JP2004239676A

JP2004239676A - 物理量検出装置の製造方法

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Publication number: JP2004239676A
Application number: JP2003027050A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shinoda; 丈司篠田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】感度が異なる圧力センサの誤組付けを容易に検出できるようにする。
【解決手段】感度Ａの圧力センサのオフセット電圧調整時には、感度Ａに対して設けられた規格範囲内にオフセット電圧Ｖａを調整し、感度Ｂの圧力センサのオフセット電圧調整時には、感度Ａに対して設けられた規格範囲外に感度Ｂのオフセット電圧Ｖｂを調整する。したがって、センサ出力信号のオフセット電圧を測定することで、センシング部に所定の圧力を印加することなく、圧力センサの誤組付けを容易に検出することができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサ等の物理量を検出する物理量検出装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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の測定手段として圧力センサが用いられている。この圧力センサの多くは、半導体基板に薄肉のダイヤフラム部が形成され、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）が２つずつ形成されてホイートストンブリッジ回路が構成されている。このゲージ抵抗によってブリッジ接続されたセンシング部に圧力が印加されると、ピエゾ抵抗効果によってゲージ抵抗の抵抗値が変化し、この結果として中央部および周辺部のゲージ抵抗における中点電位に電位差が生じる。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。
【０００３】
また、この種の圧力センサは、様々なシステムに搭載されており、多くの種類の圧力感度が要求されている。
【０００４】
従来の圧力センサのセンサ出力特性を図３に示す。図に示すように、感度Ａと感度Ｂは異なる傾きを有している。センシング部に圧力が印加されない状態における感度Ａと感度Ｂのセンサ出力の電圧、すなわち、感度Ａと感度Ｂの各オフセット電圧Ｖａ、Ｖｂは同一となっている。ここで、圧力Ｐが印加された場合の感度Ａの圧力センサから出力されるセンサ出力電圧をＶａ１とすると、感度Ａ＝（Ｖａ１−Ｖａ）／Ｐで表される。また、圧力Ｐが印加された場合の感度Ｂの圧力センサから出力されるセンサ出力電圧をＶｂ１とすると、感度Ｂ＝（Ｖｂ１−Ｖｂ）／Ｐで表される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の圧力センサの多くは、製造の容易さや製造コストを抑えるため、共通のパッケージに組み込まれて標準化が図られている。このため、圧力感度を容易に識別できるように圧力感度毎にパッケージを新たに開発することは困難である。したがって、例えば、製造工程において、誤って異なる感度の圧力センサがシステムに組み付けられても、センサ感度をパッケージで容易に識別できないため、仕様と異なった圧力センサがシステムに組み付けられて納入されてしまうといった問題が生じる。
【０００６】
このため、出荷持の検査において、圧力センサの誤組付けの判定を行っているが、図３に示したように、感度が異なっていてもオフセット電圧が同一となっているため、所定の圧力を印加しながらセンサ出力を測定する必要がある。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みたもので、物理量検出装置の誤組付けを容易に検出できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【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、物理量に応じたセンサ出力信号を所定の感度で出力する物理量検出装置の製造方法において、
