JPH03296631A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体のピエゾ抵抗効果を利用して圧力を検
出する半導体圧力センサに関するものである。

（従来の技術） 第２図は、従来の差圧型半導体圧力センサを示す断面図
である。第２図において、１は圧力導入パイプ２Ａ、２
Ｂと一体化された金属ケース、３は台座で、軸方向中央
部には貫通した圧力導入孔３ａが形成され、この圧力導
入孔３ａと圧力導入パイプ２Ｂとが連通ずるように、接
着剤Ｂにより金属ケース１上に固定されている。

４はシリコン単結晶からなるシリコンダイアフラムで、
−面には拡散等により、いわゆる半導体感圧抵抗素子か
らなる歪ゲージ（図示せず）が形成されており、他面は
ぼ中央部には、例えばエツチングにより肉薄とした受圧
面４ａが形成され、この受圧面４ａと台座３の圧力導入
孔３ａとが対向するように、接着剤Ｂによりその周縁部
を介して台座３上に固定されている。

５はボンディングワイヤで、シリコンダイヤフラム４の
歪ゲージを、図示しない電気配線を介して、例えばハー
メチックシールにより金属ケース１と電気的に絶縁した
リード６ａに接続している。

このリード６ａは、レーザトリミングした温度補償用厚
膜抵抗基板７へ配線され、図示しない温度補償用抵抗Ｒ
ｔを介してリード６ｂに接続されている。

８は樹脂ケースで、金属ケース１の温度補償用厚膜抵抗
基板７搭載面を覆うように、接着剤により金属ケース１
に気密性良く固定されている。

一般に、半導体圧力センサにおいては、上記したように
、半導体感圧抵抗素子が形成されたシリコンダイヤフラ
ム４を台座３上に固定して使用することにより、金属ケ
ース１の材料、例えば鉄とシリコンとの線膨張率が異な
るために生じる、温度変化に伴なう熱応力の感知を抑止
している。

この台座３の材料としては、シリコンダイヤフラム４の
線膨張率（３〜４ｘ　１０−６／’Ｃ）に近似した線膨
張率を有する物質、例えば、ジルコン（Ｚ　ｒ　Ｓ　ｉ
０４　）等のセラミックあるいはパイレックスガラス等
が使用可能であるが、通常、シリコンダイヤフラム４と
線膨張率の等しいシリコン製台座が用いられ、温度変化
に伴なう熱歪に起因する出力変動を抑制していた。

また実際に、シリコンダイアフラム４上には、第３図に
示すように、４個の半導体感圧抵抗素子Ｒ１，Ｒ２、Ｒ
ｓ　、Ｒ４によってブリッジ回路が拡散等によって形成
され、前述した歪ゲージが構成される。このとき、例え
ば互いに対向する感圧抵抗素子ＲとＲ並びに感圧抵抗素
子Ｒ２と３ Ｒ４同士は、同一方向圧力に対して抵抗値変化が同一方
向となるように形成され、かつ、感圧抵抗素子Ｒ及びＲ
３の抵抗値の変化方向と感圧抵抗■ 素子Ｒ及びＲ４の抵抗値の変化方向とが互いに逆方向と
なるように形成される。

この場合、受圧面４ａに圧力が印加されていない時、感
圧抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が温度変化があったとし
ても互いに等しい値を保持し、ブリッジ回路の出力電圧
は常に零になるのが理想的である。

しかし、半導体感圧抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を拡、散によっ
て作製する場合、その工程条件等により抵抗値の温度特
性にバラツキが生じてしまう。そこで、従来のシリコン
ダイアフラム４の近傍にサーミスタ等を設けたり、ある
いは第３図に示すように、例えば、感圧抵抗素子Ｒ３と
並列して、レーザトリミングした温度補償用感温抵抗素
子Ｒ０を設け、温度変化に対する零点の移動の補償を行
なっていた。

