JPS5931431A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
- Publication number
- JPS5931431A JPS5931431A JP14106982A JP14106982A JPS5931431A JP S5931431 A JPS5931431 A JP S5931431A JP 14106982 A JP14106982 A JP 14106982A JP 14106982 A JP14106982 A JP 14106982A JP S5931431 A JPS5931431 A JP S5931431A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure sensor
- semiconductor pressure
- glass die
- gauge
- gauge chip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
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)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
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、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。
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ップ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
ゲージチップ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。ゲージチップ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、ゲージチップ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っ
てなされていた。
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
ゲージチップ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。ゲージチップ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、ゲージチップ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っ
てなされていた。
しかしながら、上述した陽極接合法によって形成された
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
わゆるアップシフト）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っていた。
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
わゆるアップシフト）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っていた。
本発明の目的は、高温高湿の環境におけるアップシフト
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。
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ッ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
極接合法によっ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っ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ッ
プシフトを低減させようとするものである。
明するため種々の実験を実施し、その原因は主として陽
極接合法によっ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っ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ッ
プシフトを低減させようとするものである。
以下、本発明によって上記目的が達成される理由につい
て説明する。
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ップ１とガラ
スダイ２とを歌ね、それらを治具で固定してチャンバー
３に収納する。このチャンバー３を電気炉内に設置１７
て３００〜３５０Ｃ程度に加熱し、ゲージチップ１を正
、ガラスダイ２を負として８００〜１５００’Ｖ程度の
直流高電圧を印加スる。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ップｌ側へ移動すれる。
明する。第１図に示された形状のゲージチップ１とガラ
スダイ２とを歌ね、それらを治具で固定してチャンバー
３に収納する。このチャンバー３を電気炉内に設置１７
て３００〜３５０Ｃ程度に加熱し、ゲージチップ１を正
、ガラスダイ２を負として８００〜１５００’Ｖ程度の
直流高電圧を印加スる。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ップｌ側へ移動すれる。
Ｎａｐ−＋２Ｎａ” ＋Ｏ”−・・−（１）また、ゲー
ジチップのンリコン（Ｓｉ）もイオン化されてＳｌ ４
＋となり、陰極側であるガラスダイ２側へ移動される。
ジチップのンリコン（Ｓｉ）もイオン化されてＳｌ ４
＋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って、接合境界部に次式（２）
の反応によってＳ’０２の接合層が形成され、この層に
よってゲージチップ１とガラスダイ２が接合されると考
えられる。
の反応によってＳ’０２の接合層が形成され、この層に
よってゲージチップ１とガラスダイ２が接合されると考
えられる。
２０２−十Ｓｉ４＋→８１０２ ・・・（
２）この反応によりゲージチップ１とガラスダイ２間に
接合電流Ｉｐが流れる。従って、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。
２）この反応によりゲージチップ１とガラスダイ２間に
接合電流Ｉｐが流れる。従って、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ッ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
とによって、ゲージチッ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、これによってアップシフ
トが起きるのである。しかも、接合層の吸湿によるアッ
プシフトの方が、はるかに大きいということが判明した
。
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
とによって、ゲージチッ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、これによってアップシフ
トが起きるのである。しかも、接合層の吸湿によるアッ
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Ｉ
ｐ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、８５ｒ−８５％Ｉ（Ｈ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。
ｐ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、８５ｒ−８５％Ｉ（Ｈ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。
ている。
第２１ン１（ａ）〜（Ｃ＞は横１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Ｔｐによって・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
は印加型、圧を一定に制御する方式であったことから、
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含有量のロット間ばらつき等によっ
