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公開番号2025173150
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-27
出願番号2024078578
出願日2024-05-14
発明の名称圧力検出素子及び圧力センサ
出願人ミツミ電機株式会社
代理人個人,個人
主分類G01L 9/00 20060101AFI20251119BHJP(測定;試験)
要約【課題】圧力の検出精度を向上させる圧力検出素子及び圧力センサの提供を目的とする。
【解決手段】本圧力検出素子は、ダイヤフラム部と、平面視において前記ダイヤフラム部を囲むフレーム部と、を有する半導体基板と、それぞれが前記ダイヤフラム部上に配置される複数のピエゾ抵抗部と、複数の前記ピエゾ抵抗部のうち互いに隣り合う前記ピエゾ抵抗部同士を電気的に接続する第1金属配線と、前記ピエゾ抵抗部と前記第1金属配線との間に配置される拡散配線と、を含むブリッジ回路部と、を備え、平面視において、前記各ピエゾ抵抗部と前記フレーム部の外縁との最短距離をL1とし、前記各ピエゾ抵抗部の中心から0.5L1以上L1未満の長さの半径をそれぞれ有する複数の仮想円の領域を第1領域とするとき、前記第1金属配線は、前記半導体基板において前記第1領域を除く残余の領域に配置される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
ダイヤフラム部と、平面視において前記ダイヤフラム部を囲むフレーム部と、を有する半導体基板と、
それぞれが前記ダイヤフラム部上に配置される複数のピエゾ抵抗部と、複数の前記ピエゾ抵抗部のうち互いに隣り合う前記ピエゾ抵抗部同士を電気的に接続する第１金属配線と、前記ピエゾ抵抗部と前記第１金属配線との間に配置される拡散配線と、を含むブリッジ回路部と、
を備え、
平面視において、前記各ピエゾ抵抗部と前記フレーム部の外縁との最短距離をＬ１とし、前記各ピエゾ抵抗部の中心から０．５Ｌ１以上Ｌ１未満の長さの半径をそれぞれ有する複数の仮想円の領域を第１領域とするとき、前記第１金属配線は、前記半導体基板において前記第１領域を除く残余の領域に配置される、
圧力検出素子。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記ブリッジ回路部に電源電位を供給する電源電位端子と、
前記ブリッジ回路部に第１基準電位を供給する第１基準電位端子と、
前記ブリッジ回路部と、前記電源電位端子又は前記第１基準電位端子と、を電気的に接続する第２金属配線と、
をさらに備え、
前記第２金属配線は、前記半導体基板において前記第１領域を除く残余の領域に配置される、
請求項１に記載の圧力検出素子。
【請求項３】
前記ブリッジ回路部から出力される圧力検出信号を増幅する増幅器と、
前記ブリッジ回路部と前記増幅器とを電気的に接続する第３金属配線と、
前記増幅器から出力される増幅信号を出力する出力端子と、
前記増幅器と前記出力端子とを電気的に接続する第４金属配線と、
をさらに備え、
前記第３金属配線及び前記第４金属配線は、前記半導体基板において前記第１領域を除く残余の領域に配置される、
請求項２に記載の圧力検出素子。
【請求項４】
前記増幅器に第２基準電位を供給する第２基準電位端子と、
前記増幅器と前記第２基準電位端子とを電気的に接続する第５金属配線と、
を備え、
前記第５金属配線は、前記半導体基板において前記第１領域を除く残余の領域に配置される、
請求項３に記載の圧力検出素子。
【請求項５】
前記電源電位は、前記電源電位端子から前記増幅器へ供給され、
前記電源電位端子と前記増幅器との間に配置される第６金属配線をさらに備え、
前記第６金属配線は、前記半導体基板において前記第１領域を除く残余の領域に配置される、
請求項４に記載の圧力検出素子。
【請求項６】
前記第１金属配線の幅は、前記第２金属配線の幅、前記第３金属配線の幅、前記第４金属配線の幅、前記第５金属配線の幅、及び前記第６金属配線の幅より太い、
請求項５に記載の圧力検出素子。
【請求項７】
前記拡散配線は、互いに離隔した位置に複数設けられ、
前記ダイヤフラム部の中心部を介して互いに向き合う２つの前記ピエゾ抵抗部の一方に接続される前記拡散配線と、他方に接続される前記拡散配線は、平面視において、前記２つの前記ピエゾ抵抗部を通る方向に対して斜めに延びる、
請求項１又は請求項２に記載の圧力検出素子。
【請求項８】
前記各拡散配線の幅は、ピエゾ抵抗部側の端部から前記第１金属配線側の端部に向かうにしたがい太くなる、
請求項７に記載の圧力検出素子。
【請求項９】
それぞれが前記フレーム部に配置される複数の金属薄膜をさらに備える、
請求項１又は請求項２に記載の圧力検出素子。
【請求項１０】
圧力検出素子と、
前記圧力検出素子に連なる流体の流路と、
前記流体から受けた圧力に応じて前記圧力検出素子から出力される圧力検出信号を取得し、前記圧力を計測する計測部と、
を備え、
前記圧力検出素子は、
ダイヤフラム部と、平面視において前記ダイヤフラム部を囲むフレーム部と、を有する半導体基板と、
それぞれが前記ダイヤフラム部上に配置される複数のピエゾ抵抗部と、複数の前記ピエゾ抵抗部のうち互いに隣り合う前記ピエゾ抵抗部同士を電気的に接続する第１金属配線と、前記ピエゾ抵抗部と前記第１金属配線との間に配置される拡散配線と、を含むブリッジ回路部と、