（発明が解決しようとする課題） 上記したように、従来の半導体圧力センサでは、温度変
化に伴なう熱歪による出力変動を抑止するため、金属ケ
ース１とシリコンダイアフラム４との間に介在させる台
座３の線膨張率に配慮が必要であり、高精度な出力特性
を得るためには、さらにシリコンダイアフラム４と台座
３を接合する接着剤Ｂの材質にも配慮する必要があり、
台座３の材料選択に煩雑な手間を要するという欠点があ
った。

また、上記する熱歪による影響を、台座３及び接着剤Ｂ
の選定が最適に行なわれ、理想的に抑止できたとしても
、半導体感圧抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の温度変化に対する零
点の移動補償のため、サーミスタ等を設ける必要がある
。この場合、サーミスタを感圧抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が形
成されたシリコンダイアフラム４上に配置することは困
難であるため、両者を別々の位置に設置する必要がある
。

これでは、両者の温度を一致させることが困難であり、
外部温度の変動が激しい場合は、温度補償誤差が大きく
なってしまい、高精度の圧力検出は行なえない。

また、第３図に示すように、シリコンダイアフラム４上
に温度補償用感温抵抗素子Ｒｔを温度補償用厚膜抵抗基
板７に設けることにより、感温抵抗素子Ｒと感圧抵抗素
子Ｒ１〜Ｒ４との温度をはぼ同一とすることができるが
、これでは、製造工程の複雑化を招き、精度を良くする
ためには、さらにレーザトリミング等の煩雑な工程を必
要とするという問題点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、検出圧力媒体の温度差や温度変化に伴う台座
による熱歪の影響及び感圧抵抗素子の抵抗値の温度変化
に対する的確な温度補償を行なえ、高精度な圧力検出を
行ない得る半導体圧力センサを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、貫通する圧力導
入孔が形成された第１及び第２の電子冷却素子と、これ
ら第１及び第２の電子冷却素子間で、かつ、両者の圧力
導入孔の出口間の一領域に配置された圧力検出用の半導
体ダイアフラムと、前記第１の電子冷却素子近傍の温度
を検知し、第１の温度検知信号を出力する第１の温度検
知手段と、前記第２の電子冷却素子近傍の温度を検知し
、第２の温度検知信号を出力する第２の温度検知手段と
、予め設定した基準温度に対する前記半導体ダイアフラ
ムの温度変動を検知し、温度変動検知信号を出力する温
度変動検知回路と、前記第１及び第２の温度検知信号に
基づく第１及び第２の温度検知手段の検知温度が、両検
知温度の平均温度となるように前記第１及び第２の電子
冷却素子へ電力を供給し、さらに、前記温度変動検知信
号に基づいて前記第１及び第２の温度検知手段による検
知温度が前記基準温度と等しくなるように前記第１及び
第２の電子冷却素子へ電力を供給する電子冷却素子駆動
回路とを備えた。

（作　用） 本発明によれば、半導体ダイアフラムの、例えば被圧力
検出媒体の影響による温度変動が温度変動検知回路で検
知され、これに基づく温度変動検知信号が電子冷却素子
駆動回路に出力される。

一方、被圧力検出媒体の第１及び第２の電子冷却素子近
傍の温度が、第１及び第２の温度検知手段によりそれぞ
れ検知され、第１及び第２の温度検知信号が各温度検知
手段から電子冷却素子駆動回路に出力される。

電子冷却素子駆動回路は、これらの第１及び第２の温度
検知信号に基づき、第１及び第２の温度検知手段め検知
温度が、両検知温度の平均温度となるように、第１及び
第２の電子冷却素子へ電力を供給する。

加えて、電子冷却素子駆動回路は、温度変動検知信号の
入力に基づいて、第１及び第２の温度検知手段による検
知温度が基準温度と等しくなるように、第１及び第２の
電子冷却素子へ電力を供給する。

これにより、第１及び第２の電子冷却素子による吸熱あ
るいは発熱作用が効率的に誘起され、半導体ダイアフラ
ムの温度は予め設定した基準温度に応答性良く保持され
る。

（実施例） 第１図は、本発明に係る半導体圧力センサの一実施例を
示す主要部の断面図である。

第１図において、１０はシリコン単結晶からなるシリコ
ンダイアフラムで、−面には拡散等より４個の半導体感
圧抵抗素子（以下、感圧抵抗素子という）Ｒ１，Ｒ２、
Ｒｓ　、Ｒａからなる歪ゲージ（ブリッジ回路）が形成
され、他面中央部には、エツチング等により受圧面１０
ａが形成されている。

