特許 6430297 力検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6430297

(24)【登録日】2018年11月9日

(45)【発行日】2018年11月28日

(54)【発明の名称】力検知装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/18 20060101AFI20181119BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20181119BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/18 A

   H01L29/84 B

   H01L29/84 A

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-45682(P2015-45682)

(22)【出願日】2015年3月9日

(65)【公開番号】特開2016-14650(P2016-14650A)

(43)【公開日】2016年1月28日

【審査請求日】2017年9月25日

(31)【優先権主張番号】特願2014-121824(P2014-121824)

(32)【優先日】2014年6月12日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水野 健太朗

(72)【発明者】

【氏名】田口 理恵

(72)【発明者】

【氏名】橋本 昭二

(72)【発明者】

【氏名】大平 喜恵

(72)【発明者】

【氏名】勝間田 卓

(72)【発明者】

【氏名】山口 浩平

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２７１３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０４９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６３７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０８５２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１４４１５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １／１８

Ｇ０１Ｌ ９／００， ９／０６

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と力伝達ブロックを備え、
前記基板は、
主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する第１方向に伸びており、頂面を有する高感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する第２方向に伸びており、頂面を有する低感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、前記高感度メサ型ゲージと前記低感度メサ型ゲージが接続する接続部から第３方向に伸びており、頂面を有するメサ型リードと、を含み、
前記力伝達ブロックは、前記高感度メサ型ゲージの頂面及び前記低感度メサ型ゲージの頂面に接しており、前記メサ型リードの頂面に接していない、力検知装置。

【請求項2】

基板と力伝達ブロックを備え、
前記基板は、
主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する第１方向に伸びており、頂面を有する高感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する第２方向に伸びており、頂面を有する低感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、前記高感度メサ型ゲージと前記低感度メサ型ゲージが接続する接続部から第３方向に伸びており、頂面を有するメサ型リードと、を含み、
前記力伝達ブロックは、前記高感度メサ型ゲージの頂面及び前記低感度メサ型ゲージの頂面に接しており、前記メサ型リードの頂面の少なくとも一部に接しておらず、
前記力伝達ブロックと前記高感度メサ型ゲージの頂面の接する面積が、前記力伝達ブロックと前記低感度メサ型ゲージの頂面の接する面積よりも大きい、力検知装置。

【請求項3】

基板と力伝達ブロックを備え、
前記基板は、
主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する第１方向に伸びており、頂面を有する高感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する第２方向に伸びており、頂面を有する低感度メサ型ゲージと、
前記主面に設けられており、前記高感度メサ型ゲージと前記低感度メサ型ゲージが接続する接続部から第３方向に伸びており、頂面を有するメサ型リードと、を含み、
前記力伝達ブロックは、前記高感度メサ型ゲージの頂面及び前記低感度メサ型ゲージの頂面に接しており、前記メサ型リードの頂面の少なくとも一部に接しておらず、
前記力伝達ブロックは、前記第２方向に沿って互いに離間して形成された複数の複数部分を有しており、
前記複数部分の各々が、前記低感度メサ型ゲージの頂面に接する、力検知装置。

【請求項4】

前記低感度メサ型ゲージは、前記第２方向に沿って中央付近を伸びる中央領域と、前記接続部から前記第２方向に沿って前記中央領域まで伸びる周辺領域と、を有しており、
前記複数部分と前記中央領域の頂面の接する面積が、前記複数部分と前記周辺領域の頂面の接する面積よりも大きい、請求項３に記載の力検知装置。

【請求項5】

前記低感度メサ型ゲージは、前記第２方向に沿って中央付近を伸びる中央領域と、前記接続部から前記第２方向に沿って前記中央領域まで伸びる周辺領域と、を有しており、
前記中央領域に対応して配置される前記複数部分は、前記周辺領域に対応して配置される前記複数部分に比べて、間隔がより密に形成されている、請求項３に記載の力検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書で開示される技術は、ピエゾ抵抗効果を利用する力検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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メサ型ゲージが形成されている。例えば、ブリッジ回路を構成するメサ型ゲージは、矩形の辺に対応して配置されており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する方向に伸びる高感度メサ型ゲージ及び圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する方向に伸びる低感度メサ型ゲージを含む。基板の主面にはさらに、高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージが接続する接続部から伸びるメサ型リードが形成されている。

