KR100972161B1

KR100972161B1 - 압력센서

Info

Publication number: KR100972161B1
Application number: KR1020080013361A
Authority: KR
Inventors: 히로후미 토조; 마사유키 요네다; 토모히사 토쿠다
Original assignee: 가부시키가이샤 야마다케
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2010-07-26
Also published as: US20080202248A1; EP1965186A3; US7497126B2; EP1965186B1; EP1965186A2; JP2008215893A; CN101256101A; ATE543082T1; KR20080080005A; CN101256101B; JP4916006B2

Abstract

고감도로 고내압의 압력센서를 제공한다. 반도체로 이루어진 칩(10)의 일부에 다이어프램(11)이 형성되고, 다이어프램(11)의 압력에 따른 변위를 전기변환하여 해당 압력을 검출하는 압력센서(1)에 있어서, 다이어프램(11)의 한변 길이를 이 다이어프램(11)의 두께로 나눈 어스펙트비를 가로축으로 하고, 압력센서(1)의 허용 내압을 세로축으로 하는 것으로 규정되는 이 압력센서(1)의 허용내압 특성곡선의 미분값이 거의 0이 되는 크기 이상의 어스펙트비를 가지는 다이어프램(11)을 구비하는 것으로, 고감도로 고내압의 압력센서로 할 수 있다.

다이어프램, 압력센서, 반도체칩, 비선형영역

Description

압력센서{PRESSURE SENSOR}

본 발명은, 절대압이나 게이지압, 차압을 측정하는데 적합한 압력센서에 관한 것이다.

예를 들면 반도체칩 위의 일부에 다이어프램을 형성하고, 이 다이어프램 위에 피에조 저항소자를 브릿지 모양으로 배치하여 피측정 매체의 압력에 따른 다이어프램의 변위를 피에조 저항소자의 저항값의 변화로 바꾸어 피측정 매체의 압력을 검출하는 압력센서가 널리 이용되고 있다(예를 들면 특허문헌 1참조).

또한 이러한 다이어프램의 두께를 엄밀하게 관리하면서 이 다이어프램을 반도체칩 위에 형성하는 압력센서의 제조 프로세스에 관한 발명도 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 2참조).

[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개 2002-277337호(2쪽, 도 2)

[특허문헌 2] 일본국 공개특허공보 특개 2000-171318호(3-4쪽, 도 1)

그러나, 압력센서의 반도체칩에는 일반적으로 실리콘이 사용되고 있지만, 실리콘과 같은 반도체를 하나의 덩어리로서 보았을 경우, 이 반도체의 물성으로서 외력에 대한 변형 정도(왜곡) 즉 응력―왜곡 특성이 거의 선형성을 나타내고, 비선형성을 거의 나타내지 않는다. 즉, 이것은 반도체 재료를 덩어리로서 보았을 경우에 생기는 물성이다. 그러나, 결정 상태를 정밀하게 컨트롤 된 실리콘 등의 반도체 재료를 어느 정도 이상 얇게 가공했을 경우, 비선형성이 커지는 것을 정성적(定性的)으로 알 수 있다.

그러나, 이 비선형성이 커진다는 성질은 어디까지나 정성적으로 알려져 있을 뿐으로, 이러한 반도체로 이루어지는 칩의 일부에 다이어프램이 형성되고, 이 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 변위를 전기변환하여 압력을 검출하는 압력센서에 있어서, 다이어프램의 두께를 구체적으로 어느 치수범위까지 얇게 하면 다이어프램의 응력―왜곡 특성의 비선형영역을 넓게 하여 고감도를 가지면서, 고내압으로 하는, 상반되는 요구를 충족시키도록 할 수 있는 지에 대해서는 지금까지 밝혀지지 않고 있다.

환언하면, 감압부가 되는 다이어프램을 가지는 압력센서 칩에 있어서 다이어프램에서의 발생 응력이 센서 감도가 되기 때문에, 압력센서를, 고감도를 가지면서 고내압으로 하기 위해서는, 상반되는 요구를 충족시키기 위해 이 비선형영역이 가능한 한 넓어지도록 압력센서의 다이어프램의 치수 파라미터를 특별히 제어할 필요 가 있고, 이러한 치수 파라미터를 구체적으로 찾는 것으로 상반되는 요구인 고감도, 고내압을 충족시켜서 압력센서의 한계범위를 넓게 하는 것이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 고감도로 고내압의 압력센서를 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따른 압력센서는, 반도체로 이루어진 칩의 일부에 압력이 작용하는 측에서 보아 정사각형 형상을 갖는 다이어프램이 형성되고, 상기 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 변위를 전기변환하여 해당 압력을 검출하는 압력센서에 있어서,
상기 다이어프램의 한변 길이를 해당 다이어프램의 두께로 나눈 어스펙트비를 가로축으로 하고, 상기 압력센서의 허용 내압을 세로축으로 하는 것으로 규정되는 해당 압력센서의 허용내압 특성곡선의 미분값이 0이 되는 크기 이상의 어스펙트비를 가지는 다이어프램을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

