JPH1140821A - ダイヤフラムの異常検出装置 - Google Patents
ダイヤフラムの異常検出装置Info
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- JPH1140821A JPH1140821A JP9210095A JP21009597A JPH1140821A JP H1140821 A JPH1140821 A JP H1140821A JP 9210095 A JP9210095 A JP 9210095A JP 21009597 A JP21009597 A JP 21009597A JP H1140821 A JPH1140821 A JP H1140821A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
- G01R31/2829—Testing of circuits in sensor or actuator systems
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダイヤフラムの異常を容易に検出できる装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明による異常検出装置は、ダイヤフ
ラム（２３）上に形成された線状抵抗（ｒ）を有し、そ
の線状抵抗（ｒ）の一端は、異常検出端子（Ｓ１，Ｓ
２）に結合される。ダイヤフラム（２３）に異常がある
と、線状抵抗全体の抵抗値は、異常がない場合とは異な
る値になる。異常検出端子（Ｓ１，Ｓ２）を用いて線状
抵抗（ｒ）の抵抗値を測定し、正常時の値と比較すれ
ば、ダイヤフラムの異常を検出することができる。
を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明による異常検出装置は、ダイヤフ
ラム（２３）上に形成された線状抵抗（ｒ）を有し、そ
の線状抵抗（ｒ）の一端は、異常検出端子（Ｓ１，Ｓ
２）に結合される。ダイヤフラム（２３）に異常がある
と、線状抵抗全体の抵抗値は、異常がない場合とは異な
る値になる。異常検出端子（Ｓ１，Ｓ２）を用いて線状
抵抗（ｒ）の抵抗値を測定し、正常時の値と比較すれ
ば、ダイヤフラムの異常を検出することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に、ダイヤフラ
ムの異常を検出する装置に関し、特に、半導体ダイヤフ
ラムの異常検出装置に関する。
ムの異常を検出する装置に関し、特に、半導体ダイヤフ
ラムの異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のマイクロマシーニング（ｍｉｃｒ
ｏ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）技術の進展に伴い、半導体ダ
イヤフラムは様々な用途に利用されている。たとえば、
半導体圧力センサ、流速センサ、加速度センサ、マイク
ロマシーニング・リレー、更には流体の入出流を制御す
るアクチュエータ等にも利用されている。また、半導体
ダイヤフラムを利用するこの種の装置は、様々な産業分
野に利用されうるが、医療機器の技術分野への利用も期
待されている。数ミリメートル四方のわずかな領域に、
極めて小さな一種のポンプ構造等を作ることができるた
めである。
ｏ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）技術の進展に伴い、半導体ダ
イヤフラムは様々な用途に利用されている。たとえば、
半導体圧力センサ、流速センサ、加速度センサ、マイク
ロマシーニング・リレー、更には流体の入出流を制御す
るアクチュエータ等にも利用されている。また、半導体
ダイヤフラムを利用するこの種の装置は、様々な産業分
野に利用されうるが、医療機器の技術分野への利用も期
待されている。数ミリメートル四方のわずかな領域に、
極めて小さな一種のポンプ構造等を作ることができるた
めである。
【０００３】図１（ａ）は、半導体ダイヤフラムを用い
た従来のピエゾ抵抗型の圧力センサ（１０）の断面図。
図１（ｂ）は圧力センサ（１０）の平面図を示し、Ａ−
Ａ線断面図が図１（ａ）である。この圧力センサ（１
０）は、ダイヤフラム（１３）と、そのダイヤフラムを
支持するＮ型半導体基板（１１）と、ダイヤフラム（１
３）上に設けられＰ−拡散層より成るピエゾ素子（１
２）から構成され、そのピエゾ素子には電源および圧力
検出端子（図示せず）に対する所定の電気配線（図示せ
ず）が施される。
た従来のピエゾ抵抗型の圧力センサ（１０）の断面図。
図１（ｂ）は圧力センサ（１０）の平面図を示し、Ａ−
Ａ線断面図が図１（ａ）である。この圧力センサ（１
０）は、ダイヤフラム（１３）と、そのダイヤフラムを
支持するＮ型半導体基板（１１）と、ダイヤフラム（１
３）上に設けられＰ−拡散層より成るピエゾ素子（１
２）から構成され、そのピエゾ素子には電源および圧力
検出端子（図示せず）に対する所定の電気配線（図示せ
ず）が施される。
【０００４】圧力センサ（１０）は、次のように動作す
る。まず、外部からの圧力が加わっていない場合、ピエ
ゾ素子（１２−１）ないし（１２−４）には応力が作用
しないので、圧力検出端子から得られる電気信号は、圧
力が加わっていないことを示す。次に、外部から圧力が
加わると、ダイヤフラム（１３）は矢印（１４）で示す
方向にたわみを生じる。このたわみにより、ピエゾ素子
（１２−１）ないし（１２−４）は、矢印（１５）また
は（１６）で示す向きの応力を受ける。各ピエゾ素子に
作用する応力の向きが異なるのは、ピエゾ素子の配置に
起因する。すなわち、ダイヤフラムの周辺部に対してピ
エゾ素子（１２−１）および（１２−３）は垂直に配置
される一方、ピエゾ素子（１２−２）および（１２−
４）は平行に配置されるためである。また、各ピエゾ素
子をダイヤフラムの周辺に配置するのは、ダイヤフラム
にたわみが生じた場合に周辺に生じる応力が、他の部分
に生じる応力より大きいためである。矢印（１５）およ
び（１６）で示す向きに作用する応力に依存して、ピエ
ゾ素子（１２−１）および（１２−３）の抵抗が増加／
減少し、ピエゾ素子（１２−２）および（１２−４）の
