JPH08247872A - ピエゾ型圧力センサ - Google Patents
ピエゾ型圧力センサInfo
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- JPH08247872A JPH08247872A JP5077395A JP5077395A JPH08247872A JP H08247872 A JPH08247872 A JP H08247872A JP 5077395 A JP5077395 A JP 5077395A JP 5077395 A JP5077395 A JP 5077395A JP H08247872 A JPH08247872 A JP H08247872A
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- resistor
- pressure sensor
- resistors
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Abstract
(57)【要約】
【目的】センサを構成する抵抗体の抵抗値の変化の差を
大きくして検出感度を高める。 【構成】シリコン基板１の上面に矩形の第１凹部２を設
け、下面に矩形の第２凹部３を第１凹部２と立体的に交
差させて設け、交差部分に四辺形の薄肉部４を形成す
る。薄肉部４の各辺に、各辺を跨ぐように、第１凹部２
に第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２を、第２凹部３に第３、
第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４を設ける。各抵抗体は矩形で、長
辺が薄肉部４の各辺に法線方向となるように設ける。圧
力を受けた時、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２が圧縮力
（引張り力）を受け、第３、第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４が引
張り力（圧縮力）を受け、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２
と第３、第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は互いに反対方
向に変化し、抵抗値の変化の差が大きくなり、検出感度
が高くなる。
大きくして検出感度を高める。 【構成】シリコン基板１の上面に矩形の第１凹部２を設
け、下面に矩形の第２凹部３を第１凹部２と立体的に交
差させて設け、交差部分に四辺形の薄肉部４を形成す
る。薄肉部４の各辺に、各辺を跨ぐように、第１凹部２
に第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２を、第２凹部３に第３、
第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４を設ける。各抵抗体は矩形で、長
辺が薄肉部４の各辺に法線方向となるように設ける。圧
力を受けた時、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２が圧縮力
（引張り力）を受け、第３、第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４が引
張り力（圧縮力）を受け、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２
と第３、第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は互いに反対方
向に変化し、抵抗値の変化の差が大きくなり、検出感度
が高くなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板に形成され
たピエゾ型圧力センサに関する。
たピエゾ型圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】圧力センサには非常に多くの種類がある
が、最近半導体を用いた圧力センサが小型化、低価格の
点から注目されている。半導体を用いた圧力センサに
は、静電容量型圧力センサとピエゾ型圧力センサがあ
り、用途に応じてそれぞれの利点を生かした使われ方が
なされている。
が、最近半導体を用いた圧力センサが小型化、低価格の
点から注目されている。半導体を用いた圧力センサに
は、静電容量型圧力センサとピエゾ型圧力センサがあ
り、用途に応じてそれぞれの利点を生かした使われ方が
なされている。
【０００３】図８は従来のピエゾ型圧力センサの一例の
平面図、Ｅ−Ｅ´線断面図およびＦ−Ｆ´線断面図であ
る。
平面図、Ｅ−Ｅ´線断面図およびＦ−Ｆ´線断面図であ
る。
【０００４】一導電型（Ｐ型またはＮ型）で単結晶のシ
リコン基板６１をエッチングして正方形の凹部６２を形
成することにより正方形の薄肉部６３を形成し、薄肉部
６３を定義する４本の境界線（四辺形の辺）に四つの抵
抗体、すなわち第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を反対
導電型（Ｎ型またはＰ型）不純物の拡散またはイオン注
