JP3080212B2 - 半導体差圧測定装置 - Google Patents
半導体差圧測定装置Info
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- JP3080212B2 JP3080212B2 JP07178745A JP17874595A JP3080212B2 JP 3080212 B2 JP3080212 B2 JP 3080212B2 JP 07178745 A JP07178745 A JP 07178745A JP 17874595 A JP17874595 A JP 17874595A JP 3080212 B2 JP3080212 B2 JP 3080212B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、静圧特性、温度特性が
良好な半導体差圧測定装置に関するものである。
良好な半導体差圧測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０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、特開昭５９―５６１３
７号の第１図に示されている。図において、ハウジング
１の両側にフランジ２、フランジ３が嵌合い組み立てら
れ溶接等によって固定されており、両フランジ２，３に
は測定せんとする圧力ＰHの高圧流体の導入口５、圧力
ＰLの低圧流体の導入口４が設けられている。
従来例の構成説明図で、例えば、特開昭５９―５６１３
７号の第１図に示されている。図において、ハウジング
１の両側にフランジ２、フランジ３が嵌合い組み立てら
れ溶接等によって固定されており、両フランジ２，３に
は測定せんとする圧力ＰHの高圧流体の導入口５、圧力
ＰLの低圧流体の導入口４が設けられている。
【０００３】ハウジング１内に圧力測定室６が形成され
ており、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７と
シリコンダイアフラム８が設けられている。センタダイ
アフラム７とシリコンダイアフラム８はそれぞれ別個に
圧力測定室６の壁に固定されており、センタダイアフラ
ム７とシリコンダイアフラム８の両者でもって圧力測定
室６を２分している。
ており、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７と
シリコンダイアフラム８が設けられている。センタダイ
アフラム７とシリコンダイアフラム８はそれぞれ別個に
圧力測定室６の壁に固定されており、センタダイアフラ
ム７とシリコンダイアフラム８の両者でもって圧力測定
室６を２分している。
【０００４】センタダイアフラム７と対向する圧力測定
室６の壁には、バックプレ―ト６Ａ，６Ｂが形成されて
いる。センタダイアフラム７は周縁部をハウジング１に
溶接されている。シリコンダイアフラム８は全体が単結
晶のシリコン基板から形成されている。
室６の壁には、バックプレ―ト６Ａ，６Ｂが形成されて
いる。センタダイアフラム７は周縁部をハウジング１に
溶接されている。シリコンダイアフラム８は全体が単結
晶のシリコン基板から形成されている。
【０００５】シリコン基板の一方の面にボロン等の不純
物を選択拡散して４っのストレンゲ―ジ８０を形成し、
他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイ
アフラムを形成する。４っのストレインゲ―ジ８０は、
シリコンダイアフラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、
２つが引張り、２つが圧縮を受けるようになっており、
これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵
抗変化が差圧ΔＰの変化として検出される。
物を選択拡散して４っのストレンゲ―ジ８０を形成し、
他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイ
アフラムを形成する。４っのストレインゲ―ジ８０は、
シリコンダイアフラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、
２つが引張り、２つが圧縮を受けるようになっており、
これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵
抗変化が差圧ΔＰの変化として検出される。
【０００６】８１は、ストレインゲ―ジ８０に一端が取
付けられたリ―ドである。８２は、リ―ド８１の他端が
接続されたハ―メチック端子である。支持体９は、ハ―
メチック端子を備えており、支持体９の圧力測定室６側
端面に低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラ
ム８が接着固定されている。
付けられたリ―ドである。８２は、リ―ド８１の他端が
接続されたハ―メチック端子である。支持体９は、ハ―
メチック端子を備えており、支持体９の圧力測定室６側
端面に低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラ
ム８が接着固定されている。
【０００７】ハウジング１とフランジ２、およびフラン
ジ３との間に、圧力導入室１０，１１が形成されてい
る。この圧力導入室１０，１１内に隔液ダイアフラム１
２，１３を設け、この隔液ダイアフラム１２，１３と対
向するハウジング１の壁１０Ａ，１１Ａに隔液ダイアフ
ラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―トが形成さ
れている。
ジ３との間に、圧力導入室１０，１１が形成されてい
る。この圧力導入室１０，１１内に隔液ダイアフラム１
２，１３を設け、この隔液ダイアフラム１２，１３と対
向するハウジング１の壁１０Ａ，１１Ａに隔液ダイアフ
ラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―トが形成さ
れている。
【０００８】隔液ダイアフラム１２，１３とバックプレ
―ト１０Ａ，１１Ａとで形成される空間と、圧力測定室
