(57)【要約】【課題】  力検知装置の信頼性や特性を損なわないで、力検知装置の小型化に有用な技術を提供すること。【解決手段】  力検知装置１は、作用する力に応じた電気信号を生成する力検知部６０が表面に設けられている半導体基板２０と、前記電気信号を処理する回路部２２２が表面に設けられている半導体回路基板２２０と、半導体基板２０の前記表面と半導体回路基板２２０の前記表面の間に設けられている絶縁性のブロック５０、２５０とを備えている。ブロック５０、２５０は、半導体基板２０と接する面から半導体回路基板２２０と接する面まで伸びている貫通電極５２、５４、２５２、２５４を有している。貫通電極５２、５４、２５２、２５４は、力検知部６０の電気信号を回路部２２２に提供する。【選択図】  図１
2008281401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力検知装置であって、
作用する力に応じた電気信号を生成する力検知部が表面に設けられている半導体基板と、
前記電気信号を処理する回路部が表面に設けられている半導体回路基板と、
半導体基板の前記表面と半導体回路基板の前記表面の間に設けられている絶縁性のブロックと、を備えており、
ブロックは、半導体基板と接する面から半導体回路基板と接する面まで伸びている貫通電極を有しており、
その貫通電極は、力検知部の電気信号を回路部に提供する力検知装置。
【請求項２】
力検知部は、半導体基板の表面に設けられている溝を横断するメサ段差と、そのメサ段差を通過して半導体基板の表面を伸びている不純物導入領域とを有しており、
ブロックは、少なくとも前記溝の周囲に位置する半導体基板の表面と不純物導入領域の一端に当接して前記溝を封止しており、
貫通電極は、不純物導入領域の一端と回路部とを電気的に接続していることを特徴とする請求項１の力検知装置。
【請求項３】
ブロックは、半導体回路基板と接する面に凹部を有しており、
その凹部内に回路部が配置されていることを特徴とする請求項１又は２の力検知装置。
【請求項４】
力検知チップと回路チップが積層した力検知装置であって、
力検知チップは、
作用する力に応じた電気信号を生成する第１力検知部が表面に設けられている第１半導体基板と、その第１半導体基板の表面に接合するとともに第１半導体基板と接する面から反対側の面まで伸びている第１貫通電極を有する絶縁性の第１ブロックとを有しており、
回路チップは、
前記電気信号を処理する回路部が表面に設けられている半導体回路基板と、その半導体回路基板の表面に接合するとともに半導体回路基板と接する面から反対側の面まで伸びている回路用貫通電極を有する絶縁性の回路用ブロックとを有しており、
力検知チップの第１ブロックと回路チップの回路用ブロックは、第１貫通電極と回路用貫通電極が電気的に接続するように接合しており、
第１貫通電極と回路用貫通電極は、第１力検知部の電気信号を回路部に提供する力検知装置。
【請求項５】
第１力検知部は、第１半導体基板の表面に設けられている溝を横断する第１メサ段差と、その第１メサ段差を通過して第１半導体基板の表面を伸びている第１不純物導入領域とを有しており、
第１ブロックは、少なくとも前記溝の周囲に位置する第１半導体基板の表面と第１不純物導入領域の一端に当接して前記溝を封止しており、
第１貫通電極と回路用貫通電極は、第１不純物導入領域の一端と回路部とを電気的に接続していることを特徴とする請求項４の力検知装置。
【請求項６】
回路用ブロックは、半導体回路基板と接する面に凹部を有しており、
その凹部内に回路部が配置されていることを特徴とする請求項４又は５の力検知装置。
【請求項７】
第２の力検知チップをさらに備えており、その第２力検知チップは、
作用する力に応じた電気信号を生成する第２力検知部が表面に設けられている第２半導体基板と、その第２半導体基板の表面に接合するとともに第２半導体基板と接する面から反対側の面まで伸びている第２貫通電極を有する絶縁性の第２ブロックとを有しており、
第１半導体基板と第１ブロックと回路用ブロックには、これらの積層間を亘って伸びている積層間貫通電極が設けられており、
第１半導体基板と第２ブロックは、第２貫通電極と積層間貫通電極が電気的に接続するように接合しており、
第２貫通電極と積層間貫通電極は、第２力検知部の電気信号を回路部に提供しており、
第１力検知部と第２力検知部は、作用する力に対する電気信号の変化量が異なることを特徴とする請求項４〜６のいずれかの力検知装置。
【請求項８】
第２力検知部は、第２半導体基板の表面に設けられている溝を横断する第２メサ段差と、その第２メサ段差を通過して第２半導体基板の表面を伸びている第２不純物導入領域とを有しており、
第２ブロックは、少なくとも前記溝の周囲に位置する第２半導体基板の表面と第２不純物導入領域の一端に当接して溝を封止しており、
第２貫通電極と積層間貫通電極は、第２不純物導入領域の一端と回路部とを電気的に接続していることを特徴とする請求項７の力検知装置。
【請求項９】
第２の力検知チップをさらに備えており、その第２力検知チップは、
作用する力に応じた電気信号を生成する第２力検知部が表面に設けられている第２半導体基板と、その第２半導体基板の表面に接合するとともに第２半導体基板と接する面から反対側の面まで伸びている第２貫通電極を有する絶縁性の第２ブロックとを有しており、
第１半導体基板と第１ブロックと回路用ブロックには、これらの積層間を亘って伸びている積層間貫通電極が設けられており、
第１半導体基板と第２ブロックは、第２貫通電極と積層間貫通電極が電気的に接続するように接合しており、
第２貫通電極と積層間貫通電極は、第２力検知部の電気信号を回路部に提供しており、
第１力検知部と第２力検知部は、異なる物理量を検知対象にしていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかの力検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作用する力を検知する力検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力、加速度、角速度等が生じさせる力を電気信号に変換し、その電気信号から圧力、加速度、角速度等を検知する力検知装置が知られている。この種の力検知装置は、半導体基板を利用して作製されているものが多い。半導体基板の表面には、圧力、加速度、角速度等が生じさせる力を電気信号に変換する力検知部が設けられている。力検知部の一例に、メサ段差を利用するものが開発されている。メサ段差は、ピエゾ抵抗効果が現れる方向に伸びており、不純物導入領域がそのメサ段差を通過して半導体基板の表面を伸びている。圧力、加速度、角速度等が生じさせた力がメサ段差に作用すると、不純物導入領域の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を電圧値又は電流値の変化として検知することによって、メサ段差に作用した力を検知することができ、ひいては圧力、加速度、角速度等を検知することができる。この種の力検知装置を開示する特許文献を下記に列記する。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８０２８６号公報
【特許文献２】特開２００１−７４５８２号公報
