JPH0366609B2 - - Google Patents
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- JPH0366609B2 JPH0366609B2 JP14106982A JP14106982A JPH0366609B2 JP H0366609 B2 JPH0366609 B2 JP H0366609B2 JP 14106982 A JP14106982 A JP 14106982A JP 14106982 A JP14106982 A JP 14106982A JP H0366609 B2 JPH0366609 B2 JP H0366609B2
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- Japan
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- gauge chip
- bonding layer
- bonding
- glass die
- gauge
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 10
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- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/147—Details about the mounting of the sensor to support or covering means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体圧力センサに係り、特に高温
高湿の環境にて使用されるに好適な半導体圧力セ
ンサに関する。
高湿の環境にて使用されるに好適な半導体圧力セ
ンサに関する。
半導体圧力センサの一例として特開昭55−
62331号公報にあるように従来第１図に示された
断面構造を有するものが考案されている。
62331号公報にあるように従来第１図に示された
断面構造を有するものが考案されている。
第１図において、ダイアフラムとしてのゲージ
チツプ１はシリコン半導体から形成されており、
図において下面中央部は薄肉に、周縁部は厚肉に
形成されている。このゲージチツプ１は、パイレ
ツクガラスにより形成されたガラスダイ２上に固
着されている。ゲージチツプ１の厚肉部とガラス
ダイ２との固着は、高温の雰囲気中にて、第１図
に示された如く、ゲージチツプ１を正極、ガラス
ダイ２を負極とする直流高電圧を印加し、それら
の境界層に接合層を形成する方法、いわゆる陽極
接合法によつてなされていた。
チツプ１はシリコン半導体から形成されており、
図において下面中央部は薄肉に、周縁部は厚肉に
形成されている。このゲージチツプ１は、パイレ
ツクガラスにより形成されたガラスダイ２上に固
着されている。ゲージチツプ１の厚肉部とガラス
ダイ２との固着は、高温の雰囲気中にて、第１図
に示された如く、ゲージチツプ１を正極、ガラス
ダイ２を負極とする直流高電圧を印加し、それら
の境界層に接合層を形成する方法、いわゆる陽極
接合法によつてなされていた。
しかしながら、上述した陽極接合法によつて形
成された半導体圧力センサを、高温高湿の環境条
件にて使用すると、ゲージ零点出力が正方向にず
れてしまうという（いわゆるアツプシフト）欠点
があり、測定値の信頼性において極めて大きな問
題となつていた。
成された半導体圧力センサを、高温高湿の環境条
件にて使用すると、ゲージ零点出力が正方向にず
れてしまうという（いわゆるアツプシフト）欠点
があり、測定値の信頼性において極めて大きな問
題となつていた。
本発明の目的は、高温高湿の環境におけるアツ
プシフトを低減させて信頼性を向上させることが
できる半導体圧力センサを提供することにある。
プシフトを低減させて信頼性を向上させることが
できる半導体圧力センサを提供することにある。
本発明は、高温高湿下におけるアツプシフトの
原因を究明するため種々の実験を実施し、その原
因は主として陽極接合法によつて形成された接合
層の吸湿性に起因するものであるという結果に鑑
みなされたものであり、接合電流を制御すること
によつて形成される接合層の厚みを３〜6μｍと
することにより、高温高湿下におけるアツプシフ
トを低減させようとするものである。
原因を究明するため種々の実験を実施し、その原
因は主として陽極接合法によつて形成された接合
層の吸湿性に起因するものであるという結果に鑑
