JP2001272293A - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor

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JP2001272293A
JP2001272293A JP2000228998A JP2000228998A JP2001272293A JP 2001272293 A JP2001272293 A JP 2001272293A JP 2000228998 A JP2000228998 A JP 2000228998A JP 2000228998 A JP2000228998 A JP 2000228998A JP 2001272293 A JP2001272293 A JP 2001272293A
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嘉史 村上
Hiroaki Tanaka
宏明 田中
Yasutoshi Suzuki
康利 鈴木
Seiichiro Ishio
誠一郎 石王
Yukihiko Tanizawa
幸彦 谷澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure sensor for surely detecting a failure when a resistance value of a bridge circuit changes because of failure. SOLUTION: Reference electric-potential generating circuits 2 where resistors RE and RF which does not change resistance value when a pressure is applied generate a reference electric-potential are connected in parallel on one end side and the other end side of the bridge circuit. Electric-potential difference VBC at two middle points B and C of the bridge circuit is compared to electric- potential differences VCE and VBE between the electric potential at the middle points B and C and a reference electric-potential of the reference electric- potential generating circuit 2, for judging the disorder of the bridge circuit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力を検出する圧
力センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensor for detecting pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、圧力センサにおいては、半導
体基板に薄肉のダイヤフラム部を形成し、このダイヤフ
ラム部の中央部および周辺部に圧力検出素子(ゲージ抵
抗)を2つずつ形成してホイートストンブリッジ回路を
構成している。そして、ダイヤフラム部に圧力が印加さ
れると、ピエゾ抵抗効果によって圧力検出素子の抵抗値
が変化し、この結果として中央部および周辺部の圧力検
出素子における中点電位に電位差(出力電圧)を生じ
る。圧力センサでは、この出力電圧に適当な増幅、調整
処理を施して圧力に応じた電気信号を出力するようにし
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a pressure sensor, a thin diaphragm portion is formed on a semiconductor substrate, and two pressure detecting elements (gauge resistors) are formed at a central portion and a peripheral portion of the diaphragm portion, respectively. Make up the circuit. When pressure is applied to the diaphragm, the resistance value of the pressure detecting element changes due to the piezoresistance effect, and as a result, a potential difference (output voltage) occurs at the midpoint potential of the central and peripheral pressure detecting elements. . The pressure sensor performs an appropriate amplification and adjustment process on the output voltage to output an electric signal corresponding to the pressure.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、圧力セ
ンサはブリッジ回路が出力する電位差を増幅、調整して
いる。このため、例えばブリッジ回路が汚染や傷等によ
って誤った電位差を発生した場合には、そのまま誤った
電気信号を出力してしまう可能性がある。
As described above, the pressure sensor amplifies and adjusts the potential difference output from the bridge circuit. Therefore, for example, if the bridge circuit generates an erroneous potential difference due to contamination, damage, or the like, an erroneous electric signal may be output as it is.

【0004】このような圧力センサの故障を検出する機
能を備えた圧力センサとして、特表平10−50671
8号公報に記載された圧力センサがある。この圧力セン
サは、1つのダイヤフラム内での応力分布状況の異常を
検知するために、ダイヤフラム部を中央から2分割し、
それぞれにブリッジ回路を形成して両者の電圧出力を比
較してずれを検知して故障を検出している。しかしなが
ら、この圧力センサでは、ダイヤフラム部を中央から2
分割している。このため圧力を検出するセンシング部が
従来の2倍必要であり、ダイヤフラム部の面積が大きな
ものとなってしまうため圧力センサの小型化が難しいと
いう問題がある。
A pressure sensor having a function of detecting a failure of such a pressure sensor is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-50671.
No. 8 discloses a pressure sensor. This pressure sensor divides the diaphragm part into two parts from the center in order to detect the abnormal state of stress distribution in one diaphragm,
A bridge circuit is formed for each of them, and the voltage output of both is compared to detect a deviation to detect a failure. However, in this pressure sensor, the diaphragm is moved from the center by 2
Divided. For this reason, there is a problem that the sensing unit for detecting the pressure is twice as large as the conventional one, and the area of the diaphragm becomes large, so that it is difficult to reduce the size of the pressure sensor.

【0005】また、圧力センサには、陽極接合によりセ
ンサチップを台座に貼り付けることによって圧力基準室
を形成し、この圧力基準室と外部圧力との圧力差に基づ
いて圧力検出を行うものがある。この圧力センサにおけ
るセンサチップの台座への貼り付けは、センサチップに
形成されたアルミ配線等の酸化防止のために通常は真空
中で行われる。このため、圧力基準室内は真空状態(絶
対圧でゼロ気圧)となる。
[0005] Some pressure sensors form a pressure reference chamber by attaching a sensor chip to a pedestal by anodic bonding, and perform pressure detection based on a pressure difference between the pressure reference chamber and an external pressure. . The attachment of the sensor chip to the pedestal in this pressure sensor is usually performed in a vacuum to prevent oxidation of the aluminum wiring and the like formed on the sensor chip. Therefore, the pressure reference chamber is in a vacuum state (zero pressure in absolute pressure).

【0006】この圧力センサを極めて高い圧力がかけら
れる箇所(例えばブレーキ液圧検出)での圧力検出に用
いる場合、広い範囲で変化する圧力とセンサ出力として
用いる電圧範囲とを対応させる必要があることから、圧
力センサの感度が低く設定される。
When this pressure sensor is used for pressure detection at a location where a very high pressure is applied (for example, brake fluid pressure detection), it is necessary to make the pressure changing in a wide range correspond to the voltage range used as the sensor output. Therefore, the sensitivity of the pressure sensor is set low.

【0007】このため、通常のセンサ出力を監視するだ
けでは故障を検出できないという問題がある。
[0007] Therefore, there is a problem that a failure cannot be detected only by monitoring the normal sensor output.

【0008】また、センサチップと台座との貼り合せが
剥がれた場合というのは、圧力基準室内と外部とが連通
して基準室圧力と外部圧力とがほぼ同等になる場合であ
り、上述の故障検出方式のように同一圧力を2系統の信
号として検出し、それらを相互に比較しても同様の信号
が現われるため、故障検出を行うことができない。
[0008] The case where the bonding between the sensor chip and the pedestal is peeled off is a case where the pressure reference chamber communicates with the outside and the reference chamber pressure becomes substantially equal to the external pressure. Even if the same pressure is detected as two systems of signals as in the detection method and the signals are compared with each other, a similar signal appears, so that failure detection cannot be performed.

【0009】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、ブリ
ッジ回路の抵抗値が故障により変化した場合に、確実に
故障を検出することができる圧力センサを提供すること
を目的とし、さらに小型化可能な圧力センサを提供する
ことを他の目的とする。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a pressure sensor capable of reliably detecting a failure when the resistance value of the bridge circuit changes due to the failure, and further reducing the size. Another object is to provide a simple pressure sensor.

【0010】また、センサチップと台座との貼り合せに
よって形成される基準室の気密不良による故障検出が行
えるようにすることも目的とする。
It is another object of the present invention to detect a failure due to poor airtightness of a reference chamber formed by bonding a sensor chip and a pedestal.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、半導体基板に設けられ
た薄肉部への圧力印加に伴い抵抗値変化を生じるゲージ
抵抗(RA〜RD)によって形成されたブリッジ回路を
有する圧力センサであって、圧力印加で抵抗値変化しな
い抵抗(RE、RF)により基準電位を発生するように
構成した基準電位発生回路(11、12)を、ブリッジ
回路の一端側および他端側に並列接続し、ブリッジ回路
の2つの中点(B、C)における電位差(VBC)と、中
点における電位と基準電位発生回路の基準電位との電位
差(VCE、VBE)とを比較して、ブリッジ回路の故障判
定をすることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a gauge resistor (RA to RD) which changes its resistance value when a pressure is applied to a thin portion provided on a semiconductor substrate. A pressure sensor having a bridge circuit formed according to (1) and (2), wherein a reference potential generating circuit (11, 12) configured to generate a reference potential by a resistance (RE, RF) that does not change in resistance value when pressure is applied to the pressure sensor. The potential difference (V BC ) at the two middle points (B, C) of the bridge circuit and the potential difference (V) between the potential at the middle point and the reference potential of the reference potential generating circuit are connected in parallel to one end and the other end of the circuit. CE , V BE ) to determine the failure of the bridge circuit.

【0012】これにより、ブリッジ回路の抵抗値が故障
により変化した場合に、確実に故障を検出することが可
能となる。
Thus, when the resistance value of the bridge circuit changes due to a failure, it is possible to reliably detect the failure.

【0013】また、請求項2に記載の発明は、ブリッジ
回路のゲージ抵抗は、分割された分割ゲージ抵抗(RA
1、RA2、RB1、RB2、RC1、RC2、RD
1、RD2)となっており、ブリッジ回路の2つの中点
(B、C)における電位差(V BC)と、分割ゲージ抵抗
の中間端子(B1、B2、C1、C2)のうち、薄肉部
に圧力印加されない状態において電位が等しい中間端子
の組み合わせにおける電位差(VB1C1、VB2C2)とを比
較して、前記ブリッジ回路の故障判定をすることを特徴
としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a bridge
The gauge resistance of the circuit is divided by the divided gauge resistance (RA
1, RA2, RB1, RB2, RC1, RC2, RD
1, RD2), the two midpoints of the bridge circuit
(B, C) potential difference (V BC) And the split gauge resistance
Of the intermediate terminals (B1, B2, C1, C2)
Terminal with the same potential when no pressure is applied to the
Potential difference (VB1C1, VB2C2) And the ratio
Comparing the failure of the bridge circuit.
And

【0014】このように構成しても、請求項1に記載の
発明と同様に、ブリッジ回路の抵抗値が故障により変化
した場合に、確実に故障を検出することができる。
[0014] Even with such a configuration, when the resistance value of the bridge circuit changes due to a failure, the failure can be reliably detected as in the first aspect of the invention.

【0015】また、請求項3に記載の発明は、ブリッジ
回路の一端側および他端側の端子(A、D)とブリッジ
回路の第1および第2の中間端子(B、C)における電
位差(VAB、VCD、VAC、VBD)を比較して、ブリッジ
回路の故障判定を行うことを特徴としている。
Further, according to the present invention, the potential difference between the terminals (A, D) at one end and the other end of the bridge circuit and the first and second intermediate terminals (B, C) of the bridge circuit is provided. V AB , V CD , V AC , V BD ) are compared to determine the failure of the bridge circuit.

【0016】このように構成しても、請求項1に記載の
発明と同様に、ブリッジ回路の抵抗値が故障により変化
した場合に、確実に故障を検出することができる。
[0016] Even with such a configuration, similarly to the first aspect of the invention, when the resistance value of the bridge circuit changes due to a failure, the failure can be reliably detected.

【0017】また、請求項4に記載の発明は、電位差を
増幅回路によって増幅した出力信号を用いて、ブリッジ
回路の故障判定を行うことを特徴としている。
Further, the invention according to claim 4 is characterized in that a failure determination of a bridge circuit is performed using an output signal obtained by amplifying a potential difference by an amplifier circuit.

【0018】また、請求項5に記載の発明は、半導体基
板(1)の薄膜部(2)において、直交する方向に2個
ずつ設けられたゲージ抵抗(RA、RD;RB、RC)
によって形成された圧力検出用のブリッジ回路(10)
を備え、ブリッジ回路より圧力に応じた電気信号を出力
するようにした圧力センサであって、薄肉部における圧
力検出用ブリッジ回路(10)が形成されていない部位
に設けられ、圧力に応じて圧力検出用ブリッジ回路とは
異なる感度で電気信号を出力する故障検出用回路(1
3、14、53)と、圧力検出用ブリッジ回路と故障検
出用回路の各出力に基づいて、圧力検出用ブリッジ回路
の故障判定を行う故障判定手段とを備えていることを特
徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the thin film portion (2) of the semiconductor substrate (1), two gauge resistors (RA, RD; RB, RC) provided in the direction orthogonal to each other.
Bridge circuit (10) formed by pressure detection
A pressure sensor that outputs an electric signal corresponding to the pressure from the bridge circuit, wherein the pressure sensor is provided at a portion of the thin portion where the pressure detection bridge circuit (10) is not formed. A failure detection circuit (1) that outputs an electrical signal with a sensitivity different from that of the detection bridge circuit
3, 14, 53), and failure determination means for determining failure of the pressure detection bridge circuit based on the outputs of the pressure detection bridge circuit and the failure detection circuit.

【0019】このように、異なる感度を持つ圧力検出用
ブリッジ回路(10)の出力と故障検出用回路(13、
14、53)の出力を用いることにより、圧力検出用ブ
リッジ回路(10)の出力が故障により変化した場合
に、確実に故障を検出することができる。
Thus, the output of the pressure detecting bridge circuit (10) having different sensitivities and the failure detecting circuit (13,
By using the outputs of (14, 53), when the output of the pressure detection bridge circuit (10) changes due to a failure, the failure can be reliably detected.

【0020】また、従来構造の圧力センサのダイヤフラ
ム部には、圧力検出用ブリッジ回路を構成するゲージ抵
抗(RA、RD;RB、RC)が直交する方向に2個ず
つ配置されているだけであり、残りの部分は未使用領域
となっている。請求項5に記載の発明では、故障検出用
回路はダイヤフラム部の未使用領域に設けられているた
め、従来の圧力センサと同程度の大きさのセンシング部
で故障検出機能を有する圧力センサを提供でき、圧力セ
ンサの小型化が可能となる。
Further, only two gauge resistors (RA, RD; RB, RC) constituting a pressure detecting bridge circuit are arranged in the diaphragm portion of the conventional pressure sensor in the direction orthogonal to each other. The rest is an unused area. According to the fifth aspect of the present invention, since the failure detection circuit is provided in an unused area of the diaphragm, a pressure sensor having a failure detection function with a sensing unit having a size similar to that of a conventional pressure sensor is provided. As a result, the size of the pressure sensor can be reduced.

【0021】また、請求項6に記載の発明では、圧力検
出用ブリッジ回路および故障検出用回路の各出力値の対
応関係を予め記憶しておく記憶手段(31)を備え、故
障判定手段は、任意の圧力点における圧力検出用ブリッ
ジ回路および故障検出用回路の各出力値が、対応関係を
満たすか否かによって、圧力検出用ブリッジ回路の故障
判定を行うことを特徴としている。
Further, according to the present invention, there is provided a storage means (31) for storing in advance a correspondence relationship between each output value of the pressure detection bridge circuit and the failure detection circuit, and the failure determination means comprises: It is characterized in that a failure determination of the pressure detection bridge circuit is performed based on whether or not each output value of the pressure detection bridge circuit and the failure detection circuit at an arbitrary pressure point satisfies the correspondence.

【0022】上記故障検出用回路は、具体的には請求項
7に記載の発明のように、1個以上のゲージ抵抗から構
成することができ、さらに請求項8に記載の発明のよう
に、ブリッジ回路(13、14)とすることができる。
The fault detecting circuit can be constituted by one or more gauge resistors, as in the invention of claim 7, and further, as in the invention of claim 8, It can be a bridge circuit (13, 14).

【0023】また、請求項9に記載の発明は、圧力検出
用ブリッジ回路および故障検出用回路は、それぞれ拡散
抵抗から構成されたものであることを特徴としており、
請求項10に記載の発明は、圧力検出用ブリッジ回路は
拡散抵抗から構成されたものであり、故障検出用回路は
薄膜抵抗から構成されたものであることを特徴としてい
る。さらに、故障検出用回路は、請求項11に記載の発
明のように容量型センサを用いることもできる。
According to a ninth aspect of the present invention, the pressure detection bridge circuit and the failure detection circuit are each formed of a diffusion resistor.
The tenth aspect of the present invention is characterized in that the pressure detection bridge circuit is constituted by a diffusion resistor, and the failure detection circuit is constituted by a thin film resistor. Further, as the failure detecting circuit, a capacitive sensor can be used as in the eleventh aspect of the present invention.

【0024】また、請求項12に記載の発明では、故障
判定手段は、圧力検出用ブリッジ回路および故障検出回
路が設けられている半導体基板(1)に設けられている
ことを特徴としている。
Further, in the twelfth aspect of the present invention, the failure determination means is provided on the semiconductor substrate (1) provided with the pressure detection bridge circuit and the failure detection circuit.

【0025】請求項13に記載の発明においては、薄肉
のダイヤフラム部が形成された半導体基板によって構成
されたセンサチップ(60、70)と、センサチップが
貼り付けられた台座とを有し、センサチップと台座(6
1)との間に基準室(60a)が設けられた圧力センサ
において、ダイヤフラム部には、ゲージ抵抗(Ra〜R
d)によって形成された圧力検出用ブリッジ回路が備え
られ、該圧力検出用ブリッジ回路により圧力に応じた電
気信号を出力するようになっていると共に、圧力検出用
ブリッジ回路とは異なる部位に配置されたゲージ抵抗
(Ra’〜Rd’)によって形成された故障検出用ブリ
ッジ回路が備えられ、該故障検出用ブリッジ回路により
圧力検出用ブリッジ回路とは異なる感度で圧力に応じた
電気信号を出力するようになっており、故障検出用ブリ
ッジ回路が高感度で、圧力検出用ブリッジ回路が低感度
となっていることを特徴としている。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a sensor having a sensor chip (60, 70) formed of a semiconductor substrate having a thin diaphragm portion formed thereon, and a pedestal to which the sensor chip is attached. Chip and pedestal (6
In the pressure sensor in which the reference chamber (60a) is provided between the pressure sensor and the pressure sensor, gauge resistances (Ra to R) are provided in the diaphragm.
a pressure detection bridge circuit formed by d) is provided, the pressure detection bridge circuit outputs an electric signal corresponding to the pressure, and is disposed at a portion different from the pressure detection bridge circuit. And a failure detection bridge circuit formed by the gauge resistors (Ra 'to Rd'), which outputs an electric signal corresponding to the pressure with a sensitivity different from that of the pressure detection bridge circuit. And the failure detection bridge circuit has high sensitivity, and the pressure detection bridge circuit has low sensitivity.