【特許文献３】特開２００４−１３２８１１号公報
【特許文献４】特開２００６−５８２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の力検知装置では、力検知部が生成した電気信号を処理するための回路部が必要である。回路部は、電気信号に含まれるノイズを除去したり、あるいはアナログ信号をデジタル信号に変換するために用いられる。
【０００５】
力検知装置の小型化及び利便性を向上させるために、力検知部と回路部を一体化した構成が望まれている。例えば、力検知部と回路部を一体化する１つの手法として、力検知部が設けられている力検知チップと回路部が設けられている回路チップとをワイヤを介して電気的に接続する手法が考えられる。しかし、ワイヤを介して電気的に接続するためには、ワイヤを配線するための空間が必要であり、力検知装置の小型化には不向きとなってしまう。また、ワイヤは、振動等によって破損することもあり、力検知装置の信頼性にも悪影響を及ぼしてしまう。
【０００６】
力検知部と回路部を一体化する他の１つの手法として、１つの半導体基板内に力検知部と回路部を搭載することが考えられる。しかし、力検知部の感度を良好にする半導体基板の面方位と、回路部の作製に適した半導体基板の面方位は異なることが多い。例えば、半導体基板がシリコンの場合は、力検知部の感度を良好にするための面方位は（１１０）面又はそれと等価な面であり、回路部の作製に適した面方位は（１００）面又はそれと等価な面である。したがって、力検知部と回路部を１つの半導体基板内に搭載すると、力検知部と回路部のいずれか一方に最適な面方位が選択され、他方にとって不向きな面方位が選択される。この結果、力検知装置の特性を悪化させてしまう。
【０００７】
本発明は、力検知装置の信頼性や特性を損なわないで、力検知装置の小型化に有用な技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示される技術では、力検知部が設けられている半導体基板と回路部が設けられている半導体基板がそれぞれ別個に用意され、力検知部が設けられている半導体基板と回路部が設けられている半導体基板の間に絶縁性のブロックが設けられていることを特徴としている。ブロックに貫通電極が設けられており、力検知部の電気信号は貫通電極を介して回路部に提供される。
力検知部用の半導体基板と回路部用の半導体基板がそれぞれ別個に用意されているので、力検知部用の半導体基板と回路部用の半導体基板のそれぞれに適した面方位を採用することができる。さらに、力検知部と回路部の間は貫通電極によって電気的に接続されるので、ワイヤを利用する場合に比して、力検知装置の信頼性が高い。この結果、力検知装置の信頼性や特性を損なわないで、力検知装置の小型化を進めることができる。
【０００９】
即ち、本明細書で開示される第１の力検知装置は、作用する力に応じた電気信号を生成する力検知部が表面に設けられている半導体基板と、前記電気信号を処理する回路部が表面に設けられている半導体回路基板と、半導体基板の前記表面と半導体回路基板の前記表面の間に設けられている絶縁性のブロックとを備えている。ブロックは、半導体基板と接する面から半導体回路基板と接する面まで伸びている貫通電極を有している。その貫通電極は、力検知部の電気信号を回路部に提供する。ここで、ブロックは、複数の絶縁性のブロックが積層した形態であってもよい。
【００１０】
第１の力検知装置では、力検知部が、半導体基板の表面に設けられている溝を横断するメサ段差と、そのメサ段差を通過して半導体基板の表面を伸びている不純物導入領域とを有しているのが好ましい。この場合、ブロックは、少なくとも溝の周囲に位置する半導体基板の表面と不純物導入領域の一端に当接して溝を封止している。貫通電極は、不純物導入領域の一端と回路部とを電気的に接続している。
この形態によると、メサ段差は、半導体基板の表面から突出していない。このため、力検知部が設けられている半導体基板とブロックを強固に接合させることができる。
【００１１】
第１の力検知装置では、ブロックが、半導体回路基板と接する面に凹部を有しているのが好ましい。回路部は、その凹部内に配置されていることを特徴としている。
この形態によると、回路部とブロックの間に空間が設けられ、回路部とブロックが直接的に接していない。このため、回路部は安定した動作を実現することができる。
【００１２】
本明細書で開示される第２の力検知装置は、力検知チップと回路チップが積層した形態を備えている。力検知チップは、作用する力に応じた電気信号を生成する第１力検知部が表面に設けられている第１半導体基板と、その第１半導体基板の表面に接合するとともに第１半導体基板と接する面から反対側の面まで伸びている第１貫通電極を有する絶縁性の第１ブロックとを有している。回路チップは、電気信号を処理する回路部が表面に設けられている半導体回路基板と、その半導体回路基板の表面に接合するとともに半導体回路基板と接する面から反対側の面まで伸びている回路用貫通電極を有する絶縁性の回路用ブロックとを有している。力検知チップの第１ブロックと回路チップの回路用ブロックは、第１貫通電極と回路用貫通電極が電気的に接続するように接合している。第１貫通電極と回路用貫通電極は、第１力検知部の電気信号を回路部に提供する。
上記の形態でも、力検知部が設けられている半導体基板と回路部が設けられている半導体回路基板がそれぞれ別個に用意されているので、力検知部用の半導体基板と回路部用の半導体回路基板のそれぞれに適した面方位を採用することができる。さらに、力検知部と回路部の間は、第１貫通電極と回路用貫通電極によって電気的に接続されるので、ワイヤを利用する場合に比して、力検知装置の信頼性が高い。この結果、力検知装置の信頼性や特性を損なわないで、力検知装置の小型化を進めることができる。
また、上記の形態によると、力検知チップと回路チップをそれぞれ用意し、それらを接合することによって力検知装置を構築することができる。例えば、共通の規格で感度の異なる力検知チップを用意しておくと、測定対象に応じて必要な感度の力検知チップを選択し、その選択した力検知チップを回路チップと接合することによって、必要な感度で測定対象を検知する力検知装置を容易に構築することができる。
【００１３】
第２の力検知装置でも、第１力検知部は、第１半導体基板の表面に設けられている溝を横断する第１メサ段差と、その第１メサ段差を通過して第１半導体基板の表面を伸びている第１不純物導入領域とを有しているのが好ましい。この場合、第１ブロックは、少なくとも溝の周囲に位置する第１半導体基板の表面と第１不純物導入領域の一端に当接して溝を封止している。第１貫通電極と回路用貫通電極は、第１不純物導入領域の一端と回路部とを電気的に接続している。
【００１４】
また、第２の力検知装置でも、回路用ブロックが、半導体回路基板と接する面に凹部を有しているのが好ましい。回路部は、その凹部内に配置されていることを特徴としている。
【００１５】