６は、連通孔１４，１５を介して導通している。そし
て、隔液ダイアフラム１２，１３間にシリコンオイル等
の封入液１０１，１０２が満たされ、この封入液が連通
孔１６，１７を介してシリコンダイアフラム８の上下面
にまで至っている、封入液１０１，１０２はセンタダイ
アフラム７とシリコンダイアフラム８とによって２分さ
れているが、その量が、ほぼ均等になるように配慮され
ている。
―ト１０Ａ，１１Ａとで形成される空間と、圧力測定室
６は、連通孔１４，１５を介して導通している。そし
て、隔液ダイアフラム１２，１３間にシリコンオイル等
の封入液１０１，１０２が満たされ、この封入液が連通
孔１６，１７を介してシリコンダイアフラム８の上下面
にまで至っている、封入液１０１，１０２はセンタダイ
アフラム７とシリコンダイアフラム８とによって２分さ
れているが、その量が、ほぼ均等になるように配慮され
ている。
【０００９】以上の構成において、高圧側から圧力が作
用した場合、隔液ダイアフラム１３に作用する圧力が封
入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達され
る。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイア
フラム１２に作用する圧力が封入液１０１によってシリ
コンダイアフラム８に伝達される。
用した場合、隔液ダイアフラム１３に作用する圧力が封
入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達され
る。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイア
フラム１２に作用する圧力が封入液１０１によってシリ
コンダイアフラム８に伝達される。
【００１０】この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応
じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がスト
レインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され、差圧の測
定が行なわれる。
じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がスト
レインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され、差圧の測
定が行なわれる。
【００１１】
【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、静圧の影響を受け静圧誤差が生ず
る。この静圧誤差を補償するため、図１１に示す如く、
シリコンダイアフラム８の薄肉部８ａと厚肉部８ｂとに
拡散歪ゲージＧd，Ｇsを設ける。
な装置においては、静圧の影響を受け静圧誤差が生ず
る。この静圧誤差を補償するため、図１１に示す如く、
シリコンダイアフラム８の薄肉部８ａと厚肉部８ｂとに
拡散歪ゲージＧd，Ｇsを設ける。
【００１２】薄肉部８ａ上の歪ゲージＧdで差圧圧力Δ
Ｐによる薄肉部８ａの変形を検出する。厚肉部８ｂ上の
歪ゲージＧsでセンサ全体に静圧ＳPが印加した場合の、
シリコンダイアフラム８と支持体９の変形の相違によっ
て生じるシリコンダイアフラム８の変形を検出し、静圧
ＳPの値を検出する。
Ｐによる薄肉部８ａの変形を検出する。厚肉部８ｂ上の
歪ゲージＧsでセンサ全体に静圧ＳPが印加した場合の、
シリコンダイアフラム８と支持体９の変形の相違によっ
て生じるシリコンダイアフラム８の変形を検出し、静圧
ＳPの値を検出する。
【００１３】この場合の、差圧ΔＰによる歪ゲージ
Ｇd，Ｇsの出力変化は図１２、静圧ＳPによる歪ゲージ
Ｇd，Ｇsの出力変化は図１３となる。つまり、差圧ΔＰ
が印加したときは、歪ゲージＧdだけでなく、歪ゲージ
Ｇsも変化する。
Ｇd，Ｇsの出力変化は図１２、静圧ＳPによる歪ゲージ
Ｇd，Ｇsの出力変化は図１３となる。つまり、差圧ΔＰ
が印加したときは、歪ゲージＧdだけでなく、歪ゲージ
Ｇsも変化する。
【００１４】このため、（１）式に示す演算式で、相互
関係を明らかにして、印加された測定差圧ΔＰの値を求
めている。 ΔＰ＝Σn i=0Σm j=0Ｋij×Ｇd i×Ｇs j （１）
関係を明らかにして、印加された測定差圧ΔＰの値を求
めている。 ΔＰ＝Σn i=0Σm j=0Ｋij×Ｇd i×Ｇs j （１）
【００１５】この場合に、両者の相互関係が大きいため
に、歪ゲージＧd，Ｇsの出力分離が良くないため、高い
次数（ｎ、ｍ）の補正演算が必要となり、又補正後の精
度も十分に得られず、静圧特性も十分でないと言う問題
があった。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、静圧特性、温度特性が良好な半導
体差圧測定装置を提供するにある。
に、歪ゲージＧd，Ｇsの出力分離が良くないため、高い
次数（ｎ、ｍ）の補正演算が必要となり、又補正後の精
度も十分に得られず、静圧特性も十分でないと言う問題
があった。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、静圧特性、温度特性が良好な半導
体差圧測定装置を提供するにある。
【００１６】
【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、 （１）測定ダイアフラムの両側に測定室が設けられる半
導体差圧測定装置において、半導体基板に設けられ該半
導体基板の一面側に前記半導体基板と実質的に一体構成
にからなる第１測定ダイアフラムを形成する第１測定室
と、該第１測定室に対向して前記第１測定ダイアフラム
の反対面であって前記半導体基板の前記一面側の表面に
設けられた第１凹部と、前記半導体基板に設けられ該半
導体基板の前記一面側に前記半導体基板と実質的に一体
構成にからなる第２測定ダイアフラムを形成する第２測
定室と、該第２測定室に対向して前記第２測定ダイアフ
ラムの反対面であって前記半導体基板の前記一面側の表
面に設けられた第２凹部と、前記半導体基板の前記一面
