JP2895262B2 - Composite sensor - Google Patents

Composite sensor

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JP2895262B2
JP2895262B2 JP9876491A JP9876491A JP2895262B2 JP 2895262 B2 JP2895262 B2 JP 2895262B2 JP 9876491 A JP9876491 A JP 9876491A JP 9876491 A JP9876491 A JP 9876491A JP 2895262 B2 JP2895262 B2 JP 2895262B2
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static pressure
sensor
differential pressure
diaphragm
composite sensor
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芳己 山本
朋之 飛田
嶋田  智
征一 鵜飼
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、複合センサに係り、特
に差圧センサと静圧センサを備え、高精度及び高出力で
差圧信号と静圧信号を得ることができる複合センサに関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite sensor, and more particularly to a composite sensor having a differential pressure sensor and a static pressure sensor and capable of obtaining a differential pressure signal and a static pressure signal with high accuracy and high output. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】差圧を計測する差圧センサについて、差
圧信号、静圧信号、温度信号を同時に検出できる複合機
能型のセンサ(以下、複合センサという)又はこれに類
似したセンサには、従来、多くの開示例がある。例え
ば、特開昭61−240134号又は特公平2−970
4号等がある。これらの開示例では、いずれも、ダイヤ
フラムと呼ばれる薄肉部上に差圧や静圧に感応する抵抗
群、温度に感応する抵抗が存在し、これらの抵抗は、半
導体の拡散法又はイオンインプランテーション法により
同時に基板上に形成され、固定台に接合される。
2. Description of the Related Art With regard to a differential pressure sensor for measuring a differential pressure, a multi-function type sensor (hereinafter, referred to as a composite sensor) or a sensor similar thereto which can simultaneously detect a differential pressure signal, a static pressure signal, and a temperature signal, includes: Conventionally, there are many disclosed examples. For example, JP-A-61-240134 or JP-B-2-970
No. 4, etc. In each of these disclosed examples, a resistor group sensitive to a differential pressure or a static pressure, and a resistor sensitive to a temperature exist on a thin portion called a diaphragm, and these resistances are determined by a semiconductor diffusion method or an ion implantation method. Are formed on the substrate at the same time, and are joined to the fixing table.

【0003】上記の複合センサでは、静圧(ライン圧)
や温度によって生じる差圧センサの部分(これは主セン
サである)の零点変化を、この主センサ上に配備された
静圧センサや温度センサの補助センサの出力信号に基づ
いて、積極的に補償し、これにより高精度な差圧の信号
を得るようにしている。
In the above-described composite sensor, static pressure (line pressure)
The change in the zero point of the differential pressure sensor (which is the main sensor) caused by temperature and temperature is positively compensated based on the output signal of the static pressure sensor and the auxiliary sensor of the temperature sensor installed on this main sensor. Thus, a highly accurate differential pressure signal is obtained.

【0004】前述した特公平2−9704号に示される
静圧信号は、静圧印加時に半導体基板と固定台との間の
縦弾性係数の相違に基づいて生じる曲げ歪を利用して、
検出されるため、非常に小さい信号である。
The static pressure signal disclosed in Japanese Patent Publication No. Hei 2-9704 is based on a bending strain generated based on a difference in longitudinal elastic modulus between a semiconductor substrate and a fixed base when a static pressure is applied.
Since it is detected, it is a very small signal.

【0005】反対に、特開昭61−240131号の開
示では、差圧と静圧を検出するために、それぞれ感圧部
を設けて検出しているため、得られる静圧信号は、差圧
の信号に比較すると、かなり大きい信号となる。
On the other hand, in the disclosure of Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-240131, since a differential pressure and a static pressure are detected by providing a pressure sensing portion, the obtained static pressure signal is a differential pressure signal. This signal is considerably larger than that of the above signal.

【0006】しかし、上記2つの従来技術のいずれの場
合においても、静圧を検出するための静圧センサは、そ
の感度方向(静圧に対して最も感応する方向)が、差圧
に対して感度が最大となる方向と一致するように配置さ
れている。従って静圧センサの感度方向と、差圧センサ
の感度方向(差圧に対して最も感応する方向)とは、全
く同じ方向になるように配置されている。従って、差圧
が差圧センサに加わったとき、その差圧が、同時に、近
傍において同じ感度方向にて配設された静圧センサに対
しても影響を与える。このため従来の複合センサでは、
差圧センサと静圧センサの各々のセンサ出力を、複雑な
補正手順を用いて補正し、正確な差圧を求める必要があ
った。
However, in either of the above two prior arts, the static pressure sensor for detecting the static pressure has a sensitivity direction (a direction most sensitive to the static pressure) with respect to the differential pressure. They are arranged so as to coincide with the direction in which the sensitivity becomes maximum. Therefore, the sensitivity direction of the static pressure sensor and the sensitivity direction of the differential pressure sensor (the direction most sensitive to the differential pressure) are arranged to be exactly the same. Therefore, when a differential pressure is applied to the differential pressure sensor, the differential pressure simultaneously affects a static pressure sensor disposed in the vicinity in the same sensitivity direction. For this reason, in the conventional composite sensor,
It is necessary to correct the sensor output of each of the differential pressure sensor and the static pressure sensor using a complicated correction procedure, and to obtain an accurate differential pressure.

