JP6430297B2 - Force detector - Google Patents
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Description
本明細書で開示される技術は、ピエゾ抵抗効果を利用する力検知装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a force detection device that uses a piezoresistance effect.
ピエゾ抵抗効果を利用する力検知装置が開発されており、その一例が特許文献１に開示されている。この種の力検知装置は、基板及び力伝達ブロックを備える。基板の主面には、ブリッジ回路を構成するメサ型ゲージが形成されている。例えば、ブリッジ回路を構成するメサ型ゲージは、矩形の辺に対応して配置されており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する方向に伸びる高感度メサ型ゲージ及び圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する方向に伸びる低感度メサ型ゲージを含む。基板の主面にはさらに、高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージが接続する接続部から伸びるメサ型リードが形成されている。 A force detection device using a piezoresistance effect has been developed, and an example thereof is disclosed in Patent Document 1. This type of force detection device includes a substrate and a force transmission block. A mesa gauge that forms a bridge circuit is formed on the main surface of the substrate. For example, a mesa gauge constituting a bridge circuit is arranged corresponding to a rectangular side, and a high-sensitivity mesa gauge and a compressive stress that extend in a direction in which the electrical resistance value changes relatively relative to the compressive stress. In contrast, a low-sensitivity mesa gauge that extends in a direction in which the electrical resistance value changes relatively small is included. Further, a mesa lead extending from a connection portion where the high sensitivity mesa gauge and the low sensitivity mesa gauge are connected is formed on the main surface of the substrate.
力伝達ブロックは、基板の主面に設けられている高感度メサ型ゲージ、低感度メサ型ゲージ及びメサ型リードを覆うように設けられており、高感度メサ型ゲージの頂面、低感度メサ型ゲージの頂面及びメサ型リードの頂面に接する。力伝達ブロックが高感度メサ型ゲージを押圧すると、高感度メサ型ゲージに加わる圧縮応力が増大し、高感度メサ型ゲージの電気抵抗値がピエゾ抵抗効果によって変化する。この電気抵抗値の変化から力伝達ブロックに加わる力が検知される。 The force transmission block is provided to cover the high-sensitivity mesa gauge, low-sensitivity mesa gauge, and mesa-type lead provided on the main surface of the substrate. It contacts the top surface of the mold gauge and the top surface of the mesa-type lead. When the force transmission block presses the high-sensitivity mesa gauge, the compressive stress applied to the high-sensitivity mesa gauge increases, and the electrical resistance value of the high-sensitivity mesa gauge changes due to the piezoresistance effect. The force applied to the force transmission block is detected from the change in the electrical resistance value.
この種の力検知装置では、センサ感度の向上が望まれている。本明細書では、力検知装置のセンサ感度を向上させる技術を提供することを目的としている。 In this type of force detection device, improvement in sensor sensitivity is desired. In this specification, it aims at providing the technique which improves the sensor sensitivity of a force detection apparatus.
本明細書で開示される力検知装置の一実施形態は、基板及び力伝達ブロックを備える。基板は、高感度メサ型ゲージ、低感度メサ型ゲージ及びメサ型リードを含む。高感度メサ型ゲージは、基板の主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する第１方向に伸びており、頂面を有する。低感度メサ型ゲージは、基板の主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する第２方向に伸びており、頂面を有する。メサ型リードは、基板の主面に設けられており、高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージが接続する接続部から第３方向に伸びており、頂面を有する。力伝達ブロックは、高感度メサ型ゲージの頂面及び低感度メサ型ゲージの頂面に接する。力伝達ブロックは、メサ型リードの頂面の少なくとも一部に接していない。 One embodiment of the force sensing device disclosed herein comprises a substrate and a force transmission block. The substrate includes a high sensitivity mesa gauge, a low sensitivity mesa gauge, and a mesa lead. The high-sensitivity mesa gauge is provided on the main surface of the substrate, extends in a first direction in which the electrical resistance value changes relatively greatly with respect to compressive stress, and has a top surface. The low-sensitivity mesa gauge is provided on the main surface of the substrate, extends in the second direction in which the electric resistance value changes relatively small with respect to the compressive stress, and has a top surface. The mesa lead is provided on the main surface of the substrate, and extends in the third direction from a connection portion where the high sensitivity mesa gauge and the low sensitivity mesa gauge are connected, and has a top surface. The force transmission block contacts the top surface of the high sensitivity mesa gauge and the top surface of the low sensitivity mesa gauge. The force transmission block does not contact at least a part of the top surface of the mesa-type lead.
上記実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックがメサ型リードの頂面の少なくとも一部に接していないので、力伝達ブロックが受圧した力は、高感度メサ型ゲージに効率的に伝達される。これにより、力検知装置のセンサ感度が向上する。 In the force detection device of the above embodiment, since the force transmission block is not in contact with at least a part of the top surface of the mesa lead, the force received by the force transmission block is efficiently transmitted to the high-sensitivity mesa gauge. . Thereby, the sensor sensitivity of a force detection apparatus improves.
以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。 The technical features disclosed in this specification will be summarized below. The items described below have technical usefulness independently.
