JPH09325082A - 半導体圧力変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溝の洗浄性を向上させると共に、同一の接合
方法による接合を可能にする。 【解決手段】 第１の台座２１を半導体圧力センサ４の
熱膨張係数と近似した熱膨張係数を有する材料で形成
し、この第１の台座２１上に半導体圧力センサ４を陽極
接合する。第２の台座２２を半導体圧力センサ４と同一
の半導体によって形成し、その上に第１の台座２１を陽
極接合する。また、第２の台座２１の上面には、第１の
台座２１との接合部を形成する突起部２３を設けると共
に、井桁状の応力絶縁溝２４を形成し、その溝端を台座
側面に開放させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は差圧または圧力を検
出する半導体圧力変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体圧力センサを利用した
半導体圧力変換器としては種々提案されている（例：実
開昭５９−１３５６５４号公報等）。半導体圧力センサ
は、半導体基板の表面に不純物の拡散もしくはイオン打
ち込み技術によりピエゾ抵抗領域として作用するゲージ
を形成すると共に、Ａｌの蒸着等によりリードを形成
し、裏面の一部をエッチングによって除去することによ
り厚さ２０μｍ〜５０μｍ程度の起歪部、すなわちダイ
アフラムを形成して構成したもので、ダイアフラムの表
裏面に測定圧力をそれぞれ加えると、ダイアフラムの変
形に伴いゲージの比抵抗が変化し、この時の抵抗変化に
伴う出力電圧を検出し、差圧または圧力を測定するもの
である。このような半導体圧力センサは、一般に金属の
支持台上にガラス基板を介して設置されている。ガラス
基板としては、半導体圧力センサを接合するときの熱歪
みが半導体圧力センサに伝わるとセンサの温度特性を低
下させ零点シフトの原因となるため、半導体圧力センサ
の熱膨張係数に近似した熱膨張係数を有するパイレック
スガラス、セラミックス等を用いている。

【０００３】また、材料の相違による接合時の熱歪みに
よる影響を軽減、緩和するようにした半導体圧力変換器
も知られている。この半導体圧力変換器は、図４に示す
ように金属支持体２上に設置されるガラス基板３と半導
体圧力センサ４との間に半導体圧力センサ４と同一の半
導体からなる支持基板５を介在させている。また、この
支持基板５の下面中央部には、ガラス基板３との接合部
を形成する突起部６を突設すると共に応力絶縁溝７を形
成している。このような構造にすると、ガラス基板３と
支持基板５を陽極接合するときに発生する材料の相違に
よる熱歪みが半導体圧力センサ４に伝わるのを少なくす
ることができる。

【０００４】金属支持体２は、耐食性と溶接性のよい材
料、例えばステンレス、コバール等によって形成され
る。ガラス基板３は、半導体圧力センサ４と熱膨張係数
が近似したパイレックスガラス、セラミックス等によっ
て形成され、金属支持体２上にろう材８によって接合さ
れる。半導体圧力センサ４は、ｎ型単結晶Ｓｉ（シリコ
ン）等の半導体基板１０からなり、その中央には凹部１
１の形成によって起歪部としてのダイアフラム１３が設
けられている。このダイアフラム１３は、厚さが２０μ
ｍ〜５０μｍ程度で、表面側には半導体圧力検出素子１
５が形成されている。凹部１１は、半導体基板１０の裏
面側をエッチングすることにより形成される。なお、１
６，１７，１８は、測定圧力をダイアフラム３に導くた
めに金属支持体２、ガラス基板３および支持基板５にそ
れぞれ形成された連通孔である。

【０００５】このような構造において、ダイアフラム１
３の表裏面に測定圧力Ｐ1 ，Ｐ2 を導くと、その差圧に
応じてダイアフラム１３が変形し、この変形に伴い半導
体圧力検出素子１５の比抵抗が変化し、測定圧力Ｐ1 ，
Ｐ2 の差圧に対応した電気信号を出力することにより差
圧または圧力を測定することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
圧力変換器においては、ガラス基板３と支持基板５を接
合するときの熱歪みの発生による半導体圧力センサ４へ
の影響を少なくするために、支持基板５の下面中央に突
起部６を形成してガラス基板３との接合面積を小さくす
ると共に、その周囲に応力絶縁溝７を形成していた。こ
の応力絶縁溝７は、Ｘ，Ｙ方向の応力を吸収するために
突起部６を取り巻くように環状に形成されている。しか
しながら、このような圧力変換器にあっては、応力絶縁
溝７を環状溝に形成しているので、溝の洗浄性が悪いと
いう問題があった。すなわち、ガラス基板３と支持基板
５を接合した後の洗浄工程においては、これら両基板間
の隙間が微小であるため、洗浄液を応力絶縁溝７の細部
にまで導くことが難しく、また溝に入った洗浄液は流れ
ないで溜まってしまうので汚れを完全に取り除くことが
難しく、半導体圧力センサの特性劣化の要因の一つとな
っている。

