(57)【要約】 【課題】  歪検出用薄膜抵抗部との電気的接続を高い信頼性をもって行える歪検出素子を提供すること。【解決手段】起歪部２に絶縁膜４を介して設けられた薄膜抵抗体５と、この薄膜抵抗体５に設けられた電極パッド部１０を形成した電極薄膜６とを備える。薄膜抵抗体５は、歪検出用薄膜抵抗部８及び歪検出用薄膜抵抗部８に接続された電極接続部９を有し、この電極接続部９は電極パッド部１０まで延設される。電極パッド部１０は異なる位置に形成される外部接続用ボンディングエリア１２及び検査用プローブエリア１３を有する。電極パッド部１０は起歪部２の外周縁に設けられた筒状剛体部１に配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状剛体部の内側に薄肉板を形成して起歪部とし、この起歪部上に絶縁膜を介して設けられた歪検出用薄膜抵抗部と、この歪検出用薄膜抵抗部に段差なく接続された電極接続部を覆い電極パッド部を形成した電極薄膜を備え、
前記電極パッド部は前記筒状剛体部側に配置されるとともに異なる位置に形成される外部接続用ボンディングエリア及び検査用プローブエリアを有し、前記電極接続部は前記電極パッド部まで延設されることを特徴とする歪検出素子。
【請求項２】
請求項１に記載の歪検出素子において、前記歪検出用薄膜抵抗部は４本の抵抗部を有する歪ゲージを備え、この歪ゲージの各抵抗部は、それぞれ前記電極接続部に接続され、これらの電極接続部は前記電極パッドを含む導電部で覆われており、互いに対向する一対の信号入力側、電極接続部及び導電部の面積が等しく、互いに対向する一対の信号出力側、電極接続部及び導電部の面積が等しいことを特徴とする歪検出素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の歪検出素子において、前記起歪部は金属材料又は半導体材料であり、前記絶縁膜は前記筒状剛体部の薄膜形成面の外周縁に延びて形成され、前記外部接続用ボンディングエリア及び前記検査用プローブエリアは、前記薄膜形成面の外周縁に沿って並んで配置され、前記電極パッド部の外周縁は前記絶縁膜の外周縁に対して等間隔であり、前記電極パッド部の外周縁と前記絶縁膜の外周縁との間隔は０．５ｍｍ以上であることを特徴とする歪検出素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の歪検出素子において、前記電極薄膜は、前記薄膜形成面に形成され、かつ、前記電極接続部から前記電極パッド部にかけて末広状に広がって形成されたパターン形状を備え、前記電極パッド部は前記薄膜形成面上に片寄った位置に配置されていることを特徴とする歪検出素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の歪検出素子において、前記歪検出用薄膜抵抗部と前記電極接続部とは同一の薄膜層から成形され、前記歪検出用薄膜抵抗部はフルブリッジ回路とされることを特徴とする歪検出素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の歪検出素子を備えたことを特徴とする圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状剛体部の内側に形成された薄肉板状の起歪部に絶縁膜を介して設けられた歪検出用薄膜抵抗部と、この歪検出用薄膜部に設けられた電極薄膜とを備えた歪検出素子、並びに、この歪検出素子を備えた圧力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体の圧力等を検出するために圧力センサが用いられており、この圧力センサには、流体等の圧力を薄肉板状のダイアフラム（起歪部）を介して歪に変換し、ダイアフラム上に形成した薄膜抵抗体である歪ゲージにより電気抵抗の変化として信号を取り出すものが知られている。
この圧力センサのダイアフラム上には、種々の薄膜パターンが形成されている。
