JP2985462B2 - Semiconductor pressure gauge - Google Patents

Semiconductor pressure gauge

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JP2985462B2
JP2985462B2 JP4004069A JP406992A JP2985462B2 JP 2985462 B2 JP2985462 B2 JP 2985462B2 JP 4004069 A JP4004069 A JP 4004069A JP 406992 A JP406992 A JP 406992A JP 2985462 B2 JP2985462 B2 JP 2985462B2
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敏夫 阿賀
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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、直線性特性が向上され
た半導体圧力計に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure gauge having improved linearity characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は従来より一般に使用されている従
来例の構成説明図で、例えば、実開昭63ー63737
号公報に示されている。図において、1は半導体チップ
である。この場合は、シリコンが使用されている。2は
半導体チップ1に設けられ半導体チップ1に起歪部たる
ダイアフラム3を構成する凹部である。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is an explanatory view of the structure of a conventional example generally used in the prior art.
No. in the official gazette. In the figure, reference numeral 1 denotes a semiconductor chip. In this case, silicon is used. Reference numeral 2 denotes a concave portion provided on the semiconductor chip 1 and constituting a diaphragm 3 serving as a strain-flexing portion in the semiconductor chip 1.

【0003】4は、半導体チップ1の起歪部3に設けら
れた半導体圧力検出素子である。この場合は、ピエゾ抵
抗素子が使用されている。5は半導体チップの一面に一
面が接続され前記凹部と圧力導入室6を構成するパイレ
ックスガラスよりなるガラス支持基板である。この場合
は、陽極接合等により接合されている。7はガラス支持
基板に設けられ圧力導入室6に連通する連通孔である。
8は圧力容器である。ガラス支持基板5の他面が接合さ
れている。
[0003] Reference numeral 4 denotes a semiconductor pressure detecting element provided in the strain generating portion 3 of the semiconductor chip 1. In this case, a piezoresistive element is used. Reference numeral 5 denotes a glass support substrate made of Pyrex glass, one surface of which is connected to one surface of the semiconductor chip and which constitutes the recess and the pressure introducing chamber 6. In this case, they are joined by anodic joining or the like. Reference numeral 7 denotes a communication hole provided in the glass support substrate and communicating with the pressure introduction chamber 6.
8 is a pressure vessel. The other surface of the glass support substrate 5 is joined.

【0004】以上の構成において、圧力導入室6に低圧
側圧力PLが導入され、ダイアフラム3の外側から高圧
側圧力PHが加わると、ダイアフラム3は、高圧側圧力
H―低圧側圧力PLの差圧により変位する。この変位を
半導体圧力検出素子により電気的に検出すれば、差圧に
対応した電気信号出力が得られる。
[0004] In the above configuration, introduces low-pressure side pressure P L in the pressure introduction chamber 6, the high side pressure P H is applied from the outside of the diaphragm 3, the diaphragm 3, the high side pressure P H - low side pressure P Displaced by L differential pressure. If this displacement is electrically detected by a semiconductor pressure detecting element, an electric signal output corresponding to the differential pressure can be obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、出力∝Σπiσi(ここで、Σはi=
0からi=∞までの加算和の演算記号、πはピエゾ抵抗
係数、σは応力素子を示す。)ここで、σが小さい場
合、即ち、差圧が低圧の場合は、σの2次項以下は無視
でき、直線性は良好である。しかしながら、σが大きい
場合、即ち、差圧が高圧の場合は、σの2次項以下は無
視できず、直線性は悪化する。
However, in such a device, the output ∝Σπ i σ i (where Σ is i =
An operation symbol of the addition and sum from 0 to i = ∞, π indicates a piezoresistance coefficient, and σ indicates a stress element. Here, when σ is small, that is, when the differential pressure is low, the quadratic term of σ and below can be ignored, and the linearity is good. However, when σ is large, that is, when the differential pressure is high, the second and lower terms of σ cannot be ignored, and the linearity deteriorates.

【0006】本発明は、この問題点を解決するものであ
る。本発明の目的は、直線性特性が向上された半導体圧
力計を提供するにある。
The present invention solves this problem. An object of the present invention is to provide a semiconductor pressure gauge with improved linearity characteristics.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、半導体チップと、該半導体チップに設け
られ該半導体チップに起歪部たるダイアフラムを構成す
る凹部とを具備する半導体圧力計において、前記半導体
チップのダイアフラム外の該半導体チップに設けられた
半導体圧力検出素子を具備したことを特徴とする半導体
圧力計を構成したものである。
In order to achieve this object, the present invention provides a semiconductor pressure sensor having a semiconductor chip and a concave portion provided on the semiconductor chip and forming a diaphragm which is a strain generating portion on the semiconductor chip. A semiconductor pressure gauge provided with a semiconductor pressure detecting element provided on the semiconductor chip outside the diaphragm of the semiconductor chip.

