JPH0426051B2 - - Google Patents

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JPH0426051B2
JPH0426051B2 JP58136955A JP13695583A JPH0426051B2 JP H0426051 B2 JPH0426051 B2 JP H0426051B2 JP 58136955 A JP58136955 A JP 58136955A JP 13695583 A JP13695583 A JP 13695583A JP H0426051 B2 JPH0426051 B2 JP H0426051B2
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JP
Japan
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diaphragm
pressure sensor
damage
semiconductor pressure
circuit
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JP58136955A
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English (en)
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JPS6029627A (ja
Inventor
Satoru Oohata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP58136955A priority Critical patent/JPS6029627A/ja
Publication of JPS6029627A publication Critical patent/JPS6029627A/ja
Publication of JPH0426051B2 publication Critical patent/JPH0426051B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0054Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は半導体のビエゾ抵抗効果を圧力検出
に利用した半導体圧力センサに関し、特にダイア
フラムの破損を検出する手段を備えた半導体圧力
センサに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
半導体圧力センサは、シリコン等の半導体で構
成されたダイアフラムの片面に拡散抵抗を形成
し、この拡散抵抗のひずみによる抵抗変化すなわ
ちピエゾ抵抗効果を利用して圧力を電気信号に変
換するようにしたものである。ところで、この種
の半導体圧力センサは、シリコン等の半導体がも
つ脆い性質のため、圧力が急激に変化するとダイ
アフラムが破損してしまうことがある。このため
に何らかの方法でダイアフラムの破損を検出する
必要がある。このダイアフラムの破損を検出する
手段としては従来、次のようなものがある。まず
その1つとして、ダイアフラムの周辺部にほぼ全
周にわたつてアルミニウムによつて構成される配
線パターンを形成し、この配線パターンの断線も
しくは破損を外部に設けられている検出手段で検
出するものがある。この手段は、ダイアフラムの
破損時にこれと同時に上記配線パターンにも機械
的影響が与えられる現象を利用するようにしたも
のである。ところが、ダイアフラム周辺部にほぼ
全周にわたつて配線パターンを形成すると、半導
体材料との熱膨張差によるひずみが発生し、本来
の圧力によるひずみを感知する拡散抵抗が上記熱
膨張差に基づくひずみも感知してしまい誤差が発
生する。したがつて、この手段は高精度を必要と
する微差圧用圧力センサには不適当である。ま
た、この手段でダイアフラムの破損を検出するた
めには、外部に何らかの検出手段たとえば検出回
路が必要になるという欠点もある。
さらに従来では、(100)面のウエーハを用いた
場合にへき開が起こる方向は(110)の方向であ
ることを利用して、このへき開方向の交点付近に
前記配線パターンを形成したものがある。このよ
うな手段では上記熱膨張差に起因するひずみの影
響を小さくおさえることはできる。ところが前記
手段の場合と同様に、外部に検出回路を設けなけ
ればダイアフラムの破損検出が行なえないという
欠点がある。
〔発明の目的〕
この発明は上記のような事情を考慮してなされ
たものであり、その目的とするところは、外部に
特別な検出回路を設けることなしにダイアフラム
部の破損検出を行なうことができる半導体圧力セ
ンサを提供することにある。
〔発明の概要〕
この発明によれば、ダイアフラム部にこのダイ
アフラム破損検出用の導電性パターンが形成さ
れ、かつ半導体圧力センサ本体にはバイポーラト
ランジスタがモノリシツクに形成され、上記導電
性パターンは上記バイポーラトランジスタのエミ
ツタ回路に挿入されている半導体圧力センサが提
供されている。
〔発明の実施例〕
以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明
する。
第1図aはこの発明に係る半導体圧力センサの
平面図であり、第1図bは同図aのセンサをA−
A′線のところで切断した場合の概略的な断面図
である。第1図において10はN型でかつ(100)
面を持つ単結晶シリコンウエーハを用いて構成さ
れる外観形状が方形の半導体圧力センサ本体であ
る。このセンサ本体10はエツチングもしくは機
