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WO2016170748A1 - 力検知装置 - Google Patents

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Publication number
WO2016170748A1
WO2016170748A1 PCT/JP2016/001952 JP2016001952W WO2016170748A1 WO 2016170748 A1 WO2016170748 A1 WO 2016170748A1 JP 2016001952 W JP2016001952 W JP 2016001952W WO 2016170748 A1 WO2016170748 A1 WO 2016170748A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mesa
gauge
mesa gauge
transmission block
force transmission
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/001952
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
理恵 田口
水野　健太朗
勝間田　卓
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
Priority to CN201680022701.2A priority Critical patent/CN107532952A/zh
Priority to US15/549,708 priority patent/US10113923B2/en
Publication of WO2016170748A1 publication Critical patent/WO2016170748A1/ja

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/04—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
    • H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure

Definitions

  • the present disclosure relates to a force detection device that uses a piezoresistance effect.
  • a force detection device using the piezoresistance effect has been developed, and an example thereof is disclosed in Patent Document 1.
  • This type of force detection device includes a substrate and a force transmission block.
  • a plurality of mesa gauges that form a bridge circuit are provided on the main surface of the substrate.
  • a plurality of mesa gauges constituting the bridge circuit are arranged corresponding to rectangular sides.
  • the force transmission block is provided in contact with the top surfaces of the plurality of mesa gauges.
  • the force transmission block presses the mesa gauge the compressive stress applied to the mesa gauge increases, and the electric resistance value of the mesa gauge changes due to the piezoresistance effect.
  • the force applied to the force transmission block is detected from the change in the electrical resistance value.
  • This disclosure is intended to provide a force detection device in which an offset voltage is reduced.
  • the force detection device includes a power supply wiring, a reference wiring, a first output wiring, a second output wiring, and a substrate on which a plurality of mesa gauges are provided on a main surface, and a force transmission that joins the substrate. And a block.
  • the plurality of mesa gauges include a first mesa gauge, a second mesa gauge, a third mesa gauge, and a fourth mesa gauge.
  • the first mesa gauge and the second mesa gauge are connected in series between the power supply wiring and the reference wiring, and the first mesa gauge is connected to the power supply wiring side, A second mesa gauge is connected to the reference wiring side.
  • the third mesa gauge and the fourth mesa gauge are connected in series between the power supply wiring and the reference wiring, and the third mesa gauge is connected to the power supply wiring side, A fourth mesa gauge is connected to the reference wiring side.
  • the set of the first mesa gauge and the second mesa gauge, and the set of the third mesa gauge and the fourth mesa gauge are connected in parallel between the power supply wiring and the reference wiring. .
  • the first output wiring is connected between the first mesa gauge and the second mesa gauge.
  • the second output wiring is connected between the third mesa gauge and the fourth mesa gauge.
  • the first mesa gauge, the second mesa gauge, the third mesa gauge, and the fourth mesa gauge all extend along the first direction. Contact area of the force transmission block to the first set of the first mesa gauge and the fourth mesa gauge and contact of the force transmission block to the second set of the second mesa gauge and the third mesa gauge The area is different.
  • FIG. 1 schematically shows an exploded perspective view of a force detection device according to an embodiment, in which an edge where a semiconductor substrate and a force transmission block are joined is indicated by a broken line, and a sealing composed of the semiconductor substrate and the force transmission block is illustrated.
  • the range of the space is indicated by a broken line
  • FIG. 2 schematically shows a plan view of a semiconductor substrate included in the force detection device of the embodiment.
  • the edge where the semiconductor substrate and the force transmission block are joined is indicated by a broken line, and the semiconductor substrate and the force transmission block are configured.
  • FIG. 3 schematically shows a cross-sectional view corresponding to line III-III in FIG.
  • FIG. 4 shows a force transmission block provided in the force detection device of the embodiment, schematically showing a surface bonded to a semiconductor substrate
  • FIG. 5 schematically shows a plan view of a semiconductor substrate provided in the force detection device of the modification, and an edge where the semiconductor substrate and the force transmission block are joined is indicated by a broken line, and is configured by the semiconductor substrate and the force transmission block.
  • FIG. 6 schematically shows a plan view of a semiconductor substrate included in the force detection device of the modification, and an edge where the semiconductor substrate and the force transmission block are joined is indicated by a broken line, and is configured by the semiconductor substrate and the force transmission block.
  • the range of the sealed space is indicated by a broken line.
  • a force detection device that uses the piezoresistance effect, it is desired to reduce the offset voltage.
  • the width and length of each of the plurality of mesa gauges are made into a common shape in consideration of symmetry. For this reason, it has been considered that the resistance values of the plurality of mesa gauges match each other.
  • the resistance values of the plurality of mesa gauges do not match even if the plurality of mesa gauges have a common shape. This is considered to be because the crystal directions are different in the plurality of mesa gauges constituting the bridge circuit.
  • the present specification aims to provide a force detection device in which the offset voltage is reduced.
  • the force detection device is a sensor that detects various pressures.
  • the detection target may be atmospheric pressure or hydraulic pressure.
  • the force detection device may include a substrate and a force transmission block.
  • the material of the substrate is preferably one that exhibits a piezoresistance effect in which the electrical resistance changes according to the compressive stress.
  • examples of the substrate include a semiconductor substrate and an SOI substrate.
  • a power supply wiring, a reference wiring, a first output wiring, a second output wiring, and a plurality of mesa gauges are provided on the main surface of the substrate.
  • the power supply wiring, the reference wiring, the first output wiring, and the second output wiring may be configured on a part of the main surface of the substrate or may be disposed on the main surface of the substrate.
  • the force transmission block is bonded to the substrate.
  • the plurality of mesa gauges include a first mesa gauge, a second mesa gauge, a third mesa gauge, and a fourth mesa gauge.
  • the first mesa gauge and the second mesa gauge are connected in series between the power supply wiring and the reference wiring.
  • the first mesa gauge is connected to the power supply wiring side
  • the second mesa gauge is connected to the reference wiring side.
  • the third mesa gauge and the fourth mesa gauge are connected in series between the power supply wiring and the reference wiring.
  • a third mesa gauge is connected to the power supply wiring side, and a fourth mesa gauge is connected to the reference wiring side.
  • the set of the first mesa type gauge and the second mesa type gauge and the set of the third mesa type gauge and the fourth mesa type gauge are connected in parallel between the power supply wiring and the reference wiring.