【0026】このように、低感度の圧力検出用ブリッジ
回路とは別に、高感度の故障検出用ブリッジ回路を備え
ることで、センサチップと台座との貼り合せによって形
成される基準室の気密不良による故障検出を行うことが
できる。
As described above, by providing a high-sensitivity failure detection bridge circuit in addition to the low-sensitivity pressure detection bridge circuit, the reference chamber formed by bonding the sensor chip and the pedestal has poor airtightness. Failure detection can be performed.

【0027】請求項14に記載の発明においては、故障
検出用ブリッジ回路を形成するゲージ抵抗は、ダイヤフ
ラム部の中央部近傍とダイヤフラム部の周縁部近傍に備
えられていることを特徴としている。また、請求項15
に記載の発明においては、故障検出用ブリッジ回路を形
成するゲージ抵抗は、ダイヤフラム部のうち最も引張応
力がかかる部位と最も圧縮応力がかかる部位とに備えら
れていることを特徴としている。
According to a fourteenth aspect of the present invention, the gauge resistor forming the failure detection bridge circuit is provided near the center of the diaphragm and near the periphery of the diaphragm. Claim 15
In the invention described in (1), the gauge resistance forming the failure detection bridge circuit is provided in a portion where the tensile stress is applied most and a portion where the compressive stress is applied most in the diaphragm portion.

【0028】このような構成とすることにより、故障検
出用ブリッジ回路を高感度とすることができる。
With such a configuration, the failure detection bridge circuit can have high sensitivity.

【0029】請求項16に記載の発明においては、圧力
検出用ブリッジ回路を形成するゲージ抵抗は、ダイヤフ
ラム部の中央部と周縁部の中間位置に備えられているこ
とを特徴としている。また、請求項17に記載の発明に
おいては、圧力検出用ブリッジ回路を形成するゲージ抵
抗は、ダイヤフラム部のうち最も引張応力が小さくなる
部位と最も圧縮応力が小さくなる部位とに備えられてい
ることを特徴としている。
According to a sixteenth aspect of the present invention, the gage resistance forming the pressure detection bridge circuit is provided at an intermediate position between the center and the periphery of the diaphragm. Further, in the invention according to claim 17, the gauge resistance forming the pressure detection bridge circuit is provided at a portion where the tensile stress is the smallest and a portion where the compressive stress is the smallest among the diaphragm portions. It is characterized by.

【0030】このような構成とすることにより、圧力検
出用ブリッジ回路を低感度とすることができる。
With such a configuration, the pressure detection bridge circuit can have low sensitivity.

【0031】請求項18に記載の発明においては、半導
体基板は面方位が(110)面を成しており、故障検出
用ブリッジ回路を形成するゲージ抵抗は、第1の方向を
長手方向とする第1のゲージ抵抗と該第1のゲージ抵抗
に直行する第2の方向を長手方向とする第2のゲージ抵
抗とを備えていることを特徴としている。
According to the present invention, the semiconductor substrate has a (110) plane orientation, and the gauge resistor forming the failure detection bridge circuit has the first direction as the longitudinal direction. It is characterized by comprising a first gauge resistor and a second gauge resistor whose longitudinal direction is a second direction perpendicular to the first gauge resistor.

【0032】このように、第1のゲージ抵抗と第2のゲ
ージ抵抗それぞれの長手方向を異なる方向にすることに
より、表面応力に対するゲージ抵抗の抵抗値変化量を異
ならせることができる。このため、例えば、第1のゲー
ジ抵抗と第2のゲージ抵抗とを近傍に配置しても、第
1、第2のゲージ抵抗によって圧力に応じた電気信号を
出力することができる。
As described above, by making the longitudinal directions of the first gauge resistor and the second gauge resistor different from each other, the amount of change in the resistance value of the gauge resistor with respect to the surface stress can be made different. For this reason, for example, even if the first gauge resistance and the second gauge resistance are arranged in the vicinity, an electric signal corresponding to the pressure can be output by the first and second gauge resistances.

【0033】請求項19に記載の発明においては、故障
検出用ブリッジ回路は、4つのゲージ抵抗を有するフル
ブリッジ回路で構成されていることを特徴としている。
このようにフルブリッジ回路で故障検出用ブリッジ回路
を構成すれば、ハーフブリッジ回路で構成する場合より
も、より高感度とすることができる。
[0033] The invention according to claim 19 is characterized in that the failure detection bridge circuit is constituted by a full bridge circuit having four gauge resistors.
When the fault detection bridge circuit is configured with a full bridge circuit in this manner, higher sensitivity can be achieved than when a half bridge circuit is configured.

【0034】請求項20に記載の発明においては、ダイ
ヤフラム部と、該ダイヤフラム部によって隔離された圧
力基準室(60a)とを有する圧力センサにおいて、ダ
イヤフラム部あるいはその周辺に形成された圧力検出素
子(Ra〜Rd)によって、圧力に応じた電気信号を出
力する回路を備え、さらにダイヤフラム部の両面がほぼ
同じ圧力になったことを判定する機能を有することを特
徴としている。
According to a twentieth aspect of the present invention, in a pressure sensor having a diaphragm portion and a pressure reference chamber (60a) isolated by the diaphragm portion, a pressure detecting element formed at or around the diaphragm portion is provided. Ra to Rd), a circuit for outputting an electric signal corresponding to the pressure is provided, and further, a function of determining that both surfaces of the diaphragm section have substantially the same pressure is provided.

【0035】このように、ダイヤフラム部の両面がほぼ
同じ圧力になったことを判定することにより、センサチ
ップと台座との貼り合せによって形成される基準室の気
密不良による故障検出を行うことができる。
As described above, by judging that both surfaces of the diaphragm section have substantially the same pressure, it is possible to detect a failure due to poor airtightness of the reference chamber formed by bonding the sensor chip and the pedestal. .

【0036】請求項21に記載の発明においては、ダイ
ヤフラム部あるいはその周辺に形成された圧力検出素子
(Ra〜Rd)による圧力検出回路を有し、圧力に応じ
た電気信号を出力するようになっており、圧力検出回路
とは異なる感度で圧力に応じた電気信号を出力する故障
検出回路が備えられ、故障検出回路が高感度で、圧力検
出回路が低感度となっていることを特徴としている。
According to the twenty-first aspect of the present invention, a pressure detecting circuit is provided by pressure detecting elements (Ra to Rd) formed at or around the diaphragm, and an electric signal corresponding to the pressure is output. A failure detection circuit that outputs an electrical signal corresponding to pressure with a sensitivity different from that of the pressure detection circuit, wherein the failure detection circuit has high sensitivity and the pressure detection circuit has low sensitivity. .

【0037】このように、故障検出回路が高感度、圧力
検出回路が低感度となるようにすることで、センサチッ
プと台座との貼り合せによって形成される基準室の気密
不良による故障検出を行うことができる。
As described above, by setting the failure detection circuit to have high sensitivity and the pressure detection circuit to have low sensitivity, failure detection due to poor airtightness of the reference chamber formed by bonding the sensor chip and the pedestal is performed. be able to.

【0038】この場合、請求項22に示すように、圧力
検出素子をゲージ抵抗で形成し、故障検出回路を形成す
るゲージ抵抗の圧力変化に伴う抵抗値変化と圧力検出回
路を形成するゲージ抵抗の圧力変化に伴う抵抗値変化と
を比較すると、故障検出回路の抵抗値変化の方が大きく
なるようにゲージ抵抗を配置すればよい。
In this case, as described in claim 22, the pressure detecting element is formed of a gauge resistor, and the change in the resistance value caused by the pressure change of the gauge resistor forming the failure detecting circuit and the change in the resistance of the gauge resistor forming the pressure detecting circuit. When comparing the resistance value change with the pressure change, the gauge resistor may be arranged so that the resistance value change of the failure detection circuit is larger.

【0039】請求項23に記載の発明においては、ダイ
ヤフラム部と、該ダイヤフラム部によって隔離された圧
力基準室(60a)とを有する圧力センサの故障診断方
法であって、ダイヤフラム部あるいはその周辺に形成さ
れた圧力検出素子(Ra〜Rd)によって、圧力に応じ
た電気信号を出力する回路の出力値が、ダイヤフラム部
の両面がほぼ同じ圧力になったと見なせる出力値を出力
したことをもって、故障と見なすことを特徴としてい
る。
According to a twenty-third aspect of the present invention, there is provided a method for diagnosing a failure in a pressure sensor having a diaphragm portion and a pressure reference chamber (60a) isolated by the diaphragm portion, the method comprising: forming a diaphragm on or around the diaphragm portion; If the output value of the circuit that outputs the electric signal corresponding to the pressure by the pressure detection elements (Ra to Rd) outputs an output value that can be considered that both surfaces of the diaphragm portion have become substantially the same pressure, it is regarded as a failure. It is characterized by:

【0040】このように、ダイヤフラム部の両面がほぼ
同じ圧力になったと見なせる出力値を出力したときに故
障と見なすことで、センサチップと台座との貼り合せに
よって形成される基準室の気密不良による故障検出を行
うことができる。
As described above, when an output value that can be regarded as having substantially the same pressure on both sides of the diaphragm portion is output, it is regarded as a failure, and the reference chamber formed by bonding the sensor chip and the pedestal has a poor airtightness. Failure detection can be performed.

【0041】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
The reference numerals in parentheses of the above-mentioned means indicate the correspondence with the concrete means described in the embodiments described later.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)以下、本発明を
適用した第1実施形態を図1、図2に基づいて説明す
る。本実施形態における圧力センサは、例えば車両にお
けるブレーキ装置のブレーキ液圧や燃料噴射装置の燃料
圧等の圧力を測定するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment to which the present invention is applied will be described below with reference to FIGS. The pressure sensor according to the present embodiment measures a pressure such as a brake fluid pressure of a brake device or a fuel pressure of a fuel injection device in a vehicle.

【0043】図1(a)、(b)に本実施形態の圧力セ
ンサの回路構成を示し、図2に圧力センサの部分断面を
示す。図1(a)に示すように圧力センサは、4つのゲ
ージ抵抗(拡散抵抗)RA、RB、RC、RDがブリッ
ジ接続されたブリッジ回路10を備えている。
FIGS. 1A and 1B show a circuit configuration of the pressure sensor of the present embodiment, and FIG. 2 shows a partial cross section of the pressure sensor. As shown in FIG. 1A, the pressure sensor includes a bridge circuit 10 in which four gauge resistors (diffusion resistors) RA, RB, RC, and RD are bridge-connected.

【0044】図2に示すように、ブリッジ回路10はシ
リコン基板1における薄肉のダイヤフラム部2に形成さ
れている。図1中の破線がダイヤフラム部2を示してい
る。ブリッジ回路10を構成する抵抗のうち、2つの抵
抗RA、RDはダイヤフラム部の中央部に形成され、残
りの2つの抵抗RB、RCは、ダイヤフラム部の周辺部
に形成されている。そして、ダイヤフラム部に圧力が印
加されると応力変位を生じ、ピエゾ抵抗効果により抵抗
RA〜RDの各抵抗値が図1の矢印方向に変化するよう
に、すなわち抵抗RA、RDは抵抗値が下がり、抵抗R
B、RCは抵抗値が上がるように構成されている。
As shown in FIG. 2, the bridge circuit 10 is formed on the thin diaphragm 2 of the silicon substrate 1. A broken line in FIG. 1 indicates the diaphragm section 2. Of the resistors constituting the bridge circuit 10, two resistors RA and RD are formed at the center of the diaphragm, and the other two resistors RB and RC are formed at the periphery of the diaphragm. When pressure is applied to the diaphragm portion, a stress displacement occurs, and the resistance values of the resistors RA to RD change in the direction of the arrow in FIG. 1 due to the piezoresistance effect, that is, the resistance values of the resistors RA and RD decrease. , Resistance R
B and RC are configured so that their resistance values increase.

【0045】また、本実施形態の圧力センサには、抵抗
分割により基準電位を発生する基準電位発生回路11
が、ブリッジ回路10の一端側および他端側に並列接続
されている。基準電位発生回路11は、直列接続された
2つの抵抗RE、RFからなる。抵抗RE、RFは、上
記圧力印加による応力変位の影響を受けない部位に配置
されており、ダイヤフラム部に圧力が印加されても抵抗
値変化を生じないように構成されている。基準電位は、
これらの抵抗RE、RFの抵抗分割によって作成されて
いる。
The pressure sensor of this embodiment has a reference potential generation circuit 11 for generating a reference potential by resistance division.
Are connected in parallel to one end and the other end of the bridge circuit 10. The reference potential generation circuit 11 includes two resistors RE and RF connected in series. The resistors RE and RF are arranged in a portion that is not affected by the stress displacement caused by the pressure application, and are configured so that the resistance value does not change even when pressure is applied to the diaphragm portion. The reference potential is
These resistors RE and RF are created by resistance division.

【0046】なお、各抵抗RA〜RFは、パターニング
や温度等の影響を受けないように、それぞれ同一形状、
同一抵抗値になるように同一工程で形成されるべきであ
る。
The resistors RA to RF have the same shape and the same shape so as not to be affected by patterning, temperature, and the like.
They should be formed in the same step so as to have the same resistance value.

【0047】ブリッジ回路10における一端側(電源
側)の端子Aおよび他端側(接地側)の端子Dの間に定
電圧Vccを印加し、抵抗RA、RBの中点Bおよび抵
抗RC、RDの中点Cを出力端子として、中点B、Cに
おける中点電位の電位差(電圧)VBCを出力する。この
電圧VBCにより、シリコン基板のダイヤフラム部に印加
された圧力を測定することができる。なお、端子A、D
の間に定電流を印加しても同様の効果を得ることができ
る。
A constant voltage Vcc is applied between a terminal A on one end (power supply side) and a terminal D on the other end (ground side) of the bridge circuit 10, and a midpoint B between the resistors RA and RB and the resistors RC and RD. The potential difference (voltage) V BC of the middle point potential at the middle points B and C is output using the middle point C as an output terminal. With this voltage V BC , the pressure applied to the diaphragm portion of the silicon substrate can be measured. Terminals A and D
A similar effect can be obtained even if a constant current is applied during this period.

【0048】また、本実施形態では、ブリッジ回路10
の故障判定のため、基準電位発生回路11の中点Eにお
ける中点電位と、ブリッジ回路10の中点B、Cにおけ
る中点電位との電位差VCE、VBEを出力するように構成
している。
In this embodiment, the bridge circuit 10
In order to determine the failure of the circuit, the potential difference V CE and V BE between the midpoint potential at the midpoint E of the reference potential generation circuit 11 and the midpoint potentials at the midpoints B and C of the bridge circuit 10 are output. I have.

【0049】図1(b)に示すように、上記電圧VBC
CE、VBEはそれぞれ増幅調整回路20、21、22に
出力され、増幅調整回路では、それらの信号を増幅して
出力信号Out(BC)、Out(CE)、Out(B
E)を出力するように構成されている。これらの出力信
号Out(BC)、Out(CE)、Out(BE)
は、故障判定回路(比較回路)30に出力され、故障判
定回路30では、後述のようにブリッジ回路の故障判定
を行うように構成されている。
As shown in FIG. 1B, the voltage V BC ,
V CE and V BE are output to amplification adjustment circuits 20, 21 and 22, respectively. The amplification adjustment circuits amplify those signals and output signals Out (BC), Out (CE) and Out (B).
E). These output signals Out (BC), Out (CE), Out (BE)
Is output to a failure determination circuit (comparison circuit) 30, and the failure determination circuit 30 is configured to perform failure determination of the bridge circuit as described later.

【0050】なお、故障判定回路30は、圧力センサ内
に設けてもよく、また、例えばECUのような外部装置
に設けてもよい。故障判定回路30を圧力センサ内に設
けた場合には、外部への端子は電源側端子A、接地側端
子D、Out(BC)を出力する端子の3端子となり、
外部装置に設けた場合には、Out(CE)、Out
(BE)を出力する端子のように外部への端子数を増や
す必要がある。
The failure determination circuit 30 may be provided in the pressure sensor, or may be provided in an external device such as an ECU. When the failure determination circuit 30 is provided in the pressure sensor, the external terminals are three terminals of a power supply terminal A, a ground terminal D, and a terminal for outputting Out (BC).
When provided in an external device, Out (CE), Out
It is necessary to increase the number of terminals to the outside such as the terminal for outputting (BE).

【0051】以下、ブリッジ回路の故障判定について説
明する。
Hereinafter, the failure determination of the bridge circuit will be described.

【0052】各抵抗RA〜RFの抵抗値はすべて同一な
ので、ブリッジ回路10の2つの中点B、Cにおける中
点電位と、基準電位発生回路11の中点Eにおける中点
電位は、圧力を印加しない状態では等しい。従って、端
子Eの電位を基準にすると、各端子B、C、E間の電位
差VBC、VCE、VBEの間には、数式1が成り立つ。
Since the resistance values of the resistors RA to RF are all the same, the midpoint potential at the two midpoints B and C of the bridge circuit 10 and the midpoint potential at the midpoint E of the reference potential generating circuit 11 are equal to the pressure. It is equal when no voltage is applied. Therefore, when the potential of the terminal E is used as a reference, Equation 1 is established between the potential differences V BC , V CE , and V BE between the terminals B, C, and E.

