特許 7267359 ひずみゲージおよびひずみ測定アセンブリ

(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】

(24)【登録日】2023-04-21

(45)【発行日】2023-05-01

(54)【発明の名称】ひずみゲージおよびひずみ測定アセンブリ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20230424BHJP

   G01L 1/18 20060101ALI20230424BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

G01L1/18 A

【請求項の数】 11

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021140802

(22)【出願日】2021-08-31

(65)【公開番号】P2022042992

(43)【公開日】2022-03-15

【審査請求日】2021-10-14

(31)【優先権主張番号】17/011352

(32)【優先日】2020-09-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】510225465

【氏名又は名称】メジャメント スペシャリティーズ， インコーポレイテッド

(73)【特許権者】

【識別番号】503473149

【氏名又は名称】タイコ エレクトロニクス アンプ コリア カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｔｙｃｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＡＭＰ Ｋｏｒｅａ Ｃｏ．，Ｌｔｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100100077

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 充

(74)【代理人】

【識別番号】100136010

【弁理士】

【氏名又は名称】堀川 美夕紀

(74)【代理人】

【識別番号】100130030

【弁理士】

【氏名又は名称】大竹 夕香子

(74)【代理人】

【識別番号】100203046

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 聖子

(72)【発明者】

【氏名】ジェームス ホフマン

(72)【発明者】

【氏名】デビット エリック ワグナー

(72)【発明者】

【氏名】ヨン ドク キム

【審査官】神谷 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－０７２８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１６０６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１６２０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１６２３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００２７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３２４５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／００６８４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０５６６７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０２１４２０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０５－２０６４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１１０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４６５８２７９（ＵＳ，Ａ）

【文献】俵木 紀明 Noriaki Tawaragi，高温用シリコン圧力センサ High-Temperature Silicon Pressure Sensor，横河技報 Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．４ Yokogawa Technical Report，日本，横河電機株式会社 Yokogawa Electric Corporation，1992年10月20日，第36巻，153-156

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ７／００－７／３４

Ｇ０１Ｂ ７／１６

Ｇ０１Ｌ １／１８

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ドープシリコン材料から形成された抵抗器（２５０）と、
導電性シールド（２６０）と、
前記抵抗器（２５０）と前記導電性シールド（２６０）との間に配置され、前記抵抗器（２５０）を前記導電性シールド（２６０）から電気的に絶縁している絶縁要素（２７０）と
を備え、
前記抵抗器（２５０）および前記絶縁要素（２７０）は、単一のシリコン基板（２４０）内に形成されており、
前記抵抗器（２５０）は、前記シリコン基板（２４０）のｐ型ドープ部（２４２）であり、前記絶縁要素（２７０）は、前記シリコン基板（２４０）のｎ型ドープ部（２４４）であり、前記ｐ型ドープ部（２４２）とのｐ－ｎ接合（２４６）を形成しているひずみゲージ（２００）。

【請求項2】

前記導電性シールド（２６０）は、前記単一のシリコン基板（２４０）内に形成され、前記導電性シールド（２６０）は、前記シリコン基板（２４０）のｎ＋型高濃度ドープ部（２４８）である、請求項１に記載のひずみゲージ（２００）。

【請求項3】

前記導電性シールド（２６０）は金属層（２６６）であり、前記導電性シールド（２６０）上に前記シリコン基板（２４０）が配置されている、請求項１に記載のひずみゲージ（２００）。

【請求項4】

前記絶縁要素（２７０）は、前記抵抗器（２５０）の下面（２５６）および複数の側面（２５８）を取り囲んでいる、請求項１に記載のひずみゲージ（２００）。

【請求項5】

前記単一のシリコン基板（２４０）内に形成されたガードリング（２８０）をさらに備え、前記ガードリング（２８０）は、前記シリコン基板（２４０）のｎ＋型高濃度ドープ部（２４９）であり、高さ方向に沿って前記抵抗器（２５０）と同じ高さに配置され、前記高さ方向に直交する横方向に前記抵抗器（２５０）の前記側面（２５８）から隔置されている、請求項４に記載のひずみゲージ（２００）。

