JP2011085407A - Vibrating pressure sensor - Google Patents

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Seiichi Ukai
征一 鵜飼
Kazuaki Kawakatsu
一聡 川勝
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain a differential pressure sensor which is not based on static pressure or on temperature, and to provide a static pressure sensor which is not based on temperature or on differential pressure, but has sensitivity only with respect to static pressure. <P>SOLUTION: In the vibrating pressure sensor including a pressure receiving diaphragm which is formed in a prescribed region of a semiconductor substrate having elasticity, vibrators are formed in the center portion and the peripheral edge part of the surface of the pressure-receiving diaphragm; a base joined to the reverse side of the semiconductor substrate; a gap portion is provided between the semiconductor substrate outside the region where the receiving diaphragm is formed and the base; and at least one vibrator is disposed in a region located in the gap portion. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は差圧伝送器や圧力伝送器に用いて好適な振動式圧力センサに関し、詳しくは、半導体微細加工技術を用いてシリコン基板に形成した振動子を、その固有振動数で振動させておき、基板に加えられる力または環境変化に対応して振動子に生ずる振動周波数の変化を検出する方式の振動式圧力センサに関するものである。   The present invention relates to a vibration type pressure sensor suitable for use in a differential pressure transmitter or a pressure transmitter, and more specifically, a vibrator formed on a silicon substrate using a semiconductor micromachining technique is vibrated at its natural frequency. The present invention relates to a vibration type pressure sensor that detects a change in vibration frequency generated in a vibrator in response to a force applied to a substrate or a change in environment.

従来の振動式圧力センサは特開昭60−186725、特公平4−68575に記載されているようにダイアフラムの中心部と周縁部に、半導体微細加工の技術を用いて振動子が1個ずつ形成されている構成である。   In the conventional vibration type pressure sensor, as described in JP-A-60-186725 and JP-B-4-68575, one vibrator is formed at the center and the peripheral part of the diaphragm by using a semiconductor microfabrication technique. It is the structure which is done.

図6は上記の先行特許文献に記載された振動圧力センサの平面(a)および(a)図のA−A'断面図(b)である。図6(a,b)において、10は矩形状のシリコン基板であり、中央部に8角形状の受圧ダイアフラム14が形成されている。   FIG. 6 is a plan (a) and AA ′ cross-sectional view (b) of the vibration pressure sensor described in the above-mentioned prior patent document. 6A and 6B, reference numeral 10 denotes a rectangular silicon substrate, in which an octagonal pressure receiving diaphragm 14 is formed at the center.

この受圧ダイアフラム14はシリコン基板10の一方の面をエッチングすることにより形成され、このエッチング面はベース20と張り合わされて空洞部14aが形成されている。21は圧力を空洞部14aに導入するための導入孔である。   The pressure receiving diaphragm 14 is formed by etching one surface of the silicon substrate 10, and this etched surface is bonded to the base 20 to form a cavity 14a. Reference numeral 21 denotes an introduction hole for introducing pressure into the cavity 14a.

11,12はダイアフラム14上に両端が形成された振動子でC振動子11はダイアフラム14のほぼ中央部に、R振動子12はダイアフラム14の周辺部に公知の方法によりそれぞれ形成されている。このように形成された振動子は例えば長さl=1mm、厚さh=5μm、幅d=35μm程度に形成されている。   Reference numerals 11 and 12 denote vibrators having both ends formed on the diaphragm 14. The C vibrator 11 is formed at a substantially central portion of the diaphragm 14, and the R vibrator 12 is formed at a peripheral portion of the diaphragm 14 by a known method. The vibrator formed in this way is formed to have a length l = 1 mm, a thickness h = 5 μm, and a width d = 35 μm, for example.