みなされたものであり、接合電流を制御すること
によつて形成される接合層の厚みを３〜6μｍと
することにより、高温高湿下におけるアツプシフ
トを低減させようとするものである。
以下、本発明によつて上記目的が達成される理
由について説明する。
由について説明する。
まず、本発明に適用される陽極接合法の原理に
ついて説明する。第１図に示された形状のゲージ
チツプ１とガラスダイ２とを重ね、それらを治具
で固定してチヤンバー３に収納する。このチヤン
バー３を電気炉内に設置して300〜350℃程度に加
熱し、ゲージチツプ１を正、ガラスダイ２を負と
して800〜1500V程度の直流高電圧を印加する。
この際に、ガラスダイ２のアルカリ成分である
NaOが分極され、ガラスダイ２の接合境界面か
ら次式(1)に示されたように酸素イオンが放出さ
れ、陽極側であるゲージチツプ１側へ移動され
る。
ついて説明する。第１図に示された形状のゲージ
チツプ１とガラスダイ２とを重ね、それらを治具
で固定してチヤンバー３に収納する。このチヤン
バー３を電気炉内に設置して300〜350℃程度に加
熱し、ゲージチツプ１を正、ガラスダイ２を負と
して800〜1500V程度の直流高電圧を印加する。
この際に、ガラスダイ２のアルカリ成分である
NaOが分極され、ガラスダイ２の接合境界面か
ら次式(1)に示されたように酸素イオンが放出さ
れ、陽極側であるゲージチツプ１側へ移動され
る。
Na2O→2Na+＋O2- ……(1)
また、ゲージチツプのシリコン（Si）もイオン
化されてSi4+となり、陰極側であるガラスダイ２
側へ移動される。これらのイオン拡散によつて、
接触境界部に次式(2)の反応によつてSiO2の接合
層が形成され、この層によつてゲージチツプ１と
ガラスダイ２が接合されると考えられる。
化されてSi4+となり、陰極側であるガラスダイ２
側へ移動される。これらのイオン拡散によつて、
接触境界部に次式(2)の反応によつてSiO2の接合
層が形成され、この層によつてゲージチツプ１と
ガラスダイ２が接合されると考えられる。
2O2-＋Si4+→SiO2 ……(2)
この反応によりゲージチツプ１とガラスダイ２
間に接合電流IPが流れる。従つて、接合層の形成
には、この接合電流IPが影響しているものと考え
られる。
間に接合電流IPが流れる。従つて、接合層の形成
には、この接合電流IPが影響しているものと考え
られる。
一方、高温高湿の環境におけるアツプシフトの
原因については、ガラスダイの吸湿によるものと
接合層の吸湿によるものとが考えられる。つま
り、それらが吸湿したことによつて、ゲージチツ
プとガラスダイ又は接合層との熱膨張係数の変化
に差が生じ、これによつてアツプシフトが起きる
のである。しかも、接合層の吸湿によるアツプシ
フトの方が、はるかに大きいということが判明し
た。
原因については、ガラスダイの吸湿によるものと
接合層の吸湿によるものとが考えられる。つま
り、それらが吸湿したことによつて、ゲージチツ
プとガラスダイ又は接合層との熱膨張係数の変化
に差が生じ、これによつてアツプシフトが起きる
のである。しかも、接合層の吸湿によるアツプシ
フトの方が、はるかに大きいということが判明し
た。
そこで、前述したように接合層の形成には、接
合電流IPが関与していることから、接合電流IPを
パラメータとして、85℃−85％RHの高温高湿耐
久テストを行い、ゲージ零点出力の変化を実験に
より測定した。この耐久テストの結果が第２図ａ
〜ｃに示されている。
合電流IPが関与していることから、接合電流IPを
パラメータとして、85℃−85％RHの高温高湿耐
久テストを行い、ゲージ零点出力の変化を実験に
より測定した。この耐久テストの結果が第２図ａ
〜ｃに示されている。
第２図ａ〜ｃは横軸に時間ｈ、縦軸に零点出力
変化mVが示され、接合電流IPは図中曲線に付し
て示されている。これらの図から明らかなよう
に、零点出力変化は接合電流IPによつて大きく影
響を受けていることが判る。ところが、従来の陽
極接合は印加電圧を一定に制御する方式であつた
ことから、接合温度のゆらぎや、ガラスダイ寸法
のばらつき、ガラスダイ中のNaO含有量のロツ
ト間ばらつき等によつて、流される接合電流IPは
一定したものでなかつた。従つて、形成される接
合層も一定したものとはなつていなかつたことが
判る。
変化mVが示され、接合電流IPは図中曲線に付し
て示されている。これらの図から明らかなよう
に、零点出力変化は接合電流IPによつて大きく影
響を受けていることが判る。ところが、従来の陽
極接合は印加電圧を一定に制御する方式であつた