이러한 치수범위에 들어가는 구조의 반도체 다이어프램을 구비한 압력센서를 사용함으로써, 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 다이어프램의 변형에 따라 발생하는 응력―왜곡 특성의 비선형영역을 넓혀, 이 비선형영역을 압력측정에 능숙하게 이용하는 것으로, 고감도로 고내압의 압력센서로 할 수 있다.

또한 청구항 2에 기재된 본 발명에 따른 압력센서는, 청구항 1에 기재된 압력센서에 있어서, 상기 압력이 작용하는 측에서 보아 상기 다이어프램이 정사각형 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

예를 들면 이방성 에칭을 통해 정사각형 형상의 다이어프램을 형성하는 것으로, 예를 들면 등방성 에칭을 통해 원형형상의 다이어프램을 형성하는 경우에 비해 다이어프램의 두께를 보다 얇게 하지 않으면 응력―왜곡 특성의 비선형영역이 나타나지 않게 된다. 그 때문에 이 비선형영역을 이용하기 위해 다이어프램의 두께를 얇게 해야 한다. 그러나, 다이어프램의 두께를 얇게 하는 것으로 정사각형 형상의 다이어프램에는 특히 응력집중이 생기기 쉬워진다. 따라서, 본 발명과 같은 치수범위에 들어가는 구조의 정사각형 형상의 반도체 다이어프램을 구비한 압력센서로 하는 것으로, 반도체 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 다이어프램의 변형에 따라 발생하는 응력―왜곡 특성의 비선형영역을 넓게 하여, 이 비선형영역을 압력측정에 능숙하게 이용할 수 있게 되고, 고감도로 고내압의 압력센서로 할 수 있다.

또한 청구항 3에 기재된 본 발명에 따른 압력센서는, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 압력센서에 있어서, 상기 다이어프램이 단결정 실리콘으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

특히 덩어리 상태에서는 소성변형 하지 않고, 응력―왜곡 특성에 관한 비선형성을 가지지 않는 단결정 실리콘을 반도체칩의 재료에 사용했을 경우, 어느 정도 두께의 다이어프램을 형성하면, 다이어프램이 원래 항복점을 만나지 않고 응력―왜곡 특성에 관한 선형영역 내에서 파괴된다. 그러나, 본 발명의 치수관계와 같은 다이어프램으로 하는 것으로, 응력―왜곡 특성에 관한 비선형성을 적극적으로 일으키게 할 수 있고, 고감도로 고내압과 같은, 상반되는 요구를 충족시킨 압력센서로 할 수 있다.

또한 청구항 4에 기재된 본 발명에 따른 압력센서는, 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 하나에 기재한 압력센서에 있어서, 상기 다이어프램의 두께가 15㎛미만으로 상기 어스펙트비가 135이상인 것을 특징으로 한다.

다이어프램의 치수를 특별히 이와 같이 한정하는 것으로, 다이어프램의 응력―왜곡 특성의 비선형영역을 확실하게 이용할 수 있고, 고감도로 고내압과 같은, 상반되는 요구를 충족시킨 압력센서로 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 반도체 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 다이어프램의 변형에 따라 발생하는 응력―왜곡 특성의 비선형영역을 넓게 하여, 이 비선형영역을 압력측정에 능숙하게 이용할 수 있게 되고, 고감도로 고내압의 압력센서로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서(1)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 결정면 방위가 (100)면의 단결정 실리콘으로 이루어지는 정방형의 센서 칩(10)을 가지고 있다. 또한, 본 실시예에 있어서의 설명에서는 「압력」의 용어만을 사용하지만, 다이어프램의 양면에 다른 압력이 가해져, 이 차압을 측정하는 경우도 이들의 실시예에 포함되는 것은 물론이다. 또한 본 발명은, 결정면 방위가 (100)면의 실리콘으로 이루어지는 센서 칩이 한정되지 않고, 결정면 방위가 (110)면의 실리콘으로 이루어지는 센서 칩에도 적용가능하다.