感度毎に前記センサ出力信号のオフセット電圧が異なるように、前記センサ出力信号のオフセット電圧を調整する調整工程を備えたこと特徴としている。
【０００９】
このように、感度毎にセンサ出力信号のオフセット電圧が異なるように調整しているので、オフセット電圧を測定することにより物理量検出装置の誤組付けを容易に検出できる。
【００１０】
この場合、請求項２に記載の発明のように、前記調整工程では、前記オフセット電圧を調整した後、前記感度を調整するようにすることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明のように、前記オフセット調整回路を調整する工程では、互いに電圧範囲が重複しない規格範囲のそれぞれに前記感度毎に前記オフセット電圧を調整するのが好ましい。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明のように、前記センサ出力信号のオフセット電圧を測定し、このオフセット電圧に基づいて前記物理量検出装置の誤組み付けを検査する工程をこのオフセット電圧に基づき前記感度が前記所定の感度に調整されたものであるか否かを検査する工程を備えることにより、この検査工程において物理量検出装置の誤組付けを検出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態に係る圧力センサの回路構成を図１に示す。図に示すように、圧力センサは、電流供給回路１０、ブリッジ回路２０および増幅回路３０により構成されている。
【００１４】
電流供給回路１０は、オペアンプ１００、抵抗１０１〜１０４により構成されている。抵抗１０１および抵抗１０２は直列に接続され、電源端子Ｖの電圧を分圧している。抵抗１０１、１０２の接続点はオペアンプ１００の非反転入力端子に接続されている。オペアンプ１００の反転入力端子は、抵抗１０３を介して電源端子Ｖに接続され、オペアンプ１００の出力端子と反転入力端子の間には抵抗１０４が接続されている。
【００１５】
ブリッジ回路２０は、抵抗２０１、２０２および圧力検出素子としてのゲージ抵抗ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤにより構成されている。ブリッジ回路２０は、抵抗ＲＡと抵抗ＲＣの接続点がオペアンプ１００の反転入力端子に接続され、抵抗ＲＢと抵抗ＲＤの接続点がオペアンプ１００の非反転入力端子に接続されている。そして、センシング部に圧力が印加されると、ゲージ抵抗ＲＡとゲージ抵抗ＲＢの接続点Ｂおよびゲージ抵抗ＲＣとゲージ抵抗ＲＤの接続点Ｃの各中点の電位に電位差が生じるように構成されている。なお、抵抗２０１および抵抗２０２は、ゲージ抵抗ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤの抵抗値のばらつきをキャンセルするために設けられ、センシング部に圧力が印加されない場合に、Ｂ点、Ｃ点間に電位差が発生しないように、レーザートリミングにより調整される。
【００１６】
増幅回路３０は、オペアンプ３００〜３０２、トランジスタ３０３、３０４、抵抗３０５〜３１２から構成されている。抵抗３０５はオペアンプ３０２のオフセット調整用抵抗である。オペアンプ３００の出力端子にはダーリントン接続されたトランジスタ３０３、３０４が接続され、ボルテージフォロアとなっている。オペアンプ３００の非反転入力端子は、ブリッジ回路２０のＢ点に接続され、オペアンプ３００の非反転入力端子に入力されるＢ点の電圧と等しい電圧がトランジスタ３０４のエミッタから出力されるようになっている。また、オペアンプ３０１はボルテージフォロアとなっており、非反転入力端子に入力されるＣ点の電圧と等しい電圧が出力端子から出力されるようになっている。オペアンプ３０２は、非反転入力端子が抵抗１０１と抵抗１０２の接続点に接続され、反転入力端子がトランジスタ３０３のコレクタに接続されるとともに、オフセット調整用抵抗３０５を介して電源に接続されている。なお、抵抗３０７〜３０９は、ブリッジ回路２０の温度補償を行う温度補償回路である。
【００１７】
なお、上記した構成における抵抗２０１、２０２、３０５、３０６、３０８、３０９は、所定の条件に応じてレーザートリミングにより抵抗値の調整が行われる抵抗である。
【００１８】