に一面が接して設けられ前記第１凹部と第３測定室を構
成し前記第２凹部と第４測定室を構成する支持基板と、
前記半導体基板に設けられ一端から一方の測定圧力が導
入され他端側が前記第３測定室と第２測定室とに連通さ
れる第１連通札と、前記半導体基板に設けられ一端から
他方の測定圧力が導入され他端側が前記第４測定室と第
ｌ測定室とに連通される第２連通孔と、測定差圧によっ
て前記第１測定ダイアフラムに発生する変位又は歪を検
出する第１センサと、測定差圧によって前記第２測定ダ
イアフラムに発生する変位又は歪を検出する第２センサ
と、該第２センサの出力と前記第１センサの出力との差
を演算する演算回踏とを貝備したことを特徴とする半導
体差圧測定装置。 （２）前記第１，第２センサとして、歪ゲージが使用さ
れたことを特徴とする請求項１記載の半導体差圧測定装
置。 （３）前記第１，第２センサとして、振動形歪センサが
使用されたことを特徴とする請求項１記載の半導体差圧
測定装置。 （４）前記第１，第２センサとして、静電容量形センサ
が使用されたことを特徴とする請求項１記載の半導体差
圧測定装置。を構成したものである。
に、本発明は、 （１）測定ダイアフラムの両側に測定室が設けられる半
導体差圧測定装置において、半導体基板に設けられ該半
導体基板の一面側に前記半導体基板と実質的に一体構成
にからなる第１測定ダイアフラムを形成する第１測定室
と、該第１測定室に対向して前記第１測定ダイアフラム
の反対面であって前記半導体基板の前記一面側の表面に
設けられた第１凹部と、前記半導体基板に設けられ該半
導体基板の前記一面側に前記半導体基板と実質的に一体
構成にからなる第２測定ダイアフラムを形成する第２測
定室と、該第２測定室に対向して前記第２測定ダイアフ
ラムの反対面であって前記半導体基板の前記一面側の表
面に設けられた第２凹部と、前記半導体基板の前記一面
に一面が接して設けられ前記第１凹部と第３測定室を構
成し前記第２凹部と第４測定室を構成する支持基板と、
前記半導体基板に設けられ一端から一方の測定圧力が導
入され他端側が前記第３測定室と第２測定室とに連通さ
れる第１連通札と、前記半導体基板に設けられ一端から
他方の測定圧力が導入され他端側が前記第４測定室と第
ｌ測定室とに連通される第２連通孔と、測定差圧によっ
て前記第１測定ダイアフラムに発生する変位又は歪を検
出する第１センサと、測定差圧によって前記第２測定ダ
イアフラムに発生する変位又は歪を検出する第２センサ
と、該第２センサの出力と前記第１センサの出力との差
を演算する演算回踏とを貝備したことを特徴とする半導
体差圧測定装置。 （２）前記第１，第２センサとして、歪ゲージが使用さ
れたことを特徴とする請求項１記載の半導体差圧測定装
置。 （３）前記第１，第２センサとして、振動形歪センサが
使用されたことを特徴とする請求項１記載の半導体差圧
測定装置。 （４）前記第１，第２センサとして、静電容量形センサ
が使用されたことを特徴とする請求項１記載の半導体差
圧測定装置。を構成したものである。
【００１７】
【作用】以上の構成において、高圧側測定圧力が、第１
連通孔を介して、第３測定室と第２測定室とに印加され
る。一方、低圧側測定圧力が、第２連通孔を介して、第
４測定室と第３測定室とに印加される。
連通孔を介して、第３測定室と第２測定室とに印加され
る。一方、低圧側測定圧力が、第２連通孔を介して、第
４測定室と第３測定室とに印加される。
【００１８】第１，第２センサは、第１，第２測定ダイ
アフラムに発生する変位又は歪を検出する。演算回路
は、第１，第２センサの出力の差を演算して測定差圧に
対応した出力信号を出力する。以下、実施例に基づき詳
細に説明する。
アフラムに発生する変位又は歪を検出する。演算回路
は、第１，第２センサの出力の差を演算して測定差圧に
対応した出力信号を出力する。以下、実施例に基づき詳
細に説明する。
【００１９】
【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の具体的構成の要部詳細説明図、図３は図２
のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図、図５は図
２のＣ−Ｃ断面図である。図において、図１０と同一記
号の構成は同一機能を表わす。以下、図１０と相違部分
のみ説明する。
図２は図１の具体的構成の要部詳細説明図、図３は図２
のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図、図５は図
２のＣ−Ｃ断面図である。図において、図１０と同一記
号の構成は同一機能を表わす。以下、図１０と相違部分
のみ説明する。
【００２０】２１は、シリコン基板２２に設けられ、シ
リコン基板の一面側２２ａにシリコン基板２２と実質的
に一体構成にからなる第１測定ダイアフラム２３を形成
する、所定の極めて小さな隙間からなる第１測定室であ
る。２４は、第１測定ダイアフラム２３の反対面であっ
て、シリコン基板２２の一面側２２ａの表面に設けら
れ、深さが極めて浅くなっている第１凹部である。
リコン基板の一面側２２ａにシリコン基板２２と実質的
に一体構成にからなる第１測定ダイアフラム２３を形成
する、所定の極めて小さな隙間からなる第１測定室であ
る。２４は、第１測定ダイアフラム２３の反対面であっ
て、シリコン基板２２の一面側２２ａの表面に設けら
れ、深さが極めて浅くなっている第１凹部である。
【００２１】２５は、シリコン基板２２に設けられ、シ
リコン基板の一面側２２ａに、シリコン基板２２と実質
的に一体構成にからなり、第１測定ダイアフラム２３と
同一の有効面積を有する第２測定ダイアフラム２６を形
成する、所定の極めて小さな隙間からなる第２測定室で
ある。２７は、第２測定ダイアフラム２６の反対面であ
って、シリコン基板２２の一面側２２ａの表面に設けら
れ、深さが極めて浅くなっている第２凹部である。
リコン基板の一面側２２ａに、シリコン基板２２と実質
的に一体構成にからなり、第１測定ダイアフラム２３と
同一の有効面積を有する第２測定ダイアフラム２６を形
成する、所定の極めて小さな隙間からなる第２測定室で
ある。２７は、第２測定ダイアフラム２６の反対面であ
って、シリコン基板２２の一面側２２ａの表面に設けら