센서 칩(10)은, 칩 표면의 소정 위치에 형성된 정방형의 다이어프램(11)과, 센서 칩(10)의 외주부를 형성하여 다이어프램(11)을 둘러싸는 후막부(12)로 이루어진다. 그리고, 센서 칩(10)의 이면 중앙에는 다이어프램(11)의 형성에 의해 정방형의 오목부(13)가 형성되고, 후막부(12)가 받침 시트(15)에 양극(陽極) 접합되고 있 다. 받침 시트(15)는, 파이렉스(등록상표)유리나 세라믹 등에 의해 센서 칩(10)과 대략 동일한 크기를 가지는 각기둥체에 형성되어 있다. 또한 받침 시트(15)에는, 다이어프램(11)의 뒤쪽에 피측정 매체의 압력을 이끄는 도압로(15a)가 형성되어 있다.

다이어프램(11)은, 도 2에 나타내는 평면에서 보아 그 대각선이 센서 칩(10)의 대각선과 직교하도록 센서 칩(10)에 대하여 대략 45°기운 상태로 형성되어 있다(도 2안의 점선으로 나타내는 다이어프램(11)의 테두리부 참조). 그리고, 다이어프램 표면의 가장자리부 부근에는 피에조 영역으로서 작용하여 압력을 검출하는 4개의 압력검출용의 센서 게이지 210(211∼214)이 센서 칩(10)의 대각선에 평행한 위치에 형성되어 있다. 즉, 이들의 센서 게이지 211∼214는, 센서 칩(10)의 (100)면에 있어서 피에조 저항 계수가 최대가 되는 <110>방향에 형성되어 있다.

이러한 센서 게이지 210(211∼214)은, 확산법 또는 이온주입법에 의해 형성되어, 도시하지 않은 리드에 의해 호이스톤 브릿지 회로를 구성하도록 결선되고 있으며, 다이어프램(11)의 표리면에 다른 압력이 각각 인가되면, 그 차압에 따른 다이어프램(11)의 변형에 따라 각 센서 게이지 210의 저항이 변화되고, 측정 압력을 구하기 위한 차압 신호를 차동적으로 출력하도록 되어 있다.

또한, 본 실시예의 경우, 압력센서(1)의 센서 칩(10)의 크기는 압력의 작용 방향에서 보아 정방형 형상의 한변이 4.Omm, 두께가 250㎛정도를 가지고, 마찬가지로 압력의 작용 방향에서 보아 정방형 형상의 다이어프램(11)의 크기는 한변이 2.Omm, 두께가 13㎛정도를 가지고 있다. 즉, 본 실시예에 따른 압력센서(1)의 센서 칩(10)은 단결정 실리콘의 반도체로 이루어지고, 다이어프램(11)의 두께가 15㎛미만으로 다이어프램(11)의 한변 길이를 이 다이어프램(11)의 두께로 나눈 어스펙트비가 135이상으로 되어있다.

그리고, 본 실시예에 따른 압력센서(1)의 다이어프램(11)은, 상기의 어스펙트비를 가로축으로 하고, 압력센서(1)의 허용 압력을 세로축으로 하는 것으로 규정된 후에 상세하게 설명하는 압력센서(1)의 허용내압 특성곡선의 미분값이 거의 0이 되는 어스펙트비를 가지는 다이어프램을 구비하게 된다.

또한, 전술한 구성을 가지는 압력센서(1)의 제조 프로세스에 대해서는, 예를 들면 일본국 공개특허공보 특개평6-85287호 공보에 기재된 바와 같이 공지되었으며, 다이어프램(11)의 두께를 정확하게 관리하는 제조 프로세스에 대해서도 일본국 공개특허공보 특개 2000-171318호에 기재된 바와 같이 공지되었기 때문에, 여기에서는 이 제조 프로세스에 관한 상세한 설명을 생략한다. 또한 일본국 공개특허공보 특개 2000-171318호에 기재된 압력센서의 센서 칩은, 2개의 실리콘층 사이에 이산화 실리콘층이 개재된 구성을 가지고 있으며, 본 발명을 도시하는 도 1에 있어서는, 이러한 이산화 실리콘층이 도시되고 있지 않지만, 동 도면은 본 발명의 이해의 쉽게 하기 위해 개략적으로 도시한 구성도이며, 상기 공보에 기재된 이산화 실리콘층을 가진 것도 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

