JPH11311580A - 高温用半導体圧力センサ - Google Patents
高温用半導体圧力センサInfo
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- JPH11311580A JPH11311580A JP10118171A JP11817198A JPH11311580A JP H11311580 A JPH11311580 A JP H11311580A JP 10118171 A JP10118171 A JP 10118171A JP 11817198 A JP11817198 A JP 11817198A JP H11311580 A JPH11311580 A JP H11311580A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】マイグレーションや酸化による短絡や断線など
のトラブルが起きない高温用半導体圧力センサを提供す
ることを目的とする。 【解決手段】圧力検出部,パッド部及び圧力検出部とパ
ッド部を電気的に接続する配線部よりなる圧力検出デバ
イスの構造を細長い形状にし、前記圧力検出デバイスの
一方の端に圧力検出部、他方の端に圧力信号を取り出す
ためのパッド部を配置する。そして、圧力検出デバイス
の圧力検出部とパッド部の中間で圧力検出デバイスを固
定する部材に高耐熱性の接合材料で気密に接着する。
のトラブルが起きない高温用半導体圧力センサを提供す
ることを目的とする。 【解決手段】圧力検出部,パッド部及び圧力検出部とパ
ッド部を電気的に接続する配線部よりなる圧力検出デバ
イスの構造を細長い形状にし、前記圧力検出デバイスの
一方の端に圧力検出部、他方の端に圧力信号を取り出す
ためのパッド部を配置する。そして、圧力検出デバイス
の圧力検出部とパッド部の中間で圧力検出デバイスを固
定する部材に高耐熱性の接合材料で気密に接着する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体圧力センサに
関し、特に自動車エンジンの燃焼圧を検出する高温用半
導体圧力センサに関する。
関し、特に自動車エンジンの燃焼圧を検出する高温用半
導体圧力センサに関する。
【0002】
【従来の技術】本発明に係わる従来技術としては、例え
ば特願平7−338508 号公報などが知られている。圧力検
出部,リード引き出し部である金属配線部,圧力信号を
取り出すパッド部よりなる圧力検出デバイスの全体が高
温雰囲気に曝される構造であった。
ば特願平7−338508 号公報などが知られている。圧力検
出部,リード引き出し部である金属配線部,圧力信号を
取り出すパッド部よりなる圧力検出デバイスの全体が高
温雰囲気に曝される構造であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】圧力検出部,リード引
き出し部である金属配線部,圧力信号を取り出すパッド
部よりなる圧力検出デバイスの全体が高温雰囲気に曝さ
れる構造であるため、信頼性に欠ける問題点があった。
即ち、金属配線部とパッドにおけるマイグレーションや
酸化による短絡や断線など、電気的な接続の信頼性に劣
っていた。
き出し部である金属配線部,圧力信号を取り出すパッド
部よりなる圧力検出デバイスの全体が高温雰囲気に曝さ
れる構造であるため、信頼性に欠ける問題点があった。
即ち、金属配線部とパッドにおけるマイグレーションや
酸化による短絡や断線など、電気的な接続の信頼性に劣
っていた。
【0004】本発明は以上の問題に鑑みてなされたもの
で、電気的な接続部の信頼性に優れた高温用半導体圧力
センサを提供することを目的とする。
で、電気的な接続部の信頼性に優れた高温用半導体圧力
センサを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】圧力検出部,パッド部及
び圧力検出部とパッド部を電気的に接続する配線部より
なる圧力検出デバイスの構造を細長い形状にし、前記圧
力検出デバイスの一方の端に圧力検出部,他方の端に圧
力信号を取り出すためのパッド部を配置する。そして、
圧力検出デバイスの圧力検出部とパッド部の中間で圧力
検出デバイスを固定する部材に高耐熱性の接合材料で気
密に接着する。こうすることにより、圧力検出部自体を
過酷な高温雰囲気に曝しても、パッド部を低温の状態に
実装することができる。また、圧力検出部とパッド部の
中間領域の温度雰囲気下に実装される配線部にはシリコ
ン材料を用いて電気的な接続を行う。金属材料による結
線からシリコン材料による結線に変えることにより、高
温雰囲気下における配線部のマイグレーションや酸化に
よる短絡や断線を防止することができる。
び圧力検出部とパッド部を電気的に接続する配線部より
なる圧力検出デバイスの構造を細長い形状にし、前記圧
力検出デバイスの一方の端に圧力検出部,他方の端に圧
力信号を取り出すためのパッド部を配置する。そして、
圧力検出デバイスの圧力検出部とパッド部の中間で圧力
検出デバイスを固定する部材に高耐熱性の接合材料で気
密に接着する。こうすることにより、圧力検出部自体を
過酷な高温雰囲気に曝しても、パッド部を低温の状態に
実装することができる。また、圧力検出部とパッド部の
中間領域の温度雰囲気下に実装される配線部にはシリコ
ン材料を用いて電気的な接続を行う。金属材料による結
線からシリコン材料による結線に変えることにより、高
温雰囲気下における配線部のマイグレーションや酸化に
よる短絡や断線を防止することができる。
【0006】上記のような対策を施すことにより、高温
