JP2016008953A - Physical quantity sensor, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体に関するものである。 The present invention relates to a physical quantity sensor, a pressure sensor, an altimeter, an electronic device, and a moving object.
受圧により撓み変形するダイヤフラムを備えた圧力センサーが広く用いられている。このような圧力センサーとして、ダイヤフラム上に配置されたピエゾ抵抗素子の抵抗値変化に基づいて、ダイヤフラムに加わった圧力を検出するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 A pressure sensor having a diaphragm that is bent and deformed by receiving pressure is widely used. As such a pressure sensor, there is known a sensor that detects a pressure applied to a diaphragm based on a change in resistance value of a piezoresistive element arranged on the diaphragm (see, for example, Patent Document 1).
例えば、特許文献1に係る圧力センサーでは、ダイヤフラムに配置された4つの感圧素子(ピエゾ抵抗素子)がブリッジ回路を構成していて、このブリッジ回路からの出力電圧(中点電位)に基づいて、圧力を検出する。
For example, in the pressure sensor according to
また、従来では、特許文献1に開示されているように、ブリッジ回路内に補正用の抵抗素子を設け、これにより、ブリッジ回路のオフセット電圧(受圧が0kPaであるときの出力電圧)を0Vに調整することが行われている。
Conventionally, as disclosed in
しかし、従来では、ブリッジ回路からの出力電圧に基づくアナログ信号をデジタル信号にAD変換する際、使用圧力範囲に対応する電圧の範囲だけでなく、圧力が0kPaから使用圧力範囲の下限値までの間に対応する電圧の範囲にも広範囲に亘ってビット数の割り当てを行わなければならない。そのため、使用圧力範囲に対応する電圧の範囲に割り当てられるビット数が少なくなり(すなわち、分解能が低くなり)、その結果、検出精度が低くなってしまうという問題があった。 However, conventionally, when AD converting an analog signal based on the output voltage from the bridge circuit into a digital signal, not only the voltage range corresponding to the operating pressure range but also the pressure from 0 kPa to the lower limit value of the operating pressure range. The number of bits must be assigned over a wide range in the voltage range corresponding to. For this reason, the number of bits assigned to the voltage range corresponding to the working pressure range is reduced (that is, the resolution is lowered), and as a result, the detection accuracy is lowered.
本発明の目的は、優れた検出精度を有する物理量センサーを提供すること、また、この物理量センサーを備える圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a physical quantity sensor having excellent detection accuracy, and to provide a pressure sensor, an altimeter, an electronic device, and a moving body including the physical quantity sensor.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
[適用例1]
本発明の物理量センサーは、受圧により撓み変形するダイヤフラム部と、
前記ダイヤフラム部に配置されていてブリッジ回路を構成している複数のピエゾ抵抗素子と、
を備え、
前記ブリッジ回路の出力電圧が0Vとなるときの前記ダイヤフラム部が受ける圧力は2kPa以上であることを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
[Application Example 1]
The physical quantity sensor of the present invention includes a diaphragm portion that is bent and deformed by pressure,
A plurality of piezoresistive elements arranged in the diaphragm portion and constituting a bridge circuit;
With
The pressure applied to the diaphragm when the output voltage of the bridge circuit is 0 V is 2 kPa or more.
このような物理量センサーによれば、ブリッジ回路の出力電圧に基づくアナログ信号をデジタル信号にAD変換する際に、使用圧力範囲の下限値よりも小さい圧力に対応する電圧の範囲に割り当てるビット数を少なくまたは無くし、使用圧力範囲に対応する電圧の範囲に割り当てるビット数を多くすることができる。そのため、AD変換の分解能を向上させ、その結果、優れた検出精度を実現することができる。 According to such a physical quantity sensor, when an analog signal based on the output voltage of the bridge circuit is AD converted into a digital signal, the number of bits allocated to a voltage range corresponding to a pressure smaller than the lower limit value of the working pressure range is reduced. Alternatively, the number of bits allocated to the voltage range corresponding to the operating pressure range can be increased. Therefore, the resolution of AD conversion can be improved, and as a result, excellent detection accuracy can be realized.
[適用例2]
本発明の物理量センサーは、受圧により撓み変形するダイヤフラム部と、
前記ダイヤフラム部に配置されていてブリッジ回路を構成している複数のピエゾ抵抗素子と、
を備え、
前記ブリッジ回路の出力電圧が0Vとなるときの前記ダイヤフラム部が受ける圧力が使用圧力範囲の下限値であることを特徴とする。
[Application Example 2]
The physical quantity sensor of the present invention includes a diaphragm portion that is bent and deformed by pressure,
A plurality of piezoresistive elements arranged in the diaphragm portion and constituting a bridge circuit;
With
The pressure received by the diaphragm portion when the output voltage of the bridge circuit is 0 V is a lower limit value of a working pressure range.
このような物理量センサーによれば、ブリッジ回路の出力電圧に基づくアナログ信号をデジタル信号にAD変換する際に、使用圧力範囲の下限値よりも小さい圧力に対応する電圧の範囲に割り当てるビット数を実質的に無くし、使用圧力範囲に対応する電圧の範囲に割り当てるビット数を可能な限り多くすることができる。そのため、AD変換の分解能を向上させ、その結果、優れた検出精度を実現することができる。 According to such a physical quantity sensor, when the analog signal based on the output voltage of the bridge circuit is AD-converted into a digital signal, the number of bits allocated to the voltage range corresponding to the pressure smaller than the lower limit value of the working pressure range is substantially reduced. Therefore, the number of bits allocated to the voltage range corresponding to the working pressure range can be increased as much as possible. Therefore, the resolution of AD conversion can be improved, and as a result, excellent detection accuracy can be realized.
[適用例3]
本発明の物理量センサーでは、前記ブリッジ回路に電気的に接続されている補正用の抵抗素子を備えることが好ましい。
[Application Example 3]
In the physical quantity sensor according to the present invention, it is preferable that a correction resistance element electrically connected to the bridge circuit is provided.
これにより、比較的簡単な構成で、ブリッジ回路の出力電圧のオフセット量を調整することができる。 Thereby, the offset amount of the output voltage of the bridge circuit can be adjusted with a relatively simple configuration.
[適用例4]
本発明の物理量センサーでは、前記ブリッジ回路の出力電圧に基づくアナログ信号が入力されるAD変換回路を備えることが好ましい。
[Application Example 4]
The physical quantity sensor of the present invention preferably includes an AD conversion circuit to which an analog signal based on the output voltage of the bridge circuit is input.
これにより、ダイヤフラム部が受けた圧力に応じたデジタル信号をAD変換回路から出力することができる。 Thereby, the digital signal according to the pressure which the diaphragm part received can be output from an AD conversion circuit.
