JPH0542610B2 - - Google Patents
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- JPH0542610B2 JPH0542610B2 JP59058772A JP5877284A JPH0542610B2 JP H0542610 B2 JPH0542610 B2 JP H0542610B2 JP 59058772 A JP59058772 A JP 59058772A JP 5877284 A JP5877284 A JP 5877284A JP H0542610 B2 JPH0542610 B2 JP H0542610B2
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- diaphragm
- pressure
- resistance
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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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜発明の属する技術分野＞
本発明は、半導体のピエゾ抵抗効果を利用した
圧力センサに関するものである。
圧力センサに関するものである。
＜従来技術＞
一般に半導体のピエゾ抵抗効果を利用した圧力
センサは、例えばシリコンからなる単結晶半導体
基板にエツチングで受圧ダイヤフラムを形成し、
かつ受圧ダイヤフラム上に拡散技術等によりゲー
ジ抵抗を設け、受圧ダイヤフラムの両面にかかる
圧力差に基づく応力をゲージ抵抗に作用させ、ゲ
ージ抵抗の抵抗値の変化から圧力差を検出するも
のである。通常は、受圧ダイヤフラム上に２個も
しくは４個のゲージ抵抗を設け、ハーフブリツジ
あるいはフルブリツジを構成し、ダイヤフラムに
かかる圧力差を表わす信号を得ている。ところ
で、この種の圧力センサにおいては、ゲージ抵抗
の温度依存性が大きいため、周囲温度の変化によ
る影響を受け、出力が変動する欠点がある。
センサは、例えばシリコンからなる単結晶半導体
基板にエツチングで受圧ダイヤフラムを形成し、
かつ受圧ダイヤフラム上に拡散技術等によりゲー
ジ抵抗を設け、受圧ダイヤフラムの両面にかかる
圧力差に基づく応力をゲージ抵抗に作用させ、ゲ
ージ抵抗の抵抗値の変化から圧力差を検出するも
のである。通常は、受圧ダイヤフラム上に２個も
しくは４個のゲージ抵抗を設け、ハーフブリツジ
あるいはフルブリツジを構成し、ダイヤフラムに
かかる圧力差を表わす信号を得ている。ところ
で、この種の圧力センサにおいては、ゲージ抵抗
の温度依存性が大きいため、周囲温度の変化によ
る影響を受け、出力が変動する欠点がある。
よつて一般には、サーミスタ，ポジスタ，トラ
ンジスタ等の感温素子を用い、温度変化に応じて
ブリツジの電源電圧を制御することによつて、出
力変動の補償を行つている。この方法で精度よく
補償を行うには、ゲージ抵抗の温度特性と補償用
感温素子の温度特性を一致させる必要があるが、
しかしながらこれらを一致させることは容易でな
く、高精度な補償は困難であつた。しかもこのよ
うな補償のための調整工数は、恒温槽を使用し、
ゲージ抵抗の温度特性および補償用感温素子の温
度特性をいちいち測定して行わなければならない
等、圧力センサの全組立工数の半分近くを占めて
いる。
ンジスタ等の感温素子を用い、温度変化に応じて
ブリツジの電源電圧を制御することによつて、出
力変動の補償を行つている。この方法で精度よく
補償を行うには、ゲージ抵抗の温度特性と補償用
感温素子の温度特性を一致させる必要があるが、
しかしながらこれらを一致させることは容易でな
く、高精度な補償は困難であつた。しかもこのよ
うな補償のための調整工数は、恒温槽を使用し、
ゲージ抵抗の温度特性および補償用感温素子の温
度特性をいちいち測定して行わなければならない
等、圧力センサの全組立工数の半分近くを占めて
いる。
また、基板の固定部に温度補償用ゲージ抵抗を
設けて、測定値の温度補償を行う事が行われてい
るが、ゲージ抵抗のピエゾ抵抗係数の温度係数β
まではキヤンセルできない。
設けて、測定値の温度補償を行う事が行われてい
るが、ゲージ抵抗のピエゾ抵抗係数の温度係数β