  • a first output wiring is connected between the first mesa gauge and the second mesa gauge.
  • a second output wiring is connected between the third mesa gauge and the fourth mesa gauge.
  • the first mesa gauge, the second mesa gauge, the third mesa gauge, and the fourth mesa gauge all extend along the first direction.
  • the contact area of the force transmission block with respect to the first set of the first mesa type gauge and the fourth mesa type gauge is different from the contact area of the force transmission block with respect to the second set of the second mesa type gauge and the third mesa type gauge.
  • the electric resistance values of the four mesa type gauges similarly change with respect to the stress.
  • the contact area of the force transmission block with respect to the first set of the first mesa type gauge and the fourth mesa type gauge is different from the contact area of the force transmission block with respect to the second set of the second mesa type gauge and the third mesa type gauge.
  • the bridge circuit composed of the mesa type gauge can change the output with respect to the force applied to the force transmission block.
  • the force transmission block is in contact with one of the first set of the first mesa type gauge and the fourth mesa type gauge and the second set of the second mesa type gauge and the third mesa type gauge, and is in contact with the other set. It does not have to be.
  • force is transmitted to only one of the first group and the second group of mesa type gauges via the force transmission block, and the mesa type gauges of the group are used as variable resistors of the bridge circuit.
  • the other mesa type gauge functions as a fixed resistor of the bridge circuit.
  • This force transmission device can have highly sensitive characteristics.
  • the substrate may have a sealing portion that loops around the detection portion provided with a plurality of mesa gauges and is joined to the force transmission block.
  • the positional relationship between the force transmission block and the positional relationship with respect to the sealing portion of one mesa-type gauge included in the group having the relatively large contact area with the force transmission block in the second direction orthogonal to the first direction, the positional relationship between the force transmission block and the positional relationship with respect to the sealing portion of one mesa-type gauge included in the group having the relatively large contact area with the force transmission block.
  • the positional relationship with respect to the sealing portion of the other mesa gauge included in the pair having a relatively larger contact area is equal.
  • the force transmitted to each of the mesa gauges included in the pair having a relatively large contact area with the force transmission block becomes equal, and the linearity of the output with respect to the force is improved.
  • Each of the mesa gauges included in the pair having a relatively large contact area with the force transmission block is arranged side by side in the second direction with the center point of the region surrounded by the sealing portion in between. Also good.
  • the first mesa gauge, the second mesa gauge, the third mesa gauge, and the fourth mesa gauge may be arranged corresponding to rectangular corners.
  • the first mesa gauge and the fourth mesa gauge are arranged diagonally
  • the second mesa gauge and the third mesa gauge are arranged diagonally.
  • Each of the mesa gauges included in the pair having a relatively large contact area with the force transmission block is arranged side by side in the first direction with the center point of the region surrounded by the sealing portion in between. Also good.
  • the force detection device 1 is, for example, a semiconductor pressure sensor that detects the internal pressure of a pressure vessel, and includes a semiconductor substrate 2 and a force transmission block 4.
  • the semiconductor substrate 2 is n-type single crystal silicon, and its main surface 2S is a (110) crystal plane.
  • a plurality of grooves 11 are formed in the main surface 2S of the semiconductor substrate 2.
  • the plurality of grooves 11 are formed in the detection unit 10 on the main surface 2 ⁇ / b> S of the semiconductor substrate 2, and a plurality of mesa gauges 12, 14, 16, 18 are defined in the detection unit 10.
  • the mesa type gauges 12, 14, 16, and 18 project in a mesa shape from the bottom surface of the groove 11, and the height thereof is about 0.5 to 5 ⁇ m.
  • the top surfaces of the mesa gauges 12, 14, 16, 18 are located on the same plane as the main surface 2 ⁇ / b> S of the semiconductor substrate 2 around the groove 11. That is, the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 are formed as a remaining portion in which the plurality of grooves 11 are formed in the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 by using, for example, a dry etching technique.
  • each of the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 of the detection unit 10 extends along the ⁇ 110> direction of the semiconductor substrate 2.
  • the mesa type gauges 12, 14, 16, and 18 extending in the ⁇ 110> direction of the semiconductor substrate 2 are characterized by a large change in electric resistance value according to compressive stress, and have a piezoresistance effect.
  • the width and length of each of the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 are common.
  • the width of the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 is the width in the direction orthogonal to the longitudinal direction, and in this example, the width in the ⁇ 100> direction of the semiconductor substrate 2.
  • gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a into which p-type impurities are introduced are formed on the surfaces of the mesa-type gauges 12, 14, 16, and 18.
  • the impurity concentration of the gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a is about 1 ⁇ 10 18 to 1 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 .
  • the impurity concentrations and diffusion depths of the gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a are common to the mesa gauges 12, 14, 16, and 18, respectively.
  • the gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a are substantially insulated from the n-type semiconductor substrate 2 by pn junctions.
  • the semiconductor substrate 2 has wirings 13, 17, 22, 24, 26, and 28 with p-type impurities introduced into the main surface 2 ⁇ / b> S.
  • the impurity concentration of the wirings 13, 17, 22, 24, 26, and 28 is about 1 ⁇ 10 18 to 1 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 .
  • the wirings 13, 17, 22, 24, 26, and 28 are formed in the same process as the gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a of the mesa type gauges 12, 14, 16, and 18.
  • the mesa gauges 12, 14, 16, 18 constitute a full bridge circuit in the detection unit 10.
  • the gauge part 12 a of the first mesa gauge 12 and the gauge part 14 a of the second mesa gauge 14 are connected in series between the power supply wiring 26 and the reference wiring 22.
  • the gauge portion 16 a of the third mesa gauge 16 and the gauge portion 18 a of the fourth mesa gauge 18 are connected in series between the power supply wiring 26 and the reference wiring 22.
  • the set of the gauge part 12a of the first mesa type gauge 12, the gauge part 14a of the second mesa type gauge 14, the set of the gauge part 16a of the third mesa type gauge 16, and the gauge part 18a of the fourth mesa type gauge 18 The wiring 26 and the reference wiring 22 are connected in parallel.
  • the first output wiring 24 is connected to the first connection wiring 13 between the gauge section 12a of the first mesa gauge 12 and the gauge section 14a of the second mesa gauge 14.
  • a second output wiring 28 is connected to the second connection wiring 17 between the gauge part 16 a of the third mesa gauge 16 and the gauge part 18 a of the fourth mesa gauge 18.
