JP2005308503A

JP2005308503A - 半導体センサ

Info

Publication number: JP2005308503A
Application number: JP2004124878A
Authority: JP
Inventors: Shiro Kuwabara; 史郎桑原
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】半導体センサの集積化センサチップには、センサ特性を調整するための特性調整用端子が設けられているが、この特性調整用端子に外部から接続されたリード線を介してノイズが侵入しやすい。
【解決手段】集積化センサチップ２０の電極パッド２３ｄ〜２３ｇ（特性調整用端子）と信号処理回路部２２とを接続するアルミ配線２４ｄ〜２４ｇ（配線）のうち少なくとも一つ（２４ｄ）に、配線幅を縮小して形成したヒューズ２５を設け、特性調整用端子を介してセンサ特性の調整を行った後、同端子（２４ｄ）から所定の切断信号を入力することによってヒューズ２５を切断してなる半導体圧力センサを採用した。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧力等の物理量、たとえばエアコン冷媒の圧力が入力されるセンシング部と、このセンシング部に接続された信号処理回路部を同一半導体基板上に有する集積化センサチップを備えた半導体センサに関する。

従来、半導体センサ、特に半導体圧力センサとして、半導体歪ゲージを主な構成要素とし、入力された圧力に応じた電圧信号を出力するセンシング部と、このセンシング部からの出力電圧に増幅等の処理を施して外部機器へ出力する信号処理回路部を有する集積化センサチップを備えたものが知られている（たとえば特許文献１参照）。

このような半導体圧力センサの集積化センサチップには、出力電圧が入力圧力に対して目標通りの電圧値となるように調整するための特性調整用端子が設けられている。この特性調整用端子は、生産工程での調整時にのみ必要なものであるが、調整用の外部機器との接続のため、集積化センサチップの特性調整用端子にはリード線（前記文献ではセンサ特性チェック用ターミナル）が接続されており、実使用時にはリード線を介してノイズが侵入しやすく、センサ特性に悪影響を及ぼす恐れがある。

そこで、特許文献１に記載のものでは、調整を行った後、特性調整用端子に接続されたリード線の先端を覆う別部材（同文献ではキャップ）を装着し、さらにポッティング剤にてリード線先端を密封するノイズ対策が採用されている。また、集積化センサチップ上にコンデンサ等からなるノイズ除去フィルタを形成することも、ノイズ対策として効果的である（たとえば特許文献２参照）

特開平５−２２３６７３号公報特開２００２−９０２４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように特性調整用端子に接続されたリード線の先端を密封するだけでは、リード線自体は依然として存在し、ポッテイング剤を透過するノイズに対して無防備であると言わざるを得ない。また、特許文献２に記載のように集積化センサチップにノイズ除去フィルタを組み込むことは、容量の大きなコンデンサが必要な場合には集積化センサチップが大型化してしまい、事実上、製作不可能である。

そこで、本発明は、ノイズ対策を施しつつ前記課題を解決した半導体センサ、特に半導体圧力センサを提供しようとするものである。

前記の課題を解決するため、本願発明では以下の構成を採用した。
すなわち、この発明（請求項１）では、作用する物理量に感応するセンシング部と、このセンシング部から前記物理量に応じて発せられる電気信号を処理し外部へ出力する信号処理回路部とを同一半導体基板に有する集積化センサチップを備えた半導体センサにおいて、集積化センサチップに、信号処理回路部にてセンサの特性調整を行うための特性調整用端子と、この特性調整用端子と信号処理回路部とを接続する配線と、この配線中に特性調整用端子から入力される所定の切断信号で切断可能なヒューズを形成するとともに、前記センサの特性調整を行った後、前記ヒューズを切断してなる半導体センサを採用した。

この構成により、ヒューズを切断すれば特性調整用端子と信号処理回路部とが非導通となるので、特性調整用端子に外部から接続されたリード線が存在しても、このリード線を介して前記信号処理回路部にノイズが侵入することはなく、ノイズ耐性の高い半導体センサが得られる。

