JPH021252B2 - - Google Patents
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- JPH021252B2 JPH021252B2 JP17975281A JP17975281A JPH021252B2 JP H021252 B2 JPH021252 B2 JP H021252B2 JP 17975281 A JP17975281 A JP 17975281A JP 17975281 A JP17975281 A JP 17975281A JP H021252 B2 JPH021252 B2 JP H021252B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、高圧流体と低圧流体の差の圧力を歪
量に変換し、これを電気抵抗の変化として検出す
る半導体測定ダイアフラムに関する。
量に変換し、これを電気抵抗の変化として検出す
る半導体測定ダイアフラムに関する。
差圧検出に用いられているSi等の半導体の測定
ダイアフラムとして、特開昭51−69678号公報に
示すような、外周および中央が肉厚、その間が薄
肉に形成され、この薄肉の起歪部に拡散法あるい
はイオンプランテーシヨン法によつてゲージ抵抗
が設けられたダイアフラムが知られている。この
測定ダイアフラムは、圧力印加方向（ゲージ面側
であるかその反対側であるか）が異なつてもほぼ
同じ特性が得られる利点がある。
ダイアフラムとして、特開昭51−69678号公報に
示すような、外周および中央が肉厚、その間が薄
肉に形成され、この薄肉の起歪部に拡散法あるい
はイオンプランテーシヨン法によつてゲージ抵抗
が設けられたダイアフラムが知られている。この
測定ダイアフラムは、圧力印加方向（ゲージ面側
であるかその反対側であるか）が異なつてもほぼ
同じ特性が得られる利点がある。
しかしながら、かかる構成の測定ダイアフラム
にあつては、高圧側流体と低圧側流体の圧力差が
極めて低い領域の測定を行うと、圧力と出力との
直線性が悪くなるという欠点を有している。この
原因は、低差圧領域の測定のためには、測定ダイ
アフラムの起歪部の肉厚をより薄くする必要があ
るが、薄肉化すればするほど起歪部のたわみが大
きくなり、測定ダイアフラムの中央部が伸びてし
まう。いわゆるバルーン効果が生じるためであ
る。
にあつては、高圧側流体と低圧側流体の圧力差が
極めて低い領域の測定を行うと、圧力と出力との
直線性が悪くなるという欠点を有している。この
原因は、低差圧領域の測定のためには、測定ダイ
アフラムの起歪部の肉厚をより薄くする必要があ
るが、薄肉化すればするほど起歪部のたわみが大
きくなり、測定ダイアフラムの中央部が伸びてし
まう。いわゆるバルーン効果が生じるためであ
る。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、低差圧領域の測定を行つても圧力と出力と
の直線性の優れた半導体測定ダイアフラムを提供
するにある。
くし、低差圧領域の測定を行つても圧力と出力と
の直線性の優れた半導体測定ダイアフラムを提供
するにある。
本発明は、ゲージ抵抗の形成される部分以外の
部分の剛性を低減し、圧力によつて生じる歪が、
ゲージ抵抗形成部分の薄肉部には大きく他の場所
では低くすることによつて、圧力に対する感度
（出力）を増加させるものである。すなわち、加
工上の困難さを増加させる薄肉部の肉厚低減によ
らず、形状効果での感度向上を図るものである。
このため、ゲージ抵抗形成部以外の薄肉部分の幅
を広くし剛性を低くすることにより、精度を保つ
たまま出力の増加をはかるもので、圧力により発
生した力を効率よくゲージ抵抗に集中させるもの
である。
部分の剛性を低減し、圧力によつて生じる歪が、
ゲージ抵抗形成部分の薄肉部には大きく他の場所
では低くすることによつて、圧力に対する感度
（出力）を増加させるものである。すなわち、加
工上の困難さを増加させる薄肉部の肉厚低減によ
らず、形状効果での感度向上を図るものである。
このため、ゲージ抵抗形成部以外の薄肉部分の幅
を広くし剛性を低くすることにより、精度を保つ
たまま出力の増加をはかるもので、圧力により発
生した力を効率よくゲージ抵抗に集中させるもの