１１はセラミック基板（以下、単に基板という）で、そ
の中央部には圧力導入孔１１ａが形成され、その−面に
はシリコンダイアフラム１０が、圧力導入孔１１ａと受
圧面１０ａが対向するように接着剤Ｂにより固定されて
いる。

１２はボンディングワイヤで、シリコンダイヤフラム１
０の歪ゲージを、基板１１上に形成された導体パターン
ｌｌｂに接続している。また、この導体パターン１１ｂ
は、外部への出力端子であるリード１３ａに接続されて
いる。

１４Ａは第１の電子冷却素子で、後記する電子冷却素子
駆動回路２６から供給される異種の半導体同士の接合部
への直流電流の供給方向に応じて吸熱及び発熱作用が誘
起される、いわゆるペルチェ効果を有し、その中央部に
は貫通した圧力導入孔１４１ａが形成されている。第１
の電子冷却素子１４Ａへの電力の供給は、リード１３ｂ
に接続されたリード線１４２ａを介し図示しない電極に
対して行なわれる。

１４Ｂは第２の電子冷却素子で、電子冷却素子駆動回路
２６から供給される異種の半導体同士の接合部への直流
電流の供給方向に応じて吸熱及び発熱作用を奏するペル
チェ効果を有し、その中央部には貫通した圧力導入孔１
４１ｂが形成されている。

第２の電子冷却素子１４Ｂへの電力の供給は、リード１
３Ｃに接続されたリード線１４２ｂを介し図示しない電
極に対して行なわれる。

これらの第１及び第２の電子冷却素子１４Ａ。

１４Ｂは、基板１１を挟んで、第１の電子冷却素子１４
Ａが、基板１１のシリコンダイアフラム１０の搭載面側
で、かつ、圧力導入孔１４１ａがシリコンダイアフラム
１０と対向するように、導熱材１５、例えばアルミニウ
ムを介して配置され、第２の電子冷却素子１４Ｂが、基
板１１のシリコンダイアフラム１０の搭載面の背面側で
、かつ、圧力導入孔１４１ｂが基板１１の圧力導入孔１
１ａと対向するように、導熱材１５を介して配置されて
いる。

また、第１及び第２の電子冷却素子１４Ａ。

１４Ｂ、導熱材１５、基板１１をその上下方向から覆う
ように断熱材１６が配置されている。これにより、基板
１１は、第１及び第２の電子冷却素子１４Ａ、１４Ｂ間
に固定される。

１７は略り字状をなした取付板で、第１の電子冷却素子
１４Ａ及び断熱材１６と第２の電子冷却素子１４Ｂ及び
断熱材１６とを挟持しており、第１及び第２の電子冷却
素子１４Ａ、１４Ｂの各圧力導入孔１４１ａ、　１４１
ｂと対向する位置には貫通孔１７ａ、１７ｂが形成され
ている。また、この取付板１７は、放熱板としての機能
を併せ持つ。

１８Ａは第１の温度検知手段としてのサーミサタで、取
付板１７の貫通孔１７ａ近傍に固定され、被圧力検出媒
体の第１の電子冷却素子１４Ａ近傍の温度を検知し、第
１の温度検知信号ＤＴＡを出力する。また、サーミスタ
１８Ａへの配線は、リード１３ｂに接続されている。

１８Ｂは第２の温度検知手段としてのサーミサタで、取
付板１７の貫通孔１７ｂ近傍に固定され、被圧力検出媒
体の第２の電子冷却素子１４Ｂ近傍の温度を検知し、第
２の温度検知信号Ｄ　Ｔ　Ｂを出力する。サーミスタ１
８Ｂへの配線は、リード１３ｃに接続されている。