れ、深さが極めて浅くなっている第２凹部である。
【００２２】２８は、シリコン基板２２の一面２２ａに
一面２８ａが接して設けられ、第１凹部２４と第３測定
室２９を構成し、第２凹部２７と第４測定室３１を構成
する支持基板である。
一面２８ａが接して設けられ、第１凹部２４と第３測定
室２９を構成し、第２凹部２７と第４測定室３１を構成
する支持基板である。
【００２３】なお、第１，第２，第３，第４測定室２
１，２５，２９，３１は、過大圧が印加された場合に、
第１、あるいは第２測定ダイアフラムをバックアップし
て、測定ダイアフラムの破壊を防止出来るように、バッ
クアップ方向の隙間は極めて小さくなっている。例え
ば、１ｍμ程度である。図１は本発明を理解し易くする
ため、バックアップ方向の隙間は大きく示している。
１，２５，２９，３１は、過大圧が印加された場合に、
第１、あるいは第２測定ダイアフラムをバックアップし
て、測定ダイアフラムの破壊を防止出来るように、バッ
クアップ方向の隙間は極めて小さくなっている。例え
ば、１ｍμ程度である。図１は本発明を理解し易くする
ため、バックアップ方向の隙間は大きく示している。
【００２４】３２は、シリコン基板２２に設けられ、一
端から一方の測定圧力ＰHが導入され、他端側が第３測
定室２９と第２測定室２５とに連通される第１連通孔で
ある。３３は、シリコン基板２２に設けられ、一端から
他方の測定圧力ＰLが導入され、他端側が第４測定室３
１と第１測定室２１とに連通される第２連通孔である。
端から一方の測定圧力ＰHが導入され、他端側が第３測
定室２９と第２測定室２５とに連通される第１連通孔で
ある。３３は、シリコン基板２２に設けられ、一端から
他方の測定圧力ＰLが導入され、他端側が第４測定室３
１と第１測定室２１とに連通される第２連通孔である。
【００２５】なお、図１において、第１連通孔３２の第
３測定室２９と第２測定室２５との接続関係、或いは、
第２連通孔３３の第２測定室２５と第３測定室２９との
接続関係を理解し易くするために、実際と異なって示し
ている。実際には、図２〜図５に示す様な接続関係にな
っている。
３測定室２９と第２測定室２５との接続関係、或いは、
第２連通孔３３の第２測定室２５と第３測定室２９との
接続関係を理解し易くするために、実際と異なって示し
ている。実際には、図２〜図５に示す様な接続関係にな
っている。
【００２６】３４は、測定差圧によって、第１測定ダイ
アフラム２３に発生する変位又は歪を検出する第１セン
サで、この場合は、歪検出素子が使用されている。３５
は、測定差圧によって、第２測定ダイアフラム２６に発
生する変位又は歪を検出する第２センサで、この場合
は、歪検出素子が使用されている。
アフラム２３に発生する変位又は歪を検出する第１セン
サで、この場合は、歪検出素子が使用されている。３５
は、測定差圧によって、第２測定ダイアフラム２６に発
生する変位又は歪を検出する第２センサで、この場合
は、歪検出素子が使用されている。
【００２７】３６は、第１センサ３４の出力と、第２セ
ンサ３５の出力との差を演算する演算回路（図示せず）
である。３７は、第１連通孔３２に測定圧力ＰHを導入
する圧力導入孔である。３８は、第２連通孔３３に測定
圧力ＰLを導入する圧力導入孔である。
ンサ３５の出力との差を演算する演算回路（図示せず）
である。３７は、第１連通孔３２に測定圧力ＰHを導入
する圧力導入孔である。３８は、第２連通孔３３に測定
圧力ＰLを導入する圧力導入孔である。
【００２８】以上の構成において、高圧側測定圧力ＰH
が、第１連通孔３２を介して、第３測定室２９と第２測
定室２５とに印加される。低圧側測定圧力ＰLが、第２
連通孔３３を介して、第４測定室３１と第１測定室２１
とに印加される。
が、第１連通孔３２を介して、第３測定室２９と第２測
定室２５とに印加される。低圧側測定圧力ＰLが、第２
連通孔３３を介して、第４測定室３１と第１測定室２１
とに印加される。
【００２９】高圧側測定圧力ＰHと低圧側測定圧力ＰLと
の圧力差に応じて、第１測定ダイアフラム２３と第２測
定ダイアフラム２６とが変位して歪む。この歪み量が歪
検出素子３４と歪検出素子３５とによって電気的に検出
される。演算回路３６により、第１歪検出素子３４の出
力と、第２歪検出素子３５の出力とが演算され、差圧の
測定が行なわれる。
の圧力差に応じて、第１測定ダイアフラム２３と第２測
定ダイアフラム２６とが変位して歪む。この歪み量が歪
検出素子３４と歪検出素子３５とによって電気的に検出
される。演算回路３６により、第１歪検出素子３４の出
力と、第２歪検出素子３５の出力とが演算され、差圧の
測定が行なわれる。
【００３０】即ち、第１測定ダイアフラム２３と第２測
定ダイアフラム２６とは、その有効面積が略同一である
ので、略反対方向に変形する。歪検出素子３４のゲージ
出力Ｇ1と歪検出素子３５のゲージ出力Ｇ2は、図６に示
す如く、差圧ΔＰ＝ＰH−ＰLに対して、全く逆の出力を
出力する。
定ダイアフラム２６とは、その有効面積が略同一である
ので、略反対方向に変形する。歪検出素子３４のゲージ
出力Ｇ1と歪検出素子３５のゲージ出力Ｇ2は、図６に示
す如く、差圧ΔＰ＝ＰH−ＰLに対して、全く逆の出力を
出力する。
【００３１】一方、静圧ＳP＝ＰH＝ＰLが印加したとき
は、第１測定ダイアフラム２３と第２測定ダイアフラム
２６との変形は等しく、その出力は、図７に示す如く、
略同じ出力変化となる。
は、第１測定ダイアフラム２３と第２測定ダイアフラム
２６との変形は等しく、その出力は、図７に示す如く、
略同じ出力変化となる。
【００３２】歪検出素子３４のゲージ出力Ｇ1と歪検出
素子３５のゲージ出力Ｇ2との出力を、下記に示す
（２）式の如く差演算すると、差圧ΔＰに比例した出力
が得られ、且つ、その変化量は２倍となる出力Ｕが得ら
れる。
素子３５のゲージ出力Ｇ2との出力を、下記に示す
（２）式の如く差演算すると、差圧ΔＰに比例した出力
が得られ、且つ、その変化量は２倍となる出力Ｕが得ら
れる。
【００３３】一方、歪検出素子３４のゲージ出力Ｇ1と
歪検出素子３５のゲージ出力Ｇ2との出力を下記に示す
（３）式の如く、和演算すると、差圧ΔＰには影響され
ず、静圧ＳPのみに変化する出力Ｖが得られる。
歪検出素子３５のゲージ出力Ｇ2との出力を下記に示す
