JPH04301731A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体圧力センサに関し
、更に詳しくは、差圧伝送器における過大圧保護機構の
改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の圧力センサの一例の構成図
である。図において、１はボディであり、一方の側面に
は低圧側の測定圧力ＰＬが作用する金属からなる第１の
シールダイヤフラム２が設けられ、他方の側面には高圧
側の測定圧力ＰＨが作用する金属からなる第２のシール
ダイヤフラム３が設けられ、内部には金属からなる過大
圧保護ダイヤフラム４が設けられている。

【０００３】上記構成において、シールダイヤフラム２
または３に過大圧力が加えられた場合、過大圧保護ダイ
ヤフラム４は破線で示すように対向するボディに着座し
、一定以上の圧力がセンサに加わらないようにする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の構成によれば、金属が伸縮することから、■
過大圧前後に出力のヒステリシスが発生し、精度劣化を
招く。

【０００５】■寸法的に大きくなり、小形化が難しい。 等の問題がある。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、それ自体に過大圧保護機
構が設けられた構造が簡単で小形化が可能な半導体圧力
センサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
る本発明は、一方の面に圧力検出素子が形成された第１
のシリコンプレートと、一方の表面に中央部分を除くよ
うにして酸化膜が形成され、中央部分には圧力を導入す
る穴が形成された第２，第３のシリコンプレートとで構
成され、前記第１のシリコンプレートの両面には中央部
分及び酸化膜が対向するように第２，第３のシリコンプ
レートがそれぞれ接合されたことを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【作用】第１のシリコンプレートは、両面のシリコンプ
レートの圧力導入穴に導入される圧力の差に応じてたわ
む。そして、一方の圧力が大きくなった場合には対向す
るシリコンプレートの壁に押し当てられ、過大圧力によ
る破損から保護される。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００１０】図１は、本発明に係る半導体圧力センサを
用いた差圧測定器の全体構造図である。図において、１
０はボディであり、上部ボディ１１と下部ボディ１２と
で構成されている。上部ボディ１１の内部には半導体圧
力センサ３０を支持する支持台２０が固着されている。 半導体圧力センサ３０は支持台２０に低融点ガラスで接
合されている。支持台２０の一部には半導体圧力センサ
３０の信号線を外部の信号リード線２２に接続するため
のハーメチック端子２１が形成されている。上部ボディ
１１と支持台２０との接合部及び上部ボディ１１と下部
ボディ１２の接合部は溶接で固着されている。

【００１１】図２は半導体圧力センサ３０の組立工程図
である。 （工程Ａ）第１のシリコンプレート３１の一方の面には
圧力検出素子として例えばピエゾ抵抗素子３２が形成さ
れ、内部には該ピエゾ抵抗素子３２に接続される拡散リ
ード３３が形成されている。そして、該ピエゾ抵抗素子
３２が形成された表面には中央部分を除くようにして酸
化膜３４が形成されている。

【００１２】第２のシリコンプレート３５の一方の表面
には中央部分を除くようにして酸化膜３６が形成され、
中央部分には圧力を導入する穴３７が形成されている。

【００１３】第３のシリコンプレート３８の一方の表面
には中央部分を除くようにして酸化膜３９が形成され、
中央部分には圧力を導入する穴４０が形成されている。

【００１４】なお、各シリコンプレート３１，３５，３
８の酸化膜３４，３６，３９が形成されない領域の形状
は円形でも矩形でもよい。 （工程Ｂ）第１のシリコンプレート３１のピエゾ抵抗素
子３２が形成され酸化膜３４が形成された表面に第２の
シリコンプレート３５の酸化膜３６が形成された表面を
重ね合わせ、８００℃〜１０００℃に加熱して熱圧着す
る。これにより得られる接合強度は単結晶シリコンと同
等で強い。 （工程Ｃ）第１のシリコンプレート３１の裏面を研磨し
て薄肉にした後、中央部分を除くようにして酸化膜４１
を形成する。 （工程Ｄ）工程Ｃで形成された酸化膜４１に第３のシリ
コンプレート３８の酸化膜３９が形成された表面を重ね
合わせ、８００℃〜１０００℃に加熱して熱圧着する。 （工程Ｅ）第１のシリコンプレート３１の酸化膜３４に
穴をあけて拡散リード３４とのコンタクトを取り、ハー
メチック端子２１と接続する。

