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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Bereich
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor, der einen Halbleitersensorchip
zum Umwandeln einer Dehnung einer Membran, die einen darauf ausgeübten Druck
erfasst, in ein elektrisches Signal aufweist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein
bekanntes Beispiel für
herkömmliche Drucksensoren
dieser Art ist in 11 gezeigt. 11 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Drucksensors, der zum Erfassen eines
hohen Kraftstoffdruckes in einem Kraftstoffeinspritzsystem (beispielsweise
in einem Common-Rail-Einspritzsystem) eines Kraftfahrzeugs verwendet
wird. Ein Metallstamm 10, der eine Membran 11 zum
Erfassen eines darauf ausgeübten
Drucks aufweist, ist in einem Gehäuse 30 enthalten.
Der Metallstamm 10 ist an dem Gehäuse 30 mittels eines
Anbringungsblocks 20 befestigt, und die Membran 11 wird
durch einen Druck, der durch eine Druckeinleitungspassage 32 eingeleitet wird,
verzerrt.
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12 zeigt
schematisch die Umgebung der Membran 11 der 11 in
vergrößerter Darstellung. Ein
Halbleitersensorchip J40 ist an einer vorderen Fläche der
Membran 11 über
einen Isolierfilm 50 aus Glas, das einen niedrigen Schmelzpunkt
aufweist, beispielsweise Siliziumoxid, angebracht. Ein Dehnungsmesser
J41, der auf dem Sensorchip J40 ausgebildet ist, wandelt die Membranverzerrung,
die von einem darauf ausgeübten
Druck verursacht wird, in ein elektrisches Signal um. Der Dehnungsmesser J41
besteht aus einem Bereich vom P-Typ, der auf der vorderen Fläche eines
Siliziumsubstrats vom N-Typ ausgebildet ist.
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Wie
es in 11 gezeigt ist, ist ein Schaltungssubstrat 60 um
den Sensorchip J40 angeordnet, und der Sensorchip J40 ist mit dem
Schaltungssubstrat 60 mittels Verbindungsdrähte 64 elektrisch verbunden.
Das Schaltungssubstrat 60 ist durch einen Stift 66 mit
Anschlüssen 72 elektrisch
verbunden. In diesem Drucksensor wird die Membran 11 durch
den Druck, der durch die Druckeinleitungspassage 32 eingeleitet
wird, verzerrt. Die Membranverzerrung wird durch den Dehnungsmesser
J41, der auf dem Sensorchip J40 ausgebildet ist, in ein elektrisches
Signal umgewandelt. Das elektrische Signal wird einer äußeren Schaltung
wie zum Beispiel einer elektronischen Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs durch
die Verbindungsdrähte 64,
das Schaltungssubstrat 60, den Stift 66 und die
Anschlüsse 72 zugeführt.
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Da
der Sensorchip J40 auf der vorderen Fläche der Membran 11 des
Metallstammes 10 mittels des Isolierfilms 50 befestigt
ist, wie es in 12 gezeigt ist, wird eine parasitäre Kapazität Cp zwischen dem
Metallstamm 10 und dem Sensorchip J40 ausgebildet. In der
parasitären
Kapazität
Cp dienen sowohl der Metallstamm 10 als auch der Sensorchip J40
als Elektroden, und der Isolierfilm 50 dient als eine dielektrische
Schicht.
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Die
parasitäre
Kapazität
Cp verursacht das folgende Problem, wenn der Drucksensor in einer
Atmosphäre
mit hohem elektromagnetischen Rauschen verwendet wird. Derartiges
elektromagnetisches Rauschen wird beispielsweise durch drahtlose Kommunikationsvorrichtungen
erzeugt. Ein elektrischer Strom, der durch elektromagnetisches Rauschen
(beispielsweise 1 MHz bis 1.000 MHz; mehrere Volt bis 200 Volt/m)
verursacht wird, wird vom Gehäuse 30 zum
Dehnungsmesser J41 durch den Metallstamm 10, die parasitäre Kapazität Cp und
den Sensorchip J40 übertragen.
Dieser Rauschstrom wird einem Ausgangssignal des Dehnungsmessers J41
hinzugefügt
und durch eine Signalprozessorschaltung verstärkt, was das Signal/Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis) in
dem Sensorsignal verschlechtert oder eine Fehlfunktion in einem
System, in dem der Drucksensor verwendet wird, verursacht.
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Das
Dokument
JP 10078363 beschreibt
einen Dünnfilmsensor
als Drucksensor, wobei zwei Isolierschichten auf der Oberfläche einer
Metallmembran ausgebildet sind, die einen Metalldehnungskörper darstellt,
der einen Flüssigkeitsdruck
aufnimmt, und wobei ein leitender Dünnfilm zwischen diesen eingeklemmt
ist. Die Isolierschichten und der leitende Dünnfilm sind gemeinsam dicht
angebracht. Eine der Isolierschichten ist nahe an der Oberfläche der
Metallmembran angebracht, wenn die leitende Dünnschicht gegenüber der
Metallmembran elektrisch isoliert ist. Die Masse einer Sensorschaltung
ist mit dem leitenden Dünnfilm
zwischen zwei Isolierschichten auf der Oberfläche der Metallmembran verbunden, um
die Sensorschaltung gegenüber
der Metallmembran 4 elektrostatisch abzuschirmen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf das oben genannte
Problem, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
verbesserten Drucksensor zu schaffen, bei dem der Einfluss von äußerem Rauschen
auf das Sensorsignal eliminiert oder unterdrückt wird.
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Ein
Drucksensor zum Erfassen eines Druckes wie beispielsweise eines
Kraftstoffdruckes in einem Kraftfahrzeugeinspritzsystem enthält einen
Metallstamm, in den der zu erfassende Druck eingeleitet wird, einen
Halbleitersensorchip, der ein elektrisches Signal ausgibt, das den
erfassten Druck repräsentiert,
und eine elektrische Schaltung zum Verarbeiten des Sensorsignals.
Diese Komponenten des Drucksensors sind in einem Gehäuse hermetisch
enthalten. Der Metallstamm weist eine dünne Membran auf, die sich entsprechend
dem Druck, der auf ihrer hinteren Fläche ausgeübt wird, verzerrt. Der Sensorchip ist
auf der vorderen Fläche
der Membran durch eine Isolierschicht angebracht.