[適用例5]
本発明の物理量センサーでは、前記AD変換回路は、前記ダイヤフラム部が受ける圧力が2kPa以上130kPa以下の範囲内で、前記アナログ信号をデジタル信号に変換することが好ましい。
[Application Example 5]
In the physical quantity sensor according to the aspect of the invention, it is preferable that the AD conversion circuit converts the analog signal into a digital signal within a pressure range of 2 kPa to 130 kPa.
これにより、本発明の物理量センサーを用いて、高精度な気圧センサーを実現することができる。 Thereby, a highly accurate atmospheric pressure sensor can be realized using the physical quantity sensor of the present invention.
[適用例6]
本発明の物理量センサーでは、前記AD変換回路は、前記ダイヤフラム部が受ける圧力が80kPa以上3000kPa以下の範囲内で、前記アナログ信号をデジタル信号に変換することが好ましい。
[Application Example 6]
In the physical quantity sensor according to the aspect of the invention, it is preferable that the AD conversion circuit converts the analog signal into a digital signal within a pressure range of 80 kPa to 3000 kPa.
これにより、本発明の物理量センサーを用いて、高精度な水圧センサーを実現することができる。 Thereby, a highly accurate water pressure sensor can be realized using the physical quantity sensor of the present invention.
[適用例7]
本発明の物理量センサーでは、前記ダイヤフラム部とともに圧力基準室を構成し、前記ダイヤフラム部とは異なる材料で構成されている壁部を備えることが好ましい。
[Application Example 7]
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that a pressure reference chamber is formed together with the diaphragm part, and a wall part made of a material different from the diaphragm part is provided.
これにより、比較的簡単な構成で、ブリッジ回路の出力電圧のオフセット量を調整することができる。 Thereby, the offset amount of the output voltage of the bridge circuit can be adjusted with a relatively simple configuration.
[適用例8]
本発明の物理量センサーでは、前記ダイヤフラム部の数が複数であり、
前記ブリッジ回路は、互いに異なる前記ダイヤフラム部に配置されている複数の前記ピエゾ抵抗素子を含んで構成されていることが好ましい。
[Application Example 8]
In the physical quantity sensor of the present invention, the number of the diaphragm portions is plural,
It is preferable that the bridge circuit includes a plurality of the piezoresistive elements arranged in different diaphragm portions.
これにより、互いに異なるダイヤフラム部に配置されている複数のピエゾ抵抗素子の合計により面積を増やすことができる。そのため、1/fノイズを低減しつつ、受圧感度を高めることができる。 Thereby, an area can be increased by the sum total of the several piezoresistive element arrange | positioned at a mutually different diaphragm part. Therefore, pressure sensitivity can be increased while reducing 1 / f noise.
[適用例9]
本発明の圧力センサーは、本発明の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、優れた検出精度を有する圧力センサーを提供することができる。
[Application Example 9]
The pressure sensor of the present invention includes the physical quantity sensor of the present invention.
Thereby, the pressure sensor which has the outstanding detection accuracy can be provided.
[適用例10]
本発明の高度計は、本発明の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、優れた検出精度を有する高度計を提供することができる。
[Application Example 10]
The altimeter according to the present invention includes the physical quantity sensor according to the present invention.
Thereby, the altimeter which has the outstanding detection accuracy can be provided.
[適用例11]
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーを備えることを特徴とする。
[Application Example 11]
An electronic apparatus according to the present invention includes the physical quantity sensor according to the present invention.
これにより、優れた検出精度を有する物理量センサーを備える電子機器を提供することができる。 Thereby, an electronic device including a physical quantity sensor having excellent detection accuracy can be provided.
[適用例12]
本発明の移動体は、本発明の物理量センサーを備えることを特徴とする。
[Application Example 12]
The moving body of the present invention includes the physical quantity sensor of the present invention.
これにより、優れた検出精度を有する物理量センサーを備える移動体を提供することができる。 Thereby, a mobile body provided with a physical quantity sensor having excellent detection accuracy can be provided.
以下、本発明の物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を添付図面に示す各実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a physical quantity sensor, a pressure sensor, an altimeter, an electronic device, and a moving body of the present invention will be described in detail based on each embodiment shown in the accompanying drawings.
<第1実施形態>
1.物理量センサー
図1は、本発明の第1実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。図2は、図1に示す物理量センサーのピエゾ抵抗素子の配置を示す平面図、図3は、図1に示す物理量センサーのピエゾ抵抗素子を含む回路を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」という。
<First Embodiment>
1. Physical Quantity Sensor FIG. 1 is a sectional view showing a physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention. 2 is a plan view showing the arrangement of the piezoresistive elements of the physical quantity sensor shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing a circuit including the piezoresistive elements of the physical quantity sensor shown in FIG. In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
図1に示す物理量センサー1は、基板6と、基板6の上面上に設けられている積層構造体8と、を備えている。ここで、基板6は、ダイヤフラム部64を有しており、ダイヤフラム部64には、複数のピエゾ抵抗素子7が形成されている。また、積層構造体8は、ダイヤフラム部64に対応する部分が基板6に対して離間しており、これにより、かかる部分と基板6との間には、空洞部S(圧力基準室)が形成されている。
A
以下、物理量センサー1を構成する各部を順次説明する。
−基板6−