抵抗が減少／増加する。その結果、圧力検出端子に生じ
る電位差を検出することにより、圧力を検出することが
できる。
る。まず、外部からの圧力が加わっていない場合、ピエ
ゾ素子（１２−１）ないし（１２−４）には応力が作用
しないので、圧力検出端子から得られる電気信号は、圧
力が加わっていないことを示す。次に、外部から圧力が
加わると、ダイヤフラム（１３）は矢印（１４）で示す
方向にたわみを生じる。このたわみにより、ピエゾ素子
（１２−１）ないし（１２−４）は、矢印（１５）また
は（１６）で示す向きの応力を受ける。各ピエゾ素子に
作用する応力の向きが異なるのは、ピエゾ素子の配置に
起因する。すなわち、ダイヤフラムの周辺部に対してピ
エゾ素子（１２−１）および（１２−３）は垂直に配置
される一方、ピエゾ素子（１２−２）および（１２−
４）は平行に配置されるためである。また、各ピエゾ素
子をダイヤフラムの周辺に配置するのは、ダイヤフラム
にたわみが生じた場合に周辺に生じる応力が、他の部分
に生じる応力より大きいためである。矢印（１５）およ
び（１６）で示す向きに作用する応力に依存して、ピエ
ゾ素子（１２−１）および（１２−３）の抵抗が増加／
減少し、ピエゾ素子（１２−２）および（１２−４）の
抵抗が減少／増加する。その結果、圧力検出端子に生じ
る電位差を検出することにより、圧力を検出することが
できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のダイヤフラムを
利用する装置には、ダイヤフラムにひび割れ、クラッ
ク、変形、損傷等の異常が生じた場合、その異常を検出
する機構が設けられていなかった。本発明は、ダイヤフ
ラムの異常を容易に検出できる装置を提供することを目
的とする。
利用する装置には、ダイヤフラムにひび割れ、クラッ
ク、変形、損傷等の異常が生じた場合、その異常を検出
する機構が設けられていなかった。本発明は、ダイヤフ
ラムの異常を容易に検出できる装置を提供することを目
的とする。
【０００６】また、半導体ダイヤフラムを利用する装置
を製造する際、ウェファ製造工程で生じた異常を、ウェ
ファ・レベルで検出することはできなかった。ウェファ
製造工程の後、装置全体の組み立てを終了した後でなけ
れば異常を検出することができなかった。例えば、半導
体圧力センサの場合、圧力センサとして組み立て、外圧
を加えて出力特性を検査する等して、ダイヤフラムの良
不良が判明するに過ぎなかった。本発明は、ウェファ・
レベルでもダイヤフラムの異常を容易に検出できる装置
を提供することを目的とする。
を製造する際、ウェファ製造工程で生じた異常を、ウェ
ファ・レベルで検出することはできなかった。ウェファ
製造工程の後、装置全体の組み立てを終了した後でなけ
れば異常を検出することができなかった。例えば、半導
体圧力センサの場合、圧力センサとして組み立て、外圧
を加えて出力特性を検査する等して、ダイヤフラムの良
不良が判明するに過ぎなかった。本発明は、ウェファ・
レベルでもダイヤフラムの異常を容易に検出できる装置
を提供することを目的とする。
【０００７】ダイヤフラムの異常は、製造工程だけでな
く、ユーザが使用する際にも生じうる。ユーザの使用時
において、ダイヤフラムに異常が生じているか否かを判
別するのは一般に困難である。たとえば、半導体圧力セ
ンサから得られる出力データが、外圧による正規のもの
か、ダイヤフラムの異常によるものかを判別することは
困難である。本発明は、ユーザの使用時においてもダイ
ヤフラムの異常を容易に検出できる装置を提供すること
を目的とする。
く、ユーザが使用する際にも生じうる。ユーザの使用時
において、ダイヤフラムに異常が生じているか否かを判
別するのは一般に困難である。たとえば、半導体圧力セ
ンサから得られる出力データが、外圧による正規のもの
か、ダイヤフラムの異常によるものかを判別することは
困難である。本発明は、ユーザの使用時においてもダイ
ヤフラムの異常を容易に検出できる装置を提供すること
を目的とする。
【０００８】さらに、ダイヤフラムの損傷が、初めのう
ちは小さかったがその後徐々に大きくなる場合もある。
本発明は、ダイヤフラムの異常を早期に発見できる装置
を提供することを目的とする。
ちは小さかったがその後徐々に大きくなる場合もある。
本発明は、ダイヤフラムの異常を早期に発見できる装置
を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述した目的は、ダイヤ
フラムと、ダイヤフラムを支持する基板と、前記ダイヤ
フラムの少なくとも一方の面内に形成される線状抵抗か
ら構成されるダイヤフラムの異常検出装置により達成さ
れる。その線状抵抗の一端は異常検出端子に結合され
る。一実施例にあっては、線状抵抗は、ダイヤフラムの
周辺部および中央部に形成され、線状抵抗は複数の線要
素から構成され、１つの線要素から隣の線要素までの距
離が実質的に一定である。また、少なくとも２つの線要
素のレイアウト・パターンが、互いに相似形である。
フラムと、ダイヤフラムを支持する基板と、前記ダイヤ
フラムの少なくとも一方の面内に形成される線状抵抗か
ら構成されるダイヤフラムの異常検出装置により達成さ
れる。その線状抵抗の一端は異常検出端子に結合され
る。一実施例にあっては、線状抵抗は、ダイヤフラムの
周辺部および中央部に形成され、線状抵抗は複数の線要
素から構成され、１つの線要素から隣の線要素までの距
離が実質的に一定である。また、少なくとも２つの線要
素のレイアウト・パターンが、互いに相似形である。
【００１０】
【作用】本発明による異常検出装置は、ダイヤフラム上
に形成された線状抵抗を有し、その線状抵抗の一端は、
異常検出端子に結合される。ダイヤフラムに異常がある
と、線状抵抗全体の抵抗値は、異常がない場合とは異な
る値になる。異常検出端子を用いて線状抵抗の抵抗値を
測定し、正常時の値と比較すれば、ダイヤフラムの異常
を検出することができる。
に形成された線状抵抗を有し、その線状抵抗の一端は、
異常検出端子に結合される。ダイヤフラムに異常がある
と、線状抵抗全体の抵抗値は、異常がない場合とは異な
る値になる。異常検出端子を用いて線状抵抗の抵抗値を
測定し、正常時の値と比較すれば、ダイヤフラムの異常
