JPH0536738B2 - - Google Patents
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- JPH0536738B2 JPH0536738B2 JP58051977A JP5197783A JPH0536738B2 JP H0536738 B2 JPH0536738 B2 JP H0536738B2 JP 58051977 A JP58051977 A JP 58051977A JP 5197783 A JP5197783 A JP 5197783A JP H0536738 B2 JPH0536738 B2 JP H0536738B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- weight
- base
- glass
- borosilicate glass
- Prior art date
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-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
〔発明の技術分野〕
本発明は半導体結晶の肉薄ダイヤフラム面に起
歪抵抗ゲージを形成した感圧ペレツトを基台に固
定してなる半導体圧力変換器の改良に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 流体圧力を検出する圧力変換器として、半導体
のピエゾ抵抗変化を利用したものが実用化されて
いる。この種の半導体圧力変換器は、その基本的
構成を図に示すように、例えばシリコン（Si）か
らなる半導体単結晶板１の中央部に、圧力に感応
する肉薄ダイヤフラム面２を形成し、このダイヤ
フラム面の一方に、基板１とは逆導電形の拡散抵
抗層３を形成し、これを起歪抵抗ゲージとしてい
る。そして、前記基板１の表面を保護するべく設
けられたSiO2絶縁膜４に窓部を設け、この窓部
を介して前記起歪抵抗ゲージ３に対する電極配線
５をアルミニウム等により形成している。このよ
うに構成された感圧ペレツトは、前記半導体単結
晶板１の周辺肉厚部を基台６に接着剤７等を用い
て固定され、上記基台６の中央に設けられた圧力
導入孔８を介して導入された圧力Ｐに感応するも
のとなつている。 しかして、前記起歪抵抗ゲージ３は、前記圧力
Ｐによつて歪を生じるダイヤフラムによつて抵抗
値変化を示し、この抵抗値変化は前記起歪抵抗ゲ
ージ３を含んで構成されるフルブリツジ回路等に
より検出される。これにより、例えば微弱な圧力
変化をも高感度に検出されるようになつている。 ところで、このような半導体圧力変換器は上述
したようにダイヤフラムに生じた歪によつて微弱
な圧力をも高感度に検出するものであるから、当
然のこと乍ら、感圧ペレツトに加わる残留応力や
その温度変化が問題となる。この為には、基台６
に固定される感圧ペレツトに応力が加わらないよ
うに、その基台６および接着剤７についても半導
体結晶板１であるシリコンとの熱膨張を整合させ
る必要がある。この為、前記基台６としては従来
一般的にシリコンが用いられている。 然し乍ら、シリコンを基台６として用いること
は高価であると云う不具合を招くばかりか、その
接着剤７として例えば金・シリコンの共晶や低融
点ハンダガラスを用いざるを得ない為、これらの
高膨張率の材料に起因する残留応力を除去するこ
とができないと云う問題があつた。 これに対して最近では、前記基台６として、パ
イレツクス等の商品名で知られるホウケイ酸ガラ
スを用いることが試みられている。このホウケイ
酸ガラスを用いれば、感圧ペレツトとの接合をそ
のガラス転移温度以上に加熱することによつて行
い得るので前記した接着剤７が不要となり、しか
も感圧ペレツトとの間で広い範囲で熱膨張の整合
を図り得ると云う効果が奏せられる。しかし、一
般的に上記ホウケイ酸ガラスのガラス転移温度は
500℃以上であり、上記接合を行う為には上記ガ
ラスをそのガラス転移温度より50〜100℃程度高
く加熱することが必要である。このとき、前記感
圧ペレツトの電極配線５を為すアルミニウムが上
記加熱によつて変質し、電極としての役割を失つ
てしまう。これ故、電極配線材として高価な金・
