JPH04302479A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents

Semiconductor pressure sensor

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Publication number
JPH04302479A
JPH04302479A JP6724191A JP6724191A JPH04302479A JP H04302479 A JPH04302479 A JP H04302479A JP 6724191 A JP6724191 A JP 6724191A JP 6724191 A JP6724191 A JP 6724191A JP H04302479 A JPH04302479 A JP H04302479A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
silicon plate
silicon
oxide film
region
Prior art date
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Pending
Application number
JP6724191A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Aga
阿賀 敏夫
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.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP6724191A priority Critical patent/JPH04302479A/en
Publication of JPH04302479A publication Critical patent/JPH04302479A/en
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Abstract

PURPOSE:To get a sensor, which outputs a static pressure signal and an excessive pressure signal and is capable of miniaturization with simple structure, by junctioning a second silicon plate and a third silicon plate, respectively, so that each region and oxide film may oppose to each other, to both sides of a first silicon plate thereby providing an overpressure protective mechanism in itself. CONSTITUTION:A second silicon plate 34 and a third silicon plate 38 are junctioned, so that each region and oxide film 33, 35, 39, and 42 may oppose to each other, to both sides of a first silicon plate 31. The first silicon plate 31 bends according to the difference of the pressure introduced into the pressure introduction holes 36, 40, and 41 of the silicon plates 34 and 38 at both sides. And the pressure on one side becomes large, it is pushed against the wall of the opposed silicon plate, and it is protected from the breakdown by excessive pressure. And the pressure difference is detected by a first pressure detection element 32, and static pressure and the excessive pressure are detected by the second pressure detection element 37.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】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
改善及び過大圧と静圧の検出に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor pressure sensors, and more particularly to improving overpressure protection mechanisms and detecting overpressure and static pressure in differential pressure transmitters.

【0002】0002

【従来の技術】図4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。
2. Description of the Related Art FIG. 4 is a block diagram of an example of a conventional pressure sensor. In the figure, 1 is a body, on one side of which a first seal diaphragm 2 made of metal is provided, on which the measured pressure PL on the low pressure side acts, and on the other side, the measured pressure PH on the high pressure side acts. A second seal diaphragm 3 made of metal is provided, and an overpressure protection diaphragm 4 made of metal is provided inside.

【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。
[0003] In the above configuration, the seal diaphragm 2
If excessive pressure is applied to sensor 3 or 3, overpressure protection diaphragm 4 seats on the opposing body as shown by the dashed line to prevent pressure above a certain level from being applied to the sensor.

【0004】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。
[Problems to be Solved by the Invention] However, with such a conventional configuration, since the metal expands and contracts,
Output hysteresis occurs before and after overpressure, leading to deterioration of accuracy.

【0005】■寸法的に大きくなり、小形化が難しい。 等の問題がある。[0005] It becomes large in size and is difficult to downsize. There are other problems.

【0006】また、静圧信号を出力するものはあるが、
過大圧信号を出力するものは実用化されていない。
[0006]Although there are devices that output static pressure signals,
Nothing that outputs an overpressure signal has been put into practical use.

【0007】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
構を設けるとともに、静圧信号及び過大圧信号を出力で
きる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。
The present invention has been made in view of these problems, and its purpose is to provide an overpressure protection mechanism in itself and to have a simple structure capable of outputting a static pressure signal and an overpressure signal. An object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor that can be miniaturized.