入によって形成する。第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４
は矩形で同形に作られ、四辺形の各辺に一つずつ、第１
抵抗体Ｒ１および第２抵抗体Ｒ２はその長辺が所属する
辺に垂直な方向に、第３抵抗体Ｒ３および第４抵抗体Ｒ
４はその長辺が所属する辺に平行な方向になるように配
置される。
リコン基板６１をエッチングして正方形の凹部６２を形
成することにより正方形の薄肉部６３を形成し、薄肉部
６３を定義する４本の境界線（四辺形の辺）に四つの抵
抗体、すなわち第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を反対
導電型（Ｎ型またはＰ型）不純物の拡散またはイオン注
入によって形成する。第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４
は矩形で同形に作られ、四辺形の各辺に一つずつ、第１
抵抗体Ｒ１および第２抵抗体Ｒ２はその長辺が所属する
辺に垂直な方向に、第３抵抗体Ｒ３および第４抵抗体Ｒ
４はその長辺が所属する辺に平行な方向になるように配
置される。
【０００５】図９は図８のピエゾ型圧力センサの動作を
説明するための断面図であり、図９（ａ）は図８のＥ−
Ｅ´線断面の要部断面図、図９（ｂ）は図８のＦ−Ｆ´
線断面の要部断面図である。
説明するための断面図であり、図９（ａ）は図８のＥ−
Ｅ´線断面の要部断面図、図９（ｂ）は図８のＦ−Ｆ´
線断面の要部断面図である。
【０００６】図９に示したピエゾ型圧力センサに、凹部
６２側から圧力Ｐが印加されたとする。すると、薄肉部
６３が撓み、これに伴って第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体
Ｒ４が変形する。このとき、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ
２は長辺方向に、第３，第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４は短辺方
向に圧縮力を受けて変形する。抵抗体が受ける歪みによ
り、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は正に変化する。
圧力Ｐの方向が逆になれば引張り力が働き、抵抗体は負
に変化する。
６２側から圧力Ｐが印加されたとする。すると、薄肉部
６３が撓み、これに伴って第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体
Ｒ４が変形する。このとき、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ
２は長辺方向に、第３，第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４は短辺方
向に圧縮力を受けて変形する。抵抗体が受ける歪みによ
り、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は正に変化する。
圧力Ｐの方向が逆になれば引張り力が働き、抵抗体は負
に変化する。
【０００７】図１０は図８のピエゾ型圧力センサを用い
て構成したホィートストンブリッジの回路図である。
て構成したホィートストンブリッジの回路図である。
【０００８】第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は、図１
０に示すホィートストンブリッジに組み込まれる。今、
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４に作っておくと、圧力がかから
ない初期値では、Ｒ１・Ｒ２＝Ｒ３・Ｒ４が成り立ち、
電流計Ａに電流は流れず、針が振れない。図９に示すよ
うに、圧力Ｐが印加されると、第１、第２抵抗体Ｒ１，
Ｒ２は長辺方向が曲げられ、第３，第４抵抗体Ｒ３，Ｒ
４は短辺方向に曲げられ変形し、変形量が異なるから、
第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２と第３、第４抵抗体Ｒ３，
Ｒ４とは抵抗値の変化量が異なる。このため、Ｒ１・Ｒ
２＝Ｒ３・Ｒ４が成り立たなくなり、電流計Ａに電流が
流れる。圧力と電流の関係を予め校正しておくと、電流
値から圧力値を求めることがてきる。
０に示すホィートストンブリッジに組み込まれる。今、
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４に作っておくと、圧力がかから
ない初期値では、Ｒ１・Ｒ２＝Ｒ３・Ｒ４が成り立ち、
電流計Ａに電流は流れず、針が振れない。図９に示すよ
うに、圧力Ｐが印加されると、第１、第２抵抗体Ｒ１，
Ｒ２は長辺方向が曲げられ、第３，第４抵抗体Ｒ３，Ｒ
４は短辺方向に曲げられ変形し、変形量が異なるから、
第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２と第３、第４抵抗体Ｒ３，
Ｒ４とは抵抗値の変化量が異なる。このため、Ｒ１・Ｒ
２＝Ｒ３・Ｒ４が成り立たなくなり、電流計Ａに電流が
流れる。圧力と電流の関係を予め校正しておくと、電流
値から圧力値を求めることがてきる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の圧