白金系材料を用いなければならないと云う不具合
が生じた。また、感圧ペレツトの基台６への接合
固定ののちにアルミニウムによる電極配線５を形
成することも考えられるが、その製造工程が複雑
化する等の問題があつた。 〔発明の目的〕 本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、アルミニウムに
よる電極配線が可能であり、しかも感圧ペレツト
に対する残留応力の発生の少ない安価で実用性の
高い半導体圧力変換器を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は感圧ペレツトを固定支持する基台とし
て、ガラス転移温度が500℃よりも低く、且つそ
の固着温度までの平均熱膨張係数が32〜36×
10-7／℃であるホウケイ酸ガラスを用い、前記感
圧ペレツトの電極配線をアルミニウムによつて行
うことを可能としたものである。 そして、上記特性を有する基台としてのホウケ
イ酸ガラスとしては、SiO2を65〜76重量％、
B2O3を13.5〜20重量％、Al2O3を1.5〜4.0重量％、
Na2Oを2.0〜4.0重量％、K2Oを０〜２重量％、
LiO2を０〜１重量％（但し、Na2O，K2O，Li2O
の総和は3.0〜5.0重量％）、PbOを０〜５重量％、
そして１重量％以下の清澄剤を含む組成としたも
のである。 〔発明の効果〕 かくして本発明によれば、感圧ペレツトをホウ
ケイ酸ガラスからなる基台に直接接合して、上記
感圧ペレツトに対する残留応力の発生を効果的に
抑えることができる。しかも上記基台としてのホ
ウケイ酸ガラスのガラス転移温度が低いので、そ
の加熱による感圧ペレツトの接合時に、感圧ペレ
ツトの電極配線としてアルミニウムを用いてあつ
たとしても、このアルミニウムが変質することが
ない。またホウケイ酸ガラスの固着温度までの平
均熱膨張係数が32〜36×10-7／℃である為、感圧
ペレツトとの固着時に発生する残留応力の温度変
化が実質的に許容できる程度に十分小さくなり、
その補償が簡易となる。従つて残留応力の悪影響
を受けることのない半導体圧力変換器を簡易に、
しかも安価に製作することが可能となり、実用上
絶大なる効果が奏せられる。 〔発明の実施例〕 以下、本発明に対する考察と、その実施例につ
き説明する。 感圧ペレツトを構成するシリコン単結晶板の熱
膨張係数は、その温度が高くなる程大きくなる。
そして、この感圧ペレツトとホウケイ酸ガラスと
の固着温度を500℃とすると、この温度における
上記シリコン単結晶板の平均的熱膨張係数は約35
×10-7／℃となる。一方、上記感圧ペレツトを固
定支持する基台として用いようとするホウケイ酸
ガラスの熱膨張係数は、その組成によつて多少異
なるが、一般に上記シリコンに比較して温度変化
が少ないと云う性質を有している。従つて、その
固着温度以下の全ての温度範囲において両者の熱
膨張係数を一致させることは到底不可能である。
然し乍ら、僅かの残留応力によつて発生する前記
感圧ペレツト上の起歪抵抗ゲージの抵抗値のずれ
は、比較的簡単に、素子の零点移動として電気的
に補償することが可能である。けれども、上記残
留応力が、変換器の実用的な温度変化によつて異
なる場合には、当然上記補償が極めて困難とな
る。 そこで本発明者らは各種ガラスについて、上記
残留応力の温度変化が実用上許容し得る範囲につ
いて実験的に調べたところ、その固着温度までの
平均熱膨張係数が32〜36×10-7／℃なる範囲であ
ればよいことを見出した。尚、ここで用いられる
ガラスは、所謂アルカリホウケイ酸ガラスであ
り、その組成と熱膨張、ガラス転移温度等の熱特
性や、またその化学的耐久性等の関係は良く知ら
れる通りである。 ところが上述した熱膨張係数に対する要請を満
たすホウケイ酸ガラスを得るには、その全アルカ
リ濃度を５重量％以下に抑える必要がある。この
ような低アルカリ濃度のホウケイ酸ガラスを実現
するには、それに加えるホウ酸の濃度を12〜13重
量％とすることが必要であり、従来一般に上記ホ
ウ酸の濃度をこれより多くすると耐薬品性の著し
い低下を招来すると云われている。しかも、この
ようなホウ酸濃度のホウケイ酸ガラスのガラス転
移温度が必然的に500℃を越えることも判明して
いた。更には、上述した低アルカリ濃度域ではガ