上記した構成において、オペアンプ１００の反転入力端子と非反転入力端子の電圧は等しくなるように動作するため、抵抗１０１と抵抗１０３の電圧降下は等しくなる。したがって、抵抗１０３には一定の電流が流れ、この電流はブリッジ回路２０と抵抗１０４に流れ込む。抵抗１０４の抵抗値は、ブリッジ回路２０の抵抗ＲＡおよび抵抗ＲＣの接続点と抵抗２０１および抵抗２０２の接続点から見た合成抵抗と比較して十分に大きくなっており、抵抗１０３に流れる電流はブリッジ回路２０に流れる。すなわち、抵抗１０３からブリッジ回路２０に定電流が供給される。
【００１９】
ここで、センシング部に圧力が印加されない場合、Ｂ点、Ｃ点間に電位差は発生しない。したがって、抵抗３０６の両端間の電圧は等しくなり、抵抗３０６に電流は流れない。オペアンプ３０２の反転入力端子の電圧は、オペアンプ３０２の非反転入力端子の電圧、すなわち抵抗１０１および１０２の接続点の電圧と等しくなり、抵抗３０５には定電流が流れる。この抵抗３０５に流れる電流は、抵抗３１０およびダーリントン接続されたトランジスタ３０３、３０４にそれぞれ流れる。そして、オペアンプ３０２の反転入力端子の電圧から抵抗３１０による電圧降下分を差し引いた電圧が出力端子Ｏから出力される。なお、後述するセンサ出力信号のオフセット電圧の調整は、抵抗３０５をレーザートリミングすることにより行われる。
【００２０】
次に、センシング部に所定の圧力が印加されると、圧力に応じた電位差がＢ点、Ｃ点間に発生する。そして、抵抗３０６の両端間に電位差が発生し、ダーリントン接続されたトランジスタ３０３、３０４を介して抵抗３０６に電流が流れる。したがって、抵抗３０５から抵抗３１０に流れる電流は減少し、出力端子Ｏの電圧は増加する。このように、センシング部に印加される圧力に応じたセンサ出力信号が出力端子Ｏから出力される。
【００２１】
次に、上記した圧力センサについて、感度Ａと感度Ｂの圧力センサを製造する場合の製造方法について説明する。
【００２２】
図２に、感度Ａと感度Ｂの圧力センサのセンサ出力特性を示す。図に示すように、感度Ａと感度Ｂは異なる傾きを有している。そして、この実施形態では、センシング部に圧力が印加されない状態における感度Ａと感度Ｂのセンサ出力の電圧、すなわち、感度Ａと感度Ｂの各オフセット電圧Ｖａ、Ｖｂは異なっている。また、感度Ａのオフセット電圧Ｖａには、１５０ｍＶの電圧幅で規格範囲が設けられている。そして、感度Ａのオフセット電圧Ｖａは、この規格範囲内に調整される。また、感度Ｂのオフセット電圧Ｖｂは、感度Ａに対して設定された規格範囲と範囲が重複しない規格範囲内となるように調整される。
【００２３】
なお、圧力Ｐが印加された場合に感度Ａの圧力センサから出力されるセンサ出力電圧をＶａ１とすると、感度Ａ＝（Ｖａ１−Ｖａ）／Ｐで表される。また、圧力Ｐが印加された場合に感度Ｂの圧力センサから出力されるセンサ出力電圧をＶｂ１とすると、感度Ｂ＝（Ｖｂ１−Ｖｂ）／Ｐで表される。
【００２４】
ここで、図１に示す構成の圧力センサでは、感度調整回路をなす抵抗３０６の抵抗値により感度の調整を行うことができ、オフセット調整回路をなす抵抗３０５の抵抗値によりオフセット電圧を調整することができる。
【００２５】
圧力センサを製造する場合、まず、オペアンプ１００、３００〜３０２、ゲージ抵抗ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤ、抵抗１０１〜１０４、２０１、２０２、３０５〜３１２およびトランジスタ３０３、３０４の各素子が図１に示すように結線して形成された半導体基板を用意する。
【００２６】
次に、圧力感度およびセンサ出力信号のオフセット電圧を調整する。ここで、感度Ａのセンサ出力特性を有する圧力センサの調整をする場合には、出力端子Ｏの電圧が感度Ａに対して設けられた規格範囲内となるように抵抗３０５の抵抗値をレーザートリミングしてオフセット電圧Ｖａを調整する。次に、ウェハーの状態ではセンシング部としての抵抗ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤに所定の圧力Ｐを印加できないため、所定の圧力Ｐがセンシング部に印加された場合と同条件の電位差がＢ点、Ｃ点間から出力されるように、Ｃ点とアース間に図示しない抵抗を接続する。このように、所定の圧力Ｐがセンシング部に印加された場合と同条件で、出力端子Ｏの電圧をモニタしながら、出力端子Ｏの電圧がＶａ１となるように抵抗３０６の抵抗値をレーザートリミングにより調整する。この後、Ｃ点とアース間に接続した抵抗を取り外す。
【００２７】