【0008】[0008]

【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、一方の面に第1の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2つの領域
を除くようにして酸化膜が形成され、第1の領域の中央
部分には圧力を導入する穴が形成され、第2の領域の他
方の面には第2の圧力検出素子が形成された第2のシリ
コンプレートと、一方の表面に2つの領域を除くように
して酸化膜が形成され、各領域の中央部分には圧力を導
入する穴が形成された第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各領域及
び酸化膜が対向するように第2のシリコンプレートと第
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。
[Means for Solving the Problems] The present invention, which solves these problems, includes a first silicon plate on which a first pressure sensing element is formed on one surface, and a first silicon plate on which a first pressure sensing element is formed, and on one surface excluding two areas. In this way, an oxide film is formed, and a hole for introducing pressure is formed in the center of the first region, and a second pressure sensing element is formed in the other surface of the second region. It is composed of a silicon plate and a third silicon plate on which an oxide film is formed on one surface except for two regions, and a hole for introducing pressure is formed in the center of each region, and A second silicon plate and a third silicon plate are respectively bonded to both surfaces of the first silicon plate so that the respective regions and oxide films face each other.

【0009】[0009]

【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。
[Operation] The first silicon plate bends in response to the difference in pressure introduced into the pressure introduction holes of the silicon plates on both sides. When the pressure on one side becomes large, it is pressed against the wall of the opposing silicon plate and is protected from damage due to excessive pressure.

【0010】そして、差圧は第1の圧力検出素子で検出
され、静圧及び過大圧は第2の圧力検出素子で検出され
る。
[0010]The differential pressure is detected by the first pressure detection element, and the static pressure and excessive pressure are detected by the second pressure detection element.

【0011】[0011]

【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。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0012】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。
FIG. 1 is an overall structural diagram of a differential pressure measuring device using a semiconductor pressure sensor according to the present invention. In the figure, 1
0 is a body, which is composed of an upper body 11 and a lower body 12. A support base 20 that supports a semiconductor pressure sensor 30 is fixed inside the upper body 11 . The semiconductor pressure sensor 30 is bonded to the support base 20 using low melting point glass. A hermetic terminal 21 for connecting the signal line of the semiconductor pressure sensor 30 to an external signal lead line 22 is formed in a part of the support base 20 . The joint between the upper body 11 and the support base 20 and the joint between the upper body 11 and the lower body 12 are fixed by welding.

【0013】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
第1の圧力検出素子として例えばピエゾ抵抗素子32が
形成されている。なお、内部には該ピエゾ抵抗素子32
に接続される拡散リードが形成されるが図には示してい
ない。そして、該ピエゾ抵抗素子32が形成された表面
には2つの領域を除くようにして酸化膜33が形成され
ている。
FIG. 2 is an assembly process diagram of the semiconductor pressure sensor 30. (Step A) For example, a piezoresistive element 32 is formed on one surface of the first silicon plate 31 as a first pressure detection element. Note that the piezoresistive element 32 is inside.
Diffusion leads connected to are formed, but are not shown in the figure. An oxide film 33 is formed on the surface on which the piezoresistive element 32 is formed, excluding two regions.

【0014】第2のシリコンプレート34の一方の表面
には2つの領域を除くようにして酸化膜35が形成され
、第1の領域の中央部分には圧力を導入する穴36が形
成され、第2の領域の他方の面には第2の圧力検出素子
として例えばピエゾ抵抗素子37が形成されている。
An oxide film 35 is formed on one surface of the second silicon plate 34 except for two regions, and a hole 36 for introducing pressure is formed in the center of the first region. For example, a piezoresistive element 37 is formed as a second pressure detection element on the other surface of the area No. 2.

【0015】第3のシリコンプレート38の一方の表面
には2つの領域を除くようにして酸化膜39が形成され
、各領域の中央部分には圧力を導入する穴40,41が
形成されている。
An oxide film 39 is formed on one surface of the third silicon plate 38 except for two regions, and holes 40 and 41 for introducing pressure are formed in the center of each region. .