ラスの高温粘性が著しく大きくなり、その実用的
な限界である1600℃の溶融でも残留泡が多い等の
障害が予想されている。 そこで本発明では、先ずホウケイ酸ガラスの基
本組成を吟味し、Al2O3やPbOの添加等を試み
て、基台として適当な諸特性を示すホウケイ酸ガ
ラスを以下に示すように実現した。先ずホウケイ
酸ガラスの基本組成について述べる。 (i) SiO2はガラスの基本成分であり、低膨張と
耐薬品性の向上に大きく寄与するが、その反面
ガラス転移温度と高温粘性の増大をもたらす。
そして、その組成比が65重量％以下では熱膨張
係数が前述した最適条件範囲を越え、或いは化
学的耐久性の大幅な劣化を招くと云う性質を呈
する。またその組成比が75重量％を越えると、
ガラス転移温度が500℃以上となり、しかもそ
の脱泡が著しく困難になると云う性質を呈す
る。 (ii) B2O3もガラスの基本成分の１つであり、そ
の組成比が13.5重量％より低いと前記ガラス転
移温度を500℃以下にすることができず、また
20.0重量％以上であると、その化学的耐久性の
極めて著しい劣化を招来すると云う性質を呈す
る。 (iii) Al2O3はガラスの化学的耐久性を向上させる
為の必須成分であるが、その効果を発揮させる
には組成比で1.5重量％以上必要である。然し
乍ら、その組成比が4.0重量％以上になると、
ガラス転移温度の上昇をもたらし、その温度を
500℃以下に抑えることが著しく困難になる。 (iv) Na2O、K2O、Li2O等のアルカリ酸化物は、
ガラスの所謂網目型成酸化物として必要なもの
であり、ガラスの低融化と化学的耐久性の向上
を図り得る。しかしその反面、ガラスの熱膨張
係数を増大させ、ガラス転移温度も増大させる
と云う性質を有する。その効果はアルカリの種
類によつて多少異なるが、Na2Oを基準とした
場合、K2Oは熱膨張増加傾向は少ないが低融化
能力に劣り、またLi2Oは高温粘性低下能が高
いが、化学的耐久性向上効果が小さいと云う性
質を備えている。そして、これらのアルカリ酸
化物の、全アルカリ濃度はガラス組成に対して
３〜５重量％の範囲が適当であり、これより低
いときには化学的耐久性の低下を、また高いと
きには熱膨張の所要範囲から外れると云う性質
を有する。 (v) PbOはガラスの低融性と化学的耐久性を向上
させる副成分として作用するものであり、通常
５重量％を越えない範囲で添加される。 以上がホウケイ酸ガラスの基本的組成とその性
質であるが、これらに加えて、ガラスの脱泡に不
可欠な成分として清澄剤が少量加えられる。この
清澄剤は、As2O3，Sb2O3，NaCl等からなり、高
濃度である程その効果は大きいが、１重量％を越
えると、ガラスを溶融するルツボの腐食や分相等
の悪影響を招来する。この為、その濃度は１重量
％以下に抑えられる。 次表は、以上の組成を濃度を変えて作成された
ホウケイ酸ガラスについて示すものであり、通常
のガラス溶解法によつて作成される。
歪抵抗ゲージを形成した感圧ペレツトを基台に固
定してなる半導体圧力変換器の改良に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 流体圧力を検出する圧力変換器として、半導体
のピエゾ抵抗変化を利用したものが実用化されて
いる。この種の半導体圧力変換器は、その基本的
構成を図に示すように、例えばシリコン（Si）か
らなる半導体単結晶板１の中央部に、圧力に感応
する肉薄ダイヤフラム面２を形成し、このダイヤ
フラム面の一方に、基板１とは逆導電形の拡散抵
抗層３を形成し、これを起歪抵抗ゲージとしてい
る。そして、前記基板１の表面を保護するべく設
けられたSiO2絶縁膜４に窓部を設け、この窓部
を介して前記起歪抵抗ゲージ３に対する電極配線
５をアルミニウム等により形成している。このよ
うに構成された感圧ペレツトは、前記半導体単結
晶板１の周辺肉厚部を基台６に接着剤７等を用い
て固定され、上記基台６の中央に設けられた圧力
導入孔８を介して導入された圧力Ｐに感応するも
のとなつている。 しかして、前記起歪抵抗ゲージ３は、前記圧力
Ｐによつて歪を生じるダイヤフラムによつて抵抗
値変化を示し、この抵抗値変化は前記起歪抵抗ゲ
ージ３を含んで構成されるフルブリツジ回路等に