１９は金属ケースで、圧力導入パイプ２０Ａ。

２０Ｂが、それぞれ取付板１７の貫通孔１７ａ。

１７ｂと対向するように一体化されており、取付板１７
の電子冷却素子１４Ａ、１４Ｂ等の挟持部分を覆うよう
にして取付板１７に固定されている。

第４図は、電子冷却素子１４の原理を説明するための図
である。第４図に示すように、電子冷却素子１４はＮ型
半導体（図中、Ｎで示す）とＰ型半導体（図中、Ｐで示
す）とを電極Ｌ４０ａ、　１４０ｂにより直列に接続し
た構造を有しく実際には、複数個を交互に直列に接続）
、直流電源Ｖにより電極１４０ａに供給する電流をＮ型
半導体側から通すと（図中、矢印で示す方向）、電極１
４０ｂとＰ型及びＮ型半導体同士の接合部では高温とな
り発熱作用が発生し、電極１４０ｂとＮ型及びＰ型半導
体同士の接合部では低温となり吸熱作用が発生する。こ
のペルチェ効果は、可逆的で第４図において電流の向き
を逆にすると、吸熱が電極１４０ａによる接合部で、発
熱が電極１４０ｂによる接合部でそれぞれ発生するよう
になる。

また、第５図は、第１図の半導体圧力センサにおけるブ
リッジ回路の等価回路図を示している。

第５図かられかるように、シリコンダイアフラム１０上
に形成され圧力検出用ブリッジ回路を構成する感圧抵抗
素−子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、前述した第３図の場
合と同様に、感圧抵抗素子Ｒ０とＲ３並びに感圧抵抗素
子Ｒ２とＲ４同士は、同一方向圧力に対して抵抗値変化
が同一方向となるように形成され、かつ、感圧抵抗素子
Ｒ□及びＲの抵抗値の変化方向と感圧抵抗素子Ｒ２及び
８ Ｒ４の抵抗値の変化方向とが互いに逆方向となるように
形成されている。

第６図は、本発明に係る半導体圧力センサの全体構成を
示す回路図である。第６図において、２１は定電流駆動
回路で、電源電圧Ｖ（＋）と、アノードが接地されたツ
ェナーダイオードＺＤと、電源電圧Ｖ（＋）とツェナー
ダイオードＺＤのカソードとの間に接続した抵抗Ｒと、
抵抗Ｒ６とツェナーダイオードＺＤとの接続中点に接続
された抵抗Ｒと、抵抗Ｒ７とグランド間に接続された抵
抗Ｒ８と、非反転入力（＋）が抵抗Ｒ７と抵抗Ｒとの接
続中点に、反転入力（−）が抵抗Ｒ５を介して接地され
たオペアンプＡ１とから構成され、その出力よりシリコ
ンダイアフラム１０に定電流ＩＢを供給する。さらに、
オプアンプＡ１の出力電圧はｖＩＢ（以下、ブリッジ電
圧という）となり、このブリッジ電圧Ｖ１Ｂは、温度変
動検知回路２３に供給される。

２２は検出圧力演算増幅回路で、正の電源電圧（＋）及
び負の電源電圧（−）、オペアンプＡ２゜Ａ３．Ａ４、
抵抗Ｒ９〜Ｒ工４、感度調整用可変抵抗ｖＲ１および零
点調整用可変抵抗ＶＲ２とから構成されている。オペア
ンプＡ２の非反転入力（＋）はシリコンダイアフラム１
０の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ４の接続中点に、オペアンプＡ３
の非反転入力（＋）はシリコンダイアフラム１０の抵抗
Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続中点ににそれぞれ接続され、これ
らオペアンプＡ２．Ａ３の反転入力（−）同士は可変抵
抗Ｖ　Ｒ１を介して接続されている。

さらに、オペアンプＡ２．Ａ３の各出力と反転入力（−
）との接続中点には抵抗Ｒ９，Ｒｌｏがそれぞれ接続さ
れている。また、オペアンプＡ４の反転入力（−）には
抵抗Ｒ１、を介してオペアンプＡ２の出力が、非反転入
力（÷）には抵抗Ｒ１□を介してオペアンプＡ３の出力
がそれぞれ接続されている。