例えば、筒状の内部に形成されたダイアフラム上に絶縁薄膜、薄膜抵抗体、電極薄膜を順次形成した従来例がある（特許文献１）。この特許文献１では、パターン加工が必要な薄膜はフォトリソグラフィ等の技術によって所望のパターンに形成されており、歪ゲージとなる薄膜抵抗体は引張り歪を受けるダイアフラムの中央付近に２本、圧縮歪を受けるダイアフラムの縁近傍に２本配置し、薄膜抵抗を電極によってフルブリッジ回路接続して電気信号を外部に取り出すものである。
さらに、歪ゲージをダイアフラムの中心に配置し、この歪ゲージの各端子にそれぞれ接続された電極パッドをダイアフラムの外周縁に沿って偏って配列した従来例がある（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２３５８２４号公報（第１図、第２図）
【特許文献２】特開平８−１３６３７８号公報(第１図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、薄膜抵抗体は、その電極接続部で電極薄膜と接続されており、電極接続部と電極薄膜との境界近傍が電極パッドとなる。ここで、電極パッドの位置となる電極接続部と電極薄膜との境界では段差が生じることになり、薄膜抵抗体を覆う電極薄膜の厚さは薄膜抵抗体より厚くする必要があって、コストが高いものとなる。また、電極薄膜の段差の部分は応力が集中しやすく、歪ゲージをフルブリッジに接続し、外部接続用端子を形成する場合には、電気的接続に劣るという不具合がある。
特許文献２では、電極パッドの部分に検査用プローブを接触させて歪検出素子の特性検査をした後、金又はアルミニウムのワイヤボンディングによって外部に接続する。この際、検出用のプローブが電極パッドにキズをつける場合が多く、見た目が悪いだけでなく、後工程で同位置に行うワイヤボンディングの信頼性を低下させていた。
【０００５】
本発明の目的は、歪検出用薄膜抵抗部との電気的接続を高い信頼性をもって行える歪検出素子及び圧力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのため、本発明の歪検出素子は、筒状剛体部の内側に薄肉板を形成して起歪部とし、この起歪部上に絶縁膜を介して設けられた歪検出用薄膜抵抗部と、この歪検出用薄膜抵抗部に段差なく接続された電極接続部を覆い電極パッド部を形成した電極薄膜を備え、前記電極パッド部は前記筒状剛体部側に配置されるとともに異なる位置に形成される外部接続用ボンディングエリア及び検査用プローブエリアを有し、前記電極接続部は前記電極パッド部まで延設されることを特徴とする。
【０００７】
以上の構成の本発明では、電極接続部が前記電極パッド部まで延設されることで、電極薄膜と電極接続部との段差を排除することになる。そのため、電極パッド部に応力が集中することがないので、歪検出用薄膜抵抗部を、電極パッド部を介して電気的に接続するための信頼性が向上する。
しかも、外部接続用ボンディングエリアと検査用プローブエリアとが個別に形成されているため、素子の特性検査時に検査用プローブエリアを利用することで、外部接続用ボンディングエリアには検査跡が存在しない。そのため、外部接続用ボンディングエリアの外観が良好となるばかりか、このエリアにワイヤボンディングする際の信頼性が向上する。
その上、電極パッド部は前記筒状剛体部の薄膜形成面に配置されるため、圧力印加時に電極パッド部に歪みが発生せず、外部接続用ボンディングエリアの長期信頼性を向上させることができる。
【０００８】
本発明では、前記歪検出用薄膜抵抗部は４本の抵抗部を有する歪ゲージを備え、この歪ゲージの各抵抗部は、それぞれ前記電極接続部に接続され、これらの電極接続部は前記電極パッドを含む導電部で覆われており、互いに対向する一対の信号入力側、電極接続部及び導電部の面積が等しく、互いに対向する一対の信号出力側、電極接続部及び導電部の面積が等しい構成が好ましい。
この構成の本発明では、歪みゲージの全ての抵抗部に接続された電極接続部の導電部の面積を同じにしなくても、歪みゲージの信号入力側と信号出力側とでノイズを相殺することで、効果的に外来ノイズを低下させることができる。
【０００９】