基板6は、単結晶シリコンで構成されているシリコン層61(ハンドル層)と、シリコン酸化膜で構成されている酸化シリコン層62(ボックス層)と、単結晶シリコンで構成されているシリコン層63(デバイス層)とがこの順で積層されたSOI基板である。なお、基板6は、SOI基板に限定されず、例えば、単結晶シリコン基板等の他の半導体基板であってもよい。
Hereinafter, each part which comprises the
-
The
また、基板6には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイヤフラム部64が設けられている。ダイヤフラム部64は、基板6の下面に有底の凹部65を設けることで形成されている。このようなダイヤフラム部64は、その下面が受圧面641となっている。本実施形態では、図2に示すように、ダイヤフラム部64は、略正方形の平面視形状である。
Further, the
本実施形態の基板6では、凹部65がシリコン層61を貫通しており、ダイヤフラム部64が酸化シリコン層62およびシリコン層63の2層で構成されている。ここで、酸化シリコン層62は、後述するように、物理量センサー1の製造工程において凹部65をエッチングにより形成する際にエッチングストップ層として利用することができ、ダイヤフラム部64の厚さの製品ごとのバラツキを少なくすることができる。
In the
なお、凹部65がシリコン層61を貫通せず、ダイヤフラム部64がシリコン層61の薄肉部、酸化シリコン層62およびシリコン層63の3層で構成されていてもよい。
The
−ピエゾ抵抗素子7−
複数のピエゾ抵抗素子7は、図1示すように、それぞれ、ダイヤフラム部64の空洞部S側の面に形成されている。ここで、図示しないが、ピエゾ抵抗素子7上には、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜がこの順で積層されている。このシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜は、それぞれ、絶縁膜として機能する。また、シリコン窒化膜は、後述する物理量センサー1の製造工程において空洞部Sを形成する際に用いるエッチングのストップ層としても機能する。なお、このシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
-Piezoresistive element 7-
As shown in FIG. 1, the plurality of
図2に示すように、複数のピエゾ抵抗素子7は、複数のピエゾ抵抗素子71a、71b、71c、71dで構成されている。
As shown in FIG. 2, the plurality of
平面視で略四角形をなすダイヤフラム部64の4つの辺にそれぞれ対応して、ピエゾ抵抗素子71a、71b、71c、71dが配置されている。
ピエゾ抵抗素子71aは、ダイヤフラム部64の外周部に1対配置され、それぞれ、ダイヤフラム部64の対応する辺に対して平行な方向に沿って延びている。そして、1対のピエゾ抵抗素子71aは、配線92aにより直列に電気的に接続され、1対の配線91aにより外側に引き出されている。この1対の配線91aは、一方の配線91aが電極84b1に電気的に接続され、他方の配線91aが電極84b2に電気的に接続されている。
A pair of
同様に、ピエゾ抵抗素子71bは、ダイヤフラム部64の外周部に1対配置され、それぞれ、ダイヤフラム部64の対応する辺に対して平行な方向に沿って延びている。そして、1対のピエゾ抵抗素子71bは、配線92bにより直列に電気的に接続され、1対の配線91bにより外側に引き出されている。この1対の配線91bは、一方の配線91bが電極84b3に電気的に接続され、他方の配線91bが電極84b4に電気的に接続されている。
Similarly, a pair of
一方、ピエゾ抵抗素子71cは、ダイヤフラム部64の外周部に1対配置され、それぞれ、ダイヤフラム部64の対応する辺に対して垂直な方向に沿って延びている。そして、1対のピエゾ抵抗素子71cは、配線92cにより直列に電気的に接続され、1対の配線91cにより外側に引き出されている。この1対の配線91cは、一方の配線91cが補正用の抵抗素子2aを介して電極84b1に電気的に接続され、他方の配線91cが補正用の抵抗素子2aを介して電極84b3に電気的に接続されている。
On the other hand, a pair of
同様に、ピエゾ抵抗素子71dは、ダイヤフラム部64の外周部に1対配置され、それぞれ、ダイヤフラム部64の対応する辺に対して垂直な方向に沿って延びている。そして、1対のピエゾ抵抗素子71dは、配線92dにより直列に電気的に接続され、1対の配線91dにより外側に引き出されている。この1対の配線91dは、一方の配線91dが補正用の抵抗素子2bを介して電極84b2に電気的に接続され、他方の配線91dが補正用の抵抗素子2bを介して電極84b4に電気的に接続されている。
Similarly, a pair of
ここで、抵抗素子2a、2bは、それぞれ、ダイヤフラム部64の撓み変形に伴う基板6の応力変化の影響を受けないように、基板6のダイヤフラム部64の外周縁よりも外側に配置されている。
Here, each of the
なお、以下では、前述した1対のピエゾ抵抗素子71aをまとめて「ピエゾ抵抗素子7a」、1対のピエゾ抵抗素子71bをまとめて「ピエゾ抵抗素子7b」、1対のピエゾ抵抗素子71cをまとめて「ピエゾ抵抗素子7c」、1対のピエゾ抵抗素子71dをまとめて「ピエゾ抵抗素子7d」という。また、配線91a、91b、91c、91d、92a、92b、92c、92dをまとめて「配線9」という。
In the following description, the pair of
このような抵抗素子2a、2b、ピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dおよび配線9は、それぞれ、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)したシリコン(単結晶シリコン)で構成されている。ここで、配線9における不純物のドープ濃度は、抵抗素子2a、2bおよびピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dにおける不純物のドープ濃度よりも高い。なお、配線9は、金属で構成されていてもよい。
Such
以上説明したようなピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dおよび抵抗素子2a、2bは、図3に示すように、ブリッジ回路70(ホイートストンブリッジ回路)を構成している。このブリッジ回路70には、1対の電極84b1、84b4間に駆動電圧AVDCを供給する駆動回路(図示せず)が接続されている。そして、ブリッジ回路70では、1対の電極84b2、84b3間の電位差(中点電位)がピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dの抵抗値変化に応じた信号(出力電圧Vout)として出力される。
The
このようなブリッジ回路70には、増幅回路31を介して、AD変換回路32が電気的に接続されている。増幅回路31は、ブリッジ回路70からの出力電圧Voutを増幅して、出力電圧Voutに基づくアナログ信号を出力する機能を有する。AD変換回路32は、増幅回路31から出力されたアナログ信号が入力され、そのアナログ信号をデジタル信号にAD変換して出力する機能を有する。これにより、ダイヤフラム部64が受けた圧力に応じたデジタル信号をAD変換回路32から出力することができる。
The
−積層構造体8−
積層構造体8は、ピエゾ抵抗素子7が配置されている空洞部Sを画成するように形成されている。ここで、積層構造体8は、シリコン層61の一方の面側に配置されていてダイヤフラム部64とともに空洞部Sを形成している「壁部」を構成している。
-Laminated structure 8-
The
この積層構造体8は、基板6上にピエゾ抵抗素子7を取り囲むように形成された層間絶縁膜81と、層間絶縁膜81上に形成された配線層82と、配線層82および層間絶縁膜81上に形成された層間絶縁膜83と、層間絶縁膜83上に形成され、複数の細孔(開孔)を備えた被覆層841を有する配線層84と、配線層84および層間絶縁膜83上に形成された表面保護膜85と、被覆層841上に設けられた封止層86とを有している。
This
ここで、配線層82は、空洞部Sを囲むように形成されている配線層82aを含んでいる。また、配線層84は、空洞部Sを囲むように形成されている配線層84aと、前述した電極84b1〜84b4とを含んでいる。
Here, the
このような積層構造体8は、CMOSプロセスのような半導体プロセスを用いて形成することができる。なお、シリコン層61上およびその上方には、半導体回路が作り込まれていてもよい。この半導体回路は、MOSトランジスタ等の能動素子、その他必要に応じて形成されたコンデンサ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線(ピエゾ抵抗素子7に接続されている配線を含む)等の回路要素を有している。
Such a
−空洞部S−
基板6と積層構造体8とによって画成された空洞部Sは、密閉された空間である。この空洞部Sは、物理量センサー1が検出する圧力の基準値となる圧力基準室として機能する。本実施形態では、空洞部Sが真空状態(300Pa以下)となっている。空洞部Sを真空状態とすることによって、物理量センサー1を、真空状態を基準として圧力を検出する「絶対圧センサー」として用いることができ、その利便性が向上する。
-Cavity S-
The cavity S defined by the
ただし、空洞部Sは、真空状態でなくてもよく、大気圧であってもよいし、大気圧よりも気圧が低い減圧状態であってもよいし、大気圧よりも気圧が高い加圧状態であってもよい。また、空洞部Sには、窒素ガス、希ガス等の不活性ガスが封入されていてもよい。
以上、物理量センサー1の構成について簡単に説明した。
However, the cavity S may not be in a vacuum state, may be atmospheric pressure, may be in a reduced pressure state where the atmospheric pressure is lower than atmospheric pressure, or is a pressurized state where the atmospheric pressure is higher than atmospheric pressure. It may be. The cavity S may be filled with an inert gas such as nitrogen gas or a rare gas.
