JPH06109573A - 圧力検出装置 - Google Patents

圧力検出装置

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JPH06109573A
JPH06109573A JP26235392A JP26235392A JPH06109573A JP H06109573 A JPH06109573 A JP H06109573A JP 26235392 A JP26235392 A JP 26235392A JP 26235392 A JP26235392 A JP 26235392A JP H06109573 A JPH06109573 A JP H06109573A
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JP
Japan
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sensor head
pressure
output
signal processing
semiconductor
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JP26235392A
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English (en)
Inventor
Tatsuya Ito
達也 伊藤
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサヘッド−信号処理部分離型の圧力検出
装置において、センサヘッドを小型軽量化すると共に、
空電ノイズの影響を小さくし、且つ製品コストを低く押
さえる。 【構成】 半導体チップ1には、ダイヤフラム2及びこ
のダイヤフラム2の表面に形成されたピエゾ抵抗素子に
より構成される半導体圧力センサと、トランジスタ4及
び薄膜抵抗素子5等により構成され前記半導体圧力セン
サの出力を増幅する電子回路とが形成されている。この
半導体チップ1はセンサヘッド内に収納されており、前
記電子回路の出力がケーブルを介して信号処理部に伝達
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体圧力センサ素子
が内蔵されたセンサヘッドと、このセンサヘッドから出
力された信号を処理する信号処理部とを分離し、両者の
間をケーブルで接続したセンサヘッド−信号処理部分離
型の圧力検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電子工業分野において電子部品の実装に
使用されるチップマウンタは、減圧吸着部を備えてお
り、この減圧吸着部でチップを吸着して搬送するように
なっている。また、精密機械工業分野において小型部品
の組み立てに使用される小型部品組立機も、減圧吸着部
を備えており、この減圧吸着部で小型部品を吸着して搬
送するようになっている。これらの装置には、減圧吸着
部での吸着圧力を検出して吸着状態の良否を検知するた
めに、半導体圧力センサ素子を用いた圧力検出装置が使
用されている。半導体圧力センサ素子は、圧力により変
形する半導体ダイヤフラムと、このダイヤフラムの表面
に形成された感歪抵抗素子(ピエゾ抵抗素子)により構
成されたブリッジ回路とを有し、ピエゾ効果により圧力
に応じた信号が出力される。
【0003】図3(a)は、従来の圧力検出装置の一例
を示す平面図、図3(b)は同じくその側面図である。
【0004】ケース40内には上述の半導体圧力センサ
素子が収納されており、測定圧力導入ポート41にはこ
の圧力センサ素子に連絡する孔が設けられている。この
測定圧力導入ポート41の外周にはねじが設けられてお
り、チューブを気密的に接続できるようになっている。
また、ケース40内には、前記圧力センサ素子の出力を
増幅調整するアンプ及びこのアンプの出力信号を処理す
るマイクロコンピュータ(いずれも図示せず)が内蔵さ
れている。更に、ケース40には、LCD(液晶表示装
置)42及びLED(発光ダイオード)43等の表示装
置並びにスイッチ44等が取り付けられている。そし
て、この圧力検出装置は、圧力検出結果に基づく信号を
ケーブル45を介して外部に出力するようになってい
る。
【0005】このような圧力検出装置は、ケース40の
サイズが比較的大きいため、例えばチップマウンタのマ
ウンタヘッド等の可動部又は取り付けスペースが狭い部
分に装着して使用することは困難である。このため、こ
の種の圧力検出装置においては、測定圧力導入ポート4
1にチューブを接続し、このチューブ先端をマウンタヘ
ッド等に取り付けて、チューブ先端における圧力を検出
している。しかしながら、この種の圧力検出装置には、
チューブによる配管抵抗のため応答性が悪く、精密な測
定には適していないという欠点がある。
【0006】図4は従来の圧力検出装置の他の例を示す
斜視図である。この圧力検出装置は、半導体圧力センサ
素子を内蔵するセンサヘッド51と、アンプ及びマイク
ロコンピュータ等を内蔵する信号処理部50とにより構
成され、この両者は接続ケーブル55により接続されて
いる。信号処理部50には、LCD52及びLED53
等の表示装置並びにスイッチ54等が取り付けられてい
る。信号処理部50は、圧力検出結果に基づく信号をケ
ーブル56を介して外部に出力することができるように
なっている。
