JP2512220B2 - 複合機能形センサ - Google Patents
複合機能形センサInfo
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- JP2512220B2 JP2512220B2 JP2230688A JP23068890A JP2512220B2 JP 2512220 B2 JP2512220 B2 JP 2512220B2 JP 2230688 A JP2230688 A JP 2230688A JP 23068890 A JP23068890 A JP 23068890A JP 2512220 B2 JP2512220 B2 JP 2512220B2
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- pressure
- diaphragm
- sensitive
- sensitive diaphragm
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複合機能形の差圧，圧力等を検出するセンサ
に係り、特に高精度，高出力の差圧，静圧信号を得るこ
とができる複合機能形センサに関する。
に係り、特に高精度，高出力の差圧，静圧信号を得るこ
とができる複合機能形センサに関する。
圧力，差圧を計測する差圧，圧力センサにおいて、差
圧，圧力信号と静圧，温度信号を同時に検出できる複合
機能形の差圧，圧力センサには多くの開示例があり、例
えば、特開昭61−240134号または平２−9704号などがあ
る。いずれの開示例においてもダイアフラムと呼ばれる
薄肉部上に差圧，圧力に感応する半導体の差圧，圧力の
抵抗群がある。またダイアフラム以外の厚肉部には静
圧，温度に感応する静圧，温度の抵抗群があり、これら
は半導体の拡散法又はイオンプランテイーシヨン法によ
り、同時に基板上に形成されており、固着台に固着接合
されている。
圧，圧力信号と静圧，温度信号を同時に検出できる複合
機能形の差圧，圧力センサには多くの開示例があり、例
えば、特開昭61−240134号または平２−9704号などがあ
る。いずれの開示例においてもダイアフラムと呼ばれる
薄肉部上に差圧，圧力に感応する半導体の差圧，圧力の
抵抗群がある。またダイアフラム以外の厚肉部には静
圧，温度に感応する静圧，温度の抵抗群があり、これら
は半導体の拡散法又はイオンプランテイーシヨン法によ
り、同時に基板上に形成されており、固着台に固着接合
されている。
上述したこの種の複合機能形センサは、温度や静圧
（ライン圧）による生じる差圧，圧力センサ（主セン
サ）の零点変化を、同センサ上に具備された静圧セン
サ，温度センサ（補助センサ）の信号をもとに、積極的
に補償し、高精度な差圧又は圧力信号を得るものであつ
た。
（ライン圧）による生じる差圧，圧力センサ（主セン
サ）の零点変化を、同センサ上に具備された静圧セン
サ，温度センサ（補助センサ）の信号をもとに、積極的
に補償し、高精度な差圧又は圧力信号を得るものであつ
た。
しかしながら、上記開示例特に平２−9704号における
静圧信号は、静圧印加時に半導体基板と固定台の縦弾性
係数の相違から生じる曲げ歪を利用しているため、非常
に小さい信号しか得られない。したがつて、差圧又は圧
力信号を高精度に補償できない。また、静圧信号のみを
取出してプロセス圧用の圧力センサとしても利用できな
い。
静圧信号は、静圧印加時に半導体基板と固定台の縦弾性
係数の相違から生じる曲げ歪を利用しているため、非常
に小さい信号しか得られない。したがつて、差圧又は圧
力信号を高精度に補償できない。また、静圧信号のみを
取出してプロセス圧用の圧力センサとしても利用できな
い。
一方、昭61−240134号公報においては、被検出圧力で
ある差圧又は圧力と静圧とを、それぞれの感圧部を形成
して検出しているため、静圧信号は前者と比べるとかな
り大きくとれる。しかしながら、この開示例では、高出
力の静圧信号を得るために、静圧信号感圧部の裏面に基
準圧を導入する導入管路を設ける必要があつた。このよ
うな構成は、基本的には別個の静圧センサを新たに設け
ることと全く同じであり、構成法，製造法が複雑になる
ので、信頼性に欠ける。できるなら、前者の開示例の如
くシンプルな構成法の方が望ましい。
ある差圧又は圧力と静圧とを、それぞれの感圧部を形成
して検出しているため、静圧信号は前者と比べるとかな
り大きくとれる。しかしながら、この開示例では、高出
力の静圧信号を得るために、静圧信号感圧部の裏面に基
準圧を導入する導入管路を設ける必要があつた。このよ
うな構成は、基本的には別個の静圧センサを新たに設け
ることと全く同じであり、構成法，製造法が複雑になる
ので、信頼性に欠ける。できるなら、前者の開示例の如