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Der
Sensorchip besteht aus einem Siliziumhalbleiterchip, der eine Leitungsschicht
vom P-Typ und eine Leitungsschicht vom N-Typ, die auf der Leitungsschicht
vom P-Typ geschichtet ist, aufweist. Der Sensorchip ist auf der
vorderen Fläche
der Membran derart angebracht, dass die Leitungsschicht vom P-Typ
die Isolierschicht kontaktiert. Ein Leitungsbereich vom P-Typ ist
in der Leitungsschicht vom N-Typ ausgebildet, so dass der Leitungsbereich
vom P-Typ von der Leitungsschicht vom P-Typ elektrisch getrennt
ist. Der Bereich vom P-Typ, der in der Schicht vom N-Typ ausgebildet
ist, bildet einen Dehnungsmesser, dessen Widerstand sich entsprechend
der Verzerrung der Membran ändert.
Das elektrische Signal, das von dem Dehnungs messer ausgegeben wird,
wird durch die elektrischen Schaltungen, die mit dem Dehnungsmesser
verbunden sind, verarbeitet.
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Die
Leitungsschicht vom P-Typ des Sensorchips dient als eine Abschirmungsschicht
zum Unterbinden bzw. Abschneiden von äußerem Rauschen gegenüber dem
Dehnungsmesser. Vorzugsweise sind eine Anschlussfläche zum
Erden der Abschirmungsschicht und eine andere Anschlussfläche zum Erden
des Dehnungsmessers getrennt voneinander vorgesehen, und beide Anschlussflächen werden durch
jeweilige Schaltungen geerdet, die getrennt voneinander ausgebildet
sind. Durch getrenntes Erden der Abschirmungsschicht wird das äußere Rauschen
effektiv unterbrochen, und die Sensorausgänge werden sogar dann frei
von dem äußeren Rauschen
gehalten, wenn das äußere Rauschen
sich in einem Hochfrequenzbereich befindet.
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Die
Positionen der Leitungsschichten vom N-Typ und vom P-Typ in dem
Sensorchip können
umgekehrt sein, so dass die Schicht vom N-Typ eine Basisschicht
wird und die Schicht vom P-Typ auf der Schicht vom N-Typ geschichtet
ist. Der Dehnungsmesser kann aus vier Dehnungsmesselementen bestehen,
die eine Brückenschaltung
bilden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird äußeres Rauschen
effektiv durch die Isolierschicht, die zwischen dem Dehnungsmesser
und dem Metallstamm, von dem das äußere Rauschen übertragen wird,
angeordnet ist, von den Sensorausgängen getrennt.
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Weitere
Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden leichter
anhand der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die
zugehörigen
Zeichnungen deutlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 einen
Querschnitt, der eine Gesamtstruktur eines Drucksensors gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt,
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2 eine
perspektivische Ansicht, die einen Sensorchip und dessen Umgebung,
die durch einen Kreis A in 1 eingekreist
ist, zeigt,
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3 eine
Draufsicht, die den Sensorchip in vergrößerter Darstellung von seiner
vorderen Fläche aus
gesehen zeigt,
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4 einen
Querschnitt, der schematisch den Sensorchip zeigt,
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5 eine
schematische Ansicht, die einen Effekt der Erdung einer parasitären Kapazität zeigt,
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6 eine
schematische Ansicht, die elektrische Verbindungen in einem Sensorchip
und einem Verstärker-IC-Chip
zeigt, wobei eine Abschirmungsschicht und eine Brückenschaltung
getrennt geerdet sind,
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7 eine
schematische Ansicht, die elektrische Verbindungen in einem Sensorchip
und einem Verstärkerchip
zeigt, wobei eine Abschirmungsschicht und eine Brückenschaltung
durch eine gemeinsame Anschlussfläche geerdet sind,
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8 einen
Graphen, der Frequenzcharakteristika von ersten und zweiten Operationsverstärkern zeigt,
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9A einen
Graphen, der die Abweichung eines Sensorausgangs auf Grund äußeren Rauschens
zeigt,
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9B einen
Graphen, der eine Abweichung eines Sensorausgangs auf Grund äußeren Rauschens
zeigt, wobei eine Abschirmungsschicht und eine Brückenschaltung
getrennt geerdet sind,
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10 einen
Querschnitt, der eine modifizierte Form des Sensorchips zeigt,
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11 einen
Querschnitt, der einen herkömmlichen
Drucksensor zeigt, und
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12 eine
schematische Ansicht, die einen Sensorchip zeigt, der in dem in 11 gezeigten
herkömmlichen
Drucksensor verwendet wird.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 9B beschrieben.
Zunächst
wird mit Bezug auf die 1 und 2 eine Gesamtstruktur eines
Drucksensors S1 beschrieben. Der Drucksensor S1 ist beispielsweise
an einer Kraftstoffleitung in einem Kraftstoffeinspritzsystem wie
zum Beispiel einem Common-Rail-System für ein Kraftfahrzeug angebracht
und erfasst einen Druck eines flüssigen Kraftstoffs
oder einer Mischung aus einem flüssigen und
einem gasförmigen
Kraftstoffe in der Kraftstoffleitung.
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Ein
zylindrischer hohler Metallstamm 10 ist an einem Gehäuse 30 mit
einem Anbringungsblock 20 befestigt. Der Metallstamm 10 enthält eine
dünne Membran 11,
die an seinem oberen Ende ausgebildet ist, und eine Öffnung 12,
die an seinem unteren Ende ausgebildet ist. Ein vergrößerter Abschnitt 13 ist
an einer Position nahe bei der Bodenöffnung 12 ausgebildet.
Ein Halbleitersensorchip 40 ist an der vorderen Fläche der
Membran 11 durch eine Isolierschicht 50 angebracht,
die aus Glas oder Ähnlichem
mit niedrigem Schmelzpunkt besteht, wie es in 2 gezeigt ist.
Der Sensorchip 40 erfasst eine Dehnung der Membranverzerrung,
die von einem Druck verursacht wird, der in den Metallstamm 10 eingeleitet wird.
Ein Dehnungsmesser 41 (siehe 3), der
auf dem Halbleiterchip 40 ausgebildet ist, wandelt die Dehnung
der Membran 11 in ein elektrisches Signal um.