【0016】なお、各シリコンプレート31,34,3
8の酸化膜33,35,39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33が形成された表面に第2の
シリコンプレート34の酸化膜35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、2つの領域を除くようにして酸化膜4
2を形成する。 (工程D)工程Cで形成された酸化膜42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)各ピエゾ抵抗素子32,37のリード線をハ
ーメチック端子21と接続する。
Note that each silicon plate 31, 34, 3
The shape of the region where the oxide films 33, 35, and 39 of No. 8 are not formed may be circular or rectangular. (Step B) The surface of the first silicon plate 31 on which the piezoresistive element 32 is formed and the oxide film 33 is formed is overlapped with the surface on which the oxide film 35 of the second silicon plate 34 is formed, and heated at 800°C to 1000°C. Heat to ℃ and thermocompress. The resulting bonding strength is comparable to that of single-crystal silicon. (Step C) After polishing the back surface of the first silicon plate 31 to make it thinner, an oxide film 4 is formed by removing two areas.
form 2. (Step D) The surface of the third silicon plate 38 on which the oxide film 39 is formed is superimposed on the oxide film 42 formed in the step C, and heated to 800° C. to 1000° C. to bond them by thermocompression. (Step E) Connect the lead wires of each piezoresistive element 32 and 37 to the hermetic terminal 21.

【0017】これにより、各シリコンプレート31,3
4,38の酸化膜33,35,39及び42が形成され
ていない2つの領域で、最大変位が酸化膜33,35,
39及び42の膜厚で決定される2個のシリコンダイヤ
フラムA,Bが構成される。
[0017] As a result, each silicon plate 31, 3
In the two regions where the oxide films 33, 35, 39 and 42 are not formed, the maximum displacement is the oxide films 33, 35, 39 and 42.
Two silicon diaphragms A and B whose film thicknesses are determined by 39 and 42 are constructed.

【0018】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A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。
In such a configuration, the normal differential pressure ΔP
(=PH-PL) is measured by detecting the stress on the silicon diaphragm A due to the differential pressure ΔP using the piezoresistive element 32 and outputting it as an electrical signal. In this case, measurements can be made even under large static pressures.

【0019】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34に着座して破壊は防止される。
[0019] Then, if the excessive pressure becomes PH as shown in FIG.
When acting on the side, the first silicon plate 31
It is seated on the third silicon plate 38 on the side and is prevented from breaking. On the other hand, when excessive pressure acts on the PL side, the first silicon plate 31 is seated on the second silicon plate 34 on the PH side, and destruction is prevented.

【0020】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。
[0020] With this configuration, a diaphragm for overpressure protection as in the conventional case is not required, so the overall structure can be simplified and made smaller.

【0021】なお、第1のシリコンプレート31の厚さ
、酸化膜33,35,39及び42の膜厚及びダイヤフ
ラムを形成する各領域の寸法は、差圧レンジや過大圧の
大きさに応じて適切に選定する。
The thickness of the first silicon plate 31, the thickness of the oxide films 33, 35, 39 and 42, and the dimensions of each region forming the diaphragm are determined depending on the differential pressure range and the magnitude of excessive pressure. Select appropriately.

【0022】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。
Furthermore, in detecting the deflection of the diaphragm, it is possible to form an electrode on the diaphragm portion and detect it as a change in capacitance, or to form a beam on the diaphragm portion and detect it as a change in vibration of the beam. Good too.

【0023】一方、静圧の大きさは、ダイヤフラムBの
領域に対応した第2のシリコンプレート35の表面に形
成されているピエゾ抵抗素子37で検出される。また、
該ピエゾ抵抗素子37は、PH側或いはPL側からの過
大圧に起因するダイヤフラムBの変形応力も検出でき、
過大圧の大きさも測定できる。このように静圧及び過大
圧の大きさも検出できることからプロセス情報が多くな
り、従来の差圧情報のみによる制御や保守に比較して精
度の高いプロセス処理が可能になる。
On the other hand, the magnitude of the static pressure is detected by a piezoresistive element 37 formed on the surface of the second silicon plate 35 corresponding to the region of the diaphragm B. Also,
The piezoresistive element 37 can also detect the deformation stress of the diaphragm B caused by excessive pressure from the PH side or the PL side.
The magnitude of overpressure can also be measured. Since the magnitude of static pressure and excessive pressure can be detected in this way, the amount of process information increases, and more accurate process processing becomes possible than conventional control and maintenance based only on differential pressure information.

