JPH01138432A - Vibration type differential pressure sensor - Google Patents

Vibration type differential pressure sensor

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JPH01138432A
JPH01138432A JP29584087A JP29584087A JPH01138432A JP H01138432 A JPH01138432 A JP H01138432A JP 29584087 A JP29584087 A JP 29584087A JP 29584087 A JP29584087 A JP 29584087A JP H01138432 A JPH01138432 A JP H01138432A
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pressure
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differential pressure
vibrating
base
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Kinji Harada
原田 謹爾
Kyoichi Ikeda
恭一 池田
Takashi Kobayashi
隆 小林
Tetsuya Watanabe
哲也 渡辺
Sunao Nishikawa
直 西川
Takashi Yoshida
隆司 吉田
Hideki Kuwayama
桑山 秀樹
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
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Abstract

PURPOSE:To reduce a static pressure error and to detect differential pressure with high accuracy by using a material which is larger in bulk compressibility to pressure than a substrate as a base to be joined with the substrate. CONSTITUTION:When static pressure Sp is applied, compressive strain epsilons1=Spl/ Es1 (where Es1 is bulk compressibility and l is the length of the vibration beam) is generated in the vibration beam 25. The base 28, on the other hand, is also compressed with the static pressure Sp, but its bulk compressibility is larger than that of the substrate 22, so the base 28 shrinks more to deform projecting to the side of the substrate 22, thereby generating tensile strain epsilons2 in the vibration beam 25 provided nearby the surface of a pressure receiving diaphragm 23. For the purpose, the bulk compressibility of the base 28 is so selected that epsilons1=epsilons2, and consequently the static error of the vibration beam 25 is suppressed and high-accuracy differential pressure detection is performed.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体の振動梁の差圧に対応した歪みを周波
数信号として検出する振動形差圧センサに係り、特に静
圧特性を改善した振動形差圧センサに関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a vibrating differential pressure sensor that detects strain corresponding to the differential pressure of a semiconductor vibrating beam as a frequency signal, and in particular has improved static pressure characteristics. Regarding a vibrating differential pressure sensor.

〈従来の技術〉 シリコンの受圧ダイアフラムの上に形成されて両端が固
定され励振手段で励損された振動梁の共振周波数の変化
から圧力或いは差圧を検出する形式のこの発明の改良の
ベースとなる公知の振動膨圧カセンサは、例えば特願昭
59−42632号「圧力センサ」に開示されている。
<Prior art> The basis of the improvement of the present invention is a type in which pressure or differential pressure is detected from changes in the resonance frequency of a vibrating beam formed on a silicon pressure receiving diaphragm, fixed at both ends, and excited by an excitation means. A known vibrating turgor pressure sensor is disclosed, for example, in Japanese Patent Application No. 59-42632 entitled "Pressure Sensor."

この提案では圧力センサとして説明しであるが差圧セン
サとしても用いることができるので、以下の説明では差
圧センサとして説明する。
In this proposal, it is explained as a pressure sensor, but it can also be used as a differential pressure sensor, so in the following explanation, it will be explained as a differential pressure sensor.

この振動形差圧センサについて、第4図と第5図を用い
てその概要を説明する。
An outline of this vibrating differential pressure sensor will be explained using FIGS. 4 and 5.

第4図はこの従来の振動形差圧センサのカバーをとった
椙成を示す斜視図、第5図は第4図におけるX−X断面
におけるカバーをつけた断面図である。
FIG. 4 is a perspective view of this conventional vibrating differential pressure sensor with the cover removed, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line XX in FIG. 4 with the cover attached.

これ等の図において、1は円筒状のシリコン基板であり
、2はこのシリコン基板1の中央を掘って薄肉部を形成
して上面がら圧力SPを下面から圧力(Sp+ΔP)を
受ける受圧部とした受圧ダイアフラムであり、例えばシ
リコン基板1をエツチングして作られる。ここで、ΔP
は測定しようとする差圧である。
In these figures, 1 is a cylindrical silicon substrate, and 2 is a pressure-receiving part that receives the pressure SP from the top surface and the pressure (Sp+ΔP) from the bottom surface by digging the center of the silicon substrate 1 to form a thin part. This is a pressure receiving diaphragm, and is made by etching the silicon substrate 1, for example. Here, ΔP
is the differential pressure to be measured.