【0007】また他の従来技術として、本出願人が先に
出願した半導体圧力変換部(特開平1−184433
号)が存在する。この半導体圧力変換部は、中央部に剛
体部を有し、周辺部に固定部を有し、剛体部と固定部の
間に環状のダイヤフラムを備えている。そしてダイヤフ
ラムに差圧ゲージを取り付け、固定部で接線方向に且つ
中央剛体部で径方向にそれぞれ静圧ゲージを取り付けて
いる。静圧ゲージを、一定の応力が発生する中央剛体部
に配設したので、この構成によって安定した静圧出力が
得られる。従って、静圧影響の少ない差圧信号を得るこ
とができる。
As another prior art, a semiconductor pressure converter (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-184433) previously filed by the present applicant has been disclosed.
No.) exists. The semiconductor pressure converter has a rigid portion in the center, a fixed portion in the periphery, and an annular diaphragm between the rigid portion and the fixed portion. Then, the differential pressure gauge is attached to the diaphragm, and the static pressure gauge is attached to the fixed portion in the tangential direction and the central rigid portion in the radial direction. Since the static pressure gauge is disposed in the central rigid portion where a constant stress is generated, a stable static pressure output can be obtained by this configuration. Therefore, it is possible to obtain a differential pressure signal with little influence of static pressure.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本出願人が提案した半
導体圧力変換部以外の他の従来技術は、差圧による負荷
が差圧センサに加わったとき、差圧センサの近傍に配設
された静圧センサに対して前記負荷の影響が及ぶので、
その影響を考慮し、静圧センサの出力信号を補正する必
要があった。本発明の目的は、差圧センサと静圧センサ
を含む複合センサにおいて、差圧による静圧センサへの
影響がなく、高出力の静圧信号を得られるセンサ構成法
により、簡単な補正で正確な差圧、静圧の各情報を得る
複合センサを提供することにある。本発明の他の目的
は、小型で且つ安価な生産性の良い複合センサを提供す
ることにある。
In the prior art other than the semiconductor pressure converter proposed by the present applicant, when a load due to a differential pressure is applied to the differential pressure sensor, it is disposed near the differential pressure sensor. Because the load affects the static pressure sensor,
In consideration of the influence, it is necessary to correct the output signal of the static pressure sensor. An object of the present invention is to provide a complex sensor including a differential pressure sensor and a static pressure sensor with a sensor configuration method capable of obtaining a high-output static pressure signal without affecting the static pressure sensor due to a differential pressure. It is an object of the present invention to provide a composite sensor that obtains information of various types of differential pressure and static pressure. It is another object of the present invention to provide a small and inexpensive composite sensor with good productivity.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る複合センサ
は、中央に差圧検出用ダイヤフラムを有し且つ周辺に固
定部を有するセンサ基板と、ダイヤフラム上に配設した
複数の差圧検出用感応素子と、固定部上に配設した複数
の静圧検出用感応素子を有し、静圧検出用感応素子が、
ダイヤフラムに加わる差圧に基づき静圧検出用感応素子
の配設領域に発生する引張応力の影響を受けない方向に
配置される構成を有する。すなわち、センサ基板の表面
に配置される差圧ゲージと静圧ゲージの配置において、
複数の静圧ゲージの配置位置を、差圧に伴う引張応力の
影響を受けない所定の位置に決定するようにした。より
具体的に述べると、本発明に係る複合センサは、複数の
静圧検出用感応素子のそれぞれを、センサ基板上、ダ
イヤフラムに加わる差圧に基づき静圧検出用感応素子の
配設領域に発生する引張応力の影響を受けない方向のラ
イン上に配設し、且つ複数の静圧検出用感応素子のそれ
ぞれの感度方向が、静圧により発生する引張応力の影響
を最も受ける方向に向けて配置するようにしている。本
発明に係る複合センサは、更に、引張応力の影響を最も
受ける方向を0度の角度を有する基準方向とするとき、
引張応力の影響を受けない方向の前記ラインは、基準方
向に対して45度又は−45度の角度を有するように設
定した。また前記の各構成において、センサ基板をp型
の(100)面シリコン単結晶で形成することができ、
この場合には、引張応力の影響を受けない前記方向は、
<001>軸方向となる。また前記の各構成において、
静圧センサの出力を高くするために、静圧検出用ダイヤ
フラムを形成し、前記静圧検出用感応素子の全部又は一
部をこのダイヤフラムに配置するように構成することも
できる。更に、センサ基板の加工をエッチングで行う場
合には、異方性エッチング又は等方性エッチングが用い
られる。
SUMMARY OF THE INVENTION A composite sensor according to the present invention comprises a sensor substrate having a differential pressure detecting diaphragm at the center and a fixed portion at the periphery, and a plurality of differential pressure detecting diaphragms disposed on the diaphragm. It has a sensing element and a plurality of sensing elements for static pressure detection arranged on the fixed part, and the sensing element for static pressure detection,
It has a configuration in which it is arranged in a direction that is not affected by a tensile stress generated in a region where the static pressure detecting sensitive element is provided based on a differential pressure applied to the diaphragm. That is, in the arrangement of the differential pressure gauge and the static pressure gauge arranged on the surface of the sensor substrate,
The arrangement positions of the plurality of static pressure gauges are determined to be predetermined positions which are not affected by the tensile stress caused by the differential pressure. More specifically, in the composite sensor according to the present invention, each of the plurality of sensing elements for static pressure detection is placed on the sensor substrate in an area where the sensing elements for static pressure detection are arranged based on the differential pressure applied to the diaphragm. It is arranged on the line in the direction not affected by the generated tensile stress, and the sensitivity direction of each of the plurality of sensing elements for detecting static pressure is directed to the direction most affected by the tensile stress generated by the static pressure. It is arranged. Further, the composite sensor according to the present invention further provides a reference direction having an angle of 0 degrees when the direction most affected by the tensile stress is defined as:
The line in the direction not affected by the tensile stress was set to have an angle of 45 degrees or -45 degrees with respect to the reference direction. In each of the above structures, the sensor substrate can be formed of a p-type (100) plane silicon single crystal,
In this case, the direction not affected by the tensile stress is:
<001> Axial direction. In each of the above configurations ,
In order to increase the output of the static pressure sensor, a diaphragm for detecting static pressure may be formed, and all or a part of the sensitive element for detecting static pressure may be arranged on the diaphragm. Further, when performing the processing of the sensor substrate by etching is anisotropic etching or isotropic etching are used.

【0010】[0010]

【作用】本発明による複合センサでは、前述の配列構造
に基づき、差圧センサ部分に印加する差圧による引張応
力が静圧センサ用の感応素子に影響を与えず、且つ静圧
センサ用感応素子は静圧のみ対して感度良く動作する。
従って、精度の高い静圧を検出することができるので、
その後の信号処理に基づく差圧の補償が簡易となり、精
度の高い差圧を計測することができる。また差圧検出用
ダイヤフラムとは別に静圧検出用ダイヤフラムを設けた
複合センサでは、静圧に対応してダイヤフラム上のゲー
ジ抵抗値が変化するので、大きな静圧信号が得られる。
た、センサ基板をエッチングで加工することで、セン
サ基板に形成されるダイヤフラムは、異方向エッチング
ではダイヤフラムの加工精度が向上し、等方性エッチン
グではダイヤフラムに丸みが付くので耐圧が向上する。
また同時に多数のダイヤフラムが形成できるので、生産
性も良くなる。
In the composite sensor according to the present invention, based on the arrangement structure described above, the tensile stress due to the differential pressure applied to the differential pressure sensor portion does not affect the sensitive element for the static pressure sensor, and the sensitive element for the static pressure sensor. Operates with high sensitivity only to static pressure.
Therefore, a highly accurate static pressure can be detected.
Compensation for the differential pressure based on the subsequent signal processing is simplified, and a highly accurate differential pressure can be measured. In a composite sensor provided with a static pressure detecting diaphragm separately from the differential pressure detecting diaphragm, a large static pressure signal can be obtained because the gauge resistance value on the diaphragm changes according to the static pressure.
Also, by processing the sensor substrate by etching, the diaphragm is formed in the sensor substrate, the anisotropic etching is improved machining accuracy of the diaphragm, in the isotropic etching breakdown voltage is improved since the roundness attaches to the diaphragm.
Further, since a large number of diaphragms can be formed at the same time, productivity is improved.

