(57)【要約】【課題】半導体素子が治具によってピックアップされて支持部に実装されるに際し、治具による半導体素子の物理的な破壊の影響を低減する。【解決手段】半導体素子３０は一面３１ａを有する半導体基板３１に形成されたものであり、ホイートストンブリッジ回路を構成するように複数の拡散抵抗３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄが半導体基板３１のうちの一面３１ａ側に形成されている。また、半導体素子３０は接合部２０を介して支持部１０に実装されている。そして、半導体素子３０は、半導体素子３０のうちの一面３１ａ側に形成されていると共に、半導体基板３１のうち複数の拡散抵抗３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄが形成されたセンシング部３２、３３から電気的に分離されたフローティング部３１ｄを備えている。フローティング部３１ｄは、半導体素子３０が支持部１０に実装される際に治具４０で保持される部分である。【選択図】図２
2015169456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（３１ａ）を有する板状であり、ホイートストンブリッジ回路を構成するように複数の拡散抵抗（３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ）が前記一面（３１ａ）側に形成され、前記複数の拡散抵抗（３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ）に対して物理量が印加されたときの前記複数の拡散抵抗（３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ）の抵抗値の変化に基づいて検出信号を出力する半導体素子（３０）と、
前記半導体基板（３１）が実装された支持部（１０）と、
を備え、
前記半導体素子（３０）は、前記一面（３１ａ）側に形成されていると共に前記支持部（１０）に実装される際に保持される部分であり、当該半導体素子（３０）のうち前記複数の拡散抵抗（３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ）が形成されたセンシング部（３２、３３）から電気的に分離されたフローティング部（３１ｄ）を備えていることを特徴とする物理量検出装置。
【請求項２】
前記フローティング部（３１ｄ）は、前記半導体素子（３０）の一面（３１ａ）のうちの中央部（３１ｅ）に配置されており、
前記複数の拡散抵抗（３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ）は、前記フローティング部（３１ｄ）の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項３】
前記センシング部は、第１〜第４拡散抵抗（３２ａ〜３２ｄ）によって構成された第１センシング部（３２）と、第５〜第８拡散抵抗（３３ａ〜３３ｄ）によって構成された第２センシング部（３３）と、を備えて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量検出装置。
【請求項４】
前記第１センシング部（３２）から第１検出信号を入力すると共に、前記第２センシング部（３３）から第２検出信号を入力し、前記第１検出信号及び前記第２検出信号に基づいて前記第１センシング部（３２）及び前記第２センシング部（３３）の異常の有無を診断する故障診断部（３７）を備えていることを特徴とする請求項３に記載の物理量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量を検出するように構成された物理量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物理量を検出する装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、支持部と、この支持部に実装された半導体素子と、を備えた構成が提案されている。半導体素子は板状の半導体基板に基づいて形成されたものである。半導体素子には、複数の拡散抵抗がホイートストンブリッジ回路を構成するように形成されている。
【０００３】