雰囲気下における短絡や断線の起きない信頼性の高い高
温用の半導体圧力センサを得ることができる。
雰囲気下における短絡や断線の起きない信頼性の高い高
温用の半導体圧力センサを得ることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施例
に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係わる高温
用半導体圧力センサの全体構成図である。第1のシリコ
ン基板1,熱酸化膜4,第2のシリコン基板2よりなる
SOI基板の左端部側に圧力検出部,右端部側にパッド
10を形成している。SOI基板は第1のシリコン基板
1あるいは第2のシリコン基板2のいずれか一方あるい
はその両方に厚さが約1ミクロンの熱酸化膜4を形成し
た後、第1のシリコン基板1と第2のシリコン基板2を
張合せ、1100℃以上の高温度で直接的に接合した基
板である。なお、第1のシリコン基板1は面方位が(1
00)のP型で、その厚さは数百ミクロンである。ま
た、第2のシリコン基板2も面方位が(100)のP型
で、その厚さは数〜数十ミクロンである。第2のシリコ
ン基板2をエッチングして、SOI基板の左端部側に空
所からなる圧力基準室8、この圧力基準室8内に第2の
シリコン基板2の一部で構成される複数の歪ゲージ6と
引き出し抵抗7を微細パターン化して形成している。歪
ゲージ6の厚さは約1ミクロンで熱酸化膜4の上に配置
され、第1のシリコン基板1と第3のシリコン基板3と
は電気的に絶縁されている。圧力基準室8を密封するよ
うにSOI基板上に、熱酸化膜5を介してキャップ用の
基板である第3のシリコン基板3を接合している。図に
示すように、圧力検出デバイスは細長い形状を有してお
り、圧力検出デバイスの中央付近の位置で高耐熱性の接
合材料13で固定用部材12に気密に接着されている。
圧力基準室8内に配置された歪ゲージ6,引き出し抵抗
7から圧力検出部は構成される。そして、この圧力検出
部を保護するように、孔9aを有するカバー部材9を固
定用部材12に取り付けている。カバー部材9は金属で
構成され、金属よりなる固定用部材12に溶接などの手
法で接合される。圧力検出部が高温の被測定流体雰囲気
に曝されると、被測定流体がカバー部材9の孔9aを介
して圧力検出部の周囲に流入する。圧力基準室8下部の
第1のシリコン基板1はダイアフラムとなり、このダイ
アフラム部分は被測定流体の圧力に応じて変形し、歪ゲ
ージ6の電気抵抗値を変化させる。この歪ゲージ6の抵
抗値変化をパッド10、パッド10に接続した導線11
を介して外部に配置した信号処理回路で測定することに
より、高温の被測定流体の圧力を高精度に検出するもの
である。圧力検出デバイスが細長い形状を有しているた
めに、圧力検出部が高温雰囲気に曝されてもパッド10
部の温度は比較的低温に保持される。結果として、パッ
ド10部の電気的接続に関する信頼性が向上する。
に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係わる高温
用半導体圧力センサの全体構成図である。第1のシリコ
ン基板1,熱酸化膜4,第2のシリコン基板2よりなる
SOI基板の左端部側に圧力検出部,右端部側にパッド
10を形成している。SOI基板は第1のシリコン基板
1あるいは第2のシリコン基板2のいずれか一方あるい
はその両方に厚さが約1ミクロンの熱酸化膜4を形成し
た後、第1のシリコン基板1と第2のシリコン基板2を
張合せ、1100℃以上の高温度で直接的に接合した基
板である。なお、第1のシリコン基板1は面方位が(1
00)のP型で、その厚さは数百ミクロンである。ま
た、第2のシリコン基板2も面方位が(100)のP型
で、その厚さは数〜数十ミクロンである。第2のシリコ
ン基板2をエッチングして、SOI基板の左端部側に空
所からなる圧力基準室8、この圧力基準室8内に第2の
シリコン基板2の一部で構成される複数の歪ゲージ6と
引き出し抵抗7を微細パターン化して形成している。歪
ゲージ6の厚さは約1ミクロンで熱酸化膜4の上に配置
され、第1のシリコン基板1と第3のシリコン基板3と
は電気的に絶縁されている。圧力基準室8を密封するよ
うにSOI基板上に、熱酸化膜5を介してキャップ用の
基板である第3のシリコン基板3を接合している。図に
示すように、圧力検出デバイスは細長い形状を有してお
り、圧力検出デバイスの中央付近の位置で高耐熱性の接
合材料13で固定用部材12に気密に接着されている。
圧力基準室8内に配置された歪ゲージ6,引き出し抵抗
7から圧力検出部は構成される。そして、この圧力検出
部を保護するように、孔9aを有するカバー部材9を固
定用部材12に取り付けている。カバー部材9は金属で
構成され、金属よりなる固定用部材12に溶接などの手
法で接合される。圧力検出部が高温の被測定流体雰囲気
に曝されると、被測定流体がカバー部材9の孔9aを介
して圧力検出部の周囲に流入する。圧力基準室8下部の
第1のシリコン基板1はダイアフラムとなり、このダイ
アフラム部分は被測定流体の圧力に応じて変形し、歪ゲ
ージ6の電気抵抗値を変化させる。この歪ゲージ6の抵
抗値変化をパッド10、パッド10に接続した導線11
を介して外部に配置した信号処理回路で測定することに
より、高温の被測定流体の圧力を高精度に検出するもの
である。圧力検出デバイスが細長い形状を有しているた
めに、圧力検出部が高温雰囲気に曝されてもパッド10
部の温度は比較的低温に保持される。結果として、パッ
ド10部の電気的接続に関する信頼性が向上する。
【0008】なお、後述する同一番号の要素は全て同じ
機能を有するものとして、以下の説明を行うことにす