【0003】

力伝達ブロックは、基板の主面に設けられている高感度メサ型ゲージ、低感度メサ型ゲージ及びメサ型リードを覆うように設けられており、高感度メサ型ゲージの頂面、低感度メサ型ゲージの頂面及びメサ型リードの頂面に接する。力伝達ブロックが高感度メサ型ゲージを押圧すると、高感度メサ型ゲージに加わる圧縮応力が増大し、高感度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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−３０４９９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この種の力検知装置では、センサ感度の向上が望まれている。本明細書では、力検知装置のセンサ感度を向上させる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】

【0006】

本明細書で開示される力検知装置の一実施形態は、基板及び力伝達ブロックを備える。基板は、高感度メサ型ゲージ、低感度メサ型ゲージ及びメサ型リードを含む。高感度メサ型ゲージは、基板の主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する第１方向に伸びており、頂面を有する。低感度メサ型ゲージは、基板の主面に設けられており、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する第２方向に伸びており、頂面を有する。メサ型リードは、基板の主面に設けられており、高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージが接続する接続部から第３方向に伸びており、頂面を有する。力伝達ブロックは、高感度メサ型ゲージの頂面及び低感度メサ型ゲージの頂面に接する。力伝達ブロックは、メサ型リードの頂面の少なくとも一部に接していない。

【0007】

上記実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックがメサ型リードの頂面の少なくとも一部に接していないので、力伝達ブロックが受圧した力は、高感度メサ型ゲージに効率的に伝達される。これにより、力検知装置のセンサ感度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施例の力検知装置を示しており、図３のI-I線に対応した断面図を模式的に示す。

【図2】図２は、実施例の力検知装置を示しており、図３のII-II線に対応した断面図を模式的に示す。

【図3】図３は、実施例の力検知装置を示しており、基板の平面図を模式的に示しており、力伝達ブロックとの接する範囲を破線で示す。

【図4】図４は、実施例の力検知装置を示しており、力伝達ブロックの押圧部分と基板のメサ型ゲージの位置関係を説明する説明図を模式的に示す。

【図5】図５は、変形例の力検知装置を示しており、力伝達ブロックの押圧部分と基板のメサ型ゲージの位置関係を説明する説明図を模式的に示す。

【図6】図６は、比較例の力検知装置を示しており、力伝達ブロックの押圧部分と基板のメサ型ゲージの位置関係を説明する説明図を模式的に示す。

【図7】図７は、比較例の力検知装置を示しており、力伝達ブロックが受圧したときの高感度メサ型ゲージの様子を説明する拡大図を模式的に示す。

【図8】図８は、変形例の力検知装置を示しており、力伝達ブロックの押圧部分と基板のメサ型ゲージの位置関係を説明する説明図を模式的に示す。

【図9】図９は、変形例の力検知装置を示しており、力伝達ブロックの押圧部分と基板のメサ型ゲージの位置関係を説明する説明図を模式的に示す。

【図10】図１０は、変形例の力検知装置を示しており、力伝達ブロックの押圧部分と基板のメサ型ゲージの位置関係を説明する説明図を模式的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

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、基板の例としては、半導体基板及びＳＯＩ基板が挙げられる。基板は、高感度メサ型ゲージ、低感度メサ型ゲージ及びメサ型リードを含んでいてもよい。高感度メサ型ゲージは、基板の主面に設けられており、頂面を有する。高感度メサ型ゲージは、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に大きく変化する第１方向に伸びる。低感度メサ型ゲージは、基板の主面に設けられており、頂面を有する。低感度メサ型ゲージは、圧縮応力に対して電気抵抗値が相対的に小さく変化する第２方向に伸びる。第１方向と第２方向は、交わる関係を有する。典型的には、高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージは、ブリッジ回路を構成してもよい。この場合、一対の高感度メサ型ゲージが矩形の対向する一対の辺に対応して配置され、一対の低感度メサ型ゲージが矩形の対向する他の一対の辺に対応して配置されてもよい。ここでいう「相対的」とは、高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージの間の対比を意味する。換言すれば、高感度メサ型ゲージの電気抵抗値は、低感度メサ型ゲージよりも圧縮応力に対して大きく変化する。メサ型リードは、基板の主面に設けられており、頂面を有する。メサ型リードは、高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージが接続する接続部から第３方向に伸びる。第３方向は、第１方向と第２方向の双方と交わる関係を有していてもよく、第１方向と第２方向のいずれか一方と平行な関係を有していてもよい。力伝達ブロックは、高感度メサ型ゲージの頂面及び低感度メサ型ゲージの頂面に接する。力伝達ブロックは、メサ型リードの頂面の少なくとも一部に接していない。望ましくは、力伝達ブロックは、メサ型リードの頂面に接していない。