3は受圧ダイアフラム2の上に形成され、両端がシリコ
ン基板1に固定された振動梁であり、振動梁3は受圧ダ
イアフラム2のほぼ中央部に設けられている。
A vibration beam 3 is formed on the pressure receiving diaphragm 2 and has both ends fixed to the silicon substrate 1, and the vibration beam 3 is provided approximately at the center of the pressure receiving diaphragm 2.

この振動梁3は、具体的には例えばn形シリコン基板1
の上に第1のP+形エピタキシャル層を形成し、その中
央部を切込んで電気的に左右を分離し、この上にn形エ
ピタキシャル層を形成した後、さらにP+形エピタキシ
ャル層を形成してこの上を酸化膜5jO2で保護する。
Specifically, this vibration beam 3 includes, for example, an n-type silicon substrate 1
A first P+ type epitaxial layer is formed on top of the first P+ type epitaxial layer, a cut is made in the center of the layer to electrically separate the left and right sides, an n-type epitaxial layer is formed on this layer, and then a P+ type epitaxial layer is formed. This top is protected with an oxide film 5jO2.

そして振動梁3の下部の空洞部5はこのn形エピタキシ
ャル層をアンダーエツチングで形成する。
The cavity 5 at the bottom of the vibrating beam 3 is formed by under-etching this n-type epitaxial layer.

このようにして形成された振動梁3は、例えば長さを!
、厚さをh、幅をdとすれば、!=100pm、h=L
czm、d=5μmの程度の大きさである。
The vibrating beam 3 formed in this way has a certain length, for example!
, if the thickness is h and the width is d, then! =100pm, h=L
The size is on the order of czm, d=5 μm.

受圧ダイアフラム2の上に形成された振動梁3の周囲は
、例えばシリコンのカバー6を受圧ダイアフラム2に陽
極接合などで接合して覆い、この内部空間7を真空状態
に保持する。
The periphery of the vibrating beam 3 formed on the pressure receiving diaphragm 2 is covered with, for example, a silicon cover 6 bonded to the pressure receiving diaphragm 2 by anodic bonding or the like, and this internal space 7 is maintained in a vacuum state.

この振動梁3、カバー6、空洞部5、内部空間7などで
振動形差圧センサの検出部りを形成している。
The vibrating beam 3, cover 6, cavity 5, internal space 7, etc. form a detection section of the vibrating differential pressure sensor.

以上のa成において一第2のP十形エピタキシャル層で
ある振動梁3に対して第1の左右のP+形エピタキシャ
ル層の間に発振回路を接続して発振を起こさせると、振
動梁3はその固有振動数で自動発振を起こす。
In the above a formation, when an oscillation circuit is connected between the first left and right P+ type epitaxial layers for the vibrating beam 3, which is the first and second P-type epitaxial layers, to cause oscillation, the vibrating beam 3 becomes Automatic oscillation occurs at its natural frequency.

この場合、カバー6の内部空間7が真空状態にされ振動
梁3が真空の中に保持されるので、共振の鋭さを示すQ
値が大きくなり、共振周波数の検出が容易となる。
In this case, the internal space 7 of the cover 6 is made into a vacuum state and the vibrating beam 3 is held in vacuum, so Q
The value increases, making it easier to detect the resonance frequency.

第5図に示すように圧力spと圧力(Sp+ΔP)の差
圧ΔPが受圧ダイアフラム2に印加されると振動梁3は
引張応力を受ける。
As shown in FIG. 5, when a pressure difference ΔP between the pressure sp and the pressure (Sp+ΔP) is applied to the pressure receiving diaphragm 2, the vibrating beam 3 receives tensile stress.

この引張応力により振動梁3の固有振動数が変化して差
圧ΔPを知ることができる。
This tensile stress changes the natural frequency of the vibrating beam 3, allowing the differential pressure ΔP to be determined.