【0007】このような圧力検出装置においては、セン
サヘッド51を小型軽量化できるため、可動部分又は取
り付けスペースが狭いところにもセンサヘッド51を直
接取り付けることができる。従って、この種の圧力検出
装置には、応答性が良好であり精密な圧力測定を行なう
ことができて、チップマウンタ等の装置をより精密に制
御することができるという利点がある。
【0008】しかしながら、このような構造の圧力検出
装置では、センサヘッドと信号処理部との間のケーブル
長を長くすると、周辺の空電ノイズ等を拾うため、測定
精度が低下するという問題点がある。半導体圧力センサ
素子の出力電圧は、使用最大圧力印加時でも高々数十m
V程度と小さいので、空電ノイズの影響による出力誤差
は大きなものとなる。センサヘッド内にアンプを内蔵
し、半導体圧力センサ素子の出力信号をこのアンプで数
Vにまで増幅してから信号処理部へ出力することも考え
られるが、そうすると、センサヘッドの小型軽量化が阻
害されるという新たな問題点が発生する。
【0009】図5は従来の圧力検出装置の他の例を示す
斜視図である。この装置においては、センサヘッド51
と信号処理部50とを接続するケーブル55の途中にア
ンプ57が設けられている。このアンプ57は、センサ
ヘッド51の出力を数Vまで増幅して信号処理部50へ
出力する。
【0010】この種の圧力検出装置においては、センサ
ヘッドが小型軽量化できると共に、空電ノイズの影響を
低減できるという長所がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示す従来の圧力検出装置においては、ケーブル55の途
中にアンプ57を介装するため、アンプ57を実装する
ための回路基板及びこの回路基板を収納する外装ケース
等が必要である。従って、この種の圧力検出装置には、
製品コストが高くなるという欠点がある。
【0012】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、センサヘッドを小型軽量化できると共に製
品コストが低く、空電ノイズによる影響を低減できて測
定精度が高い圧力検出装置を提供することを目的とす
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明に係る圧力検出装
置は、ピエゾ効果により圧力を検出する半導体圧力セン
サ素子が設けられた半導体チップを収納するセンサヘッ
ドと、このセンサヘッドから出力された信号を処理する
信号処理部と、この信号処理部と前記センサヘッドとの
間を接続するケーブルとを有する圧力検出装置におい
て、前記半導体チップには前記センサ素子の出力を増幅
する回路が形成されていることを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明においては、半導体圧力センサ素子とこ
のセンサ素子の出力を増幅する回路とが同一の半導体チ
ップに形成されている。即ち、本発明に係る圧力検出装
置においては、半導体圧力センサ素子の出力を同一チッ
プ上で数V程度まで増幅した後、ケーブルを介して信号
処理部に伝達する。このため、センサヘッドから出力さ
れる信号は空電ノイズに比して極めて大きく、空電ノイ
ズの影響を実質的に無視することができる。
【0015】また、本発明においては、センサヘッド内
に収納する半導体チップの個数は1個だけでよいため、
センサヘッドを小型軽量化することができる。更に、本
発明においては、ケーブルの途中にアンプ等を設ける必
要がないため、外装ケース及び回路基板等が不要であ
り、製品コストの上昇を回避できる。
【0016】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。
【0017】図1は本発明の実施例に係る圧力検出装置
のセンサヘッド内に収納される半導体チップを示す断面
図である。
【0018】半導体チップ1はp型シリコン単結晶から
なり、その一部が裏面側から異方性エッチングされてダ
イヤフラム2が形成されている。また、このシリコンチ
ップ1の表面には、n+ 型不純物領域11,14,1
7,18、n型不純物領域12,15,19、p+ 型不
純物領域13及びp型不純物領域16が選択的に設けら
れている。更に、チップ1の表面上にはSiO2 からな
る絶縁膜20,21、アルミニウム(Al)配線22及
び抵抗体膜23等が選択的に設けられており、圧力セン
サ素子3、トランジスタ4及び薄膜抵抗素子5等が形成
されている。そして、これらのセンサ素子3、トランジ
スタ4及び抵抗素子5等により、所定の電子回路が構成
されている。
【0019】図2は、この半導体チップに設けられた電
子回路を示す回路図である。抵抗素子R1 〜R4 はいず
れもダイヤフラム4の表面に設けられたピエゾ抵抗素子
であり、抵抗ブリッジ回路を構成している。オペアンプ
31は、この抵抗ブリッジ回路に一定の電流を与える電
流源として作用する。また、オペアンプ32,33及び
トランジスタT1 ,T2 により構成された回路は、前記
抵抗ブリッジ回路の出力に温度補償等を行なうための回
路であり、ブリッジ回路の出力電圧信号を電流信号に変
換して出力する。また、ウイルソンカレントミラー回路
35は、この電流信号を電圧信号に変換する。オペアン
プ34は、この電圧信号を増幅して出力する。
【0020】なお、抵抗素子R11〜R17は基板表面に不
純物を導入して形成された拡散抵抗か、又は絶縁膜20
上に形成された薄膜抵抗である。また、抵抗RV1〜RV8