【0011】[0011]

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1は本発明に係る複合センサの第1実施
例を示す平面図、図2はその要部断面図である。1はp
型の(100)面シリコン単結晶から成る半導体材料で
形成されたセンサ基板、2はセンサ基板1を固定するた
めの固定台である。センサ基板1及び固定台2の平面形
状は、丸形である。図1及び図2で明らかなように、セ
ンサ基板1の中央部には凹所3が形成され、これにより
上面部分に円形のダイヤフラム4が形成され、周辺部分
にはリング形状の固定部5が形成される。ダイヤフラム
4はその表裏面が受圧面となっており、表裏の受圧面に
加わる2つの圧力Ps+ΔPとPsとの差圧を検出する
ためのものである。固定台2は、センサ基板1と電気的
絶縁を保つため及び線膨張係数の相違による熱歪を低減
するために、シリコンと線膨張係数が近似した硼珪酸塩
ガラスから形成される。センサ基板1と固定台2とは、
陽極接合法等により接合される。固定台2の中央部には
孔6が形成される。孔6はセンサ基板1の凹所3に通じ
ており、この孔6を介して圧力Psの流体がダイヤフラ
ム4の凹所3側の面に導入される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a composite sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a main part thereof. 1 is p
A sensor substrate 2 made of a semiconductor material made of a (100) plane silicon single crystal of a mold is a fixing base for fixing the sensor substrate 1. The planar shapes of the sensor substrate 1 and the fixed base 2 are round. As is apparent from FIGS. 1 and 2, a concave portion 3 is formed in the center of the sensor substrate 1, whereby a circular diaphragm 4 is formed in the upper surface portion, and a ring-shaped fixing portion 5 is formed in the peripheral portion. It is formed. The diaphragm 4 has front and rear surfaces as pressure receiving surfaces, and detects a pressure difference between two pressures Ps + ΔP and Ps applied to the front and rear pressure receiving surfaces. The fixing base 2 is formed of borosilicate glass whose linear expansion coefficient is close to that of silicon in order to maintain electrical insulation from the sensor substrate 1 and to reduce thermal distortion due to a difference in linear expansion coefficient. The sensor board 1 and the fixed base 2 are
It is joined by an anodic joining method or the like. A hole 6 is formed in the center of the fixing base 2. The hole 6 communicates with the recess 3 of the sensor substrate 1, and a fluid with a pressure Ps is introduced into the surface of the diaphragm 4 on the recess 3 side through the hole 6.

【0012】図1に示す如く、センサ基板1の表面に
は、イオン打込み又は熱拡散により不純物をドーピング
して差圧ゲージ111〜114が形成される。これらの
差圧ゲージ111〜114は、2つの圧力Ps+ΔP,
Psによってダイヤフラム4に生じる差圧ΔPに感応す
るゲージである。差圧ゲージ111〜114は、差圧を
検出するため、ダイヤフラム4の領内における半径方向
と周方向の応力が最大になる固定部5近傍に配設されて
いる。差圧ゲージ111〜114は、それぞれ、その感
度方向(図1に示した例では、長手方向)が、p型の
(100)面シリコンの<110>軸方向に向けて配置
されている。
As shown in FIG. 1, differential pressure gauges 111 to 114 are formed on the surface of the sensor substrate 1 by doping impurities by ion implantation or thermal diffusion. These differential pressure gauges 111 to 114 have two pressures Ps + ΔP,
This gauge responds to a differential pressure ΔP generated in the diaphragm 4 by Ps. The differential pressure gauges 111 to 114 are arranged in the vicinity of the fixed portion 5 where the stress in the radial direction and the circumferential direction in the area of the diaphragm 4 becomes maximum in order to detect the differential pressure. Each of the differential pressure gauges 111 to 114 is arranged so that its sensitivity direction (longitudinal direction in the example shown in FIG. 1) is oriented in the <110> axis direction of p-type (100) plane silicon.

【0013】ダイヤフラム4の周囲の固定部5の表面に
は、図示される如く分散された配置状態で4個の静圧ゲ
ージ121〜124が形成される。静圧ゲージ121〜
124は静圧Psに感応するゲージである。静圧ゲージ
も前記差圧ゲージと同様な方法で形成される。静圧ゲー
ジ121〜124は、その長手方向に感度方向を有す
る。4個の静圧ゲージ121〜124は、一点鎖線で示
されたライン7,8の上に配置される。すなわち、静圧
ゲージ121〜124は、ダイヤフラム4に加わる差圧
で発生する引張応力の影響を受けない方向、例えばp型
の(100)面シリコンにおいては<001>軸方向の
ライン7,8の上に配設する。4個の静圧ゲージは、ラ
イン7,8の上に、その交点から等距離の位置にて形成
される。更に図1から明らかなように、各静圧ゲージ1
21〜124は、静圧信号を得るため、静圧に対して感
度の大きくなる方向、例えば(100)面において<1
10>軸方向にその感度方向が一致するように配置され
ている。
On the surface of the fixed part 5 around the diaphragm 4, four static pressure gauges 121 to 124 are formed in a dispersed state as shown in the figure. Static pressure gauge 121-
Reference numeral 124 denotes a gauge that responds to the static pressure Ps. The static pressure gauge is formed in the same manner as the differential pressure gauge. The static pressure gauges 121 to 124 have a sensitivity direction in the longitudinal direction. The four static pressure gauges 121 to 124 are arranged on lines 7 and 8 indicated by alternate long and short dash lines. That is, the static pressure gauges 121 to 124 are arranged in the direction not affected by the tensile stress generated by the differential pressure applied to the diaphragm 4, for example, in the <001> axial lines 7 and 8 in the p-type (100) silicon. Arranged above. The four static pressure gauges are formed on the lines 7 and 8 at positions equidistant from their intersection. Further, as is clear from FIG.
In order to obtain a static pressure signal, 21 to 124 are <1 in the direction in which the sensitivity to static pressure increases, for example, in the (100) plane.
10> It is arranged so that its sensitivity direction coincides with the axial direction.

【0014】9は固定部5の表面に形成された温度ゲー
ジであり、差圧や静圧により発生する応力に対して感度
の小さい方向、例えば(100)面においては<001
>軸方向に配置している。温度ゲージ9は、応力を受け
ても抵抗値変化を生ぜず、温度の変化によってのみ抵抗
値が変化する温度センサとして機能する。
Reference numeral 9 denotes a temperature gauge formed on the surface of the fixed portion 5, which is <001 in a direction in which sensitivity to stress generated by differential pressure or static pressure is small, for example, in the (100) plane.
> It is arranged in the axial direction. The temperature gauge 9 functions as a temperature sensor in which the resistance value does not change even when subjected to stress, and the resistance value changes only due to a change in temperature.

【0015】センサ基板1の表面の上でゲージ群を構成
する差圧ゲージ111〜114、静圧ゲージ121〜1
24、温度ゲージ9は、図3に示されるように、それぞ
れブリッジ回路として構成される。差圧ゲージ111〜
114は差圧センサとして差圧信号ED を、静圧ゲージ
121〜124は静圧センサとして静圧信号ES を、温
度ゲージ9は温度センサとして温度信号ET を、それぞ
れ出力するように構成されている。
Differential pressure gauges 111 to 114 and static pressure gauges 121 to 1 forming a gauge group on the surface of the sensor substrate 1
24, the temperature gauge 9 is configured as a bridge circuit as shown in FIG. Differential pressure gauge 111-
114 a differential pressure signal E D as differential pressure sensor, constituting a static pressure signal E S hydrostatic gauges 121 to 124 as a static pressure sensor, as the temperature gauge 9 of the temperature signal E T as a temperature sensor, respectively output Have been.

