JP2004053603A

JP2004053603A - マイクロメカニック圧力センサ装置

Info

Publication number: JP2004053603A
Application number: JP2003195953A
Authority: JP
Inventors: Joerg Muchow; イェルク　ムーホフ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-07-13
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2004-02-19
Also published as: DE10231727A1; US20040079159A1; EP1380825A1

Abstract

【課題】単数又は複数のダイアフラム補償抵抗の個所の従来技術での決め方では、圧力センサの出力特性曲線の非直線性が除去されないという従来技術の問題点を解決すること。
【解決手段】少なくとも部分的に半導体材料によって形成されたフレーム、該フレームによって保持されたダイアフラム、少なくとも１つの測定抵抗を有しており、該測定抵抗は、第１の個所で、ダイアフラム内又は上に設けられており、当該測定抵抗の抵抗値は、ダイアフラム内の圧力を誘起する機械的な圧力に依存し、少なくとも１つの補償抵抗を有しており、該補償抵抗は、第２の個所で、ダイアフラム内又は上に設けられており、当該補償抵抗の抵抗値は、ダイアフラム内の圧力を誘起する機械的な圧力に依存し、第１の個所での抵抗値は、第１の１次成分及び第１の２次成分が圧力に依存して変化し、第２の個所での抵抗値は、近似的に１次成分がなく、第１の２次成分に比例する第２の２次成分が圧力に依存して変化するようにする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、低い絶対圧力及び／又は僅かな差圧の測定用のマイクロメカニック圧力センサ装置、及び、相応の測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術から、半導体サブストレート及びフレーム上に設けられたダイアフラムからなるフレームを有するマイクロメカニック圧力センサが公知である（例えば、特許文献１参照）。ダイアフラムには、４つのピエゾ抵抗性測定抵抗が取り付けられており、この測定抵抗は、（ダイアフラムの上側と下側との差圧の結果）ダイアフラム乃至抵抗の変形時に、その抵抗値が変化する。４つの抵抗の各々２つは、相互に並列にダイアフラムの境界線の中心近くに位置している。更に、圧力センサは４つの補償抵抗を有しており、この４つの補償抵抗によって、各々２つの相互に並列な、各測定抵抗に対して垂直に圧力センサのフレームに設けられている。各抵抗は全て、ホイートストン測定ブリッジを形成しており、その際、センサの、相互に対角方向に対向しているコーナの出力信号が取り出される。
【０００３】
ダイアフラムの両面間の差圧力の関数として測定圧力の出力電圧が、殊に、僅かな差圧の測定時に不所望な非直線性を示す。
【０００４】
図９を用いて詳細に説明するマイクロメカニックな圧力センサ装置が公知である（特許文献２）。図９には、参照番号１１０で半導体サブストレートが示されており、この半導体サブストレートには、ダイアフラム１０１が形成されている。ダイアフラム１０１及び取り囲んでいるサブストレート１１０上には、エピタキシャル層１０８が形成されており、このエピタキシャル層１０８は、変換器１０２，１０３用の基板として、例えば、ピエゾ抵抗の形式で使われる。変換器は、差圧によってダイアフラム１０１の変形により生じる張力を電気信号に変換し、この電気信号は、補償回路１０４に供給される。第１の変換器１０３は、電圧負荷のかかる個所に設けられており、この個所では、差圧に依存して直線及び非直線成分のある信号が形成される。第２の変換器１０２は、張力の負荷が掛からない個所に設けられており、この個所で、第２の変換器は、差圧に依存して直線でない及び非直線成分がある信号が形成される。補償回路１０４は、両変換器１０２，１０３の各信号を加算して、非直線成分が除去されるようにする。
【０００５】
殊に、低い絶対圧及び／又は僅小な差圧の測定用の別のマイクロメカニックな圧力センサ装置が公知である（特許文献３参照）。この装置は、少なくとも部分的に半導体材料から形成されたフレーム、このフレームによって保持されたダイアフラム、少なくとも１つの測定抵抗（ダイアフラム内又は上の第１の個所に設けられていて、その抵抗値がダイアフラムの変形に依存する）、及び、少なくとも１つの補償抵抗（ダイアフラム内又は上の第２の個所に設けられていて、その抵抗値がダイアフラムの変形に依存する）を有している。ダイアフラムの変形時に、曲げ張力及びダイアフラム張力が生じ、その際、曲げ張力はダイアフラム上に空間的な変形を生じる。第１の個所で、近似的に最大の曲げ応力が生じ、第２の個所に、近似的に最小の曲げ応力が生じる。
【０００６】
従来技術でこれまで前提とされているのは、単数又は複数のダイアフラム補償抵抗用の最適個所は、ダイアフラムの「最小」曲げ応力が生じるような、ダイアフラム内の位置であるということである（特許文献２及び特許文献３参照）。ここで考慮されているのは明らかに、接線方向の曲げ応力σｔの影響を無視して半径方向の曲げ応力σ１のゼロ位置のことである。と言うのは、同時に両方がゼロである個所は生じ得ないからである。
【０００７】
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９７０１０５５号公報
【特許文献２】
ヨーロッパ特許公開第０８３３１３７号公報
【特許文献３】
世界知的所有権機関特許公開第０１／４０７５１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、単数又は複数のダイアフラム補償抵抗の個所の前述のような従来技術での決め方では、満足し得る結果にはならず、即ち、当該圧力センサの出力特性曲線の非直線性が除去されないという従来技術の問題点を解決することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するため、本発明は、少なくとも部分的に半導体材料によって形成されたフレーム、該フレームによって保持されたダイアフラム、少なくとも１つの測定抵抗を有しており、該測定抵抗は、第１の個所で、ダイアフラム内又は上に設けられており、当該測定抵抗の抵抗値は、ダイアフラム内の圧力を誘起する機械的な圧力に依存し、少なくとも１つの補償抵抗を有しており、該補償抵抗は、第２の個所で、ダイアフラム内又は上に設けられており、当該補償抵抗の抵抗値は、ダイアフラム内の圧力を誘起する機械的な圧力に依存し、第１の個所での抵抗値は、第１の１次成分及び第１の２次成分が圧力に依存して変化し、第２の個所での抵抗値は、近似的に１次成分がなく、第１の２次成分に比例する第２の２次成分が圧力に依存して変化するマイクロメカニック圧力センサ装置を提案するものである。乃至、少なくとも１つの測定抵抗での圧力差によって生じた電気抵抗の変化を測定するための第１の手段と、ダイアフラムの少なくとも１つの補償抵抗での圧力差によって生じた電気抵抗の変化を検出するための第２の手段を有する相応の測定装置を提案するものである。