しかしながら、この様な従来の振動形差圧センサでは、
薄肉の受圧ダイアフラム2の上に形成された振動梁3の
上部に別に作られたシリコンのカバー6を陽極接合など
で接合し、カバー6と受圧ダイアフラム2とで形成され
た内部の空間を真空に引かなければならないので、振動
形差圧センサの圧力特性或いは温度特性が悪くなり精度
低下の原因をなすという問題がある。
However, with such conventional vibrating differential pressure sensors,
A separately made silicone cover 6 is bonded to the top of the vibrating beam 3 formed on the thin pressure receiving diaphragm 2 by anodic bonding or the like, and the internal space formed by the cover 6 and the pressure receiving diaphragm 2 is evacuated. Therefore, there is a problem in that the pressure characteristics or temperature characteristics of the vibrating differential pressure sensor deteriorate, causing a decrease in accuracy.

そこで、本出願人はこの問題を解決するために、昭和6
2年7月2日に特願昭62−466175号「発明の名
称:振動形トランスデユーサの製造方法」を提出してい
る。以下、この提案の概要について説明する。
Therefore, in order to solve this problem, the applicant
On July 2, 1982, the company filed Japanese Patent Application No. 1983-466175 titled ``Title of the invention: Method for manufacturing a vibrating transducer.'' The outline of this proposal will be explained below.

第6図はこの提案による振動形差圧センサの要部である
検出部の製造工程を示す工程図である。
FIG. 6 is a process diagram showing the manufacturing process of the detection section, which is the main part of the vibratory differential pressure sensor according to this proposal.

これは第5図における検出部りに対応する振動梁の軸方
向の断面で示した検出部D−の工程を示している。
This shows the process of the detection part D- shown in the axial cross section of the vibrating beam corresponding to the detection part D- in FIG.

第6図(イ)は検出部D−を作るためのベースとなるn
形のシリコン基板8を示す。
Figure 6 (a) is the base for making the detection part D-.
A shaped silicon substrate 8 is shown.

次に、このシリコン基板8を熱酸化してその表面に酸化
fl!(SLO□)9を形成する(第6図(ロ))。
Next, this silicon substrate 8 is thermally oxidized to oxidize fl! on its surface. (SLO□) 9 is formed (FIG. 6(b)).

さらに、第6図(ハ)の工程でこの酸化膜9の中央部を
紙面に垂直方向にフォトエツチングして、消10を形成
する。
Further, in the step shown in FIG. 6(c), the central portion of this oxide film 9 is photo-etched in a direction perpendicular to the plane of the paper to form a blank 10.

第6図(ニ)の工程では−1050”Cの温度で水素ガ
スH2に塩酸HC2を混合した雰囲気でエツチングをす
ることによりシリコン基板8に消10を介して講11を
形成する。
In the step shown in FIG. 6(d), a groove 11 is formed on the silicon substrate 8 through the eraser 10 by etching in an atmosphere containing hydrogen gas H2 and hydrochloric acid HC2 at a temperature of -1050''C.

次に、第6図(ホ)に示すように、消11の中に105
00Cの温度で水素ガスH2の雰囲気中でIQ”cm”
−”の濃度のホウ素(P形)を選択エピタキシャルして
第1エビ層12を形成する。
Next, as shown in Figure 6 (e), 105
IQ"cm" in an atmosphere of hydrogen gas H2 at a temperature of 00C
The first shrimp layer 12 is formed by selectively epitaxially epitaxially using boron (P type) having a concentration of "-".

この後、第6図(へ)に示すように、第1エビ層12の
上に10500Cの温度で水素ガスH2の雰囲気中で1
0”cm−’の濃度のホウ素(P形)を選択エピタキシ
ャルして振動梁13となる第2エビ層14を形成する。
After this, as shown in FIG.
Boron (P type) having a concentration of 0''cm-' is selectively epitaxially applied to form a second shrimp layer 14 that will become the vibrating beam 13.