前記起歪部は金属材料又は半導体材料であり、前記絶縁膜は前記筒状剛体部の薄膜形成面の外周縁に延びて形成され、前記外部接続用ボンディングエリア及び前記検査用プローブエリアは、前記薄膜形成面の外周縁に沿って並んで配置され、前記電極パッド部の外周縁は前記絶縁膜の外周縁に対して等間隔であり、前記電極パッド部の外周縁と前記絶縁膜の外周縁との間隔は０．５ｍｍ以上である構成が好ましい。
この構成の本発明では、金属基板部分と電極パッド部との間の絶縁耐圧をＡＣ３５０Ｖという工業計測機器の実用的な要求に適した値にすることができる。
【００１０】
前記電極薄膜は、前記薄膜形成面に形成され、かつ、前記電極接続部から前記電極パッド部にかけて末広状に広がって形成されたパターン形状を備え、前記電極パッド部は前記薄膜形成面上に片寄った位置に配置されている構成が好ましい。
この構成の本発明では、前記外部接続用ボンディングエリア及び前記検査用プローブエリアの機能上、有用な面積を確保しつつ歪検出素子全体の大きさを小さなものにできる。
【００１１】
前記歪検出用薄膜抵抗部と前記電極接続部とは同一の薄膜層から成形され、前記歪検出用薄膜抵抗部はフルブリッジ回路とされる構成が好ましい。
この構成の本発明では、歪検出用薄膜抵抗部と前記電極接続部とは同一の薄膜層から形成され、かつ、これらの間には段差部分がないので、回路自体の信頼性が向上する。
【００１２】
本発明の圧力センサは、前述の歪検出素子を備えた構成が好ましい。
この構成の本発明では、前述の歪検出素子の効果を有する圧力センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１から図４には本実施形態の歪検出素子が示されている。本実施形態では、歪検出素子は図示しない圧力センサに設けられたものである。
図１は歪検出素子の断面図であり、図２は図１の要部断面拡大図であり、図３は薄膜抵抗のパターンを示す図であり、図４は図３の薄膜抵抗に電極薄膜及び保護膜を設けた状態のパターンを示す図である。
【００１４】
全体構成を示す図１において、歪検出素子は、略円筒状の筒状剛体部１と、この筒状剛体部１の内側に一体形成された薄肉板状の起歪部２とを有する基板を備えている。これらの筒状剛体部１及び起歪部２は、金属材料又は半導体材料から成形されており、その成形にあたっては、機械加工、塑性加工、放電加工、腐蝕加工等の種々の加工法が用いられる。
【００１５】
起歪部２及び筒状剛体部１の一端面は同一平面に形成されるとともに、鏡面仕上げされた薄膜形成面３とされる。
薄膜形成面３には蒸着、塗布、又は、印刷により絶縁膜４が形成されている。この絶縁膜４は筒状剛体部１の薄膜形成面３の外周縁に延びて形成されている。
絶縁膜４の薄膜形成面３とは反対側の面には薄膜抵抗体５が蒸着やスパッタリングによって形成され、この薄膜抵抗体５には電極薄膜６が設けられ、さらに、これらの電極薄膜６や薄膜形成面３の最上層には保護膜７が設けられている。
【００１６】
薄膜抵抗体５は、歪検出用薄膜抵抗部８と、この歪検出用薄膜抵抗部８に接続された電極接続部９とを備え、これらの歪検出用薄膜抵抗部８と電極接続部９とは同一の薄膜層から成形されている。
図２に示される通り、電極接続部９は、電極薄膜６の一部を構成する電極パッド部１０まで延設されている。つまり、薄膜抵抗体５は電極パッド部１０に対応する部分まで段差なく薄膜形成面３に対して同じ寸法で形成されている。
電極薄膜６は薄膜形成面３の上にマスクをセットした後、蒸着又はスパッタリングにより成形する。
保護膜７は、シリコン酸化膜、又は、シリコン窒化膜からなるもので、電極パッド部１０を避けるように成形される。
【００１７】
図３及び図４には歪検出素子の薄膜パターンが示されている。この薄膜パターンはリソグラフィーを用いて形成される。
図３及び図４において、歪検出用薄膜抵抗部８は４本の抵抗部R1，R2，R3，R4を有する歪ゲージＲを備えたフルブリッジ回路であり、歪ゲージＲの各抵抗部R1，R2，R3，R4は、それぞれ電極接続部９に接続されている。