本明細書で開示される力検知装置の一実施形態は、各種圧力を検知するセンサであり、一例では、気圧又は液圧を検知対象としてもよい。この力検知装置は、基板と力伝達ブロックを備えていてもよい。基板の材料は、圧縮応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗効果が現われるものが望ましい。例えば、基板の例としては、半導体基板及びＳＯＩ基板が挙げられる。基板は、高感度メサ型ゲージ、低感度メサ型ゲージ及びメサ型リードを含んでいてもよい。高感度メサ型ゲージは、基板の主面に設けられており、頂面を有する。高感度メサ型ゲージは、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する第１方向に伸びる。低感度メサ型ゲージは、基板の主面に設けられており、頂面を有する。低感度メサ型ゲージは、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する第２方向に伸びる。第１方向と第２方向は、交わる関係を有する。典型的には、高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージは、ブリッジ回路を構成してもよい。この場合、一対の高感度メサ型ゲージが矩形の対向する一対の辺に対応して配置され、一対の低感度メサ型ゲージが矩形の対向する他の一対の辺に対応して配置されてもよい。ここでいう「相対的」とは、高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージの間の対比を意味する。換言すれば、高感度メサ型ゲージの電気抵抗値は、低感度メサ型ゲージよりも圧縮応力に対して大きく変化する。メサ型リードは、基板の主面に設けられており、頂面を有する。メサ型リードは、高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージが接続する接続部から第３方向に伸びる。第３方向は、第１方向と第２方向の双方と交わる関係を有していてもよく、第１方向と第２方向のいずれか一方と平行な関係を有していてもよい。力伝達ブロックは、高感度メサ型ゲージの頂面及び低感度メサ型ゲージの頂面に接する。力伝達ブロックは、メサ型リードの頂面の少なくとも一部に接していない。望ましくは、力伝達ブロックは、メサ型リードの頂面に接していない。 One embodiment of the force detection device disclosed in the present specification is a sensor that detects various pressures. In one example, the detection target may be atmospheric pressure or hydraulic pressure. The force detection device may include a substrate and a force transmission block. The material of the substrate is preferably one that exhibits a piezoresistance effect in which the electrical resistance changes according to the compressive stress. For example, examples of the substrate include a semiconductor substrate and an SOI substrate. The substrate may include a high sensitivity mesa gauge, a low sensitivity mesa gauge, and a mesa lead. The high sensitivity mesa gauge is provided on the main surface of the substrate and has a top surface. The high-sensitivity mesa gauge extends in the first direction in which the electrical resistance value changes relatively greatly with respect to the compressive stress. The low-sensitivity mesa type gauge is provided on the main surface of the substrate and has a top surface. The low-sensitivity mesa type gauge extends in the second direction in which the electric resistance value changes relatively small with respect to the compressive stress. The first direction and the second direction have a crossing relationship. Typically, the high-sensitivity mesa gauge and the low-sensitivity mesa gauge may constitute a bridge circuit. In this case, a pair of high-sensitivity mesa type gauges are arranged corresponding to a pair of opposite sides of the rectangle, and a pair of low-sensitivity mesa type gauges are arranged corresponding to the other pair of opposite sides of the rectangle. Good. Here, “relative” means a contrast between a high-sensitivity mesa gauge and a low-sensitivity mesa gauge. In other words, the electric resistance value of the high-sensitivity mesa gauge changes more greatly with respect to the compressive stress than the low-sensitivity mesa gauge. The mesa lead is provided on the main surface of the substrate and has a top surface. The mesa lead extends in the third direction from a connection portion where the high sensitivity mesa gauge and the low sensitivity mesa gauge are connected. The third direction may have a relationship that intersects both the first direction and the second direction, or may have a relationship parallel to either the first direction or the second direction. The force transmission block contacts the top surface of the high sensitivity mesa gauge and the top surface of the low sensitivity mesa gauge. The force transmission block does not contact at least a part of the top surface of the mesa-type lead. Desirably, the force transmission block does not contact the top surface of the mesa lead.
上記実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックと高感度メサ型ゲージの頂面の接する面積が、力伝達ブロックと低感度メサ型ゲージの頂面の接する面積よりも大きくてもよい。この力検知装置では、力伝達ブロックが接する面積を高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージの間で異ならせることにより、力伝達ブロックで受圧した力の多くを高感度メサ型ゲージに伝達させることができる。これにより、高感度メサ型ゲージに加わる圧縮応力が増大するので、力検知装置のセンサ感度が向上する。なお、力検知装置のセンサ感度を向上させるためには、力伝達ブロックが高感度メサ型ゲージの頂面にのみ接する構成が考えられる。しかしながら、このような構成の力検知装置では、力伝達ブロックが低感度メサ型ゲージによって支持されていないので、力伝達ブロックが基板側に向けて撓むことで、高感度メサ型ゲージが片変形し、圧縮応力と電気抵抗値の間の直線性が悪化する。力伝達ブロックが高感度メサ型ゲージの頂面及び低感度メサ型ゲージの頂面の双方に接すると、力伝達ブロックの撓みが抑えられ、高感度メサ型ゲージの片変形が抑えられ、圧縮応力と電気抵抗値の間の直線性が良好となる。上記実施形態の力検知装置では、センサ感度と直線性の双方が良好なものとなる。 In the force detection device of the above embodiment, the area where the force transmission block and the top surface of the high-sensitivity mesa gauge are in contact may be larger than the area where the force transmission block and the top surface of the low-sensitivity mesa gauge are in contact. In this force detection device, the area that the force transmission block contacts is different between the high-sensitivity mesa gauge and the low-sensitivity mesa gauge, so that most of the force received by the force transmission block is transmitted to the high-sensitivity mesa gauge. be able to. Thereby, since the compressive stress added to a high sensitivity mesa type gauge increases, the sensor sensitivity of a force detector improves. In order to improve the sensor sensitivity of the force detection device, a configuration in which the force transmission block contacts only the top surface of the high-sensitivity mesa gauge can be considered. However, in the force detection device having such a configuration, since the force transmission block is not supported by the low-sensitivity mesa gauge, the high-sensitivity mesa gauge is deformed in one piece when the force transmission block bends toward the substrate side. However, the linearity between the compressive stress and the electric resistance value is deteriorated. When the force transmission block is in contact with both the top surface of the high-sensitivity mesa gauge and the top surface of the low-sensitivity mesa gauge, the deflection of the force transmission block is suppressed, and the single deformation of the high-sensitivity mesa gauge is suppressed. And the linearity between the electrical resistance values is good. In the force detection device of the above embodiment, both sensor sensitivity and linearity are good.
上記実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックが、第２方向に沿って互いに離間して形成された複数の複数部分を有していてもよい。この場合、複数部分の各々が、低感度メサ型ゲージの頂面に接してもよい。この実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックの撓みが抑えられ、センサ感度と直線性の双方が良好なものとなる。 In the force detection device of the above-described embodiment, the force transmission block may include a plurality of portions that are formed apart from each other along the second direction. In this case, each of the plurality of portions may be in contact with the top surface of the low-sensitivity mesa gauge. In the force detection device of this embodiment, the deflection of the force transmission block is suppressed, and both sensor sensitivity and linearity are good.
低感度メサ型ゲージは、第２方向に沿って中央付近を伸びる中央領域と、接続部から第２方向に沿って中央領域まで伸びる周辺領域と、を有していてもよい。さらに、力伝達ブロックの複数部分の各々が低感度メサ型ゲージの頂面に接する力検知装置では、複数部分と中央領域の頂面の接する面積が、複数部分と周辺領域の頂面の接する面積よりも大きくてもよい。この実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックと低感度メサ型ゲージの接触面積を小さく抑えながら、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができる。これにより、この実施形態の力検知装置では、センサ感度と直線性がさらに良好なものとなる。 The low-sensitivity mesa type gauge may have a central region extending near the center along the second direction and a peripheral region extending from the connecting portion to the central region along the second direction. Furthermore, in the force detection device in which each of the plurality of portions of the force transmission block is in contact with the top surface of the low-sensitivity mesa gauge, the area where the plurality of portions and the top surface of the central region are in contact is the area where the plurality of portions and the top surface of the peripheral region are in contact May be larger. In the force detection device of this embodiment, it is possible to effectively suppress the deflection of the force transmission block while suppressing the contact area between the force transmission block and the low sensitivity mesa gauge. Thereby, in the force detection apparatus of this embodiment, sensor sensitivity and linearity are further improved.