【0011】

上記実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックと高感度メサ型ゲージの頂面の接する面積が、力伝達ブロックと低感度メサ型ゲージの頂面の接する面積よりも大きくてもよい。この力検知装置では、力伝達ブロックが接する面積を高感度メサ型ゲージと低感度メサ型ゲージの間で異ならせることにより、力伝達ブロックで受圧した力の多くを高感度メサ型ゲージに伝達させることができる。これにより、高感度メサ型ゲージに加わる圧縮応力が増大するので、力検知装置のセンサ感度が向上する。なお、力検知装置のセンサ感度を向上させるためには、力伝達ブロックが高感度メサ型ゲージの頂面にのみ接する構成が考えられる。しかしながら、このような構成の力検知装置では、力伝達ブロックが低感度メサ型ゲージによって支持されていないので、力伝達ブロックが基板側に向けて撓むことで、高感度メサ型ゲージが片変形し、圧縮応力と電気抵抗値の間の直線性が悪化する。力伝達ブロックが高感度メサ型ゲージの頂面及び低感度メサ型ゲージの頂面の双方に接すると、力伝達ブロックの撓みが抑えられ、高感度メサ型ゲージの片変形が抑えられ、圧縮応力と電気抵抗値の間の直線性が良好となる。上記実施形態の力検知装置では、センサ感度と直線性の双方が良好なものとなる。

【0012】

上記実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックが、第２方向に沿って互いに離間して形成された複数の複数部分を有していてもよい。この場合、複数部分の各々が、低感度メサ型ゲージの頂面に接してもよい。この実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックの撓みが抑えられ、センサ感度と直線性の双方が良好なものとなる。

【0013】

低感度メサ型ゲージは、第２方向に沿って中央付近を伸びる中央領域と、接続部から第２方向に沿って中央領域まで伸びる周辺領域と、を有していてもよい。さらに、力伝達ブロックの複数部分の各々が低感度メサ型ゲージの頂面に接する力検知装置では、複数部分と中央領域の頂面の接する面積が、複数部分と周辺領域の頂面の接する面積よりも大きくてもよい。この実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックと低感度メサ型ゲージの接触面積を小さく抑えながら、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができる。これにより、この実施形態の力検知装置では、センサ感度と直線性がさらに良好なものとなる。

【0014】

低感度メサ型ゲージは、第２方向に沿って中央付近を伸びる中央領域と、接続部から第２方向に沿って中央領域まで伸びる周辺領域と、を有していてもよい。さらに、力伝達ブロックの複数部分の各々が低感度メサ型ゲージの頂面に接する力検知装置では、中央領域に対応して配置される複数部分が、周辺領域に対応して配置される複数部分に比べて、間隔がより密に形成されていてもよい。この実施形態の力検知装置では、力伝達ブロックと低感度メサ型ゲージの接触面積を小さく抑えながら、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができる。これにより、この実施形態の力検知装置では、センサ感度と直線性の双方がさらに良好なものとなる。

【実施例1】

【0015】

図１〜図３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。

【0016】

図１及び図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に検知部１０を画定する。

【0017】

図３に示されるように、検知部１０は、ブリッジ回路を構成するメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８を有する。図１及び図２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。

【0018】

図３に示されるように、検知部１０のメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８は、正方形の辺に対応して配置されている。対向する一対の辺を構成するメサ型ゲージ１４，１８はそれぞれ、第１高感度メサ型ゲージ１４及び第２高感度メサ型ゲージ１８と称する。対向する他の一対の辺を構成するメサ型ゲージ１２，１６はそれぞれ、第１低感度メサ型ゲージ１２及び第２低感度メサ型ゲージ１６と称する。

【0019】

第１高感度メサ型ゲージ１４及び第２高感度メサ型ゲージ１８は、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＞方向に伸びる第１高感度メサ型ゲージ１４及び第２高感度メサ型ゲージ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。