【0053】[0053]

【数1】VBC=VCE=VBE=0 また、シリコン基板のダイヤフラム部に圧力が印加され
ることにより、端子Bでの電位は上昇し、端子Cでの電
位は下降する。このとき抵抗RE、RFは圧力印加に影
響されない部位に配置されているので、端子Eでの電位
は変化しない。そして、抵抗RA、RDの抵抗値変化量
は等しく、同様に抵抗RB、RCの抵抗値変化量は等し
いので、端子BとCでの電位変化量の絶対値は等しくな
る。従って、端子Eの電位を基準にすると、各電位差V
BC、VCE、VBEの間には、数式2が成り立つ。
V BC = V CE = V BE = 0 Further, when pressure is applied to the diaphragm portion of the silicon substrate, the potential at the terminal B rises and the potential at the terminal C falls. At this time, since the resistances RE and RF are arranged in a portion not affected by the pressure application, the potential at the terminal E does not change. The resistors RA and RD have the same resistance change amount, and similarly the resistors RB and RC have the same resistance change amount. Therefore, the absolute value of the potential change amount at the terminals B and C becomes equal. Therefore, with reference to the potential of the terminal E, each potential difference V
Equation 2 holds between BC , V CE , and V BE .

【0054】[0054]

【数2】|VBC|=2×|VCE|=2×|VBE| 従って、各電圧VBC、VCE、VBEの絶対値を比較するこ
とで、ブリッジ回路の故障を判定することが可能とな
る。すなわち、上記数式2が成り立つ場合には正常な圧
力印加状態と判断でき、数式2が成り立たない場合には
ブリッジ回路に故障が発生していると判断できる。
| V BC | = 2 × | V CE | = 2 × | V BE | Therefore, the failure of the bridge circuit is determined by comparing the absolute values of the voltages V BC , V CE , and V BE. It becomes possible. That is, when the above equation (2) is satisfied, it can be determined that a normal pressure application state is established, and when the above equation (2) does not hold, it can be determined that a failure has occurred in the bridge circuit.

【0055】ところで、上記電位差VBC、VCE、VBE
変化は微少であることから、これらの電圧値を用いてブ
リッジ回路の故障を判定することは難しい。そこで、本
実施形態では、電圧VBC、VCE、VBEを別系統の
増幅調整回路20、21、22を用いて増幅調整した後
の出力信号Out(BC)、Out(CE)、Out
(BE)を故障判定回路30にて比較判定することによ
り、ブリッジ回路の故障を判定している。すなわち、数
式3が成り立つかどうかを判定する。
Since the changes in the potential differences V BC , V CE , and V BE are very small, it is difficult to determine the failure of the bridge circuit using these voltage values. Therefore, in the present embodiment, the output signals Out (BC), Out (CE), and Out after the voltages VBC, VCE, and VBE are amplified and adjusted using the amplification adjustment circuits 20, 21, and 22 of different systems.
By comparing and determining (BE) in the failure determination circuit 30, the failure of the bridge circuit is determined. That is, it is determined whether Expression 3 holds.

【0056】[0056]

【数3】|Out(BC)|=2×|Out(CE)|
=2×|Out(BE)| このように構成することで、ブリッジ回路10の故障判
定に加え、増幅調整回路20、21、22の故障をも同
時に判定することが可能になる。
| Out (BC) | = 2 × | Out (CE) |
= 2 × | Out (BE) | With this configuration, in addition to the failure determination of the bridge circuit 10, the failure of the amplification adjustment circuits 20, 21, and 22 can be determined simultaneously.

【0057】以上のように、ブリッジ回路10を用いた
圧力センサにおいて、ダイヤフラム部への圧力印加の影
響を受けない基準電位発生回路を設けることにより、例
えば断線、短絡等によるブリッジ抵抗値の変化という故
障が発生した場合に、確実に故障を検出することが可能
になる。
As described above, in the pressure sensor using the bridge circuit 10, by providing the reference potential generating circuit which is not affected by the application of the pressure to the diaphragm, the change in the bridge resistance value due to, for example, a disconnection or a short circuit is obtained. When a failure occurs, the failure can be reliably detected.

【0058】(第2実施形態)次に、第2実施形態につ
いて図3に基づいて説明する。本第2実施形態の圧力セ
ンサは、ブリッジ回路10に第1の基準電位発生回路1
1に加え、第2の基準電位発生回路12を追加したもの
である。上記第1実施形態と同様の部分については同一
の符号を付けてその説明を省略する。なお、図示を省略
するが、上記第1実施形態と同様に、別系統の増幅調整
回路および故障判定回路が備えられている。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The pressure sensor according to the second embodiment includes a first reference potential generation circuit 1
In this embodiment, a second reference potential generation circuit 12 is added to the configuration of FIG. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Although not shown, similar to the first embodiment, an amplification adjustment circuit and a failure determination circuit of another system are provided.

【0059】第2の基準電位発生回路12は、第1基準
電位発生回路11と同様に、抵抗分割により基準電位を
発生するものであり、ブリッジ回路10の一端側および
他端側に並列接続されている。第2の基準電位発生回路
12は、直列接続された2つの抵抗RG、RHからな
る。抵抗RG、RHは、ダイヤフラム部への圧力印加に
よる応力変位の影響を受けない部位に配置されており、
ダイヤフラム部に圧力が印加されても抵抗値変化を生じ
ないように構成されている。
The second reference potential generation circuit 12 generates a reference potential by resistance division, like the first reference potential generation circuit 11, and is connected in parallel to one end and the other end of the bridge circuit 10. ing. The second reference potential generation circuit 12 includes two resistors RG and RH connected in series. The resistances RG and RH are arranged in a portion that is not affected by the stress displacement caused by the application of the pressure to the diaphragm,
The configuration is such that the resistance value does not change even when pressure is applied to the diaphragm portion.

【0060】なお、各抵抗RA〜RHは、パターニング
や温度等の影響を受けないように、それぞれ同一形状、
同一抵抗値になるように同一工程で形成されるべきであ
る。
The resistors RA to RH have the same shape and the same shape so as not to be affected by patterning, temperature, and the like.
They should be formed in the same step so as to have the same resistance value.

【0061】以下、本第2実施形態における、ブリッジ
回路の故障判定について説明する。
Hereinafter, the failure determination of the bridge circuit in the second embodiment will be described.

【0062】シリコン基板のダイヤフラム部に圧力が印
加されることにより、B点での電位は上昇し、C点での
電位は下降する。このとき抵抗RE、RFおよび抵抗R
G、RHは圧力印加に影響されない部位に配置されてい
るので、E点およびF点での電位は変化しない。そし
て、抵抗RAとRDにおける抵抗値変化量は等しく、同
様に抵抗RBとRCにおける抵抗値変化量は等しいの
で、B点とC点での電位変化量の絶対値は等しくなる。
従って、E点およびF点の電位を基準にすると、各電位
差VBC、VCE、VBE、VCF、VBFの間には、
数式4が成り立つ。
When pressure is applied to the diaphragm portion of the silicon substrate, the potential at point B rises and the potential at point C falls. At this time, the resistors RE, RF and R
Since G and RH are arranged at a position not affected by the pressure application, the potentials at the points E and F do not change. Since the resistance change amounts of the resistors RA and RD are equal, and similarly the resistance change amounts of the resistors RB and RC are equal, the absolute values of the potential change amounts at the points B and C are equal.
Therefore, based on the potentials at points E and F, the potential differences VBC, VCE, VBE, VCF, and VBF are:
Equation 4 holds.

【0063】[0063]

【数4】|VBC|=2×|VCE|=2×|VBE|
=2×|VCF|=2×|VBF| 同様に、各電位差VBC〜VBFを増幅調整回路にて増
幅調整した出力信号Out(BC)、Out(CE)、
Out(BE)、Out(CF)、Out(BF)の間
には、数式5が成り立つ。
| VBC | = 2 × | VCE | = 2 × | VBE |
= 2 × | VCF | = 2 × | VBF | Similarly, output signals Out (BC), Out (CE) obtained by amplifying and adjusting each of the potential differences VBC to VBF by the amplifying circuit.
Equation 5 holds between Out (BE), Out (CF), and Out (BF).

【0064】[0064]

【数5】|Out(BC)|=2×|Out(CE)|
=2×|Out(BE)|=2×|Out(CF)|=
2×|Out(BF)| 従って、上記数式4あるいは数式5が成り立つ否かを判
断すれば、ブリッジ回路に故障が発生しているか否かを
判断できる。
| Out (BC) | = 2 × | Out (CE) |
= 2 × | Out (BE) | = 2 × | Out (CF) | =
2 × | Out (BF) | Therefore, it is possible to determine whether or not a failure has occurred in the bridge circuit by determining whether or not Expression 4 or Expression 5 holds.

【0065】本第2実施形態の数式4、5では、上記第
1実施形態の数式2、3に比較して、条件式が増えるの
で、より確実にブリッジ回路の故障判定をすることがで
きる。
In Equations 4 and 5 of the second embodiment, since the number of conditional expressions increases as compared with Equations 2 and 3 of the first embodiment, it is possible to more reliably determine the failure of the bridge circuit.

【0066】なお、本第2実施形態では、2つの基準電
位発生回路11、12を設けたが、さらに多くの基準電
位発生回路を設けてもよい。
In the second embodiment, two reference potential generation circuits 11 and 12 are provided, but more reference potential generation circuits may be provided.

【0067】また、数式4、5に含まれる等式を必ずし
もすべて判定しなくてもよく、少なくとも中点B、Cの
間の電位差と、中点B、Cの電位と基準電位発生回路1
1、12のいずれかの基準電位の電位差とを比較するよ
うに構成してもよい。
Further, it is not always necessary to judge all the equations included in Equations 4 and 5, and at least the potential difference between the middle points B and C, the potential of the middle points B and C, and the reference potential generation circuit 1
A configuration may be adopted in which the potential difference between the reference potentials 1 and 12 is compared.

【0068】(第3実施形態)次に、第3実施形態につ
いて図4に基づいて説明する。本第3実施形態の圧力セ
ンサは、上記第1実施形態に比較して、ブリッジ回路1
0の構成が異なるものであり、基準電位発生回路は備え
られていない。上記第1実施形態と同様の部分について
は同一の符号を付して説明を省略する。なお、図示を省
略するが、上記第1実施形態と同様に、増幅調整回路お
よび故障判定回路が備えられている。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The pressure sensor of the third embodiment is different from the first embodiment in that the bridge circuit 1
0 is different, and no reference potential generating circuit is provided. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Although not shown, an amplification adjustment circuit and a failure determination circuit are provided as in the first embodiment.

【0069】本第3実施形態では、ブリッジ回路10の
4個のゲージ抵抗(抵抗)RA、RB、RC、RDをそ
れぞれ等しく2分割することにより、8個の分割ゲージ
抵抗(分割抵抗)RA1、RA2、RB1、RB2、R
C1、RC2、RD1、RD2を形成している。このと
き上記8個の抵抗RA1〜RD2はすべて抵抗値が等し
くなるように形成され、シリコン基板のダイヤフラム部
への圧力印加により、それぞれ矢印方向に抵抗値が変化
するように構成されている。
In the third embodiment, the four gauge resistors (resistors) RA, RB, RC, and RD of the bridge circuit 10 are each equally divided into two, so that eight divided gauge resistors (divided resistors) RA1, RA1, RA2, RB1, RB2, R
C1, RC2, RD1, and RD2 are formed. At this time, the eight resistors RA1 to RD2 are all formed to have the same resistance value, and are configured such that the resistance values change in the direction of the arrows, respectively, by applying pressure to the diaphragm portion of the silicon substrate.

【0070】ブリッジ回路における2つの端子A、Dの
間に定電圧Vccを印加し、抵抗RA、RBの中点Bお
よび抵抗RC、RDの中点Cを出力端子として、中点
B、Cにおける中点電位の電位差(電圧)VBCを出力す
る。この電圧VBCにより、シリコン基板のダイヤフラム
部に印加された圧力を測定することができる。
A constant voltage Vcc is applied between the two terminals A and D in the bridge circuit, and a middle point B between the resistors RA and RB and a middle point C between the resistors RC and RD are used as output terminals. A potential difference (voltage) V BC of the midpoint potential is output. With this voltage V BC , the pressure applied to the diaphragm portion of the silicon substrate can be measured.

【0071】本第3実施形態のブリッジ回路は、さら
に、分割抵抗RA1、RA2の中間端子B1の電位およ
び分割抵抗RC1、RC2の中間端子C1の電位との電
位差V B1C1と、分割抵抗RB1、RB2の中間端子B2
の電位および分割抵抗RD1、RD2の中間端子C2の
電位との電位差VB2C2を出力するように構成されてい
る。
The bridge circuit according to the third embodiment further includes
The potential of the intermediate terminal B1 of the division resistors RA1 and RA2 and
And the potential of the intermediate terminal C1 of the divided resistors RC1 and RC2.
Difference V B1C1And an intermediate terminal B2 of the divided resistors RB1 and RB2.
And the potential of the intermediate terminal C2 of the divided resistors RD1 and RD2.
Potential difference V from potentialB2C2Is configured to output
You.

【0072】ここで、分割抵抗RA1およびRA2の中
間端子B1と、分割抵抗RC1およびRC2の中間端子
C1におけるそれぞれの電位に注目してみる。ダイヤフ
ラム部に圧力が印加されると、端子B1での電位は上昇
し、端子C1での電位は下降する。このとき、抵抗RA
1、RA2、RD1、RD2の抵抗値変化量は同一であ
り、抵抗RB1、RB2、RC1、RC2の抵抗値変化
量は同一である。
Here, attention is paid to respective potentials at the intermediate terminal B1 of the division resistors RA1 and RA2 and at the intermediate terminal C1 of the division resistors RC1 and RC2. When pressure is applied to the diaphragm, the potential at the terminal B1 rises and the potential at the terminal C1 falls. At this time, the resistance RA
1, RA2, RD1, and RD2 have the same resistance change amount, and the resistors RB1, RB2, RC1, and RC2 have the same resistance change amount.

【0073】そこで、中間端子B1、C1の電位差V
B1C1の絶対値は、中点B、Cでの中点電位の電位差VBC
の絶対値を、抵抗RA、RCの分割数(本実施形態では
2)で割り、端子B1、C1と電源側端子Aとの間に存
在する分割抵抗数(本実施形態では1)を掛けた値と等
しくなる。同様に、中間端子B2、C2の電位差VB2C2
も、端子B、Cでの中点電位の電位差VBCを、抵抗R
B、RDの分割数で割り、端子B2、C2と接地側端子
Dとの間の分割抵抗数を掛けた値と等しくなる。
Therefore, the potential difference V between the intermediate terminals B1 and C1 is
The absolute value of B1C1 is the potential difference V BC of the midpoint potential at midpoints B and C.
Is divided by the number of divisions of the resistors RA and RC (2 in this embodiment) and multiplied by the number of division resistors (1 in this embodiment) existing between the terminals B1 and C1 and the power supply terminal A. Equals the value. Similarly, the potential difference V B2C2 between the intermediate terminals B2 and C2
Also, the potential difference V BC of the midpoint potential at terminals B and C is
It is divided by the number of divisions of B and RD, and becomes equal to a value obtained by multiplying the number of division resistances between the terminals B2 and C2 and the ground terminal D.

【0074】従って、中点B、Cの電位差VBCと、中間
端子B1、C1の電位差VB1C1と、中間端子B2、C2
の電位差VB2C2の間には、数式6が成り立つ。
Therefore, the potential difference V BC between the middle points B and C, the potential difference V B1C1 between the intermediate terminals B1 and C1, and the potential difference V B1 and C2
Equation 6 holds between the potential differences V B2C2 .

【0075】[0075]

【数6】|VBC|=2×|VB1C1|=2×|VB2C2| また、各電圧VBC、VB1C1、VB2C2を別系統の増幅調整
回路によって増幅調整した出力信号Out(BC)、O
ut(B1C1)、Out(B2C2)の間には、数式
7が成り立つ。
| V BC | = 2 × | V B1C1 | = 2 × | V B2C2 | Further , an output signal Out (BC) obtained by amplifying and adjusting each of the voltages V BC , V B1C1 , and V B2C2 by an amplification adjustment circuit of another system. ), O
Equation 7 holds between ut (B1C1) and Out (B2C2).

【0076】[0076]

【数7】|Out(BC)|=2×|Out(B1C
1)|=2×|Out(B2C2)| 従って、数式6あるいは数式7が成立するか否かを判断
すれば、ブリッジ回路の故障を判定することができる。
すなわち、端子B、Cにおける電位差VBCと、ダイヤ
フラム部に圧力印加されない状態において電位が等しい
中間端子の組み合わせである端子B1とC1、端子B2
とC2における電位差VB1C1、VB2C2とを比較すること
で、ブリッジ回路の故障判定を行うことができる。
| Out (BC) | = 2 × | Out (B1C
1) | = 2 × | Out (B2C2) | Therefore, if it is determined whether Expression 6 or Expression 7 is satisfied, it is possible to determine the failure of the bridge circuit.
That is, the terminals B1 and C1, the terminal B2, which are a combination of the potential difference VBC between the terminals B and C and the intermediate terminals having the same potential when no pressure is applied to the diaphragm portion.
By comparing the potential differences V B1C1 and V B2C2 at C2 and C2, it is possible to determine the failure of the bridge circuit.

【0077】なお、上記数式6、7では複数の等式によ
りブリッジ回路の故障判定を行ったが、少なくとも、|
BC|=2×|VB1C1|もしくは|VBC|=2×|V
B2C2|のいずれか、あるいは|Out(BC)|=2×
|Out(B1C1)|もしくは|Out(BC)|=
2×|Out(B2C2)|のいずれかが成立すれば、
ブリッジ回路の故障判定が可能である。この場合には、
2つの電位差の比較により故障検出が可能となり、回路
構成を簡略にすることができる。
In the above formulas 6 and 7, the failure of the bridge circuit is determined by a plurality of equations.
V BC | = 2 × | V B1C1 | or | V BC | = 2 × | V
B2C2 | or | Out (BC) | = 2 ×
| Out (B1C1) | or | Out (BC) | =
If any of 2 × | Out (B2C2) |
It is possible to determine the failure of the bridge circuit. In this case,
Failure can be detected by comparing the two potential differences, and the circuit configuration can be simplified.