そして、半導体素子に物理量が印加されるとピエゾ抵抗効果により各拡散抵抗の抵抗値が変化する。したがって、当該抵抗値の変化に基づいて物理量が取得されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７２２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術では、半導体素子が治具に吸着または吸引されることによりピックアップされて支持部に実装される。しかしながら、半導体素子が治具にピックアップされる際に、治具に付着した異物や半導体素子表面の構造によって半導体素子が破壊されてしまう可能性がある。このため、ホイートストンブリッジ回路による物理量の検出が困難になってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、半導体素子が治具によってピックアップされて支持部に実装される構成において、治具による半導体素子の物理的な破壊の影響を低減することができる物理量検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（３１ａ）を有する板状であり、ホイートストンブリッジ回路を構成するように複数の拡散抵抗（３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ）が一面（３１ａ）側に形成され、複数の拡散抵抗（３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ）に対して物理量が印加されたときの複数の拡散抵抗（３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ）の抵抗値の変化に基づいて検出信号を出力する半導体素子（３０）を備えている。また、半導体素子（３０）が実装された支持部（１０）を備えている。
【０００８】
そして、半導体素子（３０）は、一面（３１ａ）側に形成されていると共に支持部（１０）に実装される際に保持される部分であり、当該半導体素子（３０）のうち複数の拡散抵抗（３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ）が形成されたセンシング部（３２、３３）から電気的に分離されたフローティング部（３１ｄ）を備えていることを特徴とする。
【０００９】
これによると、フローティング部（３１ｄ）がセンシング部（３２、３３）から電気的に分離されているので、フローティング部（３１ｄ）が保持された際にフローティング部（３１ｄ）が物理的に破壊されたとしてもセンシング部（３２、３３）に電気的な影響が生じない。したがって、半導体素子（３０）がピックアップされて支持部（１０）に実装される際に、半導体素子（３０）の物理的な破壊による影響を低減することができる。
【００１０】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る物理量検出装置の断面図である。
【図２】図１に示された半導体素子の平面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】半導体素子が治具でピックアップされる様子を示した一部断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る物理量検出装置の回路構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る物理量検出装置は、例えば圧力媒体の圧力を検出する圧力センサとして構成されている。このような物理量検出装置は、図１に示されるように、支持部１０、接合部２０、及び半導体素子３０を備えて構成されている。
【００１４】
支持部１０は、半導体素子３０が実装される部品である。具体的には、支持部１０は、圧力媒体が導入される圧力導入孔１１が設けられた中空筒形状の部品である。また、支持部１０は、圧力導入孔１１の一方を閉じるように中空筒形状の一端部１２に設けられたダイヤフラム１３を有している。これにより、圧力媒体が圧力導入孔１１を介してダイヤフラム１３に導入されることとなる。ダイヤフラム１３は圧力導入孔１１に導入された圧力媒体の圧力によって変形可能な薄肉状の受圧手段である。支持部１０は、例えば金属ステムである。なお、支持部１０は図示しないハウジングに対して、例えばネジ止め等によって固定される。
【００１５】
接合部２０は、支持部１０の一端部１２のうちダイヤフラム１３において圧力導入孔１１とは反対側に設けられている。接合部２０は半導体素子３０を支持部１０に固定するための接合手段である。接合部２０は例えばガラス材料で形成されたものである。
【００１６】
半導体素子３０は、ダイヤフラム１３の歪みに応じたセンサ信号を出力する圧力検出手段である。図２に示されるように、半導体素子３０は例えばシリコン基板等のＰ型の半導体基板３１から形成されたものである。また、半導体素子３０は四角形状の一面３１ａを有する板状のものである。半導体素子３０の一面３１ａは半導体基板３１の一面に対応している。このような半導体素子３０は、Ｎ型のウェル領域３１ｂ、Ｐ型のウェル領域３１ｃ、センシング部、及びフローティング部３１ｄを備えている。