さらにまた、オペアンプＡ４の非反転入力（＋）と抵抗
Ｒの接続中点には抵抗Ｒ１４を介して可変紙２ 抗ｖＲ２が接続されている。

２３は温度変動検知回路で、オペアンプＡ５゜Ａ６及び
抵抗Ｒ１５〜Ｒ１８により構成されている。

オペアンプＡ５はバッファとしての機能を有し、非反転
入力（÷）にブリッジ電圧ｖＩ８が入力され、その出力
は抵抗Ｒ１５を介してオペアンプＡ６の反転入力（−）
に接続されている。抵抗Ｒ１７，Ｒ１８は直列に接続さ
れ、その接続中点はオペアンプＡ６の非反転入力（＋）
に接続され、電圧■ｒｅｆを分割した基準温度目標値電
圧（例えば、２５℃に相当する電圧）を示す基準信号ｖ
ＴＨをオペアンプＡ６の非反転入力（＋）に供給する。

オペアンプＡ６は入力した温度フィードバック信号ＶＢ
と基準信号ＶＴＨとを比較し、その比較結果に応じたレ
ベルの温度変動検知信号ＶＴを出力する。

第７図は、シリコンダイアフラム１０のブリッジ回路の
両端に発生する電圧ＶＢＲと温度との関係を示すグラフ
である。第７図かられかるように、ブリッジ回路の両端
に発生する電圧ｖＢＲは、温度上昇とともに大きな値と
なる。

２４は温度検知回路で、第１及び第２のサーミスタ１８
Ａ、１８Ｂ、オペアンプＡ７．Ａ８及び抵抗Ｒ１９〜Ｒ
３ｏにより構成されている。サーミスタ１８Ａは一端が
抵抗Ｒ１９を介して電圧Ｖｒｅｆの供給部に接続され、
他端は抵抗Ｒ２ｏを介して接地され、さらに直線性補正
用抵抗ＲＡが並列に接続されている。同様に、サーミス
タ１８Ｂは一端が抵抗Ｒを介して電圧ｖｒｏｆの供給部
に接続され、１ 他端は抵抗Ｒ２□を介して接地され、さらに直線性補正
用抵抗ＲＢが並列に接続されている。

第８図は、サーミスタ１８Ａ　（１８Ｂ）の両端の電圧
ＶＳＡ　（Ｖ３Ｂ）と温度との関係を示すグラフである
。第８図かられかるように、サーミスタ１８Ａ　（１８
Ｂ）の両端の電圧Ｖ８Ａ（Ｖ８Ｂ）は、温度上昇ととも
に小さいな値となる。

オペアンプＡ７は、その反転入力（−）に抵抗ＲＡの一
端が抵抗Ｒ２３を介して接続され、非反転入力（＋）に
抵抗ＲＡの他端が抵抗Ｒ２４を介して接続されるととも
に、抵抗Ｒ２６を介して接地されており、電圧ｖ８Ａを
増幅し、圧力導入パイプ２ＯＡ側の被圧力検出媒体の温
度を示す第１の温度検知信号ＤＴＡを出力する。

オペアンプＡ８は、その反転入力（−）に抵抗Ｒの一端
が抵抗Ｒ２□を介して接続され、非反転入力（＋）に抵
抗Ｒの他端が抵抗Ｒ２８を介して接続されるとともに、
抵抗Ｒ３ｏを介して接地されており、電圧ｖ８Ｂ増幅し
、圧力導入パイプ２０Ｂ側の被圧力検出媒体の温度を示
す第２の温度検知信号ＤＴＢを出力する。

２５は相対温度誤差検知回路で、オペアンプＡ９〜Ａｌ
ｌと抵抗Ｒ〜抵抗Ｒ３８により構成さ１ れている。オペアンプＡ９は、その非反転入力（＋）が
温度検知回路２４のオペアンプＡ７とＡ８の出力同士を
接続した抵抗Ｒと抵抗Ｒ３□の接続１ 中点に接続され、反転入力（−）が抵抗Ｒ８３を介して
接地されており、被圧力検出媒体の相対的な平均温度を
示す平均温度信号Ｖ８Ｒを出力する。平均温度信号ｖ８
Ｒと第１及び第２の温度検知信号ＤＴＡ　、　Ｄ　Ｔ　
Ｂが示す温度値は、次の（１）式に示すような関係を満
足する。