【0078】また、本第3実施形態では、ブリッジ回路
の4つの抵抗RA〜RDのすべてを2分割したが、さら
に多くの分割数としてもよい。例えば、図5に示すよう
に抵抗RA〜RDを3分割して、12個の分割抵抗RA
1〜RD3を形成した場合には、数式8が成り立つ。
In the third embodiment, all of the four resistors RA to RD of the bridge circuit are divided into two. However, the number of divisions may be further increased. For example, the resistors RA to RD are divided into three as shown in FIG.
When 1 to RD3 are formed, Expression 8 holds.

【0079】[0079]

【数8】|VBC|=3×|VB1C1|=3×|VB4C4|=
3/2|VB2C2|=3/2|VB3 C3| また、抵抗RAとRCの組み合わせ、あるいは抵抗RB
とRDの組み合わせが同じ分割数であればよく、それぞ
れの組み合わせを異なる分割数としてもよい。
[Equation 8] | VBC| = 3 × | VB1C1| = 3 × | VB4C4| =
3/2 | VB2C2| = 3/2 | VB3 C3| Combination of resistors RA and RC, or resistor RB
And RD should be the same number of divisions.
These combinations may be different numbers of divisions.

【0080】(第4実施形態)次に、第4実施形態につ
いて図6に基づいて説明する。図6に示すように、本第
4実施形態における圧力センサは、4つのゲージ抵抗
(抵抗)RA、RB、RC、RDがブリッジ接続された
ブリッジ回路10を備えており、ブリッジ回路の構成と
しては、従来から用いられているものと同様である。な
お、図示を省略するが、上記第1実施形態と同様に、増
幅調整回路および故障判定回路が備えられている。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the pressure sensor according to the fourth embodiment includes a bridge circuit 10 in which four gauge resistors (resistances) RA, RB, RC, and RD are connected in a bridge. Are the same as those conventionally used. Although not shown, an amplification adjustment circuit and a failure determination circuit are provided as in the first embodiment.

【0081】以下、本第4実施形態における、ブリッジ
回路の故障判定について説明する。
Hereinafter, the failure determination of the bridge circuit in the fourth embodiment will be described.

【0082】ダイヤフラム部に圧力が印加されると、端
子Bでの中点電位は上昇し、端子Cでの中点電位は下降
する。このとき端子A、Dにおける電位は変化しない。
そして、抵抗RAとRDにおける抵抗値変化量は等し
く、同様に抵抗RBとRCにおける抵抗値変化量は等し
いので、B点とC点での電位変化量の絶対値は等しくな
る。
When pressure is applied to the diaphragm, the midpoint potential at terminal B rises and the midpoint potential at terminal C falls. At this time, the potentials at the terminals A and D do not change.
Since the resistance change amounts of the resistors RA and RD are equal, and similarly the resistance change amounts of the resistors RB and RC are equal, the absolute values of the potential change amounts at the points B and C are equal.

【0083】従って、端子A、Cの電位差VACと、端子
B、Dの電位差VBDと、端子A、Bの電位差VABと、端
子C、Dの電位差VCDの間には、数式9の2つの式が同
時に成り立つ。
Therefore, the potential difference V AC between the terminals A and C, the potential difference V BD between the terminals B and D, the potential difference V AB between the terminals A and B, and the potential difference V CD between the terminals C and D are expressed by the following equation (9). Are simultaneously satisfied.

【0084】[0084]

【数9】 |VAC|=|VBD|および |VAB|=|VCD| 従って、各電圧VAC、VBD、VAB、VCDの絶対値を比較
することで、ブリッジ回路の故障を判定することが可能
となる。すなわち、上記数式9が成り立つ場合には正常
な圧力印加状態と判断でき、数式9が成り立たない場合
にはブリッジ回路に故障が発生していると判断できる。
| V AC | = | V BD | and | V AB | = | V CD | Therefore, by comparing the absolute values of the voltages V AC , V BD , V AB , and V CD , the bridge circuit Failure can be determined. That is, when Equation 9 is satisfied, it can be determined that a normal pressure application state is established, and when Equation 9 is not satisfied, it can be determined that a failure has occurred in the bridge circuit.

【0085】(第5実施形態)次に、本発明の第5実施
形態を図7、図8に基づいて説明する。図7は本第5実
施形態の圧力センサのダイヤフラム部の平面図であり、
図8は本第5実施形態の圧力センサの概略構成を示す回
路図である。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a plan view of a diaphragm portion of the pressure sensor according to the fifth embodiment.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the pressure sensor according to the fifth embodiment.

【0086】図7(a)、(b)に示すように、本第5
実施形態の圧力センサは、圧力検出用のブリッジ回路を
構成する拡散抵抗RA〜RDに加えて、故障検出用の拡
散抵抗RIがシリコン基板1のダイヤフラム部2におけ
る所領域に形成されている。ここでいう所定領域とは、
圧力印加により生じる応力のうち径方向の応力と周方向
の応力とのバランスが崩れる領域であり、ダイヤフラム
部2の中心部から外れた領域となる。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the fifth
In the pressure sensor according to the embodiment, in addition to the diffusion resistors RA to RD forming a bridge circuit for pressure detection, a diffusion resistor RI for failure detection is formed in a region of the diaphragm 2 of the silicon substrate 1. Here, the predetermined area is
This is a region where the balance between the radial stress and the circumferential stress of the stress generated by the application of the pressure is broken, and is a region deviated from the center of the diaphragm 2.

【0087】さらに、その上には絶縁用の酸化膜3が形
成されている。酸化膜3にはコンタクトホールが形成さ
れ、その上に図示しないアルミ配線がパターニングさ
れ、その上に保護膜(パッシベーション膜)4が形成さ
れている。
Further, an insulating oxide film 3 is formed thereon. A contact hole is formed in the oxide film 3, an aluminum wiring (not shown) is patterned thereon, and a protective film (passivation film) 4 is formed thereon.

【0088】また、本第5実施形態におけるシリコン基
板は、面方位が(100)面となっており、<110>
結晶軸が相直交して存在する。図7(a)に示すよう
に、圧力検出用ブリッジを構成する拡散抵抗RA〜RD
は、2つの<110>結晶軸方向に沿ってそれぞれ2個
ずつ配置されている。
Further, the silicon substrate in the fifth embodiment has a (100) plane orientation, and <110>
The crystal axes are orthogonal to each other. As shown in FIG. 7A, diffusion resistors RA to RD forming a pressure detection bridge
Are arranged two each along two <110> crystal axis directions.

【0089】図8に示すように、故障検出用抵抗RIは
基準抵抗Rrefと共に圧力検出用ブリッジ回路10に
並列接続されている。圧力検出用ブリッジ回路10は、
ダイヤフラム部2への圧力印加により発生する2つの中
点電位の電位差(電圧)を出力する。これに対し、故障
検出用抵抗RIは、ダイヤフラム部2への圧力印加によ
り抵抗値が増加するように構成されており抵抗値に応じ
た電圧を出力する。圧力検出用ブリッジ回路10と故障
検出用抵抗RIの出力信号は、それぞれ増幅調整回路に
て増幅調整された後、故障判定回路30に出力され、故
障判定回路30ではブリッジ回路10の故障判定を行う
ように構成されている。
As shown in FIG. 8, the failure detection resistor RI is connected in parallel to the pressure detection bridge circuit 10 together with the reference resistor Rref. The pressure detection bridge circuit 10 includes:
A potential difference (voltage) between two midpoint potentials generated by applying pressure to the diaphragm section 2 is output. On the other hand, the failure detection resistor RI is configured to increase its resistance value by applying pressure to the diaphragm unit 2 and outputs a voltage corresponding to the resistance value. The output signals of the pressure detection bridge circuit 10 and the failure detection resistor RI are amplified and adjusted by the amplification adjustment circuit, respectively, and then output to the failure determination circuit 30. The failure determination circuit 30 determines the failure of the bridge circuit 10. It is configured as follows.

【0090】次に、本第5実施形態における圧力センサ
の故障判定について説明する。まず、任意の圧力点2点
以上において、ダイヤフラム部2への圧力印加に対する
圧力検出用ブリッジ回路10の出力電圧値と、故障検出
用抵抗RIの出力抵抗値とを記憶回路(記憶手段)31
に予め記憶させておく。これにより、圧力検出用ブリッ
ジ回路10の出力値の変化特性と、故障検出用抵抗RI
の出力値の変化特性とを得ることができる。ブリッジ回
路10の出力と抵抗RIの出力は応力変化に比例して変
化する。これらはそれぞれ異なる出力変化特性を有する
ように構成されており、これらの出力の間には一定の関
係が成り立つ。すなわち、圧力センサが正常に作動して
いれば、ある圧力点におけるブリッジ回路10の出力と
抵抗RIの出力は、それぞれ常に同じ値になる。
Next, the failure determination of the pressure sensor according to the fifth embodiment will be described. First, at two or more arbitrary pressure points, a storage circuit (storage means) 31 stores the output voltage value of the pressure detection bridge circuit 10 and the output resistance value of the failure detection resistor RI with respect to the application of pressure to the diaphragm section 2.
In advance. Thus, the change characteristic of the output value of the pressure detection bridge circuit 10 and the failure detection resistance RI
Of the output value can be obtained. The output of the bridge circuit 10 and the output of the resistor RI change in proportion to the change in stress. These are configured to have different output change characteristics, and a fixed relationship is established between these outputs. That is, if the pressure sensor operates normally, the output of the bridge circuit 10 and the output of the resistor RI at a certain pressure point always have the same value.

【0091】従って、圧力センサが作動している際に、
ブリッジ回路10の出力と抵抗RIの出力とを比較し、
これらの出力値の関係が記憶回路31に記憶されている
関係を満たさなければ、ブリッジ回路10が正常な出力
値を出力していないと判断することができる。
Therefore, when the pressure sensor is operating,
The output of the bridge circuit 10 is compared with the output of the resistor RI,
If the relationship between these output values does not satisfy the relationship stored in the storage circuit 31, it can be determined that the bridge circuit 10 is not outputting a normal output value.

【0092】また、従来構造の圧力センサのダイヤフラ
ム部には、圧力検出用ブリッジ回路を構成するゲージ抵
抗RA〜RDが直交する方向に2個ずつ配置されている
だけであり、残りの部分は未使用領域となっている。本
第5実施形態では、故障検出用抵抗RIはダイヤフラム
部の未使用領域に設けられているため、従来の圧力セン
サと同程度の大きさのセンシング部で故障検出機能を有
する圧力センサを提供でき、圧力センサの小型化が可能
となる。
Further, only two gauge resistors RA to RD constituting a pressure detecting bridge circuit are arranged in the direction perpendicular to the diaphragm portion of the pressure sensor having the conventional structure, and the remaining portion is not provided. It is used area. In the fifth embodiment, since the failure detection resistor RI is provided in an unused area of the diaphragm, it is possible to provide a pressure sensor having a failure detection function with a sensing unit having the same size as a conventional pressure sensor. Thus, the size of the pressure sensor can be reduced.

【0093】なお、第5実施形態では、故障検出用抵抗
RIとして拡散抵抗を用いたが、これに限らず、例えば
薄膜抵抗を用いても同様に実施することができる。ま
た、故障検出用回路を1個の抵抗で構成したが、これに
限らず複数の抵抗により構成してもよい。例えば、直列
接続された2個の抵抗で故障検出回路を構成した場合に
は、その中点電位を出力として用いればよい。
In the fifth embodiment, a diffused resistor is used as the failure detection resistor RI. However, the present invention is not limited to this. For example, a thin film resistor may be used. Further, the failure detection circuit is configured by one resistor, but is not limited thereto, and may be configured by a plurality of resistors. For example, when a fault detection circuit is configured by two resistors connected in series, the midpoint potential may be used as an output.

【0094】(第6実施形態)次に、本発明の第6実施
形態を図9〜12に基づいて説明する。図9(a)は本
第6実施形態の圧力センサのダイヤフラム部の平面図で
あり、(b)は(a)のB−B断面図である。
(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9A is a plan view of a diaphragm portion of the pressure sensor according to the sixth embodiment, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 9A.

【0095】図9(a)に示すように、シリコン基板1
のダイヤフラム部2には、8個の拡散抵抗RA〜RD、
RJ〜RMが形成されており、これらの拡散抵抗は2つ
のブリッジ回路10、13を構成している。すなわち、
拡散抵抗RA〜RD(図中白抜き)は圧力検出用のブリ
ッジ回路10を構成するように結線されており、この圧
力検出用ブリッジ回路の内側に拡散抵抗RJ〜RM(図
中交差斜線)が故障検出用のブリッジ回路13を構成す
るように結線されている。本実施形態のシリコン基板は
(110)面方位を有しており、<100>結晶軸と<
110>結晶軸とが相直交して存在する。抵抗RA、R
D、RJ、RMは<100>結晶軸方向に形成され、抵
抗RB、RC、RK、RLは<110>結晶軸方向に形
成されている。
As shown in FIG. 9A, the silicon substrate 1
The diaphragm portion 2 has eight diffusion resistors RA to RD,
RJ to RM are formed, and these diffusion resistors form two bridge circuits 10 and 13. That is,
The diffusion resistances RA to RD (open in the figure) are connected so as to constitute a bridge circuit 10 for pressure detection, and diffusion resistances RJ to RM (cross hatched in the figure) are provided inside the bridge circuit for pressure detection. It is connected so as to form a bridge circuit 13 for failure detection. The silicon substrate of this embodiment has a (110) plane orientation, and has a <100> crystal axis and a <100> crystal axis.
110> crystal axis exists orthogonal to each other. Resistance RA, R
D, RJ, and RM are formed in the <100> crystal axis direction, and resistors RB, RC, RK, and RL are formed in the <110> crystal axis direction.

【0096】また、図9(b)に示すように、本第6実
施形態の圧力センサは、N型シリコン基板にP型拡散層
となる拡散抵抗が形成され、その上に絶縁用の酸化膜3
が形成されている。酸化膜3にはコンタクトホールが形
成され、その上に図示しないアルミ配線がパターニング
され、その上に保護膜4が形成されている。なお、N型
シリコン基板に代えて、P型シリコン基板にN型層をエ
ピタキシャル成長させたシリコン基板を用いてもよい。
As shown in FIG. 9B, in the pressure sensor according to the sixth embodiment, a diffusion resistor serving as a P-type diffusion layer is formed on an N-type silicon substrate, and an insulating oxide film is formed thereon. 3
Are formed. A contact hole is formed in the oxide film 3, an aluminum wiring (not shown) is patterned thereon, and a protective film 4 is formed thereon. Instead of the N-type silicon substrate, a silicon substrate obtained by epitaxially growing an N-type layer on a P-type silicon substrate may be used.

【0097】図10は、応力変動に対する2つのブリッ
ジ回路10、13の出力特性を示している。圧力センサ
のブリッジ回路10、13の出力特性は、ダイヤフラム
部2における抵抗の配置関係によって決まる。本第6実
施形態では、2個のブリッジ回路10、13は、ダイヤ
フラム部2において異なる位置に設けられており、図1
0に示すようにダイヤフラム部2への印加圧力に対して
異なる出力変化特性(感度)を持つ。本第6実施形態で
は、圧力検出用ブリッジ回路10の方が感度が高くなる
ように、言い換えれば、圧力変動に対する出力変化率が
大きくなるように構成されている。
FIG. 10 shows output characteristics of the two bridge circuits 10 and 13 with respect to stress fluctuation. The output characteristics of the bridge circuits 10 and 13 of the pressure sensor are determined by the arrangement of the resistors in the diaphragm unit 2. In the sixth embodiment, the two bridge circuits 10 and 13 are provided at different positions in the diaphragm unit 2, and FIG.
As shown by 0, the output change characteristics (sensitivity) are different with respect to the pressure applied to the diaphragm 2. In the sixth embodiment, the pressure detection bridge circuit 10 is configured to have higher sensitivity, in other words, to have a higher output change rate with respect to pressure fluctuation.

【0098】図11は、本第6実施形態の圧力センサの
概略回路構成を示している。図11に示すように、定電
圧電源から供給された電圧は、電圧調整回路40を介し
て一定電圧(例えば5V)に変換された後、センシング
を行うブリッジ回路10、13に供給される。2つのブ
リッジ回路10、13は並列接続されており、それぞれ
中点電位VB、VCと中点電位VF、VGを出力する。
2つのブリッジ回路10、13の出力は、第1、第2切
替回路41、42によって切り替えられ、増幅回路43
により増幅された後、第1、第2データ貯蔵部45、4
6において故障判定回路30で比較できる形で格納され
るように構成されている。故障判定回路30では、2つ
のブリッジ回路10、13の出力値に基づいて故障判定
が行われる。なお、第1、第2切替回路41、42は、
タイミング回路44によりデータ錯誤が生じないように
タイミング制御される。
FIG. 11 shows a schematic circuit configuration of the pressure sensor according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 11, the voltage supplied from the constant voltage power supply is converted to a constant voltage (for example, 5 V) via a voltage adjustment circuit 40, and then supplied to bridge circuits 10 and 13 that perform sensing. The two bridge circuits 10 and 13 are connected in parallel and output midpoint potentials VB and VC and midpoint potentials VF and VG, respectively.
The outputs of the two bridge circuits 10 and 13 are switched by first and second switching circuits 41 and 42,
After being amplified by the first and second data storage units 45, 4
6 is stored in a form that can be compared by the failure determination circuit 30. The failure determination circuit 30 makes a failure determination based on the output values of the two bridge circuits 10 and 13. Note that the first and second switching circuits 41 and 42
The timing is controlled by the timing circuit 44 so that data error does not occur.