を検出することができる。
【００１１】
（１）第１実施例 図２は、本発明の第１実施例である半導体圧力センサ
（２０）を示す。図２（ｂ）は圧力センサ（２０）の平
面図を示し、Ａ−Ａ線断面図が図２（ａ）である。この
圧力センサ（２０）は、図１に示す従来の圧力センサと
同様に、ダイヤフラム（２３）と、そのダイヤフラムを
支持するＮ型半導体基板（２１）と、ダイヤフラム（２
３）上に設けられＰ−拡散層より成るピエゾ素子（２
２）から構成され、そのピエゾ素子には、電源および圧
力検出端子に対する所定の電気配線（図示せず）が施さ
れる。
（２０）を示す。図２（ｂ）は圧力センサ（２０）の平
面図を示し、Ａ−Ａ線断面図が図２（ａ）である。この
圧力センサ（２０）は、図１に示す従来の圧力センサと
同様に、ダイヤフラム（２３）と、そのダイヤフラムを
支持するＮ型半導体基板（２１）と、ダイヤフラム（２
３）上に設けられＰ−拡散層より成るピエゾ素子（２
２）から構成され、そのピエゾ素子には、電源および圧
力検出端子に対する所定の電気配線（図示せず）が施さ
れる。
【００１２】本実施例は、従来の圧力センサ（１０）と
は異なり、ダイヤフラム（２３）上に図示のように線状
抵抗（ｒ）が配置されている。ピエゾ素子（２２）を形
成し、ピエゾ素子（２２）の電気配線を施す際に、イオ
ン注入でＰ＋拡散層を形成することにより、線状抵抗
（ｒ）が配置される。線状抵抗（ｒ）を形成するプロセ
スは、電源および圧力検出端子に対するピエゾ素子の配
線を形成するプロセスと同様であるため、ピエゾ素子を
配線する段階で形成することが望ましいが、これに限定
されない。Ｐ＋拡散層のドーパント濃度は、好適には１
Ｅ＋１９ないし１Ｅ＋２０ ａｔｏｍ／ｃｍ３である
が、用途に応じて他の値もとりうる。後述するように、
ダイヤフラムの変形による抵抗変化を検出できる程度に
線状抵抗の抵抗値が小さければよいためである。ちなみ
に、この種の圧力センサに用いられるピエゾ素子のドー
パント濃度は、一般に１Ｅ＋１５ないし１Ｅ＋１７ａｔ
ｏｍ／ｃｍ３である。線状抵抗（ｒ）の一端は異常検出
端子Ｓ１に結合され、他端は異常検出端子Ｓ２に結合さ
れる。ダイヤフラム（２３）において、ピエゾ素子（２
２）が設けられる領域以外の領域は、線状抵抗（ｒ）に
より実質的に全体が覆われる。線状抵抗（ｒ）および異
常検出端子Ｓ１，Ｓ２の関係は、図２（ｃ）の等価回路
で示される。
は異なり、ダイヤフラム（２３）上に図示のように線状
抵抗（ｒ）が配置されている。ピエゾ素子（２２）を形
成し、ピエゾ素子（２２）の電気配線を施す際に、イオ
ン注入でＰ＋拡散層を形成することにより、線状抵抗
（ｒ）が配置される。線状抵抗（ｒ）を形成するプロセ
スは、電源および圧力検出端子に対するピエゾ素子の配
線を形成するプロセスと同様であるため、ピエゾ素子を
配線する段階で形成することが望ましいが、これに限定
されない。Ｐ＋拡散層のドーパント濃度は、好適には１
Ｅ＋１９ないし１Ｅ＋２０ ａｔｏｍ／ｃｍ３である
が、用途に応じて他の値もとりうる。後述するように、
ダイヤフラムの変形による抵抗変化を検出できる程度に
線状抵抗の抵抗値が小さければよいためである。ちなみ
に、この種の圧力センサに用いられるピエゾ素子のドー
パント濃度は、一般に１Ｅ＋１５ないし１Ｅ＋１７ａｔ
ｏｍ／ｃｍ３である。線状抵抗（ｒ）の一端は異常検出
端子Ｓ１に結合され、他端は異常検出端子Ｓ２に結合さ
れる。ダイヤフラム（２３）において、ピエゾ素子（２
２）が設けられる領域以外の領域は、線状抵抗（ｒ）に
より実質的に全体が覆われる。線状抵抗（ｒ）および異
常検出端子Ｓ１，Ｓ２の関係は、図２（ｃ）の等価回路
で示される。
【００１３】次に、本実施例におけるダイヤフラムの異
常を検出する方法について説明する。ダイヤフラムのひ
び割れ、クラック等の異常は、異常検出端子Ｓ１，Ｓ２
に電圧または電流を印加して線状抵抗（ｒ）の抵抗値を
測定することにより行なわれる。たとえば、ダイヤフラ
ム内の領域Ｂ（図２（ｂ））において、ひび割れが生じ
ている場合、このひび割れにより線状抵抗（ｒ）全体の
抵抗値は、ひび割れが生じていない場合の抵抗値と異な
る。特に、ダイヤフラムのひび割れによって領域Ｂにお
ける線状抵抗（ｒ）が断線している場合、線状抵抗
（ｒ）全体の抵抗値は極端に大きくなる。こうして生じ
た抵抗値の変化を検出することにより、ダイヤフラムの
異常を検出することができる。
常を検出する方法について説明する。ダイヤフラムのひ
び割れ、クラック等の異常は、異常検出端子Ｓ１，Ｓ２
に電圧または電流を印加して線状抵抗（ｒ）の抵抗値を
測定することにより行なわれる。たとえば、ダイヤフラ
ム内の領域Ｂ（図２（ｂ））において、ひび割れが生じ
ている場合、このひび割れにより線状抵抗（ｒ）全体の
抵抗値は、ひび割れが生じていない場合の抵抗値と異な
る。特に、ダイヤフラムのひび割れによって領域Ｂにお
ける線状抵抗（ｒ）が断線している場合、線状抵抗
（ｒ）全体の抵抗値は極端に大きくなる。こうして生じ
た抵抗値の変化を検出することにより、ダイヤフラムの
異常を検出することができる。
【００１４】本実施例では、ウェファ製造工程で生じた
異常を、ウェファ・レベルで検出することもできる。ま
た、本実施例では、ダイヤフラムが変形すると線状抵抗
（ｒ）の抵抗値が変化するので、ダイヤフラムの変形に
よる異常も検出することができる。本実施例によれば、
ダイヤフラムにひび割れ、クラック、変形、損傷等の異
常が生じたことを検出することができる。
異常を、ウェファ・レベルで検出することもできる。ま
た、本実施例では、ダイヤフラムが変形すると線状抵抗
（ｒ）の抵抗値が変化するので、ダイヤフラムの変形に
よる異常も検出することができる。本実施例によれば、
ダイヤフラムにひび割れ、クラック、変形、損傷等の異
常が生じたことを検出することができる。
【００１５】ところで、ダイヤフラムの不具合が生じて
いる領域Ｂが、線状抵抗から離れて位置する場合、ダイ
ヤフラムの異常を検出することはできない。ダイヤフラ
ムの異常が線状抵抗の抵抗値を変化させないためであ
る。したがって、ダイヤフラム上の任意の場所における
異常を検出するには、線状抵抗（ｒ）をダイヤフラムの
全面にわたって設ける必要がある。また、抵抗（ｒ）が