振動梁13は差圧ΔPがゼロの状態でも初期張力を与え
ておかないと差圧ΔPの印加により座屈を起こして測定
できない状態となる。また、シリコンの共有結合半径は
1.17八であり、ホウ素のそれは0.88Aであるの
で、ホウ素が部分的にシリコンの中に注入されるとその
部分は引張歪みを受ける そこで、この現象を利用して例えば第2エビ層14のホ
ウ素の濃度を調整することによりここに初期張力を与え
るか、或いはn形のシリコン基板8の中のリン(共有結
合半径は1.10人)濃度を調整してシリコン基板8と
第2エビ層14との相対歪みを考慮して初期張力を与え
るようにする。
Even if the differential pressure ΔP is zero, the vibrating beam 13 will buckle due to the application of the differential pressure ΔP and become unmeasurable unless an initial tension is applied to it. In addition, the covalent bond radius of silicon is 1.178, and that of boron is 0.88A, so when boron is partially implanted into silicon, that part undergoes tensile strain. For example, by adjusting the concentration of boron in the second shrimp layer 14, an initial tension can be given here, or by adjusting the concentration of phosphorus (covalent bond radius is 1.10 μm) in the n-type silicon substrate 8. Initial tension is applied in consideration of the relative strain between the silicon substrate 8 and the second shrimp layer 14.

次に、第6図(ト)に示すように、第2エビ層14の上
に1050°Cの温度で水素ガスH2の雰囲気中で、1
0”cm”−’の濃度のホウ素(P形)を選択エピタキ
シャルして第3エビ層15を形成する。
Next, as shown in FIG.
A third shrimp layer 15 is formed by selectively epitaxializing boron (P type) with a concentration of 0"cm"-'.

更に、第6図(チ)に示すように、第3エビ層15の上
に10500Cの温度で水素ガスH2の雰囲気中で、1
0110l7’の濃度のリン(n形)を選択エピタキシ
ャルして第4エビ層16を形成する。
Furthermore, as shown in FIG.
A fourth shrimp layer 16 is formed by selectively epitaxializing phosphorus (n-type) having a concentration of 0110l7'.

第6図(す)は1.第6図(チ)に示す選択エピタキシ
ャルの工程の後にSt 02の酸化膜9を弗化水素HF
でエツチングして除去(工程は図示せず)した状態にお
いて、第1エビ層12と第3エビ層15を除去するエツ
チング工程を示している。
Figure 6 shows 1. After the selective epitaxial process shown in FIG.
This figure shows an etching process for removing the first shrimp layer 12 and the third shrimp layer 15 in a state where the first shrimp layer 12 and the third shrimp layer 15 are removed by etching (step not shown).

このエツチング工程では、図示していないが、アルカリ
の液中に全体が漫積されており、n形のシリコン基板8
と第4エビ層16がn形の第2エビ層14に対してプラ
スの電位となるように直流パルス電源17からピーク値
が5■で繰返し周期が0.04H2程度の正のパルス電
圧が印加されている。この電圧印加によりn形のシリコ
ン基板8と第4エビ層16はその表面に不溶性膜が形成
されて不働態化される結果そのエツチング速度が第1エ
ピ112と第3エビ層15に対して大幅に遅くなるので
、これを利用して第1エビ層12と第3エビ層15を除
去する。さらに、第2エビ層14はドープされたホウ素
の濃度が4×101gより大きいときにはエツチング速
度がドープされないシリコンの場合の通常の速度から大
幅に遅れる現象を利用して、第2エビ層14を残して全
体として第6図(ヌ)に示すように一部に開口部18を
もち、さらにシリコン基板8と第2エビ層14との間に
間隙を持つように形成される。
In this etching process, although not shown, the entire silicon substrate 8 is immersed in an alkaline solution.
A positive pulse voltage with a peak value of 5cm and a repetition period of about 0.04H2 is applied from the DC pulse power supply 17 so that the fourth shrimp layer 16 has a positive potential with respect to the n-type second shrimp layer 14. has been done. As a result of this voltage application, an insoluble film is formed on the surfaces of the n-type silicon substrate 8 and the fourth layer 16 and the etching rate is significantly higher than that of the first epitaxial layer 112 and the third layer 15. Therefore, the first shrimp layer 12 and the third shrimp layer 15 are removed using this delay. Further, the second shrimp layer 14 is formed by leaving the second shrimp layer 14 by taking advantage of the phenomenon that when the concentration of doped boron is greater than 4×101 g, the etching rate is significantly slower than the normal speed for undoped silicon. As a whole, it is formed to have an opening 18 in a part and a gap between the silicon substrate 8 and the second shrimp layer 14, as shown in FIG.