【００１５】これにより、各シリコンプレート３１，３
５，３８の酸化膜３４，３６，３９及び４１が形成され
ていない中央部分で、最大変位が酸化膜３４，３６，３
９及び４１の膜厚で決定されるシリコンダイヤフラムが
構成される。

【００１６】このような構成において、通常の差圧ΔＰ
（＝ＰＨ−ＰＬ）の測定は、該差圧ΔＰによるシリコン
ダイヤフラム上の応力をピエゾ抵抗素子３２で検出し、
電気信号として出力する。この場合、大きな静圧中でも
測定できる。

【００１７】そして、過大圧が例えば図３のようにＰＨ
側に作用した場合、第１のシリコンプレート３１はＰＬ
側の第３のシリコンプレート３８に着座し、破壊は防止
される。これに対し、過大圧がＰＬ側に作用した場合に
は第１のシリコンプレート３１はＰＨ側の第２のシリコ
ンプレート３５に着座して破壊は防止される。

【００１８】このように構成することにより、従来のよ
うな過大圧保護のためのダイヤフラムは不要になるので
全体の構造が簡単になり、小形にできる。

【００１９】なお、第１のシリコンプレート３１の厚さ
、酸化膜３４，３６，３９及び４１の膜厚及び中央部分
の寸法は、差圧レンジや過大圧の大きさに応じて適切に
選定する。

【００２０】また、ダイヤフラムのたわみの検出にあた
っては、ダイヤフラム部分に電極を形成して静電容量の
変化として検出してもよいし、ダイヤフラム部分にビー
ムを形成してビームの振動変化として検出してもよい。

【００２１】また、図４に示すように、第２のシリコン
プレート３５の表面にピエゾ抵抗素子等の圧力センサ４
２を形成しておけば、静圧による変形応力が検出でき、
静圧を測定できる。

【００２２】また、図４と同様に、第２のシリコンプレ
ート３５の表面に演算回路を形成することにより集積形
圧力センサが構成できる。

【００２３】また、過大圧が加わった場合に着座する各
シリコンプレート３１，３５，３８の接触部分に窒化膜
等の保護膜を形成してもよい。

【００２４】更に、図５に示すように第２のシリコンプ
レート３５も他のシリコンプレート３１，３８と同一の
寸法にし、第２のシリコンプレート３５にコンタクト用
の微細穴４３をあけてＡｌなどの電極を付着させ、コン
タクト部を形成してもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、以下のような効果が得られる。

【００２６】■本発明の半導体圧力センサは、それ自体
にシリコンの微細加工による過大圧保護機構が設けられ
た構造であって、差圧系全体の構造が簡単になり、小形
にできる。

【００２７】■過大圧保護機構は、シリコンとその酸化
膜で構成されるので、金属ダイヤフラムによる過大圧保
護機構に比べてヒステリシスが小さくなる。

【００２８】■半導体圧力センサは、集積回路の製造工
程と同様で大量生産に適しており、機械部品の小形化と
合わせて低価格の差圧計が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体圧力センサを用いた差圧測
定器の全体構造図である。

【図２】本発明に係る半導体圧力センサの一実施例を製
造する工程の説明図である。

【図３】本発明に係る半導体圧力センサの動作説明図で
ある。

【図４】本発明の他の実施例の構成図である。

【図５】本発明の他の実施例の構成図である。

【図６】従来の過大圧保護機構の一例の構成図である。

【符号の説明】

３０　　　　半導体圧力センサ ３１　　　　第１シリコンプレート ３２　　　　ピエゾ抵抗素子 ３３　　　　拡散リード ３４，３６，３９，４１　　　　酸化膜（ＳｉＯ２）３
５　　　　第２シリコンプレート ３７，４０　　　　圧力導入穴 ３８　　　　第３シリコンプレート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一方の面に圧力検出素子が形成された
   第１のシリコンプレートと、一方の表面に中央部分を除
   くようにして酸化膜が形成され、中央部分には圧力を導
   入する穴が形成された第２，第３のシリコンプレートと
   で構成され、前記第１のシリコンプレートの両面には中
   央部分及び酸化膜が対向するように第２，第３のシリコ
   ンプレートがそれぞれ接合されたことを特徴とする半導
   体圧力センサ。