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Es
ist notwendig, dass der Metallstamm 10 eine hohe mechanische
Festigkeit aufweist, da er einen sehr hohen Druck aufnimmt, und
einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, da der
Sensorchip 40 aus Silizium mit dem Metallstamm 10 mit
der Isolierschicht 50 aus Glas oder Ähnlichem verbunden ist. Daher
wird als Material für
den Metallstamm 10 beispielsweise ein Material ausgewählt, das
aus Fe, Ni und Co, oder Fe und Ni als Hauptmaterial besteht, zu
dem Ti, Nb und Al, oder Ti und Nb als Additive zum Stärken der
Präzipitation
hinzugefügt
sind. Der Metallstamm 10 kann durch Pressen, maschinelles
Bearbeiten oder Kaltschmieden ausgebildet werden.
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Das
Gehäuse 30,
das ein Umfangsgewinde 31 aufweist, ist direkt an einer
Kraftstoffleitung mittels Verschrauben befestigt. Eine Druckeinleitungspassage 32,
die mit der Öffnung 12 des
Metallstamms 10 kommuniziert, ist in der Mitte des Gehäuses 30 ausgebildet.
Ein Druckmedium wie zum Beispiel Kraftstoff wird in den Metallstamm 10 durch
die Druckeinleitungspassage 32 eingeleitet.
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Der
Anbringungsblock 20 ist zylinderförmig und außerhalb des Metallstamms 10 angeordnet.
Ein männliches
Gewinde 21 ist auf dem äußeren Umfang des
Anbringungsblocks 20 ausgebildet, und ein weibliches Gewinde 33 ist
auf der inneren Bohrung des Gehäuses 30 ausgebildet.
Durch Schrauben des Anbringungsblocks 20 in das Gehäuse 30 wird
ein Abwärtsdruck
auf den Metallstamm 10 über
einen kegelförmigen
Abschnitt ausgeübt,
der an dem vergrößerten Abschnitt 13 des
Metallstamms 10 ausgebildet ist. Die Bodenfläche des
Metallstamms 10 kontaktiert das Gehäuse 30 dicht und ist
fest daran durch den Abwärtsdruck
fixiert. Somit ist die Grenzfläche
K zwischen der Bodenfläche
des Metallstamms 10 und der oberen Fläche des Gehäuses 30 hermetisch
abgedichtet. Die Druckeinleitungspassage 32 und die Öffnung 12 des
Metallstamms 10 sind fest miteinander verbunden, so dass
kein Lecken entlang der Grenzfläche
K stattfindet.
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Der
Metallstamm 10 ist an dem Gehäuse 30 mittels Verschrauben
des Anbringungsblocks 20 befestigt, und ein Verbindergehäuse 80 ist
mit dem Gehäuse 30 mittels
Verstemmen eines oberen Deckels des Gehäuses 30 verbunden,
und außerdem
ist das Gehäuse 30 selbst
an der Kraftstoffleitung durch direktes Schrauben seines Gewindes 31 angebracht. Daher
muss das Gehäuse 30 eine
Antikorrosionsfestigkeit gegenüber
einem Druckmedium wie zum Beispiel Kraftstoff und gegenüber Umgebungsbedingungen
der tatsächlichen
Verwendung eines Kraftfahrzeugs aufweisen. Außerdem muss das Gehäuse 30 eine
ausreichende Gewindefestigkeit aufweisen, um eine axiale Kraft zum
Sichern der festen Abdichtung der Grenzfläche K aufzuweisen. Um diesen
Anforderungen zu genügen,
besteht das Gehäuse 30 aus Kohlenstoffstahl
(zum Beispiel S15C), das eine antikorrosive und mechanische Festigkeit
aufweist, und eine Zn-Plattierung ist auf dem Gehäuse 30 vorgesehen,
um die Antikorrosionseigenschaft weiter zu verbessern. Alternativ
kann XM7, SUS430, SUS304, SUS630 oder Ähnliches, das eine Antikorrosionseigenschaft
aufweist, als Material für
das Gehäuse 30 verwendet
werden.
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Es
ist ebenfalls notwendig, dass der Anbringungsblock 20 eine
hohe mechanische Festigkeit aufweist, um den Metallstamm 10 an
dem Gehäuse 30 mit
einem hohen Abdichtdruck auf der Grenzfläche K zu fixieren. Die Antikorrosionseigenschaft
ist für
den Anbringungsblock 20 jedoch nicht notwendig, da dieser
in einem Zwischenraum vorgesehen ist, der durch das Gehäuse 30 und
das Verbindergehäuse 80 ausgebildet
wird. Daher kann der Anbringungsblock 20 aus einem Kohlenstoffstahl
bestehen.
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Ein
Keramiksubstrat 60, das einen IC-Chip 62 trägt, ist
an der oberen Fläche
des Anbringungsblocks 20 befestigt und um den Sensorchip 40 angeordnet.
Der IC-Chip 62 ist
auf das Keramiksubstrat 60 geklebt und mittels Verbindungsdrähten elektrisch damit
verbunden. Der Sensorchip 40 ist mit dem Keramiksubstrat 60 durch
Verbindungsdrähte 64,
die aus Aluminium oder Ähnlichem
bestehen, elektrisch verbunden. Die Verbindungsdrähte 64 werden
durch ein Ultraschalldrahtverbindungsverfahren ausgebildet. Ein
Stift 66 zum elektrischen Verbinden des Keramiksubstrats 60 mit
einem Verbinderanschluss 70 ist an dem Keramiksubstrat 60 mittels
einem Silberlötmittel
befestigt.
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Der
Verbinderanschluss 70 ist durch Ausformen bzw. Gießen eines
Harzmaterials mit darin eingeführten
Anschlüssen 72 ausgebildet.
Die Anschlüsse 72 sind
mit dem Stift 66 durch ein Laser-Schweißverfahren elektrisch verbunden.
Ausgänge
von dem Sensorchip 40 werden zu den Anschlüssen 72 durch
die Verbindungsdrähte 64 und den
Stift 66 geleitet. Der Verbinderanschluss 70 ist
an dem Verbindergehäuse 80 mittels
eines Klebemittels 76 befestigt, und die Anschlüsse 72 sind
mit einer äußeren Vorrichtung
wie zum Beispiel einer Fahrzeug-ECU durch äußere Drähte verbindbar. Obwohl nur
zwei Anschlüsse 72 in 1 gezeigt
sind, sind mindestens drei Anschlüsse 72 notwendig:
ein Eingangsanschluss zum Zuführen
einer Spannung zum Sensorchip 40, ein Ausgangsanschluss
zum Ausgeben von Ausgängen
des Sensorchips 40 und ein Masseanschluss zum Erden des
Sensorchips 40 und des IC-Chips 62.