る。
機能を有するものとして、以下の説明を行うことにす
る。
【0009】図2は本発明による高温用半導体圧力セン
サの圧力検出デバイスの平面図を示したものである。即
ち、図1に示した圧力検出デバイスのキャップ用の基板
である第3のシリコン基板3を除去した第2のシリコン
基板2の平面図を示したものである。なお、前図の図1
は図2の位置A−Bにおける断面図を示している。図2
において、熱酸化膜4の上に微細にパターン化された4
個の歪ゲージ6は4個の引き出し抵抗7によってブリッ
ジ回路を構成している。このブリッジ回路は導体路15
を介して、この導体路15の右端部側の表面に形成した
パッド10と電気的に接続される。なお、この複数の導
体路15は第2のシリコン基板2をエッチングして得ら
れた溝形状の空所14で分離されている。このように、
導体路15は金属材料ではなく第2のシリコン基板2と
同じシリコン材料で構成されるため、導体路15を高温
雰囲気に長時間曝してもマイグレーションや酸化に起因
した断線や短絡などの問題点を防止できる。なお、第2
のシリコン基板2は単結晶シリコンでも、あるいは多結
晶シリコンでも良い。第2のシリコン基板2が多結晶シ
リコンのSOI基板は、熱酸化膜4を有する第1のシリ
コン基板1の表面に直接的に成膜することにより得られ
る。なお、歪ゲージ6を除いた第2のシリコン基板2の
残部である引き出し抵抗7と導体路15はボロンなどの
不純物をドーピングすることにより、この部分を低抵抗
化している。
サの圧力検出デバイスの平面図を示したものである。即
ち、図1に示した圧力検出デバイスのキャップ用の基板
である第3のシリコン基板3を除去した第2のシリコン
基板2の平面図を示したものである。なお、前図の図1
は図2の位置A−Bにおける断面図を示している。図2
において、熱酸化膜4の上に微細にパターン化された4
個の歪ゲージ6は4個の引き出し抵抗7によってブリッ
ジ回路を構成している。このブリッジ回路は導体路15
を介して、この導体路15の右端部側の表面に形成した
パッド10と電気的に接続される。なお、この複数の導
体路15は第2のシリコン基板2をエッチングして得ら
れた溝形状の空所14で分離されている。このように、
導体路15は金属材料ではなく第2のシリコン基板2と
同じシリコン材料で構成されるため、導体路15を高温
雰囲気に長時間曝してもマイグレーションや酸化に起因
した断線や短絡などの問題点を防止できる。なお、第2
のシリコン基板2は単結晶シリコンでも、あるいは多結
晶シリコンでも良い。第2のシリコン基板2が多結晶シ
リコンのSOI基板は、熱酸化膜4を有する第1のシリ
コン基板1の表面に直接的に成膜することにより得られ
る。なお、歪ゲージ6を除いた第2のシリコン基板2の
残部である引き出し抵抗7と導体路15はボロンなどの
不純物をドーピングすることにより、この部分を低抵抗
化している。
【0010】次に、本発明による高温用半導体圧力セン
サの製造プロセスの概略を図3に示す。第1のシリコン
基板1,熱酸化膜4,第2のシリコン基板2よりなるS
OI基板の第2のシリコン基板2の表面部分をエッチン
グして、歪ゲージ部6と引き出し抵抗部7の厚さを決定
する。次に、歪ゲージ部6,引き出し抵抗部7,導体路
15を分離するための空所14の貫通エッチングを行
う。なお、歪ゲージ部6と引き出し抵抗部7を形成する
ときに、圧力基準室となる空所8が第2のシリコン基板
2の圧力検出部に加工される。そして、引き出し抵抗部
7と導体路部15にボロンをドープして、この部分の抵
抗値を下げる。この後、キャップ用の基板である第3の
シリコン基板3を第2のシリコン基板2の上に、熱酸化
膜5を介して1100℃以上の高温度で直接接合する。
圧力検出部の空所8下部のダイアフラムの厚さを決定す
るために、第1のシリコン基板1の裏面を研磨する。あ
るいは空所8下部の第1のシリコン基板1に凹部を形成
するようにエッチングしても良い。次に、第2のシリコ
ン基板2の導体路15の右単部側に、金属の多層薄膜よ
りなるパッド10をスパッタあるいは蒸着などの方法で
成膜する。圧力検出デバイスは少なくとも4インチ以上
のウエハでバッチ処理され、各圧力検出デバイスにダイ
シング加工される。
サの製造プロセスの概略を図3に示す。第1のシリコン
基板1,熱酸化膜4,第2のシリコン基板2よりなるS
OI基板の第2のシリコン基板2の表面部分をエッチン
グして、歪ゲージ部6と引き出し抵抗部7の厚さを決定
する。次に、歪ゲージ部6,引き出し抵抗部7,導体路
15を分離するための空所14の貫通エッチングを行
う。なお、歪ゲージ部6と引き出し抵抗部7を形成する
ときに、圧力基準室となる空所8が第2のシリコン基板
2の圧力検出部に加工される。そして、引き出し抵抗部
7と導体路部15にボロンをドープして、この部分の抵
抗値を下げる。この後、キャップ用の基板である第3の
シリコン基板3を第2のシリコン基板2の上に、熱酸化
膜5を介して1100℃以上の高温度で直接接合する。
圧力検出部の空所8下部のダイアフラムの厚さを決定す
るために、第1のシリコン基板1の裏面を研磨する。あ
るいは空所8下部の第1のシリコン基板1に凹部を形成
するようにエッチングしても良い。次に、第2のシリコ
ン基板2の導体路15の右単部側に、金属の多層薄膜よ
りなるパッド10をスパッタあるいは蒸着などの方法で
成膜する。圧力検出デバイスは少なくとも4インチ以上
のウエハでバッチ処理され、各圧力検出デバイスにダイ
シング加工される。
【0011】本発明による高温用半導体圧力センサの他
の実施例を図4に示す。本図は歪ゲージ6とパッド10
の電気的接続方法を変えたものである。キャップ用の基