【0008】[0008]

【作用】以上の構成において、圧力導入室に低圧側圧力
が導入され、ダイアフラムの外側から高圧側圧力が加わ
ると、ダイアフラムは、高圧側圧力―低圧側圧力の差圧
により変位する。この変位を半導体圧力検出素子により
電気的に検出すれば、差圧に対応した電気信号出力が得
られる。以下、実施例に基づき詳細に説明する。
In the above construction, when the low pressure side pressure is introduced into the pressure introducing chamber and the high pressure side pressure is applied from the outside of the diaphragm, the diaphragm is displaced by the pressure difference between the high pressure side pressure and the low pressure side pressure. If this displacement is electrically detected by a semiconductor pressure detecting element, an electric signal output corresponding to the differential pressure can be obtained. Hereinafter, a detailed description will be given based on embodiments.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本発明の一実施例の要部構成説明図、
図2は図1の側面図である。図において、図5と同一記
号の構成は同一機能を表わす。以下、図5と相違部分の
み説明する。11は、半導体チップのダイアフラム外の
該半導体チップに設けられた半導体圧力検出素子であ
る。ゲージの中心からの距離r1は、r1/r≒1〜1.
5(r:ダイアフラムの辺の長さの半分)に選ばれてい
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG.
FIG. 2 is a side view of FIG. In the figure, the configuration of the same symbol as FIG. 5 represents the same function. Hereinafter, only differences from FIG. 5 will be described. Reference numeral 11 denotes a semiconductor pressure detecting element provided on the semiconductor chip outside the diaphragm of the semiconductor chip. The distance r 1 from the center of the gauge is r 1 / r ≒ 1.
5 (r: half the length of the side of the diaphragm).

【0010】この例では、半導体圧力検出素子11は剪
断形半導体圧力検出素子が使用されている。従来は、ダ
イアフラム3の中の適当な位置に半導体圧力検出素子を
形成していたが(例えば、r=r2、σx+σy≒−20kg
/mm2)、本提案では、ダイアフラム11の外側の|σx
+σy|≦15kg/mm2程度となる位置に形成してある
(例えば、r=r1、σx+σy=−8kg/mm2)。
In this example, the semiconductor pressure detecting element 11 is a shear type semiconductor pressure detecting element. Conventionally, a semiconductor pressure detecting element is formed at an appropriate position in the diaphragm 3 (for example, r = r 2, σ x + σ y ≒ −20 kg).
/ mm 2 ), in the present proposal, | σ x outside the diaphragm 11
+ Σ y | ≦ 15 kg / mm 2 (for example, r = r 1, σ x + σ y = −8 kg / mm 2 ).

【0011】以上の構成において、圧力導入室6に低圧
側圧力PLが導入され、ダイアフラム3の外側から高圧側
圧力PHが加わると、ダイアフラム3は、高圧側圧力PH
―低圧側圧力PLの差圧により変位する。この変位を半
導体圧力検出素子4により電気的に検出すれば、差圧に
対応した電気信号出力が得られる。剪断形ゲージでは、
0UT=KπτVS(K:定数、π:ピエゾ抵抗係数、
τ:剪断応力、VS:駆動電圧)である。
[0011] In the above configuration, introduces low-pressure side pressure P L in the pressure introduction chamber 6, the high side pressure P H is applied from the outside of the diaphragm 3, the diaphragm 3, the high side pressure P H
- displaced by the differential pressure of the low-pressure side pressure P L. If this displacement is electrically detected by the semiconductor pressure detecting element 4, an electric signal output corresponding to the differential pressure can be obtained. For shear gauges,
V 0UT = KπτV S (K: constant, π: piezoresistance coefficient,
τ: shear stress, V S : drive voltage).

【0012】図3に半導体圧力検出素子4の位置rと応
力σとの関係を示す。図4に示す如く、入力圧力に対す
る電気出力V0UTの直線性Lは、実験より、半導体圧力
検出素子4の位置の応力σx+σyにほぼ比例しているこ
とが分かった。σが大きい場合、即ち、差圧が高圧の場
合は、σの2次項以下は無視できず、直線性は悪化す
る。
FIG. 3 shows the relationship between the position r of the semiconductor pressure detecting element 4 and the stress σ. As shown in FIG. 4, the linearity L of the electric output V 0UT with respect to the input pressure was found to be substantially proportional to the stress σ x + σ y at the position of the semiconductor pressure detecting element 4 from experiments. When σ is large, that is, when the differential pressure is high, the second and lower terms of σ cannot be ignored and the linearity deteriorates.

【0013】従って、直線性Lを±0.5%に入れるた
めには、|σx+σy|≦15kg/mm2程度にすることが必
要であることが判明した。半導体圧力計では、半導体圧
力検出素子11を通常、ダイアフラム3上に配置する。
しかし、100kg/mm2位以上の高圧を測定する場合に
は、ダイアフラム上では、図3に示す如く、r=r1
場合のように、|σx+σy|≦15kg/mm2程度を得るの
は困難である。ダイアフラム3外に置くことにより、|
σx+σy|≦15kg/mm2程度となり、直線性Lを±0.
5%以内にすることができる。
Therefore, it has been found that it is necessary to make | σ x + σ y | ≦ 15 kg / mm 2 in order to make the linearity L within ± 0.5%. In a semiconductor pressure gauge, the semiconductor pressure detecting element 11 is usually arranged on the diaphragm 3.
However, when measuring a high pressure of about 100 kg / mm 2 or more, as shown in FIG. 3, on the diaphragm, as in the case of r = r 1 , approximately | σ x + σ y | ≦ 15 kg / mm 2 It is difficult to get. By placing outside diaphragm 3 |
σ x + σ y | ≦ about 15 kg / mm 2 , and the linearity L is set to ± 0.
It can be within 5%.