低感度メサ型ゲージは、第２方向に沿って中央付近を伸びる中央領域と、接続部から第２方向に沿って中央領域まで伸びる周辺領域と、を有していてもよい。さらに、力伝達ブロックの複数部分の各々が低感度メサ型ゲージの頂面に接する力検知装置では、中央領域に対応して配置される複数部分が、周辺領域に対応して配置される複数部分に比べて、間隔がより密に形成されていてもよい。この実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックと低感度メサ型ゲージの接触面積を小さく抑えながら、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができる。これにより、この実施形態の力検知装置では、センサ感度と直線性の双方がさらに良好なものとなる。 The low-sensitivity mesa type gauge may have a central region extending near the center along the second direction and a peripheral region extending from the connecting portion to the central region along the second direction. Further, in the force detection device in which each of the plurality of parts of the force transmission block is in contact with the top surface of the low-sensitivity mesa gauge, the plurality of parts arranged corresponding to the central area are arranged corresponding to the peripheral area. Compared to, the intervals may be formed more densely. In the force detection device of this embodiment, it is possible to effectively suppress the deflection of the force transmission block while suppressing the contact area between the force transmission block and the low sensitivity mesa gauge. Thereby, in the force detection apparatus of this embodiment, both sensor sensitivity and linearity are further improved.
図１〜図３に示されるように、力検知装置１は、例えば、圧力容器の容器内圧を検知する半導体圧力センサであり、半導体基板２及び力伝達ブロック４を備える。 As shown in FIGS. 1 to 3, the force detection device 1 is a semiconductor pressure sensor that detects, for example, the internal pressure of a pressure vessel, and includes a semiconductor substrate 2 and a force transmission block 4.
図１及び図２に示されるように、半導体基板２は、ｎ型の単結晶シリコンであり、その主面２Ｓが（１１０）結晶面である。半導体基板２の主面２Ｓには複数の溝１１が形成されている。複数の溝１１は、半導体基板２の主面２Ｓに検知部１０を画定する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor substrate 2 is n-type single crystal silicon, and its main surface 2S is a (110) crystal plane. A plurality of grooves 11 are formed in the main surface 2S of the semiconductor substrate 2. The plurality of grooves 11 define the detection unit 10 on the main surface 2S of the semiconductor substrate 2.
図３に示されるように、検知部１０は、ブリッジ回路を構成するメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８を有する。図１及び図２に示されるように、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８は、溝１１の底面からメサ状に突出しており、その高さは約０．５〜５μｍである。メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の頂面は、溝１１の周囲の半導体基板２の主面２Ｓと同一面に位置する。即ち、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８は、例えばドライエッチング技術を利用して、半導体基板２の主面２Ｓに複数の溝１１を形成した残部として形成される。 As shown in FIG. 3, the detection unit 10 includes mesa gauges 12, 14, 16, and 18 that form a bridge circuit. As shown in FIGS. 1 and 2, the mesa type gauges 12, 14, 16, and 18 protrude in a mesa shape from the bottom surface of the groove 11, and the height thereof is about 0.5 to 5 μm. The top surfaces of the mesa gauges 12, 14, 16, 18 are located on the same plane as the main surface 2 </ b> S of the semiconductor substrate 2 around the groove 11. That is, the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 are formed as a remaining portion in which the plurality of grooves 11 are formed in the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 by using, for example, a dry etching technique.
図３に示されるように、検知部１０のメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８は、正方形の辺に対応して配置されている。対向する一対の辺を構成するメサ型ゲージ１４，１８はそれぞれ、第１高感度メサ型ゲージ１４及び第２高感度メサ型ゲージ１８と称する。対向する他の一対の辺を構成するメサ型ゲージ１２，１６はそれぞれ、第１低感度メサ型ゲージ１２及び第２低感度メサ型ゲージ１６と称する。 As shown in FIG. 3, the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 of the detection unit 10 are arranged corresponding to the sides of the square. The mesa gauges 14 and 18 constituting a pair of opposing sides are referred to as a first high sensitivity mesa gauge 14 and a second high sensitivity mesa gauge 18, respectively. The mesa-type gauges 12 and 16 constituting the other pair of opposing sides are referred to as a first low-sensitivity mesa gauge 12 and a second low-sensitivity mesa-type gauge 16, respectively.
第１高感度メサ型ゲージ１４及び第２高感度メサ型ゲージ１８は、半導体基板２の＜１１０＞方向に沿って伸びている。半導体基板２の＜１１０＞方向に伸びる第１高感度メサ型ゲージ１４及び第２高感度メサ型ゲージ１８は、圧縮応力に応じて電気抵抗値が大きく変化することを特徴としており、ピエゾ抵抗効果を有する。 The first high sensitivity mesa gauge 14 and the second high sensitivity mesa gauge 18 extend along the <110> direction of the semiconductor substrate 2. The first high-sensitivity mesa gauge 14 and the second high-sensitivity mesa gauge 18 that extend in the <110> direction of the semiconductor substrate 2 are characterized in that the electrical resistance value changes greatly according to the compressive stress, and the piezoresistance effect Have
第１低感度メサ型ゲージ１２及び第２低感度メサ型ゲージ１６は、半導体基板２の＜１００＞方向に沿って伸びている。半導体基板２の＜１００＞方向に伸びる第１低感度メサ型ゲージ１２及び第２低感度メサ型ゲージ１６は、圧縮応力に応じて電気抵抗値がほとんど変化しないことを特徴としており、ピエゾ抵抗効果を実質的に有しない。 The first low-sensitivity mesa gauge 12 and the second low-sensitivity mesa gauge 16 extend along the <100> direction of the semiconductor substrate 2. The first low-sensitivity mesa gauge 12 and the second low-sensitivity mesa gauge 16 that extend in the <100> direction of the semiconductor substrate 2 are characterized in that their electrical resistance values hardly change according to compressive stress, and the piezoresistance effect Is substantially absent.
