WO2015133128A1 - 物理量検出装置 - Google Patents

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WO2015133128A1
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diffusion
physical quantity
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diffusion resistor
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長谷川　直樹
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株式会社デンソー
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
    • G01L9/065—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices with temperature compensating means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm

Definitions

  • This disclosure relates to a physical quantity detection device configured to detect a physical quantity.
  • Patent Document 1 Conventionally, an apparatus for detecting a physical quantity has been proposed in Patent Document 1, for example. Specifically, a configuration including a support portion and a semiconductor element mounted on the support portion has been proposed.
  • the semiconductor element is formed based on a plate-like semiconductor substrate.
  • a plurality of diffusion resistors are formed so as to constitute a Wheatstone bridge circuit.
  • a semiconductor element is picked up by being sucked or sucked by a jig and mounted on a support portion.
  • the present inventor has found the following.
  • the semiconductor element may be destroyed due to foreign matters attached to the jig or the structure of the surface of the semiconductor element. For this reason, it may be difficult to detect the physical quantity by the Wheatstone bridge circuit.
  • the present disclosure provides a physical quantity detection device capable of reducing the influence of physical destruction of a semiconductor element by a jig in a configuration in which the semiconductor element is picked up by a jig and mounted on a support portion. For the purpose.
  • the physical quantity detection device is a plate having a first surface, and a plurality of diffusion resistors are formed on the first surface side so as to configure a Wheatstone bridge circuit.
  • a semiconductor element is provided that outputs detection signals based on changes in resistance values of the plurality of diffusion resistors when a physical quantity is applied to the plurality of diffusion resistors.
  • a support portion on which a semiconductor element is mounted is provided.
  • the semiconductor element is a part formed on the first surface side and held when being mounted on the support part, and is electrically separated from the sensing part in which a plurality of diffusion resistors are formed among the semiconductor elements. It has a floating part.
  • the floating part is electrically separated from the sensing part, even if the floating part is physically destroyed when the floating part is held, the sensing part is electrically There is no impact. Therefore, when the semiconductor element is picked up and mounted on the support portion, the influence of physical destruction of the semiconductor element can be reduced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a physical quantity detection device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device shown in FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state where a semiconductor element is picked up by a jig
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a circuit configuration of the physical quantity detection device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the physical quantity detection device is configured as a pressure sensor that detects the pressure of a pressure medium, for example.
  • a physical quantity detection device includes a support portion 10, a joint portion 20, and a semiconductor element 30.
  • the support part 10 is a component on which the semiconductor element 30 is mounted.
  • the support portion 10 is a hollow cylindrical part provided with a pressure introduction hole 11 into which a pressure medium is introduced.
  • the support part 10 has the diaphragm 13 provided in the one end part 12 of the hollow cylinder shape so that one side of the pressure introduction hole 11 may be closed.
  • the diaphragm 13 is a thin-walled pressure receiving means (also referred to as a pressure receiving portion) that can be deformed by the pressure of the pressure medium introduced into the pressure introducing hole 11.
  • the support part 10 is a metal stem, for example.
  • the support 10 is fixed to a housing (not shown) by, for example, screwing.
  • the joint portion 20 is provided on the opposite side of the diaphragm 13 from the pressure introduction hole 11 in the one end portion 12 of the support portion 10.
  • the joining portion 20 is joining means (also referred to as a joining portion) for fixing the semiconductor element 30 to the support portion 10.
  • the joint portion 20 is made of, for example, a glass material.
  • the semiconductor element 30 is pressure detection means (also referred to as a pressure detection unit) that outputs a sensor signal corresponding to the distortion of the diaphragm 13.
  • the semiconductor element 30 is formed from a P-type semiconductor substrate 31 such as a silicon substrate. Further, the semiconductor element 30 is a plate having a rectangular first surface 31a. The first surface 31 a of the semiconductor element 30 corresponds to the first surface of the semiconductor substrate 31.
  • Such a semiconductor element 30 includes an N-type well region 31b, a P-type well region 31c, a sensing unit, and a floating unit 31d.
  • the N-type well region 31 b is formed on the first surface 31 a side of the semiconductor substrate 31.
  • a power supply voltage is applied to the N-type well region 31b.
  • the P-type well region 31c is formed in the surface layer portion of the N-type well region 31b.
  • a reference voltage lower than the power supply voltage is applied to the P-type well region 31c.
  • the reference voltage is a ground voltage, for example.
  • the sensing part is formed in the surface layer part of the N-type well region 31b.
  • the sensing unit is configured to detect the distortion of the diaphragm 13. Specifically, as shown in FIG. 2, the sensing unit includes a first sensing unit 32 and a second sensing unit 33.