板である第3のシリコン基板3にエッチングでスルーホ
ール16を加工した後、第3のシリコン基板3の表面と
スルーホール16の内面に熱酸化膜などの絶縁膜17を
形成する。そして、スルーホール16下部の第2のシリ
コン基板2の導体路15とスルーホール16の内壁及び
絶縁膜17の上へ図に示すように、金属よりなる導体層
18をスパッタや蒸着などの方法で形成する。この導体
層18上に外部の信号処理回路と電気的接続を行うパッ
ド10を成膜する。なお、導体層18がパッド10の機
能を兼用しても良い。なお、導体層18は低温部に成膜
されるので、信頼性上の問題は発生しない。
の実施例を図4に示す。本図は歪ゲージ6とパッド10
の電気的接続方法を変えたものである。キャップ用の基
板である第3のシリコン基板3にエッチングでスルーホ
ール16を加工した後、第3のシリコン基板3の表面と
スルーホール16の内面に熱酸化膜などの絶縁膜17を
形成する。そして、スルーホール16下部の第2のシリ
コン基板2の導体路15とスルーホール16の内壁及び
絶縁膜17の上へ図に示すように、金属よりなる導体層
18をスパッタや蒸着などの方法で形成する。この導体
層18上に外部の信号処理回路と電気的接続を行うパッ
ド10を成膜する。なお、導体層18がパッド10の機
能を兼用しても良い。なお、導体層18は低温部に成膜
されるので、信頼性上の問題は発生しない。
【0012】本発明による高温用半導体圧力センサの他
の実施例を図5に示す。本図は特に過酷な高温、腐食性
の雰囲気の被測定流体の圧力を測定する場合の圧力検出
デバイスの実装方法を示したもので、圧力検出デバイス
の周囲に高耐熱、高耐腐食性の材料でコーティング膜1
9を形成したものである。このコーティング膜19はシ
リコンナイトライドやセラミックスで構成され、その厚
さは数ミクロン以下である。なお、コーティング膜19
は少なくとも被測定雰囲気に直接曝される圧力検出部近
傍に成膜すれば良い。
の実施例を図5に示す。本図は特に過酷な高温、腐食性
の雰囲気の被測定流体の圧力を測定する場合の圧力検出
デバイスの実装方法を示したもので、圧力検出デバイス
の周囲に高耐熱、高耐腐食性の材料でコーティング膜1
9を形成したものである。このコーティング膜19はシ
リコンナイトライドやセラミックスで構成され、その厚
さは数ミクロン以下である。なお、コーティング膜19
は少なくとも被測定雰囲気に直接曝される圧力検出部近
傍に成膜すれば良い。
【0013】本発明による高温用半導体圧力センサの他
の実施例を図6に示す。歪ゲージ6を配置した空所8部
の下部の第1のシリコン基板1をエッチング加工して凹
み20を設けることにより、ダイアフラム21部の厚さ
を決定したものである。この場合、空所8下部のダイア
フラムの厚さを決定するために、第1のシリコン基板1
の裏面を研磨することは不要になる。
の実施例を図6に示す。歪ゲージ6を配置した空所8部
の下部の第1のシリコン基板1をエッチング加工して凹
み20を設けることにより、ダイアフラム21部の厚さ
を決定したものである。この場合、空所8下部のダイア
フラムの厚さを決定するために、第1のシリコン基板1
の裏面を研磨することは不要になる。
【0014】本発明による高温用半導体圧力センサの他
の実施例を図7に示す。本図は第1のシリコン基板1,
熱酸化膜4,第2のシリコン基板2よりなるSOI基板
の上に接合するキャップ用基板である第3のシリコン基
板3の接着方法の別実施例を示したものである。即ち、
第3のシリコン基板3を高融点のガラス薄膜層22で第
2のシリコン基板2へ接合している。
の実施例を図7に示す。本図は第1のシリコン基板1,
熱酸化膜4,第2のシリコン基板2よりなるSOI基板
の上に接合するキャップ用基板である第3のシリコン基
板3の接着方法の別実施例を示したものである。即ち、
第3のシリコン基板3を高融点のガラス薄膜層22で第
2のシリコン基板2へ接合している。
【0015】本発明による高温用半導体圧力センサの他
の実施例を図8に示す。本図は図7に示した実施例にお
いて、第3のシリコン基板3の代わりにシリコンと比較
的に熱膨張係数の近いムライトなどのセラミックスから
なる基板を、高融点のガラス薄膜層22で第2のシリコ
ン基板2へ接合した例である。
の実施例を図8に示す。本図は図7に示した実施例にお
いて、第3のシリコン基板3の代わりにシリコンと比較
的に熱膨張係数の近いムライトなどのセラミックスから
なる基板を、高融点のガラス薄膜層22で第2のシリコ
ン基板2へ接合した例である。
【0016】本発明による高温用半導体圧力センサの他
の実施例を図9に示す。本図は歪ゲージ6とパッド10
の電気的接続方法の他の実施例を示したものである。即
ち、キャップ用の基板であるセラミックス基板23の一
部に設けたスルーホール内に導体層24を充填し、この
導体層24を介して第2のシリコン基板2中の導体路1
5とパッド10を電気的に接続したものである。なお、
金属材料からなる導体層24は低温部に形成されるの
で、信頼性上の問題は発生しない。
の実施例を図9に示す。本図は歪ゲージ6とパッド10
の電気的接続方法の他の実施例を示したものである。即
ち、キャップ用の基板であるセラミックス基板23の一
部に設けたスルーホール内に導体層24を充填し、この
導体層24を介して第2のシリコン基板2中の導体路1
5とパッド10を電気的に接続したものである。なお、
金属材料からなる導体層24は低温部に形成されるの
で、信頼性上の問題は発生しない。
【0017】本発明による高温用半導体圧力センサの他
の実施例を図10に示す。本図は圧力検出部の検出原理