くシンプルな構成法の方が望ましい。
本発明は上記欠点を鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、静圧信号を高出力化し、高精度の補正
された差圧信号を得るとともに、静圧信号をプロセスラ
イン圧力用センサとしても適用できるようにし、さら
に、静圧信号を得るための起歪部を容易に具備させる構
成法を提供することである。
とするところは、静圧信号を高出力化し、高精度の補正
された差圧信号を得るとともに、静圧信号をプロセスラ
イン圧力用センサとしても適用できるようにし、さら
に、静圧信号を得るための起歪部を容易に具備させる構
成法を提供することである。
上記目的を達成するための本発明の特徴は、差圧検出
手段の差圧感圧ダイアフラムとは別個に、静圧検出手段
用の静圧感圧ダイアフラムを少なくとも２個以上設け、
前記静圧感圧ダイアフラム厚は前記差圧感圧ダイアフラ
ム厚と同じ厚さを有し、かつ、前記静圧感圧ダイアフラ
ム外径は、前記差圧感圧ダイアフラム外径よりも小さ
く、前記静圧感圧ダイアフラムの一方の面にはそれぞれ
１組の静圧抵抗のみを有し、前記静圧抵抗は、前記静圧
感圧ダイアフラム上のダイアフラム端部と固定部にまた
がって配置されることである。
手段の差圧感圧ダイアフラムとは別個に、静圧検出手段
用の静圧感圧ダイアフラムを少なくとも２個以上設け、
前記静圧感圧ダイアフラム厚は前記差圧感圧ダイアフラ
ム厚と同じ厚さを有し、かつ、前記静圧感圧ダイアフラ
ム外径は、前記差圧感圧ダイアフラム外径よりも小さ
く、前記静圧感圧ダイアフラムの一方の面にはそれぞれ
１組の静圧抵抗のみを有し、前記静圧抵抗は、前記静圧
感圧ダイアフラム上のダイアフラム端部と固定部にまた
がって配置されることである。
半導体チツプのほぼ中央に形成された薄肉の起歪体は
差圧又は圧力差に感応する感圧ダイアフラムとなる。半
導体チツプと同一又は別の材料からなる中空の固定台の
一方の面と前記感圧ダイアフラムの一方の面と接合され
て凹部を形成する。この凹部は感圧ダイアフラムに圧力
を導く。感圧ダイアフラム上に形成された４個の差圧又
は圧力抵抗群は感圧ダイアフラム上に印加される差圧又
は圧力差に応じて抵抗が変化する。このため、感圧ダイ
アフラムにかかる差圧又は圧力差を表わす信号を出力す
る。
差圧又は圧力差に感応する感圧ダイアフラムとなる。半
導体チツプと同一又は別の材料からなる中空の固定台の
一方の面と前記感圧ダイアフラムの一方の面と接合され
て凹部を形成する。この凹部は感圧ダイアフラムに圧力
を導く。感圧ダイアフラム上に形成された４個の差圧又
は圧力抵抗群は感圧ダイアフラム上に印加される差圧又
は圧力差に応じて抵抗が変化する。このため、感圧ダイ
アフラムにかかる差圧又は圧力差を表わす信号を出力す
る。
前記半導体チツプの感圧ダイアフラム以外の厚肉部に
は温度のみに感応する（圧力には感応しない）感温抵抗
が形成される。このため、半導体チツプの温度変化に応
じて抵抗が変化し、温度信号を出力する。一方、厚肉部
には同時に、前記感温抵抗と同様に４個の静圧抵抗群が
形成される。静圧抵抗群のうち少なくとも２個は前記差
圧又は圧力差感圧ダイアフラムと同じ肉厚を有するが別
個の小さい薄い起歪体上に形成される。この起歪体は前
記固定台の一方の面と接合されて、所定の圧力で封止さ
れた凹部を形成する。この凹部は静圧印加時の基準圧室
となる。このため、この厚肉部の薄い起歪体は静圧感圧
ダイアフラムとなる。静圧感圧ダイアフラム上に形成さ
れた各静圧抵抗は静圧感圧ダイアフラム上に印加される
圧力差に応じて抵抗が変化する。このため、前記差圧又
は圧力抵抗群と同様に大きな静圧信号を出力する。この
静圧信号と温度信号により、前記差圧又は圧力差感圧ダ
イアフラムにかかる静圧と温度による零点変化を補償す
る。またこの静圧信号は前述の如く大きな出力を得るこ
とができるので高精度の補正信号を得え、かつ、プロセ
ス圧用の圧力センサとしても活用できる。さらに、この
静圧用起歪部は差圧又は圧力差抵抗群の起歪部厚と同じ
肉厚であるため、同時に形成でき、製作工程が容易であ
る。
は温度のみに感応する（圧力には感応しない）感温抵抗
が形成される。このため、半導体チツプの温度変化に応
じて抵抗が変化し、温度信号を出力する。一方、厚肉部
には同時に、前記感温抵抗と同様に４個の静圧抵抗群が
形成される。静圧抵抗群のうち少なくとも２個は前記差
圧又は圧力差感圧ダイアフラムと同じ肉厚を有するが別
個の小さい薄い起歪体上に形成される。この起歪体は前
記固定台の一方の面と接合されて、所定の圧力で封止さ
れた凹部を形成する。この凹部は静圧印加時の基準圧室
となる。このため、この厚肉部の薄い起歪体は静圧感圧
ダイアフラムとなる。静圧感圧ダイアフラム上に形成さ