【００１０】
本発明が基づく基本的な技術思想は、半径方向の張力の他に、同様に相対的な抵抗変化に作用する接線方向の張力も考慮することにある。それにより、単数又は複数の補償抵抗の位置に関して、従来技術に較べて、ダイアフラム中心部方向にシフトすることになる。その結果、第１の個所での抵抗値は第１の１次成分と、圧力に依存する第１の２次成分とで合成されて変化し、第２の個所での抵抗値は、近似的に１次成分がなく、且つ、第１の２次成分に比例して圧力に依存して変化する第２の２次成分で変化する。この比例関係は、一般的な場合、種々異なる感度から合成され、及び、相応の電気的な増幅によって調整可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
従属請求項記載の手段によって、本発明の方法及び本発明の装置の有利な実施例及び改善が可能である。
【００１２】
各測定抵抗から構成されたホイートストン測定ブリッジの出力信号も非直線、殊に、差圧の２次依存特性を示すので、ホイートストン測定ブリッジの出力信号は、補償ブリッジの出力信号によって直ぐに補償することができるか、又は、各々の出力信号を他の電気量、例えば、電流に変換した後間接的に補償してもよい。補償ブリッジの出力電圧を相応に取り出すことによって、ホイートストン測定ブリッジの出力電圧に関する逆極性を有する差圧の関数として電圧が得られる。
こうすることによって、ホイートストン測定ブリッジの出力電圧の２次依存性を技術的に特に簡単に補償することができ、その点について、以下詳細に説明する。
【００１３】
特に有利には、ダイアフラムには、少なくとも４つの測定抵抗が配設されており、この測定抵抗は、ホイートストン測定ブリッジとして接続されており、このホイートストン測定ブリッジの出力信号は、別のホイートストン測定ブリッジの出力信号で補償され、その際、別のホイートストン測定ブリッジ、所謂補償ブリッジは、ダイアフラム内に設けられた２つの補償抵抗及びセンサのフレーム内に設けられた２つのフレーム抵抗によって形成されている。
【００１４】
感度を向上するために有利には、各測定抵抗を各々、電流方向に対して最大縦方向曲げ応力乃至最大横方向曲げ応力がダイアフラムに生じ、そうすることによって、最大抵抗変化を導出することができる。低圧領域内では、測定抵抗の変化から形成された、そのようなホイートストン測定ブリッジは、ほぼ１〜２パーセントの圧力の関数として、非直線性を示す。
【００１５】
有利な実施例では、補償は、各々電流に変換された、ホイートストン測定ブリッジ及び補償ブリッジの減算によって行われる。このために、ホイートストン測定ブリッジの出力信号、圧力依存の電圧は、第１の電圧／電流変換器（ＵＩコンバータ）に供給され、補償ブリッジの出力信号、同様に圧力依存の電圧は、第２の電圧／電流変換器に供給される。２つのＵＩコンバータによって形成された電流は、逆極性を有しており、２つの電流の減算によって合成電流が形成され、この合成電流の電流強度は、圧力の関数としてほぼ直線状の特性を示す。
【００１６】
本発明の圧力センサ装置の直線性を確実に形成するために、本発明の実施例では、補償ブリッジの出力信号乃至補償ブリッジの出力信号に相応する電気量、例えば、出力信号乃至出力電圧に比例する電流が増幅され、増幅された電気量が、ホイートストン測定ブリッジの非直線性を補償するために使われる。従って、２次成分の種々の前提ファクタを考慮することができる。
【００１７】
有利には、補償ブリッジの出力信号、乃至、この信号に等化な電気量が、増幅された電気量によって補償されたホイートストン測定ブリッジの出力信号（乃至、この出力信号に等化な電気量）がほぼ直線特性を示すようなファクタだけ増幅される。補償ブリッジの非直線出力信号から形成されて、補償用に利用される電気量が過度に増幅されすぎず、過補償及び過補償から生じる非直線性を回避することができる。
【００１８】
更に、特に有利には、圧力センサ装置のフレーム及び有利にはダイアフラムも全体又は部分的にシリコンによって形成される。と言うのは、この材料は、センサ素子と測定装置乃至評価電子回路を１チップ上に集積することができるからである。
【００１９】
結局、特に有利には、フレーム及びダイアフラムを、（１００）の配向で使用されるシリコン基板から製造するとよい。こうすることによって、ダイアフラムを、簡単に水酸化カリウムエッチングでシリコン基板をエッチングすることによって製造することができる。しかも、この配向のシリコン基板は、２つの［０１１］方向を基板表面に有しており、この基板表面では、導電率は、ダイアフラムの変形に特に敏感に応動する。有利には、測定抵抗及び補償抵抗は、局所的にドーピングされた、ダイアフラム乃至フレーム内の領域によって形成される。
【００２０】
本発明のマイクロメカニックな圧力センサ装置の電流消費を低減するために、特に有利には、測定抵抗及び／又は補償抵抗は、１ｋΩより大きな電気抵抗を有している。
【００２１】
【実施例】
以下、図示の実施例を用いて、本発明について詳細に説明する。
【００２２】
図１に原理図で示した圧力センサ１は、シリコン基板からなるフレーム２と、フレームによって当該フレームのカバー面に保持されたダイアフラム３を有している。
【００２３】
フレーム２とダイアフラム３は、シリコン基板からマスキング及び図１に示された圧力センサ１の裏面の後続のエッチングによって形成される。有利には、水酸化カリウムエッチング（ＫＯＨエッチング）がダイアフラム３の下側方向に先細にされた、台形横断面の角錐台形の切欠部の製造のために使われる（切欠部のためには、例えば、図３の切欠部４１）。ダイアフラム３の下側を角錐台状の切欠部にするのは、（１００）配向を有するシリコン基板を有利に使用する際である。と言うのは、ＫＯＨエッチングは、シリコンの［１００］及び［１１０］結晶方向での種々のエッチングレートを示すからである。
【００２４】
図１に破線輪郭乃至ダイアフラムエッジの方形によって示された、有利な矩形状のダイアフラム３は、約５〜８０μｍ厚である。ダイアフラムエッジは、フレーム２をダイアフラム３から「切り離す」。
【００２５】
