JPS6015010B2 - 圧力検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧力検出器、特に、半導体単結晶に抵抗拡散し
た半導体ストレィンゲージを利用して圧力を検出する圧
力検出器に関するものである。

この種圧力検出器は、例えばｎ型シリコンなどの半導体
単結晶にｐ型の抵抗を選択拡散し、圧力の印加により半
導体単結晶に歪を発生させ、ピェソ抵抗効果によりｐ型
紙抗体に生じた抵抗変化を測定して印加圧力を知るもの
である。この圧力検出器の圧力センサであるシリコンダ
イアフラムの構造を示したのが第１図ａおよびｂで、ａ
は上面、ｂは断面を示している。このセンサはシリコン
ダイアフラム１とシリコン台３および金属台４よりなり
、シリコンダイアフラムーはｎ型シリコン単結晶に凹部
を穿設することにより形成された起歪部１１と固定部１
２を有し、超歪部１１上にはｐ型不純物の拡散により形
成されたゲージ抵抗２１，２２，２３および２４が拡散
されており、各ゲージ抵抗２１，２２，２３および２４
には固定部１２にのびるアルミニウムよりなる電極２５
が設けられている。このシリコンダイアフラム１は接着
層５を介してその固定部１２でシリコン台３に支持され
、シリコン台３はさらに金属台４に接着層６によって接
着支持されている。この圧力センサのシリコンダイアフ
ラムーに圧力を加えるためには、一般に金属ケース（図
示せず）に装着して起歪部１１の表裏に圧力差を発生さ
せる。

この圧力差によって起歪部１１が歪むと、中央部のゲー
ジ抵抗２１，２３と周辺部のゲージ抵抗２２，２４とは
抵抗値が互いに逆に増減するように配置してあるので、
これらのゲージ抵抗２１，２２，２３および２４をブリ
ッジに組み、電圧を印加することにより圧力にほぼ比例
した出力信号を取り出すことができる。このように圧力
検出器においては、一般にシリコンよりケースの金属の
方が膨張係数が大であるため、シリコンダイアフラム１
を金属ケースに装着する際には、シリコンダイアフラム
１を膨張係数の同じシリコン台３に接着層５で気密に接
着した後、さらに金属台４に接着層６で気密接着し、溶
接部７で金属ケースと溶接した構造がとられている。

この金属台４の材料には、フアニコ、タングステン、モ
リブデンなど膨張係数がシリコンとケース金属の中間の
値をもつものが使われるが、場合によってはシリコンと
同じ、またはケース金属と同じ膨張係数の材料を用いる
場合もある。また接着層６は金一シリコン（Ａｕ−Ｓｊ
）共晶、金一ゲルマニウム（Ａｕ−Ｗ）共晶合金のよう
なるう材、または有機接着材、またはガラスなどが使わ
れるが、いずれの場合も１００〜数１００ｑｏの固化温
度のものが用いられる。しかし、このような構造を有す
る圧力検出器においては、金属台４を構成する金属の膨
張係数がシリコン台３の膨張係数より大きいため、圧力
検出器の組立てに当り、シリコン台３を金属台４に接着
し、接着後常温に戻す時に、シリコン台３の接着層６の
外側端部のフリーな部分に引っ張り応力が集中的に発生
し、しかもシリコンは引張応力に弱いことから４５０内
側の方向に割れが発生する確率が高くなる欠点を有して
おり、製作上歩蟹りが低かった。

本発明は、半導体よりなる支持台に発生する引張り応力
を軽減して割れを防止可能な圧力検出器の提供を可能に
するもので、半導体単結晶にダイアフラム状の薄肉部を
設けて起歪部と固定部を形成し、この起歪部に選択拡散
によりストレィンゲージ抵抗を形成した半導体ダイアフ
ラムと、この半導体ダイアフラムを固定部で支持する同
種半導体よりなり中心に孔を有する円板状の支持台と、
この支持台を支持する中心に孔を有する円柱状の金属台
とをそれぞれ同０的に接着してなる圧力センサを有する
圧力検出器において、支持台がその金属台側に円周状の
溝を有し、この溝ほ内径がこの金属台の外径と同等また
はより小であり、かっこの溝の外径がこの金属台の外径
より大なる支持台よりなることを特徴とするものである
。