  • the first sensing unit 32 includes a first diffusion resistor 32a, a second diffusion resistor 32b, a third diffusion resistor 32c, and a fourth diffusion resistor 32d (first to fourth diffusion resistors 32a to 32d).
  • the first to fourth diffusion resistors 32a to 32d are formed as P + type regions formed in the surface layer portion of the N type well region 31b.
  • the Wheatstone bridge circuit is configured by connecting the series connection portion of the first diffusion resistance 32a and the second diffusion resistance 32b and the series connection portion of the third diffusion resistance 32c and the fourth diffusion resistance 32d in parallel. . In FIG. 2, wiring and the like are omitted.
  • the second sensing unit 33 includes a fifth diffusion resistor 33a, a sixth diffusion resistor 33b, a seventh diffusion resistor 33c, and an eighth diffusion resistor 33d (fifth to eighth diffusion resistors 33a to 33d).
  • the fifth to eighth diffusion resistors 33a to 33d are formed as P + type regions formed in the surface layer portion of the N type well region 31b.
  • the Wheatstone bridge circuit is configured by connecting the series connection portion of the fifth diffusion resistor 33a and the sixth diffusion resistor 33b and the series connection portion of the seventh diffusion resistor 33c and the eighth diffusion resistor 33d in parallel. .
  • the second diffusion resistor 32b and the fourth diffusion resistor 32d of the first sensing unit 32 and the sixth diffusion resistor 33b and the eighth diffusion resistor 33d of the second sensing unit 33 are electrically connected to the P-type well region 31c. Since the power supply voltage is applied to the N-type well region 31b and the reference voltage is applied to the P-type well region 31c, the N-type well region 31b and the P-type well region 31c (each diffusion) are applied. The resistors 32a to 32d and 33a to 33d) are reversely biased. Therefore, the P-type well region 31c (the diffused resistors 32a to 32d and 33a to 33d) is electrically insulated from the N-type well region 31b.
  • Each of the diffusion resistors 32a to 32d and 33a to 33d is represented by the first diffusion resistor 32a, the second diffusion resistor 32b, the third diffusion resistor 32c, the fourth diffusion resistor 32d, the fifth diffusion resistor 33a, and the sixth diffusion resistor.
  • a resistor 33b, a seventh diffused resistor 33c, and an eighth diffused resistor 33d are represented.
  • the diffusion resistors 32a to 32d and 33a to 33d are laid out according to the surface orientation of the first surface 31a of the semiconductor substrate 31.
  • the diffused resistors 32a and 32b of the first sensing unit 32 and the diffused resistors 33c and 33d of the second sensing unit 33 are arranged along the same one direction.
  • the diffused resistors 32c and 32d of the first sensing unit 32 and the diffused resistors 33a and 33b of the second sensing unit 33 are arranged along the same direction and along a direction perpendicular to the one direction. ing. This is because the piezo effect is generated with respect to the surface orientation direction of the first surface 31 a of the semiconductor substrate 31, so that the piezo effect in the first sensing unit 32 and the second sensing unit 33 is equal. .
  • the first sensing unit 32 outputs a first detection signal based on a change in resistance value of each of the diffusion resistors 32a to 32d when pressure is applied. That is, the first sensing unit 32 calculates a potential difference between the potential at the connection point between the first diffusion resistor 32a and the second diffusion resistor 32b and the potential at the connection point between the third diffusion resistor 32c and the fourth diffusion resistor 32d. Output as the first detection signal.
  • the second sensing unit 33 outputs a second detection signal based on changes in resistance values of the diffusion resistors 33a to 33d when pressure is applied. That is, the second sensing unit 33 calculates the potential difference between the potential at the connection point between the fifth diffusion resistor 33a and the sixth diffusion resistor 33b and the potential at the connection point between the seventh diffusion resistor 33c and the eighth diffusion resistor 33d. Output as the second detection signal.
  • first detection signal and second detection signal are used for control and the like by a control device (not shown). And even if any one of the 1st sensing part 32 and the 2nd sensing part 33 fails, the detection signal according to physical quantity can be outputted from the other. Therefore, the redundancy of the sensing part of the semiconductor element 30 can be increased.
  • the floating portion 31d is a portion that is held by a jig (not shown) when the semiconductor element 30 is mounted on the support portion 10. As shown in FIG. 3, the floating portion 31 d is formed in the surface layer portion of the N-type well region 31 b on the first surface 31 a side of the semiconductor substrate 31. No other structure is formed on the floating portion 31d. Note that other structures such as wiring (not shown) are formed in a portion of the first surface 31a of the semiconductor substrate 31 that is different from the floating portion 31d.