本発明の圧力センサの具体的な使用目的に依存してダイアフラムをもっと薄くしても、あるいは、もっと厚くしてもよい。同様に、本発明の技術思想を、種々異なる厚みの領域を有するダイアフラムに用いてもよい。そのようなダイアフラムの例は、曲げこわさの大きな中心部（所謂ボスダイアフラム）を有するダイアフラム、及び／又は、曲げこわさの大きな縁領域を有するダイアフラムである。
更に、他の輪郭を有するダイアフラムを備えた本発明の圧力センサを使っても目的に適っている。
【００２６】
図１の本発明のダイアフラム３は、測定抵抗５、補償抵抗７、測定抵抗８及び補償抵抗１０並びに別の２つの測定抵抗１１及び１４を有している。ダイアフラム３の外側には、フレーム２上に別の２つの補償抵抗１３及び１６が設けられている。
【００２７】
ダイアフラムの下側にある抵抗の製造用の１手段は、ｎドーピングされたダイアフラム内にｐドーピングされた領域（ベース拡散）を拡散により形成する点にある。それから、後続して、エピタキシャル層が成長され、ダイアフラムが所謂ｐｎストップを用いてエッチングされる。
【００２８】
抵抗は、有利には、平面で見てほぼ矩形の輪郭を有するピエゾ抵抗性の抵抗であり、その抵抗値は、抵抗乃至ダイアフラムの機械的な変形時に当該抵抗の位置で変化する。抵抗を、ダイアフラムの適切にドーピングされた領域によって形成すると有利である。
【００２９】
ダイアフラムのマスキング及び後続のドーピングプロセスステップの代わりに、他のように形成された抵抗を使ってもよく、その抵抗値は、同様に当該抵抗の変形に依存し、例えば、ダイアフラム内又はダイアフラムの下側に設けられる。
ダイアフラム上又はダイアフラムの下側に設けられた抵抗は、例えば、製造すべき抵抗の領域内でダイアフラムをマスキングして、後続して適切な材料でコーティングすることによって形成することができる。同様に、「埋め込み」抵抗をダイアフラム中に形成してもよい。
【００３０】
殊に、後続の、機能についての説明で明らかとなるように、続いて説明する、本発明の圧力センサの幾何形状は、単に本発明の有利な実施例にすぎない。図２に、丸みをおびた仮想の矩形の輪郭上に位置している補償抵抗７及び１０を、そのような輪郭の他の点に設けてもよい。正方形のダイアフラムの場合、当該の輪郭は、ほぼ丸みをおびた正方形であり、円形のダイアフラムでは、円形である。
【００３１】
図１に示されたダイアフラム３を時計の文字盤と比較すると、測定抵抗５の長手方向軸は（他の全てのピエゾ抵抗性抵抗同様に、平面図で、ほぼ矩形輪郭を有している）、「１２時」の方向を指しており、ダイアフラム３の上側ダイアフラム縁の近傍で、この矩形輪郭内に入れられている。
【００３２】
補償抵抗７の長手方向軸は、測定抵抗５の長手方向軸に対して横方向に位置しており、仮想の中心垂直線の長手方向軸は、測定抵抗５のほぼ長手方向軸と一致している。補償抵抗７は、ダイアフラム３の中心の外側でダイアフラム３の中心と測定抵抗５との間でダイアフラム中に挿入されている。
【００３３】
ダイアフラム３中に挿入されている測定抵抗１４は、測定抵抗５に対して平行移動されており、測定抵抗１４の長手方向軸上の仮想の中心垂直線の一方の端が、ダイアフラム３のほぼ中心方向を指し、他方の端が「３時」の方向を指している。測定抵抗１４は、ダイアフラム３のダイアフラム矩形縁から少し離れて、ダイアフラム内に位置している。測定抵抗８は、測定抵抗５の長手方向軸が測定抵抗８の長手方向軸とほぼ一致しており、測定抵抗８は、測定抵抗５に対してほぼミラー対称にダイアフラム３の対向側に設けられている。
【００３４】
補償抵抗１０の長手方向軸上の仮想の中心垂直線は、測定抵抗８の長手方向軸とほぼ一致し、即ち、補償抵抗１０は、測定抵抗８に対して横方向に位置している。補償抵抗７に対してほぼ平行乃至ミラー対称に設けられた補償抵抗１０は、測定抵抗８とダイアフラム３の中心との間に設けられている。
【００３５】
ダイアフラム３中の測定抵抗１１は、測定抵抗１４にほぼ平行に、且つ、測定抵抗１４と同じ高さである。測定抵抗１１は、測定抵抗１４に対してほぼミラー対称に、測定抵抗１４に関して、ダイアフラム３の対向側に、ダイアフラム３の左側ダイアフラム縁の近傍でダイアフラム内に挿入されている。
【００３６】
測定抵抗１４に対して平行に、補償抵抗１６が圧力センサ１のフレーム２内に設けられている。フレーム２の対向側に、補償抵抗１３が圧力センサ１のフレーム２上に設けられており、その際、補償抵抗１３の長手方向軸は、測定抵抗１１の長手方向軸に対してほぼ平行に位置している。補償抵抗１３は、測定抵抗１１とほぼ同じ高さに位置している。
【００３７】
図４と関連して詳細に説明したように、測定抵抗５及び１４並びに測定抵抗１１及び８は、各々測定ブリッジの１分路を形成しており（図４の位置５０を参照）、即ち、測定抵抗１１は、測定抵抗８と直列接続されており、測定抵抗５は、測定抵抗１４と直列接続されている。更に、補償抵抗１３及び１０並びに補償抵抗７及び１６は、各々補償ブリッジの１分路を形成しており（図４の位置５１参照）、即ち、補償抵抗１３は、補償抵抗１０と直列接続されており、補償抵抗７は、補償抵抗１６と直列接続されている。
【００３８】
測定抵抗１１及び８並びに測定抵抗５及び１４から各々形成された、測定ブリッジの分路は、相互に並列接続されている。
【００３９】
同様に、補償抵抗１３及び１０並びに７及び１６から形成された補償ブリッジの分路は、並列接続されている。
【００４０】
本発明の圧力センサ１の給電電圧の端子用のコンタクトフィールド１７は、並列接続された測定抵抗１１及び５によって形成されている測定ブリッジの入力側と電気接続されている。更に、コンタクトフィールド１７は、並列接続された補償抵抗１３及び７によって形成されている補償ブリッジの入力側と電気接続されている。コンタクトフィールド６８及び６７は、測定ブリッジの出力側を形成し、コンタクトフィールド６９及び７０は、補償ブリッジの出力側を形成する。コンタクトフィールド１７及び２８には、本発明の圧力センサ１用の電圧給電部が接続されており、この電圧給電部を介して、測定及び補償ブリッに各々電圧が給電される。コンタクトフィールド２８は、所謂ブリッジ基部である。
【００４１】
測定抵抗１１及び８の直列回路が作用する線路と接続されたコンタクトフィールド６７を介して、並びに、測定抵抗５及び１４と直列接続された線路と電気接続されたコンタクトフィールド６８を介して、測定ブリッジ（５０）の測定出力側に出力される電圧がセンサ１から取り出され、図４に示された補償回路３００に供給される。
【００４２】
同様に、補償抵抗１３及び１０を直列接続する導電線が、コンタクトフィールド６９と電気接続されている。コンタクトフィールド７０は、補償抵抗１３及び１０を直列接続している導電線と接続されている。コンタクトフィールド６９及び７０を介して、補償ブリッジ（５１）の各測定出力側に印加される電圧がセンサ１から取り出され、図４に示された補償回路３００に供給される。