【０００７】また、ガラス基板３、半導体圧力センサ４
および支持基板５を接合するには、ガラス基板３と支持
基板５を陽極接合によって接合し、半導体圧力センサ４
と支持基板５を接着によって接合しているので、２種類
の接合工程が必要であるという問題もあった。

【０００８】本発明は上記した従来の問題点を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、溝の
洗浄性を向上させると共に、１種類の接合方法による接
合を可能にした半導体圧力変換器を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、中央部に凹部の形成によってダイアフラム
が設けられ外周部が厚肉の固定部を形成する半導体圧力
センサと、この半導体圧力センサの固定部が接合された
第１の台座と、この第１の台座が接合された第２の台座
と、この第２の台座が接合された支持台とを備え、前記
ダイアフラムの表裏面に圧力を導くようにした半導体圧
力変換器において、前記第１、第２の台座の互いに対向
する面のうちいずれか一方の台座の対向面中央に突起部
を突設し、この突起部を他方の台座の対向面に接合する
と共に、これら両台座の互いに対向する面の少なくとも
いずれか一方に溝端が台座側面に開放する井桁状の応力
絶縁溝を形成したことを特徴とする。また、本発明は、
第１の台座を熱膨張係数が半導体圧力センサの熱膨張係
数と近似した材料で形成し、第２の台座を半導体で形成
し、前記半導体圧力センサと第１の台座および第１の台
座と第２の台座をそれぞれ陽極接合したことを特徴とす
る。

【００１０】本発明において、突起部は、第１、第２の
台座の接合面積を小さくするので、熱歪みの伝達を少な
くする。応力絶縁溝は井桁状に形成され、その溝端が台
座側面に開放しているので、洗浄液を流れ易くする。洗
浄液は、一方の溝端から他方の溝端に向かって流れるの
で、応力絶縁溝に溜まらず、溝を清浄に洗浄する。半導
体圧力センサと第１の台座および第１、第２の台座は、
同一の陽極接合によって接合されるので、接合方法の種
類を少なくする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る半
導体圧力変換器の一実施の形態を示す断面図、図２は第
２の台座の平面図である。なお、図中従来技術の欄で示
した構成部材等と同一のものについては同一符号をもっ
て示し、その説明を適宜省略する。これらの図におい
て、半導体圧力センサ４は、ダイアフラム１３の外周部
に設けた厚肉の固定部２０の下面が第１の台座２１上に
接合されている。第１の台座２１は、半導体圧力センサ
４を構成する半導体基板１０の熱膨張係数に近似した熱
膨張係数を有する材料、例えばパイレックスガラス、セ
ラミックス等によって正方形の板状体に形成されてい
る。そのため、半導体圧力センサ４と第１の台座２１
は、陽極接合によって接合される。また、この第１の台
座２１は、第２の台座２２上に同じく陽極接合によって
接合される。

【００１２】第２の台座２２は、前記半導体基板１０と
同一の半導体によって角筒体に形成され、上面中央には
第１の台座２１との接合部を形成する角型の突起部２３
が一体に突設されている。この突起部２３のため第１の
台座２１の下面と第２の台座２２の上面は互いに対向
し、微小な隙間Ｇを形成している。また、第２の台座２
２の上面には、溝端が側面に開放する井桁状の応力絶縁
溝２４が公知のハーフカットダイシングまたは異方性エ
ッチングによって形成されている。そして、第２の台座
２２は、ステンレス、コバール等の金属からなる支持台
２５上にろう材８によって接合されている。

【００１３】ここで、本実施の形態においては、応力絶
縁溝２４として、断面形状が矩形のものを示したが、こ
れに限らずＶ字状、円弧状等の適宜な形状の溝とするこ
とができる。また、応力絶縁溝２４を突起部２３の四辺
にそれぞれ接する４つの溝で構成したが、突起部２３か
ら離間した溝で構成されるものであってもよい。なお、
２６，２７，２８は、半導体圧力センサ４の凹部１１に
圧力を導くために、第１、第２の台座２１，２２および
支持台２５にそれぞれ形成された連通孔である。

【００１４】このような構造からなる半導体圧力変換器
にあっては、第２の台座２２に井桁状の応力絶縁溝２４
を形成し、その溝端を第２の台座２２の側面に開放させ
ているので、第１、第２の台座２１，２２を接合した
後、および台座２１，２２の接合体を支持体２５に接合
した後の洗浄工程において、洗浄液を応力絶縁溝２４内
に確実に導くことができる。また、洗浄液は溝を通って
台座の側方に流れ出るので、溝内に溜まらず、確実に洗
浄することができ、洗浄性を向上させることができる。