  • the floating portion 31 d is disposed in the central portion 31 e of the first surface 31 a of the semiconductor substrate 31. Therefore, each of the diffusion resistors 32a to 32d and 33a to 33d described above is disposed around the floating portion 31d.
  • the floating portion 31d is electrically isolated from the sensing portion formed in the N-type well region 31b, that is, the diffused resistors 32a to 32d, 33a to 33d, and other types such as the P-type well region 31c. It is also electrically isolated from the region. Of course, the floating portion 31d is not electrically applied from the outside.
  • the above is the overall configuration of the physical quantity detection device according to the present embodiment.
  • the semiconductor element 30 is held by being attracted to a jig 40 such as a nozzle.
  • the semiconductor element 30 may be held by the jig 40 by being sucked by the jig 40.
  • the semiconductor element 30 picked up by the jig 40 is placed on the glass material.
  • the semiconductor substrate 31 may be physically broken by the jig 40.
  • the physical destruction is, for example, that a crack is generated in a part of the semiconductor substrate 31.
  • the floating portion 31d according to the present embodiment is electrically isolated from the P-type well region 31b and the diffusion resistors 32a to 32d and 33a to 33d. That is, the floating part 31d is not electrically connected to other parts. Therefore, even if the floating portion 31d is electrically short-circuited with the N-type well region 31b, the P-type well region 31c and the diffused resistors 32a to 32d and 33a to 33d are electrically affected. Absent. Therefore, by adopting a configuration in which the floating portion 31d of the semiconductor element 30 is picked up by the jig 40, the influence of physical destruction of the semiconductor element 30 can be reduced. That is, failure of the semiconductor element 30 can be prevented in advance.
  • the floating part 31d is provided in the central part 31e of the first surface 31a of the semiconductor substrate 31, the semiconductor element 30 can be easily picked up by the jig 40.
  • the junction part 20 is formed by baking glass material. Thereby, the semiconductor element 30 can be fixed to the support portion 10 by the joint portion 20.
  • the physical quantity detection device includes a first amplifier 34a, a second amplifier 34b, a first adjustment unit 35a, a second adjustment unit 35b, a first operational amplifier 36a, a second operational amplifier 36b, and a failure diagnosis unit 37. It has. In addition, these structures may be formed in the semiconductor substrate 31, and may be formed in another semiconductor chip.
  • the first amplifier 34a is signal amplification means (also referred to as a signal amplification unit) that amplifies the first detection signal of the first sensing unit 32. That is, the first amplifier 34a has a difference between the voltage at the connection point 32e between the first diffusion resistor 32a and the second diffusion resistor 32b and the voltage at the connection point 32f between the third diffusion resistor 32c and the fourth diffusion resistor 32d.
  • the differential amplifier is configured to amplify the voltage at a predetermined amplification factor.
  • the second amplifier 34b is a signal amplification unit (also referred to as a signal amplification unit) that amplifies the second detection signal of the second sensing unit 33. That is, the second amplifier 34b has a difference between the voltage at the connection point 33e between the fifth diffusion resistor 33a and the sixth diffusion resistor 33b and the voltage at the connection point 33f between the seventh diffusion resistor 33c and the eighth diffusion resistor 33d. It is a differential amplifier configured to amplify a second detection signal that is a voltage at a predetermined amplification factor.
  • the first adjustment unit 35a is a signal adjustment unit (also referred to as a signal adjustment unit) that performs offset correction or correction based on temperature characteristics on the output of the first amplifier 34a.
  • the second adjustment unit 35b is a signal adjustment unit (also referred to as a signal adjustment unit) that performs offset correction or correction based on temperature characteristics on the output of the second amplifier 34b.
  • the first operational amplifier 36a and the second operational amplifier 36b constitute a voltage follower as a current booster.
  • the first operational amplifier 36 a outputs the first detection signal adjusted by the first adjustment unit 35 a to the failure diagnosis unit 37.
  • the second operational amplifier 36 b outputs the second detection signal adjusted by the second adjustment unit 35 b to the failure diagnosis unit 37.
  • the failure diagnosis unit 37 diagnoses whether the first sensing unit 32 and the second sensing unit 33 are abnormal based on the first detection signal and the second detection signal.
  • the above is the overall configuration of the physical quantity detection device according to the present embodiment.
  • the first detection signal is output from the first output terminal 38a (Vout1) to the external device
  • the second detection signal is output from the second output terminal 38b (Vout2) to the external device.
  • the physical quantity detection device is configured to be supplied with power from an external device via a power supply terminal 38c (Vcc) and a reference voltage terminal 38d (GND) connected to the external device.