より検出される。これにより、例えば微弱な圧力
変化をも高感度に検出されるようになつている。 ところで、このような半導体圧力変換器は上述
したようにダイヤフラムに生じた歪によつて微弱
な圧力をも高感度に検出するものであるから、当
然のこと乍ら、感圧ペレツトに加わる残留応力や
その温度変化が問題となる。この為には、基台６
に固定される感圧ペレツトに応力が加わらないよ
うに、その基台６および接着剤７についても半導
体結晶板１であるシリコンとの熱膨張を整合させ
る必要がある。この為、前記基台６としては従来
一般的にシリコンが用いられている。 然し乍ら、シリコンを基台６として用いること
は高価であると云う不具合を招くばかりか、その
接着剤７として例えば金・シリコンの共晶や低融
点ハンダガラスを用いざるを得ない為、これらの
高膨張率の材料に起因する残留応力を除去するこ
とができないと云う問題があつた。 これに対して最近では、前記基台６として、パ
イレツクス等の商品名で知られるホウケイ酸ガラ
スを用いることが試みられている。このホウケイ
酸ガラスを用いれば、感圧ペレツトとの接合をそ
のガラス転移温度以上に加熱することによつて行
い得るので前記した接着剤７が不要となり、しか
も感圧ペレツトとの間で広い範囲で熱膨張の整合
を図り得ると云う効果が奏せられる。しかし、一
般的に上記ホウケイ酸ガラスのガラス転移温度は
500℃以上であり、上記接合を行う為には上記ガ
ラスをそのガラス転移温度より50〜100℃程度高
く加熱することが必要である。このとき、前記感
圧ペレツトの電極配線５を為すアルミニウムが上
記加熱によつて変質し、電極としての役割を失つ
てしまう。これ故、電極配線材として高価な金・
白金系材料を用いなければならないと云う不具合
が生じた。また、感圧ペレツトの基台６への接合
固定ののちにアルミニウムによる電極配線５を形
成することも考えられるが、その製造工程が複雑
化する等の問題があつた。 〔発明の目的〕 本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、アルミニウムに
よる電極配線が可能であり、しかも感圧ペレツト
に対する残留応力の発生の少ない安価で実用性の
高い半導体圧力変換器を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は感圧ペレツトを固定支持する基台とし
て、ガラス転移温度が500℃よりも低く、且つそ
の固着温度までの平均熱膨張係数が32〜36×
10-7／℃であるホウケイ酸ガラスを用い、前記感
圧ペレツトの電極配線をアルミニウムによつて行
うことを可能としたものである。 そして、上記特性を有する基台としてのホウケ
イ酸ガラスとしては、SiO2を65〜76重量％、
B2O3を13.5〜20重量％、Al2O3を1.5〜4.0重量％、
Na2Oを2.0〜4.0重量％、K2Oを０〜２重量％、
LiO2を０〜１重量％（但し、Na2O，K2O，Li2O
の総和は3.0〜5.0重量％）、PbOを０〜５重量％、
そして１重量％以下の清澄剤を含む組成としたも
のである。 〔発明の効果〕 かくして本発明によれば、感圧ペレツトをホウ
ケイ酸ガラスからなる基台に直接接合して、上記
感圧ペレツトに対する残留応力の発生を効果的に
抑えることができる。しかも上記基台としてのホ
ウケイ酸ガラスのガラス転移温度が低いので、そ
の加熱による感圧ペレツトの接合時に、感圧ペレ
ツトの電極配線としてアルミニウムを用いてあつ
たとしても、このアルミニウムが変質することが
ない。またホウケイ酸ガラスの固着温度までの平
均熱膨張係数が32〜36×10-7／℃である為、感圧
ペレツトとの固着時に発生する残留応力の温度変
化が実質的に許容できる程度に十分小さくなり、
その補償が簡易となる。従つて残留応力の悪影響
を受けることのない半導体圧力変換器を簡易に、
しかも安価に製作することが可能となり、実用上
絶大なる効果が奏せられる。 〔発明の実施例〕 以下、本発明に対する考察と、その実施例につ
き説明する。 感圧ペレツトを構成するシリコン単結晶板の熱
膨張係数は、その温度が高くなる程大きくなる。
そして、この感圧ペレツトとホウケイ酸ガラスと
の固着温度を500℃とすると、この温度における
上記シリコン単結晶板の平均的熱膨張係数は約35