まではキヤンセルできない。
此のため、供給電源電圧に−βの温度係数を持
たせる等の工夫が必要となる。
たせる等の工夫が必要となる。
＜発明の目的＞
本発明は、周囲温度の変化による影響を有効に
補償できる構造の圧力センサを実現するにある。
補償できる構造の圧力センサを実現するにある。
＜問題を解決するための手段＞
この目的を達成するために、本発明は、
(1) 単結晶半導体基板に設けられた受圧ダイアフ
ラムと補償用ダイアフラムと、該補償用ダイア
フラムの中央部に一端が固定された突起体と、
前記補償用ダイアフラムに所定応力を生ずるよ
うに該補償用ダイアフラムに前記突起体により
あらかじめ所定変位が与えられて前記単結晶半
導体基板が固定される基台と、前記受圧ダイア
フラムと前記補償用ダイアフラムとにそれぞれ
設けられ該受圧ダイアフラムとカンチレバーの
いずれか一方には少なくとも２個設けられたゲ
ージ抵抗と、前記これらの３個のゲージ抵抗の
抵抗値から得られる測定圧とゲージ抵抗の温度
係数とピエゾ抵抗係数の温度係数に関係する３
個の関係式からゲージ抵抗の温度係数とピエゾ
抵抗係数の温度係数が演算消去され測定圧を演
算する演算部とを具備する圧力センサ。
ラムと補償用ダイアフラムと、該補償用ダイア
フラムの中央部に一端が固定された突起体と、
前記補償用ダイアフラムに所定応力を生ずるよ
うに該補償用ダイアフラムに前記突起体により
あらかじめ所定変位が与えられて前記単結晶半
導体基板が固定される基台と、前記受圧ダイア
フラムと前記補償用ダイアフラムとにそれぞれ
設けられ該受圧ダイアフラムとカンチレバーの
いずれか一方には少なくとも２個設けられたゲ
ージ抵抗と、前記これらの３個のゲージ抵抗の
抵抗値から得られる測定圧とゲージ抵抗の温度
係数とピエゾ抵抗係数の温度係数に関係する３
個の関係式からゲージ抵抗の温度係数とピエゾ
抵抗係数の温度係数が演算消去され測定圧を演
算する演算部とを具備する圧力センサ。
(2) 単結晶半導体基板に設けられた受圧ダイアフ
ラムと補償用ダイアフラムと、該補償用ダイア
フラムの中央部に一端が固定された突起体と、
前記補償用ダイアフラムに所定応力を生ずるよ
うに該補償用ダイアフラムに前記突起体により
あらかじめ所定変位が与えられて前記単結晶半
導体基板が固定される基台と、前記受圧ダイア
フラムと前記補償用ダイアフラムと前記単結晶
半導体基板の固定部とにそれぞれ設けられたゲ
ージ抵抗と、前記これらの３個のゲージ抵抗の
抵抗値から得られる測定圧とゲージ抵抗の温度
係数とピエゾ抵抗係数の温度係数に関係する３
個の関係式からゲージ抵抗の温度係数とピエゾ
抵抗係数の温度係数が演算消去され測定圧を演
算する演算部とを具備する圧力センサを構成し
たものである。
ラムと補償用ダイアフラムと、該補償用ダイア
フラムの中央部に一端が固定された突起体と、
前記補償用ダイアフラムに所定応力を生ずるよ
うに該補償用ダイアフラムに前記突起体により
あらかじめ所定変位が与えられて前記単結晶半
導体基板が固定される基台と、前記受圧ダイア
フラムと前記補償用ダイアフラムと前記単結晶
半導体基板の固定部とにそれぞれ設けられたゲ
ージ抵抗と、前記これらの３個のゲージ抵抗の
抵抗値から得られる測定圧とゲージ抵抗の温度
係数とピエゾ抵抗係数の温度係数に関係する３
個の関係式からゲージ抵抗の温度係数とピエゾ
抵抗係数の温度係数が演算消去され測定圧を演
算する演算部とを具備する圧力センサを構成し
たものである。
＜実施例＞
第１図は本発明圧力センサの一実施例を示す斜
視図、第２図はその断面図である。両図におい
て、１０は面方位が（100）のシリコン等の単結
晶半導体基板、１１は基板１０に等方性エツチン
グで形成された円形の受圧ダイヤフラム、１２は
基板１０に等方性エツチングで形成され、中心に
棒状の突起部１２ａを有する補償用ダイヤフラ
ム、１３は基板１０の固定部である。そして第３
図に示すように補償用ダイヤフラム１２の突起体
部１２aと固定部１３との間にはわずかな初期段
差δ（例えば4000Å）が設けられている。２１，
２２，２３，２４は各々拡散抵抗等のゲージ抵抗
で、２１，２２は受圧ダイヤフラム１１の表面に
その長手方向（電流方向）が直交し、かつ近接し
て形成されており、２３，２４は補償用ダイヤフ
ラム１２の表面にその長手方向が直交し、かつ近
接して形成されている。３０はシリコンあるいは