第6図(ル)は、熱酸化の工程を示す、この工程では、
シリコン基板8、第2エビ層14、および第4エビ層1
6の内外の全表面にそれぞれ酸化WA (St 02 
) 8a、14a、および16aを形成させる。
FIG. 6(R) shows the process of thermal oxidation. In this process,
Silicon substrate 8, second shrimp layer 14, and fourth shrimp layer 1
Oxidized WA (St 02
) Form 8a, 14a, and 16a.

第6図(オ)はプラズマエツチングの工程を示す、この
工程では、第6図(ル)の工程でシリコン基板8、第2
エビ層14、および第4エビ層16の内外の全表面にそ
れぞれ形成された酸化膜8a、14a、および16aの
うち、シリコン基板8と第4エビ層16の外面の部分に
形成された酸化膜をプラズマエツチングにより除去し、
次の工程での選択エピタキシャル成長の準備をする。
FIG. 6(E) shows a plasma etching process. In this process, in the process of FIG. 6(R), the silicon substrate 8, the second
Of the oxide films 8a, 14a, and 16a formed on the entire inner and outer surfaces of the shrimp layer 14 and the fourth shrimp layer 16, the oxide film formed on the outer surface portions of the silicon substrate 8 and the fourth shrimp layer 16. removed by plasma etching,
Prepare for selective epitaxial growth in the next step.

第6図(ワ)の工程では、全体を1050’cの温度で
水素H2の雰囲気中でシリコン基板8と第4エビ層16
の外面の部分にn形の選択エピタキシャル成長をさせる
。この選択エピタキシャル成長により、シリコン基板8
と第4エビ層16との間に形成された開口部18が埋め
られてシェル20が形成され内部に棒状の第4エビ層で
形成された振動梁13をもつ振動形差圧センサの検出部
か形成される。
In the process shown in FIG. 6(W), the entire silicon substrate 8 and the fourth shrimp layer 16 are heated in an atmosphere of hydrogen H2 at a temperature of 1050'C.
N-type selective epitaxial growth is performed on the outer surface of the substrate. By this selective epitaxial growth, the silicon substrate 8
and a fourth shrimp layer 16 is filled to form a shell 20, and a detection part of a vibrating differential pressure sensor has a vibrating beam 13 formed of a rod-shaped fourth shrimp layer inside. or formed.

この第6図(ワ)の工程では水素H2の雰囲気中で選択
エピタキシャル成長をさせたので、シリコンの単結晶で
出来たシリコン基板8とシェル20との間に形成された
中空室21の中には水素142が封入されている。
In the process shown in FIG. 6(W), selective epitaxial growth was performed in an atmosphere of hydrogen H2, so that the hollow chamber 21 formed between the silicon substrate 8 made of single crystal silicon and the shell 20 Hydrogen 142 is sealed.

そこで、第6図(力)に示すように900’Cで真空と
した雰囲気の中にこの検出部を持つ振動形差圧センサを
入れて、シリコンの結晶格子の間を通してこの水素H2
を脱気して真空とする。このようにして得られた真空度
はlXl0−”l’。
Therefore, as shown in Figure 6 (force), a vibrating differential pressure sensor with this detection part is placed in a vacuum atmosphere at 900'C, and the hydrogen H2 is passed through the silicon crystal lattice.
Degas to create a vacuum. The degree of vacuum thus obtained is lXl0-"l'.

rr以下となる。rr or less.

〈発明が解決しようとする問題点〉 以上のようにして、先願に係る振動形差圧センサは振動
梁と共にカバーもシリコン基板と一体に製造することが
でき、従来の公知の振動形差圧センサの欠点を除去する
ことができるが、なお次に説明する欠点を待つ。
<Problems to be Solved by the Invention> As described above, in the vibrating differential pressure sensor according to the prior application, both the vibrating beam and the cover can be manufactured integrally with the silicon substrate. The drawbacks of the sensor can be eliminated, but still await the drawbacks described below.