れた各静圧抵抗は静圧感圧ダイアフラム上に印加される
圧力差に応じて抵抗が変化する。このため、前記差圧又
は圧力抵抗群と同様に大きな静圧信号を出力する。この
静圧信号と温度信号により、前記差圧又は圧力差感圧ダ
イアフラムにかかる静圧と温度による零点変化を補償す
る。またこの静圧信号は前述の如く大きな出力を得るこ
とができるので高精度の補正信号を得え、かつ、プロセ
ス圧用の圧力センサとしても活用できる。さらに、この
静圧用起歪部は差圧又は圧力差抵抗群の起歪部厚と同じ
肉厚であるため、同時に形成でき、製作工程が容易であ
る。
以下、本発明の一実施図により説明する。
第１図は複合機能形センサの一実施例を示す断面図で
あり、第２図は第１図のセンサのみの平面図と回路図で
ある。
あり、第２図は第１図のセンサのみの平面図と回路図で
ある。
第１図において１は単結晶シリコンからなる複合機能
形センサチツプである。複合機能形センサチツプ１は中
空の第１の固定台2,中空の第２の固定台３を介してハウ
ジング４に取付けられる。第１の固定台２は複合機能形
センサチツプ１のハウジング４からの電気絶縁およびハ
ウジング４からの線膨張係数の相違による熱歪の低減を
考慮し、シリコンと線膨張係数の近似した硼珪酸塩ガラ
ス又はその接合面のみに酸化膜を付けたシリコンが好ま
しい。また、第２の固定台３は固定台２と同様に、線膨
張係数およびハウジング４への溶接接合等の取付けを考
慮し、シリコンと線膨張係数の近似したFe−Ni合金、あ
るいはFe−Ni−Co合金が好ましい。第１の固定台２を硼
珪酸塩ガラス、又は接合面に酸化膜を付したシリコン、
第２の固定台３をFe−Ni合金又はFe−Ni−Co合金とする
と、複合機能形センサチツプ１と第１の固定台２、およ
び第２の固定台３は陽極接合法により容易に接合でき
る。さらに、第２の固定台３とハウジング４は通常の溶
接接合（例えばTIG溶接２はプラズマ溶接）により容易
に接合される。
形センサチツプである。複合機能形センサチツプ１は中
空の第１の固定台2,中空の第２の固定台３を介してハウ
ジング４に取付けられる。第１の固定台２は複合機能形
センサチツプ１のハウジング４からの電気絶縁およびハ
ウジング４からの線膨張係数の相違による熱歪の低減を
考慮し、シリコンと線膨張係数の近似した硼珪酸塩ガラ
ス又はその接合面のみに酸化膜を付けたシリコンが好ま
しい。また、第２の固定台３は固定台２と同様に、線膨
張係数およびハウジング４への溶接接合等の取付けを考
慮し、シリコンと線膨張係数の近似したFe−Ni合金、あ
るいはFe−Ni−Co合金が好ましい。第１の固定台２を硼
珪酸塩ガラス、又は接合面に酸化膜を付したシリコン、
第２の固定台３をFe−Ni合金又はFe−Ni−Co合金とする
と、複合機能形センサチツプ１と第１の固定台２、およ
び第２の固定台３は陽極接合法により容易に接合でき
る。さらに、第２の固定台３とハウジング４は通常の溶
接接合（例えばTIG溶接２はプラズマ溶接）により容易
に接合される。
複合機能形センサチツプ１からの差圧又は圧力差信
号，静圧信号，温度信号の各信号はリード線17、および
配線板５を介して、ハウジング４に設けられたハーメチ
ツクシール部41の端子42によりそれぞれ取出される。
号，静圧信号，温度信号の各信号はリード線17、および
配線板５を介して、ハウジング４に設けられたハーメチ
ツクシール部41の端子42によりそれぞれ取出される。
複合機能形センサチツプ１は（100）面のｎ形単結晶
シリコンであり、その一方の面のほぼ中央にほぼ円形又
は環状の薄肉部11を有する。一方、チツプ１の他方の面
は、中央に孔を有する第１の固定台２により凹部13を形
成する。この凹部13に検出すべき圧力の一方を中央に孔
を有する第２の固定台３より圧力を導入する。これによ
り、前記薄肉部11は差圧又は圧力差に感応する起歪体と
なり、差圧感圧ダイアフラムとして動作する。
シリコンであり、その一方の面のほぼ中央にほぼ円形又
は環状の薄肉部11を有する。一方、チツプ１の他方の面
は、中央に孔を有する第１の固定台２により凹部13を形
成する。この凹部13に検出すべき圧力の一方を中央に孔
を有する第２の固定台３より圧力を導入する。これによ
り、前記薄肉部11は差圧又は圧力差に感応する起歪体と
なり、差圧感圧ダイアフラムとして動作する。
差圧感圧ダイアフラム11の上面には、（100）面にお
けるピエゾ抵抗係数が最大となる〈110〉軸方向に、ｐ
形ゲージ抵抗111〜114の差圧又は圧力差抵抗がそれぞれ
平行に、又は直角方向に拡散法あるいはイオン注入法に
より４個形成される。前記各抵抗111〜114の位置は差圧
又は圧力差印加時に差圧感圧ダイアフラム11上に発生す
る半径方向と周方向の応力が最大になる固定部近傍に形
成される。またそれらの抵抗の方向として、111と113を