The configuration of the
図4は、図1に示す物理量センサーの作用を説明するための図であって、図4(a)は加圧状態を示す断面図、図4(b)は加圧状態を示す平面図である。 4A and 4B are diagrams for explaining the operation of the physical quantity sensor shown in FIG. 1, in which FIG. 4A is a cross-sectional view showing a pressurized state, and FIG. 4B is a plan view showing the pressurized state. is there.
物理量センサー1は、図4(a)に示すように、ダイヤフラム部64の受圧面641が受ける圧力Pに応じて、ダイヤフラム部64が変形し、これにより、図4(b)に示すように、ピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dが歪み、ピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dの抵抗値が変化する。それに伴って、ピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dを含むブリッジ回路70(図3参照)の出力電圧Voutが変化し、その出力電圧Voutに基づいて、受圧面641で受けた圧力Pの大きさを求めることができる。
As shown in FIG. 4A, the
より具体的に説明すると、前述したようなダイヤフラム部64の変形が生じたとき、図4(b)に示すように、ピエゾ抵抗素子71a、71bにその幅方向に沿った圧縮歪みおよび長手方向に沿った引張歪みが生じるとともに、ピエゾ抵抗素子71c、71dにその幅手方向に沿った引張歪みおよびその長手方向に沿った圧縮歪みが生じる。したがって、前述したようなダイヤフラム部64の変形が生じたとき、ピエゾ抵抗素子7a、7bの抵抗値とピエゾ抵抗素子7c、7dの抵抗値とのうち、一方の抵抗値が増加し、他方の抵抗値が減少する。
More specifically, when the deformation of the
このようなピエゾ抵抗素子71a、71b、71c、71dの歪みに応じた出力電圧Vout(電位差)がブリッジ回路70から出力される。このブリッジ回路70からの出力電圧Voutに基づいて、受圧面641で受けた圧力の大きさ(絶対圧)を求めることができる。なお、補正用の抵抗素子2a、2bの抵抗値は、ダイヤフラム部64の変形によって変化しない。
An output voltage V out (potential difference) corresponding to such distortion of the
図5(a)は、ダイヤフラム部が受ける圧力とピエゾ抵抗素子の抵抗値との関係を示すグラフ、図5(b)は、ダイヤフラム部が受ける圧力とブリッジ回路の出力電圧(中点電位)との関係を示すグラフである。 FIG. 5A is a graph showing the relationship between the pressure received by the diaphragm and the resistance value of the piezoresistive element, and FIG. 5B shows the pressure received by the diaphragm and the output voltage (midpoint potential) of the bridge circuit. It is a graph which shows the relationship.
図5(a)に示すように、ダイヤフラム部64が受ける圧力(以下、単に「圧力」ともいう)が大きくなるにしたがって、ピエゾ抵抗素子7aとピエゾ抵抗素子7bとの合計の抵抗値が大きくなる一方、ピエゾ抵抗素子7cとピエゾ抵抗素子7dとの合計の抵抗値が小さくなる。
As shown in FIG. 5A, the total resistance value of the
ここで、圧力が0kPaであるときに、ピエゾ抵抗素子7aとピエゾ抵抗素子7bとの合計の抵抗値と、ピエゾ抵抗素子7cとピエゾ抵抗素子7dとの合計の抵抗値との差ΔR0が生じる場合がある。この差ΔR0は、ピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dの寸法誤差や初期応力等に起因するものであり、通常、比較的小さい。
Here, when the pressure is 0 kPa, a difference ΔR 0 occurs between the total resistance value of the
前述したように、ピエゾ抵抗素子7c、7dには、補正用の抵抗素子2a、2bが電気的に接続されており、この抵抗素子2a、2bの抵抗値を調整することにより、差ΔR0を調整することができる。
As described above, the
従来では、この差ΔR0がゼロとなるように、補正用の抵抗素子の抵抗値を調整していた。これにより、従来では、図5(b)に示すように、圧力が0kPaであるときの出力電圧Vout(以下、「オフセット電圧」ともいう)が0Vとなるように調整される。そして、従来では、AD変換回路において出力電圧Voutに基づくアナログ信号をデジタル信号にAD変換する際、圧力が0kpaから使用圧力範囲の上限値P2までの範囲に対応する出力電圧Voutの範囲(図5中のbで示す0〜V2[V]の範囲)にビット数を割り当てる。ここで、「使用圧力範囲」とは、物理量センサー1が検出可能な圧力の範囲(測定圧力範囲)である。
Conventionally, the resistance value of the correcting resistance element is adjusted so that the difference ΔR 0 becomes zero. Thus, conventionally, as shown in FIG. 5B, the output voltage V out (hereinafter also referred to as “offset voltage”) when the pressure is 0 kPa is adjusted to 0 V. Conventionally, when the analog signal based on the output voltage Vout is AD converted into a digital signal in the AD conversion circuit, the range of the output voltage Vout corresponding to the pressure range from 0 kpa to the upper limit value P2 of the working pressure range ( The number of bits is assigned to a range of 0 to V 2 [V] indicated by b in FIG. Here, the “operating pressure range” is a pressure range (measurement pressure range) that the
しかし、従来では、AD変換の際、圧力が使用圧力範囲の下限値P1よりも小さい範囲に対応する出力電圧Voutの範囲にも、ビット数を割り当てているため、使用圧力範囲に割り当てるビット数が少なくなり、その結果、検出精度の低下を招くという問題があった。 However, since the number of bits is conventionally assigned to the range of the output voltage Vout corresponding to the range where the pressure is smaller than the lower limit value P1 of the working pressure range during AD conversion, the number of bits assigned to the working pressure range As a result, there is a problem that the detection accuracy is lowered.