また、感度Ｂのセンサ出力特性を有する圧力センサの調整をする場合には、出力端子Ｏの電圧が感度Ｂに対して設けられた規格範囲内となるように、抵抗３０５の抵抗値をレーザートリミングしてオフセット電圧Ｖｂを調整する。次に、所定の圧力Ｐがセンシング部に印加された場合と同条件の電位差がＢ点、Ｃ点間から出力されるように、Ｃ点とアース間に図示しない抵抗を接続する。そして、出力端子Ｏの電圧をモニタしながら、出力端子Ｏの電圧がＶｂ１となるように抵抗３０６の抵抗値をレーザートリミングにより調整する。この後、Ｃ点とアース間に接続した抵抗を取り外す。
【００２８】
上記したように、圧力感度および圧力感度毎にオフセット電圧が調整された圧力センサは、搭載されるシステムに組み付けられた後、出荷前の検査が行われる。
【００２９】
作業者は、出荷時の検査において、上記した圧力センサのセンシング部に圧力が印加されない状態で、出力端子Ｏの電圧、すなわちセンサ出力信号のオフセット電圧を測定し、このオフセット電圧に基づき、感度を識別する。
【００３０】
例えば、圧力センサのセンシング部に圧力が印加されない状態で、センサ出力信号のオフセット電圧を測定し、このオフセット電圧がＶａとなった場合、この圧力センサは感度Ａのセンサ出力特性を有するものであると識別できる。また、センサ出力信号のオフセット電圧を測定し、このオフセット電圧がＶｂとなった場合、この圧力センサは感度Ｂのセンサ出力特性を有するものであると識別できる。
【００３１】
このように、圧力センサのセンシング部に所定の圧力を印加することなく、圧力センサの感度を識別できるので、異なる感度の圧力センサが誤って組み付けられていても、容易に検出することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態において、薄膜抵抗をレーザでカットして薄膜抵抗の抵抗値を調整するいわゆるレーザートリムによりセンサ出力信号のオフセット電圧を調整する例について示したが、例えば、オフセット調整回路として不揮発性メモリ（例えば、ＥＰＲＯＭ）を用い、不揮発性メモリに記憶されたデータに応じてセンサ出力信号のオフセット電圧を調整するようにしてもよい。この場合、圧力感度毎にセンサ出力信号のオフセット電圧が異なるように不揮発性メモリに記憶されるデータが設定される。
【００３３】
また、上記実施形態において、感度Ａと感度Ｂの異なる２つの感度特性を有する圧力センサのオフセット電圧を調整する例に説明したが、３つ以上の感度特性を有する圧力センサに適用してもよい。
【００３４】
なお、上記実施形態では圧力センサを例に示したが、圧力センサに限ることなく、オフセット電圧と感度を調整するものであれば各種物理量の検出を行う物理量センサに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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。
【図２】本発明の第１実施形態における圧力センサのセンサ出力の特性を示す図である。
【図３】従来の圧力センサのセンサ出力の特性を示す図である。
【符号の説明】
１０…電流供給回路、２０…ブリッジ回路、３０…増幅回路、
ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤ…ゲージ抵抗、オフセット調整用抵抗…３０５、
１００、３００〜３０２…オペアンプ。

Claims

物理量に応じたセンサ出力信号を所定の感度で出力する物理量検出装置の製造方法において、
感度毎に前記センサ出力信号のオフセット電圧が異なるように、前記センサ出力信号のオフセット電圧を調整する調整工程を備えたこと特徴とする物理量検出装置の製造方法。
前記調整工程では、前記オフセット電圧を調整した後、前記感度を調整すること特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置の製造方法。
前記調整工程では、互いに電圧範囲が重複しない規格範囲のそれぞれに前記感度毎に前記オフセット電圧を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の物理量検出装置の製造方法。
前記センサ出力信号のオフセット電圧を測定し、このオフセット電圧に基づいて前記物理量検出装置の誤組み付けを検査する工程を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の物理量検出装置の製造方法。