図１及び図２に示されるように、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の表面には、ｐ型不純物が導入されたゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａが形成されている。ゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａの不純物濃度は、約１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３である。ゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａは、ｐｎ接合によって、ｎ型の半導体基板２から実質的に絶縁されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, gauge portions 12 a, 14 a, 16 a, and 18 a into which p-type impurities are introduced are formed on the surfaces of the mesa-type gauges 12, 14, 16, and 18. The impurity concentration of the gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a is about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 . The gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a are substantially insulated from the n-type semiconductor substrate 2 by pn junctions.
図３に示されるように、半導体基板２は、主面２Ｓにｐ型不純物が導入された配線部２２，２４，２６，２８を有する。配線部２２，２４，２６，２８の不純物濃度は、約１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３である。配線部２２，２４，２６，２８は、検知部１０と電極３２，３４，３６，３８を電気的に接続する。電極３２，３４，３６，３８は、半導体基板２の主面２Ｓ上に設けられており、力伝達ブロック４で覆われる範囲外に配置されている。 As shown in FIG. 3, the semiconductor substrate 2 has wiring portions 22, 24, 26, and 28 in which p-type impurities are introduced into the main surface 2 </ b> S. The impurity concentration of the wiring portions 22, 24, 26, and 28 is about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 . The wiring parts 22, 24, 26, 28 electrically connect the detection part 10 and the electrodes 32, 34, 36, 38. The electrodes 32, 34, 36, and 38 are provided on the main surface 2 </ b> S of the semiconductor substrate 2 and are disposed outside the range covered with the force transmission block 4.
第１配線部２２は、一端が第１低感度メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａと第１高感度メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａが接続する第１接続部１３に接続されており、他端が第１電極３２に接続されている。第１配線部２２は、メサ型ゲージ１２，１４の第１接続部１３側に第１メサ型リード２２ａを有する。第１メサ型リード２２ａは、溝１１の底面からメサ状に突出しており、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８と同一工程で形成される。 One end of the first wiring part 22 is connected to the first connection part 13 to which the gauge part 12a of the first low-sensitivity mesa gauge 12 and the gauge part 14a of the first high-sensitivity mesa gauge 14 are connected. Is connected to the first electrode 32. The first wiring part 22 has a first mesa lead 22 a on the first connection part 13 side of the mesa gauges 12 and 14. The first mesa type lead 22a protrudes in a mesa shape from the bottom surface of the groove 11 and is formed in the same process as the mesa type gauges 12, 14, 16, and 18.
第２配線部２４は、一端が第１高感度メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａと第２低感度メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａが接続する第２接続部１５に接続されており、他端が第２電極３４に接続されている。第２配線部２４は、メサ型ゲージ１４，１６の第２接続部１５側に第２メサ型リード２４ａを有する。第２メサ型リード２４ａは、溝１１の底面からメサ状に突出しており、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８と同一工程で形成される。 The second wiring part 24 has one end connected to the second connection part 15 to which the gauge part 14a of the first high sensitivity mesa gauge 14 and the gauge part 16a of the second low sensitivity mesa gauge 16 are connected, and the other end. Is connected to the second electrode 34. The second wiring part 24 has a second mesa type lead 24 a on the second connection part 15 side of the mesa type gauges 14 and 16. The second mesa type lead 24 a protrudes in a mesa shape from the bottom surface of the groove 11 and is formed in the same process as the mesa type gauges 12, 14, 16, 18.
第３配線部２６は、一端が第２低感度メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａと第２高感度メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａが接続する第３接続部１７に接続されており、他端が第３電極３６に接続されている。第３配線部２６は、メサ型ゲージ１６，１８の第３接続部１７側に第３メサ型リード２６ａを有する。第３メサ型リード２６ａは、溝１１の底面からメサ状に突出しており、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８と同一工程で形成される。 One end of the third wiring part 26 is connected to the third connection part 17 to which the gauge part 16a of the second low-sensitivity mesa gauge 16 and the gauge part 18a of the second high-sensitivity mesa gauge 18 are connected. Is connected to the third electrode 36. The third wiring portion 26 has a third mesa lead 26 a on the third connection portion 17 side of the mesa gauges 16 and 18. The third mesa type lead 26 a protrudes in a mesa shape from the bottom surface of the groove 11 and is formed in the same process as the mesa type gauges 12, 14, 16, 18.
第４配線部２８は、一端が第２高感度メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａと第１低感度メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａが接続する第４接続部１９に接続されており、他端が第４電極３８に接続されている。第４配線部２６は、メサ型ゲージ１２，１８の第４接続部１９側に第４メサ型リード２８ａを有する。第４メサ型リード２８ａは、溝１１の底面からメサ状に突出しており、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８と同一工程で形成される。 The fourth wiring portion 28 has one end connected to the fourth connection portion 19 to which the gauge portion 18a of the second high sensitivity mesa gauge 18 and the gauge portion 12a of the first low sensitivity mesa gauge 12 are connected, and the other end. Is connected to the fourth electrode 38. The fourth wiring portion 26 has a fourth mesa lead 28 a on the fourth connecting portion 19 side of the mesa gauges 12 and 18. The fourth mesa type lead 28a protrudes in a mesa shape from the bottom surface of the groove 11, and is formed in the same process as the mesa type gauges 12, 14, 16, and 18.
図１及び図２に示されるように、力伝達ブロック４は、直方体形状を有しており、シリコン層４ａと酸化シリコン層４ｂを有する。半導体基板２と力伝達ブロック４は、常温個相接合技術を利用して接合される。具体的には、アルゴンイオンを用いて半導体基板２の主面２Ｓ及び力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂの表面を活性化させた後に、超高真空中で半導体基板２の主面２Ｓと力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂの表面を接触させ、両者を接合させる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the force transmission block 4 has a rectangular parallelepiped shape, and includes a silicon layer 4a and a silicon oxide layer 4b. The semiconductor substrate 2 and the force transmission block 4 are bonded using a room temperature single phase bonding technique. Specifically, the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 and the surface of the silicon oxide layer 4b of the force transmission block 4 are activated using argon ions, and then the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 and the force are applied in an ultrahigh vacuum. The surfaces of the silicon oxide layer 4b of the transmission block 4 are brought into contact with each other to join them together.
図１及び図２に示されるように、力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂの一部が除去されており、力伝達ブロック４の半導体基板２側の面に溝４ｃが形成されている。溝４ｃが形成されていることにより、力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂは、封止部分４０ａと押圧部分４０ｂに区画される。また、このような溝４ｃが形成されていることにより、半導体基板２と力伝達ブロック４の間には、外部から隔てられた封止空間６が構成される。 As shown in FIGS. 1 and 2, a part of the silicon oxide layer 4b of the force transmission block 4 is removed, and a groove 4c is formed on the surface of the force transmission block 4 on the semiconductor substrate 2 side. By forming the groove 4c, the silicon oxide layer 4b of the force transmission block 4 is partitioned into a sealing portion 40a and a pressing portion 40b. In addition, by forming such a groove 4 c, a sealed space 6 separated from the outside is formed between the semiconductor substrate 2 and the force transmission block 4.