【請求項6】

ドープシリコン材料から形成された抵抗器（２５０）と、
導電性シールド（２６０）と、
前記抵抗器（２５０）と前記導電性シールド（２６０）との間に配置され、前記抵抗器（２５０）を前記導電性シールド（２６０）から電気的に絶縁している絶縁要素（２７０）と
を備え、
前記抵抗器（２５０）は、前記絶縁要素（２７０）の上面に配置され、
前記導電性シールド（２６０）は、前記絶縁要素（２７０）の前記上面とは反対に位置する前記絶縁要素（２７０）の下面に配置され、
前記抵抗器（２５０）はｐ型ドープシリコン層（２５２）であり、前記絶縁要素（２７０）は酸化物であり、前記絶縁要素（２７０）上に前記ｐ型ドープシリコン層（２５２）が配置されており、
前記導電性シールド（２６０）はｎ＋型高濃度ドープシリコン基板（２６４）または金属層（２６６）であり、前記導電性シールド（２６０）上に前記酸化物が配置されているひずみゲージ（２００）。

【請求項7】

前記絶縁要素（２７０）は、前記抵抗器（２５０）の下面（２５６）に配置された第１の絶縁要素（２７２）と、前記下面（２５６）とは反対に位置する前記抵抗器（２５０）の上面（２５４）に配置された第２の絶縁要素（２７６）とを含む、請求項１に記載のひずみゲージ（２００）。

【請求項8】

前記導電性シールド（２６０）は、前記第１の絶縁要素（２７２）のうち前記抵抗器（２５０）とは反対の側に配置された第１の導電性シールド（２６２）と、前記第２の絶縁要素（２７６）のうち前記抵抗器（２５０）とは反対の側に配置された第２の導電性シールド（２６８）とを含む、請求項７に記載のひずみゲージ（２００）。

【請求項9】

前記抵抗器（２５０）に電気的に接続され、前記第２の絶縁要素（２７６）を通って延びているコンタクトパッド（２２０）をさらに備える、請求項７に記載のひずみゲージ（２００）。

【請求項10】

前記第２の導電性シールド（２６８）を覆うように位置決めされたパシベーション層（２９０）をさらに備える、請求項８に記載のひずみゲージ（２００）。

【請求項11】

力応答部材（１００）と、
請求項１～１０のいずれか一項に記載のひずみゲージ（２００）と、
前記ひずみゲージ（２００）を前記力応答部材（１００）に取り付けている取付け材（３００）と
を備えるひずみ測定アセンブリ（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ひずみゲージに関し、より詳細には、ピエゾ抵抗器を含むひずみゲージに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体シリコンのひずみゲージは、ピエゾ抵抗効果で動作し、機械的ひずみが印加されると抵抗率を変化させる。ひずみゲージをまたぐ電圧を測定して、半導体シリコンのひずみゲージが取り付けられた物体のひずみを判定する。

【0003】

しかし、半導体シリコンのひずみゲージは、外部場および可動イオンによる影響を受ける。可動イオンは、ひずみゲージが作製されるとき、またはゲージが設置されるときに生成され、ひずみゲージの使用前には、概して無秩序に分布している。ひずみゲージが使用されると、可動イオンは電圧電位の逆の方向に集まり、そのイオン移動は、バイアス電圧および高温または高湿を伴う応用例によって加速される。可動イオンの集中した集まりは、漏れ電流路を形成し、特に高電位の領域でひずみゲージの抵抗を変化させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

外部場の電荷が変動すると、ひずみゲージの抵抗も変動する可能性がある。外部場または可動イオンによって引き起こされるひずみゲージの抵抗の変化は、ドリフト、不安定性、および他の形態の誤ったひずみ測定を招く可能性がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

ひずみゲージは、ドープシリコン材料から形成された抵抗器と、導電性シールドと、抵抗器と導電性シールドとの間に配置された絶縁要素とを含む。絶縁要素は、抵抗器を導電性シールドから電気的に絶縁している。

【0006】

本発明について、添付の図を参照して例として次に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態によるひずみ測定アセンブリの概略側面図である。