【００４３】
コンタクトフィールド１７，６８，６９，２８，６７及び７０が、図１に示された圧力センサ１のフレーム２上に設けられている。コンタクトフィールドと抵抗との電気接続、乃至、種々異なる抵抗間の電気接続は、有利には、低オーム導電路によって達成され、その、各抵抗との接続が図１に略示されており、図２には、具体的な構成が示されている。有利には、導体路乃至測定ブリッジ及び補償ブリッジの形成用の電気接続は、フレーム２とダイアフラム３の上側を、例えば、アルミニウム、銅、金又はプラチナで蒸着することによって達成される。
【００４４】
本発明の圧力センサは、別の層を有していてもよい。
【００４５】
図２には、図１に略示した本発明の圧力センサの有利な実施例のレイアウトが平面図で示されている。図２に示された圧力センサ２００のレイアウトは、以下で別に示さない限り、図１に示した圧力センサ１と同一である。
【００４６】
図２に示された圧力センサ２００が、図１に示された圧力センサ１と異なる点は、図１の測定抵抗５が、図２では、２つの測定抵抗５及び６によって形成されており、測定抵抗１４が２つの抵抗１４及び１５によって形成されており、測定抵抗８が２つの測定抵抗８及び９によって形成されており、測定抵抗１１が２つの測定抵抗１１及び１２によって形成されている点である。ダイアフラムの縦方向曲げ応力も横方向曲げ応力も最大である、ダイアフラムの所謂第１の個所に、測定抵抗の代わりに、各々２つの測定抵抗５，６；１４，１５；８，９；及び１１，１２からなる直列接続が設けられているので、技術的に簡単に、直列接続された２つの測定抵抗から形成された、測定ブリッジ５０の抵抗を構成することができ、この抵抗は、高い抵抗値、有利には、少なくとも１ｋオームである。こうすることによって、本発明の圧力センサの電流消費を著しく低減することができる。更に、２つの測定抵抗の直列接続によって、「１つの」高オーム測定抵抗を、圧力センサ２００のダイアフラム３の適切なドーピングによって製造することができる。
【００４７】
更に、２つの測定抵抗を本発明のように用いることによって「オフセット」を最小化して、リード線の抵抗に対するピエゾ抵抗の比を最大にすることができ、そうすることによって、測定装置の最大感度が達成される。
【００４８】
それに応じて、図４にホイートストン測定ブリッジ５０の個別抵抗として示されている各抵抗は、図２に示された圧力センサ２００の有利な実施例に相応して、実際には、各々直列接続された２つの測定抵抗である。
【００４９】
図２に示された圧力センサ２００と、図１に示された圧力センサ１との別の差異は、圧力センサ２００のフレーム２に設けられたフレーム抵抗１３及び１６が、各々測定抵抗１１及び１４に対して並列接続されていないという点にある。このフレーム抵抗は、ダイアフラム３上の隣り合った測定抵抗１１，１２乃至１４，１５とほぼ同じ高さに設けられているが、各フレーム抵抗の長手方向軸は、各々４５°だけ時計の針の方向に各々隣り合った測定抵抗の長手方向軸に対して回転されている。
【００５０】
フレーム２上のフレーム抵抗１３及び１６は、圧力センサが製造されているフレーム乃至半導体サブストレートの具体的な結晶配向に配向されている。フレーム抵抗が、場合によって生じるフレームの僅かな変形に対してピエゾ的に不感応であるように配向するということは決定的なことであり、そうすることによって、高い測定精度を達成することができる。
【００５１】
フレーム２上に設けられた補償抵抗１３及び１６は、ほぼ各半部がフレームの部分上に位置しており、他方の半部がシリコン基板とダイアフラム３との移行領域４上に位置している。しかも、こうすることによって、スペースを節約して配設することができ、その結果、全体が必要なシリコン基板の面積を最小化、乃至、スペースを節約して、図４に示されている補償回路を、フレーム２上に完全に、又は、部分的に構成するのに使うことができる。
【００５２】
図２から分かるように、コンタクトフィールド１７，６９，２８及び７０は、ほぼ、移行領域４内の圧力センサ２００の上側のダイアフラムの各コーナに設けられている。従って、有利には、圧力センサ２００を電圧給電部に外部接続して、補償ブリッジの測定出力側から電圧を取り出すことができる分かり易い手段が得られる。このような、コンタクトフィールドの装置構成では、更に、ダイアフラム３の変形特性に否定的な作用を及ぼさずに、圧力センサ２００を接続することができるという利点がある。補償ブリッジ５１の各測定出力側の信号乃至電圧が、図４に示された補償回路３００のコンタクト面６９及び７０を介してリードされるのと同様に、移行領域４内の圧力センサ２００の上側にコンタクト片６７及び６８が設けられており、このコンタクト片を介して各測定抵抗から構成されたホイートストン測定ブリッジの各測定出力側から電圧を取り出すことができる。
【００５３】
更に、測定抵抗を結合する導体路は、主として、可能な限り、各々のダイアフラム縁に対して平行に、当該ダイアフラム縁の、できる限り直ぐ近くの移行領域４に設けられている。そうすることによって、測定抵抗を結合する導体路は、できる限り短く、従って、低オームに保持される。
【００５４】
必要な限り、フレーム２上に設けられる補償抵抗１３及び１６を補償ブリッジと結合する導体路は、フレームの左側乃至右側の面に設けられており、測定抵抗を結合する導体路と異なって、各々隣り合ったダイアフラム縁に対する間隔が比較的大きい。
【００５５】
以下、圧力センサ２００の導体路の接続レイアウトについて詳細に説明する。
コンタクトフィールド１７は、リード部２０を介して補償抵抗７の一方の端子と接続されている。補償抵抗７の他方の端子は、リード部２１を介してコンタクトフィールド６９と接続されている。コンタクトフィールド６９は、導体路１９を介して結合個所２３と電気的に結合されており、結合個所は、導体路２４を介して補償抵抗１６の一方の端子と接続されている。補償抵抗１６の他方の端子は、リード部２５を介してコンタクト個所２６と接続されている。コンタクト個所２６は、導体路２７を介して、測定抵抗１４の一方の端子をコンタクトする導体路３７と接続する導体路によって形成された交点と接続される。更に、交点は、測定抵抗９の一方の端子を電気的にコンタクトする導体路４０と接続されている。結局、この交点は、更にコンタクトフィールド２８と電気的に接続され、このコンタクトフィールド２８は、導体路３５を介して補償抵抗１０の一方の端子と接続されている。補償抵抗１０の他方の端子は、導体路３４を介してコンタクトフィールド７０と接続されており、コンタクトフィールドは、更に導体路３２を介してコンタクト個所３１と電気的に接続されている。導体路３０は、コンタクト個所３１を補償抵抗１３の一方の端子と接続する。補償抵抗１３の他方の端子は、導体路２９、コンタクト個所２２及び後続して導体路２９を介してコンタクトフィールド１７と電気的に接続され、そうすることによって、結局補償ブリッジ５１が形成される。