【0016】上記のように複合センサを構成することに
より、差圧負荷時に発生する引張応力(σm )は静圧ゲ
ージ121〜124に対して影響を及ぼさない。静圧ゲ
ージ121〜124は、静圧負荷時にセンサ基板1と固
定台2の弾性係数の違いに基づく変形で生じる応力によ
って抵抗値変化を得ることができる。すなわち差圧によ
る影響のない静圧センサを備えた複合センサを構成する
ことができる。
By configuring the composite sensor as described above, the tensile stress (σ m ) generated when a differential pressure is applied does not affect the static pressure gauges 121 to 124. The static pressure gauges 121 to 124 can obtain a change in resistance value by a stress generated by a deformation based on a difference in elastic modulus between the sensor substrate 1 and the fixed base 2 at the time of a static pressure load. That is, a composite sensor including a static pressure sensor that is not affected by the differential pressure can be configured.

【0017】次に、差圧負荷時に発生する引張応力(σ
m )は静圧ゲージ121〜124に対して影響を及ぼさ
ない、という上記作用を原理的に説明する。センサ基板
1のほぼ中央部に形成されたダイヤフラム4は差圧ΔP
に感応し、変形する。差圧ΔPを検出するために、前述
の通り、差圧によりダイヤフラム4に発生する応力に対
して感度が最大となる結晶軸方向に各差圧ゲージ111
〜114の長手方向を向けて配置している。静圧ゲージ
121〜124については、差圧により発生する引張応
力に対して感度が最小となる結晶軸方向のライン7,8
上に配置し(これは温度ゲージ9が配置される方向と同
じ方向である)、且つ静圧信号を得るため静圧ゲージ1
21〜124の向き(長手方向)を静圧により発生する
応力に対して感度が最大になる方向に配置する。故に、
静圧ゲージ121〜124は、差圧で発生する引張応力
に対して感応せず、静圧で発生する引張応力に対しての
み感応するように作用する。すなわち、差圧が負荷され
たときに発生する引張応力が、静圧ゲージ121〜12
4に影響を及ぼさない。
Next, the tensile stress (σ
m ) does not affect the static pressure gauges 121 to 124 in principle. The diaphragm 4 formed substantially at the center of the sensor substrate 1 has a differential pressure ΔP
Responds to and deforms. In order to detect the differential pressure ΔP, as described above, each differential pressure gauge 111 is moved in the crystal axis direction in which the sensitivity to the stress generated in the diaphragm 4 due to the differential pressure is maximized.
To 114 are oriented in the longitudinal direction. Regarding the static pressure gauges 121 to 124, the lines 7 and 8 in the crystal axis direction at which the sensitivity to the tensile stress generated by the differential pressure is minimized.
Placed on top (this is the same direction as the direction in which the temperature gauge 9 is placed) and the static pressure gauge 1 to obtain a static pressure signal.
The directions 21 to 124 (longitudinal directions) are arranged in a direction in which the sensitivity to the stress generated by the static pressure is maximized. Therefore,
The static pressure gauges 121 to 124 do not respond to the tensile stress generated by the differential pressure, but act so as to be sensitive only to the tensile stress generated by the static pressure. That is, the tensile stress generated when the differential pressure is applied is
4 is not affected.

【0018】以上のことを、更に(100)面のp型シ
リコンの例を挙げ、具体的に説明する。(100)面で
は、図4及び図5(A)に示すように、<110>軸方
向がピエゾ抵抗係数が大きく、高い感度を得られる。従
って差圧ゲージ111〜114は、図5(B)に示され
るように、ダイヤフラム4で発生する応力σl ,σt が
最大となる位置で、且つその長手方向を最大応力発生方
向に一致させてに配置される。静圧ゲージ121〜12
4についても、差圧ゲージと同様に固定部5上の<11
0>軸方向に配置すれば大きな出力が得られるが、差圧
で発生する引張応力の影響が大きいので、ピエゾ抵抗係
数がほぼ零に近い<001>軸方向のライン上に配置
し、静圧で発生する応力によってのみ出力を得るため、
<110>軸方向に静圧ゲージ121〜124を形成す
る。これにより、静圧ゲージからは<110>軸方向に
配置したときと同じ出力が得られ、更にその出力には差
圧による影響がない。<001>軸方向のライン7上に
配置することで、差圧ΔPにより発生する引張応力σm
の静圧ゲージ121〜124に対する影響、すなわちゲ
ージ抵抗の変化率ΔR/Rは、
The above will be specifically described with reference to an example of p-type silicon having a (100) plane. On the (100) plane, as shown in FIGS. 4 and 5A, the piezoresistance coefficient is large in the <110> axis direction, and high sensitivity can be obtained. Therefore, as shown in FIG. 5 (B), the differential pressure gauges 111 to 114 are positioned at the positions where the stresses σl and σt generated in the diaphragm 4 are maximum and the longitudinal direction thereof is made coincident with the maximum stress generation direction. Be placed. Static pressure gauges 121 to 12
4 as well as the differential pressure gauge,
0> A large output can be obtained by arranging in the axial direction. However, since the effect of the tensile stress generated by the differential pressure is great, the piezoresistance coefficient is arranged on the <001> axial line which is almost zero, and the static pressure To obtain output only by the stress generated at
<110> Static pressure gauges 121 to 124 are formed in the axial direction. As a result, the same output is obtained from the static pressure gauge as when it is arranged in the <110> axis direction, and the output is not affected by the differential pressure. <001> Tensile stress σ m generated by differential pressure ΔP by arranging on axial line 7
Influence on the static pressure gauges 121 to 124, that is, the rate of change ΔR / R of the gauge resistance is

【0019】[0019]

【数1】 ΔR/R=πl σl +πt σt ・・・(1) ここで、図6を参照して、πl :長手方向のピエゾ抵抗
係数 πt:横方向のピエゾ抵抗係数σl :長手方
向に作用する応力 σt :横方向に作用する応力
なお、「l 」はアルファベットLの小文字である。
ΔR / R = πl σl + πt σt (1) Here, referring to FIG. 6, πl: piezoresistance coefficient in the longitudinal direction πt: piezoresistance coefficient σl in the lateral direction: acting in the longitudinal direction .Tau.t: stress acting in the lateral direction. "L" is the lowercase letter of the alphabet L.

【0020】<110>軸方向においては、In the <110> axial direction,

【0021】[0021]

【数2】 πl = π44/2 ・・・(2) πt =−π44/2 ・・・(3) ここで、π44:剪断のピエゾ抵抗係数<001>軸方向
にゲージを配置したときのσl ,σt は、図6に示す如
く、
[Number 2] πl = π 44/2 ··· ( 2) πt = -π 44/2 ··· (3) wherein, [pi 44: arranging the gauge piezoresistance coefficient <001> axial shear Σt and σt at this time are as shown in FIG.

【0022】[0022]

【数3】 σl =σm cos45° ・・・(4) σt =σm sin45° ・・・(5) 上式(2)〜(5)を、式(1)に代入して、Equation 3] σl = σ m cos45 ° ··· ( 4) σt = σ m sin45 ° ··· (5) above equation (2) to (5), are substituted into Equation (1),

【0023】[0023]

【数4】 (Equation 4)

【0024】となるので、<001>軸方向のライン上
において、<110>軸方向の向きに静圧ゲージ121
〜124の長手方向を向けて配置することで、静圧ゲー
ジ121〜124における引張応力σm の影響はほとん
ど零に近くなる。
Therefore, on the line in the <001> axial direction, the static pressure gauge 121 is oriented in the <110> axial direction.
The effect of the tensile stress σ m on the static pressure gauges 121 to 124 becomes almost zero by arranging them in the longitudinal direction of 〜124.