ガラス等の基台で、単結晶半導体基板１０の固定
部１３の裏面が陽極接合あるいは低融点ガラス接
合などにより固定されている。この基板１０と基
台３０との接合により、初期段差に基づく突起部
１２ａの作用で、補償用ダイヤフラム１２の中心
部に一定変位δがあらかじめ与えられる。また基
台３０には受圧ダイヤフラム１１の裏面に基準圧
P0（例えば大気圧）を与えるための開口３１が設
けられるとともに、補償用ダイヤフラム１２の裏
面に被測定圧PM（基準圧P0からの差）を与えるた
めの開口３２が設けられている。さらに被測定圧
PMは受圧ダイヤフラム１１および補償用ダイヤ
フラム１２の表面に共通に与えられている。これ
により受圧ダイヤフラム１１は被測定圧PMに感
応し、補償用ダイヤフラム１２は被測定圧PMに
は感応しない。
視図、第２図はその断面図である。両図におい
て、１０は面方位が（100）のシリコン等の単結
晶半導体基板、１１は基板１０に等方性エツチン
グで形成された円形の受圧ダイヤフラム、１２は
基板１０に等方性エツチングで形成され、中心に
棒状の突起部１２ａを有する補償用ダイヤフラ
ム、１３は基板１０の固定部である。そして第３
図に示すように補償用ダイヤフラム１２の突起体
部１２aと固定部１３との間にはわずかな初期段
差δ（例えば4000Å）が設けられている。２１，
２２，２３，２４は各々拡散抵抗等のゲージ抵抗
で、２１，２２は受圧ダイヤフラム１１の表面に
その長手方向（電流方向）が直交し、かつ近接し
て形成されており、２３，２４は補償用ダイヤフ
ラム１２の表面にその長手方向が直交し、かつ近
接して形成されている。３０はシリコンあるいは
ガラス等の基台で、単結晶半導体基板１０の固定
部１３の裏面が陽極接合あるいは低融点ガラス接
合などにより固定されている。この基板１０と基
台３０との接合により、初期段差に基づく突起部
１２ａの作用で、補償用ダイヤフラム１２の中心
部に一定変位δがあらかじめ与えられる。また基
台３０には受圧ダイヤフラム１１の裏面に基準圧
P0（例えば大気圧）を与えるための開口３１が設
けられるとともに、補償用ダイヤフラム１２の裏
面に被測定圧PM（基準圧P0からの差）を与えるた
めの開口３２が設けられている。さらに被測定圧
PMは受圧ダイヤフラム１１および補償用ダイヤ
フラム１２の表面に共通に与えられている。これ
により受圧ダイヤフラム１１は被測定圧PMに感
応し、補償用ダイヤフラム１２は被測定圧PMに
は感応しない。
このように構成した本発明圧力センサにおい
て、まず受圧ダイヤフラム１１に設けたゲージ抵
抗２１，２２には、被測定圧PMに基づく半径方
向応力σrMと円周方向応力σ〓Mが作用する。ゲージ
抵抗２１，２２の抵抗値RM1，RM2は、基準温度
t0のときの初期抵抗をR0、R0の抵抗温度係数を
α、基準温度t0のときの長手方向および直角方向
のピエゾ抵抗係数をπl0，πt0、ピエゾ抵抗係数数
の温度係数をβ、基準温度t0からの温度変化をｔ
とするとそれぞれ次式で与えられる。
て、まず受圧ダイヤフラム１１に設けたゲージ抵
抗２１，２２には、被測定圧PMに基づく半径方
向応力σrMと円周方向応力σ〓Mが作用する。ゲージ
抵抗２１，２２の抵抗値RM1，RM2は、基準温度
t0のときの初期抵抗をR0、R0の抵抗温度係数を
α、基準温度t0のときの長手方向および直角方向
のピエゾ抵抗係数をπl0，πt0、ピエゾ抵抗係数数
の温度係数をβ、基準温度t0からの温度変化をｔ
とするとそれぞれ次式で与えられる。
RM1＝R0（１＋αt）
｛１＋（πl0σrM＋πt0σ〓M）（１＋βt）｝ (1)
RM2＝R0（１＋αt）
｛１＋（πl0σ〓M＋πt0σrM）（１＋βt）｝ (2)
そして受圧ダイヤフラム１１の構造やゲージ抵
抗２１，２２の配置位置等で決まる定数をk1，k2
とすると、次式の関係が成立する。
抗２１，２２の配置位置等で決まる定数をk1，k2
とすると、次式の関係が成立する。
πl0σrM＋πt0σ〓M＝k1PM
πl0σ〓M＋πt0σrM＝k2PM (3)
次に補償用ダイヤフラム１２においては、初期
段差に基づき突起部１２ａで中心部に与えられた
一定変位δによつて、その中心に力Ｆが作用す
る。この力Ｆは、補償用ダイヤフラム１２の直径
２ａと、突起部１２ａの直径２ｂとが２ｂ≪２ａ
の関係にあるので次式で表わされる。