線状ではなく抵抗層のような面状である場合、ダイヤフ
ラムの異常を良好に検出することはできない。ダイヤフ
ラムの異常による抵抗値の変化が、線状である場合に比
べて小さくなり、その抵抗値の変化を検出することが困
難になるためである。したがって、ダイヤフラムの任意
の場所における異常を良好に検出するには、ピエゾ素子
等が配置される領域以外の領域全体を実質的に覆うよう
に線状抵抗を配置し、かつ、その線状抵抗は細くて長い
線状の抵抗であることが望ましい。ところが、抵抗体を
細くすると、一般に、単位長さ当たりの抵抗値が増加す
るので、線状抵抗（ｒ）の抵抗値の変化が検出しにくく
なってしまう。そこで、正常時における線状抵抗（ｒ）
の抵抗値を小さくするため、たとえば線状抵抗のドーパ
ント濃度を十分に高くする必要がある。 （２）第２実施例 本発明による線状抵抗（ｒ）に対する異常検出端子の結
線パターンは、図２（ｂ）に示すものに限定されない。
図３は、他の結線パターンを用いた場合の実施例を示
す。図３（ａ）は圧力センサの平面図を示し、図３
（ｂ）は異常検出回路の部分等価回路を示す。線状抵抗
以外の素子および構造は、図２の場合と同様である。
いる領域Ｂが、線状抵抗から離れて位置する場合、ダイ
ヤフラムの異常を検出することはできない。ダイヤフラ
ムの異常が線状抵抗の抵抗値を変化させないためであ
る。したがって、ダイヤフラム上の任意の場所における
異常を検出するには、線状抵抗（ｒ）をダイヤフラムの
全面にわたって設ける必要がある。また、抵抗（ｒ）が
線状ではなく抵抗層のような面状である場合、ダイヤフ
ラムの異常を良好に検出することはできない。ダイヤフ
ラムの異常による抵抗値の変化が、線状である場合に比
べて小さくなり、その抵抗値の変化を検出することが困
難になるためである。したがって、ダイヤフラムの任意
の場所における異常を良好に検出するには、ピエゾ素子
等が配置される領域以外の領域全体を実質的に覆うよう
に線状抵抗を配置し、かつ、その線状抵抗は細くて長い
線状の抵抗であることが望ましい。ところが、抵抗体を
細くすると、一般に、単位長さ当たりの抵抗値が増加す
るので、線状抵抗（ｒ）の抵抗値の変化が検出しにくく
なってしまう。そこで、正常時における線状抵抗（ｒ）
の抵抗値を小さくするため、たとえば線状抵抗のドーパ
ント濃度を十分に高くする必要がある。 （２）第２実施例 本発明による線状抵抗（ｒ）に対する異常検出端子の結
線パターンは、図２（ｂ）に示すものに限定されない。
図３は、他の結線パターンを用いた場合の実施例を示
す。図３（ａ）は圧力センサの平面図を示し、図３
（ｂ）は異常検出回路の部分等価回路を示す。線状抵抗
以外の素子および構造は、図２の場合と同様である。
【００１６】本実施例では、４つの線状抵抗（ｒ１）〜
（ｒ４）がダイヤフラム上に設けられている。各線状抵
抗の一端は異常検出端子Ｓ１またはＳ２に結合され、他
端は高電位電源Ｖｄｄまたは低電位電源ＶＳＳに結合さ
れ、図３（ｂ）に示すように全体としてブリッジ回路を
構成する。４つの線状抵抗（ｒ１）〜（ｒ４）は、それ
ぞれ同一の長さおよび抵抗値を有する。
（ｒ４）がダイヤフラム上に設けられている。各線状抵
抗の一端は異常検出端子Ｓ１またはＳ２に結合され、他
端は高電位電源Ｖｄｄまたは低電位電源ＶＳＳに結合さ
れ、図３（ｂ）に示すように全体としてブリッジ回路を
構成する。４つの線状抵抗（ｒ１）〜（ｒ４）は、それ
ぞれ同一の長さおよび抵抗値を有する。
【００１７】次に、本実施例におけるダイヤフラムの異
常を検出する方法について説明する。ダイヤフラムの異
常に起因する線状抵抗の抵抗値変化を利用する点で、図
２の場合と同様である。まず、ダイヤフラムが正常であ
る場合、４つの線状抵抗（ｒ１）〜（ｒ４）はすべてほ
ぼ同一の抵抗値を有するので、異常検出端子Ｓ１および
Ｓ２間に実質的に電位差は生じない。しかし、ダイヤフ
ラムに異常が生じた場合、たとえば領域Ｂにひび割れが
生じた場合、線状抵抗（ｒ１）の抵抗値が変化して、異
常検出端子Ｓ１およびＳ２間に電位差が生じ、ダイヤフ
ラムの異常を検出することができる。本実施例では、各
線状抵抗が、それぞれダイヤフラムの１／４の領域を被
覆するので、たとえば、どの線状抵抗の抵抗値が変化し
たかを判別することにより、いずれの領域でダイヤフラ
ムの不具合が生じたかを知ることができ、圧力センサま
たはその製造工程における不良解析等に役立つ。
常を検出する方法について説明する。ダイヤフラムの異
常に起因する線状抵抗の抵抗値変化を利用する点で、図
２の場合と同様である。まず、ダイヤフラムが正常であ
る場合、４つの線状抵抗（ｒ１）〜（ｒ４）はすべてほ
ぼ同一の抵抗値を有するので、異常検出端子Ｓ１および
Ｓ２間に実質的に電位差は生じない。しかし、ダイヤフ
ラムに異常が生じた場合、たとえば領域Ｂにひび割れが
生じた場合、線状抵抗（ｒ１）の抵抗値が変化して、異
常検出端子Ｓ１およびＳ２間に電位差が生じ、ダイヤフ
ラムの異常を検出することができる。本実施例では、各
線状抵抗が、それぞれダイヤフラムの１／４の領域を被
覆するので、たとえば、どの線状抵抗の抵抗値が変化し
たかを判別することにより、いずれの領域でダイヤフラ
ムの不具合が生じたかを知ることができ、圧力センサま
たはその製造工程における不良解析等に役立つ。
【００１８】次に、本実施例における圧力センサの圧力
検出と、ダイヤフラムの異常検出との関係について説明
する。本実施例では、４個のピエゾ素子（３３−１）な
いし（３３−４）は、それぞれダイヤフラムの４つの周
辺部に配置されるが、４個がすべて同じ位置関係で配置
されてはいない。この点、従来の圧力センサ（１０）お
よび第１実施例による圧力センサ（２０）と同様であ
る。一方、各線状抵抗（ｒ１）〜（ｒ４）は、それぞれ
ダイヤフラムの１／４の領域を各々均等に覆うように配
置され、かつ、ダイヤフラムの周辺部に対して同じ位置
関係で配置される。したがって、圧力センサに外圧が加
わってダイヤフラムにたわみが生じた場合、各線状抵抗
（ｒ１）ないし（ｒ４）はすべて同程度の抵抗値変化を
示す。その結果、ダイヤフラムに異常が生じていれば異
常検出端子Ｓ１およびＳ２間に電位差が生じるが、異常
がなければ電位差は生じない。一方、ピエゾ素子（３３