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Das
Verbindergehäuse 80,
das den oberen Abschnitt des Gehäuses 30 bedeckt,
ist hermetisch mit dem Gehäuse 30 mittels
eines O-Rings 90 mittels Verstemmen des oberen Deckels
des Gehäuses 30 verbunden.
Der Sensorchip 40, der IC-Chip 62 und weitere
elektrische Verbindungen sind in einer Packung enthalten, die aus
dem Gehäuse 30 und
dem Verbindergehäuse 80 besteht,
und sind gegenüber äußeren mechanischen
Kräften
und Feuchtigkeit geschützt.
Das Verbindergehäuse 80 besteht
aus einem Material wie zum Beispiel PPS (Polyphenylensulfid), das
eine hohe Hydrolysefestigkeit aufweist.
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Mit
Bezug auf die 3 und 4 wird im Folgenden
die Struktur des Sensorchips 40 genauer beschrieben. 3 zeigt
schematisch eine Draufsicht auf den Sensorchip 40 von einer
vorderen Fläche
aus gesehen (eine Oberfläche
gegenüber
der Rückfläche, die
die Isolierschicht 50 kontaktiert). 4 zeigt
schematisch einen Querschnitt des Sensorchips 40. Eine
schräge
Strichelung in 3 wird verwendet, um einen Bereich
vom einem Leitungstyp von einem anderen Bereich von einem anderen
Leitungstyp zu unterscheiden, und nicht, um Querschnitte zu zeigen.
Die schräg
gestrichelten Bereiche bezeichnen Bereiche vom P-Typ und Bereiche,
die keine schräge
Strichelung aufweisen, bezeichnen Bereiche vom N-Typ.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, besteht der Dehnungsmesser 41 aus
vier Dehnungsmesselementen, die miteinander verbunden sind, um eine
Wheatstone-Brückenschaltung 48 auszubilden.
Die Brückenschaltung 48 wandelt
Widerstandsänderungen
der Dehnungsmesselemente, die durch eine Verzerrung der Membran 11 verursacht
werden, in elektrische Signale um. Die vier Dehnungsmesselemente 41 sind an
vier Punkten a, b, c und d miteinander verbunden, wie es in 3 gezeigt
ist (siehe auch 6).
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Wie
es in 4 gezeigt ist, besteht der Sensorchip 40 aus
einem Siliziumhalbleiterchip, der aus einer Schicht vom P-Typ 40a (eine
Schicht eines ersten Leitungstyps) und einer Schicht vom N-Typ 40b (eine
Schicht eines zweiten Leitungstyps) besteht, wobei beide Schichten
in dieser Reihenfolge geschichtet sind.
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Eine
andere Schicht vom P-Typ 40c, die eine andere Verunreinigungsdichte
als die Schicht vom P-Typ 40a aufweist, ist in der Schicht
vom N-Typ 40b getrennt von der Schicht vom P-Typ 40a ausgebildet. Die
Schicht vom P-Typ 40c bildet den Dehnungsmesser 41.
Die Schicht vom P-Typ 40a unterhalb der Schicht vom N-Typ 40b dient
als eine Abschirmungsschicht 44. Die Abschirmungsschicht 44,
die zwischen dem Dehnungsmesser 41 und der Isolierschicht 50 positioniert
ist, trennt den Dehnungsmesser 41 elektrisch von dem Metallstamm 10.
Eine oxidierte Isolierschicht 45 ist auf der vorderen Fläche des
Sensorchips 40 ausgebildet. Anschlussflächen 42 für die Brückenschaltung 48 und
Drähte 43 sind auf
der oxidierten Isolierschicht 45 mittels Dampfabscheidung
von Aluminium oder Ähnlichem
ausgebildet. Der Dehnungsmesser 41 ist mit den Drähten 43 durch Öffnungen
elektrisch verbunden, die auf der oxidierten Isolierschicht 45 ausgebildet
sind.
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Vier
Dehnungsmesselemente 41 sind derart geschaltet, dass sie
eine Brückenschaltung 48 mittels
der Drähte 43 auszubilden,
wie es in 3 gezeigt ist. Die Anschlussflächen 42 für die Brückenschaltung 48 sind
jeweils durch die Drähte 43 mit
den Punkten a–d
der Brückenschaltung 48 verbunden. Da
eine Drahtverbindungsbelastung auf die Anschlussflächen 42 einwirkt,
neigt die oxidierte Isolierschicht 45 unterhalb der Anschlussflächen 42 dazu, beschädigt zu
werden, und eine elektrische Isolierung der Anschlussflächen kann
brechen. Um den Durchbruch der Isolierung zu vermeiden, werden Bereiche
vom P-Typ 40d an Positionen direkt unterhalb der Anschlussflächen 42 ausgebildet,
wie es in 4 gezeigt ist. Eine Anschlussfläche 46 zum
Erden der Abschirmungsschicht 44 ist auf einem der Bereiche vom
P-Typ 40d ausgebildet. Die Anschlussfläche 46 ist mit der
Abschirmungsschicht 44 durch eine Öffnung elektrisch verbunden,
die auf der oxidierten Isolierschicht 45 und dem Bereich
vom P-Typ 40d ausgebildet ist.
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Die
Anschlussflächen 42 und 46 sind
mit dem Keramiksubstrat 60 durch die Verbindungsdrähte 64 und
außerdem
mit den jeweiligen Anschlüssen 72 verbunden.
Die Anschlussfläche 42,
die oben links in 3 positioniert ist, dient als
eine Eingangsanschlussfläche
zum Zuführen
einer Spannung zur Brückenschaltung 48,
während
die Anschlussfläche 42, die
unten rechts in 3 positioniert ist, als eine
Anschlussfläche
zum Erden der Brückenschaltung 48 dient.
Zwei Anschlussflächen 42,
die oben rechts und unten links in 3 positioniert
sind, dienen als Ausgangsanschlussflächen zum Ausgeben der Sensorsignale.
Die Anschlussfläche 46 zum
Erden der Abschirmungsschicht 44 ist mit dem Masseanschluss 72 durch
einen Draht ver bunden, der von dem Draht getrennt ist, der die Anschlussfläche 42 zum
Erden der Brückenschaltung 48 mit
dem Masseanschluss 72 verbindet.