第２の力検知装置では、第２の力検知チップをさらに備えているのが好ましい。その第２力検知チップは、第２半導体基板と絶縁性の第２ブロックを備えている。第２半導体基板は、作用する力に応じた電気信号を生成する第２力検知部が表面に設けられている。第２ブロックは、その第２半導体基板の表面に接合するとともに第２半導体基板と接する面から反対側の面まで伸びている第２貫通電極を有している。この場合、第１半導体基板と第１ブロックと回路用ブロックには、これらの積層間を亘って伸びている積層間貫通電極が設けられている。第１半導体基板と第２ブロックは、第２貫通電極と積層間貫通電極が電気的に接続するように接合しており、第２貫通電極と積層間貫通電極は、第２力検知部の電気信号を回路部に提供している。
上記の第２の力検知チップを備えている場合は、第１力検知部と第２力検知部が、作用する力に対する電気信号の変化量が異なるように構成されていてもよい。この形態の力検知装置は、感度がそれぞれ異なる第１力検知部と第２力検知部を備えている。例えば、第１力検知部が高感度であり、第２力検知部が低感度であれば、第１力検知部で小さな力を細かい分解能で検知するとともに、第２力検知部で大きな力を粗い分解能で検知することができる。
また、上記の第２の力検知チップを備えている場合は、第１力検知部と第２力検知部が、異なる物理量を検知対象とするように構成されていてもよい。この形態の力検知装置は、各々が異なる物理量を検知することが可能な第１力検知部と第２力検知部を備えている。ここでいう物理量には、圧力、加速度、角速度等が含まれる。例えば、第１力検知部が圧力を検知対象にし、第２力検知部が加速度を検知対象にしていると、１つの力検知装置で圧力と加速度を検知することができる。また、力検知チップの温度依存性を利用して温度を検知することもできる。
【００１６】
第２の力検知装置では、第２力検知部は、第２半導体基板の表面に設けられている溝を横断する第２メサ段差と、その第２メサ段差を通過して第２半導体基板の表面を伸びている第２不純物導入領域とを有しているのが好ましい。この場合、第２ブロックは、少なくとも溝の周囲に位置する第２半導体基板の表面と第２不純物導入領域の一端に当接して溝を封止している。第２貫通電極と積層間貫通電極は、第２不純物導入領域の一端と回路部とを電気的に接続している。
この形態によると、第２メサ段差は、第２半導体基板の表面から突出していない。このため、第２力検知部が設けられている第２半導体基板と第２ブロックは、強固に接合することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本明細書で開示される技術によると、力検知部が設けられている半導体基板と回路部が設けられている半導体基板がそれぞれ別個に用意されているので、力検知部の半導体基板と回路部の半導体基板のそれぞれに適した面方位を採用することができる。さらに、力検知部と回路部の間は貫通電極によって電気的に接続されるので、ワイヤを利用する場合に比して、力検知装置の信頼性が高い。この結果、力検知装置の信頼性や特性を損なわないで、力検知装置の小型化を進めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本明細書で開示される技術の特徴を列記する。
（第１特徴）  力検知部は、メサ段差を備えている。メサ段差は、半導体基板の表面に突出するタイプでもよく、半導体基板の表面の溝によって画定されるタイプでもよい。後者の場合は、半導体基板とブロックを強固に接合することができる。
（第２特徴）  力検知装置は、シリーズ化された力検知チップを備えているのが好ましい。シリーズ化された力検知チップでは、回路チップと電気的にコンタクトする電極の配置が共通の規格に沿って設計されている。これにより、測定対象に応じて好適な感度の力検知チップを用意し、その力検知チップを回路チップに接合することで、必要な感度で測定可能な力検知装置を構築することができる。
（第３特徴）  力検知装置は、シリーズ化された回路チップを備えているのが好ましい。シリーズ化された回路チップは、力検知チップ及び／又は他の回路チップと電気的にコンタクトする電極の配置が共通の規格に沿って設計されている。これにより、必要な演算処理に応じて必要な種類の回路チップを用意し、その回路チップを組み合わせることで、必要な演算処理を実行可能な力検知装置を構築することができる。
【実施例】
【００１９】
（第１実施例）
図１に、大気、油圧機構の油圧ポンプ内、燃料パイプ内、内燃機関内等の検知空間内の圧力を測定する力検知装置１の斜視図を模式的に示す。図１に示すように、力検知装置１は、力検知チップ１０と回路チップ２００を備えており、力検知チップ１０と回路チップ２００が一体化した形態を備えている。力検知チップ１０は、回路チップ２００の表面の一部に積層している。力検知チップ１０と回路チップ２００は、陽極接合を利用して接合している。力検知チップ１０は、検知空間内の圧力に応じた電気信号を生成する。その電気信号は回路チップ２００に提供され、回路チップ２００はその電気信号からノイズを除去するとともにアナログ信号をデジタル信号に変換する。得られたデジタル信号は、検知空間内の圧力を反映しており、目的に応じた制御に利用される。
【００２０】
図２に、力検知チップ１０の分解斜視図を模式的に示す。図３又は図４に、図２のIII-III線又はIV-IV線に対応した縦断面図を示す。なお、図２の力検知チップ１０の分解斜視図、図３及び図４の力検知チップの縦断面図は、図１の力検知チップ１０と上下が反対の状態で図示されている点に留意されたい。
【００２１】
図２に示すように、力検知チップ１０は、単結晶シリコンの半導体基板２０と、熱酸化膜の絶縁層３０と、絶縁性の第１ブロック５０を備えている。半導体基板２０と第１ブロック５０は、絶縁層３０を介して接合している。
半導体基板２０はｎ型の不純物を含んでおり、その不純物濃度は約1×1014〜1×1017cm-3である。半導体基板２０の表面には、荷重に応じた電気信号を生成する力検知部６０が設けられている。力検知部６０は、半導体基板２０の表面に設けられている矩形状の溝４０を横断するメサ段差２４と、そのメサ段差２４を通過して半導体基板２０の表面を伸びている不純物導入領域２２とを備えている。溝４０は、絶縁層３０の厚みよりも深く形成されている。溝４０は、エッチング技術を利用して半導体基板２０の表面に形成することができる。溝４０は、隣接する分散溝４２、４４によって構成されており、その分散溝４２と分散溝４４の間にメサ段差２４が形成されている。分散溝４２と分散溝４４は、メサ段差２４を対称軸とする線対称な形状を有している。半導体基板２０の表面は（１１０）面である。メサ段差２４は、ピエゾ抵抗効果が大きく現れる＜１１０＞方向に伸びている。
【００２２】
不純物導入領域２２はｐ型の不純物を含んでおり、その不純物濃度は約1×1018〜2×1020cm-3である。不純物導入領域２２は、ｎ型の半導体基板２０と反対導電型である。したがって、不純物導入領域２２と半導体基板２０は、電気的に絶縁されている。不純物導入領域２２は、メサ段差２４を通過して溝４０を横断している。不純物導入領域２２は、メサ段差２４と溝４０の境界から側方に大きく張り出して形成されている。さらに、不純物導入領域２２は、メサ段差２４から側方に張り出している部分で幅広に形成されている。
【００２３】
図２に示すように、不純物導入領域２２の一端は、正側コンタクト領域３２に電気的に接続されている。正側コンタクト領域３２は、絶縁層３０を貫通して絶縁層３０の表面に露出している。さらに、不純物導入領域２２の他端は、負側コンタクト領域３４に電気的に接続されている。負側コンタクト領域３４は、絶縁層３０を貫通して絶縁層３０の表面に露出している。正側コンタクト領域３２と負側コンタクト領域３４には、Al、Al-Si、Al-Si-Cu等が用いられている。