力伝達ブロック４の封止部分４０ａは、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の周囲を一巡するように、半導体基板２の主面２Ｓに接合する。半導体基板２のうちの封止部分４０ａが接合する部分を封止部２０という。半導体基板２の封止部２０と力伝達ブロック４の封止部分４０ａは、気密に接合する。 The sealing portion 40a of the force transmission block 4 is joined to the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 so as to make a round around the mesa gauges 12, 14, 16, and 18. A portion of the semiconductor substrate 2 where the sealing portion 40 a is joined is referred to as a sealing portion 20. The sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 and the sealing portion 40a of the force transmission block 4 are joined in an airtight manner.
図４に、力伝達ブロック４の押圧部分４０ｂとメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の位置関係を示す。押圧部分４０ｂは、点対称な形態を有しており、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の頂面の一部に接合する。押圧部分４０ｂは、高感度メサ型ゲージ１４，１８の頂面の大部分に接合する。押圧部分４０ｂは、高感度メサ型ゲージ１４，１８の両端部の頂面（接続部１３，１５，１７，１９に近接する部分の頂面）に接しない。押圧部分４０ｂは、低感度メサ型ゲージ１２，１６の頂面の大部分に接合する。押圧部分４０ｂは、低感度メサ型ゲージ１２，１６の両端部の頂面（接続部１３，１５，１７，１９に近接する部分の頂面）に接しない。押圧部分４０ｂは、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの頂面及び接続部１３，１５，１７，１９の頂面に接しない。 FIG. 4 shows the positional relationship between the pressing portion 40 b of the force transmission block 4 and the mesa type gauges 12, 14, 16, 18. The pressing portion 40 b has a point-symmetric form and is joined to a part of the top surface of the mesa gauges 12, 14, 16, 18. The pressing portion 40b is joined to most of the top surfaces of the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18. The pressing portion 40b does not contact the top surfaces of the both ends of the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 (the top surfaces of the portions close to the connection portions 13, 15, 17, and 19). The pressing portion 40 b is joined to most of the top surfaces of the low sensitivity mesa type gauges 12 and 16. The pressing portion 40b does not contact the top surfaces of the both ends of the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16 (the top surfaces of the portions close to the connection portions 13, 15, 17, and 19). The pressing portion 40b does not contact the top surfaces of the mesa-type leads 22a, 24a, 26a, and 28a and the top surfaces of the connection portions 13, 15, 17, and 19.
次に、力検知装置１の動作を説明する。まず、力検知装置１は、第１電極３２に定電流源が接続され、第３電極３６が接地され、第２電極３４と第４電極３８の間に電圧測定器が接続して用いられる。力検知装置１では、力伝達ブロック４に加わる容器内圧が変化すると、力伝達ブロック４を介してメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａに加わる圧縮応力も変化する。ピエゾ抵抗効果が現われる高感度メサ型ゲージ１４，１８のゲージ部１４ａ，１８ａの電気抵抗値は、圧縮応力に比例して変化する。このため、第２電極３４と第４電極３８の電位差は、ゲージ部１４ａ，１８ａに加わる圧縮応力に比例する。これにより、電圧測定器で計測される電圧変化から力伝達ブロック４に加わる容器内圧が検知される。 Next, the operation of the force detection device 1 will be described. First, the force detection device 1 is used by connecting a constant current source to the first electrode 32, grounding the third electrode 36, and connecting a voltage measuring device between the second electrode 34 and the fourth electrode 38. In the force detection device 1, when the container internal pressure applied to the force transmission block 4 changes, the compressive stress applied to the gauge portions 12 a, 14 a, 16 a, 18 a of the mesa type gauges 12, 14, 16, 18 via the force transmission block 4 is also increased. Change. The electrical resistance values of the gauge portions 14a and 18a of the high-sensitivity mesa-type gauges 14 and 18 in which the piezoresistance effect appears change in proportion to the compressive stress. For this reason, the potential difference between the second electrode 34 and the fourth electrode 38 is proportional to the compressive stress applied to the gauge portions 14a and 18a. Thereby, the container internal pressure added to the force transmission block 4 is detected from the voltage change measured with a voltage measuring device.
力検知装置１では、力伝達ブロック４の押圧部分４０ｂがメサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの頂面に接していない。このため、力伝達ブロック４に加わる容器内圧は、高感度メサ型ゲージ１４，１８に効率的に伝達される。これにより、力検知装置１のセンサ感度が向上する。 In the force detection device 1, the pressing portion 40b of the force transmission block 4 is not in contact with the top surfaces of the mesa-type leads 22a, 24a, 26a, 28a. For this reason, the container internal pressure applied to the force transmission block 4 is efficiently transmitted to the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18. Thereby, the sensor sensitivity of the force detection device 1 is improved.
この種の力検知装置１では、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの寄生抵抗値による電圧降下分がセンサ感度を悪化させる。このため、力検知装置１では、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの幅（半導体基板２の主面２Ｓに対して平行であり、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの長手方向に対して直交する方向の幅）が、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の幅（半導体基板２の主面２Ｓに対して平行であり、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の長手方向に対して直交する方向の幅）よりも大きいのが望ましい。これにより、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの寄生抵抗値を低下させることができるので、力検知装置１のセンサ感度が向上する。 In this type of force detection device 1, the voltage drop due to the parasitic resistance values of the mesa-type leads 22a, 24a, 26a, and 28a deteriorates the sensor sensitivity. Therefore, in the force detection device 1, the width of the mesa type leads 22a, 24a, 26a, 28a (parallel to the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 and in the longitudinal direction of the mesa type leads 22a, 24a, 26a, 28a). The width of the mesa gauges 12, 14, 16, 18 is parallel to the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 and the longitudinal direction of the mesa gauges 12, 14, 16, 18 It is desirable that the width is greater than As a result, the parasitic resistance values of the mesa-type leads 22a, 24a, 26a, and 28a can be reduced, so that the sensor sensitivity of the force detection device 1 is improved.