半径方向とし、112と114を接線方向としている。これら
の抵抗群は第２図（ｂ）に示すようなブリツジに結線さ
れる。差圧感圧ダイアフラム11の形状と肉厚は感応する
差圧又は圧力差により所望の形状と肉厚に設定されてい
る。
けるピエゾ抵抗係数が最大となる〈110〉軸方向に、ｐ
形ゲージ抵抗111〜114の差圧又は圧力差抵抗がそれぞれ
平行に、又は直角方向に拡散法あるいはイオン注入法に
より４個形成される。前記各抵抗111〜114の位置は差圧
又は圧力差印加時に差圧感圧ダイアフラム11上に発生す
る半径方向と周方向の応力が最大になる固定部近傍に形
成される。またそれらの抵抗の方向として、111と113を
半径方向とし、112と114を接線方向としている。これら
の抵抗群は第２図（ｂ）に示すようなブリツジに結線さ
れる。差圧感圧ダイアフラム11の形状と肉厚は感応する
差圧又は圧力差により所望の形状と肉厚に設定されてい
る。
差圧感圧ダイアフラム11上の抵抗群111〜114はダイア
フラムの上面と凹部13の圧力差により発生する応力を受
けることにより、ピエゾ抵抗効果にてその抵抗値が変化
するため、第２図（ｂ）の回路におけるｄ〜ｇの端子よ
り差動にて取出せる。しかしながら、この出力は差圧感
圧ダイアフラム11の両面にかかる圧力が等しいときでさ
え、あるいは温度が変化したときでも感応してしまう。
これらの主要因としては第１には、111〜114の抵抗値は
必ずしも一定値ではなく、かつその抵抗値は温度の関数
で変化してしまうということである。第２には複合機能
形センサチツプ11は第１図に示すように材質の相違する
接合を有した連続の構造体としてその機能を発揮するた
め、圧力印加時には何らかの応力が必然的に発生してし
まうということである。
フラムの上面と凹部13の圧力差により発生する応力を受
けることにより、ピエゾ抵抗効果にてその抵抗値が変化
するため、第２図（ｂ）の回路におけるｄ〜ｇの端子よ
り差動にて取出せる。しかしながら、この出力は差圧感
圧ダイアフラム11の両面にかかる圧力が等しいときでさ
え、あるいは温度が変化したときでも感応してしまう。
これらの主要因としては第１には、111〜114の抵抗値は
必ずしも一定値ではなく、かつその抵抗値は温度の関数
で変化してしまうということである。第２には複合機能
形センサチツプ11は第１図に示すように材質の相違する
接合を有した連続の構造体としてその機能を発揮するた
め、圧力印加時には何らかの応力が必然的に発生してし
まうということである。
この問題を解決するため、本発明では、圧力と温度に
感応する補助センサを複合機能形センサチツプ１上に設
け、それらの信号にて差圧又は圧力差信号を高精度に補
正することはもちろんのこと、プロセスライン圧用セン
サとしても活用できるように、高出力化を図つたもので
ある。
感応する補助センサを複合機能形センサチツプ１上に設
け、それらの信号にて差圧又は圧力差信号を高精度に補
正することはもちろんのこと、プロセスライン圧用セン
サとしても活用できるように、高出力化を図つたもので
ある。
第１図，第２図において、複合機能形センサチツプ１
の前記差圧感圧ダイアフラム11以外の厚肉部12に少なく
とも１個の感温抵抗155が形成される。この感温抵抗は
（100）面におけるピエゾ抵抗係数の最小感度を示す〈1
00〉軸方向に配置されたｐ形の感温抵抗であり、圧力に
は感応しない。この抵抗は差圧抵抗群111〜114と同様に
拡散又はイオン注入法により所定の出力が得られる抵抗
値で形成される。
の前記差圧感圧ダイアフラム11以外の厚肉部12に少なく
とも１個の感温抵抗155が形成される。この感温抵抗は
（100）面におけるピエゾ抵抗係数の最小感度を示す〈1
00〉軸方向に配置されたｐ形の感温抵抗であり、圧力に
は感応しない。この抵抗は差圧抵抗群111〜114と同様に
拡散又はイオン注入法により所定の出力が得られる抵抗
値で形成される。
一方、もう１つの補助センサである静圧センサは、前
記感温抵抗155と同様に、センサチツプ１の厚肉部12に
前記差圧抵抗群と同じ結晶軸方向に、それぞれ平行に又
は直角方向に４個の静圧抵抗群151〜154が形成される。
静圧抵抗群151〜154のうち、151と154は前記チツプ１の
厚肉部12の一部に薄肉部15を有する面上に形成される。
この薄肉部15のもう一方の面は前記第１の固定台２の一
方の面と凹部121を形成する。この凹部121は接合時に完
全に封止されるので、静圧と完全に分離され、所定の圧
力を有した基準圧室として動作する。一般には、この基
準圧室の圧力としては真空〜大気圧間の所定の圧力に保
持されている。これにより、厚肉部12上の薄肉部15は静
圧に感応する起歪体となり、基準圧室の圧力と静圧との
圧力差に感応する静圧感圧ダイアフラムとして動作す