（３）式の如く、和演算すると、差圧ΔＰには影響され
ず、静圧ＳPのみに変化する出力Ｖが得られる。
【００３４】この出力Ｖは静圧信号として使用すること
ができる。この静圧信号Ｖは、静圧による感度変化を補
正するなど、高精度化演算に使用することができる。 ΔＰ＝Ｕ＝Ｇ1ーＧ2 （２） Ｓp ＝Ｖ＝Ｇ1＋Ｇ2 （３）
ができる。この静圧信号Ｖは、静圧による感度変化を補
正するなど、高精度化演算に使用することができる。 ΔＰ＝Ｕ＝Ｇ1ーＧ2 （２） Ｓp ＝Ｖ＝Ｇ1＋Ｇ2 （３）
【００３５】以上説明したように、半導体マイクロマシ
ニング技術を利用して、有効面積の等しい２個の測定ダ
イアフラム２３，２６を１個のシリコン基板２２に正確
に形成出来、且つ、連通孔３２，３３を利用して、測定
ダイアフラム２３と測定ダイアフラム２６とが互いに逆
方向に動作するように構成した。
ニング技術を利用して、有効面積の等しい２個の測定ダ
イアフラム２３，２６を１個のシリコン基板２２に正確
に形成出来、且つ、連通孔３２，３３を利用して、測定
ダイアフラム２３と測定ダイアフラム２６とが互いに逆
方向に動作するように構成した。
【００３６】この結果、 （１）第１歪検出素子３４の出力と、第２歪検出素子３
５の出力との差演算信号は、差圧ΔＰのみに高感度を有
する信号として得ることが出来る。 （２）而も、その出力変化率（感度）は、２倍となる。
５の出力との差演算信号は、差圧ΔＰのみに高感度を有
する信号として得ることが出来る。 （２）而も、その出力変化率（感度）は、２倍となる。
【００３７】（３）第１歪検出素子３４の出力と、第２
歪検出素子３５の出力との和演算信号は、静圧ＳPのみ
に高感度を有する信号として得ることが出来る。 （４）従って、差演算または和演算するのみで、高精度
な差圧ΔＰ信号または静圧ＳP信号を得ることが出来
る。
歪検出素子３５の出力との和演算信号は、静圧ＳPのみ
に高感度を有する信号として得ることが出来る。 （４）従って、差演算または和演算するのみで、高精度
な差圧ΔＰ信号または静圧ＳP信号を得ることが出来
る。
【００３８】（５）差圧ΔＰ信号と静圧ＳP信号の相互
影響が小さいために、更に高精度にするために、（４）
式に示す演算をするにしても、その演算次数（ｎ，ｍ）
は小さくて済む。 （６）静圧ＳP以外の、例えば、温度特性も、第１歪検
出素子３４の出力と、第２歪検出素子３５の出力との差
演算によってキャンセルされ、優れた温度特性が得られ
る。（７）第1、第２、第３、第４測定室２１，２５，２
９，３１は、実質的にシリコン基板２２と実質的に一体
構成にから構成されているので、半導体プロセスが利用
出来、製作し易く、安価に出来る。又、堅牢に構成出来
る。また、測定ダイアフラム２３，２６と一体構成であ
るので、ドリフト特性や周囲温度の変化等に対する温度
特性も良好となる。 （８）第1、第２、第３、第４測定室２１，２５，２
９，３１は、シリコン基板２２と支持基板２８により構
成されるので、耐圧特性も良好で、支持基板２８製作プ
ロセスと半導体プロセスが利用出来、製作し易く、安価
に出来る。又、堅牢に構成出来る。
影響が小さいために、更に高精度にするために、（４）
式に示す演算をするにしても、その演算次数（ｎ，ｍ）
は小さくて済む。 （６）静圧ＳP以外の、例えば、温度特性も、第１歪検
出素子３４の出力と、第２歪検出素子３５の出力との差
演算によってキャンセルされ、優れた温度特性が得られ
る。（７）第1、第２、第３、第４測定室２１，２５，２
９，３１は、実質的にシリコン基板２２と実質的に一体
構成にから構成されているので、半導体プロセスが利用
出来、製作し易く、安価に出来る。又、堅牢に構成出来
る。また、測定ダイアフラム２３，２６と一体構成であ
るので、ドリフト特性や周囲温度の変化等に対する温度
特性も良好となる。 （８）第1、第２、第３、第４測定室２１，２５，２
９，３１は、シリコン基板２２と支持基板２８により構
成されるので、耐圧特性も良好で、支持基板２８製作プ
ロセスと半導体プロセスが利用出来、製作し易く、安価
に出来る。又、堅牢に構成出来る。
【００３９】図８は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例においては、歪の変化に対応して固
有振動数が変化する振動梁４１，４２を、第１センサ３
４，第２センサ３５として使用したものである。測定信
号として、周波数信号が使用できる利点を有する。
図である。本実施例においては、歪の変化に対応して固
有振動数が変化する振動梁４１，４２を、第１センサ３
４，第２センサ３５として使用したものである。測定信
号として、周波数信号が使用できる利点を有する。
【００４０】差圧ΔＰ信号は、以下の如くして計算され
る。 差圧ΔＰによって発生する信号をΔｆH、ΔｆL 静圧ＳPによって発生する信号をΔｆHP、ΔｆLPとする
と、
る。 差圧ΔＰによって発生する信号をΔｆH、ΔｆL 静圧ＳPによって発生する信号をΔｆHP、ΔｆLPとする
と、
【００４１】第１測定ダイアフラム２３と第２測定ダイ
アフラム２６とは、前述の如く、差圧ΔＰでは逆相で動
作するから、差圧ΔＰ出力信号は、振動梁４１と振動梁
４２との信号の差を、下記の如く、演算することにより
得られる。 差圧ΔＰ＝ＰH−ＰL ＝Ｋ（ｆH0−ｆL0） （４） ｆH0：高圧側の全出力信号 ｆL0：低圧側の全出力信号
アフラム２６とは、前述の如く、差圧ΔＰでは逆相で動
作するから、差圧ΔＰ出力信号は、振動梁４１と振動梁
４２との信号の差を、下記の如く、演算することにより
得られる。 差圧ΔＰ＝ＰH−ＰL ＝Ｋ（ｆH0−ｆL0） （４） ｆH0：高圧側の全出力信号 ｆL0：低圧側の全出力信号
【００４２】 ｆH0＝ ｆH＋ｆHS （５） ｆL0＝−ｆL＋ｆLS （６） ｆS：静圧による出力信号の変化量 ｆHS＝ｆLS ∴差圧ΔＰ＝Ｋ（ｆH−ｆL） （７）
【００４３】図９は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例においては、第１測定ダイアフラム
２３又は第２測定ダイアフラム２６に対向して、支持基
板の一面２８ａにそれぞれ同心状に配置された２組の電
極５１，５２，５３，５４を、第１センサ３４，第２セ