【００５６】
コンタクトフィールド１７は、更に導体路１８を介して測定抵抗５の一方の端子と接続されており、測定抵抗５の他方の端子は、コンタクトブリッジを介して測定抵抗６の一方の端子と接続されている。測定抵抗６の他方の端子は、導体路３６を介して測定抵抗１５の一方の端子と接続されている。導体路３６は、コンタクト片６８と接続されており、コンタクト片６８は、ダイアフラム３から上の方に向かって離れるように移行領域４内に示されている。測定抵抗１５の他方の端子は、コンタクトブリッジを介して測定抵抗１４の一方の端子と接続されている。測定抵抗１４の他方の端子は、導体路３７によってコンタクト接続されている。導体路３７と接続されている導体路４０は、コンタクトブリッジを介して測定抵抗８の一方の端子と接続されている測定抵抗９の一方の端子をコンタクト接続する。測定抵抗８の他方の端子は、導体路３９を介して測定抵抗１１の一方の端子と電気的に接続されている。導体路３９は、部分的にコンタクト片６７からなり、コンタクト片６７は、ダイアフラム３から下の方に向かって離れるように移行領域４内に示されている。測定抵抗１１の他方の端子は、コンタクトブリッジを介して測定抵抗１２の一方の端子と接続されており、測定抵抗１２の他方の端子は、導体路３８を介して導体路１８及びコンタクトフィールド１７と電気的に接続されており、そうすることによって、結局、測定ブリッジ５０が形成されている。
【００５７】
ダイアフラム３上に設けられた補償抵抗７及び１０をコンタクト接続するリード部２０，２１，３５及び３４は、補償抵抗７及び１０をコンタクト接続する前に、各々ダイアフラム３の一部分に亘ってほぼ対角方向に延びている。
【００５８】
図５には、本発明の圧力センサの別の実施例の平面図が示されている。参照番号５，６，８，９，１１，１２，１４，１５で、測定抵抗が示されており、この測定抵抗は、図２を用いて既に説明したような各測定抵抗に相応する。この測定抵抗は、ダイアフラムの縁領域内に設けられ、この縁領域内では、曲げ応力によって生じる抵抗変化が最大である。更に、補償抵抗７，１０，１３，１６が示されており、その際、補償抵抗７及び１０は、図２を用いて既述した補償抵抗７及び１０に相応している。更に、図５のダイアフラムには、更に補償抵抗１３及び１６が設けられており、この補償抵抗１３及１６は、図２の補償抵抗１３及１６に相応しているが、図２の場合とは異なって、図５では、ダイアフラム３上に設けられている。ダイアフラムは、結晶化シリコンからなり、全ての抵抗は、シリコンでの相応のドーピングによって形成される。この変形実施例は、特にスペースを節約することができる。
【００５９】
図２を用いて既述したように、測定抵抗５，６，８，９，１１，１２，１４，１５及び補償抵抗７及び１０は、矩形ダイアフラム３の側面に平行に設けられている。従って、この抵抗は、シリコンの結晶方向に設けられ、その際、電気抵抗は、機械的な内部緊張力に依存する（ピエゾ抵抗効果）。補償抵抗１３及び１６は、しかし、ダイアフラム３の矩形側壁に対して４５°の角度で配向されている。この配向に基づいて、補償抵抗１３及び１６は、結晶化シリコンダイアフラム３の、抵抗の、結晶化シリコンダイアフラム３内の機械的な応力が最小となる結晶方向内に配設される。しかし、測定抵抗５，６，８，９，１１，１２，１４，１５及び補償抵抗７，１０は、ピエゾ抵抗効果を明らかに示す結晶方向内に配設され、即ち、この要素の抵抗が結晶化シリコンダイアフラム３内の機械的な内部応力に強く依存する結晶方向内に配設される。測定抵抗及び補償抵抗は、図４に示されていて、図４を用いて説明したように、ブリッジを形成するように接続されている。しかし、個別要素の接続は、図５には、図２に示したのとは異なって、簡単にするために、図示していない。各測定抵抗要素をコンタクト接続することができる各測定抵抗用の端子領域１００は略示的にしか示していない。補償抵抗７，１０，１３，１６に対しては、接続領域１０１が略示されており、この接続領域によって、各抵抗は、ダイアフラム３上で相互に接続されている。しかし、外側に向かってコンタクト接続する様子は示していない。補償抵抗１３及び１６の、ピエゾ抵抗効果を生じない方向での配向に基づいて、あたかも、この各抵抗がフレーム上に設けられているかのように、即ち、ダイアフラムの変形に基づいて、抵抗変化しないか、又は、無視し得る程僅かしか抵抗変化しない。
【００６０】
以下、実施例として、図１，２，３及び５に示されている本発明の圧力センサ１及び２００の機能について、詳細に説明する。
【００６１】
本発明の圧力センサのダイアフラム内に設けられたピエゾ抵抗性抵抗の、ダイアフラムの両面間の差圧の関数としての相対的な抵抗変化は、３次以上の項を無視して近似的に以下のように記述することができる：
ΔＲ／Ｒ_０〜ａ（ｘ，ｙ，ｚ）Δｐ＋ｂ（Δｐ）^２　　　　　　　（１）
但し、
ΔＲ／Ｒ_０＝ダイアフラムの両面間の差圧の関数としてのピエゾ抵抗性抵抗の相対的な抵抗変化；
Δｐ＝ダイアフラムの両面間の差圧；
ｘ，ｙ，ｚ＝ダイアフラムのピエゾ抵抗性抵抗の具体的な個所の空間座標（簡単にするために１つの点に減らした）；
ａ＝当該のピエゾ抵抗性抵抗、具体的なダイアフラムに関する前記抵抗の位置、前記具体的なダイアフラム及び具体的なセンサに依存するファクタ；
ｂ＝当該のピエゾ抵抗性抵抗、具体的なダイアフラムに関する前記抵抗の位置、具体的なダイアフラム及び具体的なセンサに依存する、位置に依存しないファクタ；
ａ（ｘ，ｙ，ｚ）Δｐ＝半径方向及び接線方向の曲げ応力の変化の結果生じる相対的な抵抗変化の、位置に依存する直線成分；
ｂ（Δｐ）^２＝位置に依存しないダイアフラムの応力の変化の結果生じる相対的な抵抗変化の、位置に依存しない２次成分
である。
【００６２】
典型的には、前述の式（１）の２次項のファクタｂは、ダイアフラム内に設けられたピエゾ抵抗性の抵抗の相対的な抵抗変化（ダイアフラムの両面間の差圧の関数として）の直線項のファクタａよりも明らかに小さい。ダイアフラムの両面間の差圧が比較的僅かである場合、相対的な抵抗変化は、式（１）の直線項によってほぼ決められる。
【００６３】