に、半導体歪ゲージ式に変えて、静電容量式を適用した
ものである。圧力検出デバイスは下部シリコン基板25
と上部シリコン基板26を絶縁層27を介して接合した
構造よりなる。上部シリコン基板26の一部に凸部28
を設け、この凸部28と下部シリコン基板25間の空隙
29の寸法が被測定流体の圧力に応じて変化すること
を、凸部28と下部シリコン基板25間の静電容量の変
化から検出するものである。図に示すように、パッド3
0,31はそれぞれ上部シリコン基板26,下部シリコ
ン基板25の上に成膜される。圧力検出部とパッド間の
電気的接続にはシリコン基板自体が用いられるので、マ
イグレーションや酸化による断線やショートなどのトラ
ブルは発生しない。
の実施例を図10に示す。本図は圧力検出部の検出原理
に、半導体歪ゲージ式に変えて、静電容量式を適用した
ものである。圧力検出デバイスは下部シリコン基板25
と上部シリコン基板26を絶縁層27を介して接合した
構造よりなる。上部シリコン基板26の一部に凸部28
を設け、この凸部28と下部シリコン基板25間の空隙
29の寸法が被測定流体の圧力に応じて変化すること
を、凸部28と下部シリコン基板25間の静電容量の変
化から検出するものである。図に示すように、パッド3
0,31はそれぞれ上部シリコン基板26,下部シリコ
ン基板25の上に成膜される。圧力検出部とパッド間の
電気的接続にはシリコン基板自体が用いられるので、マ
イグレーションや酸化による断線やショートなどのトラ
ブルは発生しない。
【0018】本発明による高温用半導体圧力センサの被
測定流体雰囲気への取り付け状態を図11に示す。圧力
検出デバイス100はその固定用部材12を介して、高
温の被測定流体を閉じ込めた機器の容器や配管などの壁
32に▼印のところで溶接により取り付けた例である。
圧力検出デバイスをこのように取り付けることにより、
圧力検出デバイスの左端部側に配置した圧力検出部が高
温状態に加熱されても、右端部側のパッド部は低温に保
持される。
測定流体雰囲気への取り付け状態を図11に示す。圧力
検出デバイス100はその固定用部材12を介して、高
温の被測定流体を閉じ込めた機器の容器や配管などの壁
32に▼印のところで溶接により取り付けた例である。
圧力検出デバイスをこのように取り付けることにより、
圧力検出デバイスの左端部側に配置した圧力検出部が高
温状態に加熱されても、右端部側のパッド部は低温に保
持される。
【0019】本発明による高温用半導体圧力センサの被
測定流体雰囲気への他の取り付け状態を図12に示す。
圧力検出デバイス100の固定用部材12aにはネジ1
2bが加工されており、このネジ12bを介して高温の
被測定流体を閉じ込めた機器の容器や配管などの壁32
aに取り付けた例である。固定用部材12aの右端部側
はキャップ33でカバーされており、このキャップ33
内に信号処理回路などが実装され、導線34を介して本
発明による高温用半導体圧力センサは外部のコントロー
ラなどと接続される。
測定流体雰囲気への他の取り付け状態を図12に示す。
圧力検出デバイス100の固定用部材12aにはネジ1
2bが加工されており、このネジ12bを介して高温の
被測定流体を閉じ込めた機器の容器や配管などの壁32
aに取り付けた例である。固定用部材12aの右端部側
はキャップ33でカバーされており、このキャップ33
内に信号処理回路などが実装され、導線34を介して本
発明による高温用半導体圧力センサは外部のコントロー
ラなどと接続される。
【0020】本発明による高温用半導体圧力センサの他
の実施例を図13に示す。本図は図2のCーD位置にお
ける圧力検出デバイスの断面図を示したものである。図
に示すように、圧力検出部の空所8は溝形状の空所14
を介して外部の大気雰囲気に解放している。それ故、第
1のシリコン基板1,第2のシリコン基板2,第3のシ
リコン基板3を積層した圧力検出デバイスの左端部側に
配置した圧力検出部が破壊した場合、空所8から溝形状
の空所14を介して、高温の被測定流体が外部の大気雰
囲気中に噴出することになる。これを防止するために、
第3のシリコン基板3に設けたスルーホール35にガラ
スなどからなる高耐熱性のシール材料35aを気密に充
填している。なお、シール材料35aは圧力検出デバイ
スを固定用部材12に固定する高耐熱性の接合材料13
と同じ材料でも良い。この場合は、圧力検出デバイスを
固定用部材12に高耐熱性の接合材料13で接合する工
程で、空所14の一部を気密に封止することも可能であ
る。この結果、空所14の一部は気密にシールされ、圧
力検出部が破壊しても高温の被測定流体が外部に流出す
ることはなくなる。
の実施例を図13に示す。本図は図2のCーD位置にお
ける圧力検出デバイスの断面図を示したものである。図
に示すように、圧力検出部の空所8は溝形状の空所14
を介して外部の大気雰囲気に解放している。それ故、第
1のシリコン基板1,第2のシリコン基板2,第3のシ
リコン基板3を積層した圧力検出デバイスの左端部側に
配置した圧力検出部が破壊した場合、空所8から溝形状
の空所14を介して、高温の被測定流体が外部の大気雰
囲気中に噴出することになる。これを防止するために、
第3のシリコン基板3に設けたスルーホール35にガラ
スなどからなる高耐熱性のシール材料35aを気密に充
填している。なお、シール材料35aは圧力検出デバイ
スを固定用部材12に固定する高耐熱性の接合材料13
と同じ材料でも良い。この場合は、圧力検出デバイスを
固定用部材12に高耐熱性の接合材料13で接合する工
程で、空所14の一部を気密に封止することも可能であ
る。この結果、空所14の一部は気密にシールされ、圧