【図2】ハーフブリッジとして形成された一実施形態によるひずみゲージの上面図である。

【図3】図２のひずみゲージの概略断面図である。

【図4】図３に直交する方向に沿って切り取った図２のひずみゲージの概略断面図である。

【図5】別の実施形態によるひずみゲージの概略断面図である。

【図6】フルブリッジとして形成された一実施形態によるひずみゲージの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の例示的な実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。添付の図面では、同様の参照番号が同様の要素を指す。しかし、本開示は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、これらの実施形態は、本開示が本開示の概念を当業者に伝えるために提供される。加えて、以下の詳細な説明では、説明の目的で、開示する実施形態の徹底的な理解を提供するために、多数の特有の詳細について記載する。しかし、これらの特有の詳細がなくても、１つまたは複数の実施形態を実施することができることが明らかである。

【0009】

図１に示すように、一実施形態によるひずみ測定アセンブリ１０は、力応答部材１００と、ひずみゲージ２００と、ひずみゲージ２００を力応答部材１００に取り付ける取付け材３００とを備える。力応答部材１００のひずみが、印加された力の結果として、ひずみゲージ２００によって測定および出力される。

【0010】

図１に示すように、力応答部材１００は、長手方向Ｌに沿って延びる。以下でより詳細に説明するように、力応答部材１００はたわみ材料から作製されており、たわみ材料のたわみが、ひずみゲージ２００によって測定される。一実施形態では、力応答部材１００のたわみ材料は、ステンレス鋼などの金属とすることができる。他の実施形態では、たわみ材料は、力が印加されると曲がる、本明細書に記載するひずみゲージ２００に取り付けることが可能な任意の材料とすることができる。

【0011】

図１に示すように、取付け材３００は、長手方向Ｌに直交する高さ方向Ｈにおいて、力応答部材１００とひずみゲージ２００との間に位置決めされる。取付け材３００は、力応答部材１００とひずみゲージ２００との間に加えられる液体状態と、ひずみゲージ２００を力応答部材１００に固定するために取付け材３００が硬化させられた硬化状態とを有する。様々な実施形態では、取付け材３００は、ガラス、エポキシ、またはポリマー材料とすることができる。他の実施形態では、取付け材３００は、ひずみゲージ２００を力応答部材１００に取り付け、力応答部材１００のひずみをひずみゲージ２００へ伝達することが可能な任意の材料とすることができる。

【0012】

図１および図２に示す実施形態では、ひずみゲージ２００は、ハーフホイートストンブリッジ２１０（本明細書では「ハーフブリッジ」とも呼ぶ）として形成される。ハーフブリッジ２１０は、１対の抵抗部２１２と、複数のコンタクトパッド２２０とを有する。抵抗部２１２のうちの一方が、コンタクトパッド２２０のうちの第１のコンタクトパッド２２２と、コンタクトパッド２２０のうちの第２のコンタクトパッド２２４との間に延びる。抵抗部２１２のうちの他方が、第２のコンタクトパッド２２４と第３のコンタクトパッド２２６との間に延びる。複数の中間コンタクトパッド２２８が、抵抗部２１２の各々に位置決めされる。

【0013】

コンタクトパッド２２０の各々は、導電性材料から形成される。一実施形態では、コンタクトパッド２２０の各々は、アルミニウムまたは金合金などの金属材料から形成される。他の実施形態では、コンタクトパッド２２０は、任意の他のワイヤボンディング可能な導電性材料から形成することができる。

【0014】

一実施形態によるひずみゲージ２００の接合絶縁された（ジャンクション絶縁された、junction isolated）積層構造が、図３および図４に示されている。図３に示すこの実施形態の積層構造は、図２の線３－３に沿った断面から例示的に得たものであるが、長手方向Ｌに沿って２つのコンタクトパッド２２０間に延びるひずみゲージ２００のすべての部分に等しく当てはまる。図４に示すこの実施形態の積層構造は、図２の線４－４に沿った断面から例示的に得たものであるが、ひずみゲージ２００のすべての類似の部分に等しく当てはまる。