이상과 같은 구성을 가지는 압력센서(1)를 사용하는 것으로, 스팬 전압이 5.OKPa(60mV)로 고감도를 가지면서 내압이 350kPa의 고내압을 가지는 압력센서로 할 수 있다. 이것은, 반도체칩이 단결정 실리콘으로 이루어지고, 다이어프램(11)이 전술한 치수 형상을 가지는 것으로, 도 4에 나타내는 다이어프램(11)의 응력―왜곡 특성의 비선형영역을 능숙하게 이용하고 있기 때문이다.

또한, 본 발명과 같이 이러한 고감도이면서 고내압으로 하는, 상반되는 요구를 충족시키는 압력센서로 하기 위해서는, 전술한 실시예와 같은 센서 칩(10)의 재질 및 다이어프램(11)의 치수관계에 한정될 필요는 없고, 센서 칩의 일부에 형성된 다이어프램의 한 변 길이를 이 다이어프램의 두께로 나눈 어스펙트비를 가로축으로 하고, 압력센서의 허용 내압을 세로축으로 하는 것으로 규정되는 압력센서의 허용내압 특성곡선의 미분값이 거의 0이 되는 어스펙트비를 다이어프램이 가지고 있으면 된다. 또한 이방성 에칭을 통해 다이어프램을 제조하는 것으로 압력이 작용하는 방향에서 보아 다이어프램이 정사각형 형상을 가지는 것에는 한정되지 않고, 등방성 에칭을 통해 다이어프램을 제조하는 것으로 다이어프램이 원형 형상을 가지고 있어도 본 발명을 적용하는 것은 가능하다.

그러나, 본 발명에 있어서의 전술한 작용을 충분히 발휘하기 위해, 바람직하게는 압력이 작용하는 측에서 보아 다이어프램이 정사각형 형상을 갖고, 다이어프램이 단결정 실리콘으로 형성되어, 다이어프램의 두께가 15㎛미만이며 어스펙트비가 135이상인 것이 좋다.

압력이 작용하는 측에서 보아 다이어프램이 정사각형 형상을 가지고 있는 것이 바람직한 이유는, 이방성 에칭을 통해 다이어프램을 형성한 결과, 다이어프램이 정사각형 형상을 가지고 있으면, 예를 들면 등방성 에칭을 통해 다이어프램을 원형 형상으로 형성하는 경우에 비해 두께를 보다 얇게 하지 않으면 비선형영역이 나타나지 않게 되므로, 이 비선형영역을 이용하기 위해 다이어프램의 두께를 얇게 해야 한다. 그러나, 다이어프램의 두께를 얇게 하는 것으로 정사각형 형상의 다이어프램에는 특히 응력집중이 생기기 쉬워진다. 그 때문에, 본 발명과 같은 치수범위에 들어가는 구조의 정사각형 형상의 반도체 다이어프램을 구비한 압력센서를 사용하는 것으로, 반도체 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 다이어프램의 변형에 따라 발생하는 응력―왜곡 특성의 비선형영역을 넓게 하여, 이 비선형영역을 압력측정에 능숙하게 이용할 수 있게 되고, 고감도로 고내압의 압력센서로 할 수 있기 때문이다.

또한 다이어프램이 단결정 실리콘으로 형성되어 있는 것이 바람직한 이유는, 특히 덩어리의 상태에서는 소성변형 하지 않고, 응력―왜곡 특성에 관한 비선형성을 가지지 않는 단결정 실리콘을 반도체칩의 재료에 사용했을 경우, 어느 정도의 두께를 가지는 다이어프램을 형성했을 경우, 다이어프램이 원래 항복점을 만나지 않고 응력―왜곡 특성에 관한 선형영역 내에서 파괴되지만, 본 발명의 치수관계와 같은 다이어프램으로 하는 것으로 응력―왜곡 특성에 관한 비선형성을 적극적으로 일으키게 할 수 있어, 고감도로 고내압과 같은, 상반되는 요구를 충족시킨 압력센서로 할 수 있기 때문이다.

또한 다이어프램의 두께가 15㎛미만이며 어스펙트비가 135이상인 것이 바람직한 이유에 대해서는, 본 발명의 발명자가 그 증명이 되는 실험을 실제로 행했기 때문에, 그 결과를 실시예로서 이하에 아울러 설명한다.