  • the failure diagnosis unit 37 receives the first detection signal from the first sensing unit 32 via the first amplifier 34a and the first operational amplifier 36a, and also receives the second amplifier 34b and the second amplifier from the second sensing unit 33.
  • the second detection signal is input via the two operational amplifier 36b.
  • the failure diagnosis unit 37 performs failure diagnosis by determining whether the difference between the first detection signal and the second detection signal is within a normal range, for example.
  • the failure diagnosis unit 37 may perform failure diagnosis by determining whether or not the first detection signal and the second detection signal are included in a preset normal range.
  • the physical quantity detection device can perform a self-diagnosis about a failure of the sensing unit.
  • the semiconductor element 30 since the semiconductor element 30 has the configuration including the floating portion 31d, failure of the semiconductor element 30 can be prevented in advance in the configuration having the self-diagnosis function.
  • the configuration of the physical quantity detection device described in each of the above embodiments is an example, and the present disclosure is not limited to the configuration described above, and may be other configurations that can realize the present disclosure.
  • the support part 10 is not limited to a metal stem, and may be other parts.
  • the joining part 20 for fixing the semiconductor element 30 to the support part 10 is not limited to joining glass, and other parts such as an adhesive may be used.
  • the floating portion 31d is electrically separated from the diffused resistors 32a to 32d, 33a to 33d, etc. using a PN junction, but this is an example of the floating portion 31d.
  • the floating portion 31d may be formed in the N-type well region 31b via an insulating layer, and the floating portion 31d may be electrically isolated from other portions.
  • the arrangement of the floating part 31 d is not limited to the central part 31 e of the first surface 31 a of the semiconductor substrate 31. Therefore, in which position of the first surface 31a of the semiconductor substrate 31 the floating portion 31d is arranged may be changed as appropriate in relation to other configurations.
