JPH06241930A - 半導体圧力センサ - Google Patents

半導体圧力センサ

Info

Publication number
JPH06241930A
JPH06241930A JP2702893A JP2702893A JPH06241930A JP H06241930 A JPH06241930 A JP H06241930A JP 2702893 A JP2702893 A JP 2702893A JP 2702893 A JP2702893 A JP 2702893A JP H06241930 A JPH06241930 A JP H06241930A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
pressure sensor
beam portion
semiconductor pressure
deformation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2702893A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuo Kobayashi
光男 小林
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2702893A priority Critical patent/JPH06241930A/ja
Publication of JPH06241930A publication Critical patent/JPH06241930A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】加工工数を低減し、かつ検出感度および検出信
号の線形性を可及的に向上する。 【構成】ダイアフラム15はこのダイアフラムの直径方
向の厚肉の梁部15Cと、この梁部15Cを除く薄肉の
膜部15Dと、前記梁部15Cの上面に形成されたスト
レンゲージ31,32,33,34とからなるようにす
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、特に
微圧検出用の半導体圧力センサに関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の半導体圧力センサの一例を
示し、図5(a)は平面図、図5(b)は断面図であ
る。図5において円柱状の半導体チップ1に下面からエ
ッチングなどによって窪み11を加工し、その上面部
に、例えば厚さ数10μmのダイアフラム15を形成す
る。このダイアフラム15の周辺部上面に半径方向のス
トレンゲージ31および33を、中央部上面に半径方向
のストレンゲージ32および34を、例えば不純物の拡
散などによって形成する。半導体チップ1の下面は、例
えばガラスからなり、その中央部に半導体チップ1の窪
み11に連通する圧力導入口21を有する基板2を静電
接合などによって結合する。また、ストレンゲージ3
1,32,33,34は、例えば図8に示すホイースト
ーンブリッジに結線する。なお、図8においてIN1,
IN2は入力端子で、例えば定電圧が印加され、OUT
1,OUT2は検出信号の出力端子である。
【0003】この半導体圧力センサの動作は次の通りで
ある。基板2の圧力導入口21から流体の圧力を加える
とダイアフラム15は上に凸に変形し、このダイアフラ
ム15の上面に形成されたストレンゲージ31,33は
圧縮応力を受けてその抵抗値が低下し、ストレンゲージ
32,34は引っ張り応力を受けてその抵抗値が上昇す
るので、図8に示すホイーストーンブリッジの出力端子
OUT1,OUT2から圧力の検出信号が出力される。
【0004】ところで最近、都市ガスのガス漏れ検出な
どにおいて、ガス漏れ時に生じる数十mmH2 O程度の微
小な圧力を半導体圧力センサによって検出する要望が増
加している。このような微小圧力の検出に前述の半導体
圧力センサを適用するとダイアフラム15の厚さを数μ
mまで薄くする必要が生じる。このようにダイアフラム
15の厚さが薄くなるとダイアフラムの仕上り厚さのば
らつきが大きくなり製品の歩止まりが低下しコスト上昇
の要因となる。更に、ダイアフラムの撓み長(ほぼこの
ダイアフラムの半径となり図5でL1 で示す)に対する
厚さの比が小さくなるので、ダイアフラム15の変形は
非線形となり検出信号の特性が非線形になってしまう。
【0005】この問題を解決するために図6に示す圧力
センサが提案されている。図6は図5においてダイアフ
ラム15の中央部の下面に円柱状の突部15Aを設けた
もので、図6のダイアフラム15は円板部15Bと突部
15Aとで構成されている。図6においては、ダイアフ
ラム15の撓み長は円筒状の突部15Aの外周とダイア
フラムの外周との間の距離(図6でL2 で示す)になる
ので、ダイアフラムの撓み長に対する厚さの比が大きく
なる。なお、この場合ストレンゲージ31,33はダイ
アフラム15の円板部15Bの周辺部上面に、ストレン
ゲージ32,34はダイアフラム15の円板部15Bの
突部15Aが設けられた外周部上面に設ける。このよう
にしてダイアフラム15のストレンゲージが設けられて
いる個所の変形は線形に近づくので検出信号の線形性が
向上する。
【0006】しかしながらこの提案された半導体圧力セ
ンサにおいては、前述したように撓み長が短かくなるの
で撓み量が減少し検出感度が低下する問題点があり、充
分な解決とはなっていない。そこで、新しく図7に示す
半導体圧力センサが提案されている。図7は図6におい
て、ダイアフラム15の円板部15Bの上面からエッチ