−１）ないし（３３−４）に対しては、図１で説明した
のと同じ理由でピエゾ抵抗の変化に起因する電位差が検
出され、圧力が検出される。したがって、本実施例で
は、圧力の検出とダイヤフラムの異常検出とは独立に行
なわれる。すなわち、外部圧力によるダイヤフラムの正
常な変形とダイヤフラムの異常とを明確に区別できるの
で、圧力センサの使用時においてもダイヤフラムの異常
を検出することができる。 （３）他の実施例 上述した実施例では、線状抵抗はダイヤフラムの一方の
面内に設けられていたが、ダイヤフラムの両面に設ける
ことも可能である。この場合、ダイヤフラムのいずれの
面に異常が生じても検出することができる。したがっ
て、ダイヤフラムの一方の面側に生じた微細なひび割れ
が、徐々に大きくなって他の面側に及ぶような場合で
も、微細なひび割れが生じた段階で異常を検出すること
ができ、ダイヤフラムの異常を早期に発見できる。
検出と、ダイヤフラムの異常検出との関係について説明
する。本実施例では、４個のピエゾ素子（３３−１）な
いし（３３−４）は、それぞれダイヤフラムの４つの周
辺部に配置されるが、４個がすべて同じ位置関係で配置
されてはいない。この点、従来の圧力センサ（１０）お
よび第１実施例による圧力センサ（２０）と同様であ
る。一方、各線状抵抗（ｒ１）〜（ｒ４）は、それぞれ
ダイヤフラムの１／４の領域を各々均等に覆うように配
置され、かつ、ダイヤフラムの周辺部に対して同じ位置
関係で配置される。したがって、圧力センサに外圧が加
わってダイヤフラムにたわみが生じた場合、各線状抵抗
（ｒ１）ないし（ｒ４）はすべて同程度の抵抗値変化を
示す。その結果、ダイヤフラムに異常が生じていれば異
常検出端子Ｓ１およびＳ２間に電位差が生じるが、異常
がなければ電位差は生じない。一方、ピエゾ素子（３３
−１）ないし（３３−４）に対しては、図１で説明した
のと同じ理由でピエゾ抵抗の変化に起因する電位差が検
出され、圧力が検出される。したがって、本実施例で
は、圧力の検出とダイヤフラムの異常検出とは独立に行
なわれる。すなわち、外部圧力によるダイヤフラムの正
常な変形とダイヤフラムの異常とを明確に区別できるの
で、圧力センサの使用時においてもダイヤフラムの異常
を検出することができる。 （３）他の実施例 上述した実施例では、線状抵抗はダイヤフラムの一方の
面内に設けられていたが、ダイヤフラムの両面に設ける
ことも可能である。この場合、ダイヤフラムのいずれの
面に異常が生じても検出することができる。したがっ
て、ダイヤフラムの一方の面側に生じた微細なひび割れ
が、徐々に大きくなって他の面側に及ぶような場合で
も、微細なひび割れが生じた段階で異常を検出すること
ができ、ダイヤフラムの異常を早期に発見できる。
【００１９】また、上述した実施例では、図４に示すよ
うに線状抵抗は、複数の折れ線線要素（ｒ１，ｒ
２，．．．）および複数の折返部（ｖ１，ｖ
２，．．．）から構成され、ある線要素（ｒ１）から隣
の線要素（ｒ２）までの距離ｄは実質的に一定となるよ
うなレイアウト・パターンであったが、他のパターンを
採用することもできる。たとえば、折れ線線要素ではな
く単なる直線や曲線で線要素を構成することもできる。
また、１つの線要素をジグザグな線で構成することも可
能である。各線要素のパターンを複雑にすると、単なる
直線で構成した場合に比べて高精度にダイヤフラムの異
常を検出することができる。たとえば、図４に示すパタ
ーンを採用している場合、線要素（ｒ１）と（ｒ２）と
の間で、それらの線要素に沿う方向に小さなひび割れが
生じた場合、ダイヤフラムの異常を検出することは困難
になる。しかし、各線要素を構成する線のパターンを複
雑にすると、そのような場合でも検出できる。要する
に、どのようなパターンであっても、ダイヤフラムの任
意の場所における異常を良好に検出するには、ダイヤフ
ラム全体を実質的に覆うように線状抵抗を配置し、ダイ
ヤフラムに生じるひび割れ等の異常が生じた場合に、線
状抵抗の抵抗値を変化させることができればよいのであ
る。 （４）更なる実施例 以上本発明をピエゾ抵抗型の圧力センサに適用した場合
について説明してきたが、本発明はこれに限定されな
い。容量型の圧力センサに適用できるのはもちろんのこ
と、半導体ダイヤフラムを利用する流速センサ、加速度
センサ、マイクロマシーニング・リレー、更には流体の
入出流を制御するアクチュエータ等にも利用することが
できる。
うに線状抵抗は、複数の折れ線線要素（ｒ１，ｒ
２，．．．）および複数の折返部（ｖ１，ｖ
２，．．．）から構成され、ある線要素（ｒ１）から隣
の線要素（ｒ２）までの距離ｄは実質的に一定となるよ
うなレイアウト・パターンであったが、他のパターンを
採用することもできる。たとえば、折れ線線要素ではな
く単なる直線や曲線で線要素を構成することもできる。
また、１つの線要素をジグザグな線で構成することも可
能である。各線要素のパターンを複雑にすると、単なる
直線で構成した場合に比べて高精度にダイヤフラムの異
常を検出することができる。たとえば、図４に示すパタ
ーンを採用している場合、線要素（ｒ１）と（ｒ２）と
の間で、それらの線要素に沿う方向に小さなひび割れが
生じた場合、ダイヤフラムの異常を検出することは困難
になる。しかし、各線要素を構成する線のパターンを複
雑にすると、そのような場合でも検出できる。要する
に、どのようなパターンであっても、ダイヤフラムの任
意の場所における異常を良好に検出するには、ダイヤフ
ラム全体を実質的に覆うように線状抵抗を配置し、ダイ
ヤフラムに生じるひび割れ等の異常が生じた場合に、線
状抵抗の抵抗値を変化させることができればよいのであ
る。 （４）更なる実施例 以上本発明をピエゾ抵抗型の圧力センサに適用した場合
について説明してきたが、本発明はこれに限定されな
い。容量型の圧力センサに適用できるのはもちろんのこ
と、半導体ダイヤフラムを利用する流速センサ、加速度
センサ、マイクロマシーニング・リレー、更には流体の
入出流を制御するアクチュエータ等にも利用することが
できる。
【００２０】図５は、本発明を容量型の圧力センサ（５
０）に適用した場合の例を示す。ダイヤフラム（５３）
に線状抵抗（ｒ）が設けられている。外圧が加わると、
ダイヤフラム（５３）は矢印（５５）で示す方向にたわ