C振動子11およびR振動子12は、例えば選択エピタキシャル成長、犠牲層エッチング、封止のためのエピタキシャル成長などによって、シリコンのカバー14bで覆われており、その内部空間14cを真空状態(シェル構造)に保持している。なお、図6(a)ではカバー14bは省略している。
以上の構成において、中心部の振動子の固有振動数をfc、周縁部の振動子の固有振動数をfrとすると、このダイアフラムに差圧が印加された場合、両者の固有振動数は変化するが、その変化の方向は逆となる(逆相)。
The C vibrator 11 and the R vibrator 12 are covered with a silicon cover 14b by, for example, selective epitaxial growth, sacrificial layer etching, or epitaxial growth for sealing, and the internal space 14c is in a vacuum state (shell structure). keeping. In FIG. 6A, the cover 14b is omitted.
In the above configuration, when the natural frequency of the vibrator at the center is fc and the natural frequency of the vibrator at the peripheral part is fr, when a differential pressure is applied to the diaphragm, the natural frequency of both changes. However, the direction of the change is reversed (reverse phase).

また、静圧が印加された場合は、振動子を内蔵するシェル構造が圧縮されるため、fc、frともその振動数が低下する(同相)。さらにダイアフラムが形成されたシリコン基板は通常、硼珪酸ガラス(パイレックス(登録商標)ガラスなど)からなるベースに接合されているため、半導体基板との熱膨張率差によって、温度変化に伴いシリコン基板上に歪が発生し、この歪はfc、frに同相に影響する。   Further, when a static pressure is applied, the shell structure containing the vibrator is compressed, so that the frequency of both fc and fr decreases (in-phase). Further, since the silicon substrate on which the diaphragm is formed is usually bonded to a base made of borosilicate glass (such as Pyrex (registered trademark) glass), due to the difference in thermal expansion coefficient from the semiconductor substrate, Distortion occurs, and this distortion affects fc and fr in phase.

fc、frに対し、差圧入力は逆相、静圧入力と温度変化に対しては同相に変化するのでfc、frの差信号を取ることで、差圧のみに感度を有する(温度と静圧によらない)差圧センサを構成している。さらに、fcとfrの和信号を取ることで差圧の影響を除去し、静圧信号を取りだしている。   With respect to fc and fr, the differential pressure input is in the opposite phase, and the static pressure input and the temperature change in the same phase. Therefore, taking the difference signal of fc and fr has sensitivity only to the differential pressure (temperature and static pressure). (It does not depend on pressure) It constitutes a differential pressure sensor. Furthermore, by taking the sum signal of fc and fr, the influence of the differential pressure is removed, and the static pressure signal is taken out.

特開昭60−186725号公報JP-A-60-186725 特公平4−68575号公報Japanese Examined Patent Publication No. 4-68575

上記従来の技術は、温度入力に対しfcとfrは同相に動くため、和信号を取ると温度依存性も残ってしまい、その信号は静圧入力+温度変化に対する出力となり、静圧のみの(差圧にも温度にも依存しない)出力が得られないという問題があった。このため、実際には温度センサを設けて、これによって更に補正を行っていた。
従って本発明の目的は振動式の圧力センサであって、静圧や温度によらない差圧センサと共に、温度や差圧によらず静圧のみに感度を有する静圧センサを実現することを目的としている。
In the above conventional technique, fc and fr move in phase with respect to the temperature input. Therefore, if the sum signal is taken, the temperature dependence remains, and the signal becomes an output for the static pressure input + temperature change, and only the static pressure ( There was a problem in that no output was obtained (which did not depend on the differential pressure or temperature). For this reason, a temperature sensor is actually provided and further correction is performed.
Accordingly, an object of the present invention is to realize a vibration type pressure sensor, which is a differential pressure sensor that does not depend on static pressure or temperature, and a static pressure sensor that is sensitive only to static pressure regardless of temperature or differential pressure. It is said.