  • the reference wiring 22 is electrically connected to the reference electrode 32.
  • the first output wiring 24 is electrically connected to the first output electrode 34.
  • the power supply wiring 26 is electrically connected to the power supply electrode 36.
  • the second output wiring 28 is electrically connected to the second output electrode 38.
  • These electrodes 32, 34, 36 and 38 are provided on the main surface 2 ⁇ / b> S of the semiconductor substrate 2 and are disposed outside the range covered by the force transmission block 4.
  • the reference wiring 22 and the power supply wiring 26 are configured to be wide, and their resistance values are negligible with respect to the resistance values of the gauge portions 12a, 14a, 16a, and 18a of the mesa gauges 12, 14, 16, and 18. Small.
  • the resistance value of the first output wiring 24 and the resistance value of the second output wiring 28 are configured to be equal.
  • the force transmission block 4 has a rectangular parallelepiped shape, and includes a silicon layer 4a and a silicon oxide layer 4b.
  • the semiconductor substrate 2 and the force transmission block 4 are bonded using a room temperature single phase bonding technique. Specifically, the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 and the surface of the silicon oxide layer 4b of the force transmission block 4 are activated using argon ions, and then the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 and the force are applied in an ultrahigh vacuum. The surfaces of the silicon oxide layer 4b of the transmission block 4 are brought into contact with each other to join them together.
  • a part of the silicon oxide layer 4 b of the force transmission block 4 is removed, and a groove 4 c is formed on the surface of the force transmission block 4 on the side to be bonded to the semiconductor substrate 2. .
  • the silicon oxide layer 4b of the force transmission block 4 is partitioned into a sealing portion 40a and a pressing portion 40b.
  • a sealed space 6 separated from the outside is formed between the semiconductor substrate 2 and the force transmission block 4.
  • the sealing portion 40a of the force transmission block 4 is bonded to the main surface 2S of the semiconductor substrate 2 so as to make a round around the mesa gauges 12, 14, 16, and 18.
  • a portion of the semiconductor substrate 2 where the sealing portion 40 a of the force transmission block 4 is joined is referred to as a sealing portion 20. Since the sealing portion 40a of the force transmission block 4 is formed in a rectangular shape, the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 includes a portion parallel to the longitudinal direction of the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 and a mesa gauge. It is comprised by the part orthogonal to the longitudinal direction of 12, 14, 16, 18.
  • the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 and the sealing portion 40a of the force transmission block 4 are joined in an airtight manner.
  • the pressing portion 40 b of the force transmission block 4 is selectively joined to the top surfaces of the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18, and the top of the second mesa gauge 14 and the third mesa gauge 16. Do not join to the surface.
  • the contact area where the pressing portion 40b of the force transmission block 4 contacts the first mesa gauge 12 and the area where the pressing portion 40b of the force transmission block 4 contacts the fourth mesa gauge 18 are equal.
  • the force detection device 1 is used with a constant current source connected to the power supply electrode 36, the reference electrode 32 is grounded, and a voltage measuring device is connected between the first output electrode 34 and the second output electrode 38.
  • a voltage measuring device is connected between the first output electrode 34 and the second output electrode 38.
  • the gauge part 12a of the first mesa gauge 12 and the gauge part 18a of the fourth mesa gauge 18 exhibit a piezoresistive effect, so that their electrical resistance values change in proportion to the compressive stress.
  • the compressive stress is not applied to the gauge part 14a of the second mesa type gauge 14 and the gauge part 16a of the third mesa type gauge 16, the electrical resistance value does not change. Therefore, the potential difference between the first output electrode 34 and the second output electrode 38 is proportional to the compressive stress applied to the gauge portion 12 a of the first mesa gauge 12 and the gauge portion 18 a of the fourth mesa gauge 18. Thereby, the container internal pressure added to the force transmission block 4 is detected from the voltage change measured with a voltage measuring device.
  • the mesa gauges 12, 14, 16, and 18 all extend along the ⁇ 110> direction of the semiconductor substrate 2. For this reason, since the four mesa gauges 12, 14, 16, and 18 constituting the bridge circuit all extend along the same direction, the crystal directions of the four mesa gauges 12, 14, 16, and 18 are changed. It will be the same. Since the width and length of the four mesa gauges 12, 14, 16, 18 are common, the resistance value of each of the four mesa gauges 12, 14, 16, 18 when compression stress is not applied is extremely good. Matches. Thereby, in the force detection apparatus 1, an offset voltage is reduced.
  • the force detection device 1 has a sealed structure in which the detection unit 10 of the semiconductor substrate 2 is sealed by the force transmission block 4.
  • the compressive stress applied to the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 is applied to the positions of the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 in the sealed space 6.
  • the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 extend along the ⁇ 110> direction of the semiconductor substrate 2.
  • the compressive stress applied to the 4 mesa gauge 18 depends on the positions of the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 in the sealing space 6 in the ⁇ 100> direction of the semiconductor substrate 2.
  • the first mesa gauge 12 and the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 in the ⁇ 100> direction of the semiconductor substrate 2, the first mesa gauge 12 and the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 (the portion of the sealing portion 20 parallel to the longitudinal direction of the first mesa gauge 12). 2 and corresponds to the edge of the sealing space 6 on the right side of FIG. 2), the fourth mesa gauge 18 and the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 (longitudinal direction of the fourth mesa gauge 18). 2, which corresponds to the edge of the sealing space 6 on the left side of FIG. 2). Further, in the force detection device 1, in the ⁇ 100> direction of the semiconductor substrate 2, the first mesa gauge 12 and the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 (the sealing portion 20 parallel to the longitudinal direction of the first mesa gauge 12).
  • the fourth mesa gauge 18 and the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 (of the fourth mesa gauge 18).
  • This is the portion of the sealing portion 20 that is parallel to the longitudinal direction and corresponds to the edge of the sealing space 6 on the right side of FIG.
  • the positional relationship of the first mesa gauge 12 with respect to the sealing portion 20 and the positional relationship of the fourth mesa gauge 18 with respect to the sealing portion 20 are equal in the ⁇ 100> direction of the semiconductor substrate 2.
  • the force transmitted to each of the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 is equal to the force applied to the force transmission block 4, and therefore the linearity of the output with respect to the force applied to the force transmission block 4. Will improve.
  • the force transmission block 4 when the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 are arranged in a positional relation obtained by dividing the sealing space 6 into three in the ⁇ 100> direction of the semiconductor substrate 2, the force transmission block 4 The linearity of the output with respect to the applied force is further improved.