【００２４】
第１ブロック５０は、半導体基板２０の表面全体に絶縁層３０を介して接合しており、溝４０、正側コンタクト領域３２及び負側コンタクト領域３４を被覆している。第１ブロック５０は、絶縁層３０に陽極接合している。第１ブロック５０には、ガラスブロックが用いられている。メサ段差２４の頂面を被覆している絶縁層３０の表面と溝４０の周囲の半導体基板２０の表面を被覆している絶縁層３０の表面は、同一面内である。このため、第１ブロック５０は、メサ段差２４を外部から封止した状態で半導体基板２０の表面に絶縁層３０を介して接合することができる。
【００２５】
第１ブロック５０は、表面から裏面まで貫通しているとともに、正側コンタクト領域３２に接する正側第１貫通電極５２を備えている。正側第１貫通電極５２は、正側コンタクト領域３２を介して不純物導入領域２２の一端と電気的に接続している。第１ブロック５０にはさらに、表面から裏面まで貫通しているとともに、負側コンタクト領域３４に接する負側第１貫通電極５４を備えている。負側第１貫通電極５４は、負側コンタクト領域３４を介して不純物導入領域２２の他端と電気的に接続している。正側第１貫通電極５２及び負側第１貫通電極５４には、低い熱膨張係数を有するコバール又はインバールが用いられている。
【００２６】
ここで、絶縁層３０と第１ブロック５０を陽極接合する方法に関して説明する。
図５には、陽極接合を実施する前の段階が示されている。図５に示すように、正側コンタクト領域３２と負側コンタクト領域３４は、絶縁層３０に形成されている貫通孔よりも幅狭で貫通孔から突出した状態で形成されている。次に、第１ブロック５０を絶縁層３０の表面に接触させると、正側コンタクト領域３２と負側コンタクト領域３４は押し圧され、貫通孔内を伸展する。正側コンタクト領域３２と負側コンタクト領域３４の材料はアルミニウムであり、柔らかい。この結果、図３に示すように、正側コンタクト領域３２と負側コンタクト領域３４は、絶縁層３０の貫通孔内に充填された状態になる。次に、高温下において、第１ブロック５０と半導体基板２０の間に高静電界を印加する。これにより、第１ブロック５０と絶縁層３０の間には共有結合が形成され、第１ブロック５０と絶縁層３０が強固に接合される。
【００２７】
図３に示すように、正側コンタクト領域３２と負側コンタクト領域３４は、押し圧された後に、絶縁層３０の貫通孔に収まるのが望ましい。しかし、図６に示すように、正側コンタクト領域３２と負側コンタクト領域３４は、製造公差によって必要以上の量で形成されてしまう場合がある。このような場合、図７に示すように、絶縁層３０と第１ブロック５０を陽極接合したときに、絶縁層３０と第１ブロック５０の間に空間が形成されてしまう。
【００２８】
力検知チップ１０では、不純物導入領域２２がメサ段差２４と溝４０の境界から側方に大きく張り出しているので、メサ段差２４の端部と正側コンタクト領域３２の間に水平方向の距離Ｄ２０が確保されている。同様に、メサ段差２４の端部と負側コンタクト領域３４の間にも水平方向の距離Ｄ２０が確保されている。このため、絶縁層３０と第１ブロック５０の間に空間が形成されたとしても、その空間は距離Ｄ２０内に留まることができる。したがって、力検知チップ１０では、絶縁層３０と第１ブロック５０の間に空間が形成されたとしても、第１ブロック５０はメサ段差２４の頂面の全体に接することができる。メサ段差２４は、圧縮荷重が相対的に強く加わる領域である。一方、メサ段差２４の端部から側方の領域は、圧縮荷重が相対的に弱く加わる領域である。このため、力検知チップ１０では、第１ブロック５０とメサ段差２４の頂面の全体が確実に接することによって、圧縮荷重が相対的に強く加わる領域を確実に利用することができる。一方、絶縁層３０と第１ブロック５０の間に空間が形成され、絶縁層３０と第１ブロック５０の接する面積が変動する領域は、圧縮荷重が相対的に弱く加わる領域である。したがって、絶縁層３０と第１ブロック５０の接する面積が変動したとしても不純物導入領域２２の抵抗値の変化における影響が小さい。さらに、その領域の不純物導入領域２２の幅が大きく形成されているので、その領域の抵抗値が低減されており、不純物導入領域２２の抵抗値の変化における空間の影響がさらに低減されている。
この結果、力検知チップ１０は、絶縁層３０と第１ブロック５０の間の空間の影響を排除することができ、製造毎に均一な特性を得ることができる。
【００２９】
次に、回路チップ２００に関して説明する。図８に、回路チップ２００の分解斜視図を模式的に示す。
図８に示すように、回路チップ２００は、単結晶シリコンの半導体回路基板２２０と、酸化膜の絶縁層２３０と、絶縁性の回路用ブロック２５０を備えている。半導体回路基板２２０と回路用ブロック２５０は、絶縁層２３０を介して接合している。
半導体回路基板２２０の表面には、回路部２２２が設けられている。回路部２２２は、半導体回路基板２２０の表面に導入された不純物導入領域や、半導体回路基板２２０の表面に作成された配線等によって構成されており、例えば、トランジスタ、抵抗素子、キャパシタ、スイッチング素子等の回路素子が構成されている。回路部２２２には、複数種類の回路素子によって、増幅回路とフィルタ回路とA/D変換回路が構築されている。回路部２２２は、力検知チップ１０が生成した電気信号を処理する。絶縁層２３０は、回路部２２２に対応する領域に窓が設けられている。半導体回路基板２２０の表面は（１００）面である。半導体回路基板２２０の表面には、回路部２２２に適した面方位が採用されている。
【００３０】
図８に示すように、回路部２２２の周囲には、複数のコンタクト領域２３２、２３４、２３６、２３７、２３８が設けられている。各コンタクト領域２３２、２３４、２３６、２３７、２３８は、絶縁層２３０を貫通して絶縁層２３０の表面に露出しており、その材料にアルミニウムが用いられている。各コンタクト領域２３２、２３４、２３６、２３７、２３８は、半導体回路基板２２０の表面に形成された不純物導入領域又は配線を介して回路部２２２に電気的に接続されている。
符号２３２は正側コンタクト領域であり、符号２３４は負側コンタクト領域であり、符号２３６は出力コンタクト領域であり、符号２３７は負側電源コンタクト領域であり、符号２３８は正側電源コンタクト領域である。
【００３１】
回路用ブロック２５０は、半導体回路基板２２０の表面全体に絶縁層２３０を介して接合しており、回路部２２２及び各コンタクト領域２３２、２３４、２３６、２３７、２３８を被覆している。回路用ブロック２５０は、絶縁層２３０に陽極接合している。回路用ブロック２５０には、ガラスブロックが用いられている。回路用ブロック２５０は、半導体回路基板２２０と接合する面に凹部２４０を備えている。凹部２４０は、半導体回路基板２２０の回路部２２２に対応して設けられており、半導体回路基板２２０と回路用ブロック２５０が接合したときに、回路部２２２は凹部２４０内に配置される。このため、回路部２２２と回路用ブロック２５０の間に空間が設けられ、回路部２２２と回路用ブロック２５０が直接的に接していない。このため、回路部２２２は安定した動作を実現することができる。