【００１７】
図３に示されるように、Ｎ型のウェル領域３１ｂは半導体基板３１の一面３１ａ側に形成されている。Ｎ型のウェル領域３１ｂには、例えば電源電圧が印加される。また、Ｐ型のウェル領域３１ｃはＮ型のウェル領域３１ｂの表層部に形成されている。Ｐ型のウェル領域３１ｃには、電源電圧よりも低い基準電圧が印加される。基準電圧は、例えばグランド電圧である。
【００１８】
センシング部はＮ型のウェル領域３１ｂの表層部に形成されている。また、センシング部は、ダイヤフラム１３の歪みを検出するように構成されている。具体的には、図２に示されるように、センシング部は、第１センシング部３２と第２センシング部３３とで構成されている。
【００１９】
第１センシング部３２は、第１〜第４拡散抵抗３２ａ〜３２ｄを備えて構成されている。第１〜第４拡散抵抗３２ａ〜３２ｄは、Ｎ型のウェル領域３１ｂの表層部に形成されたＰ＋型領域として形成されている。また、第１拡散抵抗３２ａ及び第２拡散抵抗３２ｂの直列接続部と第３拡散抵抗３２ｃ及び第４拡散抵抗３２ｄの直列接続部とが並列に接続されることでホイートストンブリッジ回路を構成している。なお、図２では配線等を省略している。
【００２０】
第２センシング部３３は、第５〜第８拡散抵抗３３ａ〜３３ｄを備えて構成されている。第５〜第８拡散抵抗３３ａ〜３３ｄは、Ｎ型のウェル領域３１ｂの表層部に形成されたＰ＋型領域として形成されている。また、第５拡散抵抗３３ａ及び第６拡散抵抗３３ｂの直列接続部と第７拡散抵抗３３ｃ及び第８拡散抵抗３３ｄの直列接続部とが並列に接続されることでホイートストンブリッジ回路を構成している。
【００２１】
第１センシング部３２の第２拡散抵抗３２ｂ及び第４拡散抵抗３２ｄと第２センシング部３３の第６拡散抵抗３３ｂと第８拡散抵抗３３ｄはＰ型のウェル領域３１ｃに電気的に接続される。そして、Ｎ型のウェル領域３１ｂには電源電圧が印加されると共に、Ｐ型のウェル領域３１ｃには基準電圧が印加されるので、Ｎ型のウェル領域３１ｂとＰ型のウェル領域３１ｃ（各拡散抵抗３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ）には逆バイアスが掛かる。したがって、Ｐ型のウェル領域３１ｃ（各拡散抵抗３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ）はＮ型のウェル領域３１ｂから電気的に絶縁される。
【００２２】
また、各拡散抵抗３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄは、半導体基板３１の一面３１ａの面方位に応じてレイアウトされている。本実施形態では、第１センシング部３２の拡散抵抗３２ａ、３２ｂ及び第２センシング部３３の拡散抵抗３３ｃ、３３ｄが同じ一方向に沿うように配置されている。これに対し、第１センシング部３２の拡散抵抗３２ｃ、３２ｄ及び第２センシング部３３の拡散抵抗３３ａ、３３ｂが同じ方向に沿うと共に、上記の一方向に対して直行する方向に沿うように配置されている。これはピエゾ効果が半導体基板３１の一面３１ａの面方位方向に対して発生するためであり、第１センシング部３２及び第２センシング部３３におけるピエゾ効果が同等となるようにするためである。
【００２３】
そして、第１センシング部３２は、圧力が印加されたときの各拡散抵抗３２ａ〜３２ｄの抵抗値の変化に基づいて第１検出信号を出力する。すなわち、第１センシング部３２は、第１拡散抵抗３２ａと第２拡散抵抗３２ｂとの接続点の電位と、第３拡散抵抗３２ｃと第４拡散抵抗３２ｄとの接続点の電位と、の電位差を第１検出信号として出力する。
【００２４】
同様に、第２センシング部３３は、圧力が印加されたときの各拡散抵抗３３ａ〜３３ｄの抵抗値の変化に基づいて第２検出信号を出力する。すなわち、第２センシング部３３は、第５拡散抵抗３３ａと第６拡散抵抗３３ｂとの接続点の電位と、第７拡散抵抗３３ｃと第８拡散抵抗３３ｄとの接続点の電位と、の電位差を第２検出信号として出力する。
【００２５】
これら第１検出信号及び第２検出信号は、図示しない制御装置で制御等に利用される。そして、第１センシング部３２及び第２センシング部３３のうちのいずれか一方が故障したとしても、他方から物理量に応じた検出信号を出力させることができる。したがって、半導体素子３０のセンシング部の冗長性を高めることができる。
【００２６】