ＶＳＲ＝　　（Ｄ　ＴＡ　　＋　Ｄ　ＴＢ　　）　　／
　　２　　　　　　二・・（１）オペアンプＡＩＯは、
非反転入力（＋）がオペアンプＡ９の出力に接続され、
反転入力（−）がオペアンプＡ７の出力に抵抗Ｒ３５を
介して接続されており、被圧力検出媒体の平均温度信号
ｖ８Ｒを目標値信号とし、第１の温度検知信号Ｄ　Ｔ　
Ａを温度フィードバック信号として入力し、目標値に対
して温度フィードバックの差を誤差信号Ｄ’ｒＡ’　と
して出力する。誤差信号Ｄ　Ｔ　Ａ　’　　と平均温度
信号ｖ８Ｒ及び第１の温度検知信号Ｄ　Ｔ　Ａは、次の
（２）式に示すような関係を満足する。

Ｄ　ＴＡ’　＝　Ｖ８Ｒ−Ｄ　ＴＡ−（２）オペアンプ
Ａｌｌは、非反転入力（＋）がオペアンプＡ９の出力に
接続され、反転入力（−）がオペアンプＡ８の出力に抵
抗Ｒ３□を介して接続されており、被圧力検出媒体の平
均温度信号ｖ８Ｒを目標値信号とし、第２の温度検知信
号ＤＴＢを温度フィードバック信号として入力し、目標
値に対して温度フィードバックの差を誤差信号Ｄ　Ｔ　
Ｂ’　として出力する。誤差信号Ｄ　Ｔ　Ｂ’　と平均
温度信号ｖ８Ｒ及び第２の温度検知信号ＤＴＢは、次の
（３）式に示すような関係を満足する。

ＤＴＢ　−ＶｓＲＤＴＢ　　　　　　・・・（３）２６
は電子冷却素子駆動回路で、正の電源電圧Ｖ（＋）及び
負の電源電圧ｖ（−）、オペアンプＡ１２、Ａ１３、ダ
イオードＤ１〜Ｄ４、トランジスタＴＲ−ＴＲ及び抵抗
Ｒ８９〜Ｒ５ｏにより構４ 成されている。

オペアンプＡ１２は、非反転入力（＋）が抵抗Ｒ３９を
介してオペアンプＡＩＯの出力に接続されているととも
に、抵抗Ｒ４ｏを介してオペアンプＡ６の出力に接続さ
れ、反転入力（−）が抵抗Ｒ１４３を介して接地されて
いる。

トランジスタＴＲＩは、コレクタが電源電圧Ｖ（＋）に
、エミッタが第１の電子冷却素子１４Ａにそれぞれ接続
され、ベースが抵抗Ｒ４□を介して電源電圧Ｖ（＋）に
接続されるとともに、ダイオードＤ１のアノードに接続
されている。また、トランジスタＴ　Ｒ２は、エミッタ
がトランジスタＴＲ１のエミッタと第１の電子冷却素子
１４Ａとの接続中点に、コレクタが電源電圧Ｖ（−）に
それぞれ接続され、ベースが抵抗Ｒ４□を介して電源電
圧Ｖ（−）に接続されるとともに、ダイオードＤ２のカ
ソードと接続されている。また、ダイオードＤ　のカソ
ードとダイオードＤ２のアノードが接続され、これらの
接続中点には、オペアンプＡ１２の出力が接続されてい
る。

以上のトランジスタＴＲ，ＴＲ２等により電力増幅回路
が構成され、第１の電子冷却素子１４Ａに、下記（４）
式にて表される駆動信号ｖ、Ａが印加される。

ＶＰＡ＝ＤＴＡ’　十ＴＶ　　　　　　　　−（４）ま
た、オペアンプＡ１３は、非反転入力（÷）が抵抗Ｒ４
５を介してオペアンプＡ１１の出力に接続されていると
ともに、抵抗Ｒ４６を介してオペアンプＡ６の出力に接
続され、反転入力（−）が抵抗Ｒ４９を介して接地され
ている。