そこで、本発明では、図5(a)に示すように、ピエゾ抵抗素子7c、7dの抵抗値と補正用の抵抗素子2a、2bの抵抗値との合計が、使用圧力範囲の下限値P1付近で、ピエゾ抵抗素子7a、7bの抵抗値と等しくなるように、抵抗素子2a、2bの抵抗値が調整されている。ここで、圧力が0kPaであるときに、ピエゾ抵抗素子7c、7dの抵抗値と補正用の抵抗素子2a、2bの抵抗値との合計は、ピエゾ抵抗素子7a、7bの抵抗値よりも大きい。また、圧力が0kPaであるときに、ピエゾ抵抗素子7c、7dの抵抗値と補正用の抵抗素子2a、2bの抵抗値との合計と、ピエゾ抵抗素子7a、7bの抵抗値との差ΔRは、差ΔR0よりも大きい。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 5A, the sum of the resistance values of the
このように抵抗素子2a、2bの抵抗値を調整することにより、本発明では、図5(b)に示すように、出力電圧Voutが使用圧力範囲の下限値P1付近で0Vとなるように、オフセット電圧が調整されている。ここで、オフセット電圧は、負側にずれている。
By adjusting the resistance values of the
使用圧力範囲の下限値P1は、通常、2kPa以上(好ましくは30kPa以上)に設定される。したがって、ブリッジ回路70の出力電圧Voutが0Vとなるときのダイヤフラム部64が受ける圧力が2kPa以上(好ましくは30kPa以上)である。これにより、AD変換回路32において、ブリッジ回路70の出力電圧Voutに基づくアナログ信号をデジタル信号にAD変換する際に、使用圧力範囲の下限値P1よりも小さい圧力に対応する電圧の範囲に割り当てるビット数を少なくまたは無くし、使用圧力範囲に対応する電圧の範囲(図5(b)に示すaの0〜V1[V]の範囲)に割り当てるビット数を多くすることができる。
The lower limit P1 of the working pressure range is usually set to 2 kPa or more (preferably 30 kPa or more). Therefore, the pressure received by the
特に、ブリッジ回路70の出力電圧Voutが0Vとなるときのダイヤフラム部64が受ける圧力が使用圧力範囲の下限値P1であるため、使用圧力範囲の下限値P1よりも小さい圧力に対応する電圧の範囲に割り当てるビット数を実質的に無くし、使用圧力範囲に対応する電圧の範囲に割り当てるビット数を可能な限り多くすることができる。なお、「ブリッジ回路70の出力電圧Voutが0Vとなるときのダイヤフラム部64が受ける圧力が使用圧力範囲の下限値P1である」とは、ブリッジ回路70の出力電圧Voutが0Vとなるときのダイヤフラム部64が受ける圧力が使用圧力範囲の下限値P1に等しい場合のみならず、ブリッジ回路70の出力電圧Voutが0Vとなるときのダイヤフラム部64が受ける圧力が使用圧力範囲の下限値P1に対して0.8倍以上1.0倍以下の範囲(好ましくは0.9倍以上1.0倍以下)にある場合(実質的に等しい場合)も含む。
In particular, since the pressure received by the
このようにして使用圧力範囲に対応する電圧の範囲に割り当てるビット数を多くすることにより、AD変換の分解能を向上させ、その結果、優れた検出精度を実現することができる。 Thus, by increasing the number of bits allocated to the voltage range corresponding to the working pressure range, the resolution of AD conversion can be improved, and as a result, excellent detection accuracy can be realized.
ここで、AD変換回路32は、使用圧力範囲において、ブリッジ回路70の出力電圧Voutに基づくアナログ信号をデジタル信号に変換するが、物理量センサー1を気圧センサーとして用いる場合、使用圧力範囲の下限値P1が2kPa以上であり、かつ、上限値P2が130kPa以下であることが好ましく、この場合、AD変換回路32は、ダイヤフラム部64が受ける圧力が2kPa以上130kPa以下の範囲で、ブリッジ回路70の出力電圧Voutに基づくアナログ信号をデジタル信号に変換する。これにより、物理量センサー1を用いて、高精度な気圧センサーを実現することができる。また、より好ましくは、AD変換回路32がAD変換を行う範囲が30kPa以上120kPa以下の範囲であれば、より高精度な気圧センサーを実現することができる。
Here, the
また、物理量センサー1を水圧センサーとして用いる場合、使用圧力範囲の下限値P1が80kPa以上であり、かつ、上限値P2が3000kPa以下であることが好ましく、この場合、AD変換回路32は、ダイヤフラム部64が受ける圧力が80kPa以上3000kPa以下の範囲で、ブリッジ回路70の出力電圧Voutに基づくアナログ信号をデジタル信号に変換する。これにより、物理量センサー1を用いて、高精度な水圧センサーを実現することができる。
When the
以上のようなブリッジ回路70の出力電圧Voutのオフセット量の調整は、ブリッジ回路70に電気的に接続されている補正用の抵抗素子2a、2bを用いることにより、比較的簡単な構成で行うことができる。
The adjustment of the offset amount of the output voltage Vout of the
また、ダイヤフラム部64とともに空洞部Sを構成している積層構造体8の配線層82、84および封止層86(壁部)がダイヤフラム部64と異なる材料(より具体的には線膨張係数が大きい材料)で構成されていることによっても、比較的簡単な構成で、ブリッジ回路70の出力電圧のオフセット量を調整することができる。かかる調整は、抵抗素子2a、2bに代えて、または、抵抗素子2a、2bとともに行うことができる。なお、この点については、後述する製造方法の説明とともに、詳述する。
Further, the wiring layers 82 and 84 and the sealing layer 86 (wall portion) of the
次に、物理量センサー1の製造方法を簡単に説明する。
図6〜図8は、図1に示す物理量センサーの製造工程を示す図である。以下、これらの図に基づいて説明する。
Next, a method for manufacturing the
6-8 is a figure which shows the manufacturing process of the physical quantity sensor shown in FIG. Hereinafter, description will be made based on these drawings.