段差に基づき突起部１２ａで中心部に与えられた
一定変位δによつて、その中心に力Ｆが作用す
る。この力Ｆは、補償用ダイヤフラム１２の直径
２ａと、突起部１２ａの直径２ｂとが２ｂ≪２ａ
の関係にあるので次式で表わされる。
Ｆ＝16π／a2・Ed3／12（１−ν2）・δ (4)
ここで、
ν：ポアソン比
Ｅ：ヤング率
ｄ：補償用ダイヤフラムの厚さ
よつて、補償用ダイヤフラム１２に設けたゲージ
抵抗２３，２４には、この力Ｆに基づく半径方向
応力σrSと円周方向応力σ〓Sが作用する。そして応
力σrSとσ〓Sの温度係数は、主にヤング率Ｅの温度
係数で決まり、基板１０がシリコンの場合その値
は約43×10-6／℃と充分に小さく、σrS，σ〓Sは周
囲温度の変化を受けない基準応力となる。したが
つて、ゲージ抵抗２３，２４の抵抗値RS1，RS2は
基準応力σrS，σ〓Sに基づいた値となり、次式で与
えられる。
抵抗２３，２４には、この力Ｆに基づく半径方向
応力σrSと円周方向応力σ〓Sが作用する。そして応
力σrSとσ〓Sの温度係数は、主にヤング率Ｅの温度
係数で決まり、基板１０がシリコンの場合その値
は約43×10-6／℃と充分に小さく、σrS，σ〓Sは周
囲温度の変化を受けない基準応力となる。したが
つて、ゲージ抵抗２３，２４の抵抗値RS1，RS2は
基準応力σrS，σ〓Sに基づいた値となり、次式で与
えられる。
RS1＝R0（１＋αt）
｛１＋（πl0σrS＋πt0σ〓S）（１＋βt）｝ (5)
RS2＝R0（１＋αt）
｛１＋（πl0σ〓S＋πt0σrS（１＋βt）｝ (6)
補償用ダイヤフラム１２の構造やゲージ抵抗２
３，２４の配置等で決まる定数をk3，k4とする
と、次式の関係が成立する。
３，２４の配置等で決まる定数をk3，k4とする
と、次式の関係が成立する。
πl0σrS＋πt0σ〓S＝k3F (7)
πl0σ〓S＋πt0σrS＝k4F (8)
よつて、ゲージ抵抗２１，２２，２３，２４の
抵抗値RM1，RM2，RS1，RS2に基づいて次式の演
算を行えば、 RM1−RM2／RS1−RS2＝kPM (9) ここで、ｋ＝（k1−ｋ(二)）／（k3−k4）Ｆ となり、温度係数αとβの項を除去できる。すな
わち、周囲温度の変化による影響を受けることな
く、被測定圧PMを表わす信号を得ることができ
る。
抵抗値RM1，RM2，RS1，RS2に基づいて次式の演
算を行えば、 RM1−RM2／RS1−RS2＝kPM (9) ここで、ｋ＝（k1−ｋ(二)）／（k3−k4）Ｆ となり、温度係数αとβの項を除去できる。すな
わち、周囲温度の変化による影響を受けることな
く、被測定圧PMを表わす信号を得ることができ
る。
また、単結晶半導体基板１０と基台３０との接
合で生ずる残留応力などの外乱力については、通
常基板１０の厚さや接合幅を大きくしてその影響
を小さくしている。さらに外乱力による応力がゲ
ージ抵抗２１，２２，２３，２４に作用しても、
ゲージ抵抗２１と２２およびゲージ抵抗２３と２
４にそれぞれ同じように作用し、これに基づく抵
抗値変化はそれぞれ等しいので、その影響は(9)式
の演算を行うことにより打ち消すことができる。
合で生ずる残留応力などの外乱力については、通
常基板１０の厚さや接合幅を大きくしてその影響
を小さくしている。さらに外乱力による応力がゲ
ージ抵抗２１，２２，２３，２４に作用しても、
ゲージ抵抗２１と２２およびゲージ抵抗２３と２
４にそれぞれ同じように作用し、これに基づく抵
抗値変化はそれぞれ等しいので、その影響は(9)式
の演算を行うことにより打ち消すことができる。
第４図は本発明圧力センサに用いる信号処理回
路の一例を示す接続図である。第４図の信号処理
回路４０において、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４
１ｄは各々センサアンプで、センサアンプ４１ａ
の帰還回路にゲージ抵抗２１が、センサアンプ４
１ｂの帰還回路にゲージ抵抗２２が、センサアン
プ４１ｃの帰還回路にゲージ抵抗２３が、センサ
アンプ４１ｄの帰還回路にゲージ抵抗２４がそれ
ぞれ接続されている。４２は誤差増幅器で、その
出力ECが抵抗値の等しい抵抗４３ａ，４３ｂ，
４３ｃ，４３ｄをそれぞれ介してセンサアンプ４
１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの入力に加えられ