を備え、
平面視において、前記各ピエゾ抵抗部と前記フレーム部の外縁との最短距離をＬ１とし、前記各ピエゾ抵抗部の中心から０．５Ｌ１以上Ｌ１未満の長さの半径をそれぞれ有する複数の仮想円の領域を第１領域とするとき、前記第１金属配線は、前記半導体基板において前記第１領域を除く残余の領域に配置される、
圧力センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出素子及び圧力センサに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体基板のダイヤフラム部に設けられたピエゾ抵抗部における電気抵抗の変化に基づいて、流体からの圧力を検出する圧力検出素子が提供されている。特許文献１に、半導体で構成され、圧力を受けて変位するダイヤフラム部を有するセンサチップと、ダイヤフラム部に形成されたピエゾ抵抗部等の複数の歪みゲージと、温度変化によって複数の歪みゲージのそれぞれの位置で生じる応力変化をバランスさせるように圧力を発生する応力バランス膜とを備えた構成が、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平１１－３４４４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数のピエゾ抵抗部同士を電気的に接続する金属配線のレイアウトによって、半導体基板における応力分布が変化する。また、半導体基板での応力分布の変化に応じて、流体から圧力を受けていないとき、すなわち、初期時のピエゾ抵抗部に加わる応力も変化し得る。そのため、半導体基板のダイヤフラム部が、流体から圧力を受けて撓んだときの圧力検出信号の出力特性にも影響が生じ得る。応力バランス膜のみでは、圧力検出信号の出力特性への影響を十分に低減できない場合がある。圧力の検出精度をさらに向上させることが求められている。
【０００５】
本発明は、圧力の検出精度を向上させる圧力検出素子及び圧力センサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本圧力検出素子は、
ダイヤフラム部と、平面視において前記ダイヤフラム部を囲むフレーム部と、を有する半導体基板と、
それぞれが前記ダイヤフラム部上に配置される複数のピエゾ抵抗部と、複数の前記ピエゾ抵抗部のうち互いに隣り合う前記ピエゾ抵抗部同士を電気的に接続する第１金属配線と、前記ピエゾ抵抗部と前記第１金属配線との間に配置される拡散配線と、を含むブリッジ回路部と、
を備え、
平面視において、前記各ピエゾ抵抗部と前記フレーム部の外縁との最短距離をＬ１とし、前記各ピエゾ抵抗部の中心から０．５Ｌ１以上Ｌ１未満の長さの半径をそれぞれ有する複数の仮想円の領域を第１領域とするとき、前記第１金属配線は、前記半導体基板において前記第１領域を除く残余の領域に配置される。
【０００７】
本圧力センサは、
圧力検出素子と、
前記圧力検出素子に連なる流体の流路と、
前記流体から受けた圧力に応じて前記圧力検出素子から出力される圧力検出信号を取得し、前記圧力を計測する計測部と、
を備え、
前記圧力検出素子は、
ダイヤフラム部と、平面視において前記ダイヤフラム部を囲むフレーム部と、を有する半導体基板と、
それぞれが前記ダイヤフラム部上に配置される複数のピエゾ抵抗部と、複数の前記ピエゾ抵抗部のうち互いに隣り合う前記ピエゾ抵抗部同士を電気的に接続する第１金属配線と、前記ピエゾ抵抗部と前記第１金属配線との間に配置される拡散配線と、を含むブリッジ回路部と、
を備え、
平面視において、前記各ピエゾ抵抗部と前記フレーム部の外縁との最短距離をＬ１とし、前記各ピエゾ抵抗部の中心から０．５Ｌ１以上Ｌ１未満の長さの半径をそれぞれ有する複数の仮想円の領域を第１領域とするとき、前記第１金属配線は、前記半導体基板において前記第１領域を除く残余の領域に配置される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧力の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態に係る圧力センサの一例を模式的に示す分解斜視図である。
実施形態に係る圧力検出素子内の回路構成に対応する等価回路の一例を示すブロック図である。
実施形態に係る圧力検出素子の全体構成の一例を模式的に示す平面図である。
図３に示されるIV-IV線に沿って切断した、圧力検出素子の断面の一例を示す一部断面図である。
図３に示されるV-V線に沿って切断した、圧力検出素子の断面の一例を示す一部断面図である。
参考例の圧力検出素子に設けられた金属配線のレイアウトを模式的に示す平面図の一例である。
参考例の半導体基板における応力分布の一例を示す図である。
実施形態に係る圧力検出素子の金属配線を配置しない領域の一例を示す模式的な平面図である。
変形例に係る圧力検出素子の平面の一例を模式的に示す平面図である。
実施例における第１金属配線の幅の太さと、残留応力との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。
（【００１１】以降は省略されています）

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