み、コンデンサ（５３，５４）の容量が変化して圧力を
検出する。
０）に適用した場合の例を示す。ダイヤフラム（５３）
に線状抵抗（ｒ）が設けられている。外圧が加わると、
ダイヤフラム（５３）は矢印（５５）で示す方向にたわ
み、コンデンサ（５３，５４）の容量が変化して圧力を
検出する。
【００２１】図６は、本発明をマイクロマシーニング・
リレーに適用した場合の例を示す。両ダイヤフラム（６
３）に線状抵抗（ｒ）が設けられている。静電気力等を
利用して質量部（６２）を矢印（６７）で示す方向に動
かすことにより、電極（６４）および（６５）が電気的
に導通または非導通となる。
リレーに適用した場合の例を示す。両ダイヤフラム（６
３）に線状抵抗（ｒ）が設けられている。静電気力等を
利用して質量部（６２）を矢印（６７）で示す方向に動
かすことにより、電極（６４）および（６５）が電気的
に導通または非導通となる。
【００２２】図７は、流体の入出流を制御するアクチュ
エータに適用した場合の例を示す。ダイヤフラム（７
３）に線状抵抗（ｒ）が設けられている。ヒータ（７
８）により流体（７５）が膨張し又は収縮して質量部
（７２）を矢印（７７）で示す方向に動かすことによ
り、内部領域（８０）と外部領域（９０）とを隔離し又
は結合する。これにより、内部領域（８０）と外部領域
（９０）との間で流体（７６）の流入および流出を制御
することができる。
エータに適用した場合の例を示す。ダイヤフラム（７
３）に線状抵抗（ｒ）が設けられている。ヒータ（７
８）により流体（７５）が膨張し又は収縮して質量部
（７２）を矢印（７７）で示す方向に動かすことによ
り、内部領域（８０）と外部領域（９０）とを隔離し又
は結合する。これにより、内部領域（８０）と外部領域
（９０）との間で流体（７６）の流入および流出を制御
することができる。
【００２３】図５ないし図７の例の場合も、ダイヤフラ
ムに異常が生じると線状抵抗の抵抗値が変化して、その
異常が検出される。これらの実施例の場合は、ダイヤフ
ラム上にピエゾ素子を設ける必要はないので、線状抵抗
（ｒ）のレイアウト・パターンに対する制約（たとえば
ピエゾ素子の領域を避けて線状抵抗を配置する等）が緩
和される。
ムに異常が生じると線状抵抗の抵抗値が変化して、その
異常が検出される。これらの実施例の場合は、ダイヤフ
ラム上にピエゾ素子を設ける必要はないので、線状抵抗
（ｒ）のレイアウト・パターンに対する制約（たとえば
ピエゾ素子の領域を避けて線状抵抗を配置する等）が緩
和される。
【００２４】さらに、図７における質量部（７２）と外
壁基板（７１）との間に異物が混入していることを検出
することができる。すなわち、異物が混入していない場
合、質量部（７２）を外壁基板（７１）に密着させよう
とすると、左右のダイヤフラム（７３）は同じように変
形し、その変形による線状抵抗の抵抗値も同じように変
化する。しかし、質量部（７２）と外壁基板（７１）と
の間の領域Ｂに異物が混入している場合、混入した異物
により質量部（７２）を外壁基板（７１）に密着させる
ことができなくなる。質量部（７２）を密着させようと
すると、左右のダイヤフラム（７３）の変形の度合いは
異なるので、線状抵抗の抵抗値も異なる値を有する。し
たがって、左右のダイヤフラムにおける線状抵抗の抵抗
値の異同を評価することにより、異物の混入を検出する
ことができる。
壁基板（７１）との間に異物が混入していることを検出
することができる。すなわち、異物が混入していない場
合、質量部（７２）を外壁基板（７１）に密着させよう
とすると、左右のダイヤフラム（７３）は同じように変
形し、その変形による線状抵抗の抵抗値も同じように変
化する。しかし、質量部（７２）と外壁基板（７１）と
の間の領域Ｂに異物が混入している場合、混入した異物
により質量部（７２）を外壁基板（７１）に密着させる
ことができなくなる。質量部（７２）を密着させようと
すると、左右のダイヤフラム（７３）の変形の度合いは
異なるので、線状抵抗の抵抗値も異なる値を有する。し
たがって、左右のダイヤフラムにおける線状抵抗の抵抗
値の異同を評価することにより、異物の混入を検出する
ことができる。
【図１】図１は、半導体ダイヤフラムを用いた従来の圧
力センサ断面図および平面図を示す。
力センサ断面図および平面図を示す。
【図２】図２は、本発明の一実施例であるピエゾ抵抗型
の圧力センサの断面図および平面図を示す。
の圧力センサの断面図および平面図を示す。
【図３】図３は、本発明他の実施例であるピエゾ抵抗型
の圧力センサの他の断面図および平面図を示す。
の圧力センサの他の断面図および平面図を示す。
【図４】図４は、本発明の実施例である線状抵抗の部分
拡大平面図である。
拡大平面図である。
【図５】図５は、本発明を用いた容量型の圧力センサの
断面図を示す。
断面図を示す。
【図６】図６は、本発明を用いたマイクロマシーニング
・リレーの断面図を示す。
・リレーの断面図を示す。
【図７】図７は、本発明を用いた流体の入出流を制御す
るアクチュエータの断面図を示す。
るアクチュエータの断面図を示す。
１０，２０ ピエゾ抵抗型の圧力センサ １１，２１，６１ 基板 １２，２２ ピエゾ抵抗素子 １３，２３，５３，６３，７３ 半導体ダイヤフラム ５１ ガラス基板 ５２，６８，７４ 支持基板 ５４ 金属層 ６２，７２ 質量部 ６４，６５，６６ 電極 ７１ 外壁基板 ７５，７６ 流体 ７８ ヒータ ８０ 内部領域 ９０ 外部領域 ｒ，ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４ 線状抵抗 Ｓ１，Ｓ２ 異常検出端子 Ｖｄｄ 高電位電源 Ｖｓｓ 低電位電源 ｒ１，ｒ２ 線状抵抗を構成する線要素 ｖ１，ｖ２ 線状抵抗を構成する折返部 ｄ 区間と区間との間の距離
Claims (13)
- 【請求項１】 ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを支
持する基板と、前記ダイヤフラムの少なくとも一方の面
に配置される線状抵抗から構成されるダイヤフラムの異
常検出装置であって：前記線状抵抗の少なくとも一端は
異常検出端子に結合され、 前記線状抵抗は、前記ダイヤフラムの周辺部および中央