なお、従来の力検知装置のように、メサ型リードの頂面にも力伝達ブロックが接する構成では、メサ型リードの幅を大きくすると、力伝達ブロックに加わる容器内圧がメサ型リードにも伝達されるので、高感度メサ型ゲージに加わる圧縮応力が低下する。このように、従来の力検知装置では、メサ型リードの幅を大きくして寄生抵抗値を下げても、高感度メサ型ゲージに加わる圧縮応力が低下するので、センサ感度を向上させることが難しい。一方、本実施例の力検知装置１では、力伝達ブロック４がメサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの頂面に接しないので、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの幅を大きくしても、高感度メサ型ゲージ１４，１８に加わる圧縮応力は低下しない。これにより、本実施例の力検知装置１では、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの幅が大きくなると、センサ感度が効果的に向上する。 In the configuration where the force transmission block is also in contact with the top surface of the mesa type lead as in the conventional force detection device, if the width of the mesa type lead is increased, the container internal pressure applied to the force transmission block is also transmitted to the mesa type lead. Therefore, the compressive stress applied to the high sensitivity mesa gauge is reduced. As described above, in the conventional force detection device, even if the width of the mesa lead is increased to reduce the parasitic resistance value, it is difficult to improve the sensor sensitivity because the compressive stress applied to the high sensitivity mesa gauge is reduced. . On the other hand, in the force detection device 1 of the present embodiment, the force transmission block 4 does not contact the top surfaces of the mesa leads 22a, 24a, 26a, 28a, so the width of the mesa leads 22a, 24a, 26a, 28a is increased. However, the compressive stress applied to the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 does not decrease. Thereby, in the force detection device 1 of the present embodiment, the sensor sensitivity is effectively improved when the width of the mesa type leads 22a, 24a, 26a, 28a is increased.
以下、変形例及び比較例の力検知装置について説明する。上記実施例の力検知装置１と共通する構成については共通の符号を付し、その説明を省略する。 Hereinafter, the force detection devices of the modified example and the comparative example will be described. The components common to the force detection device 1 of the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図５に示される変形例の力検知装置では、力伝達ブロックの押圧部分４０ｂが、高感度メサ型ゲージ１４，１８と低感度メサ型ゲージ１２，１６の間で異なるレイアウトで構成されている。押圧部分４０ｂは、高感度メサ型ゲージ１４，１８の頂面の大部分に接しており、押圧部分４０ｂと高感度メサ型ゲージ１４，１８の接触面積が相対的に大きい。高感度メサ型ゲージ１４，１８の頂面の全面積に占める押圧部分４０ｂと接する部分の占有面積は相対的に大きい。押圧部分４０ｂは、低感度メサ型ゲージ１２，１６の中央付近の頂面に選択的に接しており、押圧部分４０ｂと低感度メサ型ゲージ１２，１６の接触面積が相対的に小さい。低感度メサ型ゲージ１２，１６の頂面の全面積に占める押圧部分４０ｂと接する部分の占有面積は相対的に小さい。このように、変形例の力検知装置では、押圧部分４０ｂが接する面積を高感度メサ型ゲージ１４，１８と低感度メサ型ゲージ１２，１６の間で異なっている。このため、力伝達ブロックに加わる容器内圧は、高感度メサ型ゲージ１４，１８に効率的に伝達される。これにより、この変形例の力検知装置では、センサ感度が向上する。 In the force detection device of the modified example shown in FIG. 5, the pressing portion 40 b of the force transmission block is configured with different layouts between the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 and the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16. The pressing portion 40b is in contact with most of the top surfaces of the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18, and the contact area between the pressing portion 40b and the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18 is relatively large. The occupied area of the portion in contact with the pressing portion 40b in the total area of the top surfaces of the high sensitivity mesa gauges 14 and 18 is relatively large. The pressing portion 40b is selectively in contact with the top surface near the center of the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16, and the contact area between the pressing portion 40b and the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16 is relatively small. The occupied area of the portion in contact with the pressing portion 40b in the total area of the top surfaces of the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16 is relatively small. As described above, in the force detection device of the modified example, the area with which the pressing portion 40 b contacts is different between the high sensitivity mesa gauges 14 and 18 and the low sensitivity mesa gauges 12 and 16. For this reason, the container internal pressure applied to the force transmission block is efficiently transmitted to the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18. Thereby, in the force detector of this modification, sensor sensitivity improves.
ここで、変形例の力検知装置の他の特徴を説明するために、比較例の力検知装置を説明する。図６に示される比較例の力検知装置では、力伝達ブロックの押圧部分４０ｂが、一対の高感度メサ型ゲージ１４，１８にのみ接する。このような構成を採用すると、力伝達ブロックに加わる容器内圧は、高感度メサ型ゲージ１４，１８に効率的に伝達される。 Here, in order to explain other features of the force detection device of the modified example, the force detection device of the comparative example will be described. In the force detection device of the comparative example shown in FIG. 6, the pressing portion 40 b of the force transmission block contacts only the pair of high-sensitivity mesa gauges 14 and 18. When such a configuration is adopted, the container internal pressure applied to the force transmission block is efficiently transmitted to the high-sensitivity mesa gauges 14 and 18.
ところが、図７に示されるように、力伝達ブロック４に容器内圧が加わったときに、メサ型ゲージで囲まれる領域の中心点が凸の頂部となるように半導体基板２側に向けて撓む。このような力伝達ブロック４の撓みにより、高感度メサ型ゲージ１４，１８が内側に向けて片変形し、圧縮応力と電気抵抗値の間の直線性が悪化する。 However, as shown in FIG. 7, when the container internal pressure is applied to the force transmission block 4, it bends toward the semiconductor substrate 2 so that the center point of the region surrounded by the mesa gauge is a convex top. . Due to the bending of the force transmission block 4, the high-sensitivity mesa type gauges 14 and 18 are deformed inward and the linearity between the compressive stress and the electric resistance value is deteriorated.
図５に示される変形例の力検知装置では、力伝達ブロックの押圧部分４０ｂが、低感度メサ型ゲージ１２，１６の頂面の一部にも接する。これにより、力伝達ブロックの撓みが抑えられ、高感度メサ型ゲージ１４，１８の片変形が抑えられる。したがって、この変形例の力検知装置では、圧縮応力と電気抵抗値の間の直線性が良好である。このように、この変形例の力検知装置では、センサ感度と直線性を両立することができる。 In the force detection device of the modification shown in FIG. 5, the pressing portion 40 b of the force transmission block is also in contact with part of the top surfaces of the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16. Thereby, the bending of a force transmission block is suppressed and the single deformation of the high sensitivity mesa type | mold gauges 14 and 18 is suppressed. Therefore, in the force detection device of this modification, the linearity between the compressive stress and the electric resistance value is good. Thus, in the force detection device of this modification, both sensor sensitivity and linearity can be achieved.