このような振動形差圧センサを用いて、例えば500 
K g f / c m ’にも及ぶ高い静圧Spの基
で例えば(10mmH20〜10Kgf/cm2)のよ
うな微小な差圧ΔPを測定する場合には、振動形差圧セ
ンサの受圧ダイアフラムの一方の面には静圧SPが他方
の面には静圧(Sp+ΔP)が印加されるので、この静
圧Spにより基板、受圧ダイアフラム、振動梁がε5=
spf/Esだけ収縮する。但し、ESは体積圧縮率、
2は振動梁の長さである。
Using such a vibrating differential pressure sensor, for example, 500
When measuring a minute differential pressure ΔP such as (10 mmH20 to 10 Kgf/cm2) under a high static pressure Sp reaching K g f / cm ', one side of the pressure receiving diaphragm of the vibrating differential pressure sensor Static pressure SP is applied to the surface of
It contracts by spf/Es. However, ES is the volumetric compressibility,
2 is the length of the vibrating beam.

従って、振動梁にはεSだけの圧縮歪が加わり、このた
め振動梁の共振周波数が変化して静圧誤差を生じるとい
う問題が生じる。
Therefore, a compressive strain of εS is applied to the vibrating beam, which causes a problem in that the resonant frequency of the vibrating beam changes and a static pressure error occurs.

く問題点を解決するための手段〉 この発明は、以上の問題点を解決するために、周囲に固
定部を持ちその内側に差圧によって変形する受圧ダイア
フラムを持つ半導体の基板と、この基板に形成され差圧
によって受圧ダイアフラムの表面付近に生じる歪みを測
定する少なくとも1個以上の振動梁と、基板に一体に形
成され振動梁の周囲を覆うシェルと、固定部と接合され
差圧を成す一方の圧力を導入する導圧孔を持ち圧力に対
する体積圧縮率が前記基板より大きい材料の基台とを有
するようにしたものである。
Means for Solving the Problems> In order to solve the above problems, the present invention provides a semiconductor substrate having a fixed portion around the periphery and a pressure-receiving diaphragm that is deformed by differential pressure inside the substrate; At least one or more vibrating beams that are formed and measure the strain generated near the surface of the pressure receiving diaphragm due to the differential pressure; a shell that is integrally formed with the substrate and covers the periphery of the vibrating beam; and a shell that is joined to the fixed part and forms a differential pressure. The substrate has a pressure guide hole for introducing the pressure, and a base made of a material whose volumetric compression ratio with respect to pressure is larger than that of the substrate.

く作 用〉 基板に接合される基台として圧力に対する体積圧縮率が
基板よりも大きな材料の基台を用いることにより、これ
等の周囲から印加される静圧によりこの基台をベンデン
グさせて基板に形成された振動梁に引張応力を生じさせ
、静圧による振動梁に対する圧縮歪をこの引張応力で打
ち消す。
By using a base made of a material that has a higher volumetric compression ratio against pressure than the substrate as the base to be bonded to the substrate, the static pressure applied from the surroundings bends the base and the substrate A tensile stress is generated in the vibrating beam formed in the structure, and the compressive strain on the vibrating beam due to static pressure is canceled out by this tensile stress.

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する
。第1図は本発明のシェルを除いた1実施例を示す射視
図、第2図はシェルを付したそのX−X断面の構成を示
す断面図である。
<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of the present invention without a shell, and FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the embodiment taken along line X--X with the shell attached.

これ等の図において、22は円筒状のシリコンの基板で
あり、23はこの基板22の中央を掘って薄肉部を形成
して静圧Sp、(Sp+ΔP)を受ける受圧部とした受
圧ダイアフラムであり、例えばシリコンをエツチングし
て作られ、その周囲は円環状に厚内の固定部24とされ
ている。
In these figures, 22 is a cylindrical silicon substrate, and 23 is a pressure-receiving diaphragm that is formed by digging the center of this substrate 22 to form a thin part and serving as a pressure-receiving part that receives static pressure Sp, (Sp+ΔP). , for example, is made by etching silicon, and its periphery is an annular fixed portion 24 with a thick thickness.