  • the sensing unit is configured by the two sensing units 32 and 33 in order to increase redundancy, but this is an example of the sensing unit. Therefore, the sensing unit may be configured only by the first sensing unit 32 which is the minimum configuration. In such a case, the failure diagnosis unit 37 may be unnecessary.

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Abstract

　物理量検出装置は、第一面（３１ａ）を有する板状であり、ホイートストンブリッジ回路を構成するように複数の拡散抵抗（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）が第一面（３１ａ）側に形成され、物理量が印加されたときの複数の拡散抵抗（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）の抵抗値の変化に基づいて検出信号を出力する半導体素子（３０）と、半導体素子（３０）が実装された支持部（１０）と、を備える。半導体素子（３０）は、第一面（３１ａ）側に配置されていると共に支持部（１０）に保持され、当該半導体素子（３０）のうち複数の拡散抵抗（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）が形成されたセンシング部（３２、３３）から電気的に分離されたフローティング部（３１ｄ）を備えている。

Description

物理量検出装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１４年３月５日に出願された日本国特許出願２０１４－４２４７０号に基づくものであり、ここにその記載内容を参照により援用する。
　本開示は、物理量を検出するように構成された物理量検出装置に関する。
　従来より、物理量を検出する装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、支持部と、この支持部に実装された半導体素子と、を備えた構成が提案されている。半導体素子は板状の半導体基板に基づいて形成されたものである。半導体素子には、複数の拡散抵抗がホイートストンブリッジ回路を構成するように形成されている。
　半導体素子に物理量が印加されるとピエゾ抵抗効果により各拡散抵抗の抵抗値が変化する。したがって、当該抵抗値の変化に基づいて物理量が取得される。
　従来、半導体素子が治具に吸着または吸引されることによりピックアップされて支持部に実装される。本願発明者は以下を見出した。半導体素子が治具にピックアップされる際に、治具に付着した異物や半導体素子表面の構造によって半導体素子が破壊される虞がある。このため、ホイートストンブリッジ回路による物理量の検出が困難になる虞がある。
日本国公開特許公報２００１－２７２２９３号
　本開示は上記点に鑑み、半導体素子が治具によってピックアップされて支持部に実装される構成において、治具による半導体素子の物理的な破壊の影響を低減することができる物理量検出装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る物理量検出装置によれば、物理量検出装置は、第一面を有する板状であり、ホイートストンブリッジ回路を構成するように複数の拡散抵抗が第一面側に形成され、複数の拡散抵抗に対して物理量が印加されたときの複数の拡散抵抗の抵抗値の変化に基づいて検出信号を出力する半導体素子を備えている。また、半導体素子が実装された支持部を備えている。
　半導体素子は、第一面側に形成されていると共に支持部に実装される際に保持される部分であり、当該半導体素子のうち複数の拡散抵抗が形成されたセンシング部から電気的に分離されたフローティング部を備えている。
　本開示の物理量検出装置によれば、フローティング部がセンシング部から電気的に分離されているので、フローティング部が保持された際にフローティング部が物理的に破壊されたとしてもセンシング部に電気的な影響が生じない。したがって、半導体素子がピックアップされて支持部に実装される際に、半導体素子の物理的な破壊による影響を低減することができる。
　本開示についての上記および他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照した下記の詳細な説明から、より明確になる。添付図面において
図１は、本開示の第１実施形態に係る物理量検出装置の断面図であり、 図２は、図１に示された半導体素子の平面図であり、 図３は、図２のIII－III断面図であり、 図４は、半導体素子が治具でピックアップされる様子を示した一部断面図であり、 図５は、本開示の第２実施形態に係る物理量検出装置の回路構成を示した図である。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
　（第１実施形態）
　以下、本開示の一実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る物理量検出装置は、例えば圧力媒体の圧力を検出する圧力センサとして構成されている。このような物理量検出装置は、図１に示されるように、支持部１０、接合部２０、及び半導体素子３０を備えて構成されている。