フローティング部３１ｄは、支持部１０に対して半導体素子３０が実装される際に、図示しない治具によって保持される部分である。図３に示されるように、フローティング部３１ｄは、半導体基板３１の一面３１ａ側においてＮ型のウェル領域３１ｂの表層部に形成されている。このフローティング部３１ｄの上には他の構造物は形成されていない。なお、半導体基板３１の一面３１ａのうちフローティング部３１ｄとは異なる部分には、図示しない配線等の他の構造物が形成されている。
【００２７】
また、図２に示されるように、フローティング部３１ｄは、半導体基板３１の一面３１ａのうちの中央部３１ｅに配置されている。このため、上述の各拡散抵抗３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄは、フローティング部３１ｄの周囲に配置されている。
【００２８】
さらに、フローティング部３１ｄは、Ｎ型のウェル領域３１ｂに形成されたセンシング部すなわち各拡散抵抗３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄから電気的に分離されていると共に、Ｐ型のウェル領域３１ｃ等の他の領域からも電気的に分離されている。もちろん、フローティング部３１ｄは、外部からの電気的な印加もなされない。以上が、本実施形態に係る物理量検出装置の全体構成である。
【００２９】
次に、半導体素子３０にフローティング部３１ｄが設けられていることの作用効果について説明する。図４に示されるように、半導体素子３０は、ノズル等の治具４０に吸着されることで保持される。なお、半導体素子３０は治具４０によって吸引されることで治具４０に保持されても良い。
【００３０】
そして、治具４０によってピックアップされた半導体素子３０がガラス材料の上に配置される。このように半導体素子３０が治具４０で保持される際に、治具４０によって半導体基板３１に物理的な破壊が発生することがある。物理的な破壊とは、例えば半導体基板３１の一部に亀裂が発生することである。
【００３１】
しかしながら、本実施形態に係るフローティング部３１ｄはＰ型のウェル領域３１ｂや各拡散抵抗３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄから電気的に分離されている。すなわち、フローティング部３１ｄは他の部分との電気的接続が図られていない。このため、フローティング部３１ｄがＮ型のウェル領域３１ｂと電気的にショートしてしまったとしても、Ｐ型のウェル領域３１ｃや各拡散抵抗３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄには電気的な影響が生じない。したがって、半導体素子３０のフローティング部３１ｄが治具４０によってピックアップされる構成とすることで、半導体素子３０の物理的な破壊による影響を低減することができる。つまり、半導体素子３０の故障を予め防止することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、フローティング部３１ｄが半導体基板３１の一面３１ａの中央部３１ｅに設けられているので、治具４０によって半導体素子３０をピックアップしやすくすることができる。
【００３３】
なお、ガラス材料の上に半導体素子３０を配置した後、ガラス材料を焼成することにより接合部２０を形成する。これにより、接合部２０によって半導体素子３０を支持部１０に固定することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、物理量検出装置は、第１増幅器３４ａ、第２増幅器３４ｂ、第１調整部３５ａ、第２調整部３５ｂ、第１オペアンプ３６ａ、第２オペアンプ３６ｂ、及び故障診断部３７を備えている。なお、これらの構成は半導体基板３１に形成されていても良いし、別の半導体チップに形成されていても良い。
【００３５】
第１増幅器３４ａは、第１センシング部３２の第１検出信号を増幅する信号増幅手段である。すなわち、第１増幅器３４ａは、第１拡散抵抗３２ａと第２拡散抵抗３２ｂとの接続点３２ｅの電圧と、第３拡散抵抗３２ｃと第４拡散抵抗３２ｄとの接続点３２ｆの電圧と、の差電圧を所定の増幅率で増幅するように構成された差動増幅器である。
【００３６】
同様に、第２増幅器３４ｂは、第２センシング部３３の第２検出信号を増幅する信号増幅手段である。すなわち、第２増幅器３４ｂは、第５拡散抵抗３３ａと第６拡散抵抗３３ｂとの接続点３３ｅの電圧と、第７拡散抵抗３３ｃと第８拡散抵抗３３ｄとの接続点３３ｆの電圧と、の差電圧である第２検出信号を所定の増幅率で増幅するように構成された差動増幅器である。
【００３７】