【0099】次に、本第6実施形態の圧力センサの故障
検出について説明する。まず、ダイヤフラム部2への圧
力印加に対する圧力検出用ブリッジ回路10の出力電圧
値の変化特性と、故障検出用ブリッジ回路13の出力電
圧値の変化特性とを、記憶回路31に予め記憶させてお
く。これらの出力値の変化特性を得るためには、少なく
とも2点以上の圧力点におけるブリッジ回路10、13
の出力値が分かればよい。このとき、ブリッジ回路1
0、13の出力値が圧力変動に対して必ずしも直線的に
変化するとは限らないことを考慮すれば、より精度よく
変化特性を得るために任意の3点以上の出力値をとるこ
とが望ましい。
Next, the failure detection of the pressure sensor according to the sixth embodiment will be described. First, the change characteristics of the output voltage value of the pressure detection bridge circuit 10 and the change characteristics of the output voltage value of the failure detection bridge circuit 13 with respect to the application of pressure to the diaphragm unit 2 are stored in the storage circuit 31 in advance. . In order to obtain these output value change characteristics, the bridge circuits 10, 13 at at least two or more pressure points are required.
What is necessary is just to know the output value of. At this time, bridge circuit 1
Considering that the output values of 0 and 13 do not always change linearly with pressure fluctuations, it is desirable to take any three or more output values in order to obtain more accurate change characteristics.

【0100】これらの2つのブリッジ回路10、13の
出力の間には、上記の図10に示すような固定された関
係が成り立つ。すなわち、圧力センサが正常に作動して
いれば、ある圧力点における2つのブリッジ回路10、
13の出力は、それぞれ常に同じ値になる。従って、圧
力センサが作動している際に、圧力検出用ブリッジ回路
10の出力と故障検出用ブリッジ回路13の出力とを比
較し、これらの出力値の関係が記憶回路31に記憶され
ている関係を満たさなければ、ブリッジ回路10が正常
な出力値を出力していないと判断することができる。
A fixed relationship as shown in FIG. 10 is established between the outputs of these two bridge circuits 10 and 13. That is, if the pressure sensor is operating normally, two bridge circuits 10 at a certain pressure point,
13 always have the same value. Therefore, when the pressure sensor is operating, the output of the pressure detection bridge circuit 10 and the output of the failure detection bridge circuit 13 are compared, and the relationship between these output values is stored in the storage circuit 31. Is not satisfied, it can be determined that the bridge circuit 10 is not outputting a normal output value.

【0101】本第6実施形態の圧力センサでは、故障が
発生していると判定された場合には、故障判定回路30
はセンサ出力を通常の出力電圧範囲(例えば0.5〜
4.5V)の範囲外(ダイアグ領域)に強制的にシフト
させ、異常発生を示す信号を出力するように構成されて
いる。
In the pressure sensor according to the sixth embodiment, when it is determined that a failure has occurred, the failure determination circuit 30
Represents the sensor output in the normal output voltage range (for example, 0.5 to
It is configured to forcibly shift out of the range of 4.5 V) (diag area) and output a signal indicating occurrence of abnormality.

【0102】また、従来構造の圧力センサのダイヤフラ
ム部には、圧力検出用ブリッジ回路を構成するゲージ抵
抗RA〜RDが直交する方向に2個ずつ配置されている
だけであり、残りの部分は未使用領域となっている。本
第6実施形態では、故障検出用ブリッジ回路13はダイ
ヤフラム部の未使用領域に設けられているため、従来の
圧力センサと同程度の大きさのセンシング部で故障検出
機能を有する圧力センサを提供でき、圧力センサの小型
化が可能となる。
In the diaphragm of the conventional pressure sensor, only two gauge resistors RA to RD constituting a pressure detection bridge circuit are arranged in a direction orthogonal to each other, and the remaining portion is not yet provided. It is used area. In the sixth embodiment, since the failure detection bridge circuit 13 is provided in an unused area of the diaphragm, a pressure sensor having a failure detection function with a sensing unit having a size similar to that of a conventional pressure sensor is provided. As a result, the size of the pressure sensor can be reduced.

【0103】なお、以上説明した第6実施形態では(1
10)面方位のシリコン基板を用いたが、これに限ら
ず、図12に示す(100)面方位のシリコン基板を用
いてもよい。(100)面方位では、2つの<110>
結晶軸方向が相直交して存在している。(110)面方
位のシリコン基板を用いた場合には、図9(a)のよう
に各抵抗を応力分布の異なる位置に設ける必要があるの
に対して、(100)面方位のシリコン基板を用いた場
合には、各ゲージ抵抗を応力分布の等しい位置に均等配
置できる。このため、各抵抗毎に温度変化に伴うシリコ
ン基板の変形の度合いや発生応力の変化度合い等を同程
度にでき、熱的な誤差を低減することができる。
In the sixth embodiment described above, (1
10) Although a silicon substrate having a plane orientation was used, the present invention is not limited to this, and a silicon substrate having a (100) plane orientation shown in FIG. 12 may be used. In the (100) plane orientation, two <110>
The crystal axis directions are orthogonal to each other. When a silicon substrate having a (110) plane orientation is used, each resistor must be provided at a position having a different stress distribution as shown in FIG. 9A, whereas a silicon substrate having a (100) plane orientation is used. When used, each gauge resistor can be evenly arranged at a position where stress distribution is equal. For this reason, the degree of deformation of the silicon substrate due to the temperature change, the degree of change in the generated stress, and the like can be made the same for each resistor, and thermal errors can be reduced.

【0104】(第7実施形態)次に、本発明の第7実施
形態を図13に基づいて説明する。本第7実施形態の圧
力センサは、上記第6実施形態の圧力センサに比較し
て、故障検出用のブリッジ回路13が4つの薄膜抵抗か
ら形成されている点が異なるものである。上記第6実施
形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略す
る。
(Seventh Embodiment) Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The pressure sensor according to the seventh embodiment is different from the pressure sensor according to the sixth embodiment in that the failure detection bridge circuit 13 is formed of four thin film resistors. The same parts as those in the sixth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0105】図13(a)、(b)に示すように、本第
7実施形態の圧力センサは、シリコン基板に拡散抵抗R
A〜RDが形成され、その上に絶縁用の酸化膜3が形成
されている。酸化膜3上には例えばポリシリコンからな
る薄膜抵抗RN〜RQが形成されている。4つの拡散抵
抗RA〜RDは圧力検出用ブリッジ回路10を構成して
おり、4つの薄膜抵抗RN〜RQは故障検出用ブリッジ
回路を構成している。各薄膜抵抗RN〜RQは、拡散抵
抗RA〜RDよりダイヤフラム部の中心から遠い位置に
形成されている。
As shown in FIGS. 13A and 13B, in the pressure sensor of the seventh embodiment, a diffusion resistance R
A to RD are formed, and an insulating oxide film 3 is formed thereon. On the oxide film 3, thin film resistors RN to RQ made of, for example, polysilicon are formed. The four diffusion resistors RA to RD constitute a pressure detection bridge circuit 10, and the four thin film resistors RN to RQ constitute a failure detection bridge circuit. Each of the thin film resistors RN to RQ is formed at a position farther from the center of the diaphragm than the diffusion resistors RA to RD.

【0106】薄膜抵抗は、拡散抵抗に比較してゲージフ
ァクタが低いため、圧力検出用回路10と故障検出用回
路13は、異なる出力特性を持つこととなる。すなわ
ち、本実施形態では、圧力検出用ブリッジ回路10の方
が、応力変動に対して高い出力を有する。従って、本第
7実施形態の圧力センサの構成によっても、圧力検出用
ブリッジ回路の出力と故障検出用ブリッジ回路の出力と
を比較することにより、上記第6実施形態と同様に、圧
力センサの出力値の異常を検出することができる。
Since the thin-film resistance has a lower gauge factor than the diffusion resistance, the pressure detection circuit 10 and the failure detection circuit 13 have different output characteristics. That is, in the present embodiment, the pressure detection bridge circuit 10 has a higher output with respect to stress fluctuation. Therefore, according to the configuration of the pressure sensor of the seventh embodiment, the output of the pressure sensor is compared with the output of the failure detection bridge circuit, as in the sixth embodiment. Abnormal values can be detected.

【0107】なお、本第7実施形態では、拡散抵抗と薄
膜抵抗をダイヤフラム部の異なる位置に形成したが、こ
れらをダイヤフラム部2における同位置に層状に重ねて
配置することも可能である。このように構成しても、拡
散抵抗と薄膜抵抗のゲージファクタが異なるため、圧力
検出用回路と故障検出用回路との間で、異なる出力特性
を持たせることができる。
In the seventh embodiment, the diffused resistor and the thin-film resistor are formed at different positions in the diaphragm. However, they can be arranged in layers at the same position in the diaphragm 2. Even with such a configuration, since the gauge factors of the diffusion resistance and the thin-film resistance are different, different output characteristics can be provided between the pressure detection circuit and the failure detection circuit.

【0108】(第8実施形態)次に、本発明の第8実施
形態を図14に基づいて説明する。本第8実施形態の圧
力センサは、シリコン基板に代えてメタルダイヤフラム
を用いたものである。図14(a)、(b)に示すよう
に、圧力センサは、円形のダイヤフラム部50aを有す
る金属ステム50と、ダイヤフラム部50aに接着され
たシリコン基板51とを備えており、ダイヤフラム50
aおよびシリコン基板51の変形に基づき圧力検出を行
うように構成したものである。
(Eighth Embodiment) Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The pressure sensor according to the eighth embodiment uses a metal diaphragm instead of a silicon substrate. As shown in FIGS. 14A and 14B, the pressure sensor includes a metal stem 50 having a circular diaphragm portion 50a, and a silicon substrate 51 bonded to the diaphragm portion 50a.
This configuration is such that pressure detection is performed based on a and the deformation of the silicon substrate 51.

【0109】金属ステム50は中空円筒形状を成し、熱
膨張係数が小さい低熱膨張率金属(シリコンと熱膨張率
が近いコバール等)により構成されている。金属ステム
50は、一端側から図中矢印方向に圧力媒体が導入さ
れ、他端側に形成されたダイヤフラム部50aに圧力が
印加されるようになっている。
The metal stem 50 has a hollow cylindrical shape and is made of a metal having a low coefficient of thermal expansion and a low coefficient of thermal expansion (such as Kovar having a coefficient of thermal expansion close to that of silicon). A pressure medium is introduced into the metal stem 50 from one end in the direction of the arrow in the drawing, and pressure is applied to a diaphragm 50a formed at the other end.

【0110】シリコン基板51は、低融点ガラス等より
なるガラス層52を介してダイヤフラム部50aに固定
されている。また、シリコン基板51は(100)面方
位を有しており、圧力検出用ブリッジ回路を構成する4
個の拡散抵抗RA〜RDと、故障検出用ブリッジ回路を
構成する4個の薄膜抵抗RN〜RQが形成されている。
拡散抵抗RA〜RDと薄膜抵抗RN〜RQは、回転角θ
だけずらして配置されている。
The silicon substrate 51 is fixed to the diaphragm 50a via a glass layer 52 made of low melting point glass or the like. The silicon substrate 51 has a (100) plane orientation, and constitutes a pressure detection bridge circuit.
The diffusion resistors RA to RD and the four thin film resistors RN to RQ that constitute the failure detection bridge circuit are formed.
The diffusion resistances RA to RD and the thin film resistances RN to RQ are determined by the rotation angle θ.
They are only shifted.

【0111】本第8実施形態の圧力センサの構成によっ
ても、応力変化に対して出力変化特性の異なる2つのブ
リッジ出力を比較することにより、上記実施形態と同様
に故障を検出することができる。
According to the configuration of the pressure sensor of the eighth embodiment, a failure can be detected by comparing two bridge outputs having different output change characteristics with respect to a stress change, similarly to the above embodiment.

【0112】(第9実施形態)次に、本発明の第9実施
形態を図15に基づいて説明する。図15(a)は本第
9実施形態の圧力センサのダイヤフラム部の平面図であ
り、図15(b)はE−E断面図である。本第9実施形
態の圧力センサは、上記実施形態と比較して故障検出用
回路として容量型センサが用いられている点が異なるも
のであり、上記実施形態と同様の部分については同一の
符号を付してその説明を省略する。
(Ninth Embodiment) Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15A is a plan view of a diaphragm portion of the pressure sensor according to the ninth embodiment, and FIG. 15B is a cross-sectional view taken along line E-E. The pressure sensor according to the ninth embodiment is different from the above-described embodiment in that a capacitive sensor is used as a failure detecting circuit. The description is omitted here.

【0113】図15(a)に示すように、本第9実施形
態の圧力センサはシリコン基板のダイヤフラム部2にお
いて、圧力検出用ブリッジ回路10を構成する4つの拡
散抵抗RA〜RDの他に、中央部に故障検出用回路とし
ての容量型センサ53が設けられている。圧力検出用ブ
リッジ回路10と容量型センサ53は電気的に並列接続
されている。
As shown in FIG. 15A, in the pressure sensor of the ninth embodiment, in addition to the four diffusion resistors RA to RD constituting the pressure detection bridge circuit 10, A capacitive sensor 53 is provided at the center as a failure detection circuit. The pressure detection bridge circuit 10 and the capacitive sensor 53 are electrically connected in parallel.

【0114】容量型センサ53は、2枚の電極間の静電
容量値の変化を利用して圧力を測定するものであり、図
15(b)に示すようにシリコン基板1に形成されたダ
イヤフラム部2と、これに対向するように配置された多
結晶シリコンからなる薄膜電極53aとによって静電容
量を構成する。ダイヤフラム部2に圧力が印加されると
薄膜電極53aとの間の距離が近くなり、ダイヤフラム
部2と薄膜電極53aとの間の静電容量が大きくなる。
容量型センサ53は、静電容量値を電気信号として出力
する。
The capacitance type sensor 53 measures the pressure by using the change in the capacitance value between two electrodes, and the diaphragm formed on the silicon substrate 1 as shown in FIG. The portion 2 and the thin-film electrode 53a made of polycrystalline silicon arranged so as to face each other constitute a capacitance. When pressure is applied to the diaphragm portion 2, the distance between the diaphragm portion 2 and the thin film electrode 53a becomes short, and the capacitance between the diaphragm portion 2 and the thin film electrode 53a increases.
The capacitive sensor 53 outputs the capacitance value as an electric signal.

【0115】通常、容量型センサ53は、拡散抵抗から
なるブリッジ回路10より大きな出力を得ることができ
るため、応力変化に対してブリッジ回路10と容量型セ
ンサ53とで異なる出力特性の出力を得ることができ
る。
Normally, since the capacitive sensor 53 can obtain an output larger than that of the bridge circuit 10 composed of a diffusion resistor, the bridge circuit 10 and the capacitive sensor 53 obtain outputs having different output characteristics with respect to a stress change. be able to.

【0116】従って、本実施形態の圧力センサの構成に
よっても、圧力検出用ブリッジ回路10の出力と容量型
センサ53の出力とを比較することで、上記実施形態と
同様に故障を検出することが可能となる。
Therefore, according to the configuration of the pressure sensor of the present embodiment, the failure can be detected similarly to the above embodiment by comparing the output of the pressure detection bridge circuit 10 with the output of the capacitive sensor 53. It becomes possible.

【0117】(第10実施形態)次に、本発明の第10
実施形態を図16、図17に基づいて説明する。図16
(a)は本実施形態における圧力センサの斜視図であ
り、図16(b)はF−F断面図である。また、図17
は、拡散抵抗の形成位置と圧力による発生応力との関係
を示す図であり、(a)は本実施形態における圧力セン
サの正面図、(b)は(a)のG−G断面図、(c)は
ダイヤフラム部に表面方向から圧力がかけられた場合に
おいて、ダイヤフラム表面x軸上の圧力による発生応力
のx方向成分σxxの大きさを示した図である。
(Tenth Embodiment) Next, a tenth embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to FIGS. FIG.
FIG. 16A is a perspective view of the pressure sensor according to the present embodiment, and FIG. 16B is a cross-sectional view taken along line FF. FIG.
5A is a diagram illustrating a relationship between a position where a diffusion resistance is formed and a stress generated by pressure, FIG. 5A is a front view of a pressure sensor according to the present embodiment, FIG. 5B is a GG cross-sectional view of FIG. (c) is a diagram showing the magnitude of the x-direction component σxx of the stress generated by the pressure on the x-axis of the diaphragm surface when pressure is applied to the diaphragm from the surface direction.

【0118】本実施形態における圧力センサは、上記第
6実施形態と比較してダイヤフラム部が形成されたセン
サチップ60が台座61に貼り合わされて圧力基準室6
0aが形成されていることを前提としている点と、圧力
検出用のブリッジ回路と故障検出用のブリッジ回路を共
に、2つの拡散抵抗Ra、RbとRa’、Rb’による
ハーフブリッジ回路とした点が異なる。
The pressure sensor according to the present embodiment is different from the pressure sensor according to the sixth embodiment in that a sensor chip 60 having a diaphragm formed thereon is bonded to a base 61 and a pressure reference chamber 6 is formed.
0a is formed, and the bridge circuit for pressure detection and the bridge circuit for failure detection are both half bridge circuits formed by two diffusion resistors Ra, Rb and Ra ', Rb'. Are different.