  • the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 are arranged side by side in the ⁇ 100> direction of the semiconductor substrate 2 with the center point 6 a of the sealing space 6 in between. Yes.
  • the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 are provided point-symmetrically with respect to the center point 6 a of the sealed space 6. For this reason, the force applied to the force transmission block 4 is evenly transmitted to each of the top surfaces of the first mesa type gauge 12 and the fourth mesa type gauge 18, and therefore linearity of the output with respect to the force applied to the force transmission block 4. Is further improved.
  • a plurality of mesa gauges 12, 14, 16, 18 and connection wirings 13, 17 are arranged point-symmetrically with respect to the center point 6 a of the sealed space 6.
  • the first mesa gauge 12, the second mesa gauge 14, the third mesa gauge 16 and the fourth mesa gauge 18 are arranged corresponding to the corners of the rectangle.
  • the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 are arranged diagonally.
  • the second mesa gauge 14 and the third mesa gauge 16 are arranged diagonally.
  • the force transmission block 4 is selectively joined to the top surfaces of the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 and is not joined to the top surfaces of the second mesa gauge 14 and the third mesa gauge 16. .
  • the first mesa gauge 12 and the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 (the portion of the sealing portion 20 parallel to the longitudinal direction of the first mesa gauge 12). 5, which corresponds to the edge of the sealing space 6 on the right side of FIG. 5, and the fourth mesa gauge 18 and the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 (parallel to the longitudinal direction of the fourth mesa gauge 18). And the shortest distance between them is equivalent to the edge of the sealing space 6 on the left side of FIG.
  • the first mesa gauge 12 and the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 (the portion of the sealing portion 20 parallel to the longitudinal direction of the first mesa gauge 12) 5 (corresponding to the edge of the sealing space 6 on the left side of FIG. 5), the fourth mesa gauge 18 and the sealing portion 20 of the semiconductor substrate 2 (sealing parallel to the longitudinal direction of the fourth mesa gauge 18).
  • the shortest distance between the stop portions 20 and corresponding to the edge of the sealing space 6 on the right side of FIG. 5 is equal. That is, in the ⁇ 100> direction of the semiconductor substrate 2, the positional relationship of the first mesa gauge 12 with respect to the sealing portion 20 and the positional relationship of the fourth mesa gauge 18 with respect to the sealing portion 20 are equal.
  • the force transmitted to each of the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 is equal to the force applied to the force transmission block 4, and therefore the linearity of the output with respect to the force applied to the force transmission block 4. Will improve.
  • the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 are provided symmetrically with respect to the center point 6 a of the sealed space 6. For this reason, the force applied to the force transmission block 4 is evenly transmitted to each of the top surfaces of the first mesa type gauge 12 and the fourth mesa type gauge 18, and therefore linearity of the output with respect to the force applied to the force transmission block 4. Is further improved.
  • the first mesa type gauge 12 and the fourth mesa type gauge 18 are arranged side by side in the ⁇ 110> direction of the semiconductor substrate 2 with the center point 6 a of the sealing space 6 interposed therebetween.
  • the force transmission block 4 is selectively joined to the top surfaces of the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 and is not joined to the top surfaces of the second mesa gauge 14 and the third mesa gauge 16. .