【００３２】
回路用ブロック２５０は、表面から裏面まで貫通している複数の貫通電極２５２、２５４、２５６、２５７、２５８を備えている。正側回路用貫通電極２５２は、正側コンタクト領域２３２に接しており、正側コンタクト領域２３２を介して回路部２２２に電気的に接続されている。負側回路用貫通電極２５４は、負側コンタクト領域２３４に接しており、負側コンタクト領域２３４を介して回路部２２２に電気的に接続されている。出力貫通電極２５６は、出力コンタクト領域２３６に接しており、出力コンタクト領域２３６を介して回路部２２２に電気的に接続されている。負側電源貫通電極２５７は、負側電源コンタクト領域２３７に接しており、負側電源コンタクト領域２３７を介して回路部２２２に電気的に接続されている。正側電源貫通電極２５８は、正側電源コンタクト領域２３８に接しており、正側電源コンタクト領域２３８を介して回路部２２２に電気的に接続されている。各貫通電極２５２、２５４、２５６、２５７、２５８には、低い熱膨張係数を有するコバールが用いられている。
【００３３】
図９に、図１のIX-IX線に対応した縦断面図を示す。
図９に示すように、力検知チップ１０と回路チップ２００が積層した状態では、力検知チップ１０の正側第１貫通電極５２と回路チップ２００の正側回路用貫通電極２５２が電気的に接続している。同様に、他の断面において、力検知チップ１０の負側第１貫通電極５４と回路チップ２００の負側回路用貫通電極２５４が電気的に接続している。このため、力検知チップ１０の力検知部６０が生成した電気信号は、力検知チップ１０の貫通電極５２、５４と回路チップ２００の貫通電極２５２、２５４を介して回路チップ２００の回路部２２２に提供される。回路部２２２は、提供された電気信号を増幅、ノイズ除去、そしてデジタル信号に変換する。
【００３４】
力検知装置１では、平面視したときに、力検知チップ１０の正側第１貫通電極５２と負側第１貫通電極５４の位置関係が、回路チップ２００の正側回路用貫通電極２５２と負側回路用貫通電極２５４の位置関係に一致している。このため、力検知チップ１０を回路チップ２００の表面に積層し陽極接合するだけで、力検知チップ１０の力検知部６０と回路チップ２００の回路部２２２を電気的に接続させることができる。例えば、感度が異なる力検知部を有する他の力検知チップであっても、正側第１貫通電極と負側第１貫通電極の位置関係が共通規格に沿って配置されていれば、その力検知チップを回路チップ２００に積層し、力検知装置を構築することができる。
【００３５】
図１０に、力検知装置１を油圧機構の油圧パイプ内に設置する具体的な設置方法を示す。図１０には、力検知装置１がコート剤（図示しない）で被覆された圧力センサ２が示されている。
圧力センサ２は、回路チップ２００の出力貫通電極２５６に固定されている出力リード２５６ａと、負側電源貫通電極２５７に固定されている負側電源リード２５７ａと、正側電源貫通電極２５８に固定されている正側電源リード２５８ａとを備えている。出力貫通電極２５６と出力リード２５６ａ、負側電源貫通電極２５７と負側電源リード２５７ａ及び正側電源貫通電極２５８と正側電源リード２５８ａの固定には、はんだが利用されている。なお、はんだに代えて導電性の接着剤を利用してもよい。
圧力センサ２では、力検知装置１０の全体がコート剤で被覆されている（図示しない）。コート剤の材料には、シリコン系材料又はフッ素系材料が用いられる。出力リード２５６ａの一部、負側電源リード２５７ａの一部及び正側電源リード２５８ａの一部は、そのコート剤から外に伸びている。
【００３６】
圧力センサ２は、油圧パイプ内に投げ込み式で設置される。コート剤を介して油圧パイプ内の圧力が力検知チップ１０に加わると、力検知チップ１０のメサ段差２４に圧縮荷重が加わり、メサ段差２４の抵抗値が変化する。メサ段差２４には定電流が供給されており、抵抗値の変化は電圧値の変化として現れる。このメサ段差２４の電圧値は、力検知チップ１０の貫通電極５２、５４と回路チップ２００の貫通電極２５２、２５４を介して回路部２２２に提供され、回路部２２２においてノイズが除去された後にデジタル信号に変換され、出力リード２５６ａを介して外部に提供される。
【００３７】
力検知装置１によると、力検知チップ１０の半導体基板２０と回路部チップ２００の半導体回路基板２２０がそれぞれ別個に用意されているので、力検知チップ１０の半導体基板２０には（１１０）面が採用され、回路部チップ２００の半導体回路基板２２０には（１００）面が採用されている。それぞれに適した面方位が採用されているので、特性の優れた力検知装置１が得られる。さらに、力検知チップ１０と回路チップ２００の間は、貫通電極５２、５４、２５２、２５４によって電気的に接続されているので、ワイヤを利用する場合に比して、力検知装置１の信頼性が高い。この結果、力検知装置１の信頼性や特性を損なわないで、力検知装置１の小型化を進めることができる。
【００３８】
図１１に、力検知装置１をハーメチックシール端子１１に搭載した例を示す。図１１に示すように、力検知装置１は、ハーメチックシール端子１１の搭載面に固定されている。ハーメチック端子１１は、封止ガラス１１ａによって気密性が保たれた状態で貫通して伸びているリード１２を備えている。リード１２の一端には端子１３が設けられている。ハーメチック端子１１には、３本のリード１２が設けられており、各リード１２は、回路チップ２００の出力貫通電極２５６、負側電源貫通電極２５７及び正側電源貫通電極２５８のそれぞれに３本のワイヤ１４を介して電気的に接続されている。
図１１に示すように、力検知装置１は、ハーメチックシール端子１１に搭載されて用いることもできる。
【００３９】
（回路チップの他の実施例）
図１２に、別例の回路チップ１００の分解斜視図を模式的に示す。図１３に、図１２のXIII-XIII線の縦断面図を示す。
図１２に示すように、回路チップ１００は、単結晶シリコンの半導体基板１２０と、熱酸化膜の絶縁層１３０と、絶縁性の第１ブロック１５０を備えている。半導体基板１２０と第１ブロック１５０は、絶縁層１３０を介して接合している。
半導体基板１２０はｐ型の不純物を含んでおり、その不純物濃度は約1×1018〜2×1020cm-3である。半導体基板１２０の表面には、荷重に応じた電気信号を生成する力検知部１６０が設けられている。力検知部１６０は、半導体基板１２０の表面に設けられている円形状の溝１４０を横断するメサ段差１２４と、そのメサ段差１２４を通過して半導体基板１２０の表面を伸びている不純物導入領域１２２とを備えている。溝１４０は、絶縁層１３０の厚みよりも深く形成されている。溝１４０は、エッチング技術を利用して半導体基板１２０の表面に形成することができる。溝１４０は、隣接する分散溝１４２と分散溝１４４によって構成されており、その分散溝１４２と分散溝１４４の間にメサ段差１２４が形成されている。分散溝１４２と分散溝１４４は、メサ段差１２４を対称軸とする線対称な形状を有している。回路チップ１００では、分散溝１４２、１４４の側面において、溝１４０を平面視したときに多角形の項点に相当するコーナー部が形成されていない。したがって、溝１４０の周囲の半導体基板１２０とブロック１５０が、幾何学的に安定した状態で接合している。この結果、ブロック１５０に作用する荷重とメサ段差１２４の圧縮荷重の間の比例関係が向上する。半導体基板１２０の表面は（１１０）面である。メサ段差１２４は、ピエゾ抵抗効果が大きく現れる＜１１０＞方向に伸びている。