【0119】拡散抵抗Ra、Rb及びRa’、Rb’
は、面方位が(110)面を成すシリコン基板で構成さ
れたセンサチップ60の表層部に形成されている。拡散
抵抗Ra、Rbは共に、破線部で示したダイヤフラム部
の周縁部と中央部との中間位置の近傍に配置されてい
る。具体的には、図17(c)に示すように、抵抗値が
正に変化する量が最小となる位置、つまり引張応力が最
小となる位置の近傍に拡散抵抗Raが形成され、抵抗値
が負に変化する量が最小となる位置、つまり圧縮応力が
最小となる位置の近傍に拡散抵抗Rbが形成されてい
る。拡散抵抗Ra’、Rb’は、一方の拡散抵抗Ra’
がダイヤフラム部の周縁部近傍に配置され、他方の拡散
抵抗Rb’がダイヤフラム部のほぼ中央部に配置された
構成となっている。具体的には、図17(c)に示すよ
うに、抵抗値が正に変化する量が最大となる位置、つま
り引張応力が最大となる位置の近傍に拡散抵抗Ra’が
形成され、抵抗値が負に変化する量が最大となる位置、
つまり圧縮応力が最大となる位置の近傍に拡散抵抗R
b’が形成されている。
Diffusion resistors Ra, Rb and Ra ', Rb'
Is formed on the surface layer of the sensor chip 60 composed of a silicon substrate having a (110) plane orientation. Both the diffusion resistors Ra and Rb are arranged near the middle position between the peripheral edge and the center of the diaphragm shown by the broken line. Specifically, as shown in FIG. 17C, the diffusion resistance Ra is formed near the position where the amount of positive change in the resistance value is the minimum, that is, in the vicinity of the position where the tensile stress is the minimum. The diffusion resistance Rb is formed near the position where the amount of the negative change is minimum, that is, near the position where the compressive stress is minimum. The diffusion resistances Ra ′ and Rb ′ are equal to one diffusion resistance Ra ′.
Are arranged near the periphery of the diaphragm, and the other diffused resistor Rb 'is arranged almost at the center of the diaphragm. Specifically, as shown in FIG. 17C, the diffusion resistance Ra ′ is formed near the position where the amount of positive change in the resistance value is the maximum, that is, near the position where the tensile stress is the maximum. Where the amount of negative change is maximum,
That is, the diffusion resistance R is set near the position where the compressive stress is maximized.
b ′ is formed.

【0120】このような構成においては、ダイヤフラム
部への圧力印加に対する拡散抵抗Ra、Rbの抵抗値変
化量が小さいため、圧力検出用のブリッジ回路が低感度
となり、ダイヤフラム部への圧力印加に対する拡散抵抗
Ra’、Rb’の抵抗値変化量が大きいため、故障検出
用のブリッジ回路が高感度になる。
In such a configuration, since the amount of change in the resistance of the diffusion resistances Ra and Rb with respect to the application of pressure to the diaphragm is small, the bridge circuit for detecting pressure has low sensitivity, and the diffusion with respect to the application of pressure to the diaphragm is reduced. Since the amount of change in the resistance values of the resistors Ra 'and Rb' is large, the failure detection bridge circuit has high sensitivity.

【0121】このように、圧力検出用とは別に高感度の
ブリッジ回路を設けることによって、センサチップ60
と台座61との貼り合せが剥がれる等の圧力基準室60
aの気密不良による故障検出を行うことができる。従っ
て、低感度のブリッジ回路によって製品仕様に対応する
出力が発生させられるようにしつつ、高感度のブリッジ
回路によって故障検出を行うことができる。
As described above, by providing a high-sensitivity bridge circuit separately from the one for pressure detection, the sensor chip 60
Pressure reference chamber 60, such as when the bonding between
Failure detection due to poor airtightness a can be performed. Therefore, the failure can be detected by the high-sensitivity bridge circuit while the output corresponding to the product specification is generated by the low-sensitivity bridge circuit.

【0122】図18は、本実施形態の圧力センサの概略
回路構成を示している。この図に示すように、圧力セン
サは、拡散抵抗Ra、Rb及びダイヤフラム部とは異な
る部位に備えられたダミー抵抗62、63によって圧力
検出用のブリッジ回路を形成していると共に、拡散抵抗
Ra’、Rb’及びダイヤフラム部とは異なる部位に備
えられたダミー抵抗64、65によって故障検出用のブ
リッジ回路を形成している。
FIG. 18 shows a schematic circuit configuration of the pressure sensor of the present embodiment. As shown in this figure, the pressure sensor forms a bridge circuit for pressure detection by diffusion resistances Ra and Rb and dummy resistances 62 and 63 provided in a portion different from the diaphragm part, and also includes a diffusion resistance Ra ′. , Rb ′ and a dummy resistor 64, 65 provided at a portion different from the diaphragm portion form a bridge circuit for failure detection.

【0123】圧力検出用のブリッジ回路の各中点の電位
差は温度補償機能を有した増幅回路66によって増幅さ
れ、出力回路67を介してセンサ出力として外部に出力
される。故障検出用のブリッジ回路の各中点の電位差は
温度補償機能を有した増幅回路68によって増幅された
のち、比較回路69によって所定の参照電圧Vrefと
比較され、その比較結果が出力回路67に入力されるよ
うになっている。そして、ブリッジ回路の出力が故障時
の出力に相当する場合には、比較回路69から故障であ
る旨の信号が出力回路に出力され、このような信号が入
力されると、出力回路67はセンサ出力を通常の出力電
圧範囲外(ダイアグ領域)に強制的にシフトさせ、異常
発生を示す信号を出力するようになっている。
The potential difference at each middle point of the pressure detecting bridge circuit is amplified by an amplifier circuit 66 having a temperature compensation function, and is output to the outside as a sensor output via an output circuit 67. The potential difference at each midpoint of the failure detection bridge circuit is amplified by an amplifier circuit 68 having a temperature compensation function, and then compared with a predetermined reference voltage Vref by a comparison circuit 69. The comparison result is input to an output circuit 67. It is supposed to be. When the output of the bridge circuit corresponds to the output at the time of failure, a signal indicating a failure is output from the comparison circuit 69 to the output circuit. When such a signal is input, the output circuit 67 outputs the sensor signal. The output is forcibly shifted out of the normal output voltage range (diag region), and a signal indicating the occurrence of an abnormality is output.

【0124】このように、低感度と高感度の2つの感度
を有するブリッジ回路を備え、低感度のブリッジ回路を
圧力検出に使用し、高感度のブリッジ回路を故障検出に
使用することで、確実に圧力基準室60aの気密不良に
よる故障検出を行うことができる。
As described above, by providing the bridge circuit having two sensitivities of low sensitivity and high sensitivity, the low sensitivity bridge circuit is used for pressure detection, and the high sensitivity bridge circuit is used for failure detection. In addition, failure detection due to poor airtightness of the pressure reference chamber 60a can be performed.

【0125】(第11実施形態)次に、本発明の第11
実施形態を図19、図20に基づいて説明する。図19
(a)は本実施形態における圧力センサの正面図、図1
9(b)は(a)のH−H断面図、図19(c)はダイ
ヤフラム部に表面方向から圧力がかけられた場合におい
て、ダイヤフラム表面x軸上での圧力による発生応力の
x方向成分σxxの大きさを示した図である。また、図
20は本実施形態における圧力センサの回路構成を示す
図である。
(Eleventh Embodiment) Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to FIGS. FIG.
(A) is a front view of the pressure sensor in the present embodiment, FIG.
9B is a cross-sectional view taken along the line HH of FIG. 9A, and FIG. 19C is an x-direction component of stress generated by pressure on the diaphragm surface x-axis when pressure is applied to the diaphragm from the surface direction. FIG. 9 is a diagram illustrating the magnitude of σxx. FIG. 20 is a diagram illustrating a circuit configuration of the pressure sensor according to the present embodiment.

【0126】本実施形態における圧力センサは、上記第
10実施形態と比較して故障検出用のブリッジ回路を4
つの拡散抵抗Ra’〜Rd’で構成したフルブリッジ回
路で構成した点である。
The pressure sensor of the present embodiment is different from that of the tenth embodiment in that the number of bridge circuits for detecting a failure is four.
This is a point that a full bridge circuit composed of two diffusion resistors Ra 'to Rd' is used.

【0127】この場合、拡散抵抗Rc’は拡散抵抗R
b’と対応する抵抗値変化(圧縮応力)が得られる位置
に形成され、拡散抵抗Rd’は拡散抵抗Ra’と対応す
る抵抗値変化(引張応力)が得られる位置に形成され
る。
In this case, the diffusion resistance Rc ′ is
The diffusion resistance Rd 'is formed at a position where a resistance value change (tensile stress) corresponding to the diffusion resistance Ra' is obtained.

【0128】このように、故障検出用のブリッジ回路を
4つの拡散抵抗Ra’〜Rd’で構成されたフルブリッ
ジ回路とすることにより、より高感度のブリッジ回路と
することができる。
As described above, the bridge circuit for failure detection is a full bridge circuit composed of four diffused resistors Ra 'to Rd', whereby a more sensitive bridge circuit can be obtained.

【0129】(第12実施形態)次に、本発明の第12
実施形態を図21、図22に基づいて説明する。図21
(a)は本実施形態における圧力センサの正面図、図2
1(b)は(a)のI−I断面図、図21(c)はダイ
ヤフラム部に表面方向から圧力がかけられた場合におい
て、ダイヤフラム表面x軸上での圧力による発生応力の
x方向成分σxxの大きさを示した図である。また、図
22は本実施形態における圧力センサの回路構成を示す
図である。
(Twelfth Embodiment) Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to FIGS. FIG.
(A) is a front view of the pressure sensor in the present embodiment, FIG.
1B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1A, and FIG. 21C is an x-direction component of stress generated by pressure on the x-axis of the diaphragm surface when pressure is applied to the diaphragm from the surface direction. FIG. 9 is a diagram illustrating the magnitude of σxx. FIG. 22 is a diagram illustrating a circuit configuration of the pressure sensor according to the present embodiment.

【0130】本実施形態における圧力センサは、上記第
11実施形態と比較して圧力検出用のブリッジ回路を4
つの拡散抵抗Ra〜Rdで構成したフルブリッジ回路で
構成した点である。
The pressure sensor according to the present embodiment is different from the eleventh embodiment in that a pressure detection bridge circuit is used.
This is a point that a full bridge circuit composed of two diffusion resistors Ra to Rd is used.

【0131】この場合、拡散抵抗Rcは拡散抵抗Rbと
対応する抵抗値変化(圧縮応力)が得られる位置に形成
され、拡散抵抗Rdは拡散抵抗Raと対応する抵抗値変
化(引張応力)が得られる位置に形成される。
In this case, the diffusion resistance Rc is formed at a position where a resistance value change (compression stress) corresponding to the diffusion resistance Rb is obtained, and the diffusion resistance Rd is obtained at a resistance value change (tensile stress) corresponding to the diffusion resistance Ra. Is formed at the position shown.

【0132】このように、圧力検出用のブリッジ回路を
4つの拡散抵抗Ra〜Rdで構成されたフルブリッジ回
路とすることにより、より高感度のブリッジ回路とする
ことができる。
As described above, by forming the pressure detection bridge circuit as a full bridge circuit composed of four diffusion resistors Ra to Rd, a bridge circuit with higher sensitivity can be obtained.

【0133】(第13実施形態)次に、本発明の第13
実施形態を図23に基づいて説明する。図23(a)は
本実施形態における圧力センサの正面図、図23(b)
は(a)のJ−J断面図、図23(c)はダイヤフラム
部に表面方向から圧力がかけられた場合において、ダイ
ヤフラム表面x軸上での圧力による発生応力のx方向成
分σxx、同じくy方向成分σyyの大きさを示した図
である。
(Thirteenth Embodiment) Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 23A is a front view of the pressure sensor according to the present embodiment, and FIG.
FIG. 23A is a cross-sectional view taken along the line JJ of FIG. 23A, and FIG. 23C is a graph showing the x-direction component σxx of the stress generated by the pressure on the x-axis of the diaphragm surface when pressure is applied to the diaphragm from the surface direction. FIG. 9 is a diagram illustrating the magnitude of a direction component σyy.

【0134】本実施形態における圧力センサは、第10
実施形態と比較して、面方位が(100)面を成すシリ
コン基板で形成されたセンサチップ70の表層部におい
て、拡散抵抗Ra、Ra’と拡散抵抗Rb、Rb’との
長手方向(電流経路の方向)が異なっている点が相違す
る。
The pressure sensor according to the present embodiment is a tenth pressure sensor.
Compared to the embodiment, in the surface layer portion of the sensor chip 70 formed of a silicon substrate having a (100) plane orientation, the longitudinal direction (current path) of the diffusion resistances Ra and Ra ′ and the diffusion resistances Rb and Rb ′ is different. Are different.

【0135】Si(100)面でのピエゾ抵抗効果は、
抵抗変化量ΔRが応力差(σxx−σyy)に比例する
という性質があるため、x方向が長手方向なっている拡
散抵抗(ここでは拡散抵抗Ra、Ra’)の抵抗値変化
量をΔRとすると、y方向が長手方向となっている拡散
抵抗(ここでは拡散抵抗Rb、Rb’)の抵抗値変化量
がほぼ−ΔRとなるという関係があり、同じ圧力が印加
されても異なる変化特性を有している。
The piezoresistance effect on the Si (100) surface is
Since the resistance change amount ΔR has a property of being proportional to the stress difference (σxx−σyy), when the resistance value change amount of the diffusion resistance (here, the diffusion resistances Ra and Ra ′) whose x direction is the longitudinal direction is ΔR. , The resistance change amount of the diffusion resistance (here, the diffusion resistances Rb and Rb ′) whose longitudinal direction is the y direction is substantially −ΔR, and has different change characteristics even when the same pressure is applied. are doing.

【0136】このため、本実施形態では、σxxとσy
yとの差が最も小さくなる部位にx方向を長手方向とす
る拡散抵抗Raを設けると共にy方向を長手方向とする
拡散抵抗Rbを設け、上記差が最も大きくなる部位に、
x方向を長手方向とする拡散抵抗Ra′を設けると共に
y方向を長手方向とする拡散抵抗Rb’を設けた構成と
している。
For this reason, in the present embodiment, σxx and σy
A diffusion resistor Ra having a longitudinal direction in the x direction is provided at a portion where the difference from y is the smallest, and a diffusion resistor Rb having a longitudinal direction in the y direction is provided.
A diffused resistor Ra 'having a longitudinal direction in the x direction is provided and a diffused resistor Rb' having a longitudinal direction in the y direction is provided.

【0137】このような構成としても、拡散抵抗Ra、
Rbによって構成される圧力検出用のブリッジ回路が低
感度となり、拡散抵抗Ra’、Rb’によって構成され
る故障検出用のブリッジ回路が高感度となる。従って、
本実施形態の構成としても、第10実施形態と同様の効
果を得ることができる。
In such a configuration, the diffusion resistance Ra,
The pressure detection bridge circuit composed of Rb has low sensitivity, and the failure detection bridge circuit composed of the diffusion resistors Ra ′ and Rb ′ has high sensitivity. Therefore,
With the configuration of the present embodiment, effects similar to those of the tenth embodiment can be obtained.

【0138】(第14実施形態)次に、本発明の第14
実施形態を図24に基づいて説明する。図24(a)は
本実施形態における圧力センサの正面図、図24(b)
は(a)のK−K断面図、図24(c)はダイヤフラム
部に表面方向から圧力がかけられた場合において、ダイ
ヤフラム表面x軸上での圧力による発生応力のx方向成
分σxx、同じくy方向成分σyyの大きさを示した図
である。
(Fourteenth Embodiment) Next, a fourteenth embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 24A is a front view of the pressure sensor according to the present embodiment, and FIG.
FIG. 24A is a cross-sectional view taken along the line KK of FIG. 24A, and FIG. 24C is a graph showing the x-direction component σxx of the stress generated by the pressure on the x-axis of the diaphragm surface when pressure is applied to the diaphragm from the surface direction. FIG. 9 is a diagram illustrating the magnitude of a direction component σyy.

【0139】本実施形態における圧力センサは、上記第
13実施形態と比較して故障検出用のブリッジ回路を4
つの拡散抵抗Ra’〜Rd’で構成したフルブリッジ回
路で構成した点である。
The pressure sensor according to the present embodiment is different from the thirteenth embodiment in that a bridge circuit for detecting a failure is provided by four.
This is a point that a full bridge circuit composed of two diffusion resistors Ra 'to Rd' is used.

【0140】この場合、拡散抵抗Rc’はy方向が長手
方向とされ、拡散抵抗Rb’と対応する抵抗値変化(圧
縮応力)が得られる位置に形成される。また、拡散抵抗
Rd’はx方向が長手方向とされ、拡散抵抗Ra’と対
応する抵抗値変化(引張応力)が得られる位置に形成さ
れる。
In this case, the diffusion resistance Rc ′ is formed at a position where the y-direction is the longitudinal direction and a resistance value change (compression stress) corresponding to the diffusion resistance Rb ′ is obtained. Further, the diffusion resistance Rd ′ is formed at a position where the x direction is the longitudinal direction and a resistance value change (tensile stress) corresponding to the diffusion resistance Ra ′ is obtained.

【0141】このように、故障検出用のブリッジ回路を
4つの拡散抵抗Ra’〜Rd’で構成されたフルブリッ
ジ回路とすることにより、より高感度のブリッジ回路と
することができる。
As described above, the bridge circuit for failure detection is a full bridge circuit composed of four diffused resistors Ra 'to Rd', so that a more sensitive bridge circuit can be obtained.

【0142】(第15実施形態)次に、本発明の第14
実施形態を図25に基づいて説明する。図25(a)は
本実施形態における圧力センサの正面図、図25(b)
は(a)のL−L断面図、図25(c)はダイヤフラム
部に表面方向から圧力がかけられた場合において、ダイ
ヤフラム表面x軸上での圧力による発生応力のx方向成
分σxx、同じくy方向成分σyyの大きさを示した図
である。
(Fifteenth Embodiment) Next, a fourteenth embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 25A is a front view of the pressure sensor according to the present embodiment, and FIG.
FIG. 25A is an LL cross-sectional view of FIG. 25A, and FIG. 25C is an x-direction component σxx of a stress generated by a pressure on the x-axis of the diaphragm surface when pressure is applied to the diaphragm from the surface direction, and similarly, y FIG. 9 is a diagram illustrating the magnitude of a direction component σyy.