25は差圧による歪みを検出する振動梁、26は内部を
例えば真空に保持するシェルであり、これ等は第6図で
説明した製造方法で作られる。
Reference numeral 25 is a vibrating beam for detecting strain due to differential pressure, and reference numeral 26 is a shell for maintaining the inside in a vacuum, and these are manufactured by the manufacturing method explained in FIG. 6.

固定部24の底面は中央に圧力(Sp十ΔP)を導入す
る導圧孔27を持つ円板状のシリコンの基台28が例え
ば陽極接合などにより接合されている。基台28はその
体積圧縮率が基板22のそれよりも大きい材料が選定さ
れている。
A disk-shaped silicon base 28 having a pressure guiding hole 27 in the center for introducing pressure (Sp + ΔP) is bonded to the bottom surface of the fixing part 24 by, for example, anodic bonding. For the base 28, a material whose volumetric compression rate is larger than that of the substrate 22 is selected.

次に、以上のように構成された第1図、第2図に示す実
施例の動作について第3図に示す動作説明図を用いて説
明する。
Next, the operation of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 constructed as above will be explained using the operation explanatory diagram shown in FIG. 3.

差圧ΔPが加わったときの動作は従来と全く同じである
ので、以下の説明では静圧spが加わったときの動作に
ついて説明する。
The operation when the differential pressure ΔP is applied is exactly the same as the conventional one, so in the following explanation, the operation when the static pressure sp is applied will be explained.

静圧SPが加わると第5図に示す従来の場合と同様に振
動梁25にはεs + =SP f/Es 1なる圧縮
歪が生じる。
When the static pressure SP is applied, a compressive strain of εs + =SP f/Es 1 is generated in the vibrating beam 25 as in the conventional case shown in FIG.

一方、基台28ら静圧Spにより圧縮されるが、その体
積圧縮率が基板22の体積圧縮率よりも大きいので第3
図に示すように基台28の方が大きく収縮し、基板22
側に凸となるように変形して受圧ダイアフラム23の表
面近傍に設けられた振動梁25には引張歪εs2を生じ
る。
On the other hand, the base 28 is compressed by the static pressure Sp, but its volumetric compression ratio is larger than that of the substrate 22, so the third
As shown in the figure, the base 28 shrinks more than the base 28, and the substrate 22
A tensile strain εs2 is generated in the vibrating beam 25, which is deformed so as to be convex to the side and is provided near the surface of the pressure receiving diaphragm 23.

従って、圧縮歪εs1と引張歪εs2との関係がεs1
−εs2となるように、基板22に対する基台28の体
積圧縮率を選定することにより振動梁25に対する静圧
誤差を小さく抑えることができる。
Therefore, the relationship between compressive strain εs1 and tensile strain εs2 is εs1
By selecting the volumetric compression ratio of the base 28 with respect to the substrate 22 so that -εs2, the static pressure error with respect to the vibrating beam 25 can be suppressed to a small value.

さらに、基台28のfi膨張係数を基板22に対して適
当に選定することによって、振動形差圧センサの温度特
性を補償することもできる。
Furthermore, by appropriately selecting the fi expansion coefficient of the base 28 with respect to the substrate 22, the temperature characteristics of the vibrating differential pressure sensor can be compensated.

なお、バラツキのために基台28による静圧補償では補
償の程度が不十分な場合には、第1図および第2図にお
ける固定部24の上面或いは内部に例えば拡散などによ
り歪みゲージを形成したり、或いは振動梁25と同じよ
うな振動梁を別に設けてこれを静圧センサとして用い、
その出力で基台28の静圧補償のバラツキ分を電気回路
で補償するようにすると、より完全な静圧補償を達成で
きる。また、この静圧センサは基台28側に設けても良
い。
If the degree of static pressure compensation by the base 28 is insufficient due to variations, a strain gauge may be formed on the top surface or inside the fixed part 24 in FIGS. 1 and 2 by, for example, diffusion. Alternatively, a vibrating beam similar to the vibrating beam 25 is separately provided and used as a static pressure sensor,
If the output is used to compensate for variations in the static pressure compensation of the base 28 using an electric circuit, more complete static pressure compensation can be achieved. Further, this static pressure sensor may be provided on the base 28 side.