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、請求項1に記載の振動式圧力センサの発明においては、
弾性を有する半導体基板の所定の領域に形成された受圧ダイアフラムと、該受圧ダイアフラムの表面の中心部と周縁部に形成された振動子と、前記半導体基板の裏面に接合されたベースを有する振動式圧力センサにおいて、前記受圧ダイアフラムが形成された領域外の前記半導体基板と前記ベースとの間に空隙部を設け、前記空隙部に位置する領域に少なくとも一つの振動子を配置したことを特徴とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and in the invention of the vibration type pressure sensor according to claim 1,
Vibration type having a pressure receiving diaphragm formed in a predetermined region of a semiconductor substrate having elasticity, a vibrator formed in a center portion and a peripheral portion of the surface of the pressure receiving diaphragm, and a base bonded to the back surface of the semiconductor substrate In the pressure sensor, a gap is provided between the semiconductor substrate and the base outside the area where the pressure receiving diaphragm is formed, and at least one vibrator is disposed in the area located in the gap. .

請求項2に記載の振動式圧力センサの発明においては、
請求項1記載の振動式圧力センサにおいて、前記半導体基板は矩形状とされ、半導体基板と前記ベースとの間に形成した空隙部が、前記半導体基板外周の一辺に設けられたことを特徴とする。
In the invention of the vibration type pressure sensor according to claim 2,
2. The vibration type pressure sensor according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has a rectangular shape, and a gap formed between the semiconductor substrate and the base is provided on one side of the outer periphery of the semiconductor substrate. .

請求項3に記載の振動式圧力センサの発明においては、
請求項1記載の圧力センサにおいて、前記半導体基板と前記ベースとの空隙部の領域が、前記半導体基板の四隅のうち少なくとも一隅に設けられたことを特徴とする。
In the invention of the vibration type pressure sensor according to claim 3,
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein a region of a gap between the semiconductor substrate and the base is provided at at least one of the four corners of the semiconductor substrate.

請求項4に記載の振動式圧力センサの発明においては、
請求項1記載の圧力センサにおいて、前記空隙部の領域はベースの一部に段差を設けて形成したことを特徴とする。
In the invention of the vibration type pressure sensor according to claim 4,
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the gap region is formed by providing a step in a part of the base.

請求項5に記載の振動式圧力センサの発明においては、
請求項1記載の振動式圧力センサにおいて、前記空隙部の領域は半導体基板の一部に段差を設けて形成したことを特徴とする。
In the invention of the vibration type pressure sensor according to claim 5,
2. The vibration type pressure sensor according to claim 1, wherein the region of the gap is formed by providing a step in a part of the semiconductor substrate.

請求項6に記載の振動式圧力センサの発明においては、
請求項1記載の振動式圧力センサにおいて、前記空隙部の領域は前記ベースの一部に貫通穴を設けて形成したことを特徴とする。
In the invention of the vibration type pressure sensor according to claim 6,
2. The vibration type pressure sensor according to claim 1, wherein the region of the gap is formed by providing a through hole in a part of the base.

請求項7に記載の振動式圧力センサの発明においては、
請求項1記載の圧力センサにおいて、前記ダイアフラムの中心に配置された振動子の固有振動数と周縁部に形成された振動子の固有振動数から差圧を算出する演算手段と、前記空隙部の領域に形成された振動子の固有振動数から静圧を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする。
In the invention of the vibration type pressure sensor according to claim 7,
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein calculating means for calculating a differential pressure from the natural frequency of the vibrator disposed at the center of the diaphragm and the natural frequency of the vibrator formed at a peripheral portion; And an arithmetic means for calculating a static pressure from the natural frequency of the vibrator formed in the region.

本発明の請求項1乃至7記載の発明によれば、振動式圧力センサにおいて温度に依存しない静圧信号を得ることが可能になる。さらに従来の静圧センサのような温度補正を必要とせず信号処理の簡略化が可能となる。このセンサを振動式圧力伝送器に用いることで、より高精度な差圧、圧力伝送器が実現できる。   According to the first to seventh aspects of the present invention, it is possible to obtain a static pressure signal independent of temperature in the vibration type pressure sensor. Furthermore, signal processing can be simplified without requiring temperature correction as in a conventional static pressure sensor. By using this sensor in a vibration pressure transmitter, a more accurate differential pressure and pressure transmitter can be realized.