ンサ３５として使用したものである。
図である。本実施例においては、第１測定ダイアフラム
２３又は第２測定ダイアフラム２６に対向して、支持基
板の一面２８ａにそれぞれ同心状に配置された２組の電
極５１，５２，５３，５４を、第１センサ３４，第２セ
ンサ３５として使用したものである。
【００４４】測定信号として、静電容量信号が使用でき
る利点を有する。差圧ΔＰ信号は、以下の如くして計算
される。差圧ΔＰによって発生する測定ダイアフラム２
３又は２６と電極５１，５２，５３，５４との静電容量
信号をＣH1、ＣH2、ＣL1、ＣL2、
る利点を有する。差圧ΔＰ信号は、以下の如くして計算
される。差圧ΔＰによって発生する測定ダイアフラム２
３又は２６と電極５１，５２，５３，５４との静電容量
信号をＣH1、ＣH2、ＣL1、ＣL2、
【００４５】静圧ＳPによって発生する信号をＣHS1、Ｃ
HS2、ＣLS1、ＣLS2とすれば、第１測定ダイアフラム２
３と２６とは、前述の如く、差圧ΔＰでは逆相で動作す
るから、差圧ΔＰ出力信号は、測定ダイアフラム２３，
２６と電極５１，５２，５３，５４の信号の差を、下記
の如く、演算することにより得られる。
HS2、ＣLS1、ＣLS2とすれば、第１測定ダイアフラム２
３と２６とは、前述の如く、差圧ΔＰでは逆相で動作す
るから、差圧ΔＰ出力信号は、測定ダイアフラム２３，
２６と電極５１，５２，５３，５４の信号の差を、下記
の如く、演算することにより得られる。
【００４６】測定ダイアフラム２３，２６の変位δH0，
δL0は、 δH0＝Ｋ（ＣH2−ＣH1） （８） δL0＝Ｋ（ＣL2−ＣL1） （９） 測定ダイアフラム２３，２６の変位δH0，δL0は、更
に、差圧成分と静圧成分とに分けられる。
δL0は、 δH0＝Ｋ（ＣH2−ＣH1） （８） δL0＝Ｋ（ＣL2−ＣL1） （９） 測定ダイアフラム２３，２６の変位δH0，δL0は、更
に、差圧成分と静圧成分とに分けられる。
【００４７】 δH0＝ δH＋δHS （１０） δL0＝−δL＋δLS （１１） 従って、（８）（９）式の差は差圧信号、和は静圧信号
となる。 差圧ΔＰ＝δH0−δL0 ＝Ｋ｛（ＣH2−ＣH1）−（ＣL2−ＣL1）｝ （１２ ） 静圧信号は、高精度化する場合は、微小な静圧誤差の補
正演算用として用いる事ができる。
となる。 差圧ΔＰ＝δH0−δL0 ＝Ｋ｛（ＣH2−ＣH1）−（ＣL2−ＣL1）｝ （１２ ） 静圧信号は、高精度化する場合は、微小な静圧誤差の補
正演算用として用いる事ができる。
【００４８】なお、前述の実施例においては、シリコン
基板２２と説明したが、これに限ることはなく、例え
ば、カリウム砒素基板、シリコンカーバイト基板でも良
い。要するに、半導体であればよい。
基板２２と説明したが、これに限ることはなく、例え
ば、カリウム砒素基板、シリコンカーバイト基板でも良
い。要するに、半導体であればよい。
【００４９】また、第２測定ダイアフラム２６は、第１
測定ダイアフラム２３と同一の有効面積を有すると説明
したが、これが望ましいのであって、これに限ることは
なく、例えば、第１測定ダイアフラム２３と第２測定ダ
イアフラム２６との厚さが異なれば、同一の有効面積で
なくてもよく、また、測定ダイアフラムの有効面積が異
なっても補正係数を使用して補正すれば良い。要する
に、２個の測定ダイアフラム２３，２６があればよい。
測定ダイアフラム２３と同一の有効面積を有すると説明
したが、これが望ましいのであって、これに限ることは
なく、例えば、第１測定ダイアフラム２３と第２測定ダ
イアフラム２６との厚さが異なれば、同一の有効面積で
なくてもよく、また、測定ダイアフラムの有効面積が異
なっても補正係数を使用して補正すれば良い。要する
に、２個の測定ダイアフラム２３，２６があればよい。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、 （１）測定ダイアフラムの両側に測定室が設けられる半
導体差圧測定装置において、半導体基板に設けられ該半
導体基板の一面側に前記半導体基板と実質的に一体構成
にからなる第１測定ダイアフラムを形成する第１測定室
と、該第１測定室に対向して前記第１測定ダイアフラム
の反対面であって前記半導体基板の前記一面側の表面に
設けられた第１凹部と、前記半導体基板に設けられ該半
導体基板の前記一面側に前記半導体基板と実質的に一体
構成にからなる第２測定ダイアフラムを形成する第２測
定室と、該第２測定室に対向して前記第２測定ダイアフ
ラムの反対面であって前記半導体基板の前記一面側の表
面に設けられた第２凹部と、前記半導体基板の前記一面
に一面が接して設けられ前記第１凹部と第３測定室を構
成し前記第２凹部と第４測定室を構成する支持基板と、
前記半導体基板に設けられ一端から一方の測定圧力が導
入され他端側が前記第３測定室と第２測定室とに連通さ
れる第１連通札と、前記半導体基板に設けられ一端から
他方の測定圧力が導入され他端側が前記第４測定室と第
ｌ測定室とに連通される第２連通孔と、測定差圧によっ
て前記第１測定ダイアフラムに発生する変位又は歪を検
出する第１センサと、測定差圧によって前記第２測定ダ
イアフラムに発生する変位又は歪を検出する第２センサ
と、該第２センサの出力と前記第１センサの出力との差
を演算する演算回踏とを貝備したことを特徴とする半導
体差圧測定装置。 （２）前記第１，第２センサとして、歪ゲージが使用さ
れたことを特徴とする請求項１記載の半導体差圧測定装
置。 （３）前記第１，第２センサとして、振動形歪センサが
使用されたことを特徴とする請求項１記載の半導体差圧
測定装置。 （４）前記第１，第２センサとして、静電容量形センサ
が使用されたことを特徴とする請求項１記載の半導体差
圧測定装置。を構成した。
導体差圧測定装置において、半導体基板に設けられ該半
導体基板の一面側に前記半導体基板と実質的に一体構成
にからなる第１測定ダイアフラムを形成する第１測定室
と、該第１測定室に対向して前記第１測定ダイアフラム
の反対面であって前記半導体基板の前記一面側の表面に
設けられた第１凹部と、前記半導体基板に設けられ該半
導体基板の前記一面側に前記半導体基板と実質的に一体
構成にからなる第２測定ダイアフラムを形成する第２測