ている。４４，４５は各々減算回路である。減算
回路である。減算回路４４は演算増幅器４４ａと
抵抗値の等しい４個の演算抵抗４４ｂ，４４ｃ，
４４ｄ，４４ｅからなり、センサアンプ４１ｃの
出力ES1とセンサアンプ４１ｄの出力ES2との差
（ES1−ES2）を演算して、誤差増幅器４２の入力
端子（−）に抵抗４２ａを介して加える。減算回
路４５は演算増幅器４５ａと抵抗値の等しい４個
の演算抵抗４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅとか
らなり、センサアンプ４１ａの出力EM1とセンサ
アンプ４１ｂの出力EM2との差（EM1−EM2）を演
算して、出力端子OUTに出力電圧EOとして与え
る。４６は基準電圧源で、一定電圧ERを誤差増
幅器４２の入力端子（＋）に与える。
路の一例を示す接続図である。第４図の信号処理
回路４０において、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４
１ｄは各々センサアンプで、センサアンプ４１ａ
の帰還回路にゲージ抵抗２１が、センサアンプ４
１ｂの帰還回路にゲージ抵抗２２が、センサアン
プ４１ｃの帰還回路にゲージ抵抗２３が、センサ
アンプ４１ｄの帰還回路にゲージ抵抗２４がそれ
ぞれ接続されている。４２は誤差増幅器で、その
出力ECが抵抗値の等しい抵抗４３ａ，４３ｂ，
４３ｃ，４３ｄをそれぞれ介してセンサアンプ４
１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの入力に加えられ
ている。４４，４５は各々減算回路である。減算
回路である。減算回路４４は演算増幅器４４ａと
抵抗値の等しい４個の演算抵抗４４ｂ，４４ｃ，
４４ｄ，４４ｅからなり、センサアンプ４１ｃの
出力ES1とセンサアンプ４１ｄの出力ES2との差
（ES1−ES2）を演算して、誤差増幅器４２の入力
端子（−）に抵抗４２ａを介して加える。減算回
路４５は演算増幅器４５ａと抵抗値の等しい４個
の演算抵抗４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅとか
らなり、センサアンプ４１ａの出力EM1とセンサ
アンプ４１ｂの出力EM2との差（EM1−EM2）を演
算して、出力端子OUTに出力電圧EOとして与え
る。４６は基準電圧源で、一定電圧ERを誤差増
幅器４２の入力端子（＋）に与える。
このような構成の信号処理回路４０において
は、抵抗４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄの抵抗
値を等しく選び、その値をRCとすると各センサ
アンプ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの出力
EM1，EM2，ES1，ES2はそれぞれ次式で与えられ
る。
は、抵抗４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄの抵抗
値を等しく選び、その値をRCとすると各センサ
アンプ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの出力
EM1，EM2，ES1，ES2はそれぞれ次式で与えられ
る。
EM1＝−RM1／RCEC
EM2＝−RM2／RCEC
ES1＝−RS1／RCEC
ES2＝−RS2／RCEC (10)
そして、誤差増幅器４２により減算回路４４の出
力（ES1−ES2）が基準電圧ERと等しくなるよう
に、センサアンプ４１ａ〜４１ｄの入力電圧EC
が制御されるので、次式の関係が成立する。
力（ES1−ES2）が基準電圧ERと等しくなるよう
に、センサアンプ４１ａ〜４１ｄの入力電圧EC
が制御されるので、次式の関係が成立する。
１／RC（RS1−RS2）EC＝ER (11)
よつて、減算回路４５の出力端に得られる出力電
圧EOは、 EO＝EM1−EM2＝RM1−RM2／RS1−RS2ER (12) となり、(9)式の演算を実行でき、周囲温度の変化
の影響を受けることなく、被測定圧PMを表わす
信号電圧EOを得ることができる。なお信号処理
回路としては、各ゲージ抵抗２１，２２，２３，
２４に一定電流を流し、各ゲージ抵抗の電圧降下
をそれぞれＡ／Ｄ変換器でデイジタル量に変換後
