JP2017129397A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力センサに関し、例えばサニタリー用圧力センサに関する。 The present invention relates to a pressure sensor, for example, a sanitary pressure sensor.
一般に、流体の圧力を検出する圧力センサが衛生的な配慮が必要な食品や医薬品等の製造現場等で用いられるサニタリー用圧力センサとして認められるためには、耐食性、清浄性、信頼性、および汎用性等に関する厳しい要件を満足しなければならない。 In general, in order for a pressure sensor that detects the pressure of a fluid to be recognized as a sanitary pressure sensor used in the production site of food or pharmaceutical products that requires sanitary considerations, it must be resistant to corrosion, cleanliness, reliability, and general use. Strict requirements regarding sex etc. must be satisfied.
例えば、耐食性として、サニタリー用圧力センサは、圧力の測定対象の流体（例えば液体）が接触する接液部分にステンレス鋼（ＳＵＳ）、セラミックス、およびチタン等の耐食性の高い材料を用いなければならない。また、清浄性として、サニタリー用圧力センサは、洗浄しやすいフラッシュダイアフラム構造を有し、且つ蒸気洗浄に対する高い耐熱衝撃性を有していなければならない。また、信頼性として、サニタリー用圧力センサは、封入剤を使用しない構造（オイルフリー構造）、およびダイアフラムが破れ難い構造（バリア高剛性）を有していなければならない。 For example, as a corrosion resistance, a sanitary pressure sensor must use a material having high corrosion resistance such as stainless steel (SUS), ceramics, and titanium in a wetted part where a fluid (for example, a liquid) whose pressure is to be measured comes into contact. Further, as a cleanliness, the sanitary pressure sensor must have a flush diaphragm structure that is easy to clean, and must have a high thermal shock resistance against steam cleaning. In addition, as a reliability, the sanitary pressure sensor must have a structure that does not use an encapsulant (oil-free structure) and a structure that does not easily break the diaphragm (barrier high rigidity).
このように、サニタリー用圧力センサは、使用する材料や構造が他の圧力センサに比べて制限されるため、高感度化が容易ではない。例えば、ダイアフラムが破れ難い構造を実現するためには、ダイアフラムの膜厚を大きくする（ダイアフラムの厚みに対する径のアスペクト比を小さくする）必要があるが、一般に、ダイアフラムの膜厚を大きくするとダイアフラムの変形量が微小となり、センサ感度が低下するという問題がある。そのため、サニタリー用圧力センサでは、ダイアフラムの微小な変形を精度良く検出する技術が求められている。 As described above, the sanitary pressure sensor is not easily increased in sensitivity because the material and structure to be used are limited compared to other pressure sensors. For example, in order to realize a structure in which the diaphragm is difficult to break, it is necessary to increase the thickness of the diaphragm (reduce the aspect ratio of the diameter to the thickness of the diaphragm). There is a problem that the amount of deformation becomes minute and the sensor sensitivity decreases. Therefore, a sanitary pressure sensor is required to have a technique for accurately detecting minute deformation of the diaphragm.
例えば、特許文献１，２には、拡散抵抗から成るひずみゲージが形成されたＳｉ等の半導体チップ（ビーム部材）に、ダイアフラムの中心部分の変位のみを伝達し、上記半導体チップの歪に基づくピエゾ抵抗効果による拡散抵抗の抵抗値の変化を検出することでセンサの高感度化を狙った荷重変換型の圧力センサが開示されている。 For example, in Patent Documents 1 and 2, only the displacement of the central portion of the diaphragm is transmitted to a semiconductor chip (beam member) such as Si on which a strain gauge made of a diffused resistor is formed, and a piezo based on the strain of the semiconductor chip is transmitted. A load conversion type pressure sensor aimed at increasing the sensitivity of a sensor by detecting a change in the resistance value of a diffused resistor due to a resistance effect is disclosed.
具体的に、特許文献１、２に開示された従来の荷重変換型の圧力センサでは、平面視長方形状の半導体チップの中心部分をダイアフラムの中心部分において支持するとともに、上記半導体チップの両端を実質的に変動しない位置に固定している。例えば、特許文献１では、短冊状の半導体チップの中心をピボットと呼ばれる棒状部材によってダイアフラムの中心において支持するとともに、半導体チップの長手方向の両端を、絶縁架台を介してダイアフラムの外周縁に形成された厚肉部分に固定している。また、特許文献２では、矩形状の半導体チップの中心をダイアフラムの中心に固定するとともに、半導体チップの長手方向の両端を変動しない台座上に固定している。 Specifically, in the conventional load conversion type pressure sensor disclosed in Patent Documents 1 and 2, the center portion of the semiconductor chip having a rectangular shape in plan view is supported by the center portion of the diaphragm, and both ends of the semiconductor chip are substantially The position is fixed so that it does not fluctuate. For example, in Patent Document 1, the center of a strip-shaped semiconductor chip is supported at the center of a diaphragm by a rod-shaped member called a pivot, and both ends in the longitudinal direction of the semiconductor chip are formed on the outer peripheral edge of the diaphragm via an insulating mount. It is fixed to the thick part. In Patent Document 2, the center of a rectangular semiconductor chip is fixed to the center of the diaphragm, and both ends in the longitudinal direction of the semiconductor chip are fixed on a base that does not vary.
上述したように、サニタリー用圧力センサは、ダイアフラムの変化を半導体チップに伝達することで圧力を検知している。しかしながら、サニタリー用圧力センサにおいて、ダイアフラムの変化は、ダイアフラムの受圧面に測定対象の流体からの圧力が加わった場合のみならず、温度が変化した場合においても発生する。 As described above, the sanitary pressure sensor detects the pressure by transmitting the change of the diaphragm to the semiconductor chip. However, in the sanitary pressure sensor, the diaphragm changes not only when the pressure from the fluid to be measured is applied to the pressure receiving surface of the diaphragm but also when the temperature changes.