前記発明（請求項１）を具体化した第２の発明（請求項２）では、前記集積化センサチップが複数の特性調整用端子を有する場合、これら複数の特性調整用端子と前記信号処理回路部とを接続する複数の配線のうち、少なくとも一つにヒューズを形成してなる半導体センサを採用した。

この構成により、半導体センサの実使用時におけるノイズの影響度合を考慮し、ノイズ対策として必要十分な効果が得られるよう、前記複数の配線のうち任意の数の配線にヒューズを設けるような選択が可能となる。

次いで、第３の発明（請求項３）では、前記各発明に係る構成において、前記ヒューズが、前記配線を幅方向両側から切り欠いた切り欠きにより配線幅を縮小して形成されている半導体センサを採用した。

この構成により、集積化センサチップの製造時にヒューズを形成できるので、ヒューズを得るために製造工程、コストを増加させることがない。

第４の発明（請求項４）では、前記各発明に係る構成において、前記物理量が圧力である半導体センサを採用した。

この構成により、ノイズ耐性の高い半導体圧力センサが得られるので、特にノイズが強力な、たとえばエアコンの冷媒圧検出用に好適な半導体センサが得られる。

この実施例は、図１に示すように、集積化センサチップ２０が配置され、この集積化センサチップ２０に向けて圧力検出対象である圧力媒体（本例ではエアコンの冷媒）を導入する圧力導入路３１１が形成されたセンサユニット３０と、ボンディングワイヤ５１を介して前記集積化センサチップ２０と電気的に接続されたリードフレーム５２（５２ａ〜５２ｇ）をインサート成形した合成樹脂よりなる樹脂ケース４０とを組み合わせてなる構成を主たる構成要素とする半導体圧力センサ１に関する例である。この内容について、図１〜図３を用いて説明する。

前記センサユニット３０は、前記圧力導入路３１１を穿孔した金属製のステム３１と、前記集積化センサチップ２０を配置してなる台座部３２とを接合してなるものである。前記台座部３２は、シリコン基板よりなる集積化センサチップ２０と、シリコン材料より形成してなるベース層３２１とを、電気的絶縁性に優れたガラス層（図示略）を介して接合してなる部材である。この台座部３２には、前記圧力導入路３１１に連通する導入孔３２２を穿孔している。

本例の集積化センサチップ２０は、図１および図２に示すように、前記集積化センサチップ２０を形成するシリコン基板（半導体基板）上において、このシリコン基板を精密にエッチングして薄肉としたセンサダイヤフラム２１１と、このセンサダイヤフラム２１１に対応するシリコン層を加工してなる歪みゲージ（図示略）とを形成した素子である。そして、この集積化センサチップ２０は、作用する圧力によりセンサダイヤフラム２１１に生じた歪みを、前記歪みゲージで計測する（圧力に応じた電圧信号を発する）ように構成してあり、これらセンサダイヤフラム２１１と歪ゲージとでセンシング部２１を構成している。

さらに集積化センサチップ２０には、前記センシング部２１から出力される電圧信号（電気信号）が入力される信号処理回路部２２が、同一シリコン基板上に前記センシング部２１とともに形成されており、この信号処理回路部２２は、温度補償、増幅等の処理を行う信号処理部２２ａとセンサ特性の調整に係る処理を行う特性調整部２２ｂとからなる。

この集積化センサチップ２０は、図３に示すように、端子としての電極パッド２３を複数有している。そのうち電極パッド２３ａおよび２３ｂから、電源電圧のＶ_CCおよびＶ_GNDが前記センシング部２１の歪ゲージに入力され、このセンシング部２１から出力される電圧信号が前記信号処理回路部２２で種々の処理がなされた後、この信号処理回路部２２の出力電圧として電極パッド２３ｃから出力される。

さらに、電極パッド２３ｄ〜２３ｇは、前記信号処理回路部２２からの出力電圧が前記センシング部２１に作用する圧力に対して目標通りの電圧値となるように調整するための特性調整用端子である。