械的手段により裏面側が円形状にくり抜かれてお
り、これによつて円形で肉薄のダイアフラム部1
1と肉厚の周縁部12とが構成されている。また
上記方形のセンサ本体10の1辺において、上記
ダイアフラム部11の周辺部には、その長手方向
がこのダイアフラム部11の半径方向と一致する
ように配置された感圧用のP型の拡散抵抗13が
形成されている。同様に上記ダイアフラム部11
の周辺部には、その長手方向がこのダイアフラム
部11の半径方向と直交する方向と一致するよう
に配置されたもう1つの感圧用のP型の拡散抵抗
14が形成されている。上記一方の拡散抵抗14
の両端は、センサ本体10上に図示しない絶縁膜
を介して設けられアルミニウムによつて構成され
た配線151,152を介して、これもアルミニウ
ムによつて構成された2個の電極161,162
れぞれに接続されている。同様に上記他方の拡散
抵抗13の両端はアルミニウムによつて構成され
た配線153,154を介して、上記2個の電極1
1,162の配列に沿つて配列されかつアルミニ
ウムによつて構成された2個の電極163,164
それぞれに接続されている。さらに上記センサ本
体10の上記1辺において、周縁部12にはP型
領域17とN+型領域18とが所定距離を保つて
形成されており、さらに上記P型領域17内には
N+型領域19が形成されている。
すなわち、上記周縁部12には、P型領域17
をベース領域、N+型領域19をエミツタ領域、
N+型領域18をコレクタコンタクト領域および
N+型領域17とP型領域18付辺の前記センサ
本体10をコレクタ領域とするnpnトランジスタ
20がモノリシツクに形成されている。上記npn
トランジスタ20のコレクタコンタクト領域に対
応した上記N+型領域18は前記と同様にアルミ
ニウムによつて構成された配線155を介して、
アルミニウムによつて構成された電極165に接
続されている。同様に上記npnトランジスタ20
のベース領域に対応した上記P型領域17は、同
じくアルミニウムによつて構成された配線156
を介して、アルミニウムによつて構成された電極
166に接続されている。さらに同様に、上記
npnトランジスタ20のエミツタ領域に対応した
上記N+型領域19は、同じくアルミニウムによ
つて構成された配線157を介して、アルミニウ
ムによつて構成された電極167に接続されてい
る。ここで上記npnトランジスタ20のエミツタ
領域としてのN+型領域19を電極167に接続す
る配線157は、その一部が前記ダイアフラム部
11のへき開方向の交点付近すなわち圧力センサ
本体10の(110)方向の交点付近に位置しかつ
へき開方向を横切るようにパターン形成されてお
り、この配線157のダイアフラム部11の部分
はダイアフラム破損検出用の配線パターン21と
して使用される。そして上記2個の感圧用の拡散
抵抗13,14,npnトランジスタ20、ダイア
フラム破損検出用の配線パターン21および電極
161〜167等からなる回路は、上記センサ本体
10の残り3つの各辺にも同様に形成されてい
る。すなわち、この半導体圧力センサでは、圧力
センサ本体10には同じ回路が4つ形成されてお
り、実際に圧力測定を行なう場合にはこのうちの
1つもしくは2つが用いられ、残りのものは冗長
用として用いられる。
第2図は上記第1図に示す半導体圧力センサの
1回路分の等価回路であり、第1図と対応する箇
所には第1図に付した符号と同一の符号を付して
いる。図示するように前記ダイアフラム破損検出
用の配線パターン21はnpnトランジスタ20の
エミツタ回路に挿入された構成となつている。
このような回路において圧力測定を行なう場合
には、上記2つの拡散抵抗13,14を用いた次
のような回路構成によつてなされる。第3図は上
記拡散抵抗13,14を用いた圧力測定回路を示
す。図示するようにこの回路では、上記両抵抗1
3,14と値が固定されている2つの抵抗31,
32とを用いていわゆるハーフブリツジが構成さ
れている。上記2つの拡散抵抗13,14は前記
ダイアフラム部11に加えられる圧力に応じてそ
の値が変化し、しかもこの2つの拡散抵抗13,
14は前記第1図aに示すようにその長手方向が
互いに直交するように配置されているので、圧力
変化に対する抵抗値の変化方向が異なる。したが
つて、第3図において抵抗13と31の接続点3
3、抵抗14と32の接続点34相互間に一定電
圧Vを印加したときに、抵抗13と14の接続点
35、抵抗31と32の接続点36相互間に発生
する圧力変化に応じた電位差ΔEは、2つの拡散
抵抗13,14の長手方向を同一方向に配置した
場合よりも大きくなる。またこのときの上記電位
差ΔEを計測すれば、ダイアフラム部11に加え
られている圧力を知ることができる。
一方、前記第2図におけるnpnトランジスタ2
0とダイアフラム破損検出用の配線パターン21
とは、前記ダイアフラム部11の破損を検出する
ためと、温度補正のためとに用いられる。第4図
は上記破損検出と温度補正を行なう場合の回路を
示す。図示するようにこの回路では、前記npnト
ランジスタ20のコレクタ、ベース間に抵抗R1
を、ベースと前記配線パターン21の一端との間
に抵抗R2を、かつ配線パターン21の一端とア
ース電位との間に抵抗R3をそれぞれ挿入し、npn
トランジスタ20のコレクタとアース電位との間
に一定電圧Vc.c.を供給するようにしている。な
お、上記3つの抵抗R1〜R3は電極165,166
167の相互間に外付けするようにしてもよいし、
圧力センサ本体10の周縁部12にモノリシツク
に構成するようにしてもよい。
ところで半導体圧力センサは本来、圧力よりも
温度に対する感度が高くなるので、そのときの温
度に応じて圧力感度等を補正する必要がある。そ
こでこの実施例によるセンサでは、上記第4図の
