ
イヤフラム８に形成された歪みゲージ（ピエゾ抵抗素
子）１６，１７，１８，１９は、フルブリッジ接続され
ている。このブリッジ回路において、一方の対角位置の
ゲージ１７，１８は圧力の上昇に応じて抵抗が増加し、
他の対角位置のゲージ１６，１９は圧力の上昇に応じて
抵抗が減少する。

【００２０】ブリッジ回路の４つの接続点ａ，ｂ，ｃ，
ｄのうち、接続点ａは定電流印加点であり、接続点ｃは
グランド電位印加点であり、接続点ｂ，ｄは電圧出力点
となっている。つまり、接続点ａには定電流回路２０を
介して電源パッド２１が接続され、定電流回路２０によ
り生成された定電流がブリッジ回路に供給される。定電
流回路２０は、抵抗およびオペアンプ等により構成され
ている。又、接続点ｃはグランドパッド２２と接続され
ている。さらに、接続点ｂ，ｄはオペアンプ２３と接続
され、オペアンプ２３の出力端子は出力パッド２４と接
続されている。オペアンプ２３は、ダイヤフラム８への
印加圧力に応じて変化する接続点ｂ，ｄでの電圧を差動
増幅して出力する。

【００２１】このように、１つのチップ内にダイヤフラ
ム８が形成されるとともに、その周辺に集積回路２５が
形成されている。さらに、電源パッド２１と回路２５と
の間、および出力パッド２４と回路２５との間には、Ｅ
ＭＩ対策のためのローパスフィルタが設けられている。

【００２２】以下、このローパスフィルタの詳細を説明
する。電源パッド２１と回路２５との間には、１次ＣＲ
フィルタ２６と２次ＣＲフィルタ２７とが直列に配置さ
れている。電源系の１次フィルタ２６は抵抗Ｒ１とコン
デンサＣ１とにより構成されている。又、電源系の２次
フィルタ２７は、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とにより構
成されている。

【００２３】出力パッド２４と回路２５との間には、１
次ＣＲフィルタ２８と２次フィルタ２９とが直列に配置
されている。出力系の１次フィルタ２８は抵抗Ｒ３とコ
ンデンサＣ３とにより構成されている。又、出力系の２
次フィルタ２９は抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４とにより構
成されている。

【００２４】抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、図４に示
すように、ＣｒＳｉ薄膜抵抗３０よりなる。より具体的
には、シリコン基板（シリコンチップ）３１の上面には
シリコン酸化膜３２が形成され、その上にＣｒＳｉ薄膜
抵抗３０が帯状に配置されている。ＣｒＳｉ薄膜抵抗３
０はアルミ配線３３，３４と接続されている。基板３１
の全面はシリコン酸化膜よりなるパッシベーション膜３
５にて覆われている。ここで、ＣｒＳｉ薄膜抵抗３０の
厚さをｔ、幅をＷ、長さをＬとする。

【００２５】図５には、チップ３内でのこれらの回路、
パッド、フィルタの配置例を示す。同図に示すように、
四角形状をなすチップ３にグランドパッド２２、出力パ
ッド２４、電源パッド２１、各フィルタ２６〜２８が配
置されている。

【００２６】電磁ノイズ（誘導ノイズ）は電源パッド２
１と出力パッド２４により回路２５内に入ってくる。こ
の誘導ノイズはフィルタ２６〜２９により減衰される
が、その際、高周波電流がＲ１〜Ｒ４のＣｒＳｉ薄膜抵
抗３０に流れ、溶断の問題が生じる。

【００２７】これを防止すべくＣｒＳｉ薄膜抵抗３０の
断面積が決定されている。図６には、ＣｒＳｉ薄膜抵抗
３０の断面積を決定するために行った実験結果を示す。
図６（ａ）においては縦軸に電界強度を抵抗値Ｒ１（あ
るいはＲ３）で割った値をとり、横軸には１次フィルタ
２６，２８のＣｒＳｉ薄膜抵抗３０の断面積をとってい
る。図６（ａ）において境界線Ｌ１は、各電界強度での
溶断が起きないＣｒＳｉ断面積の最小値を結んだもので
ある。境界線Ｌ１は電界強度とＣｒＳｉ薄膜抵抗３０の
断面積との関係において一次関数となる。この境界線Ｌ
１よりも下側が溶断が起こらない安全域となる。