定室と、該第２測定室に対向して前記第２測定ダイアフ
ラムの反対面であって前記半導体基板の前記一面側の表
面に設けられた第２凹部と、前記半導体基板の前記一面
に一面が接して設けられ前記第１凹部と第３測定室を構
成し前記第２凹部と第４測定室を構成する支持基板と、
前記半導体基板に設けられ一端から一方の測定圧力が導
入され他端側が前記第３測定室と第２測定室とに連通さ
れる第１連通札と、前記半導体基板に設けられ一端から
他方の測定圧力が導入され他端側が前記第４測定室と第
ｌ測定室とに連通される第２連通孔と、測定差圧によっ
て前記第１測定ダイアフラムに発生する変位又は歪を検
出する第１センサと、測定差圧によって前記第２測定ダ
イアフラムに発生する変位又は歪を検出する第２センサ
と、該第２センサの出力と前記第１センサの出力との差
を演算する演算回踏とを貝備したことを特徴とする半導
体差圧測定装置。 （２）前記第１，第２センサとして、歪ゲージが使用さ
れたことを特徴とする請求項１記載の半導体差圧測定装
置。 （３）前記第１，第２センサとして、振動形歪センサが
使用されたことを特徴とする請求項１記載の半導体差圧
測定装置。 （４）前記第１，第２センサとして、静電容量形センサ
が使用されたことを特徴とする請求項１記載の半導体差
圧測定装置。を構成した。
【００５１】この結果、特許請求の範囲の請求項１記載
の発明によれば、 （１）第１歪検出素子の出力と、第２歪検出素子の出力
との差演算信号は、差圧のみに高感度を有する信号とし
て得ることが出来る。 （２）而も、その出力変化率（感度）は、２倍となる。
の発明によれば、 （１）第１歪検出素子の出力と、第２歪検出素子の出力
との差演算信号は、差圧のみに高感度を有する信号とし
て得ることが出来る。 （２）而も、その出力変化率（感度）は、２倍となる。
【００５２】（３）第１歪検出素子の出力と、第２歪検
出素子の出力との和演算信号は、静圧のみに高感度を有
する信号として得ることが出来る。 （４）従って、差演算または和演算するのみで、高精度
な差圧信号または静圧信号を得ることが出来る。
出素子の出力との和演算信号は、静圧のみに高感度を有
する信号として得ることが出来る。 （４）従って、差演算または和演算するのみで、高精度
な差圧信号または静圧信号を得ることが出来る。
【００５３】（５）差圧信号と静圧信号の相互影響が小
さいために、更に高精度にするために、演算をするにし
ても、その演算次数は小さくてすむ。 （６）静圧以外の、例えば、温度特性も、第１歪検出素
子の出力と、第２歪検出素子の出力との差演算によって
キャンセルされ、優れた温度特性が得られる。（７）第1、第２、第３、第４測定室は、実質的に半導
体基板と実質的に一体構成にから構成されているので、
半導体プロセスが利用出来、製作し易く、安価に出来
る。又、堅牢に構成出来る。また、測定ダイアフラムと
一体構成であるので、ドリフト特性や周囲温度の変化等
に対する温度特性も良好となる。 （８）第1、第２、第３、第４測定室は、半導体基板と
支持基板により構成されるので、耐圧特性も良好で、支
持基板製作プロセスと半導体プロセスが利用出来、製作
し易く、安価に出来る。又、堅牢に構成出来る。
さいために、更に高精度にするために、演算をするにし
ても、その演算次数は小さくてすむ。 （６）静圧以外の、例えば、温度特性も、第１歪検出素
子の出力と、第２歪検出素子の出力との差演算によって
キャンセルされ、優れた温度特性が得られる。（７）第1、第２、第３、第４測定室は、実質的に半導
体基板と実質的に一体構成にから構成されているので、
半導体プロセスが利用出来、製作し易く、安価に出来
る。又、堅牢に構成出来る。また、測定ダイアフラムと
一体構成であるので、ドリフト特性や周囲温度の変化等
に対する温度特性も良好となる。 （８）第1、第２、第３、第４測定室は、半導体基板と
支持基板により構成されるので、耐圧特性も良好で、支
持基板製作プロセスと半導体プロセスが利用出来、製作
し易く、安価に出来る。又、堅牢に構成出来る。
【００５４】更に、特許請求の範囲の請求項２記載の発
明によれば、測定信号として、アナログ信号が使用でき
る利点を有する。
明によれば、測定信号として、アナログ信号が使用でき
る利点を有する。
【００５５】特許請求の範囲の請求項３記載の発明によ
れば、測定信号として、周波数信号が使用できる利点を
有する。
れば、測定信号として、周波数信号が使用できる利点を
有する。
【００５６】特許請求の範囲の請求項４記載の発明によ
れば、測定信号として、静電容量信号が使用できる利点
を有する。
れば、測定信号として、静電容量信号が使用できる利点
を有する。
【００５７】従って、本発明によれば、静圧特性、温度
特性が良好な半導体差圧測定装置を実現することが出来
る。
特性が良好な半導体差圧測定装置を実現することが出来
る。
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の具体的構成の要部詳細説明図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図１の動作説明図である。
【図７】図１の動作説明図である。
【図８】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図９】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１０】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。
説明図である。
【図１１】図１０の要部詳細説明図である。
【図１２】図１０の動作説明図である。
【図１３】図１０の動作説明図である。