ような回路によつて温度補正とともにダイアフラ
ム部11の破損をも検知しようとするものであ
る。すなわち、いま第4図において、配線パター
ン21が断線もしくは破損していない状態のとき
を考える。この状態のときに前記npnトランジス
タ20のベース・エミツタ間電圧VBEが温度変化
に応じて変われば、電極167とアース電位との
間の電圧もVBEに応じて変わる。したがつて、上
記配線パターン21が断線もしくは破損していな
いときに、上記電極167とアース電位との間の
電圧を用いることによつて温度補正を行なうこと
ができる。
一方、第4図において、ダイアフラム部11が
破損しこれに伴つて前記配線パターン21が断線
もしくは破損した状態のときに、前記電極167
とアース電位との間の電圧が前記温度変化に伴う
VBE変化によるこの電圧変化範囲外となるように
前記抵抗R1〜R3の値を設定しておけば、この電
圧を観測することによつて前記ダイアフラム部1
1の破損を容易に検出することができる。
このように上記実施例によれば、圧力センサ本
体10にモノリシツクにnpnトランジスタ20お
よびこのトランジスタ20のエミツタ回路にダイ
アフラム破損検出用の配線パターン21を挿入す
るようにしたので、外部にダイアフラム破損検出
用の検出回路を設けることなしに、温度補正とと
もにダイアフラム部11の破損検出を行なうこと
ができる。しかも上記配線パターン21はダイア
フラム部11の周辺全面に設けず一部にのみ設け
るようにしているので、前記したような熱膨張差
に基づく影響も小さなものとすることができる。
なお、この発明は上記一実施例に限定されるも
のではなく種々の変形が可能である。たとえば上
記実施例ではダイアフラム破損検出用の配線パタ
ーン21はダイアフラム部11上に絶縁膜を介し
て形成されたアルミニウムによる配線157の一
部で構成される場合について説明したが、これは
ダイアフラム部11にたとえば拡散法、イオン注
入法等によつて形成される半導体領域で構成する
ようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、外部に
特別な検出回路を設けることなしにダイアフラム
の破損検出を行なうことができる半導体圧力セン
サが提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図aはこの発明に係る半導体圧力センサの
平面図、第1図bは第1図aのA−A′線に沿つ
た断面図、第2図は第1図に示すセンサの1回路
分の等価回路を示す図、第3図は第1図に示すセ
ンサを用いて圧力測定を行なう場合の圧力測定回
路を示す図、第4図は第1図に示すセンサを用い
てダイアフラム部の破損検出を行なう場合の回路
を示す図である。 10…半導体圧力センサ本体、11…ダイアフ
ラム部、12…周縁部、13,14…拡散抵抗、
15…配線、16…電極、20…npnトランジス
タ、21…ダイアフラム破損検出用の配線パター
ン、R1〜R3…抵抗。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ダイヤフラム部に感圧手段としての拡散抵抗
    が形成された半導体圧力センサ本体と、 上記半導体圧力センサ本体にモノリシツクに形
    成されたダイヤフラム部破損検出用並びに温度補
    正用のバイポーラトランジスタと、 上記ダイヤフラム部に形成され、上記トランジ
    スタのエミツタ回路に挿入されたダイヤフラム部
    破損検出用並びに温度補正用の導電性パターンと を具備したことを特徴とする半導体圧力センサ。 2 前記導電性パターンがダイヤフラム部におけ
    るへき開方向の交点付近の位置に形成されている
    特許請求の範囲第1項に記載の半導体圧力セン
    サ。
JP58136955A 1983-07-27 1983-07-27 半導体圧力センサ Granted JPS6029627A (ja)

Priority Applications (1)

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JP58136955A JPS6029627A (ja) 1983-07-27 1983-07-27 半導体圧力センサ

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JP58136955A JPS6029627A (ja) 1983-07-27 1983-07-27 半導体圧力センサ

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JPS6029627A JPS6029627A (ja) 1985-02-15
JPH0426051B2 true JPH0426051B2 (ja) 1992-05-06

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ID=15187408

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JP58136955A Granted JPS6029627A (ja) 1983-07-27 1983-07-27 半導体圧力センサ

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WO2011010571A1 (ja) 2009-07-24 2011-01-27 ローム株式会社 半導体圧力センサ、圧力センサ装置、電子機器、および半導体圧力センサの製造方法

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