ことから、接合温度のゆらぎや、ガラスダイ寸法
のばらつき、ガラスダイ中のNaO含有量のロツ
ト間ばらつき等によつて、流される接合電流IPは
一定したものでなかつた。従つて、形成される接
合層も一定したものとはなつていなかつたことが
判る。
次に、零点出力がアツプシフトするのは、前述
したように吸湿による影響であり、これによつて
ダイアフラム部が、第１図において下方に凹とな
ることであるということを具体的に確認した。こ
の結果の一例が第３図ａ〜ｄに示されている。
したように吸湿による影響であり、これによつて
ダイアフラム部が、第１図において下方に凹とな
ることであるということを具体的に確認した。こ
の結果の一例が第３図ａ〜ｄに示されている。
第３図ａ〜ｄは、半導体圧力センサの製造工程
ごとに、表面粗さ計、レーザ干渉計により、ゲー
ジチツプ表面の凹凸を測定したものである。同図
ａはダイアフラム形成前のゲージチツプを示して
おり、図示したようにΔh＝0.15〜0.20μｍの凸に
なつていた。このゲージチツプを用いて、下面中
央部にエツチングして薄肉部を形成すると、同図
ｂに示したように、更に上方に凸となりΔh＝
0.32μ〜0.6μｍとなつた。これをガラスダイ上に
陽極接合すると、同図ｃに示したように逆方向に
変形され、Δh≒−0.1μｍの凹となつた。このよ
うに形成された半導体圧力センサを用いて、湿度
試験（100時間）を行つたところ、同図ｄに示し
たように、同試験完了後前記凹量が更に増大され
てΔh＝−0.15〜−0.2μｍとなつた。即ち、吸湿し
たことによつて、ダイアフラム部が凹状に変形さ
れ、これによつてアツプシフトされることが確認
された。
ごとに、表面粗さ計、レーザ干渉計により、ゲー
ジチツプ表面の凹凸を測定したものである。同図
ａはダイアフラム形成前のゲージチツプを示して
おり、図示したようにΔh＝0.15〜0.20μｍの凸に
なつていた。このゲージチツプを用いて、下面中
央部にエツチングして薄肉部を形成すると、同図
ｂに示したように、更に上方に凸となりΔh＝
0.32μ〜0.6μｍとなつた。これをガラスダイ上に
陽極接合すると、同図ｃに示したように逆方向に
変形され、Δh≒−0.1μｍの凹となつた。このよ
うに形成された半導体圧力センサを用いて、湿度
試験（100時間）を行つたところ、同図ｄに示し
たように、同試験完了後前記凹量が更に増大され
てΔh＝−0.15〜−0.2μｍとなつた。即ち、吸湿し
たことによつて、ダイアフラム部が凹状に変形さ
れ、これによつてアツプシフトされることが確認
された。
つまり、ゲージチツプ１の熱膨張係数αSが、ガ
ラスダイ２の熱膨張係数αGよりも大であることか
ら、第４図ａの接合前の状態に対して、接合時の
加熱によつて熱膨張に差が生じ、接合後は同図ｂ
に示したように、ダイアフラム部に図示矢印のモ
ーメントが発生し、下方に凹となるである。更
に、このように形成されたものを高温高湿の環境
に設置すると、接合層４が吸湿して膨張され、室
温に取り出すと、第４図ｃに示したように、接合
層４に圧縮力が、ゲージチツプ１に引張力が加わ
り、これによつてダイアフラム部は一層下に凹と
なるのである。なお、接合部を斜め研磨後XMA
（Ｘ線マイクロアナライザー）によるSiO2の分析
をしたところ、接合層４はゲージチツプ側に形成
されたSiO2薄層であることが判つた。
ラスダイ２の熱膨張係数αGよりも大であることか
ら、第４図ａの接合前の状態に対して、接合時の
加熱によつて熱膨張に差が生じ、接合後は同図ｂ
に示したように、ダイアフラム部に図示矢印のモ
ーメントが発生し、下方に凹となるである。更
に、このように形成されたものを高温高湿の環境
に設置すると、接合層４が吸湿して膨張され、室
温に取り出すと、第４図ｃに示したように、接合
層４に圧縮力が、ゲージチツプ１に引張力が加わ
り、これによつてダイアフラム部は一層下に凹と
なるのである。なお、接合部を斜め研磨後XMA
（Ｘ線マイクロアナライザー）によるSiO2の分析
をしたところ、接合層４はゲージチツプ側に形成
されたSiO2薄層であることが判つた。
また、この接合層の厚みと陽極接合電流IPと
は、第５図に示された相関を有しており、第２図
ａ〜ｃに示された零点出力変化と陽極接合電流と
特性とから、最適な接合層の厚さが存在すること
が判る。即ち、接合層が6μｍ以上になると吸湿
量が大きくなつて、零点のアツプシフトも大きく
なる。また、IPが10μAの場合には2.5μｍ程度の接
合層が得られるが、部分的に接合されない空隙が
残り、その水分が浸入するため見掛け上の吸水量
が増大し、これによつてアツプシフト量が大きく