　支持部１０は、半導体素子３０が実装される部品である。具体的には、支持部１０は、圧力媒体が導入される圧力導入孔１１が設けられた中空筒形状の部品である。また、支持部１０は、圧力導入孔１１の一方を閉じるように中空筒形状の一端部１２に設けられたダイヤフラム１３を有している。これにより、圧力媒体が圧力導入孔１１を介してダイヤフラム１３に導入されることとなる。ダイヤフラム１３は圧力導入孔１１に導入された圧力媒体の圧力によって変形可能な薄肉状の受圧手段（受圧部とも呼ぶ）である。支持部１０は、例えば金属ステムである。なお、支持部１０は図示しないハウジングに対して、例えばネジ止め等によって固定される。
　接合部２０は、支持部１０の一端部１２のうちダイヤフラム１３において圧力導入孔１１とは反対側に設けられている。接合部２０は半導体素子３０を支持部１０に固定するための接合手段（接合部とも呼ぶ）である。接合部２０は例えばガラス材料で形成されたものである。
　半導体素子３０は、ダイヤフラム１３の歪みに応じたセンサ信号を出力する圧力検出手段（圧力検出部とも呼ぶ）である。図２に示されるように、半導体素子３０は例えばシリコン基板等のＰ型の半導体基板３１から形成されたものである。また、半導体素子３０は四角形状の第一面３１ａを有する板状のものである。半導体素子３０の第一面３１ａは半導体基板３１の第一面に対応している。このような半導体素子３０は、Ｎ型のウェル領域３１ｂ、Ｐ型のウェル領域３１ｃ、センシング部、及びフローティング部３１ｄを備えている。
　図３に示されるように、Ｎ型のウェル領域３１ｂは半導体基板３１の第一面３１ａ側に形成されている。Ｎ型のウェル領域３１ｂには、例えば電源電圧が印加される。また、Ｐ型のウェル領域３１ｃはＮ型のウェル領域３１ｂの表層部に形成されている。Ｐ型のウェル領域３１ｃには、電源電圧よりも低い基準電圧が印加される。基準電圧は、例えばグランド電圧である。
　センシング部はＮ型のウェル領域３１ｂの表層部に形成されている。また、センシング部は、ダイヤフラム１３の歪みを検出するように構成されている。具体的には、図２に示されるように、センシング部は、第１センシング部３２と第２センシング部３３とで構成されている。
　第１センシング部３２は、第１拡散抵抗３２ａ、第２拡散抵抗３２ｂ、第３拡散抵抗３２ｃ、第４拡散抵抗３２ｄ（第１～第４拡散抵抗３２ａ～３２ｄ）を備えて構成されている。第１～第４拡散抵抗３２ａ～３２ｄは、Ｎ型のウェル領域３１ｂの表層部に形成されたＰ＋型領域として形成されている。また、第１拡散抵抗３２ａ及び第２拡散抵抗３２ｂの直列接続部と第３拡散抵抗３２ｃ及び第４拡散抵抗３２ｄの直列接続部とが並列に接続されることでホイートストンブリッジ回路を構成している。なお、図２では配線等を省略している。
　第２センシング部３３は、第５拡散抵抗３３ａ、第６拡散抵抗３３ｂ、第７拡散抵抗３３ｃ、第８拡散抵抗３３ｄ（第５～第８拡散抵抗３３ａ～３３ｄ）を備えて構成されている。第５～第８拡散抵抗３３ａ～３３ｄは、Ｎ型のウェル領域３１ｂの表層部に形成されたＰ＋型領域として形成されている。また、第５拡散抵抗３３ａ及び第６拡散抵抗３３ｂの直列接続部と第７拡散抵抗３３ｃ及び第８拡散抵抗３３ｄの直列接続部とが並列に接続されることでホイートストンブリッジ回路を構成している。
　第１センシング部３２の第２拡散抵抗３２ｂ及び第４拡散抵抗３２ｄと第２センシング部３３の第６拡散抵抗３３ｂと第８拡散抵抗３３ｄはＰ型のウェル領域３１ｃに電気的に接続される。そして、Ｎ型のウェル領域３１ｂには電源電圧が印加されると共に、Ｐ型のウェル領域３１ｃには基準電圧が印加されるので、Ｎ型のウェル領域３１ｂとＰ型のウェル領域３１ｃ（各拡散抵抗３２ａ～３２ｄ、３３ａ～３３ｄ）には逆バイアスが掛かる。したがって、Ｐ型のウェル領域３１ｃ（各拡散抵抗３２ａ～３２ｄ、３３ａ～３３ｄ）はＮ型のウェル領域３１ｂから電気的に絶縁される。なお、各拡散抵抗３２ａ～３２ｄ、３３ａ～３３ｄとの表記は、第１拡散抵抗３２ａ、第２拡散抵抗３２ｂ、第３拡散抵抗３２ｃ、第４拡散抵抗３２ｄ、第５拡散抵抗３３ａ、第６拡散抵抗３３ｂ、第７拡散抵抗３３ｃ、第８拡散抵抗３３ｄを表す。
　また、各拡散抵抗３２ａ～３２ｄ、３３ａ～３３ｄは、半導体基板３１の第一面３１ａの面方位に応じてレイアウトされている。本実施形態では、第１センシング部３２の拡散抵抗３２ａ、３２ｂ及び第２センシング部３３の拡散抵抗３３ｃ、３３ｄが同じ一方向に沿うように配置されている。これに対し、第１センシング部３２の拡散抵抗３２ｃ、３２ｄ及び第２センシング部３３の拡散抵抗３３ａ、３３ｂが同じ方向に沿うと共に、上記の一方向に対して直行する方向に沿うように配置されている。これはピエゾ効果が半導体基板３１の第一面３１ａの面方位方向に対して発生するためであり、第１センシング部３２及び第２センシング部３３におけるピエゾ効果が同等となるようにするためである。
　そして、第１センシング部３２は、圧力が印加されたときの各拡散抵抗３２ａ～３２ｄの抵抗値の変化に基づいて第１検出信号を出力する。すなわち、第１センシング部３２は、第１拡散抵抗３２ａと第２拡散抵抗３２ｂとの接続点の電位と、第３拡散抵抗３２ｃと第４拡散抵抗３２ｄとの接続点の電位と、の電位差を第１検出信号として出力する。
　同様に、第２センシング部３３は、圧力が印加されたときの各拡散抵抗３３ａ～３３ｄの抵抗値の変化に基づいて第２検出信号を出力する。すなわち、第２センシング部３３は、第５拡散抵抗３３ａと第６拡散抵抗３３ｂとの接続点の電位と、第７拡散抵抗３３ｃと第８拡散抵抗３３ｄとの接続点の電位と、の電位差を第２検出信号として出力する。