【００４０】
不純物導入領域１２２はｐ型の不純物を含んでおり、その不純物濃度は約1×1014〜1×1017cm-3である。不純物導入領域１２２の一端は、メサ段差１２４と溝１４０の境界から側方に大きく張り出して形成されている。なお、不純物導入領域１２２の一端は、メサ段差１２４と溝１４０の境界から側方に張り出している部分で幅広に形成されていてもよい。
【００４１】
不純物導入領域１２２の一端は、正側コンタクト領域１３２に電気的に接続されている。正側コンタクト領域１３２は、絶縁層１３０を貫通して絶縁層１３０の表面に露出している。このため、不純物導入領域１２２の一端がメサ段差１２４と溝１４０の境界から側方に大きく張り出しているので、メサ段差１２４の端部と正側コンタクト領域１３２の間に水平方向の距離が確保されている。したがって、第１ブロック１５０が接する面積が変動したとしても不純物導入領域１２２の抵抗値の変化における影響が小さい。
【００４２】
図１３に示すように、半導体基板１２０は、ウェル領域１２８を備えている。ウェル領域１２８は、不純物導入領域１２２の他端以外を取り囲んでいる。ウェル領域１２８はｎ型の不純物を含んでおり、その不純物濃度は約1×1015〜1×1018cm-3である。したがって、不純物導入領域１２２とウェル領域１２８の間にはｐｎ接合が形成され、不純物導入領域１２８の他端以外がウェル領域１２８によって周囲から電気的に分離される。ウェル領域１２８に取り囲まれていない不純物導入領域１２２の他端は、半導体基板１２０と接している。不純物導入領域１２２と半導体基板１２０が同一のｐ型であるので、不純物導入領域１２２の他端と半導体基板１２０は電気的に接続している。
【００４３】
力検知チップ１００は、半導体基板１２０の裏面に形成されている裏面負側電極１２６を備えている。裏面負側電極１２６の材料には、アルミニウム又はニッケルが用いられている。裏面負側電極１２６は、半導体基板１２０の裏面全体に形成され、半導体基板１２０と電気的に接続している。この結果、不純物導入領域１２２の他端は、半導体基板１２０を介して裏面負側電極１２６と電気的に接続している。
【００４４】
力検知チップ１００はさらに、絶縁性の第１ブロック１５０を備えている。第１ブロック１５０は、半導体基板１２０の表面全体に絶縁層１３０を介して接合しており、溝１４０と正側コンタクト領域１３２を被覆している。第１ブロック１５０は、絶縁層１３０に陽極接合している。第１ブロック１５０には、ガラスブロックが用いられている。メサ段差１２４の頂面を被覆している絶縁層１３０の表面と溝１４０の周囲の半導体基板１２０の表面を被覆している絶縁層１３０の表面は、同一面内である。このため、第１ブロック１５０は、メサ段差１２４を外部から封止した状態で半導体基板１２０の表面に絶縁層１３０を介して接合することができる。
【００４５】
第１ブロック１５０は、表面から裏面まで貫通しているとともに、正側コンタクト領域１３２に接する正側第１貫通電極１５２を備えている。正側第１貫通電極１５２は、正側コンタクト領域１３２を介して不純物導入領域１２２の一端と電気的に接続している。正側第１貫通電極１５２には、低い熱膨張係数を有するコバールが用いられている。
【００４６】
次に、回路チップ３００に関して説明する。図１４に、回路チップ３００の分解斜視図を模式的に示す。
図１４に示すように、回路チップ３００は、単結晶シリコンの半導体回路基板３２０と、酸化膜の絶縁層３３０と、絶縁性の回路用ブロック３５０を備えている。半導体回路基板３２０と回路用ブロック３５０は、絶縁層３３０を介して接合している。
半導体回路基板３２０の表面には、回路部３２２が設けられている。回路部３２２は、半導体回路基板３２０の表面に導入された不純物導入領域や、半導体回路基板３２０の表面に作成された配線等によって構成されており、例えば、抵抗素子、キャパシタ、スイッチング素子等の回路素子が構成されている。回路部３２０には、複数種類の回路素子によって、増幅回路とフィルタ回路とA/D変換回路が構築されている。回路部３２２は、力検知チップ１００が生成した電気信号を処理する。絶縁層３３０は、回路部３２２に対応する領域に窓が設けられている。半導体回路基板３２０の表面は（１００）面である。半導体回路基板３２０の表面には、回路部３２２に適した面方位が採用されている。
【００４７】
図１４に示すように、回路部３２２の周囲には、複数のコンタクト領域３３２、３３６、３３７、３３８が設けられている。各コンタクト領域３３２、３３６、３３７、３３８は、絶縁層３３０を貫通して絶縁層３３０の表面に露出しており、その材料にアルミニウムが用いられている。各コンタクト領域３３２、３３６、３３７、３３８は、半導体回路基板３２０の表面に形成された不純物導入領域又は配線を介して回路部３２２に電気的に接続されている。
符号３３２は正側コンタクト領域であり、符号３３６は出力コンタクト領域であり、符号３３７は負側電源コンタクト領域であり、符号３３８は正側電源コンタクト領域である。
【００４８】
回路用ブロック３５０は、半導体回路基板３２０の表面全体に絶縁層３３０を介して接合しており、回路部３２２及び各コンタクト領域３３２、３３６、３３７、３３８を被覆している。回路用ブロック３５０は、絶縁層３３０に陽極接合している。回路用ブロック３５０には、ガラスブロックが用いられている。回路用ブロック３５０は、半導体回路基板３２０と接合する面に凹部３４０を備えている。凹部３４０は、半導体回路基板３２０の回路部３２２に対応して設けられており、半導体回路基板３２０と回路用ブロック３５０が接合したときに、回路部３２２は凹部３４０内に配置される。このため、回路部３２２と回路用ブロック３５０の間に空間が設けられ、回路部３２２と回路用ブロック３５０が直接的に接していない。このため、回路部３２２は安定した動作を実現することができる。
【００４９】
回路用ブロック３５０は、表面から裏面まで貫通している複数の貫通電極３５２、３５６、３５７、３５８を備えている。正側回路用貫通電極３５２は、正側コンタクト領域３３２に接しており、正側コンタクト領域３３２を介して回路部３２２と電気的に接続している。出力貫通電極３５６は、出力コンタクト領域３３６に接しており、出力コンタクト領域３３６を介して回路部３２２に電気的に接続している。負側電源貫通電極３５７は、負側電源コンタクト領域３３７に接しており、負側電源コンタクト領域３３７を介して回路部３２２に電気的に接続している。正側電源貫通電極３５８は、正側電源コンタクト領域３３８に接しており、正側電源コンタクト領域３３８を介して回路部３２２に電気的に接続している。各貫通電極３５２、３５６、３５７、３５８には、低い熱膨張係数を有するコバールが用いられている。
【００５０】
図１５に、この力検知チップ１００と回路チップ３００が積層した力検知装置３の縦断面図を示す。
図１５に示すように、力検知チップ１００と回路チップ３００が積層した状態では、力検知チップ１００の正側第１貫通電極１５２と回路チップ３００の正側回路用貫通電極３５２が電気的に接続している。このため、力検知チップ１００の力検知部１６０が生成した電気信号は、正側第１貫通電極１５２と正側回路用貫通電極３５２を介して回路チップ３００の回路部３２２に提供される。回路部３２２は、提供された電気信号を増幅、ノイズ除去、そしてデジタル信号に変換する。