力検出部が破壊しても高温の被測定流体が外部に流出す
ることはなくなる。
【0021】本発明による高温用半導体圧力センサの具
体的な応用例を図14に示す。ピストン37の上部にお
ける燃焼室36内の燃焼圧を検出する目的に使用され
る。図において、38はシリンダブロック、39はガス
ケット、40はシリンダヘッド、41は吸気管、42は
吸気バルブ、43は排気管、44は排気バルブ、45は
点火プラグ、46は燃料のインジェクタである。図に示
すように、本発明による高温用半導体圧力センサの圧力
検出デバイス100を容易に、シリンダブロック38や
ガスケット39に実装することができる。また、本発明
による高温用半導体圧力センサは小型なので、点火プラ
グ45やインジェクタ46に内蔵させることもできる。
体的な応用例を図14に示す。ピストン37の上部にお
ける燃焼室36内の燃焼圧を検出する目的に使用され
る。図において、38はシリンダブロック、39はガス
ケット、40はシリンダヘッド、41は吸気管、42は
吸気バルブ、43は排気管、44は排気バルブ、45は
点火プラグ、46は燃料のインジェクタである。図に示
すように、本発明による高温用半導体圧力センサの圧力
検出デバイス100を容易に、シリンダブロック38や
ガスケット39に実装することができる。また、本発明
による高温用半導体圧力センサは小型なので、点火プラ
グ45やインジェクタ46に内蔵させることもできる。
【0022】本発明による高温用半導体圧力センサを内
蔵させた燃料インジェクタの概略図を図15に示す。シ
リンダヘッド40に装着されたインジェクタ46は球弁
47を開くことによって、燃焼室36内に燃料を供給す
るものである。図に示すように、本発明による圧力検出
デバイス100をインジェクタ46の内部に接合、固定
したものである。圧力検出デバイス100を燃料の供給
通路近くに実装したものである。この場合、圧力検出デ
バイス100の先端部である圧力検出部は燃料によって
間接的に冷却されたため、燃焼ガスによって極端に加熱
されることはない。
蔵させた燃料インジェクタの概略図を図15に示す。シ
リンダヘッド40に装着されたインジェクタ46は球弁
47を開くことによって、燃焼室36内に燃料を供給す
るものである。図に示すように、本発明による圧力検出
デバイス100をインジェクタ46の内部に接合、固定
したものである。圧力検出デバイス100を燃料の供給
通路近くに実装したものである。この場合、圧力検出デ
バイス100の先端部である圧力検出部は燃料によって
間接的に冷却されたため、燃焼ガスによって極端に加熱
されることはない。
【0023】本発明による高温用半導体圧力センサを内
蔵させた燃料インジェクタの他の実施例を図16に示
す。本図は、圧力検出デバイス100の先端部である圧
力検出部を直接的に燃焼室36内の凹み48へ曝したも
のである。
蔵させた燃料インジェクタの他の実施例を図16に示
す。本図は、圧力検出デバイス100の先端部である圧
力検出部を直接的に燃焼室36内の凹み48へ曝したも
のである。
【0024】
【発明の効果】リード引き出し用の配線部である導体路
部と圧力信号を取り出すパッド部のマイグレーションや
酸化による短絡や断線などのトラブルが起きない、電気
的接続部の信頼性に優れた高温用半導体圧力センサを実
現できる。
部と圧力信号を取り出すパッド部のマイグレーションや
酸化による短絡や断線などのトラブルが起きない、電気
的接続部の信頼性に優れた高温用半導体圧力センサを実
現できる。
【図1】本発明による高温用半導体圧力センサの全体構
成図を示した図。
成図を示した図。
【図2】本発明による高温用半導体圧力センサにおける
圧力検出デバイスの平面図を示した図。
圧力検出デバイスの平面図を示した図。
【図3】本発明による高温用半導体圧力センサの概略製
造プロセスを示した図。
造プロセスを示した図。
【図4】本発明による高温用半導体圧力センサの他の実
施例を示した図。
施例を示した図。
【図5】本発明による高温用半導体圧力センサの他の一
実施例を示した図。
実施例を示した図。
【図6】本発明による高温用半導体圧力センサの他の一
実施例を示した図。
実施例を示した図。
【図7】本発明による高温用半導体圧力センサの他の一
実施例を示した図。
実施例を示した図。
【図8】本発明による高温用半導体圧力センサの他の一
実施例を示した図。
実施例を示した図。
【図9】本発明による高温用半導体圧力センサの他の一
実施例を示した図。
実施例を示した図。
【図10】本発明による高温用半導体圧力センサの他の
一実施例を示した図。
一実施例を示した図。
【図11】本発明による高温用半導体圧力センサの取り
付け状態を示した図。
付け状態を示した図。
【図12】本発明による高温用半導体圧力センサの他の
取り付け状態を示した図。
取り付け状態を示した図。
【図13】本発明による高温用半導体圧力センサの他の
一実施例を示した図。
一実施例を示した図。
【図14】本発明による高温用半導体圧力センサの具体
的な応用例を示した図。
的な応用例を示した図。
【図15】本発明によるインジェクタ内蔵の高温用半導
体圧力センサの一実施例を示した図。
体圧力センサの一実施例を示した図。
【図16】本発明によるインジェクタ内蔵の高温用半導
体圧力センサの一実施例を示した図。
体圧力センサの一実施例を示した図。
1…第1のシリコン基板、2…第2のシリコン基板、3
…キャップ用基板(第3のシリコン基板)、4,5…熱
酸化膜、6…歪ゲージ、7…引き出し抵抗、8…圧力基
準室(空所)、9…カバー部材、9a…孔、10,3
0,31…パッド、11,34…導線、12,12a…