【0015】

図３および図４に示す実施形態では、ひずみゲージ２００は、シリコン基板２４０と、シリコン基板２４０内に配置された抵抗器２５０と、導電性シールド２６０と、抵抗器２５０と導電性シールド２６０との間に配置され、抵抗器２５０を導電性シールド２６０から電気的に絶縁する絶縁要素２７０と、シリコン基板２４０内に配置されたガードリング２８０と、パシベーション層２９０とを含む。

【0016】

一実施形態では、シリコン基板２４０は、ｎ型ドープシリコン材料を形成するようにドープされた単結晶シリコンから形成される。ｎ型ドープは、シリコン基板２４０の単結晶シリコンをリンでドープすることによって形成される。他の実施形態では、ｎ型ドープは、ヒ素、アンチモン、ビスマス、リチウム、またはシリコン構造のｎ型ドープに使用される任意の他の元素でドープすることによって形成することができる。ｎ型ドープは、イオン注入、エピタキシャル成長、またはこれらの任意の組合せによって実行することができる。

【0017】

図３に示す実施形態では、抵抗器２５０は、シリコン基板２４０のシリコン材料の一部分をドープすることによって形成される。図３に示す実施形態では、抵抗器２５０は、シリコン基板２４０のｐ型ドープ部２４２によって形成される。ｐ型ドープ部２４２は、シリコン基板２４０をホウ素でドープすることによって形成される。他の実施形態では、ｐ型ドープは、ガリウム、インジウム、アルミニウム、またはシリコン構造のｐ型ドープに使用される任意の他の元素でドープすることによって形成することができる。ｐ型ドープは、イオン注入および／または拡散によって実行することができる。

【0018】

図３に示すように、抵抗器２５０は、上面２５４と、高さ方向Ｈに上面２５４とは反対に位置する下面２５６とを有する。抵抗器２５０は、長手方向Ｌに互いに反対に位置しかつ横方向Ｔに互いに反対に位置する複数の側面２５８を有し、複数の側面２５８は、高さ方向Ｈに延び、下面２５６および上面２５４を接続する。図４に示す横方向Ｔは、長手方向Ｌおよび高さ方向Ｈの両方に直交している。

【0019】

図３に示すように、導電性シールド２６０は、第１の導電性シールド２６２および第２の導電性シールド２６８を含む。一実施形態では、第１の導電性シールド２６２は、シリコン基板２４０をさらにｎ型ドープして第１のｎ＋型高濃度ドープ部２４８を形成することによって形成される。別の実施形態では、第１の導電性シールド２６２は、シリコン基板２４０とは別個の金属層２６６から形成される。金属層２６６は、アルミニウム、チタン、タングステン、クロム、ポリシリコン、または高導電性の任意の他の金属性材料から形成することができる。第２の導電性シールド２６８は、シリコン基板２４０とは別個の要素であり、別個のｎ＋型高濃度ドープシリコン基板、金属層２６６に類似の金属層、または任意の他の導電性材料として形成することができる。

【0020】

図３に示すように、絶縁要素２７０は、第１の絶縁要素２７２および第２の絶縁要素２７６を含む。図３に示す実施形態では、第１の絶縁要素２７２は、ｐ型ドープ部２４２を形成した後に残り、一実施形態では第１のｎ＋型高濃度ドープ部２４８を形成した後に残る、シリコン基板２４０のｎ型ドープ部２４４によって形成される。シリコン基板２４０のｎ型およびｐ型ドープは、抵抗器２５０のｐ型ドープ部２４２と、第１の絶縁要素２７２を形成するｎ型ドープ部２４４との間の境界に、ｐ－ｎ接合２４６を形成する。ｎ型ドープ部２４４は、印加されたバイアス電圧を受けて第１の絶縁要素２７２として作用する。

【0021】

図３に示すように、少なくとも抵抗器２５０および第１の絶縁要素２７２、ならびに一実施形態では第１の導電性シールド２６２も、単一のシリコン基板２４０内に形成される。第１の絶縁要素２７２は、抵抗器２５０の下面２５６および複数の側面２５８を取り囲む。第１の絶縁要素２７２は、高さ方向Ｈに抵抗器２５０と第１の導電性シールド２６２との間に位置決めされ、第１の導電性シールド２６２が第１のｎ＋型高濃度ドープ部２４８から形成されるか、それとも金属層２６６から形成されるかにかかわらず、第１の絶縁要素２７２は、抵抗器２５０を第１の導電性シールド２６２から電気的に絶縁する。各実施形態において、第１の導電性シールド２６２は、第１の絶縁要素２７２のうち抵抗器２５０とは反対の側に配置される。第１の導電性シールド２６２が金属層２６６から形成される実施形態では、シリコン基板２４０は、金属層２６６上に位置決めされる。