第１調整部３５ａは、第１増幅器３４ａの出力に対してオフセット補正や温度特性に基づく補正を行う信号調整手段である。同様に、第２調整部３５ｂは、第２増幅器３４ｂの出力に対してオフセット補正や温度特性に基づく補正を行う信号調整手段である。
【００３８】
第１オペアンプ３６ａ及び第２オペアンプ３６ｂは、電流ブースタとしてのボルテージホロワを構成するものである。第１オペアンプ３６ａは、第１調整部３５ａで調整された第１検出信号を故障診断部３７に出力する。また、第２オペアンプ３６ｂは、第２調整部３５ｂで調整された第２検出信号を故障診断部３７に出力する。
【００３９】
故障診断部３７は、第１検出信号及び第２検出信号に基づいて第１センシング部３２及び第２センシング部３３の異常の有無を診断するものである。
【００４０】
以上が、本実施形態に係る物理量検出装置の全体構成である。なお、第１検出信号は第１出力端子３８ａ（Ｖｏｕｔ１）から外部機器に出力され、第２検出信号は第２出力端子３８ｂ（Ｖｏｕｔ２）から外部機器に出力される。また、物理量検出装置は外部機器に接続される電源端子３８ｃ（Ｖｃｃ）及び基準電圧端子３８ｄ（ＧＮＤ）を介して外部機器から電源供給される構成となっている。
【００４１】
上記の構成では、故障診断部３７は、第１センシング部３２から第１増幅器３４ａ及び第１オペアンプ３６ａを介して第１検出信号を入力すると共に、第２センシング部３３から第２増幅器３４ｂ及び第２オペアンプ３６ｂを介して第２検出信号を入力する。そして、故障診断部３７は、例えば第１検出信号と第２検出信号との差が正常範囲内であるか否かを判定することにより故障診断を行う。なお、故障診断部３７は、第１検出信号と第２検出信号とが予め設定された正常範囲内に含まれるか否かを判定することにより故障診断を行っても良い。
【００４２】
このように、本実施形態では、第１センシング部３２の出力と第２センシング部３３の出力との相互診断が可能となる。したがって、物理量検出装置はセンシング部の故障について自己診断を行うことができる。上述のように、半導体素子３０はフローティング部３１ｄを備えた構成になっているので、自己診断機能を備えた構成において半導体素子３０の故障を予め防止することができる。
【００４３】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された物理量検出装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、支持部１０は金属ステムに限られず、他の部品でも良い。また、支持部１０に対して半導体素子３０を固定するための接合部２０は接合ガラスに限られず、接着剤等の他の部品が用いられても良い。
【００４４】
また、本実施形態ではＰＮ接合を利用してフローティング部３１ｄを各拡散抵抗３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ等から電気的に分離する構成となっているが、これはフローティング部３１ｄの一例である。例えばＮ型のウェル領域３１ｂに絶縁層を介してフローティング部３１ｄを形成し、他の部分に対してフローティング部３１ｄを電気的に分離する構成としても良い。
【００４５】
さらに、フローティング部３１ｄの配置は、半導体基板３１の一面３１ａの中央部３１ｅに限られない。したがって、フローティング部３１ｄを半導体基板３１の一面３１ａのうちのどの位置に配置するかは他の構成との関係で適宜変更しても良い。
【００４６】
上記各実施形態では、センシング部は冗長性を高めるために２つのセンシング部３２、３３で構成されていたが、これはセンシング部の一例である。したがって、センシング部は最小構成である第１センシング部３２だけで構成されていても良い。このような場合は故障診断部３７を不要としても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１０                            支持部
３０                            半導体素子
３１ａ                          一面
３１ｄ                          フローティング部
３２、３３                      センシング部
３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ  拡散抵抗
【図１】
2015169456.tif 000003
【図２】
2015169456.tif 000004
【図３】
2015169456.tif 000005
【図４】
2015169456.tif 000006
【図５】
2015169456.tif 000007