【0020】

第１低感度メサ型ゲージ１２及び第２低感度メサ型ゲージ１６は、半導体基板２の＜１００＞方向に沿って伸びている。半導体基板２の＜１００＞方向に伸びる第１低感度メサ型ゲージ１２及び第２低感度メサ型ゲージ１６は、圧縮応力に応じて電気抵抗値がほとんど変化しないことを特徴としており、ピエゾ抵抗効果を実質的に有しない。

【0021】

図１及び図２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１×１０^１８〜１×１０^２１ｃｍ^−３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。

【0022】

図３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部２２，２４，２６，２８を有する。配線部２２，２４，２６，２８の不純物濃度は、約１×１０^１８〜１×１０^２１ｃｍ^−３である。配線部２２，２４，２６，２８は、検知部１０と電極３２，３４，３６，３８を電気的に接続する。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。

【0023】

第１配線部２２は、一端が第１低感度メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａと第１高感度メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａが接続する第１接続部１３に接続されており、他端が第１電極３２に接続されている。第１配線部２２は、メサ型ゲージ１２，１４の第１接続部１３側に第１メサ型リード２２ａを有する。第１メサ型リード２２ａは、溝１１の底面からメサ状に突出しており、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８と同一工程で形成される。

【0024】

第２配線部２４は、一端が第１高感度メサ型ゲージ１４のゲージ部１４ａと第２低感度メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａが接続する第２接続部１５に接続されており、他端が第２電極３４に接続されている。第２配線部２４は、メサ型ゲージ１４，１６の第２接続部１５側に第２メサ型リード２４ａを有する。第２メサ型リード２４ａは、溝１１の底面からメサ状に突出しており、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８と同一工程で形成される。

【0025】

第３配線部２６は、一端が第２低感度メサ型ゲージ１６のゲージ部１６ａと第２高感度メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａが接続する第３接続部１７に接続されており、他端が第３電極３６に接続されている。第３配線部２６は、メサ型ゲージ１６，１８の第３接続部１７側に第３メサ型リード２６ａを有する。第３メサ型リード２６ａは、溝１１の底面からメサ状に突出しており、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８と同一工程で形成される。

【0026】

第４配線部２８は、一端が第２高感度メサ型ゲージ１８のゲージ部１８ａと第１低感度メサ型ゲージ１２のゲージ部１２ａが接続する第４接続部１９に接続されており、他端が第４電極３８に接続されている。第４配線部２６は、メサ型ゲージ１２，１８の第４接続部１９側に第４メサ型リード２８ａを有する。第４メサ型リード２８ａは、溝１１の底面からメサ状に突出しており、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８と同一工程で形成される。

【0027】

図１及び図２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。

【0028】

図１及び図２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。

【0029】

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のうちの封止部分４０ａが接合する部分を封止部２０という。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。

【0030】

図４に、力伝達ブロック４の押圧部分４０ｂとメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の位置関係を示す。押圧部分４０ｂは、点対称な形態を有しており、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の頂面の一部に接合する。押圧部分４０ｂは、高感度メサ型ゲージ１４，１８の頂面の大部分に接合する。押圧部分４０ｂは、高感度メサ型ゲージ１４，１８の両端部の頂面（接続部１３，１５，１７，１９に近接する部分の頂面）に接しない。押圧部分４０ｂは、低感度メサ型ゲージ１２，１６の頂面の大部分に接合する。押圧部分４０ｂは、低感度メサ型ゲージ１２，１６の両端部の頂面（接続部１３，１５，１７，１９に近接する部分の頂面）に接しない。押圧部分４０ｂは、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの頂面及び接続部１３，１５，１７，１９の頂面に接しない。

【0031】

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、第１電極３２に定電流源が接続され、第３電極３６が接地され、第２電極３４と第４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を介してメサ型ゲージ１２，１４，１６，１８のゲージ部１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａに加わる圧縮応力も変化する。ピエゾ抵抗効果が現われる高感度メサ型ゲージ１４，１８のゲージ部１４ａ，１８ａの電気抵抗値は、圧縮応力に比例して変化する。このため、第２電極３４と第４電極３８の電位差は、ゲージ部１４ａ，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。

