JPS62248266A

JPS62248266A - 薄膜圧力センサ

Info

Publication number: JPS62248266A
Application number: JP9175986A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamada; 洋山田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1986-04-21
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1987-10-29

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、薄膜圧力センサに係り、特にその実装構造に
関する。

〔従来技術およびその問題点〕

半導体技術の進歩に伴い、シリコンやゲルマニウム等の
半導体のもつピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力セン
サが近年注目されている。

半導体圧力センサとしてはいろいろな構造が提案されて
いるが、中でも広く用いられているのは、第５図に示す
如く、拡散抵抗層１０１ａを具えた単結晶シリコンから
なるダイヤフラム１０１を台座１０２に接る固定したダ
イヤフラム型の圧力センサである。

このダイヤフラム型の圧力センサにおいては、ダイヤフ
ラム１０１は低融点ガラス等のシリコンと、熱膨張係数
の近い接着剤１０３によって台座１０２に接着固定され
ている。

このような、圧力センサでは、高圧力が繰り返して加え
られると、この接着部分で歪が生じたり、接着部分が剥
れる、いわゆるクリープ現象が生じることがあった。ク
リープ現象の発生は、検出信号レベルの変動を招き、セ
ンサ特性の信頼性を低下させる原因となっていた。

そこで、上述したような台座とダイヤフラムとのクリー
プ現象の発生を防止するため、第６図に示す如く、ステ
ンレスでダイヤフラム２０１を構成し、このダイヤフラ
ム上に酸化シリコン層（Ｓ　ｉ　０２　）等の絶縁層２
０２を介して感圧層としてアモルファスシリコン薄膜等
の半導体薄膜２０３を形成したゲージ部２００を具えた
薄膜型圧力センサが提案されている。

このような薄膜型圧力センサには、このゲージ部２００
に信号増幅処理等を行なうアンプ部３００が接続されて
いるが、このようなアンプ部を構成するアンプ基板は通
常、ゲージ部とは離間して配設され、ワイヤボンディン
グ等により、リード線２０４を介して接続されている。

ワイヤボンディング工程は、高精度の位置合わせを必要
とするため、作業性が悪く、コスト高の原因となってい
た。

また、アンプ部とゲージ部が離間して配設されているた
め、ゲージ部とアンプ部の温度差が大きく、センサの温
度補償を精度良く行なうことができないという欠点があ
った。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、製造が容易
で高性能の薄膜圧力センサを提供することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明では、ダイヤフラム上に絶縁層を介して感
圧層としての半導体薄膜および電極配線パターンを形成
し、ゲージ部を構成すると共に、更に導電性接着剤によ
って該ゲージ部に接続されるようにアンプ部を該絶縁層
上に載置せしめるようにしている。

〔作用〕

例えば、ポリイミド等の有機フィルムからなるフィルム
キャリア上に形成された混成集積回路（ＨＩ　Ｃ）から
なるアンプ部を絶縁性接着剤によってダイヤフラム上の
絶縁膜に接着せしめると共に、導電性接着剤を介してゲ
ージ部の電極配線パターンと前記アンプ部とを接続する
ことにより、ワイヤボンディング工程も不要で、製造工
程が簡略化される上、アンプ部がゲージ部に近接して配
置されるため、両者の温度はほぼ等しく、温度補償精度
を向上することができ、センサとしての性能を高めるこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

第１図（ａ）およびＣｂ）は、本発明実施例の薄膜圧力
センサを示す図である。（第１図（ｂ）は第１図（ａ）
のＡ−Ａ断面図である。）この薄膜圧力センサは、ステ
ンレス製のダイヤフラム１と、該ダイヤフラムの表面に
形成された酸化シリコン（Ｓ　ｉ　０２　）層２と、こ
の上層に、バインダ層としてのｐ型のアモルファスシリ
コン（ａ−Ｓｔ）層３を介して形成されたｎ型のマイク
ロクリスタルシリコン（μｃ−３ｔ）層４からなる感圧
層と該感圧層に給電するためのアルミニウム層からなる
電極配線パターン５とからなるゲージ都立と、このゲー
ジ都立の周囲に絶縁性接着剤７を介して固着せしめられ
たフィルムキャリア構体からなるアンプ部ｌとから構成
されており、ゲージ都立とアンプ部工との接続は導電性
接着剤９を介してなされている。１ｏは酸化シリコン層
からなる保護膜である。