【0022】

図３に示すように、第２の絶縁要素２７６は、シリコン基板２４０とは別個の要素であり、誘電体材料から形成される。一実施形態では、第２の絶縁要素２７６は、二酸化ケイ素などの酸化物または窒化ケイ素から形成される。他の実施形態では、第２の絶縁要素２７６は、本明細書に記載する隣接材料に適合している任意の誘電体材料から形成することができる。

【0023】

図３に示すように、第２の絶縁要素２７６は、抵抗器２５０の上面２５４に位置決めされる。図３の実施形態では、第２の絶縁要素２７６は、シリコン基板２４０の上面全体に位置決めされ、シリコン基板２４０の上面全体にわたって延びる。第２の導電性シールド２６８は、第２の絶縁要素２７６のうちシリコン基板２４０および抵抗器２５０とは反対の側で、第２の絶縁要素２７６に位置決めされる。第２の絶縁要素２７６は、高さ方向Ｈに抵抗器２５０と第２の導電性シールド２６８との間に位置決めされ、抵抗器２５０を第２の導電性シールド２６８から電気的に絶縁する。

【0024】

図３に示すように、コンタクトパッド２２０は、第２の絶縁要素２７６のうちシリコン基板２４０および抵抗器２５０とは反対の側で、第２の絶縁要素２７６に位置決めされる。コンタクトパッド２２０は、第２の絶縁要素２７６を通って延び、抵抗器２５０に接触し、抵抗器２５０との電気的接続を形成する。コンタクトパッド２２０は、第２の導電性シールド２６８から電気的に絶縁される。

【0025】

図３に示すように、パシベーション層２９０は、第２の導電性シールド２６８および第２の絶縁要素２７６の一部分を覆うように位置決めされる。パシベーション層２９０は、コンタクトパッド２２０の各々に窓２９２を有し、パシベーション層２９０は、窓２９２を介してコンタクトパッド２２０に開いている。一実施形態では、窓２９２を介して、コンタクトパッド２２０へのワイヤボンディングが実行される。パシベーション層２９０は、第２の導電性シールド２６８の損傷および／または腐食を防止する非導電性材料から形成される。一実施形態では、パシベーション層２９０は窒化ケイ素である。他の実施形態では、パシベーション層２９０は、ポリアミドなどのポリマー、ＰＥＣＶＤ窒化物、または任意の他のタイプの酸化物とすることができる。

【0026】

ひずみゲージ２００の接合絶縁された積層構造が、図４に高さ方向Ｈおよび横方向Ｔに沿った断面で示されている。したがって、図４に示す断面は、図３に示す同じ実施形態の断面に直交して切り取ったものである。

【0027】

図４に示すように、ガードリング２８０は、シリコン基板２４０をさらにｎ型ドープして複数の第２のｎ＋型高濃度ドープ部２４９を形成することによって形成される。第２のｎ＋型高濃度ドープ部２４９は、シリコン基板２４０の上面において第２の絶縁要素２７６から、高さ方向Ｈに沿って第１の導電性シールド２６２へ延び、第２のｎ＋型高濃度ドープ部２４９の各々の一部分が、高さ方向Ｈに沿って抵抗器２５０と同じ高さに配置される。ガードリング２８０の第２のｎ＋型高濃度ドープ部２４９は、横方向Ｔに抵抗器２５０の側面２５８から隔置される。ｎ型ドープ部２４４として形成される第１の絶縁要素２７２は、横方向Ｔに第２のｎ＋型高濃度ドープ部２４９と抵抗器２５０との間に位置決めされる。第１の導電性シールド２６２が第１のｎ＋型高濃度ドープ部２４８である実施形態では、第２のｎ＋型高濃度ドープ部２４９は、同様に形成された第１のｎ＋型高濃度ドープ部２４８に接続することができる。