【0025】次に図7及び図8に基づき本発明の第2実
施例を説明する。111〜114は前記差圧ゲージであ
り、前記第1実施例と同様に、差圧検出用ダイヤフラム
4上の、半径方向と周方向の応力が最大になる固定部近
傍に設けられる。これに対して、静圧ゲージ121〜1
24は、差圧検出用ダイヤフラム4とは別に設けられた
静圧検出用ダイヤフラム10上に形成される。ダイヤフ
ラム10は、センサ基板1に凹所11を設けることによ
り形成される。静圧ゲージ121〜124は、温度ゲー
ジと同じ結晶軸方向の上での配置関係で、且つその長手
方向を差圧ゲージ111〜114と同じ結晶軸の向きに
向けて配置される。また差圧ゲージ111〜114と同
じように、静圧検出用ダイヤフラム10上に発生する半
径方向と周方向の応力が最大となる固定部近傍に設けら
れる。この実施例では、2個の静圧検出用ダイヤフラム
10が形成され、個々のダイヤフラム10上に一対の静
圧ゲージ121と123、122と124が配置されて
いる。なおダイヤフラム10は1個であっても問題はな
く、この場合には4個の静圧ゲージ121〜124が1
つのダイヤフラム10に配設される。温度ゲージ9は、
差圧や静圧によって抵抗変化が生じない、ピエゾ抵抗係
数の最小感度を示す結晶軸方向(<001>方向)に向
けて配置されている。以上のゲージ群である差圧ゲージ
111〜114、静圧ゲージ121〜124、温度ゲー
ジ9は、前述した通り、図3に示すようにブリッジ回路
として組まれ、差圧、静圧、温度の出力を得るように構
成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Reference numerals 111 to 114 denote the differential pressure gauges, which are provided on the differential pressure detecting diaphragm 4 in the vicinity of the fixed portion where the stress in the radial direction and the circumferential direction becomes maximum, as in the first embodiment. On the other hand, the static pressure gauges 121 to 1
24 is formed on the static pressure detection diaphragm 10 provided separately from the differential pressure detection diaphragm 4. The diaphragm 10 is formed by providing a recess 11 in the sensor substrate 1. The static pressure gauges 121 to 124 are arranged in the same crystal axis direction as the temperature gauge, and are arranged with their longitudinal directions oriented in the same crystal axis direction as the differential pressure gauges 111 to 114. Similarly to the differential pressure gauges 111 to 114, the pressure gauges are provided near the fixed portion where the radial and circumferential stresses generated on the static pressure detection diaphragm 10 are maximum. In this embodiment, two static pressure detecting diaphragms 10 are formed, and a pair of static pressure gauges 121, 123, 122 and 124 are arranged on each of the diaphragms 10. There is no problem even if the number of the diaphragms 10 is one. In this case, the four static pressure gauges 121 to 124
Are disposed on the three diaphragms 10. The temperature gauge 9
The electrodes are arranged in the crystal axis direction (<001> direction) at which the resistance does not change due to the differential pressure or the static pressure and exhibit the minimum sensitivity of the piezoresistance coefficient. As described above, the differential pressure gauges 111 to 114, the static pressure gauges 121 to 124, and the temperature gauge 9, which are the above-described gauge groups, are assembled as a bridge circuit as shown in FIG. Are configured to obtain

【0026】またセンサ基板1の固定台2は、前記第1
実施例と同様に、シリコンと線膨張係数の近似した硼珪
酸塩ガラスにより形成する。しかし、本実施例において
は、静圧検出用ダイヤフラム10の変形に基づいて発生
する応力により静圧を検出する手法をとっているので、
固定台2は、接合面に酸化膜をつけたシリコンであって
もよい。
The fixed base 2 of the sensor substrate 1 is
As in the case of the embodiment, it is formed of borosilicate glass having a linear expansion coefficient similar to that of silicon. However, in the present embodiment, a method is employed in which the static pressure is detected by the stress generated based on the deformation of the static pressure detection diaphragm 10,
The fixing base 2 may be made of silicon having an oxide film provided on a bonding surface.

【0027】センサ基板1と固定台2を陽極接合法等に
よって接合すると、凹所3,11はそれぞれ空洞を形成
する。凹所3による空胴は前記第1実施例と同じである
が、凹所11による空洞は、固定台2との接合時に完全
に封止されるので、静圧とは完全に分離され、所要の圧
力を有した基準圧室として動作する。一般には、この基
準圧室の圧力は、真空〜大気圧間の適当な圧力が選択さ
れる。これにより静圧検出用ダイヤフラム10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
差に感応し動作する。
When the sensor substrate 1 and the fixing base 2 are joined by an anodic joining method or the like, the recesses 3 and 11 each form a cavity. The cavity formed by the recess 3 is the same as that of the first embodiment. However, the cavity formed by the recess 11 is completely sealed at the time of joining with the fixed base 2, so that the cavity is completely separated from the static pressure. It operates as a reference pressure chamber having a pressure of Generally, an appropriate pressure between vacuum and atmospheric pressure is selected as the pressure in the reference pressure chamber. As a result, the static pressure detecting diaphragm 10 becomes a flexure element responsive to the static pressure, and operates in response to the pressure difference between the reference pressure chamber pressure and the static pressure.

【0028】上記の如く複合センサを構成することで、
差圧負荷時に発生する引張応力σ m は静圧ゲージ12
1〜124に影響を及ぼさず、静圧負荷時には静圧検出
用ダイヤフラム10上に発生する応力によって抵抗変化
が得られるので、差圧による影響のない、高出力の静圧
信号を取り出せる複合センサを構成できる。
By configuring the composite sensor as described above,
The tensile stress σ m generated at the time of differential pressure load is
Since the resistance change is obtained by the stress generated on the static pressure detection diaphragm 10 at the time of the static pressure load without affecting the static pressure, the composite sensor capable of taking out the high output static pressure signal without the influence of the differential pressure is provided. Can be configured.