　これら第１検出信号及び第２検出信号は、図示しない制御装置で制御等に利用される。そして、第１センシング部３２及び第２センシング部３３のうちのいずれか一方が故障したとしても、他方から物理量に応じた検出信号を出力させることができる。したがって、半導体素子３０のセンシング部の冗長性を高めることができる。
　フローティング部３１ｄは、支持部１０に対して半導体素子３０が実装される際に、図示しない治具によって保持される部分である。図３に示されるように、フローティング部３１ｄは、半導体基板３１の第一面３１ａ側においてＮ型のウェル領域３１ｂの表層部に形成されている。このフローティング部３１ｄの上には他の構造物は形成されていない。なお、半導体基板３１の第一面３１ａのうちフローティング部３１ｄとは異なる部分には、図示しない配線等の他の構造物が形成されている。
　また、図２に示されるように、フローティング部３１ｄは、半導体基板３１の第一面３１ａのうちの中央部３１ｅに配置されている。このため、上述の各拡散抵抗３２ａ～３２ｄ、３３ａ～３３ｄは、フローティング部３１ｄの周囲に配置されている。
　さらに、フローティング部３１ｄは、Ｎ型のウェル領域３１ｂに形成されたセンシング部すなわち各拡散抵抗３２ａ～３２ｄ、３３ａ～３３ｄから電気的に分離されていると共に、Ｐ型のウェル領域３１ｃ等の他の領域からも電気的に分離されている。もちろん、フローティング部３１ｄは、外部からの電気的な印加もなされない。以上が、本実施形態に係る物理量検出装置の全体構成である。
　次に、半導体素子３０にフローティング部３１ｄが設けられていることの作用効果について説明する。図４に示されるように、半導体素子３０は、ノズル等の治具４０に吸着されることで保持される。なお、半導体素子３０は治具４０によって吸引されることで治具４０に保持されても良い。
　そして、治具４０によってピックアップされた半導体素子３０がガラス材料の上に配置される。このように半導体素子３０が治具４０で保持される際に、治具４０によって半導体基板３１に物理的な破壊が発生することがある。物理的な破壊とは、例えば半導体基板３１の一部に亀裂が発生することである。
　しかしながら、本実施形態に係るフローティング部３１ｄはＰ型のウェル領域３１ｂや各拡散抵抗３２ａ～３２ｄ、３３ａ～３３ｄから電気的に分離されている。すなわち、フローティング部３１ｄは他の部分との電気的接続が図られていない。このため、フローティング部３１ｄがＮ型のウェル領域３１ｂと電気的にショートしてしまったとしても、Ｐ型のウェル領域３１ｃや各拡散抵抗３２ａ～３２ｄ、３３ａ～３３ｄには電気的な影響が生じない。したがって、半導体素子３０のフローティング部３１ｄが治具４０によってピックアップされる構成とすることで、半導体素子３０の物理的な破壊による影響を低減することができる。つまり、半導体素子３０の故障を予め防止することができる。
　また、本実施形態では、フローティング部３１ｄが半導体基板３１の第一面３１ａの中央部３１ｅに設けられているので、治具４０によって半導体素子３０をピックアップしやすくすることができる。
　なお、ガラス材料の上に半導体素子３０を配置した後、ガラス材料を焼成することにより接合部２０を形成する。これにより、接合部２０によって半導体素子３０を支持部１０に固定することができる。
　（第２実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、物理量検出装置は、第１増幅器３４ａ、第２増幅器３４ｂ、第１調整部３５ａ、第２調整部３５ｂ、第１オペアンプ３６ａ、第２オペアンプ３６ｂ、及び故障診断部３７を備えている。なお、これらの構成は半導体基板３１に形成されていても良いし、別の半導体チップに形成されていても良い。
　第１増幅器３４ａは、第１センシング部３２の第１検出信号を増幅する信号増幅手段（信号増幅部とも呼ぶ）である。すなわち、第１増幅器３４ａは、第１拡散抵抗３２ａと第２拡散抵抗３２ｂとの接続点３２ｅの電圧と、第３拡散抵抗３２ｃと第４拡散抵抗３２ｄとの接続点３２ｆの電圧と、の差電圧を所定の増幅率で増幅するように構成された差動増幅器である。
　同様に、第２増幅器３４ｂは、第２センシング部３３の第２検出信号を増幅する信号増幅手段（信号増幅部とも呼ぶ）である。すなわち、第２増幅器３４ｂは、第５拡散抵抗３３ａと第６拡散抵抗３３ｂとの接続点３３ｅの電圧と、第７拡散抵抗３３ｃと第８拡散抵抗３３ｄとの接続点３３ｆの電圧と、の差電圧である第２検出信号を所定の増幅率で増幅するように構成された差動増幅器である。
　第１調整部３５ａは、第１増幅器３４ａの出力に対してオフセット補正や温度特性に基づく補正を行う信号調整手段（信号調整部とも呼ぶ）である。同様に、第２調整部３５ｂは、第２増幅器３４ｂの出力に対してオフセット補正や温度特性に基づく補正を行う信号調整手段（信号調整部とも呼ぶ）である。
　第１オペアンプ３６ａ及び第２オペアンプ３６ｂは、電流ブースタとしてのボルテージホロワを構成するものである。第１オペアンプ３６ａは、第１調整部３５ａで調整された第１検出信号を故障診断部３７に出力する。また、第２オペアンプ３６ｂは、第２調整部３５ｂで調整された第２検出信号を故障診断部３７に出力する。
　故障診断部３７は、第１検出信号及び第２検出信号に基づいて第１センシング部３２及び第２センシング部３３の異常の有無を診断するものである。
　以上が、本実施形態に係る物理量検出装置の全体構成である。なお、第１検出信号は第１出力端子３８ａ（Ｖｏｕｔ１）から外部機器に出力され、第２検出信号は第２出力端子３８ｂ（Ｖｏｕｔ２）から外部機器に出力される。また、物理量検出装置は外部機器に接続される電源端子３８ｃ（Ｖｃｃ）及び基準電圧端子３８ｄ（ＧＮＤ）を介して外部機器から電源供給される構成となっている。