  • both the first mesa type gauge 12 and the fourth mesa type gauge 18 are arranged in a positional relationship in which the sealing space 6 is equally divided in the ⁇ 100> direction of the semiconductor substrate 2. That is, in the ⁇ 100> direction of the semiconductor substrate 2, the positional relationship of the first mesa gauge 12 with respect to the sealing portion 20 and the positional relationship of the fourth mesa gauge 18 with respect to the sealing portion 20 are equal.
  • the force transmitted to each of the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 is equal to the force applied to the force transmission block 4, and therefore the linearity of the output with respect to the force applied to the force transmission block 4. Will improve.
  • the first mesa gauge 12 and the fourth mesa gauge 18 are provided symmetrically with respect to the center point 6 a of the sealed space 6. For this reason, the force applied to the force transmission block 4 is evenly transmitted to each of the top surfaces of the first mesa type gauge 12 and the fourth mesa type gauge 18, and therefore linearity of the output with respect to the force applied to the force transmission block 4. Is further improved.

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Abstract

力検知装置は、電源配線（２６）、基準配線（２２）、第１出力配線（２４）、第２出力配線（２８）、第１方向に沿って伸びた第１から第４メサ型ゲージ（１２、１４、１６、１８）が設けられている基板（２）と、前記基板に接合する力伝達ブロック（４）とを備える。前記第１と前記第２メサ型ゲージの組と、前記第３と前記第４メサ型ゲージの組は、前記電源配線と前記基準配線の間で並列に接続されている。前記第１と前記第２メサ型ゲージの間に前記第１出力配線が接続されている。前記第３と前記第４メサ型ゲージの間に前記第２出力配線が接続されている。前記第１及び前記第４メサ型ゲージの第１組に対する前記力伝達ブロックの接触面積と前記第２及び前記第３メサ型ゲージの第２組に対する前記力伝達ブロックの接触面積が異なる。

Description

力検知装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１５年４月２２日に出願された日本特許出願番号２０１５－８７３２４号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、ピエゾ抵抗効果を利用する力検知装置に関するものである。
　ピエゾ抵抗効果を利用する力検知装置が開発されており、その一例が特許文献１に開示されている。この種の力検知装置は、基板及び力伝達ブロックを備える。基板の主面には、ブリッジ回路を構成する複数のメサ型ゲージが設けられている。例えば、ブリッジ回路を構成する複数のメサ型ゲージは、矩形の辺に対応して配置されている。力伝達ブロックは、複数のメサ型ゲージの頂面に接するように設けられている。力伝達ブロックがメサ型ゲージを押圧すると、メサ型ゲージに加わる圧縮応力が増大し、メサ型ゲージの電気抵抗値がピエゾ抵抗効果によって変化する。この電気抵抗値の変化から力伝達ブロックに加わる力が検知される。
特開２００１－３０４９９７号公報
　本開示は、オフセット電圧が低減される力検知装置を提供することを目的とする。
　本開示の態様において、力検知装置は、電源配線、基準配線、第１出力配線、第２出力配線及び複数のメサ型ゲージが主面に設けられている基板と、前記基板に接合する力伝達ブロックと、を備える。前記複数のメサ型ゲージは、第１メサ型ゲージ、第２メサ型ゲージ、第３メサ型ゲージ及び第４メサ型ゲージを有する。前記第１メサ型ゲージと前記第２メサ型ゲージは、前記電源配線と前記基準配線の間に直列に接続されており、前記第１メサ型ゲージが前記電源配線側に接続されており、前記第２メサ型ゲージが前記基準配線側に接続されている。前記第３メサ型ゲージと前記第４メサ型ゲージは、前記電源配線と前記基準配線の間に直列に接続されており、前記第３メサ型ゲージが前記電源配線側に接続されており、前記第４メサ型ゲージが前記基準配線側に接続されている。前記第１メサ型ゲージと前記第２メサ型ゲージの組と、前記第３メサ型ゲージと前記第４メサ型ゲージの組は、前記電源配線と前記基準配線の間で並列に接続されている。前記第１メサ型ゲージと前記第２メサ型ゲージの間に前記第１出力配線が接続されている。前記第３メサ型ゲージと前記第４メサ型ゲージの間に前記第２出力配線が接続されている。前記第１メサ型ゲージ、前記第２メサ型ゲージ、前記第３メサ型ゲージ及び前記第４メサ型ゲージはいずれも、第１方向に沿って伸びている。前記第１メサ型ゲージ及び前記第４メサ型ゲージの第１組に対する前記力伝達ブロックの接触面積と前記第２メサ型ゲージ及び前記第３メサ型ゲージの第２組に対する前記力伝達ブロックの接触面積が異なる。
　上記の力検知装置では、ブリッジ回路を構成する複数のメサ型ゲージのいずれも第１方向に沿って伸びているので、それらのメサ型ゲージの結晶方向が同一となる。このため、複数のメサ型ゲージの各々の抵抗値が等しくなり、オフセット電圧が低減される。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、実施例の力検知装置の分解斜視図を模式的に示しており、半導体基板と力伝達ブロックが接合する縁を破線で示すとともに、半導体基板と力伝達ブロックで構成される封止空間の範囲を破線で示し、 図２は、実施例の力検知装置が備える半導体基板の平面図を模式的に示しており、半導体基板と力伝達ブロックが接合する縁を破線で示すとともに、半導体基板と力伝達ブロックで構成される封止空間の範囲を破線で示し、 図３は、図２のIII-III線に対応した断面図を模式的に示し、 図４は、実施例の力検知装置が備える力伝達ブロックを示しており、半導体基板に接合する面を模式的に示し、 図５は、変形例の力検知装置が備える半導体基板の平面図を模式的に示しており、半導体基板と力伝達ブロックが接合する縁を破線で示すとともに、半導体基板と力伝達ブロックで構成される封止空間の範囲を破線で示し、 図６は、変形例の力検知装置が備える半導体基板の平面図を模式的に示しており、半導体基板と力伝達ブロックが接合する縁を破線で示すとともに、半導体基板と力伝達ブロックで構成される封止空間の範囲を破線で示す。
　ピエゾ抵抗効果を利用する力検知装置では、オフセット電圧を低減することが望まれている。オフセット電圧を低減するためには、メサ型ゲージに圧縮応力が加わっていないときに、ブリッジ回路を構成する複数のメサ型ゲージの各々の抵抗値を等しくする必要がある。通常、この種の力検知装置では、対称性を考慮し、複数のメサ型ゲージの各々の幅及び長さは共通形状とされている。このため、複数のメサ型ゲージの各々の抵抗値は、一致すると考えられていた。しかしながら、本発明者らの検討の結果、複数のメサ型ゲージを共通形状としても、複数のメサ型ゲージの各々の抵抗値が一致しないことが分かってきた。これは、ブリッジ回路を構成する複数のメサ型ゲージにおいて、結晶方向が異なることが理由であると考えられる。本明細書は、オフセット電圧が低減される力検知装置を提供することを目的とする。
　以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