力センサにおいては、抵抗体に作用する圧力による曲げ
応力は、第１抵抗体〜第４抵抗体共に圧縮力または引張
り力であり、抵抗値の変化は共に正または負である。そ
して、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２が長辺方向が曲げら
れ、第３，第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４が短辺方向に曲げられ
るという曲げ方向の違いによる抵抗値の変化の差から圧
力値を検出するものであるから、抵抗値の変化の差が小
さく検出感度を上げるのが甚だ難しいという問題があっ
た。
力センサにおいては、抵抗体に作用する圧力による曲げ
応力は、第１抵抗体〜第４抵抗体共に圧縮力または引張
り力であり、抵抗値の変化は共に正または負である。そ
して、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２が長辺方向が曲げら
れ、第３，第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４が短辺方向に曲げられ
るという曲げ方向の違いによる抵抗値の変化の差から圧
力値を検出するものであるから、抵抗値の変化の差が小
さく検出感度を上げるのが甚だ難しいという問題があっ
た。
【００１０】本発明の目的は、第１、第２抵抗体と第
３、第４抵抗体の抵抗値の変化の差を大きくして検出感
度を高めた製品を歩留り良く安定に製造できるピエゾ型
圧力センサを提供することにある。
３、第４抵抗体の抵抗値の変化の差を大きくして検出感
度を高めた製品を歩留り良く安定に製造できるピエゾ型
圧力センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板の
上面に形成された第１凹部と、前記半導体基板の下面に
形成されかつ前記第１凹部と立体的に交差して交差部分
に四辺形の薄肉部を形成する第２凹部と、前記第１凹部
内で前記四辺形の薄肉部を定義する４本の境界線の内の
向かい合う２本の境界線をそれぞれ跨ぐように、かつ向
かい合って間隔をおいて設けられた第１抵抗体および第
２抵抗体と、前記第２凹部内でかつ前記四辺形の薄肉部
の残りの２本の境界線をそれぞれ跨ぐように、かつ向か
い合って間隔をおいて設けられた第３抵抗体および第４
抵抗体とを備えたことを特徴とする。
上面に形成された第１凹部と、前記半導体基板の下面に
形成されかつ前記第１凹部と立体的に交差して交差部分
に四辺形の薄肉部を形成する第２凹部と、前記第１凹部
内で前記四辺形の薄肉部を定義する４本の境界線の内の
向かい合う２本の境界線をそれぞれ跨ぐように、かつ向
かい合って間隔をおいて設けられた第１抵抗体および第
２抵抗体と、前記第２凹部内でかつ前記四辺形の薄肉部
の残りの２本の境界線をそれぞれ跨ぐように、かつ向か
い合って間隔をおいて設けられた第３抵抗体および第４
抵抗体とを備えたことを特徴とする。
【００１２】本発明は、前記第１凹部または第２凹部ま
たは第１凹部と第２凹部の両方が長手方向中心軸に対し
て線対称の外形を有することを特徴とする。
たは第１凹部と第２凹部の両方が長手方向中心軸に対し
て線対称の外形を有することを特徴とする。
【００１３】本発明は、前記第１凹部または第２凹部ま
たは第１凹部と第２凹部の両方が２次回転対称の外形を
有することを特徴とする。
たは第１凹部と第２凹部の両方が２次回転対称の外形を
有することを特徴とする。
【００１４】本発明は、前記第１凹部または第２凹部ま
たは第１凹部と第２凹部の両方が矩形、小判形、楕円形
または糸巻形であることを特徴とする。
たは第１凹部と第２凹部の両方が矩形、小判形、楕円形
または糸巻形であることを特徴とする。
【００１５】本発明は、前記第１凹部と第２凹部が同形
であることを特徴とする。
であることを特徴とする。
【００１６】本発明は、前記第１凹部と第２凹部が異形
であることを特徴とする。
であることを特徴とする。
【００１７】本発明は、前記薄肉部が４次回転対称の外
形を有することを特徴とする。
形を有することを特徴とする。
【００１８】本発明は、前記薄肉部が正方形、糸巻形ま
たは外側に凸の四辺形の外形を有することを特徴とす
る。
たは外側に凸の四辺形の外形を有することを特徴とす
る。
【００１９】本発明は、前記第１抵抗体乃至第４抵抗体
の長手方向が前記四辺形の薄肉部を定義する境界線に対
して法線方向であることを特徴とする。
の長手方向が前記四辺形の薄肉部を定義する境界線に対
して法線方向であることを特徴とする。
【００２０】本発明は、前記四つの抵抗体が十字形をな
すように配置されていることを特徴とする。
すように配置されていることを特徴とする。
【００２１】本発明は、前記四つの抵抗体が同形で４次
回転対称に配置されていることを特徴とする。
回転対称に配置されていることを特徴とする。
【００２２】本発明は、前記四つの抵抗体が一導電型半
導体基板に反対導電型不純物領域として形成されている
ことを特徴とする。
導体基板に反対導電型不純物領域として形成されている
ことを特徴とする。
【００２３】
【作用】上記のように構成すると、圧力を受けたとき、
第１抵抗体と第２抵抗体が圧縮力（引張り力）を受け、
第３抵抗体と第４抵抗体が引張り力（圧縮力）を受け、
抵抗体が受ける応力により、第１、第２抵抗体の抵抗値
は正（負）に、第３、第４抵抗体は負（正）に変化し、