なつてしまうのである。しかも、接合強度的にも
十分なものとは言えない。
は、第５図に示された相関を有しており、第２図
ａ〜ｃに示された零点出力変化と陽極接合電流と
特性とから、最適な接合層の厚さが存在すること
が判る。即ち、接合層が6μｍ以上になると吸湿
量が大きくなつて、零点のアツプシフトも大きく
なる。また、IPが10μAの場合には2.5μｍ程度の接
合層が得られるが、部分的に接合されない空隙が
残り、その水分が浸入するため見掛け上の吸水量
が増大し、これによつてアツプシフト量が大きく
なつてしまうのである。しかも、接合強度的にも
十分なものとは言えない。
これらのことから、陽極接合電流IPを15〜
25μAに制御することによつて、接合層の厚みを
３〜6μｍとなるように形成すれば、アツプシフ
トを大幅に低減することができるのである。
25μAに制御することによつて、接合層の厚みを
３〜6μｍとなるように形成すれば、アツプシフ
トを大幅に低減することができるのである。
以上説明したように、本発明によれば、陽極接
合法によつて形成したものであつても、高温高湿
の環境におけるアツプシフトを大幅に低減させ、
高い信頼度を有したものとすることができる。
合法によつて形成したものであつても、高温高湿
の環境におけるアツプシフトを大幅に低減させ、
高い信頼度を有したものとすることができる。
第１図は本発明に係る陽極接合法を説明するた
めの図、第２図ａ〜ｃは本発明を説明するための
高温高湿耐久テストにより得られた零点出力変化
と接合電流の関係を示す線図、第３図ａ〜ｄは本
発明を説明するためのゲージチツプ製造工程にお
ける表面凹凸測定結果を示す図、第４図ａ〜ｃは
ゲージチツプの変形過程の説明図、第５図は実験
により得られた接合電流と接合層厚みとの関係を
示す線図である。 １……ゲージチツプ、２……ガラスダイ、４…
…接合層。
めの図、第２図ａ〜ｃは本発明を説明するための
高温高湿耐久テストにより得られた零点出力変化
と接合電流の関係を示す線図、第３図ａ〜ｄは本
発明を説明するためのゲージチツプ製造工程にお
ける表面凹凸測定結果を示す図、第４図ａ〜ｃは
ゲージチツプの変形過程の説明図、第５図は実験
により得られた接合電流と接合層厚みとの関係を
示す線図である。 １……ゲージチツプ、２……ガラスダイ、４…
…接合層。
Claims (1)
- １ 周縁に厚肉部を有するダイアフラムから成る
ゲージチツプをガラスダイから成る支持台上に載
置し、前記ゲージチツプの厚肉部を陽極接合法に
よつて前記支持台に固着させて成る半導体圧力セ
ンサにおいて、陽極接合法によつて前記厚肉部と
支持台間に形成される接合層の厚みを、接合電流
制御によつて３乃至6μｍとしたことを特徴とす
る半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14106982A JPS5931431A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14106982A JPS5931431A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5931431A JPS5931431A (ja) | 1984-02-20 |
| JPH0366609B2 true JPH0366609B2 (ja) | 1991-10-18 |
Family
ID=15283508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14106982A Granted JPS5931431A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5931431A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200360875A1 (en) | 2019-05-14 | 2020-11-19 | Sodastream Industries Ltd. | Carbonation machine and a gas canister for a carbonation machine |
-
1982
- 1982-08-16 JP JP14106982A patent/JPS5931431A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5931431A (ja) | 1984-02-20 |
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