前記各電極パッド２３ａ〜２３ｇは、一般的なリードフレーム材料よりなる平板状の部材から打ち抜かれ、樹脂ケース４０にインサート成形された帯状の７本一組のリードフレーム５２（５２ａ〜５２ｇ）に、ボンディングワイヤ５１を介して電気的に接続されている。さらに、これら各リードフレーム５２（５２ａ〜５２ｇ）に棒状のリード棒５３（５３ａ〜５３ｇ）が電気的に接続されており、これらリードフレーム５２とリード棒５３とでリード線が構成されている。

そして、これらセンサユニット３０、樹脂ケース４０等が所定の筐体（不図示）に収容され、本例の半導体圧力センサ１が完成する。

ここで、本例に係る半導体圧力センサ１の特徴とするところは、前記集積化センサチップ２０に周知の方法で形成された、センシング部２１、信号処理回路部２２および電極バッド２３ａ〜２３ｇを相互に接続するアルミ配線２４のうち、特性調整用端子である電極パッド２３ｄ〜２３ｇと信号処理回路部２２とを接続するアルミ配線２４ｄ〜２４ｇに、配線幅を縮小して形成したヒューズ２５を設けた点である（図３参照）。

このヒューズ２５は、特性調整用端子を介してセンサ特性の調整を行った後、所定の電流を流すことによって切断するものである。こうすることにより、特性調整用端子と信号処理回路部２２との間が非導通となるため、リード線に乗ったノイズを確実に遮断できる。

具体的には、信号処理回路部２２の特性調整部２２ｂは、パラメータ設定部２２ｂ₁、レジスタ２２ｂ_２およびメモリ２２ｂ_３からなり、特性調整用端子である電極パッド２３ｄ〜２３ｇは、アルミ配線２４ｄ〜２４ｇによりパラメータ設定部２２ｂ₁に電気的に接続されている。パラメータ設定部２２ｂ₁は、センサ特性の調整時には、前記特性調整用端子から入力される信号、情報に応じたパラメータ（調整パラメータ）をメモリ２２ｂ_３に書き込み、調整後の実使用時には、メモリ２２ｂ_３に格納されているパラメータを読み出し、そのパラメータをレジスタレジスタ２２ｂ_２にセットするものである。レジスタレジスタ２２ｂ_２にセットされたパラメータは信号処理部２２ａでの信号処理に供される。

そして、ヒューズ２５は、電極パッド２３ｄ〜２３ｇ（特性調整用端子）とパラメータ設定部２２ｂ₁との間の４本のアルミ配線２４ｄ〜２４ｇのうち、少なくとも一つに設けるものである。本例では１本のアルミ配線２４ｄにのみヒューズ２５を設けたが、ノイズの影響度合を考慮し、ノイズ対策として必要十分な効果が得られるよう、前記アルミ配線２４ｄ〜２４ｇのうち任意の数のアルミ配線にヒューズ２５を設ければよい。なお、本例の集積化センサチップ２０は特性調整用端子を４個備えている（電極パッド２３ｄ〜２３ｇ）が、採用する集積化センサチップの構成次第で、この特性調整用端子の数が異なることは言うまでもない。

また、ヒューズ２５は、アルミ配線を幅方向両側から台形状に切り欠いた切り欠き２５１により、配線幅を縮小して形成されている。切り欠き２５１の形状は円弧、矩形等でもよく、またヒューズ２５として残る配線幅（ヒューズ幅）も、切断時の便宜に応じて選択、設定すればよい。

このヒューズ２５をセンサ特性の調整後に切断するのであるが、この切断は、ヒューズ２５を設けたアルミ配線（２４ｄ）に対応する特性調整用端子（電極パッド２３ｄ）より所定の電流値を有する切断信号を入力して行う。この切断信号は、センサ特性の調整時に特性調整用端子から入力される調整用の信号よりも大きな電流値を有するとともに、切断時に集積化センサチップ２０自体（たとえば下地膜）に有害な損傷を与えない程度の大きさに設定する。前記したヒューズ２５の切り欠き形状、ヒューズ幅は、この切断信号の設定条件を満たすように選択、設定される。