電極パッド１０を含む導電部１１1及び導電部１１1に覆われていない電極接続部９1、導電部１１2及び導電部１１2に覆われていない電極接続部９２、導電部１１３及び導電部１１３に覆われていない電極接続部９３、導電部１１４及び導電部１１４に覆われていない電極接続部９４の面積のうち、互いに対向する一対の信号入力側、導電部１１1及び導電部１１1に覆われていない電極接続部９1、導電部１１３及び導電部１１３に覆われていない電極接続部９３と、互いに対向する一対の信号出力側、導電部１１２及び導電部１１２に覆われていない電極接続部９２、導電部１１４及び導電部１１４に覆われていない電極接続部９４とで面積が等しい。
【００１８】
電極パッド部１０は筒状剛体部側において４カ所配置されるとともに、これらの電極パッド部１０は、それぞれ異なる位置に外部接続用ボンディングエリア１２及び検査用プローブエリア１３が形成されている。
これらの外部接続用ボンディングエリア１２及び検査用プローブエリア１３は、ともに、所定形状のエリア（例えば、円形）であり、薄膜形成面３の外周縁に沿って並んで配置されている。
電極パッド部１０の外周縁は絶縁膜４の外周縁に対して等間隔であり、電極パッド部１０の外周縁と絶縁膜４の外周縁との距離ｄは所定寸法とされる。
【００１９】
図５には、電極薄膜部外周と絶縁膜の淵間の距離ｄと絶縁破壊電圧Ｖとの関係のグラフが示されている。
図５において、距離ｄが０．５ｍｍのとき絶縁破壊電圧ＶはＡＣ７００Ｖであり、１．０ｍｍのとき絶縁破壊電圧ＶはＡＣ１０００Ｖである。
図５のグラフから距離ｄと絶縁破壊電圧とは相対的な関係にあることがわかる。本実施形態では、歪検出素子を工業計測機器の実用的な要求であるＡＣ３５０Ｖに適したものとするため、距離ｄは０．５ｍｍ以上が好ましい。
電極薄膜６は、電極接続部９から電極パッド部１０にかけて末広状に広がって形成されたパターン形状であり、電極パッド部１０は薄膜形成面３において図中右側に片寄って形成されている。
【００２０】
前述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）起歪部２に絶縁膜４を介して設けられた薄膜抵抗体５と、この薄膜抵抗体５に設けられた電極パッド部１０を形成した電極薄膜６とを備え、薄膜抵抗体５は、歪検出用薄膜抵抗部８及び歪検出用薄膜抵抗部８に段差なく接続された電極接続部９を有し、この電極接続部９は電極パッド部１０まで延設されるから、電極薄膜６と電極接続部９との段差を排除することになり、電極パッド部１０に応力が集中することがないので、歪検出用薄膜抵抗部８を、電極パッド部１０を介して電気的に接続するための信頼性が向上する。
（２）電極パッド部１０は異なる位置に形成される外部接続用ボンディングエリア１２及び検査用プローブエリア１３を有するから、素子の特性検査時に検査用プローブエリア１３を利用することで、外部接続用ボンディングエリア１２には検査跡が存在しない。従って、外部接続用ボンディングエリア１２の外観が良好となるばかりか、このエリアにワイヤボンディングする際の信頼性が向上する。
（３）電極パッド部１０は起歪部２の外周縁に設けられた筒状剛体部１に配置されるから、圧力印加時に電極パッド部１０に歪みが発生せず、外部接続用ボンディングエリア１２の長期信頼性を向上させることができる。
【００２１】
（４）歪検出用薄膜抵抗部８は４本の抵抗部R1，R2，R3，R4を有する歪ゲージを備え、この歪ゲージの各抵抗部R1，R2，R3，R4は、それぞれ電極接続部９に接続され、これらの電極接続部９は電極パッド１０を含む導電部１１1，１１2，１１3、１１4で覆われており、電極パッド１０を含む導電部１１1及び導電部１１1に覆われていない電極接続部９1、導電部１１2及び導電部１１2に覆われていない電極接続部９２、導電部１１３及び導電部１１３に覆われていない電極接続部９３、導電部１１４及び導電部１１４に覆われていない電極接続部９４の面積のうち、互いに対向する一対の信号入力側、導電部１１1及び導電部１１1に覆われていない電極接続部９1、導電部１１３及び導電部１１３に覆われていない電極接続部９３と、互いに対向する一対の信号出力側、導電部１１２及び導電部１１２に覆われていない電極接続部９２、導電部１１４及び導電部１１４に覆われていない電極接続部９４とで面積が等しく形成されているので、歪みゲージの全ての抵抗部に接続された電極接続部９の導電部の面積を同じにしなくても、効果的に外来ノイズを低下させることができる。つまり、信号入力側と信号出力側とで電極薄膜と基板（筒状剛体部１及び起歪部２）との間の静電容量が同一であれば、外来ノイズを効果的に相殺することができる。