[실시예]

전술한 일반적인 반도체 프로세스를 이용하여 제조한 여러가지 두께의 다이 어프램을 구비한 단결정 실리콘으로 이루어지는 압력센서를 사용하여 각 압력센서의 압력에 대한 출력 특성과 다이어프램의 응력―왜곡 특성을 조사하는 실험을 행했다. 또한, 각 압력센서의 치수관계는, 또한 반도체칩의 크기나 두께, 다이어프램의 한변 길이의 길이는, 전술한 실시예와 동등한 치수관계로 했다. 그리고, 다이어프램의 한변 길이를 다이어프램의 두께로 나눈 어스펙트비를 각각 특정한 어스펙트비가 되도록 관리하여 여러가지 압력센서를 제조했다.

즉, 실험시에 어스펙트비를 바꾸는 데 있어서는, 다이어프램의 한변 길이를 고정하여 다이어프램의 두께를 바꾸도록 했다. 그리고, 이 어스펙트비가 다른 여러가지 두께의 다이어프램을 구비한 압력센서를 사용하여 각 압력센서의 감도를 나타내는 스팬 전압(kPa(mV))으로 나타내는 출력과 다이어프램에 작용하는 압력, 즉 내압(kPa)을 측정했다.

도 3은, 이 측정 결과를 나타내는 압력센서의 출력 특성도이며, 가로축이 다이어프램의 어스펙트비를 나타내고, 좌측의 세로축이 압력센서의 내압(kPa)을 나타내고, 우측의 세로축이 압력센서의 감도를 출력 전압(mV)으로 나타내고 있다.

이 특성도에 있어서 도시된 다수의 플롯은, 압력센서의 각 어스펙트비에 대응하는 내압을 실제로 측정한 측정 결과를 나타내고 있으며, 도면 중 좌측의 세로방향으로 나열한 다수의 플롯은 두께 30㎛의 다이어프램을 구비한 압력센서의 측정 결과를 나타내고, 도면 중 중앙 부분에 널리 분산된 다수의 플롯은 두께 23㎛의 다이어프램을 구비한 압력센서의 측정 결과를 나타내고, 도면 중 우측에 좁게 분산된 다수의 플롯은 두께 13㎛의 다이어프램을 구비한 압력센서의 측정 결과를 나타내고 있다.

그리고, 도 3에 있어서 우측을 향해서 하강하고, 다이어프램의 두께가 약 15mm이고 어스펙트비가 약 135인 근처에서 극소값(미분값이 거의 0)이 되는 곡선이 이 측정 결과에 의거하여 구한 다이어프램의 어스펙트비에 대한 압력센서의 내압을 나타내는 내압특성이다. 한편, 도면 중 우측 위를 향해 상승해 가는 직선은, 다이어프램의 각 어스펙트비에 대한 전술한 출력 전압을 측정하는 것으로 구한 압력센서의 감도를 나타내는 출력 특성이다.

본래는, 상기의 내압특성과 출력 특성은 압력센서의 출력 전압이 높으면 높을 수록 내압이 저하하지만, 본 실험과 같은 치수를 가지는 압력센서를 사용하여 어스펙트비를 콘트롤하는 것으로, 이 출력 특성도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 압력센서의 허용내압 특성곡선의 미분값이 거의 0이 되는(최소값이 된다) 점을 적극적으로 만들 수 있고, 이 실험 결과로부터, 특히 다이어프램의 어스펙트비가 135이상에서 다이어프램의 두께가 15㎛미만의 압력센서, 즉 전술한 본 실시예에 있어서와 같은 압력센서가 고감도로 고내압과 같은, 상반되는 요구를 충족시킨 압력센서로 되어 있는 것을 알 수 있다.

이것은, 이러한 치수범위에 들어가는 구조의 반도체 다이어프램을 구비한 압력센서를 사용하는 것으로, 도 4에 나타내는 바와 같이 반도체 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 다이어프램의 변형에 따라 발생하는 응력―왜곡 특성의 비선형영역을 넓게 하여, 이 비선형영역을 압력측정에 능숙하게 이용하는 것으로, 고감도로 고내압의 압력센서와 같은, 상반되는 요구를 충족시키고 있다고 생각할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 치수범위에 들어가는 구조의 반도체 다이어프램을 구비한 압력센서를 사용하는 것으로,도 4에 나타내는 바와 같이 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 다이어프램의 변형에 따라 생기는 응력―왜곡 특성의 비선형영역을 넓게 하여, 이 비선형영역을 압력측정에 능숙하게 이용하는 것으로, 고감도로 고내압의 압력센서를 제공할 수 있음을 알 수 있다.