【0028】

別の実施形態によるひずみゲージ２００’のシリコンオンインシュレータ積層構造が、図５に示されている。この実施形態の積層構造は、図３に示す実施形態と同様に、図２の線５－５に沿った断面から例示的に得たものであるが、２つのコンタクトパッド２２０間に延びるひずみゲージ２００’のすべての部分に等しく当てはまる。同様の参照番号が同様の要素を参照しており、本明細書では、主に図３および図４に示す実施形態に関する違いについて詳細に説明する。

【0029】

図５に示す実施形態では、ひずみゲージ２００’は、複数のドープ部を有するひずみゲージ２００のシリコン基板２４０を含まない。代わりに抵抗器２５０は、個々のシリコン層をｐ型ドープすることによって形成される。乾式エッチングまたは湿式エッチングを使用して個々のシリコン層をエッチングし、ドープ領域の周りからシリコンを除去して、ｐ型ドープシリコン層２５２を形成する。ｐ型ドープシリコン層２５２として形成された抵抗器２５０は、上面２５４と、高さ方向Ｈに上面２５４とは反対に位置する下面２５６とを有する。

【0030】

図５に示すひずみゲージ２００’において、第１の導電性シールド２６２は、抵抗器２５０の層とは別個の個々のシリコン基板を高度にｎドープすることによって形成される。乾式エッチングまたは湿式エッチングを使用して個々のシリコン層をエッチングし、ドープ領域の周りからシリコンを除去して、ｎ＋型高濃度ドープシリコン基板２６４を形成する。別の実施形態では、第１の導電性シールド２６２は、図３および図４に示す実施形態と同様に、金属層２６６から形成することができる。第２の導電性シールド２６８は、別個の要素であり、別個のｎ＋型高濃度ドープシリコン基板、金属層２６６に類似の金属層、または任意の他の導電性材料として形成することができる。

【0031】

図５に示すひずみゲージ２００’において、第１の絶縁要素２７２および第２の絶縁要素２７６は各々、誘電体材料からの個々の別個の要素として形成される。一実施形態では、第１の絶縁要素２７２および第２の絶縁要素２７６は各々、二酸化ケイ素などの酸化物または窒化ケイ素から形成される。他の実施形態では、第１の絶縁要素２７２および第２の絶縁要素２７６は各々、本明細書に記載する隣接材料に適合している任意の誘電体材料から形成することができる。

【0032】

図５に示すように、ひずみゲージ２００’において、シリコンオンインシュレータ積層構造の層の各々は、別個の層として形成される。抵抗器２５０の下面２５６は、第１の絶縁要素２７２上に位置決めされ、第１の絶縁要素２７２は、第１の導電性シールド２６２上に第１の導電性シールド２６２を覆うように位置決めされる。第１の絶縁要素２７２は、高さ方向Ｈに抵抗器２５０と第１の導電性シールド２６２との間に位置決めされ、第１の導電性シールド２６２がｎ＋型高濃度ドープシリコン基板２６４として形成されるか、それとも金属層２６６として形成されるかにかかわらず、第１の絶縁要素２７２は、抵抗器２５０を第１の導電性シールド２６２から電気的に絶縁する。

【0033】

図５に示すように、第２の絶縁要素２７６は、抵抗器２５０の上面２５４上に位置決めされ、第２の導電性シールド２６８は、第２の絶縁要素２７６のうち抵抗器２５０とは反対の側で、第２の絶縁要素２７６上に位置決めされる。第２の絶縁要素２７６は、高さ方向Ｈに抵抗器２５０と第２の導電性シールド２６８との間に位置決めされ、抵抗器２５０を第２の導電性シールド２６８から電気的に絶縁する。

【0034】

図５に示すように、コンタクトパッド２２０は、第２の絶縁要素２７６のうち抵抗器２５０とは反対の側で、第２の絶縁要素２７６に位置決めされる。コンタクトパッド２２０は、第２の絶縁要素２７６を通って延び、抵抗器２５０に接触し、抵抗器２５０との電気的接続を形成する。コンタクトパッド２２０は、第２の導電性シールド２６８から電気的に絶縁される。