例えば、特許文献１に示されるような、ひずみゲージを構成する抵抗が形成されたＳｉから成る半導体チップと、ステンレス鋼（ＳＵＳ）から成るダイアフラムと、半導体チップの抵抗が形成される主面がダイアフラムと平行となるようにダイアフラム上で半導体チップを支持する棒状の支持部材とが、ＳＵＳから成るハウジングに収容された圧力センサの場合、ダイアフラムは、温度が上昇すると、ハウジングの熱膨張により平面方向に引っ張られて変形する。これに対し、Ｓｉから成る半導体チップは、ＳＵＳから成るダイアフラムおよびハウジングよりも熱膨張率が小さいため、ダイアフラムに比べて温度変化による変形は少ない。その結果、温度変化に伴うダイアフラムと半導体チップとの変位差に応じた応力が半導体チップに発生し、ひずみゲージを構成する抵抗が変化してセンサ出力が変化してしまう。 For example, as shown in Patent Document 1, a semiconductor chip made of Si in which a resistance constituting a strain gauge is formed, a diaphragm made of stainless steel (SUS), and a main surface on which the resistance of the semiconductor chip is formed is a diaphragm. In the case of a pressure sensor in which a rod-shaped support member that supports a semiconductor chip on a diaphragm so as to be parallel to the diaphragm is housed in a housing made of SUS, when the temperature rises, the diaphragm expands in a plane direction due to thermal expansion of the housing. Deformed when pulled. On the other hand, since the semiconductor chip made of Si has a smaller coefficient of thermal expansion than the diaphragm and housing made of SUS, deformation due to temperature change is less than that of the diaphragm. As a result, a stress corresponding to the displacement difference between the diaphragm and the semiconductor chip due to a temperature change is generated in the semiconductor chip, and the resistance constituting the strain gauge changes to change the sensor output.
このように、半導体チップと熱膨張率の異なる材料から成るハウジングによってダイアフラムを固定し、ひずみゲージが形成される半導体チップの主面がダイアフラムと平行となるように半導体チップをダイアフラム上で支持する構造の圧力センサでは、ダイアフラムの受圧面に測定対象の流体からの圧力が加わっていない場合であっても、温度変化によってひずみゲージを構成する抵抗が変化し、センサ出力に誤差が生じる。 In this way, the diaphragm is fixed by the housing made of a material having a coefficient of thermal expansion different from that of the semiconductor chip, and the semiconductor chip is supported on the diaphragm so that the main surface of the semiconductor chip on which the strain gauge is formed is parallel to the diaphragm. In this pressure sensor, even when pressure from the fluid to be measured is not applied to the pressure receiving surface of the diaphragm, the resistance constituting the strain gauge changes due to temperature change, and an error occurs in the sensor output.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、圧力センサにおいて、温度変化に伴うセンサ出力の誤差を低減することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce an error in sensor output accompanying a temperature change in a pressure sensor.
本発明に係る圧力センサ（１００）は、測定対象の流体の圧力を受ける第１主面（３Ａ）と、第１主面の反対側の第２主面（３Ｂ）とを有するダイアフラム（３）と、ひずみゲージを構成する複数の抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）から成るブリッジ回路（１１）が形成された平面視矩形状の半導体チップ（１）と、平面視で第２主面におけるダイアフラムの中心（３０）に垂設され、半導体チップを支持する棒状の第１支持部材（２ａ）と、第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が第１主面に加わったときにダイアフラムが変形する第２主面の領域に第１支持部材と離間して垂設され、半導体チップを支持する少なくとも２つの棒状の第２支持部材（２ｂ，２ｃ）とを有し、半導体チップは、第１支持部材および第２支持部材の夫々の側面に接合され、ブリッジ回路において互いに直接接続されない２組の抵抗のうち、一方の組の抵抗（Ｒ１，Ｒ３）は、第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が第１主面に加わったときに半導体チップにおいて引張応力が発生する第１領域（２０１）に形成され、他方の組の抵抗（Ｒ２，Ｒ４）は、第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が第１主面に加わったときに半導体チップにおいて圧縮応力が発生する第２領域（２０２）に形成されていることを特徴とする。 A pressure sensor (100) according to the present invention includes a diaphragm (3) having a first main surface (3A) that receives the pressure of a fluid to be measured and a second main surface (3B) opposite to the first main surface. A planar semiconductor chip (1) in which a bridge circuit (11) composed of a plurality of resistors (R1 to R4) constituting a strain gauge is formed, and the center of a diaphragm on the second main surface in plan view ( 30), a rod-shaped first support member (2a) that supports the semiconductor chip, and a second that deforms the diaphragm when a pressure greater than the pressure applied to the second main surface is applied to the first main surface. The main surface has at least two rod-like second support members (2b, 2c) that are vertically spaced from the first support member and support the semiconductor chip. The semiconductor chip includes the first support member and Bonded to each side surface of the second support member Of the two sets of resistors that are not directly connected to each other in the bridge circuit, one set of resistors (R1, R3) is applied to the semiconductor chip when a pressure greater than the pressure applied to the second main surface is applied to the first main surface. The semiconductor chip formed in the first region (201) where the tensile stress is generated and the other set of resistors (R2, R4) is applied to the first main surface when a pressure larger than the pressure applied to the second main surface is applied. In the second region (202) where compressive stress is generated.
上記圧力センサにおいて、上記一方の組の抵抗（Ｒ１，Ｒ３）は、上記第１領域において平面視で半導体チップの中心（１０）を通り第２主面と垂直な直線（１０Ｚ）に対して線対称に夫々形成され、上記他方の組の抵抗（Ｒ２，Ｒ４）は、上記第２領域において平面視で上記直線に対して線対称に形成されていてもよい。 In the pressure sensor, the one pair of resistors (R1, R3) is a line with respect to a straight line (10Z) perpendicular to the second main surface through the center (10) of the semiconductor chip in plan view in the first region. The other pair of resistors (R2, R4) may be formed symmetrically with respect to the straight line in plan view in the second region.
上記圧力センサにおいて、上記抵抗は、平面視で上記直線（１０Ｚ）と垂直な方向に夫々延在していてもよい。 In the pressure sensor, the resistance may extend in a direction perpendicular to the straight line (10Z) in plan view.
上記圧力センサにおいて、上記抵抗は、平面視で上記直線（１０Ｚ）と平行な方向に夫々延在していてもよい。 In the pressure sensor, the resistance may extend in a direction parallel to the straight line (10Z) in plan view.
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を括弧を付して記載している。 In the above description, as an example, reference numerals on the drawings corresponding to the constituent elements of the invention are shown in parentheses.
以上説明したことにより、圧力センサにおいて、温度変化に伴うセンサ出力の誤差を低減することが可能となる。 As described above, in the pressure sensor, it is possible to reduce an error in sensor output accompanying a temperature change.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are given to components common to the respective embodiments, and repeated description is omitted.
〈圧力センサ１００の構成〉
図１〜３は、本発明の一実施の形態に係る圧力センサの構成を示す図である。
図１には、実施の形態に係る圧力センサ１００の斜視図が示され、図２には、図１のＺ方向から見たときの圧力センサ１００の平面構造が示され、図３には、図２のＡ−Ａ断面における圧力センサ１００の断面構造が示されている。なお、図１では、圧力センサ１００の１８０度の断面構造が示されている。
<Configuration of pressure sensor 100>
1-3 is a figure which shows the structure of the pressure sensor which concerns on one embodiment of this invention.