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Der
oben beschriebene Sensorchip 40 wird durch bekannte Prozesse
hergestellt, die eine Ionenimplantation, eine thermische Dispersion,
eine Dampfabscheidung usw. beinhalten. Der Sensorchip 40 wird
mit dem Drucksensor S1 auf die folgende Weise zusammengebaut. Der
Sensorchip 40 wird mit dem Metallstamm 10 mittels
der Isolierschicht 50 verbunden. Der Metallstamm 10,
der den Sensorchip 40 trägt, wird in die innere Bohrung
des Anbringungsblocks 20 eingeführt, und der Anbringungsblock 20 wird
in das Gehäuse 30 eingeschraubt,
wodurch der Metallstamm 10 am Gehäuse 30 befestigt wird.
Danach wird das Keramiksubstrat 60 an den Anbringungsblock 20 geklebt
und mit dem Sensorchip 40 mittels Drahtverbindung elektrisch
verbunden. Danach wird der Verbinderanschluss 70 mit dem
Stift 66 durch ein Laser-schweißverfahren wie zum Beispiel YAG-Laserschweißen verbunden.
Das Verbindergehäuse 80 wird
an dem Gehäuse 30 mittels
des O-Rings 90 durch Verstemmen des oberen Deckels des
Gehäuses 30 befestigt.
Somit ist der Drucksensor S1, der in 1 gezeigt
ist, vollendet. Der Drucksensor S1 wird mit der Kraftstoffleitung
(nicht gezeigt) durch direktes Schrauben des Gewindes 31,
das auf dem Gehäuse 30 ausgebildet
ist, verbunden. Der Druck in der Kraftstoffleitung wird in den Metallstamm 10 durch
die Druckeinleitungspassage 32 und die Öffnung 12 des Metallstamms 10 eingeleitet.
Die Membran 11 wird durch den eingeleiteten Druck verzerrt,
und die Membranverzerrung wird in elektrische Signale durch den
Sensorchip 40 umgewandelt. Die Ausgänge des Sensorchips 40 werden
den Schaltungen auf dem Keramiksubstrat 60 zugeführt und
darin verarbeitet. Die verarbeiteten Ausgänge werden von dem Drucksensor
S1 durch den Ausgangsanschluss 72 ausgegeben und danach
der ECU zugeführt,
die ein bordseitiges Kraftstoffeinspritzsystem steuert.
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In
dem in 3 gezeigten Sensorchip 40 wird eine Eingangsspannung
für die
Brückenschaltung 48 zwischen
den Punkten "a" und "b" der Brückenschaltung 48 angelegt.
Der Punkt "b" wird über den
Masseanschluss 42 geerdet. Die Abschirmungsschicht 44 wird über die
Anschlussfläche 46 geerdet. Wenn
sich die Membran 11 auf den darauf ausgeübten Druck
hin verzerrt, ändert
sich der Widerstand des Dehnungsmessers 41 entsprechend
der Verzerrung der Membran 11. Der Ausgang, der die Änderungen
des Widerstandes des Dehnungsmessers 41 repräsentiert,
erscheint zwischen den Punkten "c" und "d" der Brückenschaltung 48 als
die Sensorausgangsspannung. Die Sensorausgangsspannung wird dem
IC-Chip 62 auf dem Keramiksubstrat 60 zugeführt, der
die Sensorausgangsspannung verarbeitet. Der verarbeitete Sensorausgang
wird von dem Drucksensor S1 durch den Ausgangsanschluss 72 ausgegeben.
Die elektrischen Verbindungen zwischen dem Sensorchip 40 und
dem IC-Chip 62 und die Ausgangsverarbeitung in dem IC-Chip 62 werden später genauer
erläutert.
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Im
Folgenden werden die in der vorherigen Ausführungsform erzielten Vorteile
erläutert.
Da die Abschirmungsschicht 44 zwischen dem Dehnungsmesser 41 auf
dem Sensorchip 40 und der Isolierschicht 50 angeordnet
ist, die den Dehnungsmesser 41 von dem Metallstamm 10 trennt,
wird äußeres Rauschen,
das ansonsten von dem Gehäuse 30 zum Dehnungsmesser 41 durch
den Metallstamm 10 übertragen
werden würde,
abgeschnitten, wodurch der Einfluss des äußeren Rauschens auf die Sensorausgänge unterdrückt wird.
Mit anderen Worten wird die parasitäre Kapazität Cp, die zwischen dem Metallstamm 10 und
der Abschirmungsschicht 44 des Sensorchips 40 ausgebildet
wird, durch die Abschirmungsschicht 44 geerdet, wie es
in 5 gezeigt ist. Ein Strom iN auf Grund des äußeren Rauschens
wird durch die Abschirmungsschicht 44 zur Masse geleitet,
und dadurch wird der Dehnungsmesser 41 gegenüber äußerem Rauschen
geschützt.
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Wenn
keine Abschirmungsschicht 44 wie bei herkömmlichen
Drucksensoren vorgesehen ist, wird eine Rauschstrompassage durch
das Gehäuse 30, den
Metallstamm 10, die parasitäre Kapazität Cp, den Sensorchip J40 und
den Dehnungsmesser J41 ausgebildet. Da die Abschirmungsschicht 44 gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen ist, wird der Strom iN des äußeren Rauschens durch die folgende Passage
zu Masse geleitet: das Gehäuse 30,
den Metallstamm 10, die parasitäre Kapazität Cp, die Abschirmungsschicht 44,
den Bereich vom P-Typ 40d und die Anschlussfläche 46.
Auf diese Weise wird verhindert, dass der Rauschstrom iN in den
Dehnungsmesser 41 eintritt.
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Außerdem ist
in der Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Anschlussfläche 46 zum
Erden der Abschirmungsschicht 44 getrennt von der Anschlussfläche 42 zum
Erden der Brückenschaltung 48 vorgesehen,
und beide An schlussflächen 46, 42 sind
jeweils mit dem Masseanschluss 72 durch getrennte Drähte verbunden.
Es ist möglich, eine
gemeinsame Anschlussfläche
und einen gemeinsamen Draht zum Erden sowohl der Abschirmungsschicht 44 als
auch der Brückenschaltung 48 zu
verwenden. Wenn jedoch jeweils getrennte Anschlussflächen und
Drähte
zum Erden der Abschirmungsschicht 44 und der Brückenschaltung 48 wie
in der zuvor beschriebenen Ausführungsform
verwendet werden, wird der Einfluss des äußeren Rauschens auf die Sensorausgänge sicher
unterdrückt. Die
Vorteile des getrennten Erdens im Vergleich zum gemeinsamen Erden
sind unten genauer mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben. 6 zeigt elektrische
Verbindungen in dem Fall, in dem getrennte Masseanschlussflächen vorgesehen
sind, und 7 zeigt diejenigen in dem Fall,
in dem eine gemeinsame Masseanschlussfläche vorgesehen ist.