前記アンプ部工は、ポリイミドフィルムからなるフィル
ムキャリア８ａに所定の素子チップ８ｂが接着せしめら
れると共に、配線パターンが形成されたもので、前記ゲ
ージ部の電極配線パターン５に導電性接着剤９によって
接続せしめられている。

また、ゲージ部６の感圧層４は４つの感圧層パターンＲ
１〜Ｒ４から構成されており、これらに給電するための
６つの電極配線パターンＥ１〜Ｅ６ををしており、この
ゲージ部を等価回路で示すと第３図に示す如くブリッジ
回路を構成している。

次に、この薄膜圧力センサの製造工程について説明する
。

まず、第２図（ａ）に示す如く、ステンレス製のダイヤ
フラム１の表面にプラズマＣＶＤ法により、膜厚的ＩＬ
ＩＡの５ｉ０２層２を形成する。

次いで、プラズマＣＶＤ法により、順次ｐ型のアモルフ
ァスシリコン層３およびｎ型のマイクロクリスタルシリ
コン層４を形成し、これらをパターニングする。そして
更にエレクトロンビーム（Ｅ　Ｂ）蒸告法によってアル
ミニウム層５を形成し、通常のフォトリソ法によりこれ
らをバターニングすると共に保護膜１０を形成して、第
２図（ｂ）に示す如く、ゲージ部６を形成する。

この後、スクリーン印刷法により、導電性接着剤９およ
び絶縁性接着剤７を所定の領域に塗布し、通常の方法に
よって形成されたフィルムキャリア構体からなるアンプ
部且を市ね合わせ、各接着剤を乾燥硬化せしめることに
より、第１図（ａ）および（ｂ）に示した薄膜圧力セン
サが完成せしめられる。

次に、この薄膜圧力センサの動作について述べる。

各感圧層パターンＲ１〜Ｒ４は無負荷時すなわち歪のな
いとき抵抗値がすべて等しくＲである。

第５図に示す如く圧力Ｐがダイヤフラム１に作用すると
感圧層パターンＲ１〜Ｒ３がダイヤフラムの周辺部に、
感圧層パターンＲ２とＲ４とが中央部に配される構造と
なっているため、感圧層パターンＲ１とＲ３は圧縮応力
を受け、Ｒ十ΔＲとなる一方、感圧層パターンＲ２とＲ
４は引っ張り応力を受けてＲ−ΔＲとなる。

電極配線パターンＥｌ、Ｅ６間にＶｉｎを印加するもの
とすると、無負荷時には４つの感圧層パターンＲ１，Ｒ
２，Ｒ３，Ｒ４はすべて等しい故、電極配線パターンＥ
２．Ｅ５間の電位は等しくこれらの間の電圧はｖ−０で
ある。

従って第５図に示す圧力Ｐの如き負荷がかかったとき、
感圧層パターンＲ１，Ｒ３はＲ＋ΔＲ５感圧層パターン
Ｒ２，Ｒ４はＲ−ΔＲとなり、電極配線パターンＥ２．
Ｅ５間の電圧Ｖ−２ΔＲ／Ｒ＊Ｖｉｎとなる。

このようにして負荷に応じた電圧が出力され、アンプ部
で増幅等の処理がなされ、外部回路に精度良く出力せし
められる。

アンプ部がゲージ部に近接して配置されており、両者の
間に温度差がほとんどないため温度補償精度が高い。

また、アンプ部がゲージ部と導電性接着剤によって直接
接続されており、ワイヤボンディング工程が不要である
ため製造が極めて容易である。

ここで、導電性接着剤および絶縁性接着剤の塗布には通
常の厚膜印刷ラインを使用できるため、ＨＩＣの生産ラ
インである厚膜ラインを利用することができ、特別の生
産ラインの設置が不要である。