【0032】

力検知装置１では、力伝達ブロック４の押圧部分４０ｂがメサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの頂面に接していない。このため、力伝達ブロック４に加わる容器内圧は、高感度メサ型ゲージ１４，１８に効率的に伝達される。これにより、力検知装置１のセンサ感度が向上する。

【0033】

この種の力検知装置１では、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの寄生抵抗値による電圧降下分がセンサ感度を悪化させる。このため、力検知装置１では、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの幅（半導体基板２の主面２Ｓに対して平行であり、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの長手方向に対して直交する方向の幅）が、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の幅（半導体基板２の主面２Ｓに対して平行であり、メサ型ゲージ１２，１４，１６，１８の長手方向に対して直交する方向の幅）よりも大きいのが望ましい。これにより、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの寄生抵抗値を低下させることができるので、力検知装置１のセンサ感度が向上する。

【0034】

なお、従来の力検知装置のように、メサ型リードの頂面にも力伝達ブロックが接する構成では、メサ型リードの幅を大きくすると、力伝達ブロックに加わる容器内圧がメサ型リードにも伝達されるので、高感度メサ型ゲージに加わる圧縮応力が低下する。このように、従来の力検知装置では、メサ型リードの幅を大きくして寄生抵抗値を下げても、高感度メサ型ゲージに加わる圧縮応力が低下するので、センサ感度を向上させることが難しい。一方、本実施例の力検知装置１では、力伝達ブロック４がメサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの頂面に接しないので、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの幅を大きくしても、高感度メサ型ゲージ１４，１８に加わる圧縮応力は低下しない。これにより、本実施例の力検知装置１では、メサ型リード２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａの幅が大きくなると、センサ感度が効果的に向上する。

【0035】

以下、変形例及び比較例の力検知装置について説明する。上記実施例の力検知装置１と共通する構成については共通の符号を付し、その説明を省略する。

【0036】

図５に示される変形例の力検知装置では、力伝達ブロックの押圧部分４０ｂが、高感度メサ型ゲージ１４，１８と低感度メサ型ゲージ１２，１６の間で異なるレイアウトで構成されている。押圧部分４０ｂは、高感度メサ型ゲージ１４，１８の頂面の大部分に接しており、押圧部分４０ｂと高感度メサ型ゲージ１４，１８の接触面積が相対的に大きい。高感度メサ型ゲージ１４，１８の頂面の全面積に占める押圧部分４０ｂと接する部分の占有面積は相対的に大きい。押圧部分４０ｂは、低感度メサ型ゲージ１２，１６の中央付近の頂面に選択的に接しており、押圧部分４０ｂと低感度メサ型ゲージ１２，１６の接触面積が相対的に小さい。低感度メサ型ゲージ１２，１６の頂面の全面積に占める押圧部分４０ｂと接する部分の占有面積は相対的に小さい。このように、変形例の力検知装置では、押圧部分４０ｂが接する面積を高感度メサ型ゲージ１４，１８と低感度メサ型ゲージ１２，１６の間で異なっている。このため、力伝達ブロックに加わる容器内圧は、高感度メサ型ゲージ１４，１８に効率的に伝達される。これにより、この変形例の力検知装置では、センサ感度が向上する。

【0037】

ここで、変形例の力検知装置の他の特徴を説明するために、比較例の力検知装置を説明する。図６に示される比較例の力検知装置では、力伝達ブロックの押圧部分４０ｂが、一対の高感度メサ型ゲージ１４，１８にのみ接する。このような構成を採用すると、力伝達ブロックに加わる容器内圧は、高感度メサ型ゲージ１４，１８に効率的に伝達される。

【0038】

ところが、図７に示されるように、力伝達ブロック４に容器内圧が加わったときに、メサ型ゲージで囲まれる領域の中心点が凸の頂部となるように半導体基板２側に向けて撓む。このような力伝達ブロック４の撓みにより、高感度メサ型ゲージ１４，１８が内側に向けて片変形し、圧縮応力と電気抵抗値の間の直線性が悪化する。

【0039】

図５に示される変形例の力検知装置では、力伝達ブロックの押圧部分４０ｂが、低感度メサ型ゲージ１２，１６の頂面の一部にも接する。これにより、力伝達ブロックの撓みが抑えられ、高感度メサ型ゲージ１４，１８の片変形が抑えられる。したがって、この変形例の力検知装置では、圧縮応力と電気抵抗値の間の直線性が良好である。このように、この変形例の力検知装置では、センサ感度と直線性を両立することができる。