本発明の請求項2記載の発明によれば、コーナー部のスペースに静圧用振動子13を設けることで、シリコン基板のサイズを小型化できる利点がある。   According to the second aspect of the present invention, by providing the static pressure vibrator 13 in the corner space, there is an advantage that the size of the silicon substrate can be reduced.

本発明の請求項3記載の発明によれば、シリコン基板10側に段差を設けている。そのためダイアフラム14を形成するエッチング工程で同時に段差もエッチング加工できるため、工程の簡略化が可能となる。
本発明の請求項4記載の発明によれば、貫通孔(22)は、ベース導圧口21を明けるのと同じ工程で明けることができ、簡単な加工で形成できる利点がある。
According to invention of Claim 3 of this invention, the level | step difference is provided in the silicon substrate 10 side. Therefore, the step can also be etched at the same time in the etching process for forming the diaphragm 14, so that the process can be simplified.
According to the invention described in claim 4 of the present invention, the through hole (22) can be opened in the same process as that for opening the base pressure guiding port 21, and there is an advantage that it can be formed by simple processing.

本発明の振動式圧力センサの実施形態の一例を示す平面図(a)、(a)図のA−A’断面図(b)、(a)図のB−B’断面図(c)である。The top view (a) which shows an example of the embodiment of the vibration type pressure sensor of the present invention, AA 'sectional view (b) of figure (a), BB' sectional view (c) of figure (a) is there. 差圧・静圧の演算式を演算手順に従って示す図である。It is a figure which shows the calculating formula of a differential pressure and a static pressure according to a calculation procedure. 他の実施例を示す平面図(a)、(a)図のA−A’断面図(b)である。It is the top view (a) which shows another Example, A-A 'sectional drawing (b) of the figure (a). 他の実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another Example. 他の実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another Example. 従来の振動式圧力センサの一例を示す平面図(a)、(a)図のA−A’断面図(b)である。It is a top view (a) which shows an example of the conventional vibration type pressure sensor, and A-A 'sectional drawing (b) of (a) figure.

図1は本発明の実施形態の一例を示す平面図(a)、(a)図のA−A’断面図(b)、(a)図のB−B’断面図(c)である。
図1において、半導体(シリコン)基板10の表面にC振動子11、R振動子12、S振動子13が形成され、裏面側はアルカリエッチング液(KOH、TMAH水溶液など)によってシリコン基板10がエッチングされ、ダイアフラム14が形成されている。
FIG. 1 is a plan view (a), an AA ′ cross-sectional view (b) of FIG. 1 (a), and a BB ′ cross-sectional view (c) of FIG.
In FIG. 1, a C vibrator 11, an R vibrator 12, and an S vibrator 13 are formed on the surface of a semiconductor (silicon) substrate 10, and the silicon substrate 10 is etched on the back side by an alkaline etchant (KOH, TMAH aqueous solution, etc.). Thus, the diaphragm 14 is formed.

C振動子11はこのダイアフラムの中心部に、R振動子12はダイアフラムの周縁部に配置される。また、シリコン基板10は硼珪酸ガラス(パイレックス(登録商標)ガラスなど)からなるベース20に陽極接合などの手段で接合される。このベース20の接合面の一辺は接合前にダイサー加工やエッチングにより削られ、シリコン基板10との間に接合されない空隙部22が形成されている。   The C vibrator 11 is disposed at the center of the diaphragm, and the R vibrator 12 is disposed at the peripheral edge of the diaphragm. The silicon substrate 10 is bonded to a base 20 made of borosilicate glass (such as Pyrex (registered trademark) glass) by means such as anodic bonding. One side of the bonding surface of the base 20 is cut by dicer processing or etching before bonding, so that a gap 22 that is not bonded to the silicon substrate 10 is formed.