FIG. 1 shows a perspective view of a pressure sensor 100 according to the embodiment, FIG. 2 shows a planar structure of the pressure sensor 100 when viewed from the Z direction of FIG. 1, and FIG. The cross-sectional structure of the pressure sensor 100 in the AA cross section of FIG. 2 is shown. In FIG. 1, a 180-degree cross-sectional structure of the pressure sensor 100 is shown.
図１〜３に示される圧力センサ１００は、測定対象の流体の圧力によってダイアフラムが撓んだときのダイアフラムの変位を、ひずみゲージが形成された半導体チップに伝達することにより、上記流体の圧力を検知する装置である。 The pressure sensor 100 shown in FIGS. 1 to 3 transmits the displacement of the diaphragm when the diaphragm is bent due to the pressure of the fluid to be measured to the semiconductor chip on which the strain gauge is formed, thereby controlling the pressure of the fluid. It is a device to detect.
具体的に、圧力センサ１００は、半導体チップ１、支持部材２ａ，２ｂ，２ｃ、ダイアフラム３、およびハウジング４から構成されている。なお、図１〜３には、圧力センサ１００におけるダイアフラム３の撓みを半導体チップ１に伝達する機構が図示されており、半導体チップ１から出力される信号を処理する回路等のその他の機能部については図示を省略している。また、圧力センサ１００は、検知した圧力の値等の各種情報をユーザに提示するための表示部（例えば液晶ディスプレイ）等を更に有していてもよい。 Specifically, the pressure sensor 100 includes a semiconductor chip 1, support members 2 a, 2 b, 2 c, a diaphragm 3, and a housing 4. 1 to 3 illustrate a mechanism for transmitting the deflection of the diaphragm 3 in the pressure sensor 100 to the semiconductor chip 1. Regarding other functional units such as a circuit for processing a signal output from the semiconductor chip 1. Is not shown. The pressure sensor 100 may further include a display unit (for example, a liquid crystal display) for presenting various types of information such as a detected pressure value to the user.
半導体チップ１、ダイアフラム３、および支持部材２ａ，２ｂ，２ｃは、耐食性の高い金属材料から成るハウジング４に収容されている。ハウジング４は、図１〜３に示されるように、筒状に形成され、一方の端部４Ａが測定対象の流体が流れる配管と接続するための継手形状を有している。ハウジング４の内部は、例えば空気で満たされており、内壁４Ｂ側の圧力は例えば大気圧である。 The semiconductor chip 1, the diaphragm 3, and the support members 2a, 2b, and 2c are accommodated in a housing 4 made of a metal material having high corrosion resistance. As shown in FIGS. 1 to 3, the housing 4 is formed in a cylindrical shape, and one end portion 4 </ b> A has a joint shape for connecting to a pipe through which a fluid to be measured flows. The interior of the housing 4 is filled with, for example, air, and the pressure on the inner wall 4B side is, for example, atmospheric pressure.
ダイアフラム３は、測定対象の流体の圧力を受けるとともに、半導体チップ１および支持部材２ａ，２ｂ，２ｃを支持する膜である。ダイアフラム３は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、セラミックス、およびチタン等の耐食性の高い材料によって構成され、例えば平面視円形状に形成されている。本実施の形態では、一例として、ダイアフラム３およびハウジング４がＳＵＳから構成されているものとして説明する。 The diaphragm 3 is a film that receives the pressure of the fluid to be measured and supports the semiconductor chip 1 and the supporting members 2a, 2b, and 2c. The diaphragm 3 is made of a material having high corrosion resistance such as stainless steel (SUS), ceramics, and titanium, and is formed in, for example, a circular shape in plan view. In the present embodiment, as an example, it is assumed that the diaphragm 3 and the housing 4 are made of SUS.
ダイアフラム３は、ハウジング４の端部４Ａ側に固定され、ハウジング４の端部４Ａの開口部分を塞いでいる。例えば、ダイアフラム３は、その外周縁がハウジング４の端部４Ａ側の内壁４Ｂと隙間なく接合されている。 The diaphragm 3 is fixed to the end 4 </ b> A side of the housing 4 and closes the opening of the end 4 </ b> A of the housing 4. For example, the outer periphery of the diaphragm 3 is joined to the inner wall 4B on the end 4A side of the housing 4 without a gap.
ダイアフラム３は、測定対象の流体と接する受圧面（接液面）３Ａと、受圧面３Ａの反対側の面であって半導体チップ１および支持部２を支持する支持面３Ｂとを有している。ダイアフラム３は、測定対象の流体から支持面３Ｂに加わる圧力（例えば大気圧）よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わることにより、撓む。 The diaphragm 3 has a pressure receiving surface (liquid contact surface) 3A that comes into contact with the fluid to be measured, and a support surface 3B that is a surface opposite to the pressure receiving surface 3A and supports the semiconductor chip 1 and the support portion 2. . The diaphragm 3 bends when a pressure larger than the pressure (for example, atmospheric pressure) applied to the support surface 3B from the fluid to be measured is applied to the pressure receiving surface 3A.
半導体チップ１は、平面視矩形状（例えば長方形状）に形成され、Ｓｉ等の半導体基板から構成されている。半導体チップ１は、半導体チップ１の応力によって発生するひずみを抵抗値の変化として検知するひずみゲージが形成された主面１Ａと、主面１Ａの反対側の面であって、支持部材２が接合される裏面１Ｂとを有している。上記ひずみゲージの詳細については後述する。 The semiconductor chip 1 is formed in a rectangular shape (for example, a rectangular shape) in plan view, and is composed of a semiconductor substrate such as Si. The semiconductor chip 1 includes a main surface 1A on which a strain gauge that detects a strain generated by the stress of the semiconductor chip 1 as a change in resistance value is formed, and a surface opposite to the main surface 1A, and the support member 2 is bonded to the main surface 1A. And back surface 1B. Details of the strain gauge will be described later.
なお、図２では、半導体チップ１の裏面１Ｂにおける支持部材２ａ，２ｂ，２ｃとの接合部分が、半導体チップ１の他の部分に比べてＹ方向に厚肉状に形成されている場合を例示しているが、上記接合部分は上記他の部分と同じ厚さであってもよい。 2 exemplifies a case where the joining portions of the back surface 1B of the semiconductor chip 1 with the support members 2a, 2b, and 2c are formed thicker in the Y direction than the other portions of the semiconductor chip 1. However, the joint portion may have the same thickness as the other portions.