マイクロコンピユータで、(9)式に相当するデイジ
タル演算を行う等種々の構成のものを用いること
ができる。さらに信号処理回路４０を単結晶半導
体基板１０上に形成すれば、Ｓ／Ｎ向上、小形化
を図ることができる。
圧EOは、 EO＝EM1−EM2＝RM1−RM2／RS1−RS2ER (12) となり、(9)式の演算を実行でき、周囲温度の変化
の影響を受けることなく、被測定圧PMを表わす
信号電圧EOを得ることができる。なお信号処理
回路としては、各ゲージ抵抗２１，２２，２３，
２４に一定電流を流し、各ゲージ抵抗の電圧降下
をそれぞれＡ／Ｄ変換器でデイジタル量に変換後
マイクロコンピユータで、(9)式に相当するデイジ
タル演算を行う等種々の構成のものを用いること
ができる。さらに信号処理回路４０を単結晶半導
体基板１０上に形成すれば、Ｓ／Ｎ向上、小形化
を図ることができる。
なお、外乱力による各ゲージ抵抗２１〜２４の
抵抗値変化が等しい場合には、ゲージ抵抗２２お
よびゲージ抵抗２４のいずれか一方を省略して次
式により被測定圧PMを算出するようにしてもよ
い。
抵抗値変化が等しい場合には、ゲージ抵抗２２お
よびゲージ抵抗２４のいずれか一方を省略して次
式により被測定圧PMを算出するようにしてもよ
い。
（RM1−RS2）＋k4／k3−k4（RS1−RS2）／k1／k1−k2（
RS1−RS2）＝kPM(13) k3／k3−k4（RM1−RM2）／（RS1−RM2）＋k2／k1−k2（
RM1−RM2）＝kPM(14) また固定部１３にゲージ抵抗２５を設ければ、ゲ
ージ抵抗２５には被測定圧PMに基づく応力およ
び基準応力が作用せず、その抵抗値RZは、 RZ＝（R0（１＋αt） で与えられるので、次式により被測定圧PMを算
出することができる。
RS1−RS2）＝kPM(13) k3／k3−k4（RM1−RM2）／（RS1−RM2）＋k2／k1−k2（
RM1−RM2）＝kPM(14) また固定部１３にゲージ抵抗２５を設ければ、ゲ
ージ抵抗２５には被測定圧PMに基づく応力およ
び基準応力が作用せず、その抵抗値RZは、 RZ＝（R0（１＋αt） で与えられるので、次式により被測定圧PMを算
出することができる。
RM1−RZ／RS1−RZ＝k1／k3F・PM
RM1−RM2／RS1−RZ＝k1−k2／k3F・PM
RM1−RZ／RS1−RS2＝k1／（k3−k4）Fs・PM
(15)
なお上述では、単結晶半導体基板１０に等方性
エツチングで円形の受圧ダイヤフラムおよび補償
用ダイヤフラムを形成する場合を例示したが、異
方性エツチングにより矩形の受圧ダイヤフラムお
よび補償用ダイヤフラムを形成してもよい。この
場合“アダーカツト”を生かして、棒状の突起部
１２ａの先端に第５図に示すようにSiO2の板１
２ｂを形成すれば、突起部１２ａが曲がることな
く基台３０に接触できる。なお突起部１２ａは必
要に応じて基台３０に固定部１３とともに接合す
るようにしてもよい。またゲージ抵抗２１，２
２，２３，２４として第６図に示すように一体的
に形成したものを用いれば、より特性を揃えるこ
とができ補償精度を上げ得る。さらにゲージ抵抗
２１，２３と２２，２４とを被測定圧PM（一定変
位δによる力Ｆ）に基づく応力が差動的に変化す
る受圧ダイヤフラム（補償用ダイヤフラム）の２
点に別々に設ける場合には、必らずしも直交させ
る必要はない。
エツチングで円形の受圧ダイヤフラムおよび補償
用ダイヤフラムを形成する場合を例示したが、異
方性エツチングにより矩形の受圧ダイヤフラムお
よび補償用ダイヤフラムを形成してもよい。この
場合“アダーカツト”を生かして、棒状の突起部
１２ａの先端に第５図に示すようにSiO2の板１
２ｂを形成すれば、突起部１２ａが曲がることな
く基台３０に接触できる。なお突起部１２ａは必
要に応じて基台３０に固定部１３とともに接合す
るようにしてもよい。またゲージ抵抗２１，２
２，２３，２４として第６図に示すように一体的
に形成したものを用いれば、より特性を揃えるこ
とができ補償精度を上げ得る。さらにゲージ抵抗
２１，２３と２２，２４とを被測定圧PM（一定変
位δによる力Ｆ）に基づく応力が差動的に変化す
る受圧ダイヤフラム（補償用ダイヤフラム）の２
点に別々に設ける場合には、必らずしも直交させ
る必要はない。
＜発明の効果＞
本発明においては、
(1) 受圧ダイアフラムと補償用ダイヤフラムと更