【0035】

図５に示すように、パシベーション層２９０は、第２の導電性シールド２６８、第２の絶縁要素２７６の一部分、ｐ型ドープシリコン層２５２の一部分、および第１の絶縁要素２７２の一部分を覆うように位置決めされる。パシベーション層２９０は、コンタクトパッド２２０の各々に窓２９２を有し、パシベーション層２９０は、窓２９２を介してコンタクトパッド２２０に開いている。

【0036】

図６に示す別の実施形態では、図３および図４に示すひずみゲージ２００または図５に示すひずみゲージ２００’を同様に使用して、フルホイートストンブリッジ２３０（本明細書では「フルブリッジ」とも呼ぶ）を形成することができる。フルブリッジ２３０は、４つの抵抗部２３２と、複数のコンタクトパッド２２０とを有する。抵抗部２３２のうちの１つが、第１のコンタクトパッド２２２、第２のコンタクトパッド２２４、第３のコンタクトパッド２２６、および第４のコンタクトパッド２２８の各対の間に延びる。図３～図５に示す実施形態の部分は、図６にも示されており、抵抗部２３２の各々に当てはまる。

【0037】

図１に示すように、ひずみ測定アセンブリ１０で使用されるひずみゲージ２００をハーフブリッジ２１０として実施することもできる。別の実施形態では、ハーフブリッジ２１０を上述したひずみゲージ２００’として形成することもできる。別の実施形態では、ひずみ測定アセンブリ１０は、ハーフブリッジ２１０の代わりに、ひずみゲージ２００またはひずみゲージ２００’の積層構造を有するフルブリッジ２３０を使用することもできる。

【0038】

図１および図２に示すハーフブリッジ２１０としてひずみ測定アセンブリ１０を使用するとき、第１のコンタクトパッド２２２が電圧源の第１の端子に接続され、第３のコンタクトパッド２２６が電圧源の第２の端子に接続される。たとえば５Ｖの電圧が、第１のコンタクトパッド２２２および第３のコンタクトパッド２２６をまたいで印加される。図６に示すフルブリッジ２３０の場合、第１のコンタクトパッド２２２が第１の端子に接続され、第３のコンタクトパッド２２６も同様に第２の端子に接続される。

【0039】

力が印加されると、力応答部材１００が曲がり、力応答部材１００に機械的ひずみを引き起こす。機械的ひずみは、取付け材３００を介してひずみゲージ２００へ伝達される。ｐ型ドープ部２４２またはｐ型ドープシリコン層２５２によって形成されるひずみゲージ２００、２００’の抵抗器２５０はピエゾ抵抗器であり、機械的ひずみが印加されると電気抵抗が変化する。ハーフブリッジ２１０内の力応答部材１００のひずみを判定するには、第３のコンタクトパッド２２６にかかる電圧が感知される。ハーフブリッジ２１０内の中間コンタクトパッド２２８は、ひずみゲージ２２０のうち横方向Ｔに延びる部分を短絡させ、その結果、ひずみゲージ２２０のうち長手方向軸Ｌに沿って延びる部分によって、ひずみが測定される。フルブリッジ２３０内の力応答部材１００のひずみを判定するには、第３のコンタクトパッド２２６および第４のコンタクトパッド２２９にかかる電圧が感知される。

【0040】

導電性シールド２６０は、ひずみゲージ２００、２００’を外部場の作用から保護し、可動イオンをひずみゲージ２００、２００’から離しておく。第１の導電性シールド２６２は、高さ方向Ｈにひずみゲージ２００、２００’の頂面を外部場の作用および可動イオンから保護し、第２の導電性シールド２６８は、高さ方向Ｈにひずみゲージ２００、２００’の底面を外部場の作用および可動イオンから保護する。可動イオンは、抵抗器２５０にわたって等しく引き付けられ、外部場は、導電性シールド２６０によって抵抗器２５０に到達しない。一実施形態では、ガードリング２８０が、さらなる保護を提供し、抵抗器２５０を実質上封入する。導電性シールド２６０、および任意選択のガードリング２８０は、ひずみゲージ２００、２００’によって測定されるひずみの安定性および信頼性を増大させる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】