【００２８】図６（ｂ）においては、縦軸に電界強度に
１次フィルタ２６，２８による減衰率αを乗算するとと
もに抵抗値Ｒ２（あるいはＲ４）で割った値をとり、横
軸には２次フィルタ２７，２９のＣｒＳｉ薄膜抵抗３０
の断面積をとっている。図６（ｂ）において境界線Ｌ２
は、各電界強度での溶断が起きないＣｒＳｉ断面積の最
小値を結んだものである。境界線Ｌ２は電界強度とＣｒ
Ｓｉ薄膜抵抗３０の断面積との関係において一次関数と
なる。この境界線Ｌ２よりも下側が溶断が起こらない安
全域となる。

【００２９】図６（ａ）に示すように、例えば、Ｒ１＝
２００Ω，電界強度５０Ｖ／ｍの仕様のフィルタを作製
するには（電磁ノイズとして最大、電界強度５０Ｖ／ｍ
が作用すると設定した際には）、５０／２００＝０．２
５に対応する境界線Ｌ１の交点を求める。そして、この
交点での断面積は０．４８μｍ² となり、ＣｒＳｉ薄膜
抵抗３０の断面積を０．４８μｍ² とする。つまり、図
４において厚さｔが一定という条件下では、幅Ｗを調整
することにより断面積（＝ｔ・Ｗ）を０．４８μｍ² と
する。この際、長さＬも同時に調整することにより抵抗
値は設計値のままにする。

【００３０】又、１次フィルタ２６，２８により高周波
電流が減衰するので、予め求めた１次フィルタ２６，２
８の減衰率αにその時の仕様（前述した例においては電
界強度４０Ｖ／ｍ）を乗算するとともに、この乗算値を
抵抗値Ｒ２（あるいはＲ４）で割った値を求め、この値
に対応する境界線Ｌ２の交点を求める。そして、この交
点での断面積となるようにＣｒＳｉ薄膜抵抗３０を製造
する。つまり、図４において厚さｔが一定という条件下
では、幅Ｗを調整することにより断面積（＝ｔ・Ｗ）を
Ｌ２線上の値とする。この際、長さＬも同時に調整する
ことにより抵抗値は設計値のままにする。

【００３１】ここで、電界強度の範囲（境界線Ｌ１，Ｌ
２の両端）については、自動車用センサとしての仕様に
より５〜３００Ｖ／ｍの範囲であり、抵抗値については
電源系の場合の電圧ドロップ（例えば、０．５ボルト）
とチップ内にレイアウト可能なコンデンサの面積により
１０〜１０００Ωとした。即ち、図６（ａ）の縦軸の数
値範囲を、０．００５（＝５／１０００）〜３０（＝３
００／１０）とした。

【００３２】このように本実施の形態では、オンチップ
タイプの電磁ノイズ対策用フィルタを構成する抵抗とし
て薄膜抵抗３０を用いた。よって、不純物拡散層にて抵
抗を構成した場合において大電流が流れた際には周辺素
子等に悪影響を与えてしまうが、不純物拡散層を用いて
いないので、そのようなことが回避される。

【００３３】又、薄膜抵抗３０の材料はＣｒＳｉよりな
るので、より好ましいものとなる。つまり、抵抗として
ＣｒＳｉ薄膜抵抗３０は、高抵抗で、温度特性が低く
（温度変化に伴う抵抗値の変化が少ない）、耐湿性に優
れている。

【００３４】又、薄膜抵抗３０の断面積を、電磁ノイズ
により当該抵抗に流れる電流に対し一次関数として表さ
れる境界線Ｌ１，Ｌ２にて区切られる安全領域に入るよ
うにした。つまり、溶断面積は流れる電流に比例し、
又、流れる電流は電界強度に比例するので、溶断面積は
電界強度に比例する。このことを利用して断面積を、電
界強度、即ち、電磁ノイズにより当該抵抗に流れる電流
に対し一次関数として表される境界線Ｌ１，Ｌ２にて区
切られる安全領域に入るようにした。よって、大電流に
より溶断することもない。この際、溶断しない領域を区
画形成するための境界線Ｌ１，Ｌ２は、一次関数として
表されるので、容易に溶断しない領域を特定することが
できる。