【0143】本実施形態における圧力センサは、上記第
14実施形態と比較して圧力検出用のブリッジ回路を4
つの拡散抵抗Ra〜Rdで構成したフルブリッジ回路で
構成した点である。
The pressure sensor according to the present embodiment is different from the fourteenth embodiment in that the pressure detection bridge circuit has four bridge circuits.
This is a point that a full bridge circuit composed of two diffusion resistors Ra to Rd is used.

【0144】この場合、拡散抵抗Rcはy方向が長手方
向とされ、拡散抵抗Rbと対応する抵抗値変化(圧縮応
力)が得られる位置に形成される。また、拡散抵抗Rd
はx方向が長手方向とされ、拡散抵抗Raと対応する抵
抗値変化(引張応力)が得られる位置に形成される。
In this case, the diffusion resistor Rc is formed at a position where the longitudinal direction is the y direction and a change in resistance value (compression stress) corresponding to the diffusion resistor Rb is obtained. Also, the diffusion resistance Rd
Is formed in a position where the longitudinal direction is the x direction and a change in resistance value (tensile stress) corresponding to the diffusion resistance Ra is obtained.

【0145】このように、圧力検出用のブリッジ回路を
4つの拡散抵抗Ra〜Rdで構成されたフルブリッジ回
路とすることにより、より高感度のブリッジ回路とする
ことができる。
As described above, the bridge circuit for detecting pressure is a full bridge circuit composed of four diffusion resistors Ra to Rd, so that a bridge circuit with higher sensitivity can be obtained.

【0146】(他の実施形態)なお、上記各実施形態で
は、ブリッジ回路を構成する各抵抗の抵抗値が同一にな
るように構成しているが、製造バラツキ等により各抵抗
の抵抗値が同一にならない場合を考慮して、回路上の各
抵抗近傍にトリミング調整を行う抵抗(可変抵抗)を設
け、これにより各抵抗の抵抗値が等しくなるように構成
してもよい。
(Other Embodiments) In the above embodiments, the resistors constituting the bridge circuit are configured to have the same resistance value. However, the resistance values of the resistors are the same due to manufacturing variations and the like. In consideration of the case where resistance does not occur, a resistor (variable resistor) for performing trimming adjustment may be provided in the vicinity of each resistor on the circuit so that the resistance value of each resistor becomes equal.

【0147】また、上記各実施形態のブリッジ回路の故
障判定において、比較する出力値が一致するか否かで判
定を行ったが、圧力センサの製造バラツキや検出精度を
考慮して、判定にある程度の幅を持たせてもよい。例え
ば、数式2の|VBC|=2×|VCE|では、|VBC|=
2×|VCE|±α(α:許容誤差)とすることができ
る。
In the failure determination of the bridge circuit in each of the above embodiments, the determination is made based on whether or not the output values to be compared match. However, in consideration of the manufacturing variation of the pressure sensor and the detection accuracy, the determination is made to some extent. May be provided. For example, in Expression 2, | V BC | = 2 × | V CE |, | V BC | =
2 × | V CE | ± α (α: tolerance).

【0148】また、上記第1〜第4実施形態では、ある
時点での各電位差(電圧)を比較してブリッジ回路の故
障判定を行ったが、所定時間における電位差の変化量を
比較することによってブリッジ回路の故障判定を行って
もよい。
Further, in the first to fourth embodiments, the failure of the bridge circuit is determined by comparing the potential differences (voltages) at a certain point in time. However, the amount of change in the potential difference over a predetermined time is compared. The failure determination of the bridge circuit may be performed.

【0149】また、上記第5〜第9実施形態において、
故障検出用回路は各実施形態の配置に限定されず、圧力
検出用回路と異なる出力特性を持たせることができれ
ば、故障検出用回路はダイヤフラム部における任意の位
置に配置可能である。
In the fifth to ninth embodiments,
The failure detection circuit is not limited to the arrangement of each embodiment, and the failure detection circuit can be arranged at an arbitrary position in the diaphragm section as long as it can have an output characteristic different from that of the pressure detection circuit.

【0150】また、上記第3実施形態においては、等分
割した抵抗の分割点の電位を用いて故障検出を行う場合
を例に挙げたが、必ずしも等分割する必要はなく、4辺
のブリッジ回路2辺に配置される抵抗を、圧力が印加さ
れていない時に電位が等しくなる点で分割し、その分割
点の電位を用いて故障検出を行うものであれば他の構成
であっても本発明を適用できる。
Further, in the third embodiment, the case where the failure detection is performed by using the potential of the dividing point of the equally divided resistor has been described as an example. However, it is not always necessary to perform the equal dividing. The present invention is applicable to any other configuration as long as the resistors arranged on the two sides are divided at a point where the electric potential becomes equal when no pressure is applied and the failure is detected using the electric potential at the divided point. Can be applied.

【0151】さらに、上記第13実施形態においては、
拡散抵抗Ra、Rbと拡散抵抗Ra’、Rb’とがダイ
ヤフラム部の中心から共にx方向にずらした配置として
いるが、必ずしもこのような配置とする必要はない。例
えば、図26に示すように、拡散抵抗Ra、Rbをダイ
ヤフラム部の中心からx方向にずらし、拡散抵Ra’、
Rb’をダイヤフラム部の中心からy方向にずらすよう
にしても良い。
Further, in the thirteenth embodiment,
The diffused resistors Ra and Rb and the diffused resistors Ra 'and Rb' are arranged so as to be displaced from the center of the diaphragm in the x-direction. However, such an arrangement is not necessarily required. For example, as shown in FIG. 26, the diffusion resistances Ra and Rb are shifted in the x direction from the center of the diaphragm, and the diffusion resistances Ra ′ and
Rb 'may be shifted in the y direction from the center of the diaphragm.

【0152】また、同様に、第14実施形態における拡
散抵抗Ra、Rb、Ra’〜Rd’に関して、図27
(a)に示すような、拡散抵抗Ra、Rbをダイヤフラ
ム部の中心からx方向にずらし、拡散抵抗Ra’〜R
d’をダイヤフラム部の中心からy方向にずらした配置
としても良い。さらに、図27(b)に示すような、拡
散抵抗Ra、Rb、Ra’、Rb’をダイヤフラム部の
中心からx方向にずらし、拡散抵抗Rc’、Rd’をダ
イヤフラム部の中心からy方向にずらした配置としても
よい。
Similarly, regarding the diffused resistors Ra, Rb, Ra ′ to Rd ′ in the fourteenth embodiment, FIG.
As shown in (a), the diffusion resistances Ra and Rb are shifted from the center of the diaphragm in the x direction, and the diffusion resistances Ra 'to R'
d 'may be shifted from the center of the diaphragm in the y direction. Further, as shown in FIG. 27B, the diffusion resistors Ra, Rb, Ra ', and Rb' are shifted in the x direction from the center of the diaphragm, and the diffusion resistors Rc 'and Rd' are shifted in the y direction from the center of the diaphragm. The arrangement may be shifted.

【0153】また、同様に、第15実施形態における拡
散抵抗Ra〜Rb、Ra’〜Rd’に関して、図28
(a)に示すような、拡散抵抗Ra〜Rdをダイヤフラ
ム部の中心からx方向にずらし、拡散抵抗Ra’〜R
d’をダイヤフラム部の中心からy方向にずらした配置
としても良い。さらに、図28(b)に示すような、拡
散抵抗Ra、Rb、Ra’、Rb’をダイヤフラム部の
中心からx方向にずらし、拡散抵抗Rc、Rd、R
c’、Rd’をダイヤフラム部の中心からy方向にずら
した配置としてもよい。
Similarly, regarding the diffusion resistances Ra to Rb and Ra ′ to Rd ′ in the fifteenth embodiment, FIG.
As shown in (a), the diffusion resistances Ra ′ to Rd are shifted in the x direction from the center of the diaphragm part, and the diffusion resistances Ra ′ to Rd are shifted.
d 'may be shifted from the center of the diaphragm in the y direction. Further, as shown in FIG. 28 (b), the diffusion resistances Ra, Rb, Ra ', Rb' are shifted in the x direction from the center of the diaphragm part, and the diffusion resistances Rc, Rd, R
c ′ and Rd ′ may be displaced from the center of the diaphragm in the y direction.

【0154】ただし、これら図26〜図28に示した配
置は例示であり、これらの図に示されていない配置であ
っても本発明を適用することは可能である。
However, the arrangements shown in FIGS. 26 to 28 are merely examples, and the present invention can be applied to arrangements not shown in these figures.

【0155】なお、上記第10実施形態以降では、極め
て高い圧力(50気圧以上)を検出する圧力センサを例
にしたため、感度の高い故障検出用回路を別途設けた
が、比較的低い圧力(例えば1〜10気圧)を検出する
圧力センサではその必要がなくなる。その場合を以下に
説明する。
In the tenth and subsequent embodiments, since a pressure sensor for detecting an extremely high pressure (50 atm or more) is taken as an example, a high-sensitivity failure detection circuit is separately provided. A pressure sensor that detects (1 to 10 atm) eliminates this need. The case will be described below.

【0156】図16において圧力基準室60aが真空で
あることを前提とすると、通常ダイヤフラム部は大気圧
状態で多少基準室側に撓んでおり、加圧と共にさらに基
準室側に撓む。また、大気圧以下の圧力、すなわち負圧
では撓み具合が徐々に減少し、絶対圧がゼロではダイヤ
フラム部の撓みがなくなる。加圧のみを前提とした圧力
センサでは負圧を意味する信号は異常であるが、圧力基
準室60aの気密が破れた場合にはダイヤフラム部の上
下の圧力が同一となってしまうので、ダイヤフラム部の
撓みがない状態、すなわち、擬似的に上記絶対圧ゼロの
状態が発生する。
Assuming that the pressure reference chamber 60a is evacuated in FIG. 16, the diaphragm normally flexes slightly toward the reference chamber under atmospheric pressure, and further flexes toward the reference chamber with pressurization. At a pressure lower than the atmospheric pressure, that is, at a negative pressure, the degree of bending gradually decreases, and when the absolute pressure is zero, the bending of the diaphragm portion is eliminated. In a pressure sensor that assumes only pressurization, a signal indicating a negative pressure is abnormal, but if the airtightness of the pressure reference chamber 60a is broken, the upper and lower pressures of the diaphragm become the same. , That is, a state in which the absolute pressure is virtually zero occurs.

【0157】よって、図29に示す回路構成を用いて、
絶対圧ゼロ付近、あるいは負圧に相当する出力を検出し
てやれば、圧力基準室60aの気密不良という故障モー
ドを検出することができる。
Therefore, using the circuit configuration shown in FIG.
If the output corresponding to the vicinity of the absolute pressure of zero or the negative pressure is detected, the failure mode of poor airtightness of the pressure reference chamber 60a can be detected.

【0158】さらに、図29における回路構成が対象と
する圧力よりももう少し高い圧力範囲(例えば10〜5
0気圧)を対象とする回路構成として、図30に示す回
路構成も考えられる。すなわち、図29では増幅器が1
個であったが、本図では2系統に増幅器66、66’を
備えるようにしている。このような回路構成とすれば、
故障検出回路の感度を高くすることが可能である。
Further, a pressure range slightly higher than the target pressure of the circuit configuration in FIG.
A circuit configuration shown in FIG. 30 is also conceivable as a circuit configuration targeting 0 atm. That is, in FIG.
In this figure, two systems are provided with the amplifiers 66 and 66 '. With such a circuit configuration,
It is possible to increase the sensitivity of the failure detection circuit.

【0159】上記第10実施形態以降、半導体基板を薄
肉化したダイヤフラム部を形成し、基板表面にゲージ抵
抗を形成したタイプの圧力センサで説明したが、これ以
外の構造でも圧力基準室を有する圧力センサならば、気
密不良検出に関する本発明を適用可能である。すなわ
ち、容量式等の他の方式の圧力センサにも本発明を適用
することが可能である。
In the tenth and subsequent embodiments, the pressure sensor of the type in which the diaphragm is formed by reducing the thickness of the semiconductor substrate and the gauge resistance is formed on the surface of the substrate has been described. In the case of a sensor, the present invention relating to detection of poor airtightness can be applied. That is, the present invention can be applied to other types of pressure sensors such as a capacitance type.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用した第1実施形態の圧力センサの
回路構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施形態の圧力センサの部分断面図であ
る。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the pressure sensor according to the first embodiment.

【図3】第2実施形態の圧力センサの回路構成を示す回
路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a pressure sensor according to a second embodiment.

【図4】第3実施形態の圧力センサの回路構成を示す回
路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a pressure sensor according to a third embodiment.

【図5】第3実施形態の圧力センサの変形例を示す回路
図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a modified example of the pressure sensor of the third embodiment.

【図6】第4実施形態の圧力センサの回路構成を示す回
路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a pressure sensor according to a fourth embodiment.

【図7】第5実施形態の圧力センサのダイヤフラム部の
平面図である。
FIG. 7 is a plan view of a diaphragm section of a pressure sensor according to a fifth embodiment.

【図8】第5実施形態の圧力センサの回路構成を示す回
路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a pressure sensor according to a fifth embodiment.

【図9】(a)は第6実施形態の圧力センサのダイヤフ
ラム部の平面図であり、(b)は(a)のB−B断面図
である。
9A is a plan view of a diaphragm of a pressure sensor according to a sixth embodiment, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 9A.

【図10】第6実施形態の圧力センサにおける2つのブ
リッジ回路の出力特性を示す特性図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram illustrating output characteristics of two bridge circuits in the pressure sensor according to the sixth embodiment.

【図11】第6実施形態の圧力センサの概略構成を示す
回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of a pressure sensor according to a sixth embodiment.

【図12】第6実施形態の圧力センサの変形例を示すダ
イヤフラム部の平面図である。
FIG. 12 is a plan view of a diaphragm showing a modification of the pressure sensor of the sixth embodiment.

【図13】(a)は第7実施形態の圧力センサのダイヤ
フラム部の平面図であり、(b)は(a)のC−C断面
図である。
FIG. 13A is a plan view of a diaphragm of the pressure sensor according to the seventh embodiment, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.

【図14】(a)は第8実施形態の圧力センサのダイヤ
フラム部の平面図であり、(b)は(a)のD−D断面
図である。
FIG. 14A is a plan view of a diaphragm portion of the pressure sensor according to the eighth embodiment, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line DD of FIG.

【図15】(a)は第9実施形態の圧力センサのダイヤ
フラム部の平面図であり、(b)は(a)のE−E断面
図である。
FIG. 15A is a plan view of a diaphragm portion of the pressure sensor according to the ninth embodiment, and FIG. 15B is a cross-sectional view taken along line EE of FIG.

【図16】(a)は第10実施形態における圧力センサ
の斜視図であり、(b)はF−F断面図である。
FIG. 16A is a perspective view of a pressure sensor according to a tenth embodiment, and FIG. 16B is a sectional view taken along line FF.

【図17】第10実施形態における圧力センサの拡散抵
抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図で
ある。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a position where a diffusion resistance of a pressure sensor is formed and a stress generated by pressure in a tenth embodiment.

【図18】第10実施形態における圧力センサの回路構
成を示す図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a circuit configuration of a pressure sensor according to a tenth embodiment.

【図19】第11実施形態における圧力センサの拡散抵
抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図で
ある。
FIG. 19 is a diagram showing a relationship between a position where a diffusion resistance of a pressure sensor is formed and a stress generated by pressure in an eleventh embodiment.

【図20】図19に示す圧力センサの回路構成を示す図
である。
20 is a diagram showing a circuit configuration of the pressure sensor shown in FIG.

【図21】第12実施形態における圧力センサの拡散抵
抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図で
ある。
FIG. 21 is a diagram showing a relationship between a position where a diffusion resistance of a pressure sensor is formed and a stress generated by pressure in a twelfth embodiment.

【図22】図21に示す圧力センサの回路構成を示す図
である。
FIG. 22 is a diagram showing a circuit configuration of the pressure sensor shown in FIG. 21.

【図23】第13実施形態における圧力センサの拡散抵
抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図で
ある。
FIG. 23 is a diagram illustrating a relationship between a position where a diffusion resistance of a pressure sensor is formed and a stress generated by pressure in a thirteenth embodiment.

【図24】第14実施形態における圧力センサの拡散抵
抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図で
ある。
FIG. 24 is a diagram illustrating a relationship between a position where a diffusion resistance of a pressure sensor is formed and a stress generated by pressure in a fourteenth embodiment.

【図25】第15実施形態における圧力センサの拡散抵
抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図で
ある。
FIG. 25 is a diagram showing a relationship between a position where a diffusion resistance of a pressure sensor is formed and a stress generated by pressure in a fifteenth embodiment.

【図26】他の実施形態で示す拡散抵抗Ra、Rb、R
a’、Rb’の配置例を示す図である。
FIG. 26 shows diffused resistors Ra, Rb, and R shown in another embodiment.
It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of a 'and Rb'.

【図27】他の実施形態で示す拡散抵抗Ra、Rb、R
a’〜Rd’の配置例を示す図である。
FIG. 27 shows diffused resistors Ra, Rb, and R shown in another embodiment.
It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of a'-Rd '.

【図28】他の実施形態で示す拡散抵抗Ra〜Rd、R
a’〜Rd’の配置例を示す図である。
FIG. 28 shows diffused resistors Ra to Rd and R shown in another embodiment.
It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of a'-Rd '.

【図29】他の実施形態で示す圧力センサの回路構成を
示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing a circuit configuration of a pressure sensor shown in another embodiment.