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、基板に接合する基台として圧力に対する体積圧縮
率が基板より大きな材料を用いるようにして静圧に対し
て引張歪を生じさせて静圧による圧縮歪みを補償するよ
うにしたので、静圧誤差を小さくすることができ高精度
の差圧センサが実現できる。
<Effects of the Invention> As specifically explained above in conjunction with the embodiments, according to the present invention, a material having a higher volumetric compression ratio against pressure than the substrate is used as the base to be bonded to the substrate, so that Since compressive strain caused by static pressure is compensated for by generating tensile strain, static pressure errors can be reduced and a highly accurate differential pressure sensor can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はシェルを除いた本発明の1実施例の構成を示す
射視図、第2図は第1図のx−X断面を示す断面図、第
3図は第1図と第2図に示す実施例の動作を説明する動
作説明図、第4図はシェルを除いた公知の従来の振動形
差圧センサの構成を示す射視図、第5図は第4図のX−
X断面を示す断面図、第6図は先願の従来の振動形差圧
センサを製造する工程を説明する工程図である。 1・・・シリコン基板、2・・・受圧ダイアフラム、3
・・・振動梁−5・・・空洞部、6・・・カバー、7・
・・内部空間、8・・・シリコン基板、12・・・第1
エビ層、13・・・振動梁、14・・・第2エビ層、1
5・・・第3エビ層、16・・・第4エビ層、18・・
・開口部、20・・・シェル、21・・・中空室、22
・・・基板、23・・・受圧ダイアフラム、24・・・
固定部、25・・・振動梁、26・・・シェル、28・
・・基台。
Fig. 1 is a perspective view showing the configuration of one embodiment of the present invention excluding the shell, Fig. 2 is a cross-sectional view taken along the line x-x in Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing Figs. 1 and 2. FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of a known conventional vibrating differential pressure sensor excluding the shell, and FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the X cross section, and is a process diagram illustrating the process of manufacturing the conventional vibrating differential pressure sensor of the prior application. 1... Silicon substrate, 2... Pressure receiving diaphragm, 3
... Vibration beam-5... Cavity part, 6... Cover, 7.
...Internal space, 8...Silicon substrate, 12...First
Shrimp layer, 13... Vibration beam, 14... Second shrimp layer, 1
5...Third shrimp layer, 16...Fourth shrimp layer, 18...
- Opening, 20... Shell, 21... Hollow chamber, 22
...Substrate, 23...Pressure diaphragm, 24...
Fixed part, 25... Vibration beam, 26... Shell, 28.
...base.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 周囲に固定部を持ちその内側に差圧によって変形する受
圧ダイアフラムを持つ半導体の基板と、この基板に形成
され前記差圧によつて前記受圧ダイアフラムの表面付近
に生じる歪みを測定する少なくとも1個以上の振動梁と
、前記基板に一体に形成され前記振動梁の周囲を覆うシ
ェルと、前記固定部と接合され前記差圧を成す一方の圧
力を導入する導圧孔を持ち圧力に対する体積圧縮率が前
記基板より大きい材料の基台とを有することを特徴とす
る振動形差圧センサ。
A semiconductor substrate having a fixed part around its periphery and a pressure receiving diaphragm deformed by differential pressure inside the semiconductor substrate, and at least one or more devices formed on this substrate to measure strain generated near the surface of the pressure receiving diaphragm due to the differential pressure. a vibrating beam, a shell that is integrally formed on the substrate and covers the periphery of the vibrating beam, and a pressure guiding hole that is joined to the fixed part and introduces one pressure forming the differential pressure, and has a volumetric compression ratio with respect to pressure. A vibrating differential pressure sensor comprising a base made of a material larger than the substrate.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60186725A (en) * 1984-03-06 1985-09-24 Yokogawa Hokushin Electric Corp Pressure sensor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60186725A (en) * 1984-03-06 1985-09-24 Yokogawa Hokushin Electric Corp Pressure sensor

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