しかし、マイクロメカニック圧力センサ内のピエゾ抵抗性抵抗が低圧領域（本発明の圧力センサでは、典型的には約０〜５０ｍｂａｒの領域）内の圧力測定に使われ、しかも、ダイアフラムが低圧領域を例えば真空から分離する場合、式の２次項は、差圧が大きくなると、即ち、この例では、圧力差が約０ｍｂａｒから約５０ｍｂａｒに上昇すると、式の１次項に較べて目立つようになる。同様のことが、例えば、ダイアフラムの一方の面に通常圧力乃至大気圧がかかり、ダイアフラムの他方の面に約０〜５０ｍｂａｒよりも高いか、又は低い領域の圧力がかかる状況でも相応に該当する。
【００６４】
このことから分かるように、ピエゾ抵抗性抵抗の抵抗特性曲線は、差圧の増大に連れて、（一般的には不所望な）非直線特性を示すようになる。
【００６５】
この問題点を解決する本発明の第１の観点は、本発明のマイクロメカニック圧力センサのダイアフラム内に装着される測定抵抗（図１，２及び３参照）の形状及び寸法を、ほぼ１次曲げ応力と２次ダイアフラム応力とから合成される全応力が大きく、有利には、ほぼ最大となるような個所乃至位置に当該の測定抵抗を各々装着することができるように選定する点にある。
【００６６】
単数乃至複数の測定抵抗は、ダイアフラムの単数乃至複数の、このような個所に設けられるので、ダイアフラムの、この特性を持っていない他の個所とは異なって、高い、有利には、ほぼ最大の相対的な抵抗変化が、ダイアフラムの上側と下側との差圧の関数として得られ、従って、相対的な抵抗変化の評価を介して、差圧の測定を改善することができる。
【００６７】
非直線性の前述の問題点を解決するための本発明の第２の主要観点は、１つ又は複数のダイアフラム補償抵抗（図１，２及び３参照）の形状及び寸法を、当該補償抵抗が各々、差圧に２次特性を示すダイアフラム応力が、ほとんど当該応力だけが当該のダイアフラム補償抵抗に作用する、ダイアフラムの個所乃至位置に設けることができるように構成されている。
【００６８】
これまで、従来技術であるヨーロッパ特許公開第０８３３１３７号公報及び世界知的所有権機関特許公開第０１／４０７５１号公報では、ダイアフラム内の単数又は複数のダイアフラム補償抵抗の最適個所は、ダイアフラムの「最小」曲げ応力が生じるように選定する必要があるということが前提とされている。ダイアフラムの「最小」曲げ応力ということによって想定されていることは明らかに、半径方向曲げ応力σ１の最小値のことであり、この最小値は以下の式で表現できる：
σ_１＝ｃｏｎｓｔ．　ｘ　Δｐ　ｘ　（１−３（２ｘ／ｌ）^２）　　　　（２）
その際、ｌは、ダイアフラムの長さ、Δｐは、差圧を示す。変数ｘは、ダイアフラム中心からの距離である（図６参照）。
【００６９】
式（２）による半径方向曲げ応力σ１のゼロ位置は、
ｘ／（ｌ／２）＝（１／３）^０．５≒０．５８　　　　　　　　　（３）
によって与えられ、その際、
ｘは、ダイアフラム中心からの距離を示す。
【００７０】
ダイアフラム中に種々異なる半径方向曲げ応力が生じる個所について、図３を用いて説明する。図３には、圧力センサ素子の横断面が示されている。図３の上の方にダイアフラム３が変形する場合、ダイアフラム３の上面上に設けられている測定抵抗８及び５には、圧応力が加わる。ダイアフラムのほぼ真ん中の、これら両抵抗間では、ダイアフラムの上側面には引っ張り応力が加わり、即ち、上側に向かっての変形時には、ダイアフラムの上側面上の縁領域内には圧応力が加わり、真ん中には引っ張り応力が加わる。圧応力及び引っ張り応力がかかる各領域間には、半径方向の曲げ応力が生じないニュートラルゾーンが形成される。この個所には、従来技術によると、曲げ応力が加わらない補償抵抗が設けられている。
【００７１】
図３に示されているようなダイアフラムが下の方に変形する場合、測定抵抗５及び８が設けられているダイアフラムの縁領域には、引っ張り応力が加わり、ダイアフラムの中心領域には圧応力が加わる。この引っ張り応力と圧応力との間には、ダイアフラムの上側面上に曲げ応力が生じない領域が形成され、この領域内には、相応に補償抵抗７及び１０が設けられている。
【００７２】
従来技術のセンサの具体的なレイアウトのためには、ダイアフラムの上側面上に半径方向曲げ応力が生じない位置を決める必要があるのが当然のことである。
【００７３】
図６には、ヨーロッパ特許公開第０８３３１３７号公報又は世界知的所有権機関特許公開第０１／４０７５１号公報から公知の圧力センサ装置での装置構成と比較した、補償抵抗の本発明による装置構成が略示されている。
【００７４】
図６には、ＭＰで、ダイアフラム３の中点が示されており、ｘ７及びｘ１０で、ヨーロッパ特許公開第０８３３１３７号公報又は世界知的所有権機関特許公開第０１／４０７５１号公報から公知の圧力センサ装置でのダイアフラムＭＰの中点からの、補償抵抗７乃至１０のｘ方向距離が示されており、上述の式（２）から算出される。
【００７５】
ｘ７’及びｘ１０’は、本発明の圧力センサ装置でのダイアフラムＭＰの中点からの補償抵抗７乃至１０の、ｘ７乃至ｘ１０よりも小さなｘ方向距離である。
【００７６】
ｌ＝１８００μｍの典型的な低圧センサの場合、例えば、ｘ７’／ｌ＝ｘ１０’／ｌ＝０．４９は、式２による０．５８と比較して最適値として得られる。
【００７７】
図７には、ヨーロッパ特許公開第０８３３１３７号公報記載の技術思想により設けられた補償抵抗７，１０を有する圧力センサ装置の、図６による距離ｘ７／ｌ＝ｘ１０／ｌ＝０．５８での印加差圧Δｐ（バール）に依存する出力信号Ｓ_Ｋ（ｍＶ）が示されている。
【００７８】
明らかに分かるように、直線成分があり、この直線成分があることにより、測定抵抗信号及び補償抵抗信号の加算により、測定抵抗信号の所望の直線性が得られないように作用が及ぼされる。
【００７９】
図８には、本発明により設けられた補償抵抗を有する圧力センサ装置の、図６の間隔ｘ７’／ｌ＝ｘ１０’／ｌ＝０．４９での印加差圧Δｐ（バール）に依存する出力信号Ｓ_Ｋ（ｍＶ）が示されている。
【００８０】
明らかに分かるように、直線成分はほぼ完全になく、それにより、測定抵抗信号と補償抵抗信号の加算により、測定抵抗信号を所望のように直線化できる。
【００８１】
ヨーロッパ特許公開第０８３３１３７号公報及び世界知的所有権機関特許公開第０１／４０７５１号公報の従来技術とは異なって、本発明によると、補償抵抗は、式（３）による位置に設けられず、ダイアフラム３の中点ＭＰの従来技術とは異なって、本発明によると、補償抵抗は、式（３）による位置に設けられず、ダイアフラム３の中点ＭＰの近くの位置に設けられ、この位置は、図８の補償抵抗信号のほとんど純粋な２次圧力依存性を有している。
【００８２】
この位置ｘ７’乃至ｘ１０’は、算法、殊に、有限要素法、又は、経験的に測定によって決めることができる。
【００８３】
算出時に、上述の係数ａ（ｘ，ｙ，ｚ）を、直線成分の係数の補償抵抗信号の圧力依存性のために、半径方向の曲げ応力σ_ｌ及び接線方向の曲げ応力σ_ｔの影響を考慮して最小化する必要がある。