トランジスタＴＲ３は、コレクタが電源電圧Ｖ（＋）に
、エミッタが第１の電子冷却素子１４Ｂに接続され、ベ
ースが抵抗Ｒ４７を介して電源電圧Ｖ（＋）に接続され
るとともに、ダイオードＤ３のアノードに接続されてい
る。また、トランジスタＴＲは、エミッタがトランジス
タＴＲ３のエミ４ ツタと第２の電子冷却素子１４Ｂとの接続中点に、コレ
クタが電源電圧Ｖ（−）にそれぞれ接続され、ベースが
抵抗Ｒ４８を介して電源電圧Ｖ　（−）に接続されると
ともに、ダイオードＤ４のカソードと接続されている。

また、ダイオードＤ３のカソードとダイオードＤ４のア
ノードが接続され、これらの接続中点には、オペアンプ
Ａ１３の出力が接続されている。

以上のトランジスタＴ　Ｒｓ　、　Ｔ　Ｒ４等により、
電力増幅回路が構成され、第２の電子冷却素子１４Ｂに
、下記（５）式にて表される駆動信号ｖＰＢが印加され
る。

ｖＰＡ＝ＤＴＢ　＋ＴＶ　　　　　　　・・・（５）次
に、上記構成による動作を、第１図、第６図及び第９図
に基づいて説明する。なお、第９図は、第１図の半導体
圧力センサにおける圧力導入路上の温度分布を示してい
る。

まず、圧力導入パイプ２ＯＡ、２０Ｂ、圧力導入孔１４
１ａ、’　１４１ｂ、　　１１　ａを介して、シリコン
ダイアフラム１０に到達する被圧力検出体の温度が、例
えば高くなると、これに伴ないシリコンダイアフラム１
０の温度も上昇して、感圧抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の値が変
化し、感圧抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の合成抵抗値が徐々に大
きな値となる。これにより、温度フィードバック信号Ｖ
　の値が基準電圧ＶＴＨよりも大きくなり、温度変動検
知回路２３から両者の比較結果（差）に応じたレベルの
温度変動検知信号ＶＴが、電子冷却素子駆動回路２６に
出力される。

一方、被圧力検出媒体の第１及び第２の電子冷却素子１
４Ａ、１４Ｂ近傍の温度ＴＡ、ＴＢ　（第９図）が、第
１及び第２のサーミスター８Ａ。

１８Ｂによりそれぞれ検知される。これにより発生した
サーミスター８Ａ、１８Ｂの両端電圧ｖＳＡ−Ｖ８Ｂは
、温度検知回路２４のオペアンプＡ７゜Ａ８により増幅
され、第１及び第２の温度検知信号ＤＴＡ、ＤＴＢとし
て相対温度誤差検知回路２５に出力される。

相対温度誤差検知回路２５は、入力した第１及び第２の
温度検知信号Ｄ　Ｔ　ｐ、　、　Ｄ　Ｔ　ｂに基づき、
両者の平均温度ＴＣ（第９図）を算出して、その平均温
度ＴＣに相当する電圧値の平均温度信号ｖ８Ｒを発生し
、さらに、この平均温度信号Ｖ８Ｒを目標値信号として
第１及び第２の温度検知信号ＤＴＡ、ＤＴＢとの差に基
づく誤差信号Ｄ　Ｔ　Ａ　’Ｄ’ｒＢ’を電子冷却素子
駆動回路２６にそれぞれ出力する。

電子冷却素子駆動回路２６は、誤差信号ＤＴＡと温度変
動検知信号ＶＴの入力に伴い、両者を加算したレベルに
相当する電圧ｖＰＡを第１の電子冷却素子１４ａに印加
し、同様に、誤差信号ＤＴＢと温度変動検知信号ＶＴを
加算したレベルに相当する電圧ｖＰＢを第２の電子冷却
素子１４Ｂに印加する。