支持部材２ａ，２ｂ，２ｃ（総称する場合には、単に「支持部材２」と表記することがある。）は、支持面３Ｂにおいてダイアフラム３の径上に例えば等間隔に並んで配置され、ダイアフラム３上で半導体チップ１を支持する柱として機能する構造体である。 Support members 2a, 2b, and 2c (which may be simply referred to as “support member 2” when collectively referred to) are arranged on the support surface 3B on the diameter of the diaphragm 3, for example, at equal intervals, and the diaphragm 3 is a structure functioning as a pillar supporting the semiconductor chip 1 on the substrate 3.
支持部材２は、棒状（例えば角柱状）に形成されている。より好ましくは、図１〜３に示されるように四角柱状に形成されている。また、支持部材２は、電気的な絶縁性を有する材料によって構成されている。より好ましくは、支持部材２は、電気的な絶縁性を有し、且つ熱伝導率のより小さい材料によって構成されている。支持部材２の材料としては、ガラス（例えばホウケイ酸ガラス（パイレックス、登録商標））を例示することができる。 The support member 2 is formed in a rod shape (for example, a prismatic shape). More preferably, it is formed in a quadrangular prism shape as shown in FIGS. The support member 2 is made of an electrically insulating material. More preferably, the support member 2 is made of a material having electrical insulation and low thermal conductivity. Examples of the material of the support member 2 include glass (for example, borosilicate glass (Pyrex, registered trademark)).
支持部材２ａは、平面視で支持面３Ｂにおけるダイアフラム３の中心３０に垂設され、半導体チップ１を支持する。具体的に、支持部材２ａは、図１〜３に示されるように、一端において平面視で支持面３Ｂにおけるダイアフラム３の中心３０に接合され、他端側の側面（Ｙ軸と垂直な面）において半導体チップ１の裏面１Ｂの中心部分に接合されている。 The support member 2a is suspended from the center 30 of the diaphragm 3 on the support surface 3B in plan view, and supports the semiconductor chip 1. Specifically, as shown in FIGS. 1 to 3, the support member 2 a is joined to the center 30 of the diaphragm 3 on the support surface 3 </ b> B in a plan view at one end, and a side surface on the other end side (a surface perpendicular to the Y axis). Are joined to the central portion of the back surface 1B of the semiconductor chip 1.
なお、支持部材２ａは、ダイアフラム３の支持面３Ｂにおいて支持部材２ａの底面の中心とダイアフラム３の中心３０とが一致して固定されていることが望ましいが、支持部材２ａの底面の中心がダイアフラム３の中心３０から多少ずれていてもよい。具体的には、ダイアフラム３の半径を“ｒ”としたとき、例えば中心３０を中心とした半径“ｒ＋１０％”の円の内側の範囲内に支持部材２ａの底面の中心が配置されていればよい。 The support member 2a is preferably fixed on the support surface 3B of the diaphragm 3 such that the center of the bottom surface of the support member 2a is aligned with the center 30 of the diaphragm 3, but the center of the bottom surface of the support member 2a is the diaphragm. 3 may be slightly deviated from the center 30. Specifically, when the radius of the diaphragm 3 is “r”, for example, if the center of the bottom surface of the support member 2a is disposed within a range of a circle having a radius “r + 10%” with the center 30 as the center. Good.
支持部材２ｂ，２ｃは、支持面３Ｂに加わる圧力よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わったときにダイアフラム３が変形する支持面３Ｂの領域に支持部材２ａと離間して夫々垂設され、半導体チップ１を夫々支持する。具体的には、支持部材２ｂおよび支持部材２ｃは、支持部材２ａを挟んで点対称の位置に夫々配置されている。 The support members 2b and 2c are respectively suspended from the support member 2a in the region of the support surface 3B where the diaphragm 3 is deformed when a pressure larger than the pressure applied to the support surface 3B is applied to the pressure receiving surface 3A. Each chip 1 is supported. Specifically, the support member 2b and the support member 2c are respectively arranged at point-symmetric positions with the support member 2a interposed therebetween.
より具体的には、図１〜３に示されるように、支持部材２ａは、一端において平面視で支持面３Ｂにおけるダイアフラム３の中心３０から離れた位置に接合され、他端側の側面（Ｙ軸と垂直な面）において半導体チップ１の裏面１Ｂの一方の短辺側の端部に接合されている。 More specifically, as shown in FIGS. 1 to 3, the support member 2 a is joined at one end to a position away from the center 30 of the diaphragm 3 on the support surface 3 </ b> B in plan view, and the other side surface (Y A surface perpendicular to the axis) is joined to an end portion on one short side of the back surface 1B of the semiconductor chip 1.
また、支持部材２ｃは、図１〜３に示されるように、一端において平面視で支持面３Ｂにおけるダイアフラム３の中心３０に対して支持部材２ｂと点対称の位置に接合され、他端側の側面（Ｙ軸と垂直な面）において半導体チップ１の裏面１Ｂの他方の短辺側の端部に接合されている。 As shown in FIGS. 1 to 3, the support member 2 c is joined at a position symmetrical to the support member 2 b with respect to the center 30 of the diaphragm 3 on the support surface 3 </ b> B in a plan view at one end. A side surface (a surface perpendicular to the Y axis) is bonded to the other short side end of the back surface 1B of the semiconductor chip 1.
支持部材２ａ，２ｂ，２ｃは、例えば、夫々の高さ（Ｚ軸方向の長さ）が等しく形成されており、半導体チップ１の主面１Ａと支持面３Ｂとが平行となるように支持面３Ｂにおいて半導体チップ１を支持している。 For example, the support members 2a, 2b, and 2c are formed to have the same height (the length in the Z-axis direction), and the main surface 1A of the semiconductor chip 1 and the support surface 3B are parallel to each other. In 3B, the semiconductor chip 1 is supported.
〈圧力センサ１００の動作原理〉
次に、圧力センサ１００の動作原理について説明する。
先ず、流体からダイアフラム３の受圧面に圧力が加わったときの支持部材の変位について説明する。
<Operation Principle of Pressure Sensor 100>
Next, the operation principle of the pressure sensor 100 will be described.
First, the displacement of the support member when pressure is applied from the fluid to the pressure receiving surface of the diaphragm 3 will be described.
図４は、流体からの圧力によってダイアフラムが変形したときの支持部材の変位を模式的に示した図である。同図には、圧力センサ１００において、ダイアフラム３の受圧面３Ａと支持面３Ｂとに等しい圧力（大気圧）が加わっている状態（図４の上側の図）と、ダイアフラム３の受圧面３Ａに支持面３Ｂに加わる圧力（大気圧）よりも大きな圧力が加わった状態（図４の下側の図）とが示されている。 FIG. 4 is a diagram schematically showing the displacement of the support member when the diaphragm is deformed by the pressure from the fluid. In the same figure, in the pressure sensor 100, the pressure (atmospheric pressure) equal to the pressure receiving surface 3A and the support surface 3B of the diaphragm 3 is applied (upper drawing in FIG. 4), and the pressure receiving surface 3A of the diaphragm 3 is applied. A state in which a pressure greater than the pressure (atmospheric pressure) applied to the support surface 3B is applied (the lower diagram in FIG. 4) is shown.