[センサー素子形成工程]
まず、図6(a)に示すように、SOI基板である基板6Xを用意する。この基板6Xは、単結晶シリコンで構成されているシリコン層61X(ハンドル層)と、シリコン酸化膜で構成されている酸化シリコン層62(ボックス層)と、単結晶シリコンで構成されているシリコン層63Xとがこの順で積層されてなる。ここで、シリコン層61Xは、後の工程において、必要に応じて研磨等により薄肉化された後に、凹部65が形成されてシリコン層61となる。
[Sensor element formation process]
First, as shown in FIG. 6A, a
次に、シリコン層63Xにリン、ボロン等の不純物をドープ(イオン注入)することにより、図6(b)に示すように、ピエゾ抵抗素子7を形成する。このとき、図示しないが、抵抗素子2a、2bおよび配線9もシリコン層63Xに形成する。これにより、ピエゾ抵抗素子7等が形成されたシリコン層63を得る。
Next, the
このイオン注入では、配線9への不純物のドープ量がピエゾ抵抗素子7および抵抗素子2a、2bよりも多くなるようにイオン注入条件等を調整する。
In this ion implantation, the ion implantation conditions and the like are adjusted so that the doping amount of impurities into the
例えば、ボロンを17keVでイオン注入を行う場合、ピエゾ抵抗素子7および抵抗素子2a、2bへのイオン注入濃度を1×1013atoms/cm2以上1×1015atoms/cm2以下程度とし、配線9へのイオン注入濃度を1×1015atoms/cm2以上5×1015atoms/cm2以下程度とする。
For example, when ion implantation of boron is performed at 17 keV, the ion implantation concentration into the
[層間絶縁膜・配線層形成工程]
次に、図6(c)に示すように、シリコン層63上に、層間絶縁膜81X、83X、配線層82、84および表面保護膜85を形成する。
[Interlayer insulation film / wiring layer formation process]
Next, as illustrated in FIG. 6C,
層間絶縁膜81X、83Xの形成は、シリコン酸化膜をスパッタリング法、CVD法等により形成し、そのシリコン酸化膜をエッチングによりパターンニングすることにより行う。
The
ここで、層間絶縁膜81X、83Xのそれぞれの厚さは、特に限定されないが、例えば、1500nm以上5000nm以下程度とされる。
Here, the thickness of each of the interlayer insulating
また、配線層82、84の形成は、層間絶縁膜81X、83X上に、例えばアルミニウムよりなる層をスパッタリング法、CVD法等により形成した後、パターニング処理することにより行う。
The wiring layers 82 and 84 are formed by forming a layer made of, for example, aluminum on the
ここで、配線層82、84のそれぞれの厚さは、特に限定されないが、例えば、300nm以上900nm以下程度とされる。 Here, the thickness of each of the wiring layers 82 and 84 is not particularly limited, but is, for example, about 300 nm to 900 nm.
このような層間絶縁膜81X、83Xと配線層82、84との積層構造は、通常のCMOSプロセスにより形成され、その積層数は、必要に応じて適宜に設定される。すなわち、必要に応じてさらに多くの配線層が層間絶縁膜を介して積層される場合もある。
Such a laminated structure of the interlayer insulating
このような層間絶縁膜81X、83Xおよび配線層82、84の形成後、スパッタリング法、CVD法等により表面保護膜85を形成する。表面保護膜85の構成材料としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜など、素子を水分、ゴミ、傷などから保護するための耐性を有するもので形成される。
After the formation of the interlayer insulating
ここで、表面保護膜85の厚さは、特に限定されないが、例えば、500nm以上2000nm以下程度とされる。
Here, the thickness of the surface
[空洞部形成工程]
次に、図7(a)に示すように、エッチングにより空洞部Sを形成する。これにより、層間絶縁膜81X、83Xの一部が除去されて、層間絶縁膜81、83が形成される。
[Cavity formation process]
Next, as shown in FIG. 7A, the cavity S is formed by etching. Thereby, part of the interlayer insulating
空洞部Sの形成は、被覆層841に形成された複数の細孔842を通じたエッチングにより、層間絶縁膜81X、83Xの一部を除去することにより行う。ここで、かかるエッチングとしてウェットエッチングを用いる場合、複数の細孔842からフッ酸、緩衝フッ酸等のエッチング液を供給し、ドライエッチングを用いる場合、複数の細孔842からフッ化水素酸ガス等のエッチングガスを供給する。
The cavity S is formed by removing a part of the interlayer insulating
[封止工程]
次に、図7(b)に示すように、被覆層841上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、AL、Cu、W、Ti、TiN等の金属膜等からなる封止層86をスパッタリング法、CVD法等により形成し、各細孔842を封止する。これより、空洞部Sが封止層86により封止され、積層構造体8を得る。
[Sealing process]
Next, as shown in FIG. 7B, a
ここで、封止層86の厚さは、特に限定されないが、例えば、1000nm以上5000nm以下程度とされる。
Here, although the thickness of the
[ダイヤフラム形成工程]
次に、シリコン層61Xの下面を必要に応じて研削した後、シリコン層61Xの下面の一部をエッチングにより除去することにより、図8に示すように、凹部65を形成する。これにより、周囲よりも薄肉なダイヤフラム部64が形成される。
[Diaphragm formation process]
Next, after grinding the lower surface of the
ここで、シリコン層61Xの下面の一部を除去する際、酸化シリコン層62がエッチングストップ層として機能する。これにより、ダイヤフラム部64の厚さを高精度に規定することができる。
Here, when a part of the lower surface of the
なお、シリコン層61Xの下面の一部を除去する方法としては、ドライエッチングであっても、ウェットエッチング等であってもよい。
The method for removing a part of the lower surface of the
このようにして得られた物理量センサー1では、基板6が主にシリコンで構成されているが、封止層86がシリコンよりも線膨張係数の大きい金属材料で構成されているため、成膜後の封止層86には、図8中の矢印で示す方向に収縮しようとする力が生じており、その力に反発する引張応力が残留している。また、この封止層86が収縮しようとする力は、ダイヤフラム部64が図8中の破線で示すように撓み変形(初期変形)するように、ダイヤフラム部64にも作用し、これにより、ピエゾ抵抗素子7には、初期応力が生じている。この初期応力は、オフセット電圧を負側にずらすのに寄与する。よって、前述したように、かかる初期応力を用いて、ブリッジ回路70の出力電圧のオフセット量を調整することができる。
以上のような工程により、物理量センサー1を製造することができる。
In the
The
<第2実施形態>
次に本発明の物理量センサーの第2実施形態について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the physical quantity sensor of the present invention will be described.
図9は、本発明の第2実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。図10は、図9に示す物理量センサーのピエゾ抵抗素子の配置を示す平面図、図11は、図9に示す物理量センサーのピエゾ抵抗素子を含むブリッジ回路を示す図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing a physical quantity sensor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 10 is a plan view showing the arrangement of the piezoresistive elements of the physical quantity sensor shown in FIG. 9, and FIG. 11 is a diagram showing a bridge circuit including the piezoresistive elements of the physical quantity sensor shown in FIG.