【0024】また、第2のシリコンプレート34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。
Furthermore, by forming an arithmetic circuit on the surface of the second silicon plate 34, an integrated pressure sensor can be constructed.

【0025】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31,34,38の接触部分に窒化膜
等の保護膜を形成してもよい。
Furthermore, a protective film such as a nitride film may be formed on the contact portions of the silicon plates 31, 34, and 38 that are seated when excessive pressure is applied.

【0026】[0026]

【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。
As described above in detail, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0027】■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。
(2) The semiconductor pressure sensor of the present invention has a structure in which an overpressure protection mechanism is provided by microfabrication of silicon, and the entire structure of the differential pressure system can be simplified and made smaller.

【0028】■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。
(2) Since the overpressure protection mechanism is composed of silicon and its oxide film, the hysteresis is smaller than that of an overpressure protection mechanism using a metal diaphragm.

【0029】■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。
[0029] Semiconductor pressure sensors are suitable for mass production, similar to the manufacturing process of integrated circuits, and together with miniaturization of mechanical parts, low-cost differential pressure gauges can be realized.

【0030】■静圧及び過大圧の大きさも検出できるの
で、精度の高いプロセス処理が可能になる。
(2) Since the magnitude of static pressure and excessive pressure can also be detected, highly accurate process processing becomes possible.

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

【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。
FIG. 1 is an overall structural diagram of a differential pressure measuring device using a semiconductor pressure sensor according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a process for manufacturing an embodiment of a semiconductor pressure sensor according to the present invention.

【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。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of the semiconductor pressure sensor according to the present invention.

【図4】従来の過大圧保護機構の一例の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of an example of a conventional overpressure protection mechanism.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30    半導体圧力センサ 31    第1シリコンプレート 32,37    ピエゾ抵抗素子 33,35,39,42    酸化膜(SiO2)3
4    第2シリコンプレート 36,40,41    圧力導入穴 38    第3シリコンプレート
30 Semiconductor pressure sensor 31 First silicon plate 32, 37 Piezoresistance element 33, 35, 39, 42 Oxide film (SiO2) 3
4 Second silicon plate 36, 40, 41 Pressure introduction hole 38 Third silicon plate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  一方の面に第1の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2つの
領域を除くようにして酸化膜が形成され、第1の領域の
中央部分には圧力を導入する穴が形成され、第2の領域
の他方の面には第2の圧力検出素子が形成された第2の
シリコンプレートと、一方の表面に2つの領域を除くよ
うにして酸化膜が形成され、各領域の中央部分には圧力
を導入する穴が形成された第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各領
域及び酸化膜が対向するように第2のシリコンプレート
と第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。
Claims: 1. A first silicon plate on which a first pressure sensing element is formed on one surface; an oxide film is formed on one surface except for two regions; A hole for introducing pressure is formed in the part, a second silicon plate in which a second pressure detection element is formed is formed on the other surface of the second region, and two regions are excluded on one surface. and a third silicon plate in which a hole for introducing pressure is formed in the center of each region, and each region and the oxide film are opposite to each other on both sides of the first silicon plate. A semiconductor pressure sensor characterized in that a second silicon plate and a third silicon plate are respectively bonded to each other in such a manner.
JP6724191A 1991-03-29 1991-03-29 Semiconductor pressure sensor Pending JPH04302479A (en)

Priority Applications (1)

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JP6724191A JPH04302479A (en) 1991-03-29 1991-03-29 Semiconductor pressure sensor

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU683195B2 (en) * 1995-07-14 1997-10-30 Yokogawa Electric Corporation Semiconductor differential pressure measuring device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU683195B2 (en) * 1995-07-14 1997-10-30 Yokogawa Electric Corporation Semiconductor differential pressure measuring device

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