同図に示すように、圧力センサ１００において、ダイアフラム３の受圧面３Ａに大気圧よりも大きな圧力が加わると、ダイアフラム３が撓む。このとき、支持部材２ａは、ダイアフラム３の中心３０に固定されていることから、Ｚ軸方向に大きく変位し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にはほとんど変位しない。 As shown in the figure, in the pressure sensor 100, when a pressure greater than atmospheric pressure is applied to the pressure receiving surface 3A of the diaphragm 3, the diaphragm 3 bends. At this time, since the support member 2a is fixed to the center 30 of the diaphragm 3, it is greatly displaced in the Z-axis direction and hardly displaced in the X-axis direction and the Y-axis direction.
これに対し、支持部材２ｂ，２ｃは、ダイアフラム３の中心３０から離れた位置において支持面３Ｂと略垂直に固定されていることから、Ｚ軸に対して傾く。すなわち、支持部材２ｂ，２ｃは、Ｚ軸方向の変位のみならず、Ｘ軸方向にも変位が生じる。より具体的には、支持部材２ｂ，２ｃは、ダイアフラム３の中心３０（支持部材２ａ）から離れる方向（ハウジング４の内壁４Ｂに近づく方向）に夫々に傾く。 On the other hand, the support members 2b and 2c are tilted with respect to the Z axis because they are fixed substantially perpendicular to the support surface 3B at a position away from the center 30 of the diaphragm 3. That is, the support members 2b and 2c are displaced not only in the Z-axis direction but also in the X-axis direction. More specifically, the support members 2b and 2c are each inclined in a direction away from the center 30 (support member 2a) of the diaphragm 3 (a direction approaching the inner wall 4B of the housing 4).
図５，６は、流体からの圧力によってダイアフラムが変形したときの半導体チップ１に発生する応力の分布のシミュレーション結果を示す図である。
図５には、図４の下側の図ようにダイアフラム３の受圧面３Ａに大気圧よりも大きな圧力が加わったときの半導体チップ１におけるＸ軸方向（半導体チップ１の辺１ａ，１ｂに平行な方向）の応力分布が示され、図６には、そのときの半導体チップ１におけるＺ軸方向（半導体チップ１の辺１ｃ，１ｄに平行な方向）の応力分布が示されている。なお、図５，６に示す応力分布は、同一のレンジで表示されている。
5 and 6 are diagrams showing simulation results of the distribution of stress generated in the semiconductor chip 1 when the diaphragm is deformed by the pressure from the fluid.
5, the X-axis direction in the semiconductor chip 1 (parallel to the sides 1a and 1b of the semiconductor chip 1) when a pressure larger than atmospheric pressure is applied to the pressure receiving surface 3A of the diaphragm 3 as shown in the lower side of FIG. FIG. 6 shows the stress distribution in the Z-axis direction (direction parallel to the sides 1c and 1d of the semiconductor chip 1) of the semiconductor chip 1 at that time. 5 and 6 are displayed in the same range.
また、図５，６において、半導体チップ１の中心１０を通り、ダイアフラム３の支持面３Ｂと垂直な（短辺１ｃ，１ｄと平行な）線を中心線１０Ｚと表記し、半導体チップ１の中心１０を通り、ダイアフラム３の支持面３Ｂと平行な（長辺１ａ，１ｂと平行な）線を中心線１０Ｘと表記している。 5 and 6, a line that passes through the center 10 of the semiconductor chip 1 and is perpendicular to the support surface 3B of the diaphragm 3 (parallel to the short sides 1c and 1d) is referred to as a center line 10Z. A line passing through 10 and parallel to the support surface 3B of the diaphragm 3 (parallel to the long sides 1a and 1b) is denoted as a center line 10X.
図５に示すように、流体からの圧力によってダイアフラム３が撓んだ場合、平面視で中心線１０Ｘを境にして、半導体チップ１の長辺１ａ側の領域２０１では、Ｘ軸方向に引張応力が発生し、半導体チップ１の長辺１ｂ側の領域２０２では、Ｘ軸方向に圧縮応力が発生する。また、平面視で中心線１０Ｚに対して線対称の位置にある２点のＸ軸方向の応力の大きさは略等しい。一方、図６に示すように、半導体チップ１のＺ軸方向に発生する応力は、半導体チップ１上の位置によらず略均一となる。 As shown in FIG. 5, when the diaphragm 3 is bent by the pressure from the fluid, the tensile stress in the X-axis direction is obtained in the region 201 on the long side 1a side of the semiconductor chip 1 with the center line 10X as a boundary in plan view. In the region 202 on the long side 1b side of the semiconductor chip 1, a compressive stress is generated in the X-axis direction. In addition, the magnitudes of stresses in the X-axis direction at two points that are line-symmetric with respect to the center line 10Z in plan view are substantially equal. On the other hand, as shown in FIG. 6, the stress generated in the Z-axis direction of the semiconductor chip 1 is substantially uniform regardless of the position on the semiconductor chip 1.
次に、温度が変化したときの支持部材の変位について説明する。
図７は、温度変化によってダイアフラムが変形したときの支持部材の変位を模式的に示した図である。同図には、圧力センサ１００において、ダイアフラム３の受圧面３Ａと支持面３Ｂとに等しい圧力（大気圧）が加わっている状態（図７の上側の図）と、ダイアフラム３に加わる圧力は変わらずに温度が上昇した状態（図７の下側の図）とが示されている。
Next, the displacement of the support member when the temperature changes will be described.
FIG. 7 is a diagram schematically showing the displacement of the support member when the diaphragm is deformed by a temperature change. In the same figure, in the pressure sensor 100, the pressure (atmospheric pressure) equal to the pressure receiving surface 3A and the support surface 3B of the diaphragm 3 is applied (the upper diagram in FIG. 7), and the pressure applied to the diaphragm 3 is different. The state in which the temperature has risen (the lower diagram in FIG. 7) is shown.