이 경우, 특히 압력이 작용하는 측에서 보아 압력센서의 다이어프램이 정사각형 형상을 가지고 있는 것이 바람직한 것을 알았다. 이것은, 예를 들면 이방성 에칭을 통해 정사각형 형상의 다이어프램을 형성하면, 예를 들면 등방성 에칭을 통해 원형형상의 다이어프램을 형성했을 경우에 비해 두께를 보다 얇게 하지 않으면 비선형영역이 나타나지 않게 되므로, 이 비선형영역을 이용하기 위해 다이어프램의 두께를 얇게 해야 한다. 그러나, 다이어프램의 두께를 얇게 하는 것으로 정사각형 형상의 다이어프램에는 특히 응력집중이 생기기 쉬워진다. 그 때문에 본 발명과 같은 치수범위에 들어가는 구조의 정사각형 형상의 반도체 다이어프램을 구비한 압력센서를 사용하는 것으로, 반도체 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 다이어프램의 변형에 따라 발생하는 응력―왜곡 특성의 비선형영역을 넓게 하여, 이 비선형영역을 압력측정에 능숙하게 이용할 수 있게 되고, 고감도로 고내압의 압력센서가 되는 것이라고 생각할 수 있다.

또한 이 경우, 특히 다이어프램이 단결정 실리콘으로 형성되어 있는 것이 바람직한 것을 알았다. 이것은, 특히 덩어리 상태에서는 소성변형 하지 않고, 응력―왜곡 특성에 관한 비선형성을 갖지 않는 단결정 실리콘을 반도체칩의 재료에 사용 했을 경우, 다이어프램을 형성하면, 어느 정도 두께의 다이어프램으로는 원래 항복점을 만나지 않고 응력―왜곡 특성에 관한 선형영역 내에서 파괴되지만, 본 발명의 치수관계와 같은 다이어프램으로 하는 것으로, 도 4에 나타내는 바와 같이 응력―왜곡 특성에 관한 비선형성을 적극적으로 일으킬 수 있어, 고감도로 고내압과 같은, 상반되는 요구를 충족시킨 압력센서가 되기 때문이라고 생각할 수 있다.

또한 이 경우, 특히 다이어프램의 두께가 15㎛미만이며 어스펙트비가 135이상인 것이 바람직한 것을 알았다. 이것은, 다이어프램의 치수를 특히 이와 같이 한정하는 것으로, 다이어프램의 응력―왜곡 특성의 비선형영역을 확실하게 이용할 수 있고, 고감도로 고내압과 같은, 상반되는 요구를 충족시킨 압력센서가 되기 때문이라고 생각할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서의 개략 구성을 나타내는 단면도다.

도 2는 도 1에 나타낸 압력센서의 평면도다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서에 대한 출력 특성과 내압특성을 나타내는 특성도로서, 가로축이 다이어프램의 어스펙트비를 나타내고, 좌측의 세로축이 압력센서의 내압(kPa)을 나타내고, 우측의 세로축이 압력센서의 감도를 스팬 전압(mV)으로 나타내고 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서의 응력―왜곡 특성을 도시한 도면이다.

[부호의 설명]

1 : 압력센서 10 : 센서 칩

11 : 다이어프램 12 : 후막부

13 : 오목부 15 : 받침 시트

15a : 도압로 210(211∼214) : 센서 게이지

Claims

반도체로 이루어진 칩의 일부에 압력이 작용하는 측에서 보아 정사각형 형상을 갖는 다이어프램이 형성되고, 상기 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 변위를 전기변환하여 해당 압력을 검출하는 압력센서에 있어서,

상기 다이어프램의 한변 길이를 해당 다이어프램의 두께로 나눈 어스펙트비를 가로축으로 하고, 상기 압력센서의 허용 내압을 세로축으로 하는 것으로 규정되는 해당 압력센서의 허용내압 특성곡선의 미분값이 0이 되는 크기 이상의 어스펙트비를 가지는 다이어프램을 구비한 것을 특징으로 하는 압력센서.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 다이어프램이 단결정 실리콘으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 다이어프램의 두께가 15㎛미만이며 상기 어스펙트비가 135이상인 것을 특징으로 하는 압력센서.