である。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
第１図において、測定ダイアフラム１０は、
（100）面のｎ形単結晶S1で、中央に厚肉の剛体部
１２、外周に厚肉の固定部１４を有し、その間に
環状の薄肉の起歪部１６が形成されている。この
環状の起歪部１６は２軸対称に構成されており、
幅の狭い方の起歪部でしかも＜110＞軸に平行に
Ｐ形のゲージ抵抗１８が複数個拡散法、あるいは
イオンプランテーシヨン法により形成されてい
る。ゲージ抵抗１８の位置は、外周の固定部１４
近傍に２個、中心の剛体部１２近傍に２個形成さ
れており、これらの抵抗はホイートストンブリツ
ジに組まれ差動的に出力を得るようになつてい
る。
（100）面のｎ形単結晶S1で、中央に厚肉の剛体部
１２、外周に厚肉の固定部１４を有し、その間に
環状の薄肉の起歪部１６が形成されている。この
環状の起歪部１６は２軸対称に構成されており、
幅の狭い方の起歪部でしかも＜110＞軸に平行に
Ｐ形のゲージ抵抗１８が複数個拡散法、あるいは
イオンプランテーシヨン法により形成されてい
る。ゲージ抵抗１８の位置は、外周の固定部１４
近傍に２個、中心の剛体部１２近傍に２個形成さ
れており、これらの抵抗はホイートストンブリツ
ジに組まれ差動的に出力を得るようになつてい
る。
起歪部のｘ軸方向の幅をWx、Ｙ軸方向の幅を
Wy、第２図Ａに示すように圧力を印加すると、
測定ダイアフラムには第２図Ｂのような応力が発
生する。発生する応力は軸方向によつて異なり、
ｘ軸方向の応力をσx、ｙ軸方向の応力をσyとする
と、σy／σx∝W2 x／W2 yとなる。また、Wx部とWy
の有効周長をLx、Lyとすると、反力の比はほぼ
Lx／W3／x／Ly／W3／yであり、主として幅Wx部による反
力 で、圧力による力Ｐ・Lx・Lyと釣合う形となる。
この結果薄肉部板厚を変えずにWy＞Wx、Lx＜Ly
とすることにより感度向上を図ることができる。
例えばWy＝3Wx、Ly＝2Lxとした場合、板厚およ
び薄肉部幅Wxの加工寸法を変えず2.5〜３倍の感
度向上を達成できる。
Wy、第２図Ａに示すように圧力を印加すると、
測定ダイアフラムには第２図Ｂのような応力が発
生する。発生する応力は軸方向によつて異なり、
ｘ軸方向の応力をσx、ｙ軸方向の応力をσyとする
と、σy／σx∝W2 x／W2 yとなる。また、Wx部とWy
の有効周長をLx、Lyとすると、反力の比はほぼ
Lx／W3／x／Ly／W3／yであり、主として幅Wx部による反
力 で、圧力による力Ｐ・Lx・Lyと釣合う形となる。
この結果薄肉部板厚を変えずにWy＞Wx、Lx＜Ly
とすることにより感度向上を図ることができる。
例えばWy＝3Wx、Ly＝2Lxとした場合、板厚およ
び薄肉部幅Wxの加工寸法を変えず2.5〜３倍の感
度向上を達成できる。
精度に関しては、幅の狭い部分のみで変位が定
まり、幅の広い部分は極めて柔かい膜として働く
ので、膜応力の発生が少ない。しかもゲージ抵抗
は、直線形状の周を有する薄肉部の中心部に配置
するため、ゲージ抵抗には、隅部の膜応力の効果
が及ばない。尚、中央剛体部１２は８角形状と
し、応力集中を緩和するように考慮されている。
まり、幅の広い部分は極めて柔かい膜として働く
ので、膜応力の発生が少ない。しかもゲージ抵抗
は、直線形状の周を有する薄肉部の中心部に配置
するため、ゲージ抵抗には、隅部の膜応力の効果
が及ばない。尚、中央剛体部１２は８角形状と
し、応力集中を緩和するように考慮されている。
薄肉の起歪部の加工は、公知のエツチングプロ
セス、例えばアルカリエツチングプロセスを
｛100｝面のシリコン結晶に適用すれば容易に行え
る。本発明の感度向上の効果は大きいので、ピエ
ゾ抵抗係数の大きい軸方向、例えば＜110＞軸以
外の軸方向を使用しても、直線性を良好に保つた
まま感度向上をはかることができる。
セス、例えばアルカリエツチングプロセスを
｛100｝面のシリコン結晶に適用すれば容易に行え
る。本発明の感度向上の効果は大きいので、ピエ
ゾ抵抗係数の大きい軸方向、例えば＜110＞軸以
外の軸方向を使用しても、直線性を良好に保つた
まま感度向上をはかることができる。
本発明によれば、薄肉部の形状は正方形あるい