ングなどにより窪み12を加工し、15Cで示されるこ
のダイアフラム15のストレンゲージ31,32,3
3,34を含む直径方向の梁部を除いてその他の部分1
5Dをごく薄い膜に形成したものである。すなわちこの
ダイアフラム15は厚肉の梁部15Cと2個の極薄肉の
膜部15Dと突部15Aとで構成される。これによって
加えられた圧力は主として梁部15Cで支えられ、膜部
15Dは梁部15Cの変形を拘束することが少ないの
で、図6に示すものに比し撓み量は増加し検出感度が向
上し、図6と同様撓み長L2 が短かいので検出信号の線
形性もよい。なおこのダイアフラム15の膜部15D
は、その厚さがごく薄いので、この仕上り厚さのばらつ
きは当然大きくなるが、前述したように加えられた圧力
は梁部15Cで主として支えられ、膜部15Dは梁部1
5Cの変形を拘束することは少ないので、このばらつき
が検出精度に悪影響を及ぼすことは少ない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述の新しく提案され
た半導体圧力センサにおいても、なお次のような問題が
ある。まず、ダイアフラムにはその下面に突部が設けら
れているので、この下面と基板2とが接触しないように
空隙gを設ける必要がある。このためエッチング加工は
2段階に分けて第1段階で空隙gの深さまで加工し、そ
の後この突部の下面をマスクしてリング状の窪みを加工
して、膜部を所定の厚さに仕上げることが必要で、加工
に工数がかかる。更に、ダイアフラムの中心部は変形に
寄与しないので、梁部の撓み長が短かくなりその分検出
感度が低くなっている。
【0008】本発明の目的は前述の問題点を解決し、エ
ッチングの加工工数を短かくし、かつ検出感度および検
出信号の線形性を可及的に向上した半導体圧力センサを
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに本発明はその下部に窪みが設けられてその上面部に
ダイアフラムが形成された円柱状の半導体チップと、こ
の半導体チップの下面に結合され前記窪みに連通する圧
力導入口を有する基板と、前記ダイアフラムの上面に形
成されたストレンゲージとからなる半導体圧力センサに
おいて、前記ダイアフラムはこのダイアフラムの直径方
向の厚肉の梁部と、この梁部を除く薄肉の膜部とからな
る。あるいは前記直径方向の厚肉の梁部は十文字状に形
成される。更にこれらダイアフラムの梁部は、ストレン
ゲージが形成されている個所の幅を狭く形成する。更に
これらダイアフラムの梁部の幅が狭く形成された個所
は、その端部を幅方向に広がるなだらかな曲線で形成す
る。
【0010】
【作用】請求項1記載のものにおいては、ダイアフラム
はこのダイアフラムの直径方向の厚肉の梁部と、この梁
部を除く薄肉の膜部とからなるようにしたので、梁部は
その全長が撓むので撓み長が長く検出感度が向上する。
またこの梁部には導入圧力によって分布荷重が加わるの
で、その変形は線形となり検出信号の線形性が向上する
(両端固定の梁の変形は加えられる分布荷重に対して線
形である)。また、ダイアフラムはその下面が平坦であ
るので、例えばエッチング加工は1段階でよく加工工数
が低減する。なお、膜部はその厚さが薄いので梁部の変
形を拘束することは少ない。
【0011】請求項2記載のものにおいては、請求項1
記載のものにおいて、直径方向の厚肉の梁部は十文字状
に形成されるようにしたので、膜部の厚さに不均一を生
じた場合に梁部に生じるねじれが少なく、更に梁部の形
を拘束することはない。請求項3記載のものにおいて
は、ダイアフラムの梁部は、ストレンゲージが形成され
ている個所の幅を狭く形成したので、ストレンゲージが
形成されている個所の断面係数が小さくなるので撓み量
が増加し、圧力の検出感度が向上する。
【0012】また、請求項3記載のものにおいて、請求
項4記載のようにダイアフラムの梁部の幅が狭く形成さ
れた個所は、その端部を幅方向に広がるなだらかな曲線
で形成したので、この端部に生じる応力集中が緩和され
この応力集中によるダイアフラムの信頼性の低下が防止
される。
【0013】
【実施例】図1は本発明の半導体圧力センサの一実施例
を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面
図である。図1に示す本発明の圧力センサは図7に示す
従来の圧力センサにおいてダイアフラム15の下面に設
けられた突部15Aを取り除いたものである。すなわ
ち、ダイアフラム15はこのダイアフラム15の直径方
向の厚肉の梁部15Cとこの梁部15Cを除く2個の薄
肉の膜部15Dとからなっている。
【0014】このダイアフラム15では、その梁部15
Cはその全長が撓むので撓み長が長くなり検出感度が向
上する。また、両端固定の梁の変形は加えられる分布荷
重に対して線形であるので、導入圧力によって分布荷重
が加わるこの梁部15Cの変形は線形となり圧力の検出
信号の線形性も向上する。また、ダイアフラム15はそ
の下面が平坦であるので、エッチング加工は1段階でよ
く加工工数が低減する。
【0015】図2は本発明の半導体圧力センサの異なる
実施例を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のB−
B断面図である。図2は図1において、梁部15Cの他
にこの梁部15Cと直角方向でこのダイアフラム15の
直径方向の梁15Eを設けたものである。すなわち、ダ
イアフラム15はストレンゲージ31,32,33,3
4が設けられた梁部15Cとストレンゲージが設けられ
ていない梁部15Eと4個の膜部15Dとからなってい
る。このダイアフラム15は2個の梁部15Cと15E