図８に示される変形例の力検知装置では、力伝達ブロックの押圧部分４０ｂが、低感度メサ型ゲージ１２，１６の長手方向に沿って互いに離間して形成された複数の複数部分４０ｃを有する。複数部分４０ｃの各々は、低感度メサ型ゲージ１２，１６の頂面に接する。複数部分４０ｃは、低感度メサ型ゲージ１２，１６の長手方向に沿って等間隔に配置されている。この変形例の力検知装置では、力伝達ブロック４の撓みが抑えられ、圧縮応力と電気抵抗値の間の直線性が改善される。 In the force detection device of the modification shown in FIG. 8, the pressing portion 40 b of the force transmission block has a plurality of portions 40 c that are formed apart from each other along the longitudinal direction of the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16. . Each of the plurality of portions 40 c is in contact with the top surfaces of the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16. The plurality of portions 40 c are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the low sensitivity mesa type gauges 12 and 16. In the force detection device of this modification, the deflection of the force transmission block 4 is suppressed, and the linearity between the compressive stress and the electric resistance value is improved.
次に、図９及び図１０の変形例の力検知装置を説明する。これらの変形例の力検知装置の特徴を理解するために、図９及び図１０に示されるように、低感度メサ型ゲージ１２，１６を長手方向に沿って３つの領域に区画して説明する（図示明瞭化のために、第１低感度メサ型ゲージ１２に対応する領域のみを図示するが、第２低感度メサ型ゲージ１６も同様である）。低感度メサ型ゲージ１２，１６は、中央領域１２Ａと一対の周辺領域１２Ｂを有する。中央領域１２Ａは、長手方向に沿って中央付近を伸びている。一対の周辺領域１２Ｂの各々は、メサ型ゲージの接続部１３，１５，１７，１９から長手方向に沿って中央領域１２Ａまで伸びている。中央領域１２Ａと一対の周辺領域１２Ｂの各々の長手方向の長さは同一である。即ち、低感度メサ型ゲージ１２，１６を長手方向に沿って３等分したときに、中央付近に配置されるのが中央領域１２Ａであり、周辺付近に配置されるのが周辺領域１２Ｂである。 Next, a force detection device according to a modification of FIGS. 9 and 10 will be described. In order to understand the characteristics of the force detection devices of these modified examples, as shown in FIGS. 9 and 10, the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16 are divided into three regions along the longitudinal direction. (For clarity of illustration, only the region corresponding to the first low-sensitivity mesa gauge 12 is shown, but the second low-sensitivity mesa gauge 16 is the same). The low-sensitivity mesa gauges 12 and 16 have a central region 12A and a pair of peripheral regions 12B. The center region 12A extends near the center along the longitudinal direction. Each of the pair of peripheral regions 12B extends from the connecting portions 13, 15, 17, 19 of the mesa gauge to the central region 12A along the longitudinal direction. The central region 12A and the pair of peripheral regions 12B have the same length in the longitudinal direction. That is, when the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16 are equally divided into three along the longitudinal direction, the central region 12A is disposed near the center, and the peripheral region 12B is disposed near the periphery. .
図９に示される変形例の力検知装置では、中央領域１２Ａと周辺領域１２Ｂを対比すると、中央領域１２Ａの頂面と複数部分４０ｃの接する面積が、一方の周辺領域１２Ｂの頂面と複数部分４０ｃの接する面積よりも大きい。換言すれば、中央領域１２Ａの頂面の全面積に占める複数部分４０ｃと接する部分の占有面積が、一方の周辺領域１２Ｂの頂面の全面積に占める複数部分４０ｃと接する部分の占有面積よりも大きい。前記したように、力伝達ブロックは、容器内圧が加わったときに、力伝達ブロックの中心点が凸の頂部となるように撓む。低感度メサ型ゲージ１２，１６の中央領域１２Ａは、その中心点に近いので、この部分で力伝達ブロックと広い面積で接することにより、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができる。即ち、力伝達ブロックと低感度メサ型ゲージ１２，１６の接触面積の増加を抑えながら、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができる。これにより、この変形例の力検知装置は、センサ感度と直線性を両立することができる。なお、要求される特性に応じて、周辺領域１２Ｂに対応する複数部分４０ｃを形成しなくてもよい。このような例は、図５に示される変形例の力検知装置に対応する。したがって、図５に示される変形例の力検知装置も、力伝達ブロックと低感度メサ型ゲージ１２，１６の接触面積の増加を抑えながら、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができるので、センサ感度と直線性を両立することができる。 In the modified force detection device shown in FIG. 9, when the central region 12A and the peripheral region 12B are compared, the area where the top surface of the central region 12A and the plurality of portions 40c are in contact with each other is such that the top surface of one peripheral region 12B and the plurality of portions are in contact with each other. It is larger than the contact area of 40c. In other words, the occupied area of the portion in contact with the plurality of portions 40c in the total area of the top surface of the central region 12A is larger than the occupied area of the portion in contact with the plurality of portions 40c in the total area of the top surface of one peripheral region 12B. large. As described above, the force transmission block bends so that the center point of the force transmission block becomes a convex top when the container internal pressure is applied. Since the central region 12A of the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16 is close to the center point thereof, the contact of the force transmission block with a large area can be effectively suppressed by this portion. That is, it is possible to effectively suppress the deflection of the force transmission block while suppressing an increase in the contact area between the force transmission block and the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16. Thereby, the force detection device of this modification can achieve both sensor sensitivity and linearity. Note that the plurality of portions 40c corresponding to the peripheral region 12B may not be formed according to the required characteristics. Such an example corresponds to the force detection device of the modification shown in FIG. Accordingly, the force detection device of the modification shown in FIG. 5 can also effectively suppress the deflection of the force transmission block while suppressing an increase in the contact area between the force transmission block and the low-sensitivity mesa gauges 12 and 16. The sensor sensitivity and linearity can both be achieved.