×10-7／℃となる。一方、上記感圧ペレツトを固
定支持する基台として用いようとするホウケイ酸
ガラスの熱膨張係数は、その組成によつて多少異
なるが、一般に上記シリコンに比較して温度変化
が少ないと云う性質を有している。従つて、その
固着温度以下の全ての温度範囲において両者の熱
膨張係数を一致させることは到底不可能である。
然し乍ら、僅かの残留応力によつて発生する前記
感圧ペレツト上の起歪抵抗ゲージの抵抗値のずれ
は、比較的簡単に、素子の零点移動として電気的
に補償することが可能である。けれども、上記残
留応力が、変換器の実用的な温度変化によつて異
なる場合には、当然上記補償が極めて困難とな
る。 そこで本発明者らは各種ガラスについて、上記
残留応力の温度変化が実用上許容し得る範囲につ
いて実験的に調べたところ、その固着温度までの
平均熱膨張係数が32〜36×10-7／℃なる範囲であ
ればよいことを見出した。尚、ここで用いられる
ガラスは、所謂アルカリホウケイ酸ガラスであ
り、その組成と熱膨張、ガラス転移温度等の熱特
性や、またその化学的耐久性等の関係は良く知ら
れる通りである。 ところが上述した熱膨張係数に対する要請を満
たすホウケイ酸ガラスを得るには、その全アルカ
リ濃度を５重量％以下に抑える必要がある。この
ような低アルカリ濃度のホウケイ酸ガラスを実現
するには、それに加えるホウ酸の濃度を12〜13重
量％とすることが必要であり、従来一般に上記ホ
ウ酸の濃度をこれより多くすると耐薬品性の著し
い低下を招来すると云われている。しかも、この
ようなホウ酸濃度のホウケイ酸ガラスのガラス転
移温度が必然的に500℃を越えることも判明して
いた。更には、上述した低アルカリ濃度域ではガ
ラスの高温粘性が著しく大きくなり、その実用的
な限界である1600℃の溶融でも残留泡が多い等の
障害が予想されている。 そこで本発明では、先ずホウケイ酸ガラスの基
本組成を吟味し、Al2O3やPbOの添加等を試み
て、基台として適当な諸特性を示すホウケイ酸ガ
ラスを以下に示すように実現した。先ずホウケイ
酸ガラスの基本組成について述べる。 (i) SiO2はガラスの基本成分であり、低膨張と
耐薬品性の向上に大きく寄与するが、その反面
ガラス転移温度と高温粘性の増大をもたらす。
そして、その組成比が65重量％以下では熱膨張
係数が前述した最適条件範囲を越え、或いは化
学的耐久性の大幅な劣化を招くと云う性質を呈
する。またその組成比が75重量％を越えると、
ガラス転移温度が500℃以上となり、しかもそ
の脱泡が著しく困難になると云う性質を呈す
る。 (ii) B2O3もガラスの基本成分の１つであり、そ
の組成比が13.5重量％より低いと前記ガラス転
移温度を500℃以下にすることができず、また
20.0重量％以上であると、その化学的耐久性の
極めて著しい劣化を招来すると云う性質を呈す
る。 (iii) Al2O3はガラスの化学的耐久性を向上させる
為の必須成分であるが、その効果を発揮させる
には組成比で1.5重量％以上必要である。然し
乍ら、その組成比が4.0重量％以上になると、
ガラス転移温度の上昇をもたらし、その温度を
500℃以下に抑えることが著しく困難になる。 (iv) Na2O、K2O、Li2O等のアルカリ酸化物は、
ガラスの所謂網目型成酸化物として必要なもの
であり、ガラスの低融化と化学的耐久性の向上
を図り得る。しかしその反面、ガラスの熱膨張
係数を増大させ、ガラス転移温度も増大させる
と云う性質を有する。その効果はアルカリの種
類によつて多少異なるが、Na2Oを基準とした
場合、K2Oは熱膨張増加傾向は少ないが低融化
能力に劣り、またLi2Oは高温粘性低下能が高
いが、化学的耐久性向上効果が小さいと云う性
質を備えている。そして、これらのアルカリ酸
化物の、全アルカリ濃度はガラス組成に対して
３〜５重量％の範囲が適当であり、これより低
いときには化学的耐久性の低下を、また高いと
きには熱膨張の所要範囲から外れると云う性質
を有する。 (v) PbOはガラスの低融性と化学的耐久性を向上
させる副成分として作用するものであり、通常
５重量％を越えない範囲で添加される。 以上がホウケイ酸ガラスの基本的組成とその性
質であるが、これらに加えて、ガラスの脱泡に不
可欠な成分として清澄剤が少量加えられる。この