とが十文字に形成されているので、膜部15Dの厚さに
不均一を生じた場合に、梁部のねじれが少なくより梁部
の変形を拘束することは少ない。
【0016】なお、梁部15Eにストレンゲージを設け
てもよいことは勿論である。図3は本発明の半導体圧力
センサの更に異なる実施例を示し、(a)は平面図、
(b)は(a)のC−C断面図である。図3は図1にお
いて、ダイアフラム15の梁部15Cのストレンゲージ
31,32,33,34が形成されている個所、すなわ
ち梁部15Cの中央部15CAと梁部15Cの両端部1
5CBの幅を狭く形成したものである。これによってス
トレンゲージが形成されている個所の断面係数が小さく
なるので撓み量が増加し、圧力の検出感度が向上する。
【0017】図4は本発明の半導体圧力センサの更に異
なる実施例を示し、(a)は平面図、(b)は(a)の
D−D断面図である。図4は図3のダイアフラム15の
梁部15Cにおいて、梁部15Cの幅が狭く形成された
個所15CAおよび15CBは、その端部をRで示すよ
うに幅方向に広がるなだからな曲線で形成したものであ
る。これによってこの端部に生じる応力集中が緩和さ
れ、この応力集中によるダイアフラムの信頼性の低下が
防止される。
【0018】なお、前述の図3および図4の実施例は図
1の実施例の梁部に適用した場合について説明したが、
図2の実施例における梁部に適用しても有効であること
は勿論である。
【0019】
【発明の効果】本発明の半導体圧力センサにおいては、
ダイアフラムをこのダイアフラムの直径方向の厚肉の梁
部と梁部を除く薄肉の膜部とで構成し、そしてこの梁部
は一文字状あるいは十文字状に構成する。更にこれら梁
部のストレンゲージが形成されている個所の幅を狭くし
たので、加工工数が短かく、かつ検出感度および検出信
号の線形性が可及的に向上する。
【0020】また、前述の梁部のストレンゲージが形成
されている個所を狭くしたものにおいて、その狭く形成
された個所の端部を幅方向に広がるなだらかな曲線で形
成したので、この端部の応力集中によるダイアフラムの
信頼性の低下が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体圧力センサの一実施例を示し、
(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面図
【図2】本発明の半導体圧力センサの異なる実施例を示
し、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B断面図
【図3】本発明の半導体圧力センサの更に異なる実施例
を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のC−C断面
【図4】本発明の半導体圧力センサの更に異なる実施例
を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のD−D断面
【図5】従来の半導体圧力センサの一例を示し、(a)
は平面図、(b)は断面図
【図6】従来の半導体圧力センサの異なる例を示し、
(a)は平面図、(b)は断面図
【図7】従来の半導体圧力センサの更に異なる例を示
し、(a)は平面図、(b)は(a)のE−E断面図
【図8】ホイーストーンブッリジの結線図
【符号の説明】
1 半導体チップ 11 窪み 15 ダイアフラム 15C 梁部,第1の梁部 15D 膜部 15E 第2の梁部 2 基板 21 圧力導入口 31 ストレンゲージ 32 ストレンゲージ 33 ストレンゲージ 34 ストレンゲージ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】その下部に窪みが設けられてその上面部に
    ダイアフラムが形成された円柱状の半導体チップと、こ
    の半導体チップの下面に結合され前記窪みに連通する圧
    力導入口を有する基板と、前記ダイアフラムの上面に形
    成されたストレンゲージとからなる半導体圧力センサに
    おいて、前記ダイアフラムはこのダイアフラムの直径方
    向の厚肉の梁部と、この梁部を除く薄肉の膜部とからな
    ることを特徴とする半導体圧力センサ。
  2. 【請求項2】請求項1記載のものにおいて、直径方向の
    厚肉の梁部は十文字状に形成されていることを特徴とす
    る半導体圧力センサ。
  3. 【請求項3】請求項1あるいは2記載のものにおいて、
    ダイアフラムの梁部は、ストレンゲージが形成されてい
    る個所の幅を狭く形成したことを特徴とする半導体圧力
    センサ。
  4. 【請求項4】請求項3記載のものにおいて、ダイアフラ
    ムの梁部の幅が狭く形成された個所は、その端部を幅方
    向に広がるなだらかな曲線で形成したことを特徴とする
    半導体圧力センサ。
JP2702893A 1993-02-17 1993-02-17 半導体圧力センサ Pending JPH06241930A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2702893A JPH06241930A (ja) 1993-02-17 1993-02-17 半導体圧力センサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2702893A JPH06241930A (ja) 1993-02-17 1993-02-17 半導体圧力センサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06241930A true JPH06241930A (ja) 1994-09-02