る。この静圧感圧ダイアフラム15には前記差圧感圧ダイ
アフラム11に比して数百倍の差圧に耐える必要があるた
め、前記凹部121の形状設定に十分注意する必要があ
る。設定手順を以下に示す。
記感温抵抗155と同様に、センサチツプ１の厚肉部12に
前記差圧抵抗群と同じ結晶軸方向に、それぞれ平行に又
は直角方向に４個の静圧抵抗群151〜154が形成される。
静圧抵抗群151〜154のうち、151と154は前記チツプ１の
厚肉部12の一部に薄肉部15を有する面上に形成される。
この薄肉部15のもう一方の面は前記第１の固定台２の一
方の面と凹部121を形成する。この凹部121は接合時に完
全に封止されるので、静圧と完全に分離され、所定の圧
力を有した基準圧室として動作する。一般には、この基
準圧室の圧力としては真空〜大気圧間の所定の圧力に保
持されている。これにより、厚肉部12上の薄肉部15は静
圧に感応する起歪体となり、基準圧室の圧力と静圧との
圧力差に感応する静圧感圧ダイアフラムとして動作す
る。この静圧感圧ダイアフラム15には前記差圧感圧ダイ
アフラム11に比して数百倍の差圧に耐える必要があるた
め、前記凹部121の形状設定に十分注意する必要があ
る。設定手順を以下に示す。
凹部121の外径を2aとし、静圧感圧ダイアフラム15の
肉厚をｈとし、最大静圧をPsとする。この時、静圧感圧
ダイアフラム15は前記差圧感圧ダイアフラム11の肉厚と
同じにすれば同一の凹部形成法にてその肉厚を精度良く
コントロールできるし、さらに同一形成が可能である。
このため、製作工程を単一化でき、しかも信頼性の高い
高精度の感圧ダイアフラムを容易に作成できる。したが
つて静圧感圧ダイアフラム15の肉厚は前記差圧感圧ダイ
アフラム11と同じ肉厚となるので、凹部121の外径のみ
を最大静圧Psにより決定すれば良い。σｆをシリコンの
破壊応力とすると、外径ａは となる。ここでＫは比例定数（ダイアフラム固定部近傍
における定数）である。例えば測定差圧を1kgf/cm2と
し、最大静圧を150kgf/cm2とし、静圧感圧ダイアフラム
上に配置された抵抗の変化を差圧感圧ダイアフラム上に
配置された抵抗変化と同様にする静圧感圧ダイアフラム
径を求めてみる。測定差圧1kgf/cm2時のダイアフラム厚
を25μｍとするとａは となる。この値以下に凹部121の外径を設定することに
より静圧感圧ダイアフラム15はその最高圧力まで破壊す
ることに耐える。第３図は前述の条件にさらに安定率
（外径を約1/3）を見込んだ時の詳細な静圧感圧ダイア
フラム上の応力分布を示したものである。この図におい
て、静圧感圧ダイアフラム15はほぼ円形薄板の応力分布
を示し、ダイアフラム端部近傍で半径方向と周方向の応
力差が最も大きくなることが明白である。したがつて前
述の如く、静圧抵抗群151〜154はダイアフラム端部に拡
散又はイオン注入により形成すればよい。この静圧感圧
ダイアフラム15の外径は前記差圧感圧ダイアフラム11の
径に比してかなり小さいので、必ずしも差圧感圧ダイア
フラム上の抵抗群111〜114と同一の配置は採用できない
が、以下の理由により、差圧抵抗群と同様の抵抗変化を
得ることができる。第３図に示すように、静圧抵抗は端
部を含む位置に長さｌにて配置する。これにより、静圧
抵抗が受ける応力は抵抗長ｌの平均値となる。詳しくは
第３図において、半径方向の応力値はA/l、周方向の応
力はB/lとなり、この値を実際に計算してみると、前記
差圧抵抗群と少なくとも同等か同等以上の値を得られる
ことを確認した。
肉厚をｈとし、最大静圧をPsとする。この時、静圧感圧
ダイアフラム15は前記差圧感圧ダイアフラム11の肉厚と
同じにすれば同一の凹部形成法にてその肉厚を精度良く
コントロールできるし、さらに同一形成が可能である。
このため、製作工程を単一化でき、しかも信頼性の高い
高精度の感圧ダイアフラムを容易に作成できる。したが
つて静圧感圧ダイアフラム15の肉厚は前記差圧感圧ダイ
アフラム11と同じ肉厚となるので、凹部121の外径のみ
を最大静圧Psにより決定すれば良い。σｆをシリコンの
破壊応力とすると、外径ａは となる。ここでＫは比例定数（ダイアフラム固定部近傍
における定数）である。例えば測定差圧を1kgf/cm2と
し、最大静圧を150kgf/cm2とし、静圧感圧ダイアフラム
上に配置された抵抗の変化を差圧感圧ダイアフラム上に
配置された抵抗変化と同様にする静圧感圧ダイアフラム
径を求めてみる。測定差圧1kgf/cm2時のダイアフラム厚
を25μｍとするとａは となる。この値以下に凹部121の外径を設定することに
より静圧感圧ダイアフラム15はその最高圧力まで破壊す
ることに耐える。第３図は前述の条件にさらに安定率
（外径を約1/3）を見込んだ時の詳細な静圧感圧ダイア