　本明細書で開示される力検知装置の一実施形態は、各種圧力を検知するセンサであり、一例では、気圧又は液圧を検知対象としてもよい。この力検知装置は、基板と力伝達ブロックを備えていてもよい。基板の材料は、圧縮応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗効果が現われるものが望ましい。例えば、基板としては、半導体基板及びＳＯＩ基板が例示される。基板の主面には、電源配線、基準配線、第１出力配線、第２出力配線及び複数のメサ型ゲージが設けられている。電源配線、基準配線、第１出力配線及び第２出力配線は、基板の主面の一部に構成されてもよく、基板の主面上に配設されてもよい。力伝達ブロックは、基板に接合する。複数のメサ型ゲージは、第１メサ型ゲージ、第２メサ型ゲージ、第３メサ型ゲージ及び第４メサ型ゲージを有する。第１メサ型ゲージと第２メサ型ゲージは、電源配線と基準配線の間に直列に接続されている。第１メサ型ゲージが電源配線側に接続されており、第２メサ型ゲージが基準配線側に接続されている。第３メサ型ゲージと第４メサ型ゲージは、電源配線と基準配線の間に直列に接続されている。第３メサ型ゲージが電源配線側に接続されており、第４メサ型ゲージが基準配線側に接続されている。第１メサ型ゲージと第２メサ型ゲージの組と第３メサ型ゲージと第４メサ型ゲージの組は、電源配線と基準配線の間に並列に接続されている。第１メサ型ゲージと第２メサ型ゲージの間に第１出力配線が接続されている。第３メサ型ゲージと第４メサ型ゲージの間に第２出力配線が接続されている。第１メサ型ゲージ、第２メサ型ゲージ、第３メサ型ゲージ及び第４メサ型ゲージはいずれも、第１方向に沿って伸びている。第１メサ型ゲージ及び第４メサ型ゲージの第１組に対する力伝達ブロックの接触面積と第２メサ型ゲージ及び第３メサ型ゲージの第２組に対する力伝達ブロックの接触面積が異なる。上記実施形態の力検知装置では、４つのメサ型ゲージがいずれも同一方向に沿って伸びているので、４つのメサ型ゲージの電気抵抗値は応力に対して同様に変化する。第１メサ型ゲージ及び第４メサ型ゲージの第１組に対する力伝達ブロックの接触面積と第２メサ型ゲージ及び第３メサ型ゲージの第２組に対する力伝達ブロックの接触面積が異なるので、これらのメサ型ゲージで構成されるブリッジ回路は、力伝達ブロックに加わる力に対して出力を変化させることができる。
　力伝達ブロックは、第１メサ型ゲージ及び第４メサ型ゲージの第１組と第２メサ型ゲージ及び第３メサ型ゲージの第２組のいずれか一方の組に接し、他方の組に接しなくてもよい。この力伝達装置では、第１組と第２組のいずれか一方の組のメサ型ゲージのみに力伝達ブロックを介して力が伝達され、その組のメサ型ゲージがブリッジ回路の可変抵抗体として機能し、他方の組のメサ型ゲージがブリッジ回路の固定抵抗体として機能する。この力伝達装置は、高感度な特性を有することができる。
　基板は、複数のメサ型ゲージが設けられている検知部の周囲を一巡して力伝達ブロックに接合する封止部を有していてもよい。この場合、第１方向に直交する第２方向において、力伝達ブロックとの接触面積が相対的に大きい方の組に含まれる一方のメサ型ゲージの封止部に対する位置関係と力伝達ブロックとの接触面積が相対的に大きい方の組に含まれる他方のメサ型ゲージの封止部に対する位置関係が等しい。この力検知装置では、力伝達ブロックとの接触面積が相対的に大きい方の組に含まれるメサ型ゲージの各々に伝達される力が等しくなり、力に対する出力の線形性が向上する。
　力伝達ブロックとの接触面積が相対的に大きい方の組に含まれるメサ型ゲージの各々は、封止部で囲まれる領域の中心点を間に置いて第２方向に並んで配置されていてもよい。
　第１メサ型ゲージ、第２メサ型ゲージ、第３メサ型ゲージ及び第４メサ型ゲージは、矩形の角に対応して配置されていてもよい。この場合、第１メサ型ゲージと第４メサ型ゲージが対角に配置されており、第２メサ型ゲージと第３メサ型ゲージが対角に配置されている。
　力伝達ブロックとの接触面積が相対的に大きい方の組に含まれるメサ型ゲージの各々は、封止部で囲まれる領域の中心点を間に置いて第１方向に並んで配置されていてもよい。
　図１に示されるように、力検知装置１は、例えば、圧力容器の容器内圧を検知する半導体圧力センサであり、半導体基板２及び力伝達ブロック４を備える。
　図１，２に示されるように、半導体基板２は、ｎ型の単結晶シリコンであり、その主面２Ｓが（１１０）結晶面である。半導体基板２の主面２Ｓには複数の溝１１が形成されている。複数の溝１１は、半導体基板２の主面２Ｓの検知部１０内に形成されており、その検知部１０内に複数のメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８を画定する。
　図１，２，３に示されるように、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８は、溝１１の底面からメサ状に突出しており、その高さは約０．５～５μｍである。メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の頂面は、溝１１の周囲の半導体基板２の主面２Ｓと同一面に位置する。即ち、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８は、例えばドライエッチング技術を利用して、半導体基板２の主面２Ｓに複数の溝１１を形成した残部として形成される。
　図１，２に示されるように、検知部１０のメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８はいずれも、半導体基板２の＜１１０＞方向に沿って伸びている。半導体基板２の＜１１０＞方向に伸びるメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８は、圧縮応力に応じて電気抵抗値が大きく変化することを特徴としており、ピエゾ抵抗効果を有する。また、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の各々の幅及び長さは共通である。なお、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の幅とは、長手方向に直交する方向の幅であり、この例では、半導体基板２の＜１００＞方向の幅となる。
　図１，２，３に示されるように、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の表面には、ｐ型不純物が導入されたゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａが形成されている。ゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａの不純物濃度は、約１×１０１８～１×１０２１ｃｍ－３である。ゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａの不純物濃度及び拡散深さは、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の各々において共通である。ゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａは、ｐｎ接合によって、ｎ型の半導体基板２から実質的に絶縁されている。
　図１，２に示されるように、半導体基板２は、主面２Ｓにｐ型不純物が導入された配線１３，１７，２２，２４，２６，２８を有する。配線１３，１７，２２，２４，２６，２８の不純物濃度は、約１×１０１８～１×１０２１ｃｍ－３である。配線１３，１７，２２，２４，２６，２８は、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａと同一の工程で形成される。
　メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８は、検知部１０内にフルブリッジ回路を構成する。第１メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａと第２メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａは、電源配線２６と基準配線２２の間に直列に接続されている。第３メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａと第４メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａは、電源配線２６と基準配線２２の間に直列に接続されている。第１メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａと第２メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａの組と第３メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａと第４メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａの組は、電源配線２６と基準配線２２の間に並列に接続されている。