て、流される接合電流Ｉｐは°一定したものでなかった
。従って、形成される接合層も一定１７たものとはなっ
ていなかったことが判る。
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Ｔｐによって・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
は印加型、圧を一定に制御する方式であったことから、
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含有量のロット間ばらつき等によっ
て、流される接合電流Ｉｐは°一定したものでなかった
。従って、形成される接合層も一定１７たものとはなっ
ていなかったことが判る。
次に、零、々、出力がアップシフト干るのは、前述した
ように吸湿による影響であり、これによってダイアフラ
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。
ように吸湿による影響であり、これによってダイアフラ
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、ゲージチッ
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３形成前のゲージチップを示しており、図示し
たようにΔｈ ＝ Ｏ，ｊ ５〜０．２０μｍの凸にな
っていた。このゲージチップを用いて、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〜０．６
μｍとなった。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中−
０，１μｍの凹となった。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）を行った
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
となった。即ち、吸湿したことによって、ダイアフラム
部が凹状に変形され、これによってアップシフトされる
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、ゲージチッ
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３形成前のゲージチップを示しており、図示し
たようにΔｈ ＝ Ｏ，ｊ ５〜０．２０μｍの凸にな
っていた。このゲージチップを用いて、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〜０．６
μｍとなった。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中−
０，１μｍの凹となった。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）を行った
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
となった。即ち、吸湿したことによって、ダイアフラム
部が凹状に変形され、これによってアップシフトされる
ことが確認された。
つまり、ゲージチップ１の熱膨張係数αＳが、ガラスダ
イ２の熱膨張係数αＧよりも犬であることから、第４図
（ａ）の接合前の状態に対して、接合時の加熱によって
熱膨張に差が生じ、接合後は同図（ｂ）に示しだように
、ダイアフラム部に図示矢印のモーメントが発生し、下
方に凹となるのである。
イ２の熱膨張係数αＧよりも犬であることから、第４図
（ａ）の接合前の状態に対して、接合時の加熱によって
熱膨張に差が生じ、接合後は同図（ｂ）に示しだように
、ダイアフラム部に図示矢印のモーメントが発生し、下
方に凹となるのである。
躯に、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ｌ−だように、接合Ｉ？４４に
圧縮力が、ゲージチップ１に引張力が加わり、これによ
っ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Ｘ Ｍ Ａによる５Ｉ０２の分析
をしたところ、接合１ｉ４はゲージチップ（＋１１１に
形成された８ １ Ｑ ２薄層であることが判った。
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ｌ−だように、接合Ｉ？４４に
圧縮力が、ゲージチップ１に引張力が加わり、これによ
っ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Ｘ Ｍ Ａによる５Ｉ０２の分析
をしたところ、接合１ｉ４はゲージチップ（＋１１１に
形成された８ １ Ｑ ２薄層であることが判った。
また、この接合層の１ｑ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シ、第２１閑（ａ）〜（
Ｃ）に−示された零点出力変化と陽極接合電流との特性
とから、最適な接合層の厚さが存在するとと８が判る。
５図に示された相関を有しておシ、第２１閑（ａ）〜（
Ｃ）に−示された零点出力変化と陽極接合電流との特性
とから、最適な接合層の厚さが存在するとと８が判る。
即ち、接合層が６μｍ以上になると吸湿が−が大きくな
って、零点のアップシフトも大きくなる。捷だ、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、その部分に水分
が浸入するため見掛は上の吸水′＠：が増大し、これに
よってアップシフト量が大きくなってしまうのである。
って、零点のアップシフトも大きくなる。捷だ、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、その部分に水分
が浸入するため見掛は上の吸水′＠：が増大し、これに
よってアップシフト量が大きくなってしまうのである。
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って、接合層の厚みを３〜６μｍと
なるように形成すれば、アップシフトを大幅に低減する
ことができるのである。
に制御することによって、接合層の厚みを３〜６μｍと
なるように形成すれば、アッ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
って形成したものであっても、高温高湿の環境における
アップシフトを大幅に低減させ、高い信頼性を有したも
のとすることができる。
って形成したものであっても、高温高湿の環境における
アップシフトを大幅に低減させ、高い信頼性を有したも
のとすることができる。
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
ジチップをガラスダイから成る支持台上に載置し、前記
ゲージチップの厚肉部を陽極接合法によって前記支持台
に固着させて成る半導体圧カセンザにおいて、陽極接合
法によって前記厚肉部と支持台間に形成される唇合層の
厚みを、接合電流制御によって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 true JPS5931431A (ja) | 1984-02-20 |
| JPH0366609B2 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) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12318739B2 (en) | 2019-05-14 | 2025-06-03 | Sodastream Industries Ltd. | Carbonation machine and a gas canister for a carbonation machine |
-
1982
- 1982-08-16 JP JP14106982A patent/JPS5931431A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12318739B2 (en) | 2019-05-14 | 2025-06-03 | Sodastream Industries Ltd. | Carbonation machine and a gas canister for a carbonation machine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0366609B2 (ja) | 1991-10-18 |
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