は同心円状に限定されることなく、その形状を選
ぶことができるので、第３図に示すように、長方
形の圧力センサ部の隣りに、その信号処理回路２
０などを集積化し、取扱いやすい正方形に近いチ
ツプ形状にまとめやすいという実装上の効果もあ
る。
は同心円状に限定されることなく、その形状を選
ぶことができるので、第３図に示すように、長方
形の圧力センサ部の隣りに、その信号処理回路２
０などを集積化し、取扱いやすい正方形に近いチ
ツプ形状にまとめやすいという実装上の効果もあ
る。
本発明によれば、ゲージ抵抗形成部分に圧力に
よる歪を集中的に発生できるので、加工技術の困
難さを増すことなく、センサ出力の向上と低い圧
力範囲の計測が可能となる。
よる歪を集中的に発生できるので、加工技術の困
難さを増すことなく、センサ出力の向上と低い圧
力範囲の計測が可能となる。
第１図は本発明の一実施例になる半導体測定ダ
イアフラムの平面図、第２図Ａは第１図のｘ軸に
沿つた断面図、第２図Ｂは第２図Ａの応力分布を
示す図、第３図は他の実施例になる平面図であ
る。 １０……測定ダイアフラム、１２……剛体部、
１４……固定部、１６……起歪部、１８……ゲー
ジ抵抗。
イアフラムの平面図、第２図Ａは第１図のｘ軸に
沿つた断面図、第２図Ｂは第２図Ａの応力分布を
示す図、第３図は他の実施例になる平面図であ
る。 １０……測定ダイアフラム、１２……剛体部、
１４……固定部、１６……起歪部、１８……ゲー
ジ抵抗。
Claims (1)
- １ 中央に形成された厚肉の剛体部、この剛体部
の外周に形成された薄肉の起歪部、この起歪部の
外周に形成された厚肉の固定部、前記起歪部に形
成されたゲージ抵抗とよりなる半導体測定ダイア
フラムにおいて、前記起歪部を２軸対称とし、幅
の狭い起歪部にゲージ抵抗を形成するようにした
ことを特徴とする半導体測定ダイアフラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17975281A JPS5882138A (ja) | 1981-11-11 | 1981-11-11 | 半導体測定ダイアフラム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17975281A JPS5882138A (ja) | 1981-11-11 | 1981-11-11 | 半導体測定ダイアフラム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5882138A JPS5882138A (ja) | 1983-05-17 |
| JPH021252B2 true JPH021252B2 (ja) | 1990-01-10 |
Family
ID=16071250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17975281A Granted JPS5882138A (ja) | 1981-11-11 | 1981-11-11 | 半導体測定ダイアフラム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5882138A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0770737B2 (ja) * | 1984-12-27 | 1995-07-31 | 日本電気株式会社 | 圧力センサ |
| JPH0770738B2 (ja) * | 1984-12-27 | 1995-07-31 | 日本電気株式会社 | 圧力センサ |
| DE3921050A1 (de) * | 1989-06-27 | 1991-01-10 | Fraunhofer Ges Forschung | Plattenfoermiger drucksensor |
-
1981
- 1981-11-11 JP JP17975281A patent/JPS5882138A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5882138A (ja) | 1983-05-17 |
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