部に形成されることを特徴とする装置。 - 【請求項２】 前記ダイヤフラムの少なくとも一方の面
を前記線状抵抗により実質的に覆うことを特徴とする請
求項１記載の装置。 - 【請求項３】 ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを支
持する基板と、前記ダイヤフラムの少なくとも一方の面
に形成される線状抵抗から構成されるダイヤフラムの異
常検出装置であって：前記線状抵抗の少なくとも一端は
異常検出端子に結合され、 前記線状抵抗は複数の線要素から構成され、１つの線要
素と隣の線要素までの距離が実質的に一定であることを
特徴とする装置。 - 【請求項４】 ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを支
持する基板と、前記ダイヤフラムの少なくとも一方の面
に形成される線状抵抗から構成されるダイヤフラムの異
常検出装置であって：前記線状抵抗の少なくとも一端は
異常検出端子に結合され、 前記線状抵抗は複数の線要素から構成され、少なくとも
２つの線要素のレイアウト・パターンが、互いに相似形
であることを特徴とする装置。 - 【請求項５】 ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを支
持する基板と、前記ダイヤフラムの少なくとも一方の面
内に形成される線状抵抗から構成されるダイヤフラムの
異常検出装置であって：前記線状抵抗の一端は異常検出
端子に結合され、 前記線状抵抗は複数の区間から構成され、各区間の少な
くとも一端が前記ダイヤフラムの周辺部に配置されるこ
とを特徴とする装置。 - 【請求項６】 前記ダイヤフラムの少なくとも一方の面
を、前記線状抵抗により実質的に覆うことを特徴とする
請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを支
持する基板と、前記ダイヤフラムの少なくとも一方の面
における複数の領域に配置される複数の線状抵抗から構
成されるダイヤフラムの異常検出装置であって：各線状
抵抗の少なくとも一端は異常検出端子に結合され、 前記各線状抵抗は複数の線要素から構成され、１つの線
要素から隣の線要素までの距離が実質的に一定であるこ
とを特徴とする装置。 - 【請求項８】 ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを支
持する基板と、前記ダイヤフラムの少なくとも一方の面
における複数の領域に形成される複数の線状抵抗から構
成されるダイヤフラムの異常検出装置であって：各線状
抵抗の少なくとも一端は異常検出端子に結合され、 前記各線状抵抗は複数の線要素から構成され、該複数の
線要素のうち少なくとも２つの線要素のレイアウト・パ
ターンが、互いに相似形であることを特徴とする装置。 - 【請求項９】 ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを支
持する基板と、前記ダイヤフラムの少なくとも一方の面
における複数の領域に形成される複数の線状抵抗から構
成されるダイヤフラムの異常検出装置であって：各線状
抵抗の少なくとも一端は異常検出端子に結合され、 前記各線状抵抗は複数の線要素から構成され、各線要素
の少なくとも一端が前記ダイヤフラムの周辺部に配置さ
れることを特徴とする装置。 - 【請求項１０】 前記ダイヤフラムの少なくとも一方の
面を、前記各線状抵抗により実質的に被覆することを特
徴とする請求項９記載の装置。 - 【請求項１１】 前記各線状抵抗は、前記ダイヤフラム
上で各々均等に配置されることを特徴とする請求項７な
いし１０のいずれか１つに記載された装置。 - 【請求項１２】 前記ダイヤフラムおよび前記基板はシ
リコンから構成され、前記線状抵抗はＰ＋拡散層から構
成されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれ
か１つに記載の装置。 - 【請求項１３】 前記線状抵抗を構成するＰ＋拡散層の
ドーパント濃度が１Ｅ＋１９ないし１Ｅ＋２０ａｔｏｍ
／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１２記載の装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21009597A JP4253046B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | ダイヤフラムの異常検出装置 |
| US09/103,882 US6359458B1 (en) | 1997-07-18 | 1998-06-24 | Apparatus for detecting a diaphragm failure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21009597A JP4253046B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | ダイヤフラムの異常検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1140821A true JPH1140821A (ja) | 1999-02-12 |
| JP4253046B2 JP4253046B2 (ja) | 2009-04-08 |
Family
ID=16583741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21009597A Expired - Fee Related JP4253046B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | ダイヤフラムの異常検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6359458B1 (ja) |
| JP (1) | JP4253046B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8411277B2 (en) | 2009-10-27 | 2013-04-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for controlling quality of a microfluidic device |