【００８４】
殊に、接線方向の曲げ応力σ_ｔは、σ_ｌ＝σ_ｔが成立する、ダイアフラムの中点から初めて、ダイアフラムの縁に向かうに連れて、間隔の余弦の２乗で小さくなる。
【００８５】
相対的な抵抗変化は、接線方向の曲げ応力σ_ｔを考慮して生じる：
ΔＲ／Ｒ_０＝π_ｌσ_ｌ＋π_ｔσ_ｔ　　　　　（４）
その際、π_ｌ及びπ_ｔは、種々異なる極性の一定係数である。このことから分かるように、補償抵抗の、ダイアフラムの中点からの距離の適切な選択により、直線成分ａ（ｘ，ｙ，ｚ）が消えてなくなる位置を見つけることができる。しかし、これは、σ_ｌ＝０である位置ではない。
【００８６】
完全に説明すると、場合によりダイアフラム内に設けられておらず圧力センサのフレーム上乃至フレーム内に設けられたフレーム抵抗はほぼ圧力に依存せず、その理由は、ダイアフラムの上側又は下側に作用する圧力はどんな場合でもフレームを極めて僅かしか歪ませず、フレームの歪はダイアフラムの変形に対して非常に僅かであるからである。しかし、圧力センサの変形の結果生じるピエゾ抵抗性フレーム抵抗の抵抗変化の可能性も除外しないために、本発明の別の実施例では、フレームの結晶配向に関してフレーム抵抗を、フレームの変形によって抵抗が影響されない、即ち、当該のフレーム抵抗が、ピエゾ感応性の配向、場合によっては、フレームの結晶配向を有しているようにされている。
【００８７】
本発明の方式によると、測定及び／又は補償抵抗がダイアフラム乃至圧力センサのフレームの前述の（理想的な）個所乃至位置の近傍内に設けられているようにして用いてもよい。
【００８８】
本発明のような、ダイアフラムの個所に設けられた測定抵抗と測定ブリッジとを前述のように接続することにより、コンタクトフィールド６７及び６８、測定ブリッジの各出力側に、以下のブリッジ電圧が生じる：
Ｕ_{測定ブリッジ}（Δｐ）＝（（Ｒ_ｔ−Ｒ_ｌ）／（Ｒ_ｔ＋Ｒ_ｌ））Ｕ_Ｖ　　　　　　　　　（５）
但し、Ｕ_{測定ブリッジ}＝本発明の圧力センサのコンタクトフィールド６７及び６８から取り出される、測定ブリッジの両分路間のダイアフラムの両面間の差圧Δｐの結果生じる電圧；
Ｒ_ｔ＝ダイアフラムの両面間圧力差Δｐの結果生じるピエゾ抵抗性測定抵抗での横方向曲げ応力に依存する測定ブリッジのピエゾ抵抗性抵抗の電気抵抗；
Ｒ_ｌ＝ダイアフラムの両面間の差圧Δｐの結果生じるピエゾ抵抗性測定抵抗での縦方向曲げ応力に依存する測定ブリッジのピエゾ抵抗性抵抗の電気抵抗；
Ｕ_Ｖ＝本発明の圧力センサのコンタクトフィールド１７及び２８に印加される給電電圧の電圧
であるとする。
【００８９】
測定ブリッジの出力電圧用の、この式（５）から、個別抵抗の非直線性故に、測定ブリッジのブリッジ電圧が非直線性となることが明らかである。
【００９０】
ダイアフラムのフレーム上の圧力に依存しない２つのピエゾ抵抗性抵抗、及び、本発明の圧力センサのダイアフラム上の本発明による個所での２つの圧力依存補償抵抗から構成される補償ブリッジは、コンタクトフィールド６９及び７０を有しており、補償ブリッジの各測定出力側、電圧を有しており、以下の式によって近似的に記述することができる：
Ｕ_{補償ブリッジ}＝（（Ｒ_ｋｏｍｐ−Ｒ_０）／（Ｒ_ｋｏｍｐ＋Ｒ_０））Ｕ_Ｖ　　　　　　　　　（６）
但し：
Ｕ_{補償ブリッジ}＝本発明の圧力センサのコンタクトフィールド６９及び７０から取り出されるダイアフラムの両面間の差圧Δｐの結果生じる補償ブリッジの電圧Ｒ_ｋｏｍｐ＝補償ブリッジの電気抵抗
Ｒ_０＝Ｒ_ｋｏｍｐ（Δｐ＝０の場合）：差圧Δｐ＝０用の補償ブリッジの電気抵抗
Ｕ_Ｖ＝補償ブリッジの給電電圧
コンタクトフィールド６９及び７０によって形成される補償ブリッジの各出力側、並びに、コンタクトフィールド６７及び６８によって形成される測定ブリッジの各出力側の相応の電気端子で、測定ブリッジ（Ｕ_{測定ブリッジ}）の出力電圧に比較して反転極性を有する差圧（Δｐ＝０）の関数として、補償ブリッジ（Ｕ_{補償ブリッジ}）の出力電圧が得られる。
【００９１】
補償ブリッジは、更に測定ブリッジよりも小さな感度を有しており、補償ブリッジの非直線性は、測定ブリッジのダイアフラム内に設けられた測定抵抗乃至出力信号の非直線性よりも明らかに高い。これは、ダイアフラムの各位置でのダイアフラム補償抵抗を前述のように装置構成して、主としてダイアフラムの応力だけが（位置に依存せず、且つ、（Δｐ）^２）に比例してダイアフラム補償抵抗に作用するようにすることによって形成することができる。
【００９２】
ダイアフラム内の測定ブリッジ５０に接続された測定抵抗の出力電圧（図４参照）の非直線性を最小化するための本発明の主要な観点では、第１の電圧／電流変換器５４によって、当該第１の電圧／電流変換器５４の出力側６０に、補償ブリッジ５１の非直線性出力電圧から形成された第１の電流を、第２の電圧／電流変換器５３によって、当該第２の電圧／電流変換器５３の出力側に、測定ブリッジ５０の非直線性出力電圧から形成された第２の電流から減算するようにされる。本発明によると、第１の電流が場合によっては第２の電流とは反対の極性を有しており、両電流の２次成分が完全に又は部分的に相殺乃至補償されるように接続されている。
【００９３】
図４に示されているように、補償ブリッジ５１の電圧／電流変換器５４の減算すべき第１の電流は、差圧に２次経過特性となる出力側６０の第１の電流の成分の絶対値が、第２の電流の差圧に２次経過特性となる出力側５９の第２の電流の成分の絶対値にほぼ相応するように増幅される。それから、差圧の関数としてほぼ直線状の経過特性を示す合成電流（図４の線路６１参照）が得られ、差圧を特定するために使われる。電圧／電流変換器５４の等化のため、乃至、電流の減算前に第１の電流を増幅するために、電圧／電流変換器５４に調整可能な調整電圧を供給するための端子５２が設けられる。
【００９４】
本発明の圧力センサによる電流消費をできる限り僅かに保持するために、各抵抗は、有利には、１ｋΩよりも大きな電気抵抗を有している。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によると、殊に、僅かな差圧（０〜５０ｍｂａｒ）での不所望な非直線性を一層良好に補償することができ、そうすることによって、本発明の圧力センサ装置を用いて圧力測定を精確に実施することができるという顕著な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロメカニックな圧力センサ装置の原理を示す平面図
【図２】本発明のマイクロメカニックな圧力センサ装置の有利な実施例の平面図
【図３】図２の一点鎖線Ａ−Ｂに沿った図２の本発明の圧力センサの横断面図
【図４】本発明のマイクロメカニックな圧力センサ装置を使用するための補償回路のブロック接続図