以下、本発明の物理量センサーの第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。なお、図9〜図11において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。 Hereinafter, the second embodiment of the physical quantity sensor of the present invention will be described. The description will focus on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted. 9 to 11, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment.
第2実施形態は、同一基板上に複数のダイヤフラム部を設けた以外は、前述した第1実施形態と同様である。 The second embodiment is the same as the first embodiment described above except that a plurality of diaphragm portions are provided on the same substrate.
図9に示す物理量センサー1Aは、同一の基板6に複数のダイヤフラム部64が設けられている。本実施形態では、図10に示すように、4つのダイヤフラム部64が行列状に配置されており、各ダイヤフラム部64には、ピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dが配置されている。このような物理量センサー1Aは、ダイヤフラム部64ごとの4つのユニット1a、1b、1c、1dを備えているといえる。
The
このような4つのユニット1a、1b、1c、1dのピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dは、図11に示すようなブリッジ回路70A(ホイートストンブリッジ回路)を構成している。
The
具体的に説明すると、図10に示すように、ユニット1a、1b、1c、1dのピエゾ抵抗素子7aは、1対の電極84b1、84b2に対して、直列に電気的に接続されている。また、ユニット1a、1b、1c、1dのピエゾ抵抗素子7bは、1対の電極84b3、84b4に対して、直列に電気的に接続されている。また、ユニット1a、1b、1c、1dのピエゾ抵抗素子7cおよび抵抗素子2aは、1対の電極84b1、84b3に対して、直列に電気的に接続されている。また、ユニット1a、1b、1c、1dのピエゾ抵抗素子7dおよび抵抗素子2bは、1対の電極84b2、84b4に対して、直列に電気的に接続されている。
Specifically, as shown in FIG. 10, the
以上のようにしてユニット1a、1b、1c、1dのピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dおよび抵抗素子2a、2bが図11に示すブリッジ回路70Aを構成している。このブリッジ回路70Aには、1対の電極84b1、84b4間に駆動電圧AVDCを供給する駆動回路(図示せず)が接続されている。そして、ブリッジ回路70Aでは、1対の電極84b2、84b3間の電位差(出力電圧Vout)がピエゾ抵抗素子7a、7b、7c、7dの抵抗値変化に応じた信号(電圧)として出力される。
As described above, the
なお、空洞部Sは、図示の場合、ダイヤフラム毎に配置されているが、これに限定されず、例えば、複数のダイヤフラムに一つの空洞部Sが対応していてもよい。 In addition, although the cavity S is arrange | positioned for every diaphragm in the illustration, it is not limited to this, For example, the one cavity S may respond | correspond to a some diaphragm.
以上のような物理量センサー1Aでは、複数のピエゾ抵抗素子7が互いに異なるダイヤフラム部64に配置されていて直列に電気的に接続されているので、小型化に伴ってピエゾ抵抗素子7の1つあたりの面積が小さくなっても、直列に接続された複数のピエゾ抵抗素子7の合計により面積を増やすことができる。そのため、1/fノイズを低減しつつ、受圧感度を高めることができる。したがって、小型化を図っても、S/N比を向上させることができる。
In the
以上説明したような物理量センサー1Aによっても、優れた検出精度を発揮することができる。
The
2.圧力センサー
次に、本発明の物理量センサーを備える圧力センサー(本発明の圧力センサー)ついて説明する。図12は、本発明の圧力センサーの一例を示す断面図である。
2. Next, a pressure sensor (a pressure sensor of the present invention) including the physical quantity sensor of the present invention will be described. FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of the pressure sensor of the present invention.
図12に示すように、本発明の圧力センサー100は、物理量センサー1と、物理量センサー1を収納する筐体101と、物理量センサー1から得た信号を圧力データに演算する演算部102とを備えている。物理量センサー1は、配線103を介して演算部102と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 12, the
物理量センサー1は、筐体101の内側に、図示しない固定手段により固定されている。また、筐体101には、物理量センサー1のダイヤフラム部64が、例えば大気(筐体101の外側)と連通するための貫通孔104を有している。
The
このような圧力センサー100によれば、貫通孔104を介してダイヤフラム部64が圧力を受ける。この受圧した信号を配線103を介して演算部に送信し、圧力データに演算する。この演算された圧力データは、図示しない表示部(例えば、パーソナルコンピューターのモニター等)を介して表示することができる。
According to such a
3.高度計
次に、本発明の物理量センサーを備える高度計(本発明の高度計)の一例について説明する。図13は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
3. Next, an example of an altimeter (the altimeter of the present invention) including the physical quantity sensor of the present invention will be described. FIG. 13 is a perspective view showing an example of an altimeter according to the present invention.
高度計200は、腕時計のように、手首に装着することができる。また、高度計200の内部には、物理量センサー1(圧力センサー100)が搭載されており、表示部201に現在地の海抜からの高度、または、現在地の気圧等を表示することができる。
The
なお、この表示部201には、現在時刻、使用者の心拍数、天候等、様々な情報を表示することができる。
The
4.電子機器
次に、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したナビゲーションシステムについて説明する。図14は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
4). Next, a navigation system to which an electronic device including the physical quantity sensor of the present invention is applied will be described. FIG. 14 is a front view showing an example of an electronic apparatus of the present invention.
ナビゲーションシステム300には、図示しない地図情報と、GPS(全地球測位システム:Global Positioning System)からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサーと車速データとによる自立航法手段と、物理量センサー1と、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部301とを備えている。
The
このナビゲーションシステムによれば、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。高度情報を得ることにより、例えば、一般道路と位置情報上は略同一の位置を示す高架道路を走行する場合、高度情報を持たない場合には、一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかナビゲーションシステムでは判断できず、優先情報として一般道路の情報を使用者に提供してしまっていた。そこで、本実施形態に係るナビゲーションシステム300では、高度情報を物理量センサー1によって取得することができ、一般道路から高架道路へ進入することによる高度変化を検出し、高架道路の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。
According to this navigation system, altitude information can be acquired in addition to the acquired position information. By obtaining altitude information, for example, when traveling on an elevated road that shows approximately the same position as a general road, if you do not have altitude information, you are traveling on an ordinary road or on an elevated road The navigation system was unable to determine whether or not the vehicle was being used, and the general road information was provided to the user as priority information. Therefore, in the
なお、表示部301は、例えば液晶パネルディスプレイや、有機EL(Organic Electro-Luminescence)ディスプレイなど、小型かつ薄型化が可能な構成となっている。
The
なお、本発明の物理量センサーを備える電子機器は、上記のものに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレーター等に適用することができる。 The electronic device provided with the physical quantity sensor of the present invention is not limited to the above-described ones. For example, a personal computer, a mobile phone, a medical device (for example, an electronic thermometer, a blood pressure meter, a blood glucose meter, an electrocardiogram measuring device, an ultrasonic diagnostic device , Electronic endoscope), various measuring instruments, instruments (for example, instruments for vehicles, aircraft, ships), flight simulators, and the like.