【００５１】
また、力検知装置３では、平面視したときに、力検知チップ１００の正側回路用貫通電極１５２の位置は、回路チップ３００の正側回路用貫通電極３５４の位置に一致している。このため、力検知チップ１００を回路チップ３００の表面に積層させるだけで、力検知チップ１００の力検知部と回路チップ３００の回路部３２２を電気的に接続させることができる。
【００５２】
図１６に、力検知装置３を油圧機構の油圧パイプ内に設置する具体的な設置方法を示す。図１６には、力検知装置３がコート剤（図示しない）で被覆された圧力センサ４が示されている。
圧力センサ４は、回路チップ３００の出力貫通電極３５６に固定されている出力リード３５６ａと、負側電源貫通電極３５７に固定されている負側電源リード３５７ａと、正側電源貫通電極３５８に固定されている正側電源リード３５８ａと、力検知チップ１００の裏面負側電極１２６に固定されている裏面負側電極リード１２６ａとを備えている。出力貫通電極３５６と出力リード３５６ａ、負側電源貫通電極３５７と負側電源リード３５７ａ、正側電源貫通電極３５８と正側電源リード３５８ａ及び裏面負側電極１２６と裏面負側電極リード１２６ａの固定は、はんだが利用されている。なお、はんだに代えて導電性の接着剤を利用してもよい。なお、裏面負側電極リード１２６ａの電位は、負側電源リード３５７ａの電位と共通である。
圧力センサ４では、力検知装置３の全体がコート剤で被覆されている（図示しない）。コート剤の材料には、シリコン系材料又はフッ素系材料が用いられる。出力リード３５６ａの一部、負側電源リード３５７ａの一部、正側電源リード３５８ａの一部及び裏面負側電極リード１２６ａの一部は、そのコート剤から外に伸びている。
【００５３】
圧力センサ４は、油圧パイプ内に投げ込み式で設置される。コート剤を介して油圧パイプ内の圧力が力検知チップ１００に加わると、力検知チップ１００のメサ段差１２４に圧縮荷重が加わり、メサ段差１２４の抵抗値が変化する。メサ段差１２４には定電流が供給されており、抵抗値の変換は電圧値の変化として現れる。このメサ段差１２４の電圧値は、力検知チップ１００の貫通電極１５２と回路チップ３００の貫通電極３５２を介して回路部３２２に提供され、回路部３２２においてノイズが除去された後にデジタル信号に変換され、出力リード３５６ａを介して外部に提供される。
【００５４】
力検知装置３によると、力検知チップ１００の半導体基板１２０と回路部チップ３００の半導体回路基板３２０がそれぞれ別個に用意されているので、力検知チップ１００の半導体基板１２０には（１１０）面が採用され、回路部チップ３００の半導体回路基板３２０には（１００）面が採用されている。それぞれに適した面方位が採用されているので、特性の優れた力検知装置３が得られる。さらに、力検知チップ１００と回路チップ３００の間は、貫通電極１５２、３５２によって電気的に接続されるので、ワイヤケーブルを利用する場合に比して、力検知装置３の信頼性が高い。この結果、力検知装置３の信頼性や特性を損なわないで、力検知装置３の小型化を進めることができる。
【００５５】
（第２実施例）
図１７に、２種類の力検知チップ４００、５００が回路チップ６００の表面に積層した力検知装置５の縦断面図を模式的に示す。図１８に、力検知装置５の上面図を示す。図１８のXVII-XVII線に対応する縦断面が、図１７の縦断面図に相当する。なお、各図面に付されている符号の下二桁が上記した実施例の下二桁と同一の場合は、同様の機能を有する構成要素であり、以下ではその説明を省略する。
【００５６】
力検知装置５は、第１力検知チップ５００と第２力検知チップ４００を備えている。第１力検知チップ５００と第２力検知チップ４００のそれぞれは、異なる感度の力検知部を備えている。例えば、力検知部に設けられているメサ段差の頂面の面積が異なっていると、メサ段差に作用する荷重に対する抵抗値の変化量が異なるようになり、力検知部の感度を異ならせることができる。
第１力検知チップ５００の力検知部は、油圧パイプ内の圧力に応じた電気信号を生成し、その電気信号は回路チップ６００の回路部６２２に提供される。第２力検知チップ４００の力検知部も、油圧パイプ内の圧力に応じた電気信号を生成し、その電気信号も回路チップ６００の回路部６２２に提供される。回路チップ６００は、それら電気信号からノイズを除去するとともにアナログ信号をデジタル信号に変換する。得られたデジタル信号は、図１８に示すように、第１力検知チップ５００の結果を反映したデジタル信号が第１出力貫通電極６５６から外部に提供され、第２力検知チップ４００の結果を反映したデジタル信号が第２出力貫通電極６５７から外部に提供される。符号６５８は負側電源貫通電極であり、符号６５９は正側電源貫通電極である。
【００５７】
第１力検知チップ５００は、第１半導体基板５２０と絶縁層５３０と第１ブロック５５０を備えている。図１７及び図１８に示すように、第１力検知チップ５００の力検知部が生成した電気信号は、力検知チップ５００の貫通電極５５２、５５４と回路チップ６００の貫通電極６５２、６５４を介して回路チップ６００の回路部６２２に提供される。
図１７に示すように、第１力検知チップ５００はさらに、第２力検知チップ４００の力検知部が生成した電気信号を回路チップ６００の回路部６２２に提供するために、第１半導体基板５２０を貫通する正側スルーホール電極５２２と、第１ブロック５５０を貫通する正側スルー電極５５１を備えている。正側スルーホール電極５２２は、第１半導体基板５２０に設けられた貫通孔の内壁に金属を蒸着することによって形成することができる。
回路チップ６００は、回路用ブロック６５０を貫通する正側回路用スルー電極６５１を備えている。正側回路用スルー電極６５１は、第１力検知チップ５００の正側スルー電極５５１に電気的に接続されている。第１力検知チップ５００の正側スルーホール電極５２２と正側スルー電極５５１、及び回路チップ６００の正側回路用スルー電極６５１によって正側積層間貫通電極が構成されており、この積層間貫通電極は、正側コンタクト領域６３１を介して回路部６２２に電気的に接続されている。なお、図１８に示すように、同様の構成が負側積層間貫通電極５２４、５５４、６５４として設けられている。
【００５８】
第２力検知チップ４００は、第２半導体基板４２０と絶縁層４３０と第２ブロック４５０を備えている。図１７に示すように、第２力検知チップ４００の正側第２貫通電極４５２は、第１力検知チップ５００の正側スルーホール電極５２２に電気的に接続されている。なお、図１８に示すように、同様の構成が負側にも設けられており、第２力検知チップ４００の負側第２貫通電極４５４は、第１力検知チップ５００の負側スルーホール電極５２４に電気的に接続されている。
この結果、第２力検知チップ４００の力検知部が生成した電気信号は、第１力検知チップ５００と回路チップ６００を貫通している正側と負側の双方の積層間貫通電極を介して回路チップ６００の回路部６２２に提供される。
【００５９】
第１力検知チップ５００と第２力検知チップ４００は、感度がそれぞれ異なる力検知部を備えている。例えば、第１力検知チップ５００が高感度であり、第２力検知チップ４００が低感度であれば、第１力検知チップ５００で小さな力を細かい分解能で検知するとともに、第２力検知チップ４００で大きな力を粗い分解能で検知することができる。