これにより、第１及び第２の電子冷却素子１４Ａ、１４
Ｂによる吸熱あるいは発熱作用が効率的に誘起され、シ
リコンダイアフラム１０の温度は予め設定した基準温度
に応答性良く保持される。

従って、検出圧力演算増幅回路２２により得られるアナ
ログ出力は、温度変化に対して零点移動の少ない、高精
度な出力特性を有している。また、被圧力検出媒体は、
電子冷却素子１４Ａ、１４Ｂを貫通した圧力導入孔１４
１ａ、　１４１ｂを案内されるので、この圧力導入孔１
４１ａ、　１４１ｂを通過時にも温度変動の抑制作用を
受けていることになる。

以上のように、本実施例によれば、シリコンダイアフラ
ム１０の温度が被圧力検出体の温度変動の影響を受けて
変動したとしても、シリコンダイアフラム１０の温度を
所定の設定温度に保持できる。従って、台座の煩雑な材
料選択作業から回避され、かつ、零点移動の極めて少な
い、高精度な圧力検出が実現できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、半導体ダイアフ
ラムの温度が被圧力検出体の温度変動の影響を受けて変
動したとしても、当該半導体ダイアフラムの温度を所定
の設定温度に保持できる。

従って、いわゆる感圧部の熱歪を低減でき、半導体ダイ
アフラムを載置する台座の煩雑な材料選択作業が必要な
くなり、かつ、零点の移動を抑制でき、高精度な圧力検
出を行ない得る半導体圧力センサを提供できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体圧力センサの一実施例を示
す主要部の断面図、第２図は従来の半導体圧力センサの
断面図、第３図は従来の歪ゲージの等価回路図、第４図
は本発明に係る電子冷却素子の原理説明図、第５図は本
発明に係る半導体圧力センサのブリッジ回路の等価回路
図、第６図は本発明に係る半導体圧力センサの全体構成
を示す回路図、第７図は本発明に係るブリッジ回路の両
端電圧の温度特性を示すグラフ、第８図は本発明に係る
サーミスタの両端電圧の温度特性を示すグラフ、第９図
は本発明に係る半導体圧力センサ内の温度分布図である
。 図中、１０・・・シリコンダイアフラム、１１・・・基
板、１２・・・ボンディングワイヤ、１４Ａ・・・第１
の電子冷却素子、１４Ｂ・・・第２の電子冷却素子、１
８Ａ・・・第１のサーミスタ、１８Ｂ・・・第２のサー
ミスタ、１９・・・金属ケース、２ＯＡ、２０Ｂ・・・
圧力導入パイプ、２１・・・定電流駆動回路、２２・・
・検出圧力演算増幅回路、２３・・・温度変動検知回路
、２４・・・温度検知回路、２５・・・相対温度誤差検
知回路、２６・・・電子冷却素子駆動回路、Ｒ１，Ｒ２
゜Ｒｓ　、Ｒ４・・・半導体感圧抵抗素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 貫通する圧力導入孔が形成された第１及び第２の電子冷
   却素子と、 これら第１及び第２の電子冷却素子間で、かつ、両者の
   圧力導入孔の出口間の一領域に配置された圧力検出用の
   半導体ダイアフラムと、 前記第１の電子冷却素子近傍の温度を検知し、第１の温
   度検知信号を出力する第１の温度検知手段と、 前記第２の電子冷却素子近傍の温度を検知し、第２の温
   度検知信号を出力する第２の温度検知手段と、 予め設定した基準温度に対する前記半導体ダイアフラム
   の温度変動を検知し、温度変動検知信号を出力する温度
   変動検知回路と、 前記第１及び第２の温度検知信号に基づく第１及び第２
   の温度検知手段の検知温度が、両検知温度の平均温度と
   なるように前記第１及び第２の電子冷却素子へ電力を供
   給し、さらに、前記温度変動検知信号に基づいて前記第
   １及び第２の温度検知手段による検知温度が前記基準温
   度と等しくなるように前記第１及び第２の電子冷却素子
   へ電力を供給する電子冷却素子駆動回路とを備えたこと
   を特徴とする半導体圧力センサ。