２１ 第１測定室 ２２ シリコン基板 ２２ａ シリコン基板の一面側 ２３ 第１測定ダイアフラム ２４ 第１凹部 ２５ 第２測定室 ２６ 第２測定ダイアフラム ２７ 第２凹部 ２８ 支持基板 ２８ａ 支持基板の一面側 ２９ 第３測定室 ３１ 第４測定室 ３２ 第１連通孔 ３３ 第２連通孔 ３４ 第１センサ ３５ 第２センサ ３６ 差動演算回路 ３７ 圧力導入孔 ３８ 圧力導入孔 ４１ 振動梁 ４２ 振動梁 ５１ 電極 ５２ 電極 ５３ 電極 ５４ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 秀郎 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横 河電機株式会社内 審査官 福田 裕司 (56)参考文献 特開 平２−136728（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−127931（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−273249（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−302863（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−65627（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 13/06 G01L 9/04
Claims (4)
- 【請求項１】測定ダイアフラムの両側に測定室が設けら
れる半導体差圧測定装置において、 半導体基板に設けられ該半導体基板の一面側に前記半導
体基板と実質的に一体構成にからなる第１測定ダイアフ
ラムを形成する第１測定室と、 該第１測定室に対向して前記第１測定ダイアフラムの反
対面であって前記半導体基板の前記一面側の表面に設け
られた第１凹部と、 前記半導体基板に設けられ該半導体基板の前記一面側に
前記半導体基板と実質的に一体構成にからなる第２測定
ダイアフラムを形成する第２測定室と、 該第２測定室に対向して前記第２測定ダイアフラムの反
対面であって前記半導体基板の前記一面側の表面に設け
られた第２凹部と、 前記半導体基板の前記一面に一面が接して設けられ前記
第１凹部と第３測定室を構成し前記第２凹部と第４測定
室を構成する支持基板と、 前記半導体基板に設けられ一端から一方の測定圧力が導
入され他端側が前記第３測定室と第２測定室とに連通さ
れる第１連通孔と、 前記半導体基板に設けられ一端から他方の測定圧力が導
入され他端側が前記第４測定室と第ｌ測定室とに連通さ
れる第２連通孔と、 測定差圧によって前記第１測定ダイアフラムに発生する
変位又は歪を検出する第１センサと、 測定差圧によって前記第２測定ダイアフラムに発生する
変位又は歪を検出する第２センサと、 該第２センサの出力と前記第１センサの出力との差を演
算する演算回路とを貝備したことを特徴とする半導体差
圧測定装置。 - 【請求項２】前記第１，第２センサとして、歪ゲージが
使用されたことを特徴とする請求項１記載の半導体差圧
測定装置。 - 【請求項３】前記第１，第２センサとして、振動形歪セ
ンサが使用されたことを特徴とする請求項１記載の半導
体差圧測定装置。 - 【請求項４】前記第１，第２センサとして、静電容量形
センサが使用されたことを特徴とする請求項１記載の半
導体差圧測定装置。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07178745A JP3080212B2 (ja) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | 半導体差圧測定装置 |
| DE0753728T DE753728T1 (de) | 1995-07-14 | 1996-04-04 | Halbleiter-Druckdifferenzmessvorrichtung |
| EP96105497A EP0753728A3 (en) | 1995-07-14 | 1996-04-04 | Semiconductor differential pressure measuring device |
| CA002173786A CA2173786C (en) | 1995-07-14 | 1996-04-10 | Semiconductor differential pressure measuring device |
| AU51918/96A AU683195B2 (en) | 1995-07-14 | 1996-04-29 | Semiconductor differential pressure measuring device |
| KR1019960014549A KR100186938B1 (ko) | 1995-07-14 | 1996-05-04 | 반도체 차압 측정장치 |
| TW085105986A TW299479B (ja) | 1995-07-14 | 1996-05-21 | |
| CN96107577A CN1089895C (zh) | 1995-07-14 | 1996-05-29 | 半导体差示压力测量装置 |
| BR9602506A BR9602506A (pt) | 1995-07-14 | 1996-05-29 | Dispositivo semicondutor de medição de pressão diferencial |
| US08/891,105 US5959213A (en) | 1995-07-14 | 1997-07-10 | Semiconductor differential pressure measuring device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| JPH0933374A JPH0933374A (ja) | 1997-02-07 |
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|---|---|---|---|---|
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1995
- 1995-07-14 JP JP07178745A patent/JP3080212B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0933374A (ja) | 1997-02-07 |
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