【００６０】
（第３実施例）
図１９に、回路チップ７００の半導体回路基板７２０にスルーホール電極７２４、７２６が設けられている力検知装置６の縦断面図を模式的に示す。なお、この力検知装置６には、第１実施例の力検知チップ１０が用いられている。なお、各図面に付されている符号の下二桁が上述実施例の下二桁と同一の場合は、同様の機能を有する構成要素であり、以下ではその説明を省略する。
回路チップ７００の半導体回路基板７２０には、３個のスルーホール電極７２４、７２６が設けられている（図１９の縦断面図では２個のみが図示されているが、他の縦断面に残りの１個が設けられている）。これらのスルーホール電極７２４、７２６は、電源の正側端子、電源の負側端子、及び出力端子に対応している。
【００６１】
この形態を有する力検知装置６は、ハウジング８００に搭載される。図２０に示すように、ハウジング８００は、油圧パイプの外壁１８に螺合するねじ部８２８と、六角のボルト部８２６と、軸方向に貫通して伸びている３本のリード８２２、８２４（図２０の縦断面図では２本のみが図示されているが、他の縦断面に残りの１本が設けられている）を備えている。ハウジング８００は、油圧パイプの外壁１８を貫通する貫通孔にねじ部８２８を介して設置される。力検知装置６は、ハウジング８００の一方の搭載面に設置されており、各リード８２２、８２４が力検知装置６のスルーホール電極７２４、７２６と電気的に接続されている。
【００６２】
力検知装置６のように、回路チップ７００の半導体回路基板７２０にスルーホール電極７２４、７２６が設けられていると、ワイヤなどを利用することなく、ハウジング８００と電気的に接続することができる。このため、ハウジング８００に搭載された力検知装置６は、振動などに強く、信頼性の高いものとなる。
【００６３】
（第４実施例）
図２１に、本明細書で開示される技術の特徴を概略的に説明するための圧力センサ７を示す。圧力センサ７は、回路チップ９２０と、３つの力検知チップ９１１、９１２、９１３を備えている。３つの力検知チップ９１１、９１２、９１３に設けられている力検知部の感度は、それぞれ異なっている。
【００６４】
例えば、力検知チップ９１１、９１２、９１３のそれぞれの感度は、数倍ずつ異なるものが用意されている。力検知チップ９１１、９１２、９１３の貫通電極の位置関係は、共通規格に沿って配置されている。このため、図２１に示すように、測定対象に応じて必要な感度の力検知チップ９１１、９１２、９１３を選択し、その選択した力検知チップ９１１、９１２、９１３を回路チップ９２０と接合することによって、様々な感度で測定対象を検知する圧力センサ７を容易に構築することができる。
【００６５】
また、図２２に、他の実施例の圧力センサ８を示す。圧力センサ８は、力検知チップ９１１と、増幅回路が作り込まれている増幅回路チップ９２１と、フィルタ回路が作り込まれているフィルタ回路チップ９２２と、A/D変換回路が作り込まれているA/D変換回路チップ９２３を備えている。増幅回路チップ９２１とフィルタ回路チップ９２２とA/D変換回路チップ９２３の貫通電極の位置関係は、共通規格に沿って配置されている。
【００６６】
このように、回路チップ９２１、９２２、９２３を機能毎に共通規格で構成することによって、処理したい演算に応じて必要な回路チップ９２１、９２２、９２３を選択し、その選択した回路チップ９２１、９２２、９２３を接合することで、圧力センサ８を構築することができる。例えば、他の演算処理を実施したいときは、さらにその機能を実現する回路チップを用意し、その回路チップを接合することで、必要な演算処理を実現する圧力センサを容易に構築することができる。
【００６７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、図１７及び図２１の実施例では、感度の異なる複数種類の力検知チップで構成された力検知装置又は力検知センサを説明した。この技術思想は、異なる物理量を検知対象にした複合型の検知装置又はセンサにも有用である。例えば、圧力を検知対象とする力検知チップと加速度を検知対象にする力検知チップを利用すれば、圧力と加速度を同時に測定する複合型の検知装置又はセンサを得ることができる。
本実施例では、メサ段差に作用する力を電気信号に変換する技術を中心に説明した。しかし、本明細書で開示される技術の適用範囲はメサ段差に限られない。例えば、作用する加速度又は角速度（本明細書では、加速度及び角速度は力と等価であるとする）によってマスが変位する変位量を測定し、作用する加速度又は角速度を検知する力検知装置又は力検知センサも、本明細書の技術の範疇に含まれる。あるいは、力検知チップの温度依存性を利用して温度を検知する力検知装置又は力検知センサも、本明細書の技術の範疇に含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】第１実施例の力検知措置の斜視図を模式的に示す。
【図２】第１実施例の力検知チップの分解斜視図を示す。
【図３】図２のIII-III線の縦断面図を示す。
【図４】図２のIV-IV線の縦断面図を示す。
【図５】陽極接合を実施する前の段階の一例を示す。
【図６】陽極接合を実施する前の段階の他の一例を示す。
【図７】陽極接合を実施した後の段階の一例を示す。
【図８】第１実施例の回路チップの分解斜視図を示す。
【図９】図１のIX-IX線に対応した縦断面図を示す。
【図１０】第１実施例の圧力センサの斜視図を模式的に示す。
【図１１】第１実施例の力検知装置がハーメチックシール端子に搭載された一例を示す。
【図１２】第１実施例の他の力検知チップの分解斜視図を示す。
【図１３】図１２のXIII-XIII線の縦断面図を示す。
【図１４】第１実施例の他の回路チップの分解斜視図を示す。
【図１５】第１実施例の他の力検知装置の縦断面図を示す。
【図１６】第１実施例の他の圧力センサの斜視図を模式的に示す。
【図１７】第２実施例の力検知装置の縦断面図を模式的に示す。
【図１８】第２実施例の力検知装置の上面図を模式的に示す。
【図１９】第３実施例の力検知装置の縦断面図を模式的に示す。
【図２０】第３実施例のモジュールの縦断面図を模式的に示す。
【図２１】第４実施例の圧力センサの縦断面図を模式的に示す。
【図２２】第４実施例の他の圧力センサの縦断面図を模式的に示す。
【符号の説明】
【００６９】
１０、１００、４００、５００、９１１、９１２、９１３：力検知チップ
２００、３００、６００、７００、９２０、９２１、９２２、９２３：回路チップ
２０、１２０、４２０、５２０：半導体基板
６０、１６０：力検知部
２２２、３２２、６２２、７２２：回路部
５０、１５０、５５０：第１ブロック
４５０：第２ブロック
２５０、３５０、６５０、７５０：回路用ブロック
２２０、３２０、６２０、７２０：半導体回路基板
５２、５４、１５２、５５２、５５４：第１貫通電極
４５２、４５４：第２貫通電極
２５２、２５４、３５２、６５２、７５２、７５４：回路用貫通電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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