【0014】この結果、 (1)高圧測定レンジ範囲で、電気回路を使用した補正
等の外的手段を用いる事無く、簡単な構成で半導体圧力
検出素子11の出力そのものの、圧力に対する直線性を
良くすることが出来る。 (2)直線性が良い高精度な半導体圧力計を安価に作る
事ができる。
As a result, (1) The linearity of the output itself of the semiconductor pressure detecting element 11 with respect to pressure can be reduced with a simple configuration without using external means such as correction using an electric circuit in the high pressure measurement range. Can be better. (2) A high-precision semiconductor pressure gauge with good linearity can be manufactured at low cost.

【0015】なお、前述の実施例では、矩形ダイアフラ
ム3について説明したが、これに限る事は無く、円形ダ
イアフラムでも良く、要するに、ダイアフラムであれば
良い。また、信号処理回路を半導体チップ1上に形成し
たいわゆる集積形半導体圧力計でも良い。また、剪断形
半導体圧力検出素子11が使用されていると、説明した
が半導体チップ1上に複数のピエゾ抵抗素子を形成して
も良く、4個使用してブリッジにしたものでも良い。
In the above embodiment, the rectangular diaphragm 3 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a circular diaphragm may be used. In short, any diaphragm may be used. Further, a so-called integrated semiconductor pressure gauge in which a signal processing circuit is formed on the semiconductor chip 1 may be used. Further, it has been described that the shear-type semiconductor pressure detecting element 11 is used. However, a plurality of piezoresistive elements may be formed on the semiconductor chip 1 or a bridge using four pieces may be used.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
チップと、該半導体チップに設けられ該半導体チップに
起歪部たるダイアフラムを構成する凹部とを具備する半
導体圧力計において、前記半導体チップのダイアフラム
外の該半導体チップに設けられた半導体圧力検出素子を
具備したことを特徴とする半導体圧力計を構成した。
As described above, the present invention relates to a semiconductor pressure gauge including a semiconductor chip and a concave portion provided on the semiconductor chip and constituting a diaphragm which is a strain-causing portion in the semiconductor chip. And a semiconductor pressure gauge provided on the semiconductor chip outside the diaphragm.

【0017】この結果、 (1)高圧測定レンジ範囲で、電気回路を使用した補正
等の外的手段を用いる事無く、簡単な構成で半導体圧力
検出素子の出力そのものの、圧力に対する直線性を良く
することが出来る。 (2)直線性が良い高精度な半導体圧力計を安価に作る
事ができる。従って、本発明によれば、直線性特性が向
上された半導体圧力計が得られる。
As a result, (1) the linearity of the output of the semiconductor pressure detecting element itself with respect to pressure is improved in a simple configuration without using external means such as correction using an electric circuit in the high pressure measurement range. You can do it. (2) A high-precision semiconductor pressure gauge with good linearity can be manufactured at low cost. Therefore, according to the present invention, a semiconductor pressure gauge having improved linearity characteristics can be obtained.

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

【図1】本発明の一実施例の要部構成説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a main part configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】図1の側面図である。FIG. 2 is a side view of FIG.

【図3】図1の動作説明図である。FIG. 3 is an operation explanatory diagram of FIG. 1;

【図4】図1の動作説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram of FIG. 1;

【図5】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a configuration of a conventional example generally used in the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体チップ 2…凹部 3…ダイアフラム 4…半導体圧力検出素子 5…基板 6…圧力導入室 11…半導体圧力検出素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor chip 2 ... Concave part 3 ... Diaphragm 4 ... Semiconductor pressure detecting element 5 ... Substrate 6 ... Pressure introduction chamber 11 ... Semiconductor pressure detecting element

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01L 9/04 - 9/06 H01L 29/84 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01L 9/04-9/06 H01L 29/84

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体チップと、 該半導体チップに設けられ該半導体チップに起歪部たる
ダイアフラムを構成する凹部とを具備する半導体圧力計
において、 前記半導体チップのダイアフラム外の該半導体チップに
設けられた半導体圧力検出素子を具備したことを特徴と
する半導体圧力計。
1. A semiconductor pressure gauge comprising: a semiconductor chip; and a concave portion provided on the semiconductor chip and constituting a diaphragm serving as a strain-causing portion on the semiconductor chip, wherein the semiconductor pressure gauge is provided on the semiconductor chip outside the diaphragm of the semiconductor chip. A semiconductor pressure gauge, comprising: a semiconductor pressure detecting element.
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