【0040】

図８に示される変形例の力検知装置では、力伝達ブロックの押圧部分４０ｂが、低感度メサ型ゲージ１２，１６の長手方向に沿って互いに離間して形成された複数の複数部分４０ｃを有する。複数部分４０ｃの各々は、低感度メサ型ゲージ１２，１６の頂面に接する。複数部分４０ｃは、低感度メサ型ゲージ１２，１６の長手方向に沿って等間隔に配置されている。この変形例の力検知装置では、力伝達ブロック４の撓みが抑えられ、圧縮応力と電気抵抗値の間の直線性が改善される。

【0041】

次に、図９及び図１０の変形例の力検知装置を説明する。これらの変形例の力検知装置の特徴を理解するために、図９及び図１０に示されるように、低感度メサ型ゲージ１２，１６を長手方向に沿って３つの領域に区画して説明する（図示明瞭化のために、第１低感度メサ型ゲージ１２に対応する領域のみを図示するが、第２低感度メサ型ゲージ１６も同様である）。低感度メサ型ゲージ１２，１６は、中央領域１２Ａと一対の周辺領域１２Ｂを有する。中央領域１２Ａは、長手方向に沿って中央付近を伸びている。一対の周辺領域１２Ｂの各々は、メサ型ゲージの接続部１３，１５，１７，１９から長手方向に沿って中央領域１２Ａまで伸びている。中央領域１２Ａと一対の周辺領域１２Ｂの各々の長手方向の長さは同一である。即ち、低感度メサ型ゲージ１２，１６を長手方向に沿って３等分したときに、中央付近に配置されるのが中央領域１２Ａであり、周辺付近に配置されるのが周辺領域１２Ｂである。

【0042】

図９に示される変形例の力検知装置では、中央領域１２Ａと周辺領域１２Ｂを対比すると、中央領域１２Ａの頂面と複数部分４０ｃの接する面積が、一方の周辺領域１２Ｂの頂面と複数部分４０ｃの接する面積よりも大きい。換言すれば、中央領域１２Ａの頂面の全面積に占める複数部分４０ｃと接する部分の占有面積が、一方の周辺領域１２Ｂの頂面の全面積に占める複数部分４０ｃと接する部分の占有面積よりも大きい。前記したように、力伝達ブロックは、容器内圧が加わったときに、力伝達ブロックの中心点が凸の頂部となるように撓む。低感度メサ型ゲージ１２，１６の中央領域１２Ａは、その中心点に近いので、この部分で力伝達ブロックと広い面積で接することにより、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができる。即ち、力伝達ブロックと低感度メサ型ゲージ１２，１６の接触面積の増加を抑えながら、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができる。これにより、この変形例の力検知装置は、センサ感度と直線性を両立することができる。なお、要求される特性に応じて、周辺領域１２Ｂに対応する複数部分４０ｃを形成しなくてもよい。このような例は、図５に示される変形例の力検知装置に対応する。したがって、図５に示される変形例の力検知装置も、力伝達ブロックと低感度メサ型ゲージ１２，１６の接触面積の増加を抑えながら、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができるので、センサ感度と直線性を両立することができる。

【0043】

図１０に示される変形例の力検知装置では、中央領域１２Ａと周辺領域１２Ｂを対比すると、中央領域４０ｃに対応して配置される複数部分４０ｃは、周辺領域１２Ｂに対応して配置される複数部分４０ｃに比べて、間隔がより密に形成されている。この変形例の力検知装置でも、中央領域１２Ａの頂面の全面積に占める複数部分４０ｃと接する部分の占有面積が、一方の周辺領域１２Ｂの頂面の全面積に占める複数部分４０ｃと接する部分の占有面積よりも大きい関係が得られる。このため、この変形例の力検知装置でも、力伝達ブロックの撓みを効果的に抑えることができ、感度と直線性を両立することができる。

【0044】

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。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。

【符号の説明】

【0045】

１：力検知装置、 ２：半導体基板、 ４：力伝達ブロック、 １２，１６：低感度メサ型ゲージ、 １４，１８：高感度メサ型ゲージ、 ２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ：メサ型リード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】