に、単結晶半導体基板の固定部とに設けられた
３個のゲージ抵抗の抵抗値から、測定圧PMと、
ゲージ抵抗の温度係数αと、ピエゾ抵抗係数の
温度係数βに関係する３個の関係式が得られる
ので、ゲージ抵抗の温度係数αと、ピエゾ抵抗
係数の温度係数βが、演算部により演算消去で
き、周囲温度の変化による影響を受けることな
く、高精度に測定圧を測定することができる。
に、単結晶半導体基板の固定部とに設けられた
３個のゲージ抵抗の抵抗値から、測定圧PMと、
ゲージ抵抗の温度係数αと、ピエゾ抵抗係数の
温度係数βに関係する３個の関係式が得られる
ので、ゲージ抵抗の温度係数αと、ピエゾ抵抗
係数の温度係数βが、演算部により演算消去で
き、周囲温度の変化による影響を受けることな
く、高精度に測定圧を測定することができる。
(2) 従来例の如く、ゲージ抵抗の温度特性を、恒
温槽を使用していちいち測定する必要もなく、
組み立て工数の大幅な削減ができる。
温槽を使用していちいち測定する必要もなく、
組み立て工数の大幅な削減ができる。
(3) 受圧ダイアフラムと補償用ダイアフラムとが
単結晶半導体基板に設けられたので、同一工程
で受圧ダイアフラムと補償用ダイアフラムとが
同時に形成出来るので、実質的に安価な圧力セ
ンサが得られる。
単結晶半導体基板に設けられたので、同一工程
で受圧ダイアフラムと補償用ダイアフラムとが
同時に形成出来るので、実質的に安価な圧力セ
ンサが得られる。
第１図は本発明圧力センサの一実施例を示す斜
視図、第２図はその断面図、第３図は本発明圧力
センサの要部の断面図、第４図は本発明圧力セン
サに用いる信号処理回路の一実施例を示す接続
図、第５図は本発明圧力センサの他の実施例の断
面図、第６図は本発明圧力センサに用いるゲージ
抵抗の一例を示す平面図である。 １０……単結晶半導体基板、１１……受圧ダイ
ヤフラム、１２……補償用ダイヤフラム、１２ａ
……突起部、１３……固定部、２１，２２，２
３，２４，２５……ゲージ抵抗、３０……基台、
４０……信号処理回路。
視図、第２図はその断面図、第３図は本発明圧力
センサの要部の断面図、第４図は本発明圧力セン
サに用いる信号処理回路の一実施例を示す接続
図、第５図は本発明圧力センサの他の実施例の断
面図、第６図は本発明圧力センサに用いるゲージ
抵抗の一例を示す平面図である。 １０……単結晶半導体基板、１１……受圧ダイ
ヤフラム、１２……補償用ダイヤフラム、１２ａ
……突起部、１３……固定部、２１，２２，２
３，２４，２５……ゲージ抵抗、３０……基台、
４０……信号処理回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 単結晶半導体基板に設けられた受圧ダイアフ
ラムと補償用ダイアフラムと、 該補償用ダイアフラムの中央部に一端が固定さ
れた突起体と、 前記補償用ダイアフラムに所定応力を生ずるよ
うに該補償用ダイアフラムに前記突起体によりあ
らかじめ所定変位が与えられて前記単結晶半導体
基板が固定される基台と、 前記受圧ダイアフラムと前記補償用ダイアフラ
ムとにそれぞれ設けられ該受圧ダイアフラムとカ
ンチレバーのいずれか一方には少なくとも２個設
けられたゲージ抵抗と、 前記これらの３個のゲージ抵抗の抵抗値から得
られる測定圧とゲージ抵抗の温度係数とピエゾ抵
抗係数の温度係数に関係する３個の関係式からゲ
ージ抵抗の温度係数とピエゾ抵抗係数の温度係数
が演算消去され測定圧を演算する演算部と を具備する圧力センサ。 ２ 単結晶半導体基板に設けられた受圧ダイアフ
ラムと補償用ダイアフラムと、 該補償用ダイアフラムの中央部に一端が固定さ
れた突起体と、 前記補償用ダイアフラムに所定応力を生ずるよ
うに該補償用ダイアフラムに前記突起体によりあ
らかじめ所定変位が与えられて前記単結晶半導体
基板が固定される基台と、 前記受圧ダイアフラムと前記補償用ダイアフラ
ムと前記単結晶半導体基板の固定部とにそれぞれ
設けられたゲージ抵抗と、 前記これらの３個のゲージ抵抗の抵抗値から得
られる測定圧とゲージ抵抗の温度係数とピエゾ抵
抗係数の温度係数に関係する３個の関係式からゲ
ージ抵抗の温度係数とピエゾ抵抗係数の温度係数