更に、ゲージ部の感圧層としてのｎ型マイクロクリスタ
ルシリコン層の形成に先立ち、バインダ層としてｐ型ア
モルノアスシリコン層を形成するようにしているため、
酸化シリコン層と感圧層との密着性が向上し、経済的変
化もなく極めて安定した性能を維持することができる。

従来の薄膜圧力センサにおいてはｎ型マイクロクリスタ
ルシリコン層等のｎ型アモルファス半導体層が、５ｉ０
２層への信管性が悪く、使用しているうちに剥離するこ
とが多く、ゲージ部の性能低下の原因となっていたが、
このようにｐ型アモルノアスシリコン層等のようなｐ型
半導体層を介在せしめることにより、５ｉ０２層への何
首性を高めゲージ部の信頼性を向−Ｉニすることができ
る。

なお、実施例においては、アンプ部をフィルムキャリア
構体として構成したが、アルミナセラミツク基板上に配
線パターンを形成すると共に機能素子チップを接着せし
めたハイブリッドＩＣを用いたり、また、絶縁層上に薄
膜回路パターンあるいは厚膜回路パターンとして直接形
成する等、適宜変更可能である。

また、感圧層としては、マイクロクリスタルシリコン層
に限定されることなく、アモルファスシリコン層等、他
のアモルファス半導体薄膜を用いてもよいことはいうま
でもない、また、パターンについても実施例に限定され
るものではない。

〔効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、ダイヤフラ
ム上に絶縁層を介して、感圧層としての半導体薄膜を含
むゲージ部とゲージ部の出力を増幅するアンプ部とを配
設しているため、製造が容易でかつゲージ部とアンプ部
との温度差もなく、高性能で信頼性の高い薄膜圧力セン
サを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は、本発明実施例の薄膜圧力
センサを示す図、第２図（ａ）および（ｂ）は、同薄膜
圧カセンサの製造工程図、第３図は同センサの等価回路
図、第４図は、ダイヤフラムが圧力を受けたときの各パ
ターンの状態を示す説明図、第５図および第６図は従来
の薄膜圧力センサを示す図である。１０１・・・ダイヤフラム、１０１ａ・・・拡散抵抗層
、１０２・・・台座、１０３・・・接着剤、２０１・・
・ダイヤフラム、２００・・・ゲージ部、３００・・・
アンプ部、２０２・・・絶縁層、２０３・・・半導体薄
膜、１・・・ダイヤフラム、２−　Ｓ　ｉ　０２層、３
−ｐ型ａ−Ｓｉ層、４・・・ｎ型μｃ−Ｓｉ層、５・・
・電極配線パターン、工・・・ゲージ部、７・・・絶縁
性接着剤、８ａ・・・フィルムキャリア、８ｂ・・・素
子チップ、■・・・アンプ部、９・・・導電性接着剤、
１０・・・保護膜、Ｒ１−Ｒ４・・・感圧層パターン、
Ｅ１〜Ｅ６・・・電極配線パターン。第１図（Ｑ）第１図（ｂ）第２図（Ｑ）旦第２図（ｂ）ｙ秒第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ダイヤフラム上に絶縁層を介して感圧層としての
半導体薄膜を含むゲージ部と、ゲージ部の出力を増幅す
るアンプ部とを配設したことを特徴とする薄膜圧力セン
サ。
（２）前記アンプ部は、フィルムキャリア上に所定の機
能素子を配設したフィルムキャリア構体からなり、該フィルムキャリア構体は、絶縁性接着剤を介して前記
絶縁膜上に被着せしめられると共に、導電性接着剤によ
って、前記ゲージ部に接続されていることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の薄膜圧力センサ。
（３）前記アンプ部は、前記絶縁層上に形成された回路
パターンを含み、該回路パターンを介して前記ゲージ部
に接続されるようにしたことを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項記載の薄膜圧力センサ。
（４）前記感圧層がｎ型アモルファス半導体薄膜からな
り、該感圧層と前記絶縁層との間にバインダ層としてのｐ型
アモルファス半導体薄膜を介在せしめたことを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載の薄膜圧力センサ。