清澄剤は、As2O3，Sb2O3，NaCl等からなり、高
濃度である程その効果は大きいが、１重量％を越
えると、ガラスを溶融するルツボの腐食や分相等
の悪影響を招来する。この為、その濃度は１重量
％以下に抑えられる。 次表は、以上の組成を濃度を変えて作成された
ホウケイ酸ガラスについて示すものであり、通常
のガラス溶解法によつて作成される。
【表】
【表】
この表に示されるように、ホウケイ酸ガラスの
組成比を工夫し、As2O3，Sb2O3，NaClを添加す
ることによつて、従来その諸特性との兼合いから
ガラス転移温度を500℃以下にすることは到底望
み得ないと思われていたホウケイ酸ガラスのガラ
ス転移温度を500℃以下に抑えることが可能とな
つた。しかもその熱膨張係数も32〜36×10-7／℃
の範囲に設定することが可能となつた。 本発明はこのような組成からなり、そのガラス
転移温度を500℃以下、また熱膨張係数を32〜36
×10-7／℃としたホウケイ酸ガラスを基台とし、
この基台に感圧ペレツトを接合して構成されるも
のである。尚、上記感圧ペレツトは従来より周知
のものであり、その電極配線をアルミニウムにて
行つたものである。そして、この感圧ペレツトを
前述したホウケイ酸ガラスからなる基台上に炭素
製の治具等を用いてその接合面の位置合せを行つ
て載置し、これを電気炉等を用いて550℃以下の
温度まで荷重を加え乍ら昇温・加熱して、その接
合が行われる。 かくして、このような構造の半導体圧力変換器
によれば、その基台が安価なガラス材によつて構
成され、しかも感圧ペレツトとの接合をアルミニ
ウムからなる電極配線の変質を招くことのない温
度で行い得るので、安価に製作することができ
る。またガラス製基台が感圧ペレツトに与える残
留応力の影響が少ないので微弱な圧力を高感度
に、しかも高精度に検出することができる等の実
用上絶大なる効果が奏せられる。 次に、本発明の一実施例につき説明する。先
ず、感圧ペレツトは、両面研磨されたｎ型の
〔111〕シリコン基板を用意し、Ｐ型抵抗層を拡散
法にて形成する。しかるのち、この基板に蒸着さ
れたアルミニウムを、フオトリソグラフイ技術を
用いてパターニングし、上記Ｐ型抵抗層を起歪抵
抗ゲージとするブリツジ回路を形成する。そし
て、PSGの保護膜を形成したのち、ダイヤフラ
ム面をエツチング法により形成する。これによつ
て、直径８mm、厚さ150μmの肉薄ダイヤフラムを
有する10×10cm、厚さ400μmの感圧ペレツトを作
成する。尚、この感圧ペレツトの感度は、最大圧
力４Kg/cm2に設定されている。 一方、基台は、前記表に示す組成のホウケイ酸
ガラスを用いて形成される。このホウケイ酸ガラ
スは、精製ケイ砂、ホウ酸、アルミナ、炭酸ソー
ダ、炭酸カリ、鉛丹、亜砒酸、酸化アンチモン等
からなるガラス原料、約１Kgを白金ルツボに入
れ、1500〜1600℃に加熱して溶融する。この溶融
によつて得られたガラスをステンレス板上に流し
出して固化させたのち、十分に徐冷して板状とし
たのち、所定形状に切出し、穴あけ加工を施して
基台が形成される。尚、上記の如く形成されたガ
ラスを、約２倍に薄めた硝酸中で煮沸しても、そ
の表面変質が生じないことが確認された。 そして、このようなガラス製基台と前記感圧ペ
レツトとを位置合せして接合し、３Kgの荷重を加
えた上で上記ガラス製基台のガラス転移温度より
50℃高く加熱して接着する。 このようにして得られた半導体圧力変換器のア
ルミニウム電極配線を調べたところ、その変質は
認められなかつた。また圧力零における残留抵抗
の温度変化、真空リークの有無、および素子破壊
圧力を調べたところ、いずれも目的としている仕
様を満足していることが確認された。即ち残留抵
抗の温度変化は−30℃〜＋100℃の範囲で２％以
内であり、真空度10-8Torr以下であつてもリー
クがなく、破壊圧力が10Kg/cm3以上であることが
確認された。 このように本発明によれば、安価で検出感度が
高く、しかも精度の高い半導体圧力変換器を提供
することができ、その実用的利点が絶大である。
組成比を工夫し、As2O3，Sb2O3，NaClを添加す
ることによつて、従来その諸特性との兼合いから
ガラス転移温度を500℃以下にすることは到底望
み得ないと思われていたホウケイ酸ガラスのガラ