　上記の構成では、故障診断部３７は、第１センシング部３２から第１増幅器３４ａ及び第１オペアンプ３６ａを介して第１検出信号を入力すると共に、第２センシング部３３から第２増幅器３４ｂ及び第２オペアンプ３６ｂを介して第２検出信号を入力する。そして、故障診断部３７は、例えば第１検出信号と第２検出信号との差が正常範囲内であるか否かを判定することにより故障診断を行う。なお、故障診断部３７は、第１検出信号と第２検出信号とが予め設定された正常範囲内に含まれるか否かを判定することにより故障診断を行っても良い。
　このように、本実施形態では、第１センシング部３２の出力と第２センシング部３３の出力との相互診断が可能となる。したがって、物理量検出装置はセンシング部の故障について自己診断を行うことができる。上述のように、半導体素子３０はフローティング部３１ｄを備えた構成になっているので、自己診断機能を備えた構成において半導体素子３０の故障を予め防止することができる。
　（他の実施形態）
　上記各実施形態で示された物理量検出装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本開示を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、支持部１０は金属ステムに限られず、他の部品でも良い。また、支持部１０に対して半導体素子３０を固定するための接合部２０は接合ガラスに限られず、接着剤等の他の部品が用いられても良い。
　また、本実施形態ではＰＮ接合を利用してフローティング部３１ｄを各拡散抵抗３２ａ～３２ｄ、３３ａ～３３ｄ等から電気的に分離する構成となっているが、これはフローティング部３１ｄの一例である。例えばＮ型のウェル領域３１ｂに絶縁層を介してフローティング部３１ｄを形成し、他の部分に対してフローティング部３１ｄを電気的に分離する構成としても良い。
　さらに、フローティング部３１ｄの配置は、半導体基板３１の第一面３１ａの中央部３１ｅに限られない。したがって、フローティング部３１ｄを半導体基板３１の第一面３１ａのうちのどの位置に配置するかは他の構成との関係で適宜変更しても良い。
　上記各実施形態では、センシング部は冗長性を高めるために２つのセンシング部３２、３３で構成されていたが、これはセンシング部の一例である。したがって、センシング部は最小構成である第１センシング部３２だけで構成されていても良い。このような場合は故障診断部３７を不要としても良い。
　以上、本開示の実施形態、構成、態様を例示したが、本開示に係わる実施形態、構成、態様は、上述した各実施形態、各構成、各態様に限定されるものではない。例えば、異なる実施形態、構成、態様にそれぞれ開示された技術的部を適宜組み合わせて得られる実施形態、構成、態様についても本開示に係わる実施形態、構成、態様の範囲に含まれる。

Claims (4)

  1. 　第一面（３１ａ）を有する板状であり、ホイートストンブリッジ回路となるように複数の拡散抵抗（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）が前記第一面（３１ａ）側に配置され、前記複数の拡散抵抗（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）に対して物理量が印加されたときの前記複数の拡散抵抗（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）の抵抗値の変化に基づいて検出信号を出力する半導体素子（３０）と、
    　前記半導体素子（３０）が実装された支持部（１０）と、
    　を備え、
    　前記半導体素子（３０）は、前記第一面（３１ａ）側に配置されていると共に前記支持部（１０）に保持され、当該半導体素子（３０）のうち前記複数の拡散抵抗（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）を含むセンシング部（３２、３３）から電気的に分離されたフローティング部（３１ｄ）を備えている物理量検出装置。
  2. 　前記フローティング部（３１ｄ）は、前記半導体素子（３０）の第一面（３１ａ）のうちの中央部（３１ｅ）に配置されており、
    　前記複数の拡散抵抗（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）は、前記フローティング部（３１ｄ）の周囲に配置されている請求項１に記載の物理量検出装置。
  3. 　前記センシング部は、第１拡散抵抗（３２ａ）と第２拡散抵抗（３２ｂ）と第３拡散抵抗（３２ｃ）と第４拡散抵抗（３２ｄ）とを含む第１センシング部（３２）と、第５拡散抵抗（３３ａ）と第６拡散抵抗（３３ｂ）と第７拡散抵抗（３３ｃ）と第８拡散抵抗（３３ｄ）とを含む第２センシング部（３３）と、を備えている請求項１または２に記載の物理量検出装置。
  4. 　前記第１センシング部（３２）から第１検出信号を入力すると共に、前記第２センシング部（３３）から第２検出信号を入力し、前記第１検出信号及び前記第２検出信号に基づいて前記第１センシング部（３２）及び前記第２センシング部（３３）の異常の有無を診断する故障診断部（３７）を備えている請求項３に記載の物理量検出装置。
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