【図30】他の実施形態で示す圧力センサの回路構成を
示す図である。
FIG. 30 is a diagram showing a circuit configuration of a pressure sensor shown in another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、13…ブリッジ回路、11、12…基準電位発生
回路、20、21、22…増幅調整回路、30…故障判
定回路、RA〜RD、RI、RJ〜RM、RN〜RQ…
ゲージ抵抗。
10, 13 bridge circuit, 11, 12 reference potential generation circuit, 20, 21, 22 amplification control circuit, 30 failure determination circuit, RA to RD, RI, RJ to RM, RN to RQ
Gauge resistance.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 宏明 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 鈴木 康利 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 石王 誠一郎 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 谷澤 幸彦 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE14 FF45 FF49 GG16 GG31 4M112 AA01 BA01 BA07 CA05 CA10 CA12 DA17 DA18 EA03 EA04 EA06 FA11 GA03  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroaki Tanaka 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Corporation (72) Inventor Yasutoshi Suzuki 1-1-1, Showa-cho, Kariya City, Aichi Prefecture Denso Corporation (72) Inventor Seiichiro Ishio 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso, Inc. (72) Inventor Yukihiko Tanizawa 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi F-term (reference) ) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE14 FF45 FF49 GG16 GG31 4M112 AA01 BA01 BA07 CA05 CA10 CA12 DA17 DA18 EA03 EA04 EA06 FA11 GA03

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板(1)に設けられた薄肉部
(2)への圧力印加に伴い抵抗値変化を生じるゲージ抵
抗(RA〜RD)によって形成された圧力検出用のブリ
ッジ回路(10)を有する圧力センサであって、 前記圧力印加で抵抗値変化しない抵抗(RE、RF)に
より基準電位を発生するように構成した基準電位発生回
路(11、12)を、前記ブリッジ回路の一端側および
他端側に並列接続し、 前記ブリッジ回路の2つの中点(B、C)における電位
差(VBC)と、前記中点における電位と前記基準電位発
生回路の基準電位との電位差(VCE、VBE)とに基づい
て、前記圧力検出用ブリッジ回路の故障判定をすること
を特徴とする圧力センサ。
A pressure detecting bridge circuit (10) formed by gauge resistors (RA to RD) that change in resistance value when pressure is applied to a thin portion (2) provided on a semiconductor substrate (1). A reference potential generating circuit (11, 12) configured to generate a reference potential by resistances (RE, RF) that do not change in resistance value when the pressure is applied; The potential difference (V BC ) at two middle points (B, C) of the bridge circuit, and the potential difference (V CE , between the potential at the middle point and the reference potential of the reference potential generation circuit) V BE ), the failure of the pressure detection bridge circuit is determined.
【請求項2】 半導体基板(1)に設けられた薄肉部
(2)への圧力印加に伴い抵抗値変化を生じるゲージ抵
抗(RA〜RD)によって形成された圧力検出用のブリ
ッジ回路(10)を有する圧力センサであって、 前記ブリッジ回路のゲージ抵抗は、分割された分割ゲー
ジ抵抗(RA1、RA2、RB1、RB2、RC1、R
C2、RD1、RD2)となっており、 前記ブリッジ回路の2つの中点(B、C)における電位
差(VBC)と、前記分割ゲージ抵抗の中間端子(B1、
B2、C1、C2)のうち、前記薄肉部に圧力印加され
ない状態において電位が等しい中間端子の組み合わせに
おける電位差(VB1C1、VB2C2)とに基づいて、前記圧
力検出用ブリッジ回路の故障判定をすることを特徴とす
る圧力センサ。
2. A pressure detecting bridge circuit (10) formed by gauge resistances (RA to RD) that change in resistance value when pressure is applied to a thin portion (2) provided on a semiconductor substrate (1). Wherein the gauge resistance of the bridge circuit is divided into divided gauge resistances (RA1, RA2, RB1, RB2, RC1, RC1, R2).
C2, RD1, RD2), the potential difference (V BC ) at the two middle points (B, C) of the bridge circuit, and the intermediate terminals (B1,
B2, C1, C2), the pressure detection bridge circuit is determined to be faulty based on the potential difference (V B1C1 , V B2C2 ) in the combination of the intermediate terminals having the same potential when no pressure is applied to the thin portion. Pressure sensor characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 半導体基板(1)に設けられた薄肉部
(2)への圧力印加に伴い抵抗値変化を生じるゲージ抵
抗(RA〜RD)によって形成された圧力検出用のブリ
ッジ回路(10)を有する圧力センサであって、 前記ブリッジ回路の一端側および他端側の端子(A、
D)と前記ブリッジ回路の第1および第2の中間端子
(B、C)における電位差(VAB、VCD、VAC、V BD
とに基づいて、前記圧力検出用ブリッジ回路の故障判定
を行うことを特徴とする圧力センサ。
3. A thin portion provided on a semiconductor substrate (1).
(2) Gauge resistor that changes resistance value with application of pressure
A pressure sensor formed by anti- (RA to RD)
A pressure sensor having a bridge circuit (10), wherein terminals (A,
D) and first and second intermediate terminals of the bridge circuit
(B, C) potential difference (VAB, VCD, VAC, V BD)
And determining the failure of the pressure detection bridge circuit based on
Pressure sensor.
【請求項4】 前記電位差を増幅回路によって増幅した
出力信号を用いて、前記ブリッジ回路の故障判定を行う
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記
載の圧力センサ。
4. The pressure sensor according to claim 1, wherein the failure determination of the bridge circuit is performed using an output signal obtained by amplifying the potential difference by an amplifier circuit.
【請求項5】 半導体基板(1)の薄膜部(2)におい
て、直交する方向に2個ずつ設けられたゲージ抵抗(R
A、RD;RB、RC)によって形成された圧力検出用
のブリッジ回路(10)を備え、前記ブリッジ回路より
圧力に応じた電気信号を出力するようにした圧力センサ
であって、 前記薄肉部における前記圧力検出用ブリッジ回路(1
0)が形成されていない部位に設けられ、前記圧力に応
じて前記圧力検出用ブリッジ回路とは異なる感度で電気
信号を出力する故障検出用回路(13、14、53)
と、 前記圧力検出用ブリッジ回路と前記故障検出用回路の各
出力に基づいて、前記圧力検出用ブリッジ回路の故障判
定を行う故障判定手段とを備えていることを特徴とする
圧力センサ。
5. In a thin film portion (2) of a semiconductor substrate (1), two gauge resistors (R) are provided in a direction orthogonal to each other.
A, RD; RB, RC) is a pressure sensor provided with a pressure detection bridge circuit (10) formed by the pressure sensor, wherein the bridge circuit outputs an electric signal according to pressure from the bridge circuit. The pressure detection bridge circuit (1)
A failure detection circuit (13, 14, 53) which is provided in a portion where no (0) is formed and outputs an electric signal according to the pressure with a sensitivity different from that of the pressure detection bridge circuit (13, 14, 53)
And a failure determination means for determining failure of the pressure detection bridge circuit based on each output of the pressure detection bridge circuit and the failure detection circuit.
【請求項6】 前記圧力検出用ブリッジ回路および前記
故障検出用回路の各出力値の対応関係を予め記憶してお
く記憶手段(31)を備え、 前記故障判定手段は、前記圧力検出用ブリッジ回路およ
び前記故障検出用回路の各出力値が前記対応関係を満た
すか否かによって、前記圧力検出用ブリッジ回路の故障
判定を行うことを特徴とする請求項5に記載の圧力セン
サ。
6. A storage circuit (31) for storing in advance a correspondence relationship between respective output values of the pressure detection bridge circuit and the failure detection circuit, wherein the failure determination means includes the pressure detection bridge circuit. 6. The pressure sensor according to claim 5, wherein the failure determination of the pressure detection bridge circuit is performed based on whether each output value of the failure detection circuit satisfies the correspondence.
【請求項7】 前記故障検出用回路は、1個以上の故障
検出用のゲージ抵抗(RI、RJ〜RM、RN〜RQ)
から構成されていることを特徴とする請求項5または6
に記載の圧力センサ。
7. The fault detecting circuit includes one or more fault detecting gauge resistors (RI, RJ to RM, RN to RQ).
7. The method according to claim 5, wherein
Pressure sensor.
【請求項8】 前記故障検出用ゲージ抵抗(RJ〜R
M、RN〜RQ)は、ブリッジ回路(13、14)を構
成していることを特徴とする請求項7に記載の圧力セン
サ。
8. The failure detection gauge resistor (RJ to RJ).
The pressure sensor according to claim 7, wherein M, RN to RQ) constitute a bridge circuit (13, 14).
【請求項9】 前記圧力検出用ブリッジ回路および前記
故障検出用回路は、それぞれ拡散抵抗から構成されたも
のであることを特徴とする請求項7または8に記載の圧
力センサ。
9. The pressure sensor according to claim 7, wherein each of the pressure detection bridge circuit and the failure detection circuit includes a diffusion resistor.
【請求項10】 前記圧力検出用ブリッジ回路は拡散抵
抗から構成されたものであり、前記故障検出用回路は薄
膜抵抗から構成されたものであることを特徴とする請求
項7または8に記載の圧力センサ。
10. The pressure detection bridge circuit according to claim 7, wherein the pressure detection bridge circuit comprises a diffused resistor, and the failure detection circuit comprises a thin film resistor. Pressure sensor.
【請求項11】 前記故障検出用回路は、容量型センサ
(53)から構成されていることを特徴とする請求項5
または6に記載の圧力センサ。
11. The circuit according to claim 5, wherein the failure detection circuit comprises a capacitive sensor (53).
Or the pressure sensor according to 6.
【請求項12】 前記故障判定手段は、前記圧力検出用
ブリッジ回路および前記故障検出回路が設けられている
前記半導体基板(1)に設けられていることを特徴とす
る請求項5ないし11のいずれか1つに記載の圧力セン
サ。
12. The semiconductor device according to claim 5, wherein said failure determination means is provided on said semiconductor substrate provided with said pressure detection bridge circuit and said failure detection circuit. A pressure sensor according to any one of the preceding claims.
【請求項13】 薄肉のダイヤフラム部が形成された半
導体基板によって構成されたセンサチップ(60、7
0)と、前記センサチップが貼り付けられた台座(6
1)とを有し、前記センサチップと前記台座との間に基
準室(60a)が設けられた圧力センサにおいて、 前記ダイヤフラム部には、ゲージ抵抗(Ra〜Rd)に
よって形成された圧力検出用ブリッジ回路が備えられ、
該圧力検出用ブリッジ回路により圧力に応じた電気信号
を出力するようになっていると共に、前記圧力検出用ブ
リッジ回路とは異なる部位に配置されたゲージ抵抗(R
a’〜Rd’)によって形成された故障検出用ブリッジ
回路が備えられ、該故障検出用ブリッジ回路により前記
圧力検出用ブリッジ回路とは異なる感度で圧力に応じた
電気信号を出力するようになっており、 前記故障検出用ブリッジ回路が高感度で、前記圧力検出
用ブリッジ回路が低感度となっていることを特徴とする
圧力センサ。
13. A sensor chip (60, 7) constituted by a semiconductor substrate on which a thin diaphragm portion is formed.
0) and the pedestal (6
1), wherein a reference chamber (60a) is provided between the sensor chip and the pedestal, wherein the diaphragm includes a pressure detecting sensor formed by a gauge resistor (Ra to Rd). A bridge circuit is provided,
The pressure detection bridge circuit outputs an electric signal corresponding to the pressure, and a gauge resistor (R) disposed at a different portion from the pressure detection bridge circuit.
a ′ to Rd ′), and a failure detection bridge circuit is configured to output an electric signal corresponding to pressure with a sensitivity different from that of the pressure detection bridge circuit. A pressure sensor, wherein the failure detection bridge circuit has high sensitivity and the pressure detection bridge circuit has low sensitivity.
【請求項14】 前記故障検出用ブリッジ回路を形成す
る前記ゲージ抵抗は、前記ダイヤフラム部の中央部近傍
と前記ダイヤフラム部の周縁部近傍に備えられているこ
とを特徴とする請求項13に記載の圧力センサ。
14. The failure detecting bridge circuit according to claim 13, wherein the gauge resistors forming the failure detection bridge circuit are provided near a center of the diaphragm and near a periphery of the diaphragm. Pressure sensor.
【請求項15】 前記故障検出用ブリッジ回路を形成す
るゲージ抵抗は、前記ダイヤフラム部のうち最も引張応
力がかかる部位と最も圧縮応力がかかる部位とに備えら
れていることを特徴とする請求項13に記載の圧力セン
サ。
15. The gage resistance forming the failure detection bridge circuit is provided in a portion of the diaphragm portion where a tensile stress is applied most and a portion where a compressive stress is applied most. Pressure sensor.
【請求項16】 前記圧力検出用ブリッジ回路を形成す
る前記ゲージ抵抗は、前記ダイヤフラム部の中央部と周
縁部の中間位置に備えられていることを特徴とする請求
項13ないし15のいずれか1つに記載の圧力センサ。
16. The pressure sensing bridge circuit according to claim 13, wherein the gauge resistor is provided at a middle position between a central portion and a peripheral portion of the diaphragm portion. 4. The pressure sensor according to any one of the above.
【請求項17】 前記圧力検出用ブリッジ回路を形成す
る前記ゲージ抵抗は、前記ダイヤフラム部のうち最も引
張応力が小さくなる部位と最も圧縮応力が小さくなる部
位とに備えられていることを特徴とする請求項13ない
し15のいずれか1つに記載の圧力センサ。
17. The gauge resistance forming the pressure detecting bridge circuit is provided in a portion of the diaphragm portion where the tensile stress is the smallest and a portion where the compressive stress is the smallest. A pressure sensor according to any one of claims 13 to 15.
【請求項18】 前記半導体基板は面方位が(110)
面を成しており、前記故障検出用ブリッジ回路を形成す
るゲージ抵抗は、第1の方向を長手方向とする第1のゲ
ージ抵抗と該第1のゲージ抵抗に直行する第2の方向を
長手方向とする第2のゲージ抵抗とを備えていることを
特徴とする請求項13に記載の圧力センサ。
18. The semiconductor substrate having a plane orientation of (110).
A gauge resistor forming a fault detection bridge circuit includes a first gauge resistor having a first direction as a longitudinal direction and a second gauge direction perpendicular to the first gauge resistor. 14. The pressure sensor according to claim 13, further comprising a second gauge resistor having a direction.
【請求項19】 前記故障検出用ブリッジ回路は、4つ
のゲージ抵抗を有するフルブリッジ回路で構成されてい
ることを特徴とする請求項13ないし18のいずれか1
つに記載の圧力センサ。
19. The fault detecting bridge circuit according to claim 13, wherein the fault detecting bridge circuit is a full bridge circuit having four gauge resistors.
4. The pressure sensor according to any one of the above.
【請求項20】 ダイヤフラム部と、該ダイヤフラム部
によって隔離された圧力基準室(60a)とを有する圧
力センサにおいて、 前記ダイヤフラム部あるいはその周辺に形成された圧力
検出素子(Ra〜Rd)によって、圧力に応じた電気信
号を出力する回路を備え、さらに前記ダイヤフラム部の
両面がほぼ同じ圧力になったことを判定する機能を有す
ることを特徴とする圧力センサ。
20. A pressure sensor having a diaphragm part and a pressure reference chamber (60a) isolated by the diaphragm part, wherein a pressure is detected by pressure detecting elements (Ra to Rd) formed in or around the diaphragm part. A pressure sensor comprising: a circuit for outputting an electric signal corresponding to the pressure; and a function of determining that both surfaces of the diaphragm section have substantially the same pressure.
【請求項21】 ダイヤフラム部と、該ダイヤフラム部
によって隔離された圧力基準室(60a)とを有する圧
力センサにおいて、 前記ダイヤフラム部あるいはその周辺に形成された圧力
検出素子(Ra〜Rd)による圧力検出回路を有し、圧
力に応じた電気信号を出力するようになっており、 前記圧力検出回路とは異なる感度で圧力に応じた電気信
号を出力する故障検出回路が備えられ、 前記故障検出回路が高感度で、前記圧力検出回路が低感
度となっていることを特徴とする圧力センサ。
21. A pressure sensor having a diaphragm section and a pressure reference chamber (60a) isolated by the diaphragm section, wherein pressure detection is performed by pressure detecting elements (Ra to Rd) formed at or around the diaphragm section. A failure detection circuit that outputs an electric signal according to pressure with a sensitivity different from that of the pressure detection circuit, wherein the failure detection circuit has a circuit. A pressure sensor having high sensitivity, wherein the pressure detection circuit has low sensitivity.
【請求項22】 前記圧力検出素子はゲージ抵抗として
形成されており、 前記故障検出回路を形成するゲージ抵抗の圧力変化に伴
う抵抗値変化と前記圧力検出回路を形成するゲージ抵抗
の圧力変化に伴う抵抗値変化とを比較すると、 前記故障検出回路の抵抗値変化の方が大きくなるように
前記ゲージ抵抗を配置したことを特徴とする請求項21
に記載の圧力センサ。
22. The pressure detecting element is formed as a gauge resistor, and changes in resistance value according to a pressure change of the gauge resistor forming the failure detection circuit and changes in a pressure of the gauge resistor forming the pressure detection circuit. 22. The gauge resistance according to claim 21, wherein the gauge resistance is arranged such that a change in resistance of the failure detection circuit is larger than a change in resistance.
Pressure sensor.
【請求項23】 ダイヤフラム部と、該ダイヤフラム部
によって隔離された圧力基準室(60a)とを有する圧
力センサの故障診断方法であって、 前記ダイヤフラム部あるいはその周辺に形成された圧力
検出素子(Ra〜Rd)によって、圧力に応じた電気信
号を出力する回路の出力値が、前記ダイヤフラム部の両
面がほぼ同じ圧力になったと見なせる出力値を出力した
ことをもって、故障と見なすことを特徴とする圧力セン
サの故障検出方法。
23. A method for diagnosing a failure of a pressure sensor having a diaphragm portion and a pressure reference chamber (60a) isolated by the diaphragm portion, comprising: a pressure detecting element (Ra) formed at or around the diaphragm portion. To Rd), the output value of the circuit that outputs the electric signal corresponding to the pressure outputs an output value that can be considered that both surfaces of the diaphragm portion have become substantially the same pressure. Sensor failure detection method.
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