同図に示すように、圧力センサ１００において、ダイアフラム３の支持面３Ｂと受圧面３Ａに加わる圧力が夫々等しい状態において温度が上昇すると、例えばハウジング４およびダイアフラム３がＳＵＳから構成されている場合、ハウジング４およびダイアフラム３は熱膨張によりＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に伸びる。例えば、Ｘ軸方向に着目した場合、ハウジング４の内径が拡がり、それに伴いハウジング４に固定されているダイアフラム３の径も伸びる。これにより、支持部材２ｂ，２ｃが支持部材２ａからＸ軸方向に離れ、ダイアフラム３上に固定されている支持部材２ａと支持部材２ｂとの間隔（支持部材２ａと支持部材２ｂと間のＸ軸方向の距離）、および支持部材２ａと支持部材２ｃとの間隔（支持部材２ａと支持部材２ｃと間のＸ軸方向の距離）が拡がる。 As shown in the figure, in the pressure sensor 100, when the temperature rises when the pressure applied to the support surface 3B of the diaphragm 3 and the pressure receiving surface 3A are equal, for example, when the housing 4 and the diaphragm 3 are made of SUS, The housing 4 and the diaphragm 3 extend in the X, Y, and Z axis directions due to thermal expansion. For example, when attention is paid to the X-axis direction, the inner diameter of the housing 4 increases, and the diameter of the diaphragm 3 fixed to the housing 4 also increases accordingly. As a result, the support members 2b and 2c are separated from the support member 2a in the X-axis direction, and the distance between the support member 2a and the support member 2b fixed on the diaphragm 3 (the X axis between the support member 2a and the support member 2b). Direction distance) and the distance between the support member 2a and the support member 2c (the distance in the X-axis direction between the support member 2a and the support member 2c) are increased.
一方、Ｓｉから構成されている半導体チップ１は、ＳＵＳから構成されたハウジング４およびダイアフラム３よりも熱膨張率が低いため、半導体チップ１とハウジング４およびダイアフラム３との間に、熱膨張率の差に基づくＸ軸方向の変位差が生じる。このとき、半導体チップ１は、ダイアフラム３に垂設された支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面に張り付けられているため、中心線１０Ｚを境にしてＸ軸の＋方向および−方向に同程度の力で引っ張られる。 On the other hand, since the semiconductor chip 1 made of Si has a lower coefficient of thermal expansion than the housing 4 and the diaphragm 3 made of SUS, the coefficient of thermal expansion is between the semiconductor chip 1 and the housing 4 and the diaphragm 3. A displacement difference in the X-axis direction based on the difference occurs. At this time, since the semiconductor chip 1 is attached to the side surfaces of the support members 2a, 2b, and 2c suspended from the diaphragm 3, it has the same degree in the + and − directions of the X axis with the center line 10Z as a boundary. Pulled by force.
図８，９は、温度変化によってダイアフラムが変形したときの半導体チップ１に発生する応力の分布のシミュレーション結果を示す図である。
図８には、図７のように温度が上昇したときの半導体チップ１におけるＸ軸方向の応力分布が示され、図９には、そのときの半導体チップ１におけるＺ軸方向の応力分布が示されている。なお、図８，９に示す応力分布は、図５と同一のレンジで表示したものである。
8 and 9 are diagrams showing simulation results of distribution of stress generated in the semiconductor chip 1 when the diaphragm is deformed due to temperature change.
8 shows the stress distribution in the X-axis direction in the semiconductor chip 1 when the temperature rises as shown in FIG. 7, and FIG. 9 shows the stress distribution in the Z-axis direction in the semiconductor chip 1 at that time. Has been. The stress distributions shown in FIGS. 8 and 9 are displayed in the same range as FIG.
温度上昇に伴ってダイアフラム３がＸ軸方向およびＹ軸方向に伸びた場合、図８，９に示すように、半導体チップ１のＸ軸方向およびＺ軸方向の応力は、流体からの圧力印加時に発生する応力に比べて十分に小さく、且つ半導体チップ１上の位置によらず略均一となる。すなわち、半導体チップ１を支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面に張り付けた場合、温度変化によって半導体チップ１のＸ軸方向およびＺ軸方向に発生する応力は、半導体チップ１上の位置によらず略均一となる。 When the diaphragm 3 extends in the X-axis direction and the Y-axis direction as the temperature rises, as shown in FIGS. 8 and 9, the stress in the X-axis direction and the Z-axis direction of the semiconductor chip 1 is applied when pressure is applied from the fluid. It is sufficiently smaller than the generated stress and becomes substantially uniform regardless of the position on the semiconductor chip 1. That is, when the semiconductor chip 1 is attached to the side surfaces of the support members 2 a, 2 b, 2 c, the stress generated in the X-axis direction and the Z-axis direction of the semiconductor chip 1 due to temperature change is substantially independent of the position on the semiconductor chip 1. It becomes uniform.
以上のことから、半導体チップ１を支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面に張り付け、且つ上述したひずみゲージを半導体チップ１における適切な領域に配置しておくことにより、測定対象の流体の圧力を、温度変化によらず、高精度に検知することが可能となる。以下、ひずみゲージの配置について詳細に説明する。 From the above, by attaching the semiconductor chip 1 to the side surfaces of the support members 2a, 2b, and 2c and disposing the above-described strain gauge in an appropriate region in the semiconductor chip 1, the pressure of the fluid to be measured is It becomes possible to detect with high accuracy irrespective of temperature change. Hereinafter, the arrangement of strain gauges will be described in detail.
〈ひずみゲージの配置〉
図１０に示されるように、上記ひずみゲージは、例えば半導体チップ１に形成された４つの抵抗（例えば拡散抵抗）Ｒ１〜Ｒ４から成るブリッジ回路１１によって構成されている。
<Strain gauge placement>
As shown in FIG. 10, the strain gauge is configured by a bridge circuit 11 including, for example, four resistors (for example, diffused resistors) R <b> 1 to R <b> 4 formed on the semiconductor chip 1.
具体的に、ブリッジ回路１１において、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは、電流が供給される端子Ｃと端子Ｄとの間に直列に接続されている。同様に、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ３とは、電流が供給される端子Ｃと端子Ｄとの間に直列に接続されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とが接続されるノードは、出力端子Ａであり、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とが接続されるノードは、出力端子Ｂである。 Specifically, in the bridge circuit 11, the resistor R1 and the resistor R2 are connected in series between a terminal C and a terminal D to which current is supplied. Similarly, the resistor R4 and the resistor R3 are connected in series between the terminal C and the terminal D to which current is supplied. The node to which the resistor R1 and the resistor R2 are connected is the output terminal A, and the node to which the resistor R3 and the resistor R4 are connected is the output terminal B.
圧力センサ１００では、ブリッジ回路１１の端子Ｃと端子Ｄとの間に一定の電流Ｉを流した状態において、半導体チップ１内部に応力が発生した場合、その応力による抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値の変化を出力端子Ａの電圧Ｖａと出力端子Ｂの電圧Ｖｂの差電圧（スパン電圧）として出力することにより、測定対象の流体の圧力を測定することができる。 In the pressure sensor 100, when stress is generated inside the semiconductor chip 1 in a state where a constant current I flows between the terminal C and the terminal D of the bridge circuit 11, the resistance values of the resistors R1 to R4 due to the stress are increased. By outputting the change as a difference voltage (span voltage) between the voltage Va at the output terminal A and the voltage Vb at the output terminal B, the pressure of the fluid to be measured can be measured.