フラム上の応力分布を示したものである。この図におい
て、静圧感圧ダイアフラム15はほぼ円形薄板の応力分布
を示し、ダイアフラム端部近傍で半径方向と周方向の応
力差が最も大きくなることが明白である。したがつて前
述の如く、静圧抵抗群151〜154はダイアフラム端部に拡
散又はイオン注入により形成すればよい。この静圧感圧
ダイアフラム15の外径は前記差圧感圧ダイアフラム11の
径に比してかなり小さいので、必ずしも差圧感圧ダイア
フラム上の抵抗群111〜114と同一の配置は採用できない
が、以下の理由により、差圧抵抗群と同様の抵抗変化を
得ることができる。第３図に示すように、静圧抵抗は端
部を含む位置に長さｌにて配置する。これにより、静圧
抵抗が受ける応力は抵抗長ｌの平均値となる。詳しくは
第３図において、半径方向の応力値はA/l、周方向の応
力はB/lとなり、この値を実際に計算してみると、前記
差圧抵抗群と少なくとも同等か同等以上の値を得られる
ことを確認した。
以上の検討結果より、静圧抵抗151〜154のうち、151,
154とを差圧抵抗群と同様に静圧感圧ダイアフラム15の
固定部近傍に、半径方向と接線方向にそれぞれ配置す
る。またこれらの抵抗は第２図（ａ）に示すように、そ
れぞれ２分割して結線することにより（有効ゲージ長を
大きくすることにより）、より大きな抵抗変化を得られ
るようにしている。一方、別の２個の抵抗152,153は前
記複合機能形センサチツプ１の厚肉部12に抵抗151,154
と同様に形成してあり、静圧印加時にはほとんど抵抗変
化がない。これらの抵抗群151〜154を第２図（ｂ）に示
すようなブリツジ（実質的に２アクテイブブリツジ）に
結線され、端子ｈ〜ｋよりその出力が取り出せる。
154とを差圧抵抗群と同様に静圧感圧ダイアフラム15の
固定部近傍に、半径方向と接線方向にそれぞれ配置す
る。またこれらの抵抗は第２図（ａ）に示すように、そ
れぞれ２分割して結線することにより（有効ゲージ長を
大きくすることにより）、より大きな抵抗変化を得られ
るようにしている。一方、別の２個の抵抗152,153は前
記複合機能形センサチツプ１の厚肉部12に抵抗151,154
と同様に形成してあり、静圧印加時にはほとんど抵抗変
化がない。これらの抵抗群151〜154を第２図（ｂ）に示
すようなブリツジ（実質的に２アクテイブブリツジ）に
結線され、端子ｈ〜ｋよりその出力が取り出せる。
複合機能形センサチツプ１の上面には前記差圧，静
圧，温度の各抵抗群を保護する酸化膜18と、各抵抗群を
第２図（ｂ）のように結線するアルミ配線16とボンデイ
ングパツドａ〜ｋが設けられている。
圧，温度の各抵抗群を保護する酸化膜18と、各抵抗群を
第２図（ｂ）のように結線するアルミ配線16とボンデイ
ングパツドａ〜ｋが設けられている。
第４図は前記差圧感圧ダイアフラム11と静圧感圧ダイ
アフラム15を同時に形成するための、マスクの一例であ
る。一般にこれらのダイアフラムはウエツトエツチング
又はドライエツチングにより形成する。図中122はこれ
らのエツチング際の保護膜である。前述の如く、各ダイ
アグラムの肉厚は全く同じであるため、第４図に示すよ
うな、径の異なるそれぞれのパターンのみで十分であ
る。このため、各ダイアフラムは同時に、しかも同一工
程にて、高精度に形成されることは明白である。
アフラム15を同時に形成するための、マスクの一例であ
る。一般にこれらのダイアフラムはウエツトエツチング
又はドライエツチングにより形成する。図中122はこれ
らのエツチング際の保護膜である。前述の如く、各ダイ
アグラムの肉厚は全く同じであるため、第４図に示すよ
うな、径の異なるそれぞれのパターンのみで十分であ
る。このため、各ダイアフラムは同時に、しかも同一工
程にて、高精度に形成されることは明白である。
上述した構成，原理により、第２図（ｂ）のブリツジ
より出力された差圧又は圧力差信号，静圧信号，温度信
号は、周知の手段によつて補償回路に送出され、差圧又
は圧力差信号に含まれる零点変化成分を打ち消す処理が
成される。また、静圧信号はプロセス圧用出力として利
用する処理も容易である。
より出力された差圧又は圧力差信号，静圧信号，温度信
号は、周知の手段によつて補償回路に送出され、差圧又
は圧力差信号に含まれる零点変化成分を打ち消す処理が
成される。また、静圧信号はプロセス圧用出力として利
用する処理も容易である。
第5,6図は他の実施例を示したものである 第５図における実施例では、前記静圧感圧ダイアフラ
ム15を４個設け、各ダイアフラム上に静圧抵抗を設けた
ものである。これにより、静圧センサの出力は前記実施
例に比べ約２倍の出力を得ることができるので、より高
精度の補正出力，プロセス圧用出力を得ることができ
る。
ム15を４個設け、各ダイアフラム上に静圧抵抗を設けた