Family

ID=12209625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2702893A Pending JPH06241930A (ja) 1993-02-17 1993-02-17 半導体圧力センサ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06241930A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007327922A (ja) * 2006-06-09 2007-12-20 Epson Toyocom Corp 圧力センサ用ダイヤフラム、及び圧力センサ
KR20100114731A (ko) * 2009-04-16 2010-10-26 타이코에이엠피(유) 하중센서 및 이를 이용한 차량용 승객 체중 감지장치
US9891124B2 (en) 2013-05-24 2018-02-13 Hitachi Metals, Ltd. Pressure sensor, and mass flow meter, and mass flow controller using same
KR20200012728A (ko) * 2018-07-27 2020-02-05 아즈빌주식회사 압력 센서
JP2020085628A (ja) * 2018-11-22 2020-06-04 アズビル株式会社 圧力センサ素子および圧力センサ

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007327922A (ja) * 2006-06-09 2007-12-20 Epson Toyocom Corp 圧力センサ用ダイヤフラム、及び圧力センサ
KR20100114731A (ko) * 2009-04-16 2010-10-26 타이코에이엠피(유) 하중센서 및 이를 이용한 차량용 승객 체중 감지장치
US9891124B2 (en) 2013-05-24 2018-02-13 Hitachi Metals, Ltd. Pressure sensor, and mass flow meter, and mass flow controller using same
KR20200012728A (ko) * 2018-07-27 2020-02-05 아즈빌주식회사 압력 센서
JP2020085628A (ja) * 2018-11-22 2020-06-04 アズビル株式会社 圧力センサ素子および圧力センサ

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2656566B2 (ja) 半導体圧力変換装置
US4773269A (en) Media isolated differential pressure sensors
CN101627292B (zh) 压力传感器
JPS61502365A (ja) 半導体トランスジユ−サ
JPH01141328A (ja) 差圧伝送器
JPH0425735A (ja) 半導体圧力・差圧測定ダイヤフラム
JPH06241930A (ja) 半導体圧力センサ
JPS59155971A (ja) 高耐圧圧力センサ
JP2895262B2 (ja) 複合センサ
JPH0572069A (ja) 半導体圧力センサ
JPH11304615A (ja) 圧力センサ
EP2250476A1 (en) A low pressure transducer using beam and diaphragm
JP2771070B2 (ja) 差圧センサ
JPH0412436Y2 (ja)
JPS5814751B2 (ja) ダイアフラム形ひずみゲ−ジ
JP3271821B2 (ja) 金属ダイヤフラム型圧力センサー及びその製造方法
JPH1038726A (ja) 半導体圧力差圧検出器
JP2756067B2 (ja) ダイアフラム式歪みセンサの配線パターン
JPS59163533A (ja) 圧力変換器とその駆動方法
JPS61172377A (ja) 半導体圧力センサ
JP2606642B2 (ja) 圧力センサ
JPS5862534A (ja) 半導体測定ダイアフラム
JPS58221135A (ja) シリコンダイアフラム形圧力センサ
JP2980440B2 (ja) 半導体圧力センサおよびその製造方法
JPS5925393B2 (ja) 半導体ひずみゲ−ジ形ダイアフラム