ここで、ブリッジ回路１１のスパン電圧Ｖｏは、下記の式（１）で表すことができる。式（１）において、Ｖａ，Ｖｂは、図１０における出力端子Ａ，Ｂの夫々の電圧であり、Ｉは定電流源Ｉから供給される電流である。 Here, the span voltage Vo of the bridge circuit 11 can be expressed by the following equation (1). In the formula (1), Va and Vb are voltages of the output terminals A and B in FIG. 10, and I is a current supplied from the constant current source I.
図１１，１２に、ブリッジ回路１１を構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ４の半導体チップ１上の配置例を示す。
上述したように、３つの支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面（Ｙ軸方向の面）に接合された半導体チップ１は、測定対象の流体からの圧力によってダイアフラム３が撓んだ場合、図５，６に示したように、領域２０１にＸ軸方向の引張応力が生じるとともに領域２０２にＸ軸方向の圧縮応力が生じ、Ｚ軸方向には均一な応力が発生する。一方、温度が変化した場合には、図８，９に示したように、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に均一な応力が発生する。
FIGS. 11 and 12 show an arrangement example of the resistors R <b> 1 to R <b> 4 constituting the bridge circuit 11 on the semiconductor chip 1.
As described above, when the semiconductor chip 1 bonded to the side surfaces (surfaces in the Y-axis direction) of the three support members 2a, 2b, and 2c is deformed by the pressure from the fluid to be measured, FIG. 6, tensile stress in the X-axis direction is generated in the region 201, compressive stress in the X-axis direction is generated in the region 202, and uniform stress is generated in the Z-axis direction. On the other hand, when the temperature changes, as shown in FIGS. 8 and 9, uniform stress is generated in the X-axis direction and the Z-axis direction.
そこで、ブリッジ回路１１において、互いに直接接続されない２組の抵抗のうち、一方の組の抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ３を、半導体チップ１の主面１Ａ（および裏面１Ｂ）における長辺１ａ側に形成し、他方の組の抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ４を、半導体チップ１の主面１Ａ（および裏面１Ｂ）における長辺１ｂ側に形成する。具体的には、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ３を引張応力が発生する領域２０１に形成し、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ４を圧縮応力が発生する領域２０２に形成する。 Therefore, in the bridge circuit 11, among the two sets of resistors that are not directly connected to each other, one set of resistors R1 and R3 is formed on the long side 1a side of the main surface 1A (and the back surface 1B) of the semiconductor chip 1, The other set of resistors R2 and R4 is formed on the long side 1b side of the main surface 1A (and the back surface 1B) of the semiconductor chip 1. Specifically, the resistor R1 and the resistor R3 are formed in the region 201 where the tensile stress is generated, and the resistor R2 and the resistor R4 are formed in the region 202 where the compressive stress is generated.
より具体的には、図１１，１２に示すように、抵抗Ｒ１，Ｒ３を、領域２０１において中心線１０Ｚに対して線対称に夫々形成し、抵抗Ｒ２，Ｒ４を、領域２０２において中心線１０Ｚに対して線対称に夫々形成する。 More specifically, as shown in FIGS. 11 and 12, resistors R1 and R3 are formed symmetrically with respect to the center line 10Z in the region 201, respectively, and resistors R2 and R4 are formed on the center line 10Z in the region 202. On the other hand, they are formed in line symmetry.
ここで、抵抗Ｒ１〜Ｒ４が長方形状に形成される場合には、抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、図１１に示すように、中心線１０Ｚと垂直に延在するように形成してもよいし、図１２に示すように、中心線１０Ｚと平行に延在するように形成してもよい。 Here, when the resistors R1 to R4 are formed in a rectangular shape, the resistors R1 to R4 may be formed so as to extend perpendicular to the center line 10Z as shown in FIG. As shown in FIG. 12, it may be formed to extend in parallel with the center line 10Z.
このように抵抗Ｒ１〜Ｒ４を半導体チップ１に形成することにより、温度変化に対して抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が略均等に変化するため、式（１）における“Ｒ１×Ｒ３−Ｒ４×Ｒ２”は略ゼロとなり、ブリッジ回路１１のスパン電圧Ｖｏはほとんど変化しない。一方、測定対象の流体からの圧力によってダイアフラム３が撓んだ場合には、各抵抗Ｒ１〜Ｒ４が形成される位置に応じて各抵抗値が変化し、各抵抗Ｒ１〜Ｒ４の変化に応じたスパン電圧Ｖｏがブリッジ回路１１から出力される。 By forming the resistors R1 to R4 in the semiconductor chip 1 in this way, the resistance values of the resistors R1 to R4 change substantially evenly with respect to the temperature change, so that “R1 × R3−R4 × R2” in the equation (1). "Becomes substantially zero, and the span voltage Vo of the bridge circuit 11 hardly changes. On the other hand, when the diaphragm 3 is bent by the pressure from the fluid to be measured, each resistance value changes according to the position where each resistance R1 to R4 is formed, and according to the change of each resistance R1 to R4. A span voltage Vo is output from the bridge circuit 11.
〈圧力センサ１００の効果〉
以上、本実施の形態に係る圧力センサ１００によれば、平面視矩形状の半導体チップ１をダイアフラム３上に垂設された支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面に接合するとともに、ブリッジ回路１１において直接接続されない２組の抵抗のうち、一方の組の抵抗Ｒ１，Ｒ３を半導体チップ１の引張応力が発生する領域２０１に配置し、他方の組の抵抗Ｒ２，Ｒ４を半導体チップ１の圧縮応力が発生する領域２０２に配置することにより、測定対象の流体からの圧力を検出しつつ、温度変化に伴うセンサ出力の誤差を低減することができる。
<Effect of pressure sensor 100>
As described above, according to the pressure sensor 100 according to the present embodiment, the semiconductor chip 1 having a rectangular shape in plan view is joined to the side surfaces of the supporting members 2a, 2b, and 2c suspended from the diaphragm 3, and the bridge circuit 11 Of the two sets of resistors that are not directly connected, one set of resistors R1 and R3 is arranged in the region 201 where the tensile stress of the semiconductor chip 1 is generated, and the other set of resistors R2 and R4 is set by the compressive stress of the semiconductor chip 1. By arranging in the generated region 202, it is possible to reduce the error in the sensor output accompanying the temperature change while detecting the pressure from the fluid to be measured.