　第１メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａと第２メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａの間の第１接続配線１３に第１出力配線２４が接続されている。第３メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａと第４メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａの間の第２接続配線１７に第２出力配線２８が接続されている。
　基準配線２２は、基準電極３２に電気的に接続する。第１出力配線２４は、第１出力電極３４に電気的に接続する。電源配線２６は、電源電極３６に電気的に接続する。第２出力配線２８は、第２出力電極３８に電気的に接続する。これらの電極３２，３４，３６，３８は、半導体基板２の主面２Ｓ上に設けられており、力伝達ブロック４で覆われる範囲外に配置されている。基準配線２２及び電源配線２６は幅広に構成されており、それらの抵抗値は、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａの抵抗値に対して無視できるほどに小さい。第１出力配線２４の抵抗値と第２出力配線２８の抵抗値は、等しくなるように構成されている。
　図１，３に示されるように、力伝達ブロック４は、直方体形状を有しており、シリコン層４ａと酸化シリコン層４ｂを有する。半導体基板２と力伝達ブロック４は、常温個相接合技術を利用して接合される。具体的には、アルゴンイオンを用いて半導体基板２の主面２Ｓ及び力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂの表面を活性化させた後に、超高真空中で半導体基板２の主面２Ｓと力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂの表面を接触させ、両者を接合させる。
　図３，４に示されるように、力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂの一部が除去されており、力伝達ブロック４の半導体基板２と接合する側の面に溝４ｃが形成されている。溝４ｃが形成されていることにより、力伝達ブロック４の酸化シリコン層４ｂは、封止部分４０ａと押圧部分４０ｂに区画されている。また、このような溝４ｃが形成されていることにより、半導体基板２と力伝達ブロック４の間には、外部から隔てられた封止空間６が構成される。
　力伝達ブロック４の封止部分４０ａは、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の周囲を一巡するように、半導体基板２の主面２Ｓに接合する。半導体基板２のうちの力伝達ブロック４の封止部分４０ａが接合する部分を封止部２０という。力伝達ブロック４の封止部分４０ａが矩形状に構成されているので、半導体基板２の封止部２０は、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の長手方向と平行な部分とメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の長手方向に直交する部分で構成される。半導体基板２の封止部２０と力伝達ブロック４の封止部分４０ａは、気密に接合する。
　力伝達ブロック４の押圧部分４０ｂは、第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８の頂面に選択的に接合しており、第２メサ型ゲージ１４と第３メサ型ゲージ１６の頂面に接合しない。力伝達ブロック４の押圧部分４０ｂが第１メサ型ゲージ１２に接触する接触面積と力伝達ブロック４の押圧部分４０ｂが第４メサ型ゲージ１８に接触する面積は等しい。
　次に、力検知装置１の動作を説明する。まず、力検知装置１は、電源電極３６に定電流源が接続され、基準電極３２が接地され、第１出力電極３４と第２出力電極３８の間に電圧測定器が接続して用いられる。力検知装置１では、力伝達ブロック４に加わる容器内圧が変化すると、力伝達ブロック４を介して第１メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａ及び第４メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａに加わる圧縮応力も変化する。第１メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａ及び第４メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａは、ピエゾ抵抗効果が現われるので、その電気抵抗値は圧縮応力に比例して変化する。一方、第２メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａ及び第３メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａには圧縮応力が加わらないので、その電気抵抗値は変わらない。このため、第１出力電極３４と第２出力電極３８の電位差は、第１メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａ及び第４メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａに加わる圧縮応力に比例する。これにより、電圧測定器で計測される電圧変化から力伝達ブロック４に加わる容器内圧が検知される。
　力検知装置１では、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８はいずれも、半導体基板２の＜１１０＞方向に沿って伸びている。このため、ブリッジ回路を構成する４つのメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８がいずれも同一方向に沿って伸びているので、それら４つのメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の結晶方向が同一となる。４つのメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の幅及び長さが共通なので、圧縮応力が加わっていないときの４つのメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の各々の抵抗値は、極めて良好に一致する。これにより、力検知装置１では、オフセット電圧が低減される。
　力検知装置１は、力伝達ブロック４によって半導体基板２の検知部１０が封止される封止型構造を有する。このような力検知装置１では、第１メサ型ゲージ１２及び第４メサ型ゲージ１８に加わる圧縮応力は、封止空間６内の第１メサ型ゲージ１２及び第４メサ型ゲージ１８の位置に依存する。この例では、図２に示されるように、第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８が半導体基板２の＜１１０＞方向に沿って伸びているので、第１メサ型ゲージ１２及び第４メサ型ゲージ１８に加わる圧縮応力は、半導体基板２の＜１００＞方向における封止空間６内の第１メサ型ゲージ１２及び第４メサ型ゲージ１８の位置に依存する。
　力検知装置１では、半導体基板２の＜１００＞方向において、第１メサ型ゲージ１２と半導体基板２の封止部２０（第１メサ型ゲージ１２の長手方向と平行な封止部２０の部分であり、図２の紙面右側の封止空間６の縁に相当する）の間の最短距離と第４メサ型ゲージ１８と半導体基板２の封止部２０（第４メサ型ゲージ１８の長手方向と平行な封止部２０の部分であり、図２の紙面左側の封止空間６の縁に相当する）の間の最短距離が等しい。さらに、力検知装置１では、半導体基板２の＜１００＞方向において、第１メサ型ゲージ１２と半導体基板２の封止部２０（第１メサ型ゲージ１２の長手方向と平行な封止部２０の部分であり、図２の紙面左側の封止空間６の縁に相当する）の間の最短距離と第４メサ型ゲージ１８と半導体基板２の封止部２０（第４メサ型ゲージ１８の長手方向と平行な封止部２０の部分であり、図２の紙面右側の封止空間６の縁に相当する）の間の最短距離が等しい。即ち、力検知装置１では、半導体基板２の＜１００＞方向において、第１メサ型ゲージ１２の封止部２０に対する位置関係と第４メサ型ゲージ１８の封止部２０に対する位置関係が等しい。これにより、力伝達ブロック４に加わる力に対して第１メサ型ゲージ１２及び第４メサ型ゲージ１８の各々に伝達される力が等しくなるので、力伝達ブロック４に加わる力に対する出力の線形性が向上する。また、第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８が、半導体基板２の＜１００＞方向において、封止空間６を３等分した位置関係に配置されていると、力伝達ブロック４に加わる力に対する出力の線形性がさらに向上する。