シリコン基板10のサイズが数ミリとすれば、その削り幅は数百ミクロン、削り深さは、加工方法によっても異なるが、十ミクロン程度〜数百ミクロン程度の寸法である。S振動子13はこの空隙部22上のシリコン基板10上に形成される。S振動子13を空隙部22上に設けることで、シリコン基板10とベース20の熱膨張率差による歪はほとんど無視できる程小さくなり、固有振動数fsは温度影響を受けず、静圧にのみ感度を有するようになる。   If the size of the silicon substrate 10 is several millimeters, the cutting width is several hundred microns, and the cutting depth varies depending on the processing method, but is about 10 to several hundred microns. The S vibrator 13 is formed on the silicon substrate 10 on the gap 22. By providing the S vibrator 13 on the gap 22, the strain due to the difference in thermal expansion coefficient between the silicon substrate 10 and the base 20 becomes almost negligible, and the natural frequency fs is not affected by temperature, but only at static pressure. Has sensitivity.

以下数式を用いて簡単に説明する。一般に振動子の固有振動数をfとすると、以下のように表現することができる。
f=f0(1+k・ε)0.5 -----(1)
ここで、f0=振動子に加わる歪がゼロの場合の固有振動数(振動子の材質(弾性係数)、形状で決まる値)。
ε=振動子にかかる歪。
k=比例定数(振動子の形状によって決まる定数)。
This will be briefly described below using mathematical expressions. In general, when the natural frequency of the vibrator is f, it can be expressed as follows.
f = f0 (1 + k · ε) 0.5 ----- (1)
Here, f0 = the natural frequency when the strain applied to the vibrator is zero (value determined by the material (elastic coefficient) and shape of the vibrator).
ε = strain applied to the vibrator.
k = proportional constant (a constant determined by the shape of the vibrator).