【００３５】ここで、境界線Ｌ１，Ｌ２が電界強度とＣ
ｒＳｉ薄膜抵抗３０の断面積との関係において一次関数
として表されることについて言及すると、電力（誘導起
電力）ＰはＰ＝ＶＩ＝Ｉ² Ｒと表され、誘導起電力は電
流Ｉの２乗に比例するはずであるが、図６に示す実験結
果からは電流Ｉ（電界強度）の１乗に比例することが分
かった。これはマイスナー現象によるものと推定され
る。

【００３６】又、自動車用センサにおいて電磁ノイズに
より大電流が流れやすいが、本構成を採用することによ
り好適なものとなる。これまでの説明においては、半導
体圧力センサについて述べたが、この発明はこれに限定
されるものでなく、チップ内に回路部が形成された電子
部品に用いられるものである。

【００３７】又、ＣｒＳｉ薄膜抵抗の断面積を調整する
際には、厚さｔが一定という条件の下に幅Ｗを変えた
が、厚さｔを調整することにより断面積を調整してもよ
い。又、図６における境界線Ｌ１，Ｌ２の線上の値を用
いたが境界線Ｌ１，Ｌ２にて区切られる安全領域に入っ
ていればよい。ただし、境界線Ｌ１，Ｌ２の線上の値を
用いると、幅Ｗにて断面積を変える場合においてはＣｒ
Ｓｉ薄膜抵抗３０の占有面積を最小にすることができ
る。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、半導体チップ内に形成され、かつ、電磁
ノイズによる大電流が流れた際の不具合を解消すること
ができる優れた効果を発揮する。

【００３９】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、より好ましい材料にて薄膜
を形成することができる。請求項３に記載の発明によれ
ば、請求項１に記載の発明の効果に加え、大電流による
溶断を回避することができる。

【００４０】請求項４に記載の発明によれば、請求項３
に記載の発明の効果に加え、容易に溶断しない領域を特
定することができる。請求項５に記載の発明によれば、
請求項１に記載の発明の効果に加え、自動車に対し加わ
る電磁ノイズに対しより好適なものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態における圧力検出回路部の回路構成
図。

【図２】センサの全体構成を示す断面図

【図３】センサチップを示す斜視図。

【図４】（ａ）はＣｒＳｉ薄膜抵抗を示す平面図、
（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図。

【図５】チップ内での回路、パッド、フィルタの配置例
を示す平面図。

【図６】（ａ）は１次フィルタにおけるＣｒＳｉ薄膜抵
抗の断面積を決定するための測定結果を示す図、（ｂ）
は２次フィルタにおけるＣｒＳｉ薄膜抵抗の断面積を決
定するための測定結果を示す図。

【符号の説明】

３…半導体チップとしてのセンサチップ、２１…電源パ
ッド、２４…出力パッド、２５…回路、２６，２７，２
８，２９…フィルタ、３０…ＣｒＳｉ薄膜抵抗３０、Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…抵抗、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４
…コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２…境界線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 抵抗とコンデンサにて構成され、半導体
   チップ内においてパッドと回路との間に介在される電磁
   ノイズ対策用フィルタであって、 前記抵抗を薄膜抵抗にて構成したことを特徴とする電磁
   ノイズ対策用フィルタ。
2. 【請求項２】 前記薄膜抵抗の材料はＣｒＳｉよりなる
   請求項１に記載の電磁ノイズ対策用フィルタ。
3. 【請求項３】 前記薄膜抵抗の断面積を、電磁ノイズに
   より当該抵抗に流れる電流に対し溶断しない領域に入る
   ようにした請求項１に記載の電磁ノイズ対策用フィル
   タ。
4. 【請求項４】 前記溶断しない領域を区画形成するため
   の境界線は、一次関数として表されるものである請求項
   ３に記載の電磁ノイズ対策用フィルタ。
5. 【請求項５】 自動車用センサに用いられるものである
   請求項１に記載の電磁ノイズ対策用フィルタ。