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Zunächst wird
mit Bezug auf 6 das getrennte Erden erläutert. Eine
Anschlussfläche 42b, die
dicht bei der Anschlussfläche 46 zum
Erden der Abschirmungsschicht 44 positioniert ist, wird
als die Anschlussfläche
zum Erden der Brückenschaltung 48 verwendet.
Dicke durchgezogene Linien in 6 zeigen
Verbindungsdrähte,
die jeweilige Anschlussflächen
verbinden: das heißt,
die Anschlussflächen 42a-42d und 46 auf
dem Sensorchip 40; die Anschlussflächen 62a-62d auf
dem Verstärker-IC-Chip 62;
und die Anschlussflächen 60a-60d, 60g und 61a-61d auf
dem Keramiksubstrat 60.
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Die
Eingangsanschlussfläche 42a des
Sensorchips 40 ist mit der Eingangsanschlussfläche 62a des
Verstärker-IC-Chips 62 durch
den Verbindungsdraht 64, die Anschlussfläche 60a auf
dem Keramiksubstrat 60, einem Draht La, die Anschlussfläche 61a und
einen Verbindungsdraht 64 verbunden. Die Eingangsanschlussfläche 62a des
Verstärker-IC-Chips 62 ist
elektrisch mit einer Verbindungsstelle T3 des Eingangsanschlusses 72 durch
einen Draht (nicht gezeigt), der auf dem Keramiksubstrat 60 ausgebildet
ist, verbunden. Die Anschlussfläche 42b zum
Erden der Brückenschaltung 48 ist
elektrisch mit einer Verbindungsstelle T1 des Masseanschlusses 72 durch
den Verbindungsdraht 64, die Anschlussfläche 60b auf
dem Keramiksubstrat 60, einen Draht Lb1 und einen Draht
LG1 verbunden.
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Eine
Ausgangsanschlussfläche 42c des Sensorchips 40 ist
elektrisch mit einer Ausgangsanschlussfläche 62c des Verstärker-IC-Chips 62 durch den
Verbindungsdraht 64, die Anschlussfläche 60c auf dem Keramiksubstrat 60,
einen Draht Lc, die Anschlussfläche 61c und
den Verbindungsdraht verbunden. Eine andere Ausgangsanschlussfläche 42d des
Sensorchips 40 ist elektrisch mit einer anderen Ausgangsanschlussfläche 62d des
Verstärker-IC-Chips 62 durch
den Verbindungsdraht 64, die Anschlussfläche 60d auf
dem Keramiksubstrat 60, einen Draht Ld, die Anschlussfläche 61d,
einen Verbindungsdraht verbunden.
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Auf
dem Verstärker-IC-Chip 62 sind
ein erster Operationsverstärker 63c,
der mit der Ausgangsanschlussfläche 62c verbunden
ist, ein zweiter Operationsverstärker 63d,
der mit der Ausgangsanschlussfläche 62d verbunden
ist, und ein Differenzverstärker 63,
der sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Operationsverstärker 63c, 63d verbunden
ist, vorgesehen. Ein Ausgang des Differenzverstärkers 63 wird zu einer
Verbindungsstelle T2 des Ausgangsanschlusses 72 durch Drähte (nicht
gezeigt), die auf dem Keramiksubstrat 60 ausgebildet sind,
gesendet. Die Anschlussfläche 62b zum
Erden des Verstärker-IC-Chips 62 ist
elektrisch mit einer Verbindungsstelle T1 des Masseanschlusses 72 durch
einen Verbindungsdraht, die Anschlussfläche 61b auf dem Keramiksubstrat 60,
einen Draht Lb2 und den Draht LG1 verbunden.
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Die
Anschlussfläche 46 zum
Erden der Abschirmungsschicht 44 ist elektrisch mit der
Verbindungsstelle T1 des Masseanschlusses 72 durch den Verbindungsdraht 64,
die Anschlussfläche 60g auf dem
Keramiksubstrat und einen Draht LG2 verbunden. Die Anschlussfläche 46 ist,
wie oben beschrieben, mit der Masseverbindungsstelle T1 durch den Draht
Ld2, der von den Drähten
Lb1 und LG1 getrennt ist, die die Masseanschlussfläche 42b der
Brückenschaltung 48 mit
der Masseverbindungsstelle T1 verbinden, verbunden. Der Draht LG2
ist dicker als die anderen Drähte.
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Der
Betrieb des Drucksensors wird im Folgenden mit Bezug auf 6 beschrieben.
Das Grundpotential zum Betreiben einer Brückenschaltung 48 und
des Verstärker-IC-Chips 62 ist
Vh, das ein Potential an einer gemeinsamen Verbindungsstelle Lb3
von drei Drähten
LG1, Lb1 und Lb2 ist. Dieses kommt daher, dass der Masseanschluss 72 stabil geerdet
ist, und ein Potential Vg an der Verbindungsstelle T1 ist im Wesentlichen
gleich dem Potential Vh an der gemeinsamen Verbindungsstelle Lb3.
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Wenn
der Drucksensor in einer Umgebung verwendet wird, bei der kein äußeres Rauschen
vorhanden ist, wird die Druckerfassungsschaltung der 6 wie
folgt betrieben. Wenn eine Eingangsspannung Vcc zwischen den Punkten "a" und "b" der
Brückenschaltung 48 durch
den Verstärker-IC 62 angelegt
wird, ist ein Potential an der Anschlussfläche 60a des Keramiksubstrats 60 gleich
Vcc, und ein Potential an der Anschlussfläche 60b wird zu (Vh
+ ZS·iS), wobei
eine Impedanz des Drahts Lb1 gleich ZS ist und ein Strom, der durch
den Draht Lb1 fließt,
gleich iS ist. Ein Potential an der Anschlussfläche 61b des Keramiksubstrats 60 wird
zu (Vh + ZB·iB),
wobei eine Impedanz des Drahts Lb2 gleich ZB ist und ein Strom,
der durch den Draht Lb2 fließt,
gleich iB ist. Die Potentiale Vg, Vh und die Impedanzen ZS, ZB sind
in 6 in Klammern hinter den entsprechenden Bezugszeichen
gezeigt.