歪εは、圧力センサの製作プロセスで発生する初期歪ε0、差圧に起因する歪εdp、静圧に起因する歪εsp、温度に起因する歪εtの和からなるものである。
fc2/f02=1+kc・(ε0+εdp+εsp+εt) -----(2)
入力差圧dp=0、静圧sp=0、基準温度(室温Rt)での発振周波数をfc0とすると、
fc02/f02=1+kc・(ε0+εRT) -----(3)
となる。よって、C振動子のfcとfc0の比は、
(fc/fc0)2=1+kc・(εdp+εsp+εt―εRT) -----(4)
と表せる。一方R振動子では、
fr2/f02=1+kr・(ε0―εdp+εsp+εt) -----(5)
fc02/f02=1+kr・(ε0+εRT) -----(6)
となるから、これらの比は、
(fr/fr0)2=1+kr・(−εdp+εsp+εt―εRT) -----(7)
である。(4)式と(7)式から、
((fc/fc0)2−1)/kc−((fr/fr0)2−1)/kr=2εdp -----(8)
差圧に起因する歪εdpはダイアフラムの厚さ、径、弾性係数、ポアソン比によって定まる係数をαとして、差圧dPに比例する。
εdp=α・dP -----(9)
(8)式から、差圧dPは以下により求まる。
dP=(1/2α)・〔((fc/fc0)2−1)/kc−((fr/fr0)2−1)/kr〕 -----(10)
次に、S振動子について考察する。
S振動子は、差圧や温度にほとんど依存しないため、初期歪と静圧歪の関数として、
fs2/f02=1+ks・(ε0+εsp) -----(11)
と書ける。静圧入力sp=0の発振周波数をfs0とすると、
fs02/f02=1+ks・(ε0) -----(12)
よって、fsとfs0の比は、
(fs/fs0)2=1+ks・(εsp) -----(13)
となり、静圧spのみの関数となる。静圧歪εspはシエルの厚さ、サイズ、弾性係数などによって定まる定数をβとして、静圧spに比例する。
εsp=β・SP -----(14)
(13)式から、静圧SPは、温度と差圧に依らず、以下のようになる。
SP=(1/βks)・〔(fs/fs0)2−1〕 -----(15)
The strain ε is composed of the sum of an initial strain ε0 generated in the pressure sensor manufacturing process, a strain εdp due to a differential pressure, a strain εsp due to a static pressure, and a strain εt due to temperature.
fc 2 / f 0 2 = 1 + kc · (ε 0 + ε dp + ε sp + ε t ) ----- (2)
When the input differential pressure dp = 0, static pressure sp = 0, and the oscillation frequency at the reference temperature (room temperature Rt) is fc0,
fc0 2 / f0 2 = 1 + kc · (ε 0 + ε RT ) ----- (3)
It becomes. Therefore, the ratio of fc and fc0 of the C vibrator is
(Fc / fc0) 2 = 1 + kc · (ε dp + ε sp + ε tRT ) ----- (4)
It can be expressed. On the other hand, in the R vibrator,
fr 2 / f 0 2 = 1 + kr · (ε 0 −ε dp + ε sp + ε t ) ----- (5)
fc0 2 / f0 2 = 1 + kr · (ε 0 + ε RT ) ----- (6)
So these ratios are
(Fr / fr0) 2 = 1 + kr · (-ε dp + ε sp + ε t- ε RT ) ----- (7)
It is. From equations (4) and (7)
((fc / fc0) 2 -1) / kc-((fr / fr0) 2 -1) / kr = 2ε dp ----- (8)
The strain ε dp caused by the differential pressure is proportional to the differential pressure dP, where α is a coefficient determined by the thickness, diameter, elastic coefficient, and Poisson's ratio of the diaphragm.
ε dp = α · dP ----- (9)
From the equation (8), the differential pressure dP is obtained as follows.
dP = (1 / 2α) · [((fc / fc0) 2 −1) / kc − ((fr / fr0) 2 −1) / kr] ----- (10)
Next, the S vibrator will be considered.
Since the S vibrator hardly depends on the differential pressure or temperature, as a function of the initial strain and the static pressure strain,
fs 2 / f0 2 = 1 + ks · (ε 0 + ε sp ) ----- (11)
Can be written. If the oscillation frequency of the static pressure input sp = 0 is fs0,
fs0 2 / f0 2 = 1 + ks · (ε 0 ) ----- (12)
Therefore, the ratio of fs to fs0 is
(Fs / fs0) 2 = 1 + ks · (ε sp ) ----- (13)
And is a function of only the static pressure sp. The static pressure strain ε sp is proportional to the static pressure sp, where β is a constant determined by the thickness, size, elastic modulus, etc. of the shell.
ε sp = β · SP ----- (14)
From equation (13), the static pressure SP is as follows regardless of the temperature and the differential pressure.
SP = (1 / βks) · [(fs / fs0) 2 −1] ----- (15)

図2は上述の演算式を演算手順に従って示すものであり、C振動子とR振動子の振動周波数から差圧信号を、S振動子の振動周波数から静圧信号を演算するための演算手段の手順を示す図である。   FIG. 2 shows the above-described calculation formula according to the calculation procedure. The calculation means for calculating the differential pressure signal from the vibration frequency of the C vibrator and the R vibrator and the static pressure signal from the vibration frequency of the S vibrator. It is a figure which shows a procedure.

始めに差圧信号を求めるに際しては、手順(a)において振動子(C,R,S)の固有周波数(fc,fc0,fr,fr0,fs,fs0)を求め、手順(b)においてfc/fc0,fr/fr0,fs/fs0の演算を行い、結果を2乗する。手順(c)において2乗した値を各振動子の比例乗数(ひずみ感度係数)kで除算する。次に差圧信号を求める手順(d)においては除算したC振動子の結果からR振動子の結果を減算してその差分を求める。   First, when the differential pressure signal is obtained, the natural frequencies (fc, fc0, fr, fr0, fs, fs0) of the vibrator (C, R, S) are obtained in the procedure (a), and fc / Calculate fc0, fr / fr0, fs / fs0, and square the result. The value squared in step (c) is divided by the proportional multiplier (strain sensitivity coefficient) k of each vibrator. Next, in the procedure (d) for obtaining the differential pressure signal, the result of the R vibrator is subtracted from the result of the divided C vibrator to obtain the difference.