ものである。これにより、静圧センサの出力は前記実施
例に比べ約２倍の出力を得ることができるので、より高
精度の補正出力，プロセス圧用出力を得ることができ
る。
第６図における実施例では、前記静圧抵抗群151〜154
のうち、ダミーゲージである152,153とを、前記温度セ
ンサと同様に圧力にほとんど感度を示さない〈100〉軸
方向に配置したものである。これにより、本発明の効果
を損なわないことはいうまでもないが、ダミーゲージの
圧力による零点変化要因を取除くことができ、より高精
度の補正出力，プロセス圧用出力を得ることができる。
のうち、ダミーゲージである152,153とを、前記温度セ
ンサと同様に圧力にほとんど感度を示さない〈100〉軸
方向に配置したものである。これにより、本発明の効果
を損なわないことはいうまでもないが、ダミーゲージの
圧力による零点変化要因を取除くことができ、より高精
度の補正出力，プロセス圧用出力を得ることができる。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、差圧又
は圧力センサの静圧，温度変化により生じる零点変化を
補償する静圧信号，温度信号を高精度でしかも高出力で
取出せるので、より正確な差圧又は圧力差信号を得るこ
とができ、圧力計測の精度が向上する。また、静圧信号
はプロセス圧用センサとしても利用でき、圧力計測器の
削減ができる。さらに、製作工程が容易であるので、信
頼性，経済性に富むという効果がある。
は圧力センサの静圧，温度変化により生じる零点変化を
補償する静圧信号，温度信号を高精度でしかも高出力で
取出せるので、より正確な差圧又は圧力差信号を得るこ
とができ、圧力計測の精度が向上する。また、静圧信号
はプロセス圧用センサとしても利用でき、圧力計測器の
削減ができる。さらに、製作工程が容易であるので、信
頼性，経済性に富むという効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示した断面図、第２図は第
１図の平面図、第３図は静圧感圧ダイアフラム上の応力
分布を示した図、第４図は複合機能形センサチツプの各
ダイアフラムを作成するためのマスク図、第５図，第６
図は本発明の他の実施例を示す要部平面図である。 １…複合機能形センサチツプ、２…第１の固定台、３…
第２の固定台、４…ハウジング、５…配線板、11…差圧
又は圧力差感圧ダイアフラム、12…センサチツプの厚肉
部、13…差圧感圧ダイアフラム凹部、14…中央剛体部、
15…静圧感圧ダイアフラム、16…アルミ配線、17…ボン
デイング線、18…酸化膜、41…ハーメチツクシール部
材、42…ハーメチツクシール端子、111〜114…差圧又は
圧力差抵抗、121…静圧感圧ダイアフラム凹部（基準圧
室）、122…エツチング保護膜、151〜154…静圧抵抗、1
55…感温抵抗。
１図の平面図、第３図は静圧感圧ダイアフラム上の応力
分布を示した図、第４図は複合機能形センサチツプの各
ダイアフラムを作成するためのマスク図、第５図，第６
図は本発明の他の実施例を示す要部平面図である。 １…複合機能形センサチツプ、２…第１の固定台、３…
第２の固定台、４…ハウジング、５…配線板、11…差圧
又は圧力差感圧ダイアフラム、12…センサチツプの厚肉
部、13…差圧感圧ダイアフラム凹部、14…中央剛体部、
15…静圧感圧ダイアフラム、16…アルミ配線、17…ボン
デイング線、18…酸化膜、41…ハーメチツクシール部
材、42…ハーメチツクシール端子、111〜114…差圧又は
圧力差抵抗、121…静圧感圧ダイアフラム凹部（基準圧
室）、122…エツチング保護膜、151〜154…静圧抵抗、1
55…感温抵抗。
Claims (5)
- 【請求項１】差圧又は圧力差を検出する差圧検出手段、
静圧を検出する少なくとも１個以上の抵抗体を有する静
圧検出手段、及び温度を検出する手段とを単一チップ内
に具備し、前記差圧検出手段からの出力信号を前記静圧
検出手段及び温度検出手段からの出力信号により補正す
る複合機能形センサにおいて、 前記差圧検出手段の差圧感圧ダイアフラムとは別個に、
前記静圧検出手段用の静圧感圧ダイアフラムを少なくと
も２個以上設け、 前記静圧感圧ダイアフラム厚は前記差圧感圧ダイアフラ
ム厚と同じ厚さを有し、かつ、前記静圧感圧ダイアフラ
ム外径は、前記差圧感圧ダイアフラム外径よりも小さ
く、 前記静圧感圧ダイアフラムの一方の面にはそれぞれ１組
の静圧抵抗のみを有し、 前記静圧抵抗は、前記静圧感圧ダイアフラム上のダイア
フラム端部と固定部にまたがって配置されることを特徴
とする複合機能形センサ。 - 【請求項２】請求項第１項において、 前記静圧感圧ダイアフラムを２個設け、４組の静圧抵抗
のうち、２組を前記静圧感圧ダイアフラム上のダイアフ