特に、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３を、半導体チップ１の領域２０１において平面視で中心線１０Ｚに対して線対称に夫々配置し、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４を、半導体チップ１の領域２０２において平面視で中心線１０Ｚに対して線対称に夫々配置することにより、測定対象の流体からの圧力をより高精度に検出することができ、且つ温度変化に伴うセンサ出力の誤差をより効果的に低減することができる。 In particular, the resistors R1 and R3 are arranged symmetrically with respect to the center line 10Z in the plan view in the region 201 of the semiconductor chip 1, and the resistors R2 and R4 are centered in the plan view in the region 202 of the semiconductor chip 1. By arranging them symmetrically with respect to the line 10Z, the pressure from the fluid to be measured can be detected with higher accuracy, and the error in the sensor output accompanying the temperature change can be more effectively reduced. it can.
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof. Yes.
例えば、上記実施の形態において、支持部材２ａ，２ｂ，２ｃのダイアフラム３と反対側の端面と半導体チップ１の側面のＺ軸方向の高さが一致するように、半導体チップ１を支持部材２ａ，２ｂ，２ｃに接合する場合を例示したが、半導体チップ１は支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面に接合されていればよく、半導体チップ１を張り付ける、支持部材２ａ，２ｂ，２ｃ上のＺ軸方向の位置は特に限定されない。例えば、半導体チップ１を、支持部材２ａ，２ｂ，２ｃのＺ軸方向の中心付近に接合してもよい。 For example, in the above embodiment, the semiconductor chip 1 is supported by the support members 2a, 2b, 2c so that the end surfaces of the support members 2a, 2b, 2c opposite to the diaphragm 3 and the side surfaces of the semiconductor chip 1 coincide with each other in the Z-axis direction. Although the case where it joins to 2b and 2c was illustrated, the semiconductor chip 1 should just be joined to the side surface of support member 2a, 2b, 2c, and Z on support member 2a, 2b, 2c which pastes the semiconductor chip 1 is attached. The position in the axial direction is not particularly limited. For example, the semiconductor chip 1 may be bonded to the vicinity of the center in the Z-axis direction of the support members 2a, 2b, and 2c.
また、上記実施の形態において、半導体チップ１が長方形状である場合を示したが、半導体チップ１は正方形状であってもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the case where the semiconductor chip 1 was rectangular shape was shown, the semiconductor chip 1 may be square shape.
１００…圧力センサ、１…半導体チップ、１Ａ…半導体チップの主面、１Ｂ…半導体チップの裏面、１ａ，１ｂ…半導体チップの長辺、１ｃ，１ｄ…半導体チップの短辺、１０…半導体チップの中心、１０Ｘ，１０Ｚ…中心線、支持部材…２ａ，２ｂ，２ｃ、３…ダイアフラム、３Ａ…受圧面、３Ｂ…支持面、３０…ダイアフラムの中心、４…ハウジング、４Ａ…ハウジングの端部、４Ｂ…ハウジングの内壁、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…抵抗、１１…ブリッジ回路、２０１，２０２…領域。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Pressure sensor, 1 ... Semiconductor chip, 1A ... Main surface of semiconductor chip, 1B ... Back surface of semiconductor chip, 1a, 1b ... Long side of semiconductor chip, 1c, 1d ... Short side of semiconductor chip, 10 ... Semiconductor chip Center, 10X, 10Z ... center line, support member ... 2a, 2b, 2c, 3 ... diaphragm, 3A ... pressure receiving surface, 3B ... support surface, 30 ... center of diaphragm, 4 ... housing, 4A ... end of housing, 4B ... inner wall of housing, R1, R2, R3, R4 ... resistance, 11 ... bridge circuit, 201, 202 ... region.
Claims (4)
ひずみゲージを構成する複数の抵抗から成るブリッジ回路が形成された平面視矩形状の半導体チップと、
平面視で前記第２主面における前記ダイアフラムの中心に垂設され、前記半導体チップを支持する棒状の第１支持部材と、
前記第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が前記第１主面に加わったときに前記ダイアフラムが変形する前記第２主面の領域に前記第１支持部材と離間して垂設され、半導体チップを支持する少なくとも２つの棒状の第２支持部材と、を有し、
前記半導体チップは、前記第１支持部材および前記第２支持部材の夫々の側面に接合され、
前記ブリッジ回路において互いに直接接続されない２組の前記抵抗のうち、一方の組の前記抵抗は、前記第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が前記第１主面に加わったときに前記半導体チップにおいて引張応力が発生する第１領域に形成され、他方の組の前記抵抗は、前記第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が前記第１主面に加わったときに前記半導体チップにおいて圧縮応力が発生する第２領域に形成されている
ことを特徴とする圧力センサ。 A diaphragm having a first main surface that receives the pressure of a fluid to be measured, and a second main surface opposite to the first main surface;
A rectangular semiconductor chip in plan view in which a bridge circuit composed of a plurality of resistors constituting a strain gauge is formed;
A rod-shaped first support member that is suspended in the center of the diaphragm on the second main surface in plan view and supports the semiconductor chip;
The semiconductor is vertically suspended from the first support member in a region of the second main surface where the diaphragm is deformed when a pressure greater than the pressure applied to the second main surface is applied to the first main surface. And at least two rod-shaped second support members that support the chip,
The semiconductor chip is bonded to each side surface of the first support member and the second support member,
Of the two sets of resistors that are not directly connected to each other in the bridge circuit, one set of the resistors is the semiconductor chip when a pressure greater than the pressure applied to the second main surface is applied to the first main surface. The resistance of the other set is formed in the first region where tensile stress is generated in the semiconductor chip when a pressure larger than the pressure applied to the second main surface is applied to the first main surface. The pressure sensor is formed in a second region where the pressure is generated.
前記一方の組の前記抵抗は、前記第１領域において平面視で前記半導体チップの中心を通り前記第２主面と垂直な直線に対して線対称に夫々形成され、
前記他方の組の前記抵抗は、前記第２領域において平面視で前記直線に対して線対称に夫々形成されている
ことを特徴とする圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1,
The one set of resistors is formed in line symmetry with respect to a straight line passing through the center of the semiconductor chip in a plan view in the first region and perpendicular to the second main surface,
The other set of resistors is formed in line symmetry with respect to the straight line in plan view in the second region.
前記抵抗は、平面視で前記直線と垂直な方向に延在している
ことを特徴とする圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1 or 2,
The pressure sensor, wherein the resistor extends in a direction perpendicular to the straight line in plan view.
前記抵抗は、平面視で前記直線と平行な方向に延在している
ことを特徴とする圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1 or 2,
The resistance extends in a direction parallel to the straight line in plan view.
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