次に手順(e)において手順(d)により求めた差分にダイアフラム形状による係数を乗じ、手順(f)にて差圧信号として出力する。
一方、静圧信号を求めるに際しては手順(c)において2乗した値を各振動子の比例乗数(ひずみ感度係数)kで除算したS振動子の値をシェル形状による係数βで除して静圧信号として出力する。
Next, in step (e), the difference obtained in step (d) is multiplied by a coefficient based on the diaphragm shape, and output as a differential pressure signal in step (f).
On the other hand, when obtaining the static pressure signal, the value of the S vibrator obtained by dividing the squared value in step (c) by the proportional multiplier (strain sensitivity coefficient) k of each vibrator is divided by the coefficient β of the shell shape to obtain a static pressure signal. Output as a pressure signal.

参考のため、従来の静圧信号は、以下の式によって静圧を求めていた。
1/2{((fc/fc0)2−1)/kc+(fr/fr0)2−1)/kr}
=εsp+εt―εRT+ε0 -----(16)
この式では、明らかに温度に依存する項を含み、静圧のみの信号を取り出すことはできず、温度補正を必要とすることがわかる。
For reference, a conventional static pressure signal is obtained by the following formula.
1/2 {(((fc / fc0) 2 -1) / kc + (fr / fr0) 2 -1) / kr}
= Ε sp + ε t- ε RT + ε 0 ----- (16)
It can be seen that this equation clearly includes a temperature-dependent term, and it is not possible to extract a signal of only static pressure, and temperature correction is required.

従って、本発明によれば、振動式の圧力センサにおいて温度に依存しない静圧信号を得ることが可能になる。さらに従来の静圧センサのような温度補正を必要とせず信号処理の簡略が可能となる。このセンサを伝送器に用いることで、より高精度な差圧、圧力伝送器が実現できる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a static pressure signal independent of temperature in a vibration type pressure sensor. Furthermore, signal processing can be simplified without requiring temperature correction as in the conventional static pressure sensor. By using this sensor for a transmitter, a more accurate differential pressure / pressure transmitter can be realized.

図2は他の実施例を示す平面図(a)、(a)図のA−A’断面図(b)である。
静圧検出用のS振動子13はシリコン基板10の角部に配置され、空隙部22もその振動子13を含むエリアの角部に形成されたものである。
ダイアフラム14を例えば8角形とした場合、コーナー部にスペースがあり、ここに静圧用振動子13を設けることで、シリコン基板10のサイズを小型化できる利点がある。
FIG. 2 is a plan view (a) of another embodiment, and is a cross-sectional view (b) taken along the line AA ′ of FIG.
The S transducer 13 for detecting static pressure is disposed at the corner of the silicon substrate 10, and the gap 22 is also formed at the corner of the area including the transducer 13.
When the diaphragm 14 is, for example, an octagon, there is a space in the corner portion, and providing the static pressure vibrator 13 there is an advantage that the size of the silicon substrate 10 can be reduced.

図3は他の実施例を示す断面図である。この実施例は空隙部22の形成方法を変えた例を示している。図1,図2に示す実施例では、ベース20の一部を削って空隙部22を設けたが、この実施例では、シリコン基板10側に段差を設けている。このような構造は、ダイアフラム14を形成するエッチング工程で同時にエッチング加工できるため、工程の簡略化が可能となる。
図4は他の実施例を示す断面図である。この実施例は空隙部22を貫通孔とした例である。この貫通孔(22)は、ベース導圧口21を明けるのと同じ工程で明けることができ、簡単な加工で形成できる利点がある。
FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment. This embodiment shows an example in which the method for forming the gap 22 is changed. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a part of the base 20 is shaved to provide the gap portion 22, but in this embodiment, a step is provided on the silicon substrate 10 side. Since such a structure can be simultaneously etched in the etching process for forming the diaphragm 14, the process can be simplified.
FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment. In this embodiment, the gap 22 is a through hole. The through hole (22) can be formed in the same process as the base pressure inlet 21 is opened, and has an advantage that it can be formed by simple processing.