が演算消去され測定圧を演算する演算部と を具備する圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5877284A JPS60201229A (ja) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5877284A JPS60201229A (ja) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | 圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60201229A JPS60201229A (ja) | 1985-10-11 |
| JPH0542610B2 true JPH0542610B2 (ja) | 1993-06-29 |
Family
ID=13093836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5877284A Granted JPS60201229A (ja) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60201229A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0476956A (ja) * | 1990-07-19 | 1992-03-11 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体加速度センサの製造方法 |
| JPH0476959A (ja) * | 1990-07-19 | 1992-03-11 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサの製造方法 |
| JP5658477B2 (ja) * | 2010-04-13 | 2015-01-28 | アズビル株式会社 | 圧力センサ |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55106331A (en) * | 1979-02-09 | 1980-08-15 | Hitachi Ltd | Pressure sensor of semiconductor strain gauge |
| JPS5737235A (en) * | 1980-08-19 | 1982-03-01 | Omron Tateisi Electronics Co | Semiconductor pressure-sensitive device |
| JPS5782730A (en) * | 1980-11-10 | 1982-05-24 | Mitsubishi Electric Corp | Pressure sensor |
| JPS5826237A (ja) * | 1981-08-07 | 1983-02-16 | Mitsubishi Electric Corp | 圧力センサ |
-
1984
- 1984-03-27 JP JP5877284A patent/JPS60201229A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55106331A (en) * | 1979-02-09 | 1980-08-15 | Hitachi Ltd | Pressure sensor of semiconductor strain gauge |
| JPS5737235A (en) * | 1980-08-19 | 1982-03-01 | Omron Tateisi Electronics Co | Semiconductor pressure-sensitive device |
| JPS5782730A (en) * | 1980-11-10 | 1982-05-24 | Mitsubishi Electric Corp | Pressure sensor |
| JPS5826237A (ja) * | 1981-08-07 | 1983-02-16 | Mitsubishi Electric Corp | 圧力センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60201229A (ja) | 1985-10-11 |
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