【0029】次に、図9に基づいて本発明の第3実施例
を説明する。前記の第2実施例と同様に、2個の静圧検
出用ダイヤフラム10を設け、ダイヤフラム10のそれ
ぞれに静圧ゲージ121,12を配置し、更に固定部
5にも前記第1実施例の場合と同様に静圧ゲージ12
2,12を配置している。差圧によってダイヤフラム
4に発生する引張応力σm の影響は、図5に示すよう
に、例えば(100)面の<001>軸方向であっても
必ずしも零とはならないので、この非常に小さい差圧に
よる影響分を取り除くために、静圧ゲージ121〜12
4は、静圧検出用ダイヤフラム10上の静圧ゲージ12
1,12の変化分から固定部5上の静圧ゲージ12
2,12の変化分を差引きして取り出すように、図3
に示すブリッジ回路を構成することで、差圧により変動
しない静圧センサの出力を得ることができる。ここで
は、静圧検出用ダイヤフラム10上の静圧ゲージ12
1,12の出力から、固定部5上の静圧ゲージ12
2,12の出力を差引きする構成をとるが、静圧検出
用ダイヤフラム10上の静圧ゲージ121,12の出
力は、固定部上の静圧ゲージ122,12の出力に対
して10倍以上の出力が得られるので、差引きしても大
きな静圧出力が得られる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Similar to the second embodiment of the, two static pressure detecting diaphragm 10 is provided, the static pressure gauge 121,12 4 arranged on each diaphragm 10, further to the fixed portion 5 of the first embodiment Static pressure gauge 12 as in the case
It is arranged 2, 12 3. As shown in FIG. 5, the effect of the tensile stress σm generated on the diaphragm 4 due to the differential pressure is not always zero even in the <001> axis direction of the (100) plane. Static pressure gauges 121 to 12
4 is a static pressure gauge 12 on the static pressure detecting diaphragm 10
1,12 static pressure gauges 12 on the fixed portion 5 from the fourth variation
As it is taken out by subtracting the 2, 12 3 variation of FIG. 3
The output of the static pressure sensor which does not fluctuate due to the differential pressure can be obtained by configuring the bridge circuit shown in FIG. Here, the static pressure gauge 12 on the static pressure detection diaphragm 10 is used.
1,12 4 outputs, static pressure gauges 12 on the fixed portion 5
A configuration of subtracting the 2, 12 3 of the output, the output of the static pressure gauge 121,12 4 on diaphragm 10 exits static pressure is the output of the static pressure gauge 122,12 3 on the fixed part Since an output ten times or more can be obtained, a large static pressure output can be obtained even if the difference is subtracted.

【0030】次に図10に基づいて本発明の第4実施例
を説明する。この実施例では、センサ基板1が、前記3
つの実施例では丸形であったのに対し、四角形の形状を
有している。差圧ゲージ111〜114、静圧ゲージ1
21〜124、温度ゲージ9は、前記各実施例の場合と
同様に配置すれば、差圧による影響がない静圧センサを
有する複合センサを構成できる。ここでは、第3実施例
と同じ静圧検出用ダイヤフラム10と固定部5のそれぞ
れに静圧ゲージ121〜124を設けた例を示してい
る。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the sensor substrate 1 is
In one embodiment, the shape is square, while the shape is square. Differential pressure gauge 111-114, static pressure gauge 1
If the temperature gauges 21 to 124 and the temperature gauge 9 are arranged in the same manner as in the above-described embodiments, a composite sensor having a static pressure sensor which is not affected by a differential pressure can be configured. Here, an example is shown in which the static pressure gauges 121 to 124 are provided on the static pressure detection diaphragm 10 and the fixed portion 5 as in the third embodiment.

【0031】上記の如くセンサ基板1を平面形状で丸形
にする場合、一枚の半導体基板から一つ一つ丸形に機械
加工等によって切り取り、それぞれ固定台2と接合しな
ければならない。これに対して、センサ基板1を四角形
にする場合には、まず一枚の半導体基板と固定台2とを
陽極接合法等により接合してからダイシングによって切
断すれば、一度に大量で小型の複合センサが形成でき、
非常に生産性も向上しコストパフォーマンスも良くな
る。
When the sensor substrate 1 is formed into a round shape in a planar shape as described above, it is necessary to cut out one semiconductor substrate one by one into a round shape by machining or the like, and to join the semiconductor substrate 1 to the fixed base 2. On the other hand, when the sensor substrate 1 is formed in a rectangular shape, one semiconductor substrate and the fixing table 2 are first joined by an anodic bonding method or the like, and then cut by dicing. A sensor can be formed,
It greatly improves productivity and cost performance.

【0032】なお前記各実施例では、図4を参照して説
明したように、(100)面のp型シリコンが用いられ
ている。(100)面のp型シリコンを用いる場合に
は、前述の通り、差圧ゲージ群はピエゾ抵抗係数が最大
となる<110>軸方向に配置し、静圧ゲージ群はピエ
ゾ抵抗係数が最小となる<001>軸方向に配置する。
また一般には、n型のシリコンは、非直線性が悪いとい
う理由で複合センサには用いられていない。しかし本発
明では、(001)面のn型のシリコンを用いることに
より、差圧ゲージ群をピエゾ抵抗係数が最大となる結晶
軸方向に配置し、静圧ゲージ群をピエゾ抵抗係数が最小
となる結晶軸方向のライン上にて結晶軸の向きに配置す
れば、差圧の影響がない静圧センサを有するn型の複合
センサを構成できる。温度ゲージは、ピエゾ抵抗係数が
最小となる結晶軸方向に配置する。n型の(011)面
シリコンの差圧ゲージ群が配置される軸方向のピエゾ抵
抗係数は、p型の(100)面シリコンの差圧ゲージ群
が配置される軸方向のピエゾ抵抗係数に対して、10%
程度感度が高くなっているので、n型の(011)面シ
リコンを用いれば、p型の(100)面シリコンを用い
る場合よりも大きな差圧出力を得られるという効果があ
る。前記したようにn型シリコンを複合センサに適用す
ると非直線性が悪化するが、センサ出力の補正アルゴリ
ズムが確立されている今日では、そのような非直線性の
悪化は問題にならない。
In each of the above embodiments, as described with reference to FIG. 4, p-type silicon of the (100) plane is used. When p-type silicon of the (100) plane is used, as described above, the differential pressure gauge group is arranged in the <110> axial direction where the piezoresistance coefficient is the maximum, and the static pressure gauge group is determined to have the minimum piezoresistance coefficient. <001> axis direction.
In general, n-type silicon is not used in composite sensors because of its poor nonlinearity. However, in the present invention, by using (001) n-type silicon, the differential pressure gauge group is arranged in the crystal axis direction in which the piezoresistance coefficient is maximum, and the static pressure gauge group is minimized in the piezoresistance coefficient. By arranging in the direction of the crystal axis on the line in the direction of the crystal axis, an n-type composite sensor having a static pressure sensor free from the influence of the differential pressure can be configured. The temperature gauge is arranged in the direction of the crystal axis where the piezoresistance coefficient is minimized. The piezoresistance coefficient in the axial direction where the n-type (011) plane silicon differential pressure gauge group is arranged is smaller than the piezoresistance coefficient in the axial direction where the p-type (100) plane silicon differential pressure gauge group is arranged. And 10%
Since the sensitivity is high, the use of the n-type (011) plane silicon has an effect of obtaining a larger differential pressure output than the case of using the p-type (100) plane silicon. As described above, when the n-type silicon is applied to the composite sensor, the non-linearity is deteriorated. However, such a deterioration in the non-linearity is not a problem today when a correction algorithm for the sensor output is established.