【図５】本発明のマイクロメカニックな圧力センサ装置の別の実施例の平面図
【図６】ヨーロッパ特許公開第０８３３１３７号公報又は世界知的所有権機関特許公開第０１／４０７５１号公報から公知の圧力センサ装置での装置構成に較べた、補償抵抗の本発明の装置構成の略図
【図７】ヨーロッパ特許公開第０８３３１３７号公報の技術思想により設けられた、印加差圧Δｐ（バール）に依存する補償抵抗を有する圧力センサ装置の出力信号Ｓ_Ｋ（ｍＶ）を示す図
【図８】本発明による、印加差圧Δｐ（バール）に依存する補償抵抗を有する圧力センサ装置の出力信号Ｓ_Ｋ（ｍＶ）を示す図
【図９】ヨーロッパ特許公開第０８３３１３７号公報から公知の圧力センサ装置
【符号の説明】
１　圧力センサ
２　フレーム
３　ダイアフラム
４　移行領域
５　測定抵抗
６　測定抵抗
７　ダイアフラム補償抵抗
８　測定抵抗
９　測定抵抗
１０　ダイアフラム補償抵抗
１１　測定抵抗
１２　測定抵抗
１３　フレーム抵抗
１４　測定抵抗
１５　測定抵抗
１６　フレーム抵抗
１７　コンタクトフィールド
１８　導体路
１９　導体路
２０　リード部
２１　リード部
２２　コンタクト個所
２３　結合個所
２４　導体路
２５　導体路
２６　コンタクト個所
２７　導体路
２８　コンタクトフィールド
３０　導体路
３１　コンタクト個所
３２　導体路
３４　リード部
３５　リード部
３６　導体路
３７　導体路
３８　導体路
３９　導体路
４０　導体路
４１　切欠部
５０　測定ブリッジ
５１　補償ブリッジ
５２　補償ブリッジの電圧／電流変換器の調整用端子
５３　電圧／電流変換器
５４　電圧／電流変換器
５９　電圧／電流変換器の出力側
６０　電圧／電流変換器の出力側
６１　線路
６７　コンタクト片
６８　コンタクト片
６９　コンタクトフィールド
７０　コンタクトフィールド
２００　圧力センサ
３００　補償回路

Claims

マイクロメカニック圧力センサ装置（１；２００）において、
少なくとも部分的に半導体材料によって形成されたフレーム（２）、
該フレーム（２）によって保持されたダイアフラム（３）、
少なくとも１つの測定抵抗（５，６，８，９，１１，１２，１４，１５）を有しており、該測定抵抗は、第１の個所で、前記ダイアフラム（３）内又は上に設けられており、当該測定抵抗の抵抗値は、前記ダイアフラム（３）内の圧力を誘起する機械的な圧力に依存し、
少なくとも１つの補償抵抗（７，１０）を有しており、該補償抵抗は、第２の個所で、前記ダイアフラム（３）内又は上に設けられており、当該補償抵抗の抵抗値は、前記ダイアフラム（３）内の圧力を誘起する機械的な圧力に依存し、
前記第１の個所での抵抗値は、第１の１次成分及び第１の２次成分が圧力に依存して変化し、前記第２の個所での抵抗値は、近似的に１次成分がなく、前記第１の２次成分に比例する前記第２の２次成分が前記圧力に依存して変化する
ことを特徴とするマイクロメカニック圧力センサ装置。
ダイアフラム（３）は、少なくとも４つの測定抵抗（５，６，８，９，１１，１２，１４，１５）を有しており、該測定抵抗は、各々前記ダイアフラムの第１の個所に設けられており、前記ダイアフラムの４つの第１の個所の測定抵抗（５，６，８，９，１１，１２，１４，１５）が、第１のリング回路乃至ホイートストン測定ブリッジ（５０）又は測定変換器に接続されている請求項１記載の圧力センサ装置。
ダイアフラム（３）は、少なくとも２つの補償抵抗（７，１０）を有しており、前記補償抵抗は、各々前記ダイアフラムの第２の個所に設けられており、少なくとも２つの別の補償抵抗が設けられており、前記ダイアフラムの補償抵抗及び第２のリング回路乃至ホイートストン測定ブリッジ乃至補償ブリッジ（５１）に接続されている請求項１又は２記載の圧力センサ装置。
少なくとも２つの別の補償抵抗（１３，１６）は、フレーム（２）上に設けられている請求項３記載の圧力センサ装置。
少なくとも２つの別の補償抵抗（１３，１６）がダイアフラム（３）上に設けられている請求項３記載の圧力センサ装置。
少なくとも２つの別の補償抵抗（１３，１６）は、前記２つの別の補償抵抗（１３，１６）の電気抵抗が、変形してもほぼ一定のままであるようにフレーム（２）内又は上、又は、前記ダイアフラム（３）上に設けられていている請求項４又は５記載の圧力センサ装置。
測定抵抗（５，６，８，９，１１，１２，１４）及び／又は補償抵抗（７，１０）及び／又はフレーム抵抗（１３，１６）はピエゾ抵抗性抵抗である請求項１から６迄の何れか１記載の圧力センサ装置。
ピエゾ抵抗性フレーム抵抗（１３，１６）は、当該抵抗がフレームの（典型的には僅かな）変形に対してほぼピエゾ抵抗効果の点で不感応であるようにフレーム（２）内又は上に設けられている請求項６又は７記載の圧力センサ装置。
請求項１から８迄の何れか１記載の圧力センサ装置（１；２００）を用いて、絶対圧力及び／又は差圧を測定するための測定装置（３００）において、
少なくとも１つの測定抵抗（５，６，８，９，１１，１２，１４，１５）での圧力差によって生じた電気抵抗の変化を測定するための第１の手段（５３）と、
ダイアフラムの少なくとも１つの補償抵抗（７，１０）での圧力差によって生じた電気抵抗の変化を検出するための第２の手段（５４）を有することを特徴とする測定装置。
第１の手段（５３）は、ダイアフラム（３）の４つの測定抵抗（５，６，８，９，１１，１２，１４，１５）から構成されたホイートストン測定ブリッジ（５０）の各分路間の圧力差によって生じた電圧変化を検出し、第２の手段（５４）は、２つの補償抵抗（７，１０）と２つのフレーム抵抗（１３，１６）から構成されたホイートストン補償抵抗（５１）の各分路間の圧力差によって生じた電圧変化を検出する請求項９記載の測定装置。
第１の手段は、第１の電圧／電流変換器（５３）を有しており、該第１の電圧／電流変換器の入力側を介して、圧力差によって生じた電圧変化が検出され、前記第１の電圧／電流変換器（５３）の出力側（５９）を介して第１の電流が送出され、該第１の電流は、前記第１の電圧／電流変換器（５３）の入力電圧に比例し、
第２の手段（５４）は第２の電圧／電流変換器（５４）を有しており、該第２の電圧／電流変換器の入力側を介して、前記圧力差によって生じた前記電圧変化が検出され、前記第２の電圧／電流変換器（５４）の出力側（６０）を介して第２の電流が送出され、該第２の電流は、前記第２の電圧／電流変換器（５４）の入力電圧に比例し、前記第２電流は、前記第１の電流に対して逆の極性を有しており、
補償回路は、前記第２の電流又は増幅された第２の電流を前記第１の電流から減算する
請求項９又は１０記載の測定装置。
第２の電圧／電流変換器（５４）から送出された第２の電流を増幅する増幅器が設けられている請求項１１記載の測定装置。