5.移動体
次いで、本発明の物理量センサーを適用した移動体(本発明の移動体)について説明する。図15は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
5. Next, the moving body (the moving body of the present invention) to which the physical quantity sensor of the present invention is applied will be described. FIG. 15 is a perspective view showing an example of the moving body of the present invention.
図15に示すように、移動体400は、車体401と、4つの車輪402とを有しており、車体401に設けられた図示しない動力源(エンジン)によって車輪402を回転させるように構成されている。このような移動体400には、ナビゲーションシステム300(物理量センサー1)が内蔵されている。
As shown in FIG. 15, the moving
以上、本発明の物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。 As described above, the physical quantity sensor, pressure sensor, altimeter, electronic device, and moving body of the present invention have been described based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited thereto, and the configuration of each part is the same. Any structure having a function can be substituted. Moreover, other arbitrary structures and processes may be added.
また、前述した実施形態では、1つのダイヤフラム部に設けられるピエゾ抵抗素子の数は、前述した実施形態に限定されず、1つ以上3つ以下であってもよいし、5つ以上であってもよい。また、ピエゾ抵抗素子の配置や形状等も前述した実施形態に限定されず、例えば、前述した実施形態において、ダイヤフラム部の中央部にピエゾ抵抗素子を配置してもよい。 In the embodiment described above, the number of piezoresistive elements provided in one diaphragm portion is not limited to the embodiment described above, and may be one or more and three or less, or five or more. Also good. Further, the arrangement, shape, and the like of the piezoresistive element are not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, the piezoresistive element may be arranged at the center of the diaphragm portion.
また、前述した実施形態では、ダイヤフラム部1つあたりの補正用の抵抗素子の数が4つである場合を例に説明したが、これに限定されず、1つ以上3つ以下であってもよいし、5つ以上であってもよい。また、第2実施形態において、ダイヤフラム部ごとに補正用の抵抗素子の数が異なっていてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the number of resistance elements for correction per diaphragm section is four has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the number of resistance elements may be one or more and three or less. It may be five or more. In the second embodiment, the number of resistance elements for correction may be different for each diaphragm portion.
また、前述した実施形態では、物理量センサーに配置されるダイヤフラムの数は、前述の実施形態に限定されず、例えば、2つまたは3つであってもよいし、5つ以上であってもよい。 In the above-described embodiment, the number of diaphragms arranged in the physical quantity sensor is not limited to the above-described embodiment, and may be two or three, for example, or five or more. .
1‥‥物理量センサー
1A‥‥物理量センサー
1a‥‥ユニット
1b‥‥ユニット
1c‥‥ユニット
1d‥‥ユニット
2a‥‥抵抗素子
2b‥‥抵抗素子
6‥‥基板
6X‥‥基板
7‥‥ピエゾ抵抗素子
7a‥‥ピエゾ抵抗素子
7b‥‥ピエゾ抵抗素子
7c‥‥ピエゾ抵抗素子
7d‥‥ピエゾ抵抗素子
8‥‥積層構造体
9‥‥配線
31‥‥増幅回路
32‥‥AD変換回路
61‥‥シリコン層
61X‥‥シリコン層
62‥‥酸化シリコン層
63‥‥シリコン層
63X‥‥シリコン層
64‥‥ダイヤフラム部
65‥‥凹部
70‥‥ブリッジ回路
70A‥‥ブリッジ回路
71a‥‥ピエゾ抵抗素子
71b‥‥ピエゾ抵抗素子
71c‥‥ピエゾ抵抗素子
71d‥‥ピエゾ抵抗素子
81‥‥層間絶縁膜
81X‥‥層間絶縁膜
82‥‥配線層
82a‥‥配線層
83‥‥層間絶縁膜
83X‥‥層間絶縁膜
84‥‥配線層
84a‥‥配線層
84b1‥‥電極
84b2‥‥電極
84b3‥‥電極
84b4‥‥電極
85‥‥表面保護膜
86‥‥封止層
91a‥‥配線
91b‥‥配線
91c‥‥配線
91d‥‥配線
92a‥‥配線
92b‥‥配線
92c‥‥配線
92d‥‥配線
100‥‥圧力センサー
101‥‥筐体
102‥‥演算部
103‥‥配線
104‥‥貫通孔
200‥‥高度計
201‥‥表示部
300‥‥ナビゲーションシステム
301‥‥表示部
400‥‥移動体
401‥‥車体
402‥‥車輪
641‥‥受圧面
841‥‥被覆層
842‥‥細孔
P1‥‥下限値
P2‥‥上限値
S‥‥空洞部
Vout‥‥出力電圧
ΔR‥‥差
ΔR0‥‥差
1.
Claims (12)
前記ダイヤフラム部に配置されていてブリッジ回路を構成している複数のピエゾ抵抗素子と、
を備え、
前記ブリッジ回路の出力電圧が0Vとなるときの前記ダイヤフラム部が受ける圧力は2kPa以上であることを特徴とする物理量センサー。 A diaphragm portion that bends and deforms by receiving pressure;
A plurality of piezoresistive elements arranged in the diaphragm portion and constituting a bridge circuit;
With
The physical quantity sensor, wherein the pressure received by the diaphragm portion when the output voltage of the bridge circuit is 0 V is 2 kPa or more.
前記ダイヤフラム部に配置されていてブリッジ回路を構成している複数のピエゾ抵抗素子と、
を備え、
前記ブリッジ回路の出力電圧が0Vとなるときの前記ダイヤフラム部が受ける圧力が使用圧力範囲の下限値であることを特徴とする物理量センサー。 A diaphragm portion that bends and deforms by receiving pressure;
A plurality of piezoresistive elements arranged in the diaphragm portion and constituting a bridge circuit;
With
A physical quantity sensor characterized in that the pressure received by the diaphragm when the output voltage of the bridge circuit is 0 V is a lower limit value of a working pressure range.
前記ブリッジ回路は、互いに異なる前記ダイヤフラム部に配置されている複数の前記ピエゾ抵抗素子を含んで構成されている請求項1ないし7のいずれか1項に記載の物理量センサー。 The number of the diaphragm portions is plural,
The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the bridge circuit includes a plurality of the piezoresistive elements arranged in different diaphragm portions.
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JP2018179905A (en) * | 2017-04-20 | 2018-11-15 | ファナック株式会社 | Encoder |
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-
2014
- 2014-06-26 JP JP2014131750A patent/JP2016008953A/en active Pending
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