【0033】図11は、本発明における複合センサのセ
ンサ基板1を、エッチングにより加工した場合の断面図
を示したものである。ドライエッチング等の等方性エッ
チングにより加工を行えば、図11(A)のように、ダ
イヤフラム4と固定部5の接点部にまるみRが形成され
るので、差圧印加時に応力集中が発生ぜず、耐圧が向上
する効果を有する。またアルカリエッチング等の異方性
エッチングにより加工を行えば、図11(B)に示すよ
うに、ダイヤフラム4は、シリコン単結晶の結晶面で構
成されるため、加工精度が非常に高くなるので歩留
向上する。等方性又は異方性のいずれの場合において
も、エッチングにより加工を行えば、一枚の半導体基板
上に多数のダイヤフラム4(又は10)を同時に形成で
き、そのため量産性が向上し、安価なセンサ基板1を製
造できる。
FIG. 11 is a sectional view showing a case where the sensor substrate 1 of the composite sensor according to the present invention is processed by etching. If processing is performed by isotropic etching such as dry etching, a rounded portion R is formed at the contact portion between the diaphragm 4 and the fixed portion 5 as shown in FIG. And has the effect of improving the breakdown voltage. Also, if processing is performed by anisotropic etching such as alkali etching, the diaphragm 4 is formed of a silicon single crystal plane as shown in FIG. distillate Ri is improved. In either case of isotropic or anisotropic, if processing is performed by etching, a large number of diaphragms 4 (or 10) can be simultaneously formed on one semiconductor substrate, so that mass productivity is improved and inexpensive. The sensor substrate 1 can be manufactured.

【0034】更に本発明の複合センサは、単一の半導体
チップ上に差圧センサと静圧センサを形成でき、簡素な
構造を有する。
Further, the composite sensor of the present invention can form a differential pressure sensor and a static pressure sensor on a single semiconductor chip, and has a simple structure.

【0035】図12は、本発明による複合センサを差圧
伝送器に組込んだ例を示す。差圧伝送器14は、化学プ
ラント等のパイプライン12に設けたオリフィス13の
両端の差圧ΔPを測定し、パイプライン12中を流れる
流量を求めて制御装置へ送信するものである。差圧を正
確に測定することは、より効率的にプラントを稼働する
ことにつながるので、差圧伝送器の役割りは大きい。
FIG. 12 shows an example in which the composite sensor according to the present invention is incorporated in a differential pressure transmitter. The differential pressure transmitter 14 measures a differential pressure ΔP between both ends of an orifice 13 provided in a pipeline 12 of a chemical plant or the like, obtains a flow rate flowing through the pipeline 12, and transmits it to a control device. Since measuring the differential pressure accurately leads to more efficient operation of the plant, the role of the differential pressure transmitter is great.

【0036】差圧伝送器14のブロック構成図を図13
に示す。複合センサ15における差圧センサDPSから
の差圧出力、静圧センサSPSからの静圧出力、温度セ
ンサTSからの温度出力は、マルチプレクサ(MPX)
16に取込まれ、プログラマブルゲインアンプ(PG
A)17で増幅される。次にA/D変換器(A/D)1
8でデジタル信号に変換され、マイクロコンピュータ
(MPU)19に送信される。メモリ(M)20は差
圧、静圧、温度の各センサの特性が記憶されており、こ
のデータを用いてマイクロコンピュータ19でセンサ出
力を補正し、高精度に差圧を検出する。検出した差圧は
D/A変換器(D/A)21で再びアナログ信号をに変
換され、出力される構成となっている。
FIG. 13 is a block diagram of the differential pressure transmitter 14.
Shown in The differential pressure output from the differential pressure sensor DPS, the static pressure output from the static pressure sensor SPS, and the temperature output from the temperature sensor TS in the composite sensor 15 are represented by a multiplexer (MPX).
16 and a programmable gain amplifier (PG
A) It is amplified at 17. Next, an A / D converter (A / D) 1
The digital signal is converted into a digital signal at 8 and transmitted to a microcomputer (MPU) 19. The memory (M) 20 stores the characteristics of each sensor of differential pressure, static pressure, and temperature. The microcomputer 19 uses the data to correct the sensor output and detect the differential pressure with high accuracy. The detected differential pressure is converted into an analog signal again by a D / A converter (D / A) 21 and output.

【0037】本発明による複合センサを用いれば、マイ
クロコンピュータ19での処理は、概略的に、最初に、
温度センサ出力で差圧センサ出力の温度影響を除去し、
次に静圧センサ出力から温度センサ出力により温度影響
を除去し、これを用いて、差圧センサ出力から静圧影響
を除去する。こうして正確な差圧情報が得られる。従来
の複合センサでは、静圧センサ出力は差圧による影響を
含んでいたので、この差圧影響を除去する処理が必要で
あった。これに対して、本発明の複合センサでは、差圧
による静圧センサへの影響がないので、より簡単な補正
で、正確な差圧データを求めることできる。
Using the composite sensor according to the present invention, the processing in the microcomputer 19 can be roughly described first.
The temperature sensor output removes the temperature effect of the differential pressure sensor output,
Next, the influence of temperature is removed from the output of the static pressure sensor by the output of the temperature sensor, and this is used to remove the influence of static pressure from the output of the differential pressure sensor. Thus, accurate differential pressure information can be obtained. In the conventional composite sensor, since the output of the static pressure sensor includes the influence of the differential pressure, a process for removing the influence of the differential pressure is required. On the other hand, in the composite sensor of the present invention, since the differential pressure does not affect the static pressure sensor, accurate differential pressure data can be obtained with simpler correction.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、次の効果を奏する。半導体で形成されたセンサ基
板の表面上に、半導体の結晶の種類に応じて、静圧検出
用感応素子を、差圧による引張応力に影響されない方向
に配設するように構成したため、差圧による影響がない
静圧信号が得ることができ、より簡単な補正で精度の高
い差圧計測値を得ることができる。また、差圧検出用ダ
イヤフラムとは別途に静圧検出用ダイヤフラムを設ける
ように構成したものでは、高出力で差圧影響のない静圧
信号を得られるので、差圧計測の精度を向上でき、静圧
信号はプロセス圧用センサとしても利用できる。更に、
センサ基板をエッチングにより加工することで、歩留り
が向上し、信頼性、経済性に富む。
As apparent from the above description, the present invention has the following effects. On the surface of the sensor substrate formed of a semiconductor, according to the type of semiconductor crystal, the static pressure detecting sensitive element is arranged in a direction that is not affected by the tensile stress due to the differential pressure. A static pressure signal having no influence can be obtained, and a highly accurate differential pressure measurement value can be obtained with simpler correction. In addition, if the diaphragm for detecting static pressure is provided separately from the diaphragm for detecting differential pressure, a static pressure signal having a high output and no influence of differential pressure can be obtained, so that the accuracy of differential pressure measurement can be improved. The static pressure signal can also be used as a sensor for process pressure. Furthermore,
The sensor substrate is processed by etching, improves walking stops <br/>, reliability, rich in economy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す複合センサの平面図
である。
FIG. 1 is a plan view of a composite sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例を示す複合センサの断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view of the composite sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】複合センサの各ゲージの結線図である。FIG. 3 is a connection diagram of each gauge of the composite sensor.

【図4】p型シリコンのピエゾ抵抗数係の分布を示す分
布図である。
FIG. 4 is a distribution diagram showing a distribution of the number of piezoresistors in p-type silicon.

【図5】ダイヤフラム上の抵抗変化と応力分布を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a resistance change and a stress distribution on a diaphragm.