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Beim
Zuführen
der Eingangsspannung Vcc erscheint die Widerstandsänderung
in dem Dehnungsmesser 41, die der Verzerrung der Membran 11 entspricht,
als eine Ausgangsspannung zwischen den Punkten "c" und "d" der Brückenschaltung 48. Die
Ausgangsspannung (VS1 + Vh), die der Anschlussfläche 62c des Verstärker-IC-Chips 62 zugeführt wird,
wird durch den ersten Operationsverstärker 63c verstärkt, und
die Ausgangsspannung (VS2 + Vh), die der Anschlussfläche 62d des
Verstärker-IC-Chips 62 zugeführt wird,
wird durch den zweiten Operationsverstärker 63d verstärkt. Eine
Differenz zwischen beiden verstärkten
Spannungen wird durch den Differenzverstärker 63 verstärkt. Der
Ausgang des Differenzverstärkers 63 wird
dem Ausgangsanschluss 72 als Sensorausgang zugeführt.
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Wenn
andererseits der Drucksensor in einer Umgebung verwendet wird, in
der äußeres Rauschen
vorhanden ist, wird die Druckerfassungsschaltung der 6 auf
die folgende Weise betrieben. Ein Rauschstrom, der von dem Gehäuse 30 zum
Sensorchip 40 durch den Metallstamm 10 und die
parasitäre Kapazität Cp übertragen
wird, wird zum Masseanschluss 72 durch die Abschirmungsschicht 44 des Sensorchips 40,
den Bereich vom P-Typ 40d, die Anschlussfläche 46 zum
Erden der Abschirmungsschicht, die Anschlussfläche 60g auf dem Keramiksubstrat 60 und
den Draht LG2 geführt.
Mit anderen Worten wird die Rauschstrompassage von der Erfassungsschaltung
getrennt.
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Außerdem ist
das Erden durch den Masseanschluss 72 stabil, und das Potential
Vh an der Verbindungsstelle Lb3, das das Grundpotential in dem Erfassungsbetrieb
ist, ist ebenfalls stabil. Daher werden sämtliche folgenden Potentiale
durch den Rauschstrom nicht beeinflusst, wenn äußeres Rauschen in den Drucksensor
eintritt: das Potential Vcc an der Anschlussfläche 60a des Keramiksubstrats 60,
das Potential (Vh + ZS·iS)
an der Anschlussfläche 60b,
das Potential (Vh + ZB·iB)
an der Anschlussfläche 61b,
das Potential (VS1 + Vh) an der Anschlussfläche 62c des Verstärker-IC-Chips 62 und das
Potential (VS2 + Vh) an der Anschlussfläche 62d des Verstärker-IC-Chips 62.
Dementsprechend wird der Einfluss des äußeren Rauschens auf den Sensorausgang
durch Trennen der Anschlussfläche 46 zum
Erden der Abschirmungsschicht 44 von der Anschlussfläche 42b zum
Erden der Brückenschaltung 48 und
durch Trennen beider Erdungsschaltungen eliminiert.
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Zum
Vergleich des oben beschriebenen getrennten Erdungssystems mit dem
gemeinsamen Erdungssystem wird der Betrieb des gemeinsamen Erdungssystems
mit Bezug auf 7 beschrieben. In 7 sind
die Anschlussflächen 46 zum
Erden der Abschirmungsschicht 44 und der Massedraht LG2 weggelassen,
und eine Anschlussfläche 47 wird
als eine gemeinsame Anschlussfläche
zum Erden der Abschirmungsschicht 44 und der Brückenschaltung 48 verwendet.
Die gemeinsame Erdungsanschlussfläche 47 ist mit der
Abschirmungsschicht 44 durch den Bereich vom P-Typ 40d elektrisch
verbunden. Außerdem
ist die gemeinsame Erdungsanschlussfläche 47 mit der Verbindungsstelle
T1 des Masseanschlusses 72 durch den Verbindungsdraht 64,
die Anschlussfläche 60b auf
dem Keramiksubstrat 60 und die Drähte Lb1, LG1 elektrisch verbunden.
Andere Strukturen der Schaltung, die in 7 gezeigt
ist, sind mit denjenigen, die in 6 gezeigt
sind, identisch.
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In
einer Umgebung, bei der kein Rauschen vorhanden ist, wird die Schaltung,
die in 7 gezeigt ist, auf dieselbe Weise wie die in 6 gezeigte Schaltung
betrieben. Das heißt,
die folgenden Potentiale in der in 7 gezeigten
Schaltung sind dieselben wie diejenigen der in 6 gezeigten
Schaltung: das Potential Vcc an der Anschlussfläche 60a des Keramiksubstrats 60,
das Potential (Vh + ZS·iS)
an der Anschlussfläche 60b,
das Potential (Vh + ZB·iB) an
der Anschlussfläche 61b,
das Potential (VS1 + Vh) an der Ausgangsanschlussfläche 62c des
Verstärker-IC-Chips 62 und
das Potential (VS2 + Vh) an der Ausgangsanschlussfläche 62d des
Verstärker-IC-Chips 62.
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In
einer Umgebung, in der äußeres Rauschen
vorhanden ist, wird der Rauschstrom, der zum Sensorchip 40 übertragen
wird, durch die Abschirmungsschicht 44 des Sensorchips 40,
den Bereich vom P-Typ 40b, die gemeinsame Erdungsanschlussfläche 47,
die Anschlussfläche 60b des
Keramiksubstrats, die Drähte
Lb1, LG1 und den Masseanschluss 72 zur Masse geleitet.
Es scheint, dass der Rauschstrom auf diese Weise daran gehindert
wird, in die Brückenschaltung 48 einzutreten.
Der Sensorausgang wird jedoch tatsächlich durch das äußere Rauschen
aus dem im Folgenden beschriebenen Grund beeinträchtigt.
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Es
wird angenommen, dass ein Betrag des Rauschstromes, der durch die
gemeinsame Erdungsanschlussfläche 47 zur
Masse geleitet wird, gleich iN ist, ein Potential an der Anschlussfläche 60b,
das das Massepotential der Brückenschaltung 48 ist,
gleich (Vh + ZS·iS
+ ZS·iN)
wird, obwohl das Potential Vcc an der Anschlussfläche 60a des
Keramiksubstrats 60 und das Potential (Vh + ZB·iB) an
der Anschlussfläche 61b unverändert bleiben.