固定用部材、12b…ネジ、13…高耐熱性の接合材
料、14…空所、15…導体路、16,35…スルーホ
ール、17…絶縁膜、18,24…導体層、19…コー
ティング膜、20…凹み、21…ダイアフラム部、22
…ガラス薄膜層、23…キャップ用基板(セラミックス
基板)、25…下部シリコン基板、26…上部シリコン
基板、27…絶縁層、28…凸部、29…空隙、32,
32a…壁、33…キャップ、35a…シール材料、3
6…燃焼室、37…ピストン、38…シリンダブロッ
ク、39…ガスケット、40…シリンダヘッド、41…
吸気管、42…吸気バルブ、43…排気管、44…排気
バルブ、45…点火プラグ、46…インジェクタ、47
…球弁、48…凹み、100…圧力検出デバイス。
…キャップ用基板(第3のシリコン基板)、4,5…熱
酸化膜、6…歪ゲージ、7…引き出し抵抗、8…圧力基
準室(空所)、9…カバー部材、9a…孔、10,3
0,31…パッド、11,34…導線、12,12a…
固定用部材、12b…ネジ、13…高耐熱性の接合材
料、14…空所、15…導体路、16,35…スルーホ
ール、17…絶縁膜、18,24…導体層、19…コー
ティング膜、20…凹み、21…ダイアフラム部、22
…ガラス薄膜層、23…キャップ用基板(セラミックス
基板)、25…下部シリコン基板、26…上部シリコン
基板、27…絶縁層、28…凸部、29…空隙、32,
32a…壁、33…キャップ、35a…シール材料、3
6…燃焼室、37…ピストン、38…シリンダブロッ
ク、39…ガスケット、40…シリンダヘッド、41…
吸気管、42…吸気バルブ、43…排気管、44…排気
バルブ、45…点火プラグ、46…インジェクタ、47
…球弁、48…凹み、100…圧力検出デバイス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 保弘 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 三木 政之 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 佐藤 真也 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (16)
- 【請求項1】半導体シリコン基板よりなる圧力センサに
おいて、圧力検出デバイスの構造が細長い形状を有し、
前記圧力検出デバイスの一方の端に圧力検出部、他方の
端に圧力信号を取り出すためのパッド部を配置し、前記
圧力検出デバイスの圧力検出部とパッド部の中間で前記
圧力検出デバイスを前記圧力検出デバイスの固定用部材
に高耐熱性の接合材料で気密に接合したことを特徴とす
る高温用半導体圧力センサ。 - 【請求項2】請求項1において、圧力検出デバイスは単
結晶シリコンよりなるベース基板の表面に熱酸化膜を介
して形成したシリコン層よりなるSOI基板にキャップ
用基板を気密に接合したものよりなり、圧力検出部は前
記SOI基板表面の前記シリコン層をエッチングするこ
とによって設けた空所からなる圧力基準室を前記SOI基
板と前記キャップ用基板との間に設け、この圧力基準室
内に前記SOI基板のシリコン層をエッチングして微細
パターン化した複数の歪ゲージを配置したことを特徴と
する高温用半導体圧力センサ。 - 【請求項3】請求項2において、SOI基板のシリコン
層は単結晶シリコンあるいは多結晶シリコンからなるこ
とを特徴とする高温用半導体圧力センサ。 - 【請求項4】請求項2または3において、圧力検出部の
歪ゲージ部とパッド部はSOI基板のシリコン層をエッ
チングして得られた複数の導体路で電気的に接続され、
そして各導体路は不純物をドープした低抵抗層よりな
り、且つ互いに溝形状の空所で絶縁されていることを特
徴とする高温用半導体圧力センサ。 - 【請求項5】請求項1から4のいずれかにおいて、SO
I基板の表面に気密に接合されるキャップ用基板は単結
晶シリコン基板からなり、この単結晶シリコン基板の表
面に形成した熱酸化膜を介して前記SOI基板表面のシ
リコン層へ直接的に接合されることを特徴とする高温用
半導体圧力センサ。 - 【請求項6】請求項1から4のいずれかにおいて、SO
I基板の表面に気密に接合されるキャップ用基板はムラ
イトなどのセラミックスからなり、前記SOI基板表面
のシリコン層と高融点のガラス薄膜層で接合されること
を特徴とする高温用半導体圧力センサ。 - 【請求項7】請求項1において、圧力検出デバイスの圧
力検出部は電極間の空隙寸法による静電容量の変化から
圧力を検出することを特徴とする高温用半導体圧力セン
サ。 - 【請求項8】請求項1から7のいずれかにおいて、細長
い形状を有する圧力検出デバイスの端部に配置されたパ
ッドはSOI基板のシリコン層をエッチングして得られ
た導体路の表面に成膜したことを特徴とする高温用半導
体圧力センサ。 - 【請求項9】請求項1から7のいずれかにおいて、細長
い形状を有する圧力検出デバイスの端部に配置されたパ
ッドはSOI基板のシリコン層の表面に気密に接合した
キャップ用基板の上に成膜したことを特徴とする高温用
半導体圧力センサ。 - 【請求項10】請求項9において、細長い形状を有する
圧力検出デバイスの端部に配置されたパッドとSOI基
板のシリコン層をエッチングして形成された導体路と
は、キャップ用基板に設けたスルーホール内に成膜した
導体層を介して電気的に接続されたことを特徴とする高
温用半導体圧力センサ。 - 【請求項11】請求項1から10のいずれかにおいて、
圧力検出デバイスを前記圧力検出デバイスの固定用部材
に接合する高耐熱性の接合材料は高融点のガラス材料で