はいずれも薄膜抵抗であり、その抵抗値はトリミング等
により調整されている。
【0021】本実施例においては、このような回路が半
導体チップに集積化されて設けられている。従って、セ
ンサヘッドからは数Vの電圧信号が出力され、この信号
はケーブルを介して信号処理部に送られる。信号処理部
は、例えば、マイクロコンピュータ、スイッチ並びにL
CD及びLED等の表示装置等を備えており、センサヘ
ッドから入力した信号に対し所定の処理を施す。
【0022】ところで、半導体圧力センサ素子と前述の
集積回路とを有する半導体チップ1(集積化圧力セン
サ)は、半導体圧力センサ素子のみを有する半導体チッ
プと略等しいサイズで形成することができる。従って、
本実施例に係る圧力検出装置は、図4に示す従来の圧力
検出装置と略同様の外観を有し、センサヘッドのサイズ
もこの従来の圧力検出装置と略同様とすることが可能で
ある。このため、センサヘッドを可動部又は取り付けス
ペースが狭いところに装着して使用することができる。
また、センサヘッドの出力電圧が数Vと高いため、空電
ノイズの影響を実質的に無視することができて、測定精
度が高い。更に、本実施例に係る圧力測定装置において
は、センサヘッドと信号処理部とを接続するケーブルの
途中にアンプ等を介装する必要がなく、図5に示す従来
の圧力検出装置に比して装置コストを低減することがで
きる。
【0023】なお、信号処理部は、必ずしもマイクロコ
ンピュータ及びLCD、LED等の表示素子を備えてい
る必要はなく、例えば、センサヘッドからの信号の電圧
値に基づいてON/OFFの判断を行うコンパレータの
みを有するものであってもよい。また、上述の実施例に
おいてはセンサヘッド内に内蔵するアンプが電圧出力型
の場合について説明したが、接続ケーブルが長くなるこ
とによる電気抵抗の増大による誤差を低減するために、
センサヘッド内に内蔵するアンプとして電流出力型アン
プを使用してもよい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体圧力センサ素子及びこのセンサ素子の出力を増幅す
る回路が設けられた半導体チップがセンサヘッド内に収
納されており、このセンサヘッドから出力された信号は
ケーブルを介して信号処理部に与えられるから、空電ノ
イズの影響を低減できて検出精度を向上できると共に、
センサヘッドを小型軽量化することができる。また、本
発明に係る圧力検出装置においては、ケーブルの途中に
アンプ等を設ける必要がないので、製品コストが低い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る圧力検出装置のセンサヘ
ッド内に収納される半導体チップを示す断面図である。
【図2】同じくその半導体チップに設けられた電子回路
を示す回路図である。
【図3】(a)は従来の圧力検出装置の一例を示す平面
図、(b)は同じくその側面図である。
【図4】従来の圧力検出装置の他の例を示す斜視図であ
る。
【図5】従来の圧力検出装置の他の例を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1;半導体チップ 2;ダイヤフラム 3;圧力センサ素子 4;トランジスタ 5;薄膜抵抗素子 31〜34;オペアンプ 35;ウイルソンカレントミラー回路 41;測定圧力導入ポート 42,52;LCD 43,53;LED 44,54;スイッチ 45,55,56;ケーブル 51;センサヘッド 57;アンプ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピエゾ効果により圧力を検出する半導体
    圧力センサ素子が設けられた半導体チップを収納するセ
    ンサヘッドと、このセンサヘッドから出力された信号を
    処理する信号処理部と、この信号処理部と前記センサヘ
    ッドとの間を接続するケーブルとを有する圧力検出装置
    において、前記半導体チップには前記センサ素子の出力
    を増幅する回路が形成されていることを特徴とする圧力
    検出装置。
JP26235392A 1992-09-30 1992-09-30 圧力検出装置 Pending JPH06109573A (ja)

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JP26235392A JPH06109573A (ja) 1992-09-30 1992-09-30 圧力検出装置

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JP26235392A JPH06109573A (ja) 1992-09-30 1992-09-30 圧力検出装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018040758A (ja) * 2016-09-09 2018-03-15 株式会社鷺宮製作所 圧力センサ、その中継基板、及び、その中継基板ユニット

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018040758A (ja) * 2016-09-09 2018-03-15 株式会社鷺宮製作所 圧力センサ、その中継基板、及び、その中継基板ユニット
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