【図6】p型の(100)面シリコン基板の静圧ゲージ
に作用する応力を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining stress acting on a static pressure gauge of a p-type (100) plane silicon substrate.

【図7】本発明の第2実施例を示す複合センサの平面図
である。
FIG. 7 is a plan view of a composite sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図8】図7におけるVIII−VIII線断面図である。8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.

【図9】本発明の第3実施例を示す複合センサの平面図
である。
FIG. 9 is a plan view of a composite sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4実施例を示す複合センサの平面
図である。
FIG. 10 is a plan view of a composite sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】センサ基板における等方性エッチング、異方
性エッチングにより形成された複合センサの要部断面図
である。
FIG. 11 is a sectional view of a main part of a composite sensor formed by isotropic etching and anisotropic etching on a sensor substrate.

【図12】差圧伝送器の使用例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of use of a differential pressure transmitter.

【図13】差圧伝送器の具体的構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 13 is a block diagram showing a specific configuration of a differential pressure transmitter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 センサ基板 2 固定台 4 差圧検出用ダイヤフラム 5 固定部 7,8 ライン 9 温度ゲージ 10 静圧検出用ダイヤフラム 14 差圧伝送器 111〜114 差圧ゲージ 211〜214 静圧ゲージ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor board 2 Fixed base 4 Diaphragm for differential pressure detection 5 Fixed part 7, 8 line 9 Temperature gauge 10 Diaphragm for static pressure detection 14 Differential pressure transmitter 111-114 Differential pressure gauge 211-214 Static pressure gauge

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 智 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 鵜飼 征一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平3−44079(JP,A) 特開 平1−184433(JP,A) 特開 昭64−27275(JP,A) 特開 昭61−240134(JP,A) 特開 昭56−40735(JP,A) 特公 平2−9704(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01L 9/04 101 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Satoshi Shimada 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Seiichi Ukai 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-3-44079 (JP, A) JP-A-1-184433 (JP, A) JP-A-64-27275 (JP, A) JP-A-61-240134 (JP, A) JP-A-56-40735 (JP, A) Japanese Patent Publication No. 2-9704 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01L 9/04 101

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 中央の差圧検出用ダイヤフラムと周辺の
固定部からなるセンサ基板と、前記ダイヤフラム上に配
設した複数の差圧検出用感応素子と、固定部上に配設し
た複数の静圧検出用感応素子を含む複合センサにおい
て、前記静圧検出用感応素子は、前記ダイヤフラムに加
わる差圧に基づき前記静圧検出用感応素子の配設領域に
発生する引張応力の影響を受けない方向に配置されたこ
とを特徴とする複合センサ。
1. A sensor substrate comprising a central diaphragm for detecting a differential pressure and a peripheral fixed part, a plurality of differential pressure detecting sensitive elements disposed on the diaphragm, and a plurality of static elements disposed on the fixed part. In the composite sensor including the pressure detecting sensitive element, the static pressure detecting sensitive element is in a direction not affected by a tensile stress generated in an arrangement area of the static pressure detecting sensitive element based on a differential pressure applied to the diaphragm. A composite sensor, comprising: a sensor;
【請求項2】 中央の差圧検出用ダイヤフラムと周辺の
固定部からなるセンサ基板と、前記ダイヤフラム上に配
設した複数の差圧検出用感応素子と、前記固定部上に配
設した複数の静圧検出用感応素子を含む複合センサにお
いて、前記複数の静圧検出用感応素子のそれぞれは、前
記センサ基板上、前記ダイヤフラムに加わる差圧に基
づき前記静圧検出用感応素子の配設領域に発生する引張
応力の影響を受けない方向のライン上に配設され、且つ
前記複数の静圧検出用感応素子のそれぞれの感度方向
が、静圧により発生する引張応力の影響を最も受ける前
記方向に向けて配置されることを特徴とする複合セン
サ。
2. A sensor board comprising a central diaphragm for detecting differential pressure and a peripheral fixed portion; a plurality of differential pressure detecting sensitive elements disposed on the diaphragm; and a plurality of differential elements disposed on the fixed portion. In the composite sensor including the static pressure detecting sensitive element, each of the plurality of static pressure detecting sensitive elements is provided on the sensor substrate based on a differential pressure applied to the diaphragm. The sensitivity directions of the plurality of sensing elements for detecting static pressure are arranged on a line in a direction not affected by the tensile stress generated in the direction, and the sensitivity direction of each of the plurality of sensing elements for detecting static pressure is most affected by the tensile stress generated by the static pressure. A composite sensor, wherein the composite sensor is arranged to face.
【請求項3】 請求項記載の複合センサにおいて、引
張応力の影響を最も受ける前記方向を0度の角度を有す
る基準方向とするとき、引張応力の影響を受けない方向
の前記ラインは、前記基準方向に対して45度又は−4
5度の角度を有することを特徴とする複合センサ。
3. The composite sensor according to claim 2 , wherein, when the direction most affected by the tensile stress is a reference direction having an angle of 0 degrees, the line in a direction not affected by the tensile stress is the line. 45 degrees or -4 with respect to the reference direction
A composite sensor having an angle of 5 degrees.
【請求項4】 請求項記載の複合センサにおいて、前
記静圧検出用感応素子の個数は4個であり、これらの静
圧検出用感応素子は、45度と−45度の2つの前記ラ
インの交点から等距離の位置に分散して配設されること
を特徴とする複合センサ。
4. The composite sensor according to claim 3 , wherein the number of said static pressure detecting sensitive elements is four, and said static pressure detecting sensitive elements are two lines of 45 degrees and -45 degrees. A composite sensor, which is distributed and disposed at positions equidistant from the intersection of the two.
【請求項5】 請求項1又は2記載の複合センサにおい
て、前記静圧検出用感応素子は、前記固定部の一部に形
成された静圧検出用ダイヤフラムの上に配設され、一部
の前記静圧検出用感応素子を前記静圧検出用ダイヤフラ
ム上に配設し、残りの前記静圧検出用感応素子を前記固
定部上に配設したことを特徴とする複合センサ。
5. The composite sensor according to claim 1 , wherein the sensing element for detecting static pressure is formed in a part of the fixed portion.
The static pressure detecting diaphragm is disposed on the formed static pressure detecting diaphragm, a part of the static pressure detecting sensitive element is disposed on the static pressure detecting diaphragm, and the remaining static pressure detecting sensitive element is fixed. A composite sensor, wherein the composite sensor is disposed on a unit.
【請求項6】 請求項1又は記載の複合センサにおい
て、前記センサ基板はp型の(100)面シリコン単結
晶で形成され、引張応力の影響を受けない前記方向は<
001>軸方向であることを特徴とする複合センサ。
In integrated sensor 6. The method of claim 1 or 2, wherein the sensor substrate is formed of p-type (100) plane silicon single crystal, the direction which is not affected by the tensile stress <
001> axial direction.
【請求項7】 請求項記載の複合センサにおいて、前
記センサ基板の加工は、異方性エッチングと等方性エッ
チングのうちいずれか一方を用いて行うことを特徴とす
る複合センサ。
7. The composite sensor according to claim 6 , wherein the processing of the sensor substrate is performed by using one of anisotropic etching and isotropic etching.
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