あることを特徴とする高温用半導体圧力センサ。 - 【請求項12】請求項1から11のいずれかにおいて、
圧力検出デバイスが破壊して圧力検出部の空所である圧
力基準室から導体路を分離した溝を介して被測定流体が
外部に流出することを防ぐために、SOI基板の表面に
気密に接合したキャップ用基板へ加工したスルーホール
を介して、前記溝の一部を耐熱性の材料で気密に充填し
たことを特徴とする高温用半導体圧力センサ。 - 【請求項13】請求項1から12のいずれかにおいて、
圧力検出デバイスの少なくとも圧力検出部の周囲を高耐
熱性,高耐腐食性の材料でコーティングしたことを特徴
とする高温用半導体圧力センサ。 - 【請求項14】請求項1から13のいずれかにおいて、
圧力検出デバイスの一方の端部である圧力検出部を囲む
ように被測定流体を導入する孔を持つカバー部材を前記
圧力検出デバイスの固定用部材に取り付けたことを特徴
とする高温用半導体圧力センサ。 - 【請求項15】請求項1から14のいずれかにおいて、
自動車エンジンの燃焼圧を検出する目的で圧力検出デバ
イスがエンジンのシリンダブロックあるいはシリンダヘ
ッドあるいはガスケットに装着されたことを特徴とする
高温用半導体圧力センサ。 - 【請求項16】請求項1から14のいずれかにおいて、
自動車エンジンの燃焼圧を検出する目的で圧力検出デバ
イスが燃料をエンジンに供給するインジェクタあるいは
点火プラグに内蔵されていることを特徴とする高温用半
導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10118171A JPH11311580A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 高温用半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10118171A JPH11311580A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 高温用半導体圧力センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11311580A true JPH11311580A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14729888
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10118171A Pending JPH11311580A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 高温用半導体圧力センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11311580A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005523430A (ja) * | 2002-04-18 | 2005-08-04 | アンスティテュ フランセ デュ ペトロール | 内燃エンジンの特に燃焼室内の圧力を計測する装置 |
JP2011191273A (ja) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Denso Corp | ウェハレベルパッケージ構造体、センサエレメント、センサデバイス、及びそれらの製造方法 |
KR20150068363A (ko) * | 2012-08-20 | 2015-06-19 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | Mems 센서 그리고 센서 장치를 형성하는 방법 |
JP2016224008A (ja) * | 2015-06-03 | 2016-12-28 | 株式会社デンソー | センサ装置 |
-
1998
- 1998-04-28 JP JP10118171A patent/JPH11311580A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005523430A (ja) * | 2002-04-18 | 2005-08-04 | アンスティテュ フランセ デュ ペトロール | 内燃エンジンの特に燃焼室内の圧力を計測する装置 |
JP2011191273A (ja) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Denso Corp | ウェハレベルパッケージ構造体、センサエレメント、センサデバイス、及びそれらの製造方法 |
KR20150068363A (ko) * | 2012-08-20 | 2015-06-19 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | Mems 센서 그리고 센서 장치를 형성하는 방법 |
JP2015534044A (ja) * | 2012-08-20 | 2015-11-26 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングRobert Bosch Gmbh | Memsセンサおよびセンサデバイスを形成する方法 |
JP2016224008A (ja) * | 2015-06-03 | 2016-12-28 | 株式会社デンソー | センサ装置 |
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