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
The above description merely shows a specific preferred embodiment for the purpose of explanation and illustration of the present invention.
Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes many changes and modifications without departing from the essence thereof.

10 半導体(シリコン)基板
11 振動子
12 振動子
13 振動子
14 ダイアフラム
14a 空洞部
14b カバー
14c 内部空間
20 ベース
21 導圧孔
22 空隙部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor (silicon | silicone) board | substrate 11 vibrator | oscillator 12 vibrator | oscillator 13 vibrator | oscillator 14 diaphragm 14a cavity part 14b cover 14c internal space 20 base 21 pressure guide hole 22 space | gap part

Claims (7)

弾性を有する半導体基板の所定の領域に形成された受圧ダイアフラムと、該受圧ダイアフラムの表面の中心部と周縁部に形成された振動子と、前記半導体基板の裏面に接合されたベースを有する振動式圧力センサにおいて、前記受圧ダイアフラムが形成された領域外の前記半導体基板と前記ベースとの間に空隙部を設け、前記空隙部に位置する領域に少なくとも一つの振動子を配置したことを特徴とする振動式圧力センサ。   Vibration type having a pressure receiving diaphragm formed in a predetermined region of a semiconductor substrate having elasticity, a vibrator formed in a center portion and a peripheral portion of the surface of the pressure receiving diaphragm, and a base bonded to the back surface of the semiconductor substrate In the pressure sensor, a gap is provided between the semiconductor substrate and the base outside the area where the pressure receiving diaphragm is formed, and at least one vibrator is disposed in the area located in the gap. Vibration pressure sensor. 前記半導体基板は矩形状とされ、半導体基板と前記ベースとの間に形成した空隙部が、前記半導体基板外周の一辺に設けられたことを特徴とする請求項1記載の振動式圧力センサ。   2. The vibration type pressure sensor according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has a rectangular shape, and a gap formed between the semiconductor substrate and the base is provided on one side of the outer periphery of the semiconductor substrate. 請求項1記載の圧力センサにおいて、前記半導体基板と前記ベースとの空隙部の領域が、前記半導体基板の四隅のうち少なくとも一隅に設けられたことを特徴とする請求項1記載の圧力センサ。   2. The pressure sensor according to claim 1, wherein a region of a gap between the semiconductor substrate and the base is provided at at least one of the four corners of the semiconductor substrate. 前記空隙部の領域はベースの一部に段差を設けて形成したことを特徴とする請求項1記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 1, wherein the space portion is formed by providing a step in a part of the base. 前記空隙部の領域は半導体基板の一部に段差を設けて形成したことを特徴とする請求項
請求項1記載の振動式圧力センサ。
The vibration type pressure sensor according to claim 1, wherein the space portion is formed by providing a step in a part of the semiconductor substrate.
前記空隙部の領域は前記ベースの一部に貫通穴を設けて形成したことを特徴とする請求項1記載の振動式圧力センサ。   2. The vibration type pressure sensor according to claim 1, wherein the space portion is formed by providing a through hole in a part of the base. 前記ダイアフラムの中心に配置された振動子の固有振動数と周縁部に形成された振動子の固有振動数から差圧を算出する演算手段と、前記空隙部の領域に形成された振動子の固有振動数から静圧を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載の圧力センサ。   Calculation means for calculating a differential pressure from the natural frequency of the vibrator arranged at the center of the diaphragm and the natural frequency of the vibrator formed at the periphery, and the natural frequency of the vibrator formed in the region of the gap The pressure sensor according to claim 1, further comprising a calculation unit that calculates a static pressure from the frequency.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012242123A (en) * 2011-05-16 2012-12-10 Yokogawa Electric Corp Vibration type pressure transducer
WO2014136388A1 (en) * 2013-03-08 2014-09-12 パナソニック株式会社 Strain-detection device

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