【００１５】また、第１の台座２１をパイレックスガラ
ス、セラミックス等の材料で製作し、第２の台座２２を
半導体で形成しているので、半導体圧力センサ４と第１
の台座２１および第１の台座２１と第２の台座２２を同
じ陽極接合によってそれぞれ接合することができる。し
たがって、図４に示した従来の圧力変換器の製造におい
て必要とされていた接着による接合工程を廃止すること
ができる。また、陽極接合は、接着材などの中間物を用
いないので、接合部で発生する歪みをきわめて小さくす
ることができる。また、第２の台座２２に設けた突起部
２３により第１の台座２１と第２の台座２２との接合面
積を小さくするとともに、応力絶縁溝２２を設けている
ので、接合時の材料の相違による熱歪みが半導体圧力セ
ンサ４に伝わるのを少なくすることができる。

【００１６】図３は本発明の他の実施の形態を示す断面
図である。この実施の形態においては、第１の台座２１
をパイレックス等の材料によって角筒体に形成し、その
下面中央に第２の台座２２との接合部を形成する突起部
２３を一体に突設し、この突起部２３を第２の台座２２
の上面に陽極接合によって接合すると共に、この突起部
２３の周囲に井桁状の応力絶縁溝２４を形成し、その溝
端を第１の台座２１の側面に開放させている。第２の台
座２２は、半導体圧力センサ４と同一の半導体によって
正方形の板体に形成されている。その他の構成は上記し
た実施の形態と同一である。

【００１７】このような構造においても上記した実施の
形態と同一の効果を得ることができる。

【００１８】なお、本発明は上記した実施の形態に限定
されるものではなく、種々の変更、変形が可能であり、
例えば第１、第２の台座２１，２２を円板状または円筒
状に形成してもよい。また、井桁状の応力絶縁溝２４を
第１，第２の台座２１，２２の互いに対向する面にそれ
ぞれ形成してもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
圧力変換器は、中央部に凹部の形成によってダイアフラ
ムが設けられ外周部が厚肉の固定部を形成する半導体圧
力センサと、この半導体圧力センサの固定部が接合され
た第１の台座と、この第１の台座が接合された第２の台
座と、この第２の台座が接合された支持台とを備え、前
記ダイアフラムの表裏面に圧力を導くようにした半導体
圧力変換器において、前記第１、第２の台座の互いに対
向する面のうちいずれか一方の台座の対向面中央に突起
部を突設し、この突起部を他方の台座の対向面に接合す
ると共に、これら両台座の互いに対向する面の少なくと
もいずれか一方に溝端が台座側面に開放する井桁状の応
力絶縁溝を形成したので、第１、第２の台座を接合した
後であっても応力絶縁溝を確実に洗浄することができ、
また溝内に洗浄液が溜まったりすることがないので、溝
の洗浄性を向上させることができる。

【００２０】また、本発明は、第１の台座を熱膨張係数
が半導体圧力センサの熱膨張係数と近似した材料で形成
し、第２の台座を半導体で形成し、前記半導体圧力セン
サと第１の台座および第１の台座と第２の台座をそれぞ
れ陽極接合したので、接合方法の種類を少なくすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る半導体圧力変換器の一実施の形
態を示す断面図である。

【図２】 第２の台座の平面図である。

【図３】 本発明の他の実施の形態を示す断面図である

【図４】 半導体圧力変換器の従来例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２…金属支持体、３…ガラス基板、４…半導体圧力セン
サ、５…支持基板、６…突起部、７…応力絶縁溝、８…
ろう材、１０…突起部、１１…凹部、１３…ダイアフラ
ム、１５…圧力検出素子、２１…第１の台座、２２…第
２の台座、２３…突起部、２４…応力絶縁溝、２５…支
持台。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長▲埼▼ 昇治 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 山武ハ ネウエル株式会社内 (72)発明者 宮下 禎世 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 山武ハ ネウエル株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部に凹部の形成によってダイアフラ
   ムが設けられ外周部が厚肉の固定部を形成する半導体圧
   力センサと、この半導体圧力センサの固定部が接合され
   た第１の台座と、この第１の台座が接合された第２の台
   座と、この第２の台座が接合された支持台とを備え、前
   記ダイアフラムの表裏面に圧力を導くようにした半導体
   圧力変換器において、前記第１、第２の台座の互いに対
   向する面のうちいずれか一方の台座の対向面中央に突起
   部を突設し、この突起部を他方の台座の対向面に接合す
   ると共に、これら両台座の互いに対向する面の少なくと
   もいずれか一方に溝端が台座側面に開放する井桁状の応
   力絶縁溝を形成したことを特徴とする半導体圧力変換
   器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体圧力変換器におい
   て、第１の台座を熱膨張係数が半導体圧力センサの熱膨
   張係数と近似した材料で形成し、第２の台座を半導体で
   形成し、前記半導体圧力センサと第１の台座および第１
   の台座と第２の台座をそれぞれ陽極接合したことを特徴
   とする半導体圧力変換器。