ス転移温度を500℃以下に抑えることが可能とな
つた。しかもその熱膨張係数も32〜36×10-7／℃
の範囲に設定することが可能となつた。 本発明はこのような組成からなり、そのガラス
転移温度を500℃以下、また熱膨張係数を32〜36
×10-7／℃としたホウケイ酸ガラスを基台とし、
この基台に感圧ペレツトを接合して構成されるも
のである。尚、上記感圧ペレツトは従来より周知
のものであり、その電極配線をアルミニウムにて
行つたものである。そして、この感圧ペレツトを
前述したホウケイ酸ガラスからなる基台上に炭素
製の治具等を用いてその接合面の位置合せを行つ
て載置し、これを電気炉等を用いて550℃以下の
温度まで荷重を加え乍ら昇温・加熱して、その接
合が行われる。 かくして、このような構造の半導体圧力変換器
によれば、その基台が安価なガラス材によつて構
成され、しかも感圧ペレツトとの接合をアルミニ
ウムからなる電極配線の変質を招くことのない温
度で行い得るので、安価に製作することができ
る。またガラス製基台が感圧ペレツトに与える残
留応力の影響が少ないので微弱な圧力を高感度
に、しかも高精度に検出することができる等の実
用上絶大なる効果が奏せられる。 次に、本発明の一実施例につき説明する。先
ず、感圧ペレツトは、両面研磨されたｎ型の
〔111〕シリコン基板を用意し、Ｐ型抵抗層を拡散
法にて形成する。しかるのち、この基板に蒸着さ
れたアルミニウムを、フオトリソグラフイ技術を
用いてパターニングし、上記Ｐ型抵抗層を起歪抵
抗ゲージとするブリツジ回路を形成する。そし
て、PSGの保護膜を形成したのち、ダイヤフラ
ム面をエツチング法により形成する。これによつ
て、直径８mm、厚さ150μmの肉薄ダイヤフラムを
有する10×10cm、厚さ400μmの感圧ペレツトを作
成する。尚、この感圧ペレツトの感度は、最大圧
力４Kg/cm2に設定されている。 一方、基台は、前記表に示す組成のホウケイ酸
ガラスを用いて形成される。このホウケイ酸ガラ
スは、精製ケイ砂、ホウ酸、アルミナ、炭酸ソー
ダ、炭酸カリ、鉛丹、亜砒酸、酸化アンチモン等
からなるガラス原料、約１Kgを白金ルツボに入
れ、1500〜1600℃に加熱して溶融する。この溶融
によつて得られたガラスをステンレス板上に流し
出して固化させたのち、十分に徐冷して板状とし
たのち、所定形状に切出し、穴あけ加工を施して
基台が形成される。尚、上記の如く形成されたガ
ラスを、約２倍に薄めた硝酸中で煮沸しても、そ
の表面変質が生じないことが確認された。 そして、このようなガラス製基台と前記感圧ペ
レツトとを位置合せして接合し、３Kgの荷重を加
えた上で上記ガラス製基台のガラス転移温度より
50℃高く加熱して接着する。 このようにして得られた半導体圧力変換器のア
ルミニウム電極配線を調べたところ、その変質は
認められなかつた。また圧力零における残留抵抗
の温度変化、真空リークの有無、および素子破壊
圧力を調べたところ、いずれも目的としている仕
様を満足していることが確認された。即ち残留抵
抗の温度変化は−30℃〜＋100℃の範囲で２％以
内であり、真空度10-8Torr以下であつてもリー
クがなく、破壊圧力が10Kg/cm3以上であることが
確認された。 このように本発明によれば、安価で検出感度が
高く、しかも精度の高い半導体圧力変換器を提供
することができ、その実用的利点が絶大である。
図は半導体圧力変換器の基本的な構成図であ
る。 １…半導体結晶板、２…肉薄ダイヤフラム、３
…起歪抵抗ゲージ、５…電極配線、６…基台。
る。 １…半導体結晶板、２…肉薄ダイヤフラム、３
…起歪抵抗ゲージ、５…電極配線、６…基台。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体結晶板の肉薄ダイヤフラム面に起歪抵
抗ゲージを形成し、この起歪抵抗ゲージに対して
アルミニウム電極配線を施した感圧ペレツトと； ガラス転移温度が500℃より低いホウケイ酸ガ
ラスからなり、前記半導体結晶板の周辺肉厚部を
支持する為の基台であつて、その中央部に前記肉
薄ダイヤフラム面に対して圧力を導入するための
圧力導入孔を設けてなる基台とからなり； 前記基台が前記ホウケイ酸ガラスのガラス転移
温度程度に加熱されて前記感圧ペレツトと前記基