【００２２】
（５）起歪部２は金属材料又は半導体材料であり、絶縁膜４は筒状剛体部１の薄膜形成面３の外周縁に延びて形成され、外部接続用ボンディングエリア１２及び検査用プローブエリア１３は、薄膜形成面３の外周縁に沿って並んで配置され、電極パッド部１０の外周縁は絶縁膜４の外周縁に対して等間隔であり、電極パッド部１０の外周縁と絶縁膜４の外周縁との間隔は０．５ｍｍ以上であるから、金属基板部分と電極パッド部との間の絶縁耐圧をＡＣ３５０Ｖという工業計測機器の実用的な要求に適した値にすることができる。
（６）電極薄膜６は、電極接続部９から電極パッド部１０にかけて末広状に広がって形成されたパターン形状であり、電極パッド部１０は薄膜形成面３において片寄って形成されているので、外部接続用ボンディングエリア１２及び検出用プローブエリア１３の機能上有用な面積を確保しつつ歪検出素子全体の大きさを小さなものにできる。
【００２３】
（７）歪検出用薄膜抵抗部８と電極接続部９とは同一の薄膜層から成形され、歪検出用薄膜抵抗部８は歪ゲージからなるフルブリッジ回路とされるので、これらの間には段差部分がないので、回路自体の信頼性が向上する。
（８）本実施形態の圧力センサは、前述の歪検出素子を備えた構成であるため、前述の歪検出素子の効果を有する圧力センサを提供することができる。
【００２４】
なお、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形などは本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、薄膜抵抗パターンや電極薄膜パターンは図３及び図４に示されるものに限定されるものではない。前記実施形態では、薄膜抵抗パターンや電極薄膜パターンが薄膜形成面の中心より一方に片寄った形状とされたが、本発明では、図６、図７に示される通り、薄膜形成面の中心に対して点対称となるパターンでもよい。さらに、本発明では、必ずしも、電極接続部から電極パッド部にかけて末広状に広がって形成されたパターン形状であることを要しない。
【００２５】
さらに、本発明の歪検出素子は圧力センサ以外にも、荷重センサ、その他の測定機器に用いることができる。
また、前記実施形態では、外部接続用ボンディングエリア１２及び検査用プローブエリア１３は、薄膜形成面３の外周縁に沿って並んで配置したが、これらを薄膜形成面３の径方向に沿って配置するものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、圧力センサ、その他の工業用測定機器に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態の歪検出素子を示す断面図。
【図２】図１の要部断面拡大図。
【図３】薄膜抵抗のパターンを示す図。
【図４】図３の薄膜抵抗に電極薄膜、保護膜を設けた状態のパターンを示す図。
【図５】電極薄膜部外周と絶縁膜の淵間の距離ｄと絶縁破壊電圧Ｖとの関係のグラフ。
【図６】本発明の変形例を示す図４に相当する図。
【図７】本発明の異なる変形例を示す図４に相当する図。
【符号の説明】
【００２８】
１      筒状剛体部
２      起歪部
３      薄膜形成面
４      絶縁膜
５      薄膜抵抗体
６      電極薄膜
７      保護膜
８      歪検出用薄膜抵抗部
９      電極接続部
１０    電極パッド部
１１1，１１2，１１3、１１4    導電部  
１２    外部接続用ボンディングエリア
１３    検査用プローブエリア
【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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