図１０に示される変形例の力検知装置では、中央領域１２Ａと周辺領域１２Ｂを対比すると、中央領域４０ｃに対応して配置される複数部分４０ｃは、周辺領域１２Ｂに対応して配置される複数部分４０ｃに比べて、間隔がより密に形成されている。この変形例の力検知装置でも、中央領域１２Ａの頂面の全面積に占める複数部分４０ｃと接する部分の占有面積が、一方の周辺領域１２Ｂの頂面の全面積に占める複数部分４０ｃと接する部分の占有面積よりも大きい関係が得られる。このため、この変形例の力検知装置でも、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができ、感度と直線性を両立することができる。 In the modified force detection device shown in FIG. 10, when the central region 12A and the peripheral region 12B are compared, the plurality of portions 40c arranged corresponding to the central region 40c are plural arranged corresponding to the peripheral region 12B. Compared with the portion 40c, the intervals are formed more densely. Also in the force detection device of this modification, the occupied area of the portion in contact with the plurality of portions 40c in the total area of the top surface of the central region 12A is the portion in contact with the plurality of portions 40c in the total area of the top surface of one peripheral region 12B. A relationship larger than the occupied area of the can be obtained. For this reason, even in the force detection device of this modification, the deflection of the force transmission block can be effectively suppressed, and both sensitivity and linearity can be achieved.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
１：力検知装置、 ２：半導体基板、 ４：力伝達ブロック、 １２，１６：低感度メサ型ゲージ、 １４，１８：高感度メサ型ゲージ、 ２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ：メサ型リード 1: Force detector, 2: Semiconductor substrate, 4: Force transmission block, 12, 16: Low sensitivity mesa gauge, 14, 18: High sensitivity mesa gauge, 22a, 24a, 26a, 28a: Mesa lead
Claims (5)
前記基板は、
主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する第１方向に伸びており、頂面を有する高感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する第２方向に伸びており、頂面を有する低感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、前記高感度メサ型ゲージと前記低感度メサ型ゲージが接続する接続部から第３方向に伸びており、頂面を有するメサ型リードと、を含み、
前記力伝達ブロックは、前記高感度メサ型ゲージの頂面及び前記低感度メサ型ゲージの頂面に接しており、前記メサ型リードの頂面に接していない、力検知装置。 It has a substrate and a force transmission block,
The substrate is
A high-sensitivity mesa-type gauge that is provided on the main surface, extends in a first direction in which the electrical resistance value relatively changes with respect to compressive stress, and has a top surface;
A low-sensitivity mesa gauge that is provided on the main surface, extends in a second direction in which an electrical resistance value changes relatively small against compressive stress, and has a top surface;
A mesa lead provided in the main surface, extending in a third direction from a connecting portion to which the high sensitivity mesa gauge and the low sensitivity mesa gauge are connected, and having a top surface;
The force transmission block is in contact with the top surface of the high-sensitivity mesa gauge and the top surface of the low-sensitivity mesa gauge, and is not in contact with the top surface of the mesa lead.
前記基板は、
主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する第１方向に伸びており、頂面を有する高感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する第２方向に伸びており、頂面を有する低感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、前記高感度メサ型ゲージと前記低感度メサ型ゲージが接続する接続部から第３方向に伸びており、頂面を有するメサ型リードと、を含み、
前記力伝達ブロックは、前記高感度メサ型ゲージの頂面及び前記低感度メサ型ゲージの頂面に接しており、前記メサ型リードの頂面の少なくとも一部に接しておらず、
前記力伝達ブロックと前記高感度メサ型ゲージの頂面の接する面積が、前記力伝達ブロックと前記低感度メサ型ゲージの頂面の接する面積よりも大きい、力検知装置。 It has a substrate and a force transmission block,
The substrate is
A high-sensitivity mesa-type gauge that is provided on the main surface, extends in a first direction in which the electrical resistance value relatively changes with respect to compressive stress, and has a top surface;
A low-sensitivity mesa gauge that is provided on the main surface, extends in a second direction in which an electrical resistance value changes relatively small against compressive stress, and has a top surface;
A mesa lead provided in the main surface, extending in a third direction from a connecting portion to which the high sensitivity mesa gauge and the low sensitivity mesa gauge are connected, and having a top surface;
The force transmission block is in contact with the top surface of the high sensitivity mesa gauge and the top surface of the low sensitivity mesa gauge , and is not in contact with at least a part of the top surface of the mesa lead.
The force detection device wherein an area where the force transmission block and the top surface of the high-sensitivity mesa gauge contact is larger than an area where the force transmission block and the top surface of the low-sensitivity mesa gauge contact.
前記基板は、
主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する第１方向に伸びており、頂面を有する高感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する第２方向に伸びており、頂面を有する低感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、前記高感度メサ型ゲージと前記低感度メサ型ゲージが接続する接続部から第３方向に伸びており、頂面を有するメサ型リードと、を含み、
前記力伝達ブロックは、前記高感度メサ型ゲージの頂面及び前記低感度メサ型ゲージの頂面に接しており、前記メサ型リードの頂面の少なくとも一部に接しておらず、
前記力伝達ブロックは、前記第２方向に沿って互いに離間して形成された複数の複数部分を有しており、
前記複数部分の各々が、前記低感度メサ型ゲージの頂面に接する、力検知装置。 It has a substrate and a force transmission block,
The substrate is
A high-sensitivity mesa-type gauge that is provided on the main surface, extends in a first direction in which the electrical resistance value relatively changes with respect to compressive stress, and has a top surface;
A low-sensitivity mesa gauge that is provided on the main surface, extends in a second direction in which an electrical resistance value changes relatively small against compressive stress, and has a top surface;
A mesa lead provided in the main surface, extending in a third direction from a connecting portion to which the high sensitivity mesa gauge and the low sensitivity mesa gauge are connected, and having a top surface;
The force transmission block is in contact with the top surface of the high sensitivity mesa gauge and the top surface of the low sensitivity mesa gauge, and is not in contact with at least a part of the top surface of the mesa lead.
The force transmission block has a plurality of portions formed apart from each other along the second direction,
The force detection device in which each of the plurality of portions is in contact with a top surface of the low-sensitivity mesa gauge.
前記複数部分と前記中央領域の頂面の接する面積が、前記複数部分と前記周辺領域の頂面の接する面積よりも大きい、請求項３に記載の力検知装置。 The low-sensitivity mesa type gauge has a central region extending near the center along the second direction, and a peripheral region extending from the connection portion to the central region along the second direction,
The force detection device according to claim 3, wherein an area where the plurality of portions and the top surface of the central region are in contact is larger than an area where the plurality of portions and the top surface of the peripheral region are in contact.
前記中央領域に対応して配置される前記複数部分は、前記周辺領域に対応して配置される前記複数部分に比べて、間隔がより密に形成されている、請求項３に記載の力検知装置。
The low-sensitivity mesa type gauge has a central region extending near the center along the second direction, and a peripheral region extending from the connection portion to the central region along the second direction,
4. The force detection according to claim 3, wherein the plurality of portions arranged corresponding to the central region are formed more closely spaced than the plurality of portions arranged corresponding to the peripheral region. apparatus.
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