| JP2015108581A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | 株式会社デンソー | 圧力センサ |
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|---|---|---|---|---|
| US7546772B2 (en) * | 2004-12-30 | 2009-06-16 | Honeywell International Inc. | Piezoresistive pressure sensor |
| DE102011076993A1 (de) * | 2011-06-06 | 2012-12-06 | Sb Limotive Company Ltd. | Batteriesystem und Kraftfahrzeug mit diesem Batteriesystem sowie Verfahren zur Ermittlung einer Entgasung einer Speicherzelle eines Batteriesystems |
| US9252202B2 (en) * | 2011-08-23 | 2016-02-02 | Wafertech, Llc | Test structure and method for determining overlay accuracy in semiconductor devices using resistance measurement |
| DE102012202035B4 (de) * | 2012-02-10 | 2014-05-28 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanisches Bauelement mit einer Membran |
| DE102012219024B4 (de) * | 2012-10-18 | 2015-04-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Gehäuseverkleidungsmodul, Anordnung und Verfahren mit Kollisionserkennung für medizintechnische Geräte |
| JP6130598B2 (ja) * | 2014-06-09 | 2017-05-17 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 力学量測定装置およびそれを用いた圧力センサ |
| GB2558008B (en) * | 2016-12-20 | 2020-03-25 | Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd | MEMS device |
| DE102017208048B3 (de) | 2017-05-12 | 2018-09-27 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanischer Drucksensor |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3287624B2 (ja) * | 1993-01-11 | 2002-06-04 | 三菱電機株式会社 | 半導体センサ |
| US5670891A (en) * | 1995-06-07 | 1997-09-23 | Advanced Micro Devices, Inc. | Structures to extract defect size information of poly and source-drain semiconductor devices and method for making the same |
| US5903164A (en) * | 1995-11-08 | 1999-05-11 | Johnstech International Corporation | Active wafer level contacting system |
| JP3335516B2 (ja) * | 1995-12-19 | 2002-10-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体センサ |
| JPH09210830A (ja) * | 1996-01-30 | 1997-08-15 | Mitsubishi Electric Corp | 圧力検出装置 |
-
1997
- 1997-07-18 JP JP21009597A patent/JP4253046B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-06-24 US US09/103,882 patent/US6359458B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8411277B2 (en) | 2009-10-27 | 2013-04-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for controlling quality of a microfluidic device |
| JP2015108581A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | 株式会社デンソー | 圧力センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4253046B2 (ja) | 2009-04-08 |
| US6359458B1 (en) | 2002-03-19 |
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