以下、実施例について説する。

第２図ａおよびｂはそれぞれ一実施例の断面および下面
を示すもので、第１図ａおよびｂと同一部分には同一符
号が付してある。

この装置が第１図の装置と異なる点は、第２図ａの要部
を拡大表示する第３図に示す如く、シリコン台３の金属
台４側に円周状の溝３１を有する点で、この円周状の溝
３１の内径は金属台４の外経つり小さく、かつその外径
は金属台４の外径より大きくなっている。第４図は、こ
のような構造とした場合に、シリコン台３と金属台４と
を接合後、冷却した時生ずる応力の分布を示したもので
、第５図は比較のため従来の構造の場合のシリコン台３
下面の応力分布を示したものである。

すなわち、溝のもうけられていない従来の構造を示す第
５図において、Ａはシリコン台下面の圧縮応力分布を示
し、Ｂはシリコン台下面の引張応力分布を示しており、
シリコン台３と金属台４との接合端部のすぐ外側に大き
な引張り応力が働いていることがわかる。

これに対して、溝３１のもうけられている実施例の構造
を示す第４図において、Ｃはシリコン台３下面の圧縮応
力分布を示し、０は溝３１側面の引張応力分布を示して
おり、この場合にはシリコン台３下面の引張応力がなく
なっていることがわかる。しかし、その反面、溝３１側
面に引張応力Ｄが生ずるが、この引張応力Ｄは、溝３１
の深さをある程度深くすることにより低減できる。例え
ば、金属台４の内径が２肋、外径を４柳とした場合、溝
３１の深さを１柳以上とすれば発生する応力を第５図の
溝のない場合に較べ約１′２にすることができる。この
ようにシリコン台３の金属台４との接着面の面積を金属
台４の面積よりも小さくして接着する場合は、金属台４
の膨張係数がシリコン台よりも大きくても接着面の応力
は圧縮応力のみとなり、シリコンは一般に圧縮応力に強
いため、シリコン台３に割れが発生なくなり、従って歩
蟹りを向上することができる。

なお、実施例においては、シリコン台と金属台との接着
面の面積を金属台の面積より小さくした場合について述
べたが、シリコン台と金属台との後着面の面積が金属台
の面積と同等の場合にもほぼ同様な効果が得られる。

以上、本発明の圧力検出器は、半導体よりなる支持台に
発生する引張り応力を軽減して割れ防止を可能とするも
ので、工業的効果の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂはそれぞれ従釆の圧力検出器の上面図
および断面図、第２図ａおよびｂはそれぞれ本発明圧力
検出器の一実施例の断面図および下面図、第３図は同じ
く要部断面図、第４図は同じく応力分布図、第５図は比
較のために示した第１図の従来の圧力検出器の要部の応
力分布図である。 １……シリコンダイアフラム、３……シリコン台、４・
・・…金属台、６・・・・・・接着層、３１・・・・・
・溝。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体単結晶にダイアフラム状の薄肉部を設けて起
   歪部と固定部を形成し、該起歪部に選択拡散によりスト
   レインゲージ抵抗を形成した半導体ダイアフラムと、該
   半導体ダイアフラムを前記固定部で支持する同種半導体
   よりなり中心に孔を有する円板状の支持台と、該支持台
   を支持する中心に孔を有する円柱状の金属台とを、それ
   ぞれ同心的に接着してなる圧力センサを有る圧力検出器
   において、前記支持台がその前記金属台側に円周状の溝
   を有し、該溝の内径が該金属台の外径と同等またはより
   小であり、かつ該溝ほ外径が該金属台の外径より大なる
   支持台よりなることを特徴とする圧力検出器。 ２ 前記半導体がシリコンである特許請求の範囲第１項
   記載の圧力検出器。