　さらに、力検知装置１では、第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８が、封止空間６の中心点６ａを間に置いて半導体基板２の＜１００＞方向に並んで配置されている。第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８が、封止空間６の中心点６ａに対して点対称に設けられている。このため、力伝達ブロック４に加わる力が、第１メサ型ゲージ１２及び第４メサ型ゲージ１８の頂面の各々に均等に伝達されるので、力伝達ブロック４に加わる力に対する出力の線形性がさらに向上する。
　さらに、力検知装置１の検知部１０では、複数のメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８及び接続配線１３，１７が封止空間６の中心点６ａに対して点対称に配置されている。これにより、ブリッジ回路を構成する各抵抗体の抵抗値が等しくなるので、力検知装置１のオフセット電圧はさらに低減される。
　上記の複数のメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のレイアウトに代えて、以下のようなレイアウトであってもよい。なお、以下の説明では、共通する構成要素に共通の符号を付し、その説明を省略する。
　図５に示す例では、第１メサ型ゲージ１２、第２メサ型ゲージ１４、第３メサ型ゲージ１６及び第４メサ型ゲージ１８が、矩形の角に対応して配置されている。第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８が、対角に配置されている。第２メサ型ゲージ１４と第３メサ型ゲージ１６が、対角に配置されている。力伝達ブロック４は、第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８の頂面に選択的に接合しており、第２メサ型ゲージ１４と第３メサ型ゲージ１６の頂面に接合しない。
　この例でも、半導体基板２の＜１００＞方向において、第１メサ型ゲージ１２と半導体基板２の封止部２０（第１メサ型ゲージ１２の長手方向と平行な封止部２０の部分であり、図５の紙面右側の封止空間６の縁に相当する）の間の最短距離と第４メサ型ゲージ１８と半導体基板２の封止部２０（第４メサ型ゲージ１８の長手方向と平行な封止部２０の部分であり、図５の紙面左側の封止空間６の縁に相当する）の間の最短距離が等しい。さらに、半導体基板２の＜１００＞方向において、第１メサ型ゲージ１２と半導体基板２の封止部２０（第１メサ型ゲージ１２の長手方向と平行な封止部２０の部分であり、図５の紙面左側の封止空間６の縁に相当する）の間の最短距離と第４メサ型ゲージ１８と半導体基板２の封止部２０（第４メサ型ゲージ１８の長手方向と平行な封止部２０の部分であり、図５の紙面右側の封止空間６の縁に相当する）の間の最短距離が等しい。即ち、半導体基板２の＜１００＞方向において、第１メサ型ゲージ１２の封止部２０に対する位置関係と第４メサ型ゲージ１８の封止部２０に対する位置関係が等しい。
　これにより、力伝達ブロック４に加わる力に対して第１メサ型ゲージ１２及び第４メサ型ゲージ１８の各々に伝達される力が等しくなるので、力伝達ブロック４に加わる力に対する出力の線形性が向上する。さらに、第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８が、封止空間６の中心点６ａに対して点対称に設けられている。このため、力伝達ブロック４に加わる力が、第１メサ型ゲージ１２及び第４メサ型ゲージ１８の頂面の各々に均等に伝達されるので、力伝達ブロック４に加わる力に対する出力の線形性がさらに向上する。
　図６に示す例では、第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８が、封止空間６の中心点６ａを間に置いて半導体基板２の＜１１０＞方向に並んで配置されている。力伝達ブロック４は、第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８の頂面に選択的に接合しており、第２メサ型ゲージ１４と第３メサ型ゲージ１６の頂面に接合しない。
　この例では、第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８の双方が、半導体基板２の＜１００＞方向において、封止空間６を２等分した位置関係に配置されている。即ち、半導体基板２の＜１００＞方向において、第１メサ型ゲージ１２の封止部２０に対する位置関係と第４メサ型ゲージ１８の封止部２０に対する位置関係が等しい。
　これにより、力伝達ブロック４に加わる力に対して第１メサ型ゲージ１２及び第４メサ型ゲージ１８の各々に伝達される力が等しくなるので、力伝達ブロック４に加わる力に対する出力の線形性が向上する。さらに、第１メサ型ゲージ１２と第４メサ型ゲージ１８が、封止空間６の中心点６ａに対して点対称に設けられている。このため、力伝達ブロック４に加わる力が、第１メサ型ゲージ１２及び第４メサ型ゲージ１８の頂面の各々に均等に伝達されるので、力伝達ブロック４に加わる力に対する出力の線形性がさらに向上する。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (6)

  1. 　電源配線（２６）、基準配線（２２）、第１出力配線（２４）、第２出力配線（２８）及び複数のメサ型ゲージ（１２、１４、１６、１８）が主面に設けられている基板（２）と、
    　前記基板に接合する力伝達ブロック（４）と、を備え、
    　前記複数のメサ型ゲージは、第１メサ型ゲージ（１２）、第２メサ型ゲージ（１４）、第３メサ型ゲージ（１６）及び第４メサ型ゲージ（１８）を有し、
    　前記第１メサ型ゲージと前記第２メサ型ゲージは、前記電源配線と前記基準配線の間に直列に接続されており、前記第１メサ型ゲージが前記電源配線側に接続されており、前記第２メサ型ゲージが前記基準配線側に接続されており、
    　前記第３メサ型ゲージと前記第４メサ型ゲージは、前記電源配線と前記基準配線の間に直列に接続されており、前記第３メサ型ゲージが前記電源配線側に接続されており、前記第４メサ型ゲージが前記基準配線側に接続されており、
    　前記第１メサ型ゲージと前記第２メサ型ゲージの組と、前記第３メサ型ゲージと前記第４メサ型ゲージの組は、前記電源配線と前記基準配線の間で並列に接続されており、
    　前記第１メサ型ゲージと前記第２メサ型ゲージの間に前記第１出力配線が接続されており、
    　前記第３メサ型ゲージと前記第４メサ型ゲージの間に前記第２出力配線が接続されており、
    　前記第１メサ型ゲージ、前記第２メサ型ゲージ、前記第３メサ型ゲージ及び前記第４メサ型ゲージはいずれも、第１方向に沿って伸びており、
    　前記第１メサ型ゲージ及び前記第４メサ型ゲージの第１組に対する前記力伝達ブロックの接触面積と前記第２メサ型ゲージ及び前記第３メサ型ゲージの第２組に対する前記力伝達ブロックの接触面積が異なる、
    　力検知装置。
  2. 　前記力伝達ブロックは、前記第１組と前記第２組のいずれか一方の組に接し、他方の組に接しない、
    　請求項１に記載の力検知装置。
  3. 　前記基板は、前記複数のメサ型ゲージが設けられている検知部（１０）の周囲を一巡して前記力伝達ブロックに接合する封止部（２０）を有し、
    　前記第１組と前記第２組の一方は、前記第１組と前記第２組の他方より前記力伝達ブロックとの接触面積が大きく、
    　前記第１方向に直交する第２方向において、前記第１組と前記第２組の一方に含まれる一方の前記メサ型ゲージの前記封止部に対する位置関係と、前記第１組と前記第２組の一方に含まれる他方の前記メサ型ゲージの前記封止部に対する位置関係が等しい、
    　請求項１又は２に記載の力検知装置。
  4. 　前記第１組と前記第２組の一方に含まれる前記メサ型ゲージの各々は、前記封止部で囲まれる領域の中心点を間に置いて前記第２方向に並んで配置されている、
    　請求項３に記載の力検知装置。
  5. 　前記第１メサ型ゲージ、前記第２メサ型ゲージ、前記第３メサ型ゲージ及び前記第４メサ型ゲージは、矩形の角に対応して配置されており、
    　前記第１メサ型ゲージと前記第４メサ型ゲージが対角に配置されており、
    　前記第２メサ型ゲージと前記第３メサ型ゲージが対角に配置されている、
    　請求項３に記載の力検知装置。
  6. 　前記第１組と前記第２組の一方に含まれる前記メサ型ゲージの各々は、前記封止部で囲まれる領域の中心点を間に置いて前記第１方向に並んで配置されている、
    　請求項３に記載の力検知装置。
     
     
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