Das heißt, eine
Potentialänderung
(ZS·iN)
auf Grund des Rauschstromes iN wird dem Massepotential der Brückenschaltung 48 hinzugefügt. Daher
werden die Potentiale an den Anschlussflächen 62c und 62d des Verstärker-IC-Chips 62 jeweils
gleich (VS1 + Vh + ZS·iN)
und (VS2 + Vh + ZS·iN).
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Der
erste und der zweite Operationsverstärker 63c und 63d weisen
die in 8 gezeigten Frequenzcharakteristika auf. Gewöhnlicher
Weise sind beide Frequenzcharakteristika in einem hohen Frequenzbereich
nicht gleich, obwohl sie in einem niedrigen Frequenzbereich gleich
sind. Daher wird in einem niedrigen Frequenzbereich (zum Beispiel
in einem Bereich von mehreren KHz) die Rauschspannung (ZS·iN) durch
Bilden einer Differenz zwischen den Ausgängen des ersten und dem zweiten
Operationsverstärkers 63c, 63d ausgelöscht. In
einem hohen Frequenzbereich (beispielsweise in einem MHz-Bereich)
wird die Rauschspannung jedoch nicht ausgelöscht. Demzufolge wird den Sensorausgängen Rauschen
einer hohen Frequenz überlagert.
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Um
das Rauschen der hohen Frequenz zu eliminieren ist es wirksam, das
System mit getrennter Erdung wie in der oben beschriebenen Ausführungsform
zu verwenden (das heißt,
das System, bei dem die Anschlussfläche 46 zum Erden der
Abschirmungsschicht 44 und die Anschlussfläche 42b zum Erden
der Brückenschaltung 48 getrennt
vorgesehen sind, und wobei beide Anschlussflächen mit dem Masseanschluss 72 durch
getrennte Schaltungen verbunden sind).
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Es
wurden Tests zum Vergleichen des Systems mit getrennter Erdung mit
dem System der gemeinsamen Erdung durchgeführt, und die Testergebnisse
sind in den 9A und 9B dargestellt.
Die Tests wurden in einer Umgebung durchgeführt, in der elektromagnetisches
Rauschen von 200 V/m vorhanden war, und die Abweichungen des Sensorausgangs
aufgrund des Rauschens wurden aufgezeichnet, während die Rauschfrequenz geändert wurde. Die
Abweichung des Sensorausgangs meint eine Sensorausgangsdifferenz
zwischen dem Sensorausgang in einer Umgebung, in der kein Rauschen
vorhanden ist, und dem Sensorausgang in einer Umgebung, in der das
Rauschen vorhanden ist.
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In 9A ist
die Abweichung des Sensorausgangs für einen herkömmlichen
Drucksensor, der keine Abschirmungsschicht aufweist, mittels einer gestrichelten
Linie aufgezeichnet, während
die Abweichung des Sensorausgangs für einen Drucksensor, der eine
Abschirmungsschicht 44 aufweist und das System mit gemeinsamer
Erdung verwendet, mit einer durchgezogenen Linie aufgezeichnet ist.
Wie es in dem Graphen der 9A zu
sehen ist, wird der Einfluss des Rauschens in einem niedrigen Frequenzbereich
(einige Zehn MHz) durch Bereitstellen der Abschirmungsschicht 44,
die gemeinsam mit der Brückenschaltung 48 geerdet
ist, unterdrückt.
Der Rauscheinfluss wird jedoch in einem hohen Frequenzbereich (mehrere
Hundert MHz) nicht unterdrückt.
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In 9B ist
die Abweichung des Sensorausgangs in dem Drucksensor, bei dem die
Abschirmungsschicht 44 vorgesehen ist und das System mit getrennter
Erdung wie in der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet wird,
gezeigt. Wie es in dem Graphen der 9B zu
sehen ist, wird der Einfluss des Rauschens auf dem Sensorausgang über sämtliche
Frequenzbereiche unterdrückt.
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Der
oben beschriebene Sensorchip 40 kann zu einem Sensorchip 40' modifiziert
werden, der in 10 gezeigt ist. In diesem Sensorchip 40' sind Halbleiterelemente
zum Verarbeiten von Sensorsignalen in einem Chip zusammen mit den
Sensorelementen integriert. Die Signalprozessorelemente sind in
einem Prozessorbereich 40e ausgebildet, der durch den Bereich
vom P-Typ 40d (ein Isolierbereich vom P-Typ) von dem Bereich 40c getrennt
ist, der den Dehnungsmesser 41 aufweist. In diesem integrierten
Chip ist ein Epitaxie-Bereich vom N-Typ 40f als ein Bereich
ausgebildet, der eine niedrigere Verunreinigungsdichte zum Ausbilden
von Prozessorelementen darin aufweist. Ein eingebetteter N+-Bereich 40g ist als ein Bereich
ausgebildet, der eine hohe Verunreinigungsdichte (1 × 1018/cm-3) aufweist, um
zu verhindern, dass eine Verarmungsschicht in dem Epitaxie-Bereich
von N-Typ 40f die Schicht vom P-Typ 40a erreicht.
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Obwohl
der Sensorchip 40 auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet
ist, das eine Schicht vom P-Typ als eine Basisschicht (eine erste
Schicht) und eine Schicht vom N-Typ
(eine zweite Schicht), die auf der Basisschicht ausgebildet ist,
aufweist, können
die Positionen der Schichten vom P-Typ und N-Typ umgekehrt sein.
Das heißt,
es kann eine Schicht vom N-Typ die erste Schicht sein, und eine
Schicht vom P-Typ kann die zweite Schicht sein. Obwohl das Halbleitersubstrat
verwendet wird, um die Sensorelemente in der vorherigen Ausführungsform
auszubilden, können
die Sensorelemente auf einer Siliziumschicht ausgebildet werden,
die durch Dampfabscheidung auf der Membran 11 des Metallstamms 10 ausgebildet
wird. In diesem Fall wird ein oxidierter Film, der zwischen der
Siliziumschicht und der Membran angeordnet ist, als eine Isolierschicht
verwendet.
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Während die
vorliegende Erfindung mit Bezug auf die vorherige bevorzugte Ausführungsform gezeigt
und beschrieben wurde, ist es für
den Fachmann selbstverständlich,
dass Änderungen
hinsichtlich der Form und der Details denkbar sind, ohne von dem
Bereich der Erfindung, der in den zugehörigen Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.