以上詳述した本実施例の半導体圧力センサ１によれば、以下の効果が得られる。
（１）特性調整用端子である電極パッド２３ｄ〜２３ｇを介してセンサ特性の調整を行った後、電極パッド２３ｄ（特性調整用端子）とパラメータ設定部２２ｂ₁（信号処理回路部）との間がヒューズ２５の切断によって非導通となるため、エアコンのインバータや電磁バルブから発せられる強力なノイズがリード線（リードフレーム５２ｄ、リード棒５３ｄ）に乗ったとしても、このノイズがパラメータ設定部２２ｂ₁（信号処理回路部）に侵入することはない。これにより、ノイズ耐性の高い半導体圧力センサ１が得られる。

（２）ヒューズ２５を、電極パッド２３ｄ〜２３ｇ（特性調整用端子）とパラメータ設定部２２ｂ₁（信号処理回路部）の間の４本のアルミ配線２４ｄ〜２４ｇ（配線）のうち、少なくとも一つに設けるようにしたので、ノイズの影響度合を考慮し、ノイズ対策として必要十分な効果が得られるよう、前記アルミ配線２４ｄ〜２４ｇのうち任意の数のアルミ配線にヒューズ２５を設けるような設定が可能となる。

（３）ヒューズ２５は、アルミ配線（配線）を幅方向両側から台形状に切り欠いた切り欠き２５１により、配線幅を縮小して形成したので、集積化センサチップ２０の製造時にヒューズ２５を形成でき、ヒューズ２５を得るために製造工程、コストを増加させることがない。さらに、切り欠き２５１の形状、ヒューズ２５として残る配線幅（ヒューズ幅）の設定により、切断時の便宜に応じてヒューズ２５の特性を容易に変更できる。

（４）本実施例によって得られるノイズ耐性の高い半導体圧力センサ１は、エアコンのようにインバータや電磁バルブから特に強力なノイズが発せられる装置に用いられる圧力センサとして好適である。
ものである。

（５）ヒューズ２５の切断は、ヒューズ２５を設けたアルミ配線２４ｄ（配線）に対応する電極パッド２３ｄ（特性調整用端子）より所定の電流値を有する切断信号を入力して行うので、容易かつ確実にヒューズ２５を切断できる。

実施例に係る半導体圧力センサの要部断面図。実施例に係る半導体圧力センサの、集積化センサチップの概略構成を示す模式図およびヒューズ周辺の拡大平面図。実施例に係る半導体圧力センサの、集積化センサチップ周辺の平面図。

符号の説明

１半導体圧力センサ（半導体センサ）
２０集積化センサチップ
２１センシング部
２１１センサダイヤフラム
２２信号処理回路部
２２ａ信号処理部
２２ｂ特性調整部２２ｂ
２２ｂ₁ パラメータ設定部
２２ｂ_２レジスタ
２２ｂ_３メモリ
２３（２３ａ〜２３ｇ）電極パッド（２３ｄ〜２３ｇ特性調整用端子）
２４（２４ｄ〜２４ｇ）アルミ配線（配線）
２５ヒューズ
２５１切り欠き
３０センサユニット
４０樹脂ケース
５２（５２ａ〜５２ｇ）リードフレーム
５３（５３ａ〜５３ｇ）リード棒

Claims

作用する物理量に感応するセンシング部と、このセンシング部から前記物理量に応じて発せられる電気信号を処理し外部へ出力する信号処理回路部とを同一半導体基板に有する集積化センサチップを備えた半導体センサにおいて、
前記集積化センサチップに、信号処理回路部にてセンサの特性調整を行うための特性調整用端子と、この特性調整用端子と前記信号処理回路部とを接続する配線と、この配線中に前記特性調整用端子から入力される所定の切断信号で切断可能なヒューズを形成するとともに、前記センサの特性調整を行った後、前記ヒューズを切断してなることを特徴とする半導体センサ。
前記集積化センサチップが複数の特性調整用端子を有する場合、これら複数の特性調整用端子と前記信号処理回路部とを接続する複数の配線のうち、少なくとも一つに前記ヒューズを形成してなることを特徴とする請求項１に記載の半導体センサ。
前記ヒューズが、前記配線を幅方向両側から切り欠いた切り欠きにより配線幅を縮小して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体センサ。
前記物理量が圧力であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体センサ。