台とがその接合面に異物層を介することなく直接
接合された構造を有し； 前記基台をなすホウケイ酸ガラスは、SiO2を
65〜76重量％、B2O3を13.5〜20重量％、Al2O3を
1.5〜4.0重量％、Na2Oを2.0〜4.0重量％、K2Oを
０〜２重量％、Li2Oを０〜１重量％（但し、上
記Na2O、K2O、Li2Oの総和を3.0〜5.0重量％と
する）、PbOを０〜５重量％、そして１重量％以
下の清澄剤とからなる組成を有することを特徴と
した半導体圧力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5197783A JPS59176639A (ja) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | 半導体圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5197783A JPS59176639A (ja) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | 半導体圧力変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59176639A JPS59176639A (ja) | 1984-10-06 |
| JPH0536738B2 true JPH0536738B2 (ja) | 1993-05-31 |
Family
ID=12901921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5197783A Granted JPS59176639A (ja) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | 半導体圧力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59176639A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63177030A (ja) * | 1987-01-19 | 1988-07-21 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体圧力センサ |
| JPH0274536A (ja) * | 1988-09-07 | 1990-03-14 | Toshiba Glass Co Ltd | プレス成形用硬質ガラス |
| JPH0483139A (ja) * | 1990-07-26 | 1992-03-17 | Nippondenso Co Ltd | 半導体歪みセンサ |
| JP6119703B2 (ja) * | 2014-09-04 | 2017-04-26 | 横河電機株式会社 | センサ装置、歪センサ装置、及び圧力センサ装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4924208A (ja) * | 1972-06-30 | 1974-03-04 | ||
| JPS51110982A (ja) * | 1975-03-26 | 1976-09-30 | Hitachi Ltd | Handotaiatsuryokuhenkanki |
| JPS55106331A (en) * | 1979-02-09 | 1980-08-15 | Hitachi Ltd | Pressure sensor of semiconductor strain gauge |
| JPS57186136A (en) * | 1981-05-13 | 1982-11-16 | Hitachi Ltd | Semiconductor pressure transducer |
-
1983
- 1983-03-28 JP JP5197783A patent/JPS59176639A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59176639A (ja) | 1984-10-06 |
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