ラム端部と固定部にまたがって、それぞれ半径方向、ま
たは接線方向に配置し、別の２組は前記チップの厚肉部
にそれぞれ前者と同様に半径方向または接線方向に配置
していることを特徴とする複合機能形センサ。 - 【請求項３】請求項第１項において、 前記静圧感圧ダイアフラムを４個設け、４組の静圧抵抗
を、前記静圧感圧ダイアフラム上のダイアフラム端部と
固定部にまたがって、半径方向または接線方向に、それ
ぞれの静圧感圧ダイアフラム上にそれぞれ形成している
ことを特徴とする複合機能形センサ。 - 【請求項４】請求項第１項において、 前記静圧感圧ダイアフラムを２個設け、４組の静圧抵抗
のうち、２組を前記静圧感圧ダイアフラム上のダイアフ
ラム端部と固定部にまたがって、それぞれ半径方向また
は接線方向に設置し、別の２組は前記チップの厚肉部に
設けてある感温抵抗と同方向（同結晶軸方向）に、前記
差圧感圧ダイアフラム以外の位置に設けてあることを特
徴とする複合機能形センサ。 - 【請求項５】請求項第１項において、 前記複合機能形センサチップを固定する固定台を、表面
に酸化膜を付したシリコンで構成してあることを特徴と
する複合機能形センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2230688A JP2512220B2 (ja) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | 複合機能形センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2230688A JP2512220B2 (ja) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | 複合機能形センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04113239A JPH04113239A (ja) | 1992-04-14 |
| JP2512220B2 true JP2512220B2 (ja) | 1996-07-03 |
Family
ID=16911755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2230688A Expired - Lifetime JP2512220B2 (ja) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | 複合機能形センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2512220B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5432372A (en) * | 1993-01-14 | 1995-07-11 | Yamatake-Honeywell Co., Ltd. | Semiconductor pressure sensor |
| US5663506A (en) * | 1995-08-21 | 1997-09-02 | Moore Products Co. | Capacitive temperature and pressure transducer |
| CN111076856B (zh) * | 2011-11-23 | 2021-09-21 | 无锡芯感智半导体有限公司 | 温漂自补偿soi压力传感器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5562331A (en) * | 1978-11-06 | 1980-05-10 | Hitachi Ltd | Absolute pressure reference type pressure sensor |
| JPS5941134B2 (ja) * | 1980-04-15 | 1984-10-04 | 富士電機株式会社 | 圧力変換器 |
| JPS58193431A (ja) * | 1982-05-07 | 1983-11-11 | Hitachi Ltd | 絶対圧力伝送器 |
| JPS61240134A (ja) * | 1986-04-17 | 1986-10-25 | Toshiba Corp | 半導体基板 |
-
1990
- 1990-09-03 JP JP2230688A patent/JP2512220B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04113239A (ja) | 1992-04-14 |
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