互いに反対方向に変化するから、第１、第２抵抗体と第
３、第４抵抗体との差が大きくなり、検出感度が高くな
る。このように、抵抗値を互いに反対方向に変化させ、
差を大きくすることにより検出感度を高くすることがで
きる。
第１抵抗体と第２抵抗体が圧縮力（引張り力）を受け、
第３抵抗体と第４抵抗体が引張り力（圧縮力）を受け、
抵抗体が受ける応力により、第１、第２抵抗体の抵抗値
は正（負）に、第３、第４抵抗体は負（正）に変化し、
互いに反対方向に変化するから、第１、第２抵抗体と第
３、第４抵抗体との差が大きくなり、検出感度が高くな
る。このように、抵抗値を互いに反対方向に変化させ、
差を大きくすることにより検出感度を高くすることがで
きる。
【００２４】薄肉部が対称な四辺形になり、第１〜第４
抵抗体が均等に形成されるためには第１凹部または第２
凹部または第１凹部と第２凹部の両方の外形を長手方向
中心軸に対して線対称にするのがよい。
抵抗体が均等に形成されるためには第１凹部または第２
凹部または第１凹部と第２凹部の両方の外形を長手方向
中心軸に対して線対称にするのがよい。
【００２５】薄肉部が対称な四辺形になり、第１〜第４
抵抗体が均等に形成されるためには第１凹部または第２
凹部または第１凹部と第２凹部の両方の外形を２次回転
対称にするのがよい。
抵抗体が均等に形成されるためには第１凹部または第２
凹部または第１凹部と第２凹部の両方の外形を２次回転
対称にするのがよい。
【００２６】薄肉部が対称な四辺形になり、第１〜第４
抵抗体が均等に形成されるためには第１凹部または第２
凹部または第１凹部と第２凹部の両方の外形を矩形、小
判形、楕円形または糸巻形にすると容易に達成される。
抵抗体が均等に形成されるためには第１凹部または第２
凹部または第１凹部と第２凹部の両方の外形を矩形、小
判形、楕円形または糸巻形にすると容易に達成される。
【００２７】薄肉部が対称な四辺形になり、第１〜第４
抵抗体が均等に形成されるためには第１凹部と第２凹部
が同形であると容易に達成される。
抵抗体が均等に形成されるためには第１凹部と第２凹部
が同形であると容易に達成される。
【００２８】薄肉部が対称な四辺形になり、第１〜第４
抵抗体が均等に形成されるためには第１凹部と第２凹部
が異形であっても達成することができる。
抵抗体が均等に形成されるためには第１凹部と第２凹部
が異形であっても達成することができる。
【００２９】薄肉部の外形を４次回転対称にすると第１
〜第４抵抗体が均等に形成されるので、高感度のセンサ
が得られる。
〜第４抵抗体が均等に形成されるので、高感度のセンサ
が得られる。
【００３０】４次回転対称形として正方形、糸巻形また
は外側に凸の四等辺四辺形が容易に実現できる形であ
る。
は外側に凸の四等辺四辺形が容易に実現できる形であ
る。
【００３１】第１抵抗体乃至第４抵抗体の長手方向が前
記四辺形の薄肉部を定義する境界線に対して法線方向に
形成すると、第１抵抗体〜第４抵抗体は応力が最も大き
く働く部分を跨ぐ形に形成され、圧力による変形量が最
も大きくなり、従って抵抗値の変化が最も大きくなり、
圧力検出感度が非常に高くなる。
記四辺形の薄肉部を定義する境界線に対して法線方向に
形成すると、第１抵抗体〜第４抵抗体は応力が最も大き
く働く部分を跨ぐ形に形成され、圧力による変形量が最
も大きくなり、従って抵抗値の変化が最も大きくなり、
圧力検出感度が非常に高くなる。
【００３２】四つの抵抗体が十字形をなすように配置す
ると、四つの抵抗体の特性が均等になり、高感度のセン
サが得られる。
ると、四つの抵抗体の特性が均等になり、高感度のセン
サが得られる。
【００３３】前記四つの抵抗体を同形で４次回転対称に
配置すると、四つの抵抗体の特性が最も均等になり、高
感度のセンサが得られる。
配置すると、四つの抵抗体の特性が最も均等になり、高
感度のセンサが得られる。
【００３４】四つの抵抗体は、熱拡散、イオン注入法等
で一導電型半導体基板に反対導電型不純物領域として形
成するのが最も好ましい。
で一導電型半導体基板に反対導電型不純物領域として形
成するのが最も好ましい。
【００３５】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例の平面図、Ａ−
Ａ´線断面図およびＢ−Ｂ´線断面図である。
Ａ´線断面図およびＢ−Ｂ´線断面図である。
【００３６】半導体基板として、結晶方位が〔１００〕
である主面を有する単結晶のシリコン基板１を用い、導
電型を一導電型がＮ型、反対導電型がＰ型とする。Ｐ型
とＮ型を逆にしても差し支えない。矩形の第１凹部２を
通常のホトリソグラフィ技術を用いて形成し、次に、シ
リコン基板１の下面に第１凹部２と立体的に交差して交
差部分に四辺形の薄肉部４を形成する矩形の第２凹部３
を形成する。第１凹部２および第２凹部３の矩形は、長
手方向中心軸に対して線対称の外形であり、また２次回
転対称形（２回々転対称、すなわち１８０°回転すると
同じ形になる対称形）を有する。第１凹部２と第２凹部
３は同形に形成されている。第１凹部２と第２凹部３と
が立体的に交差して交差部分に形成される四辺形の薄肉
部４は、４次回転対称形（４回々転対称、すなわち９０
°回転すると同じ形になる対称形）を有する。
である主面を有する単結晶のシリコン基板１を用い、導
電型を一導電型がＮ型、反対導電型がＰ型とする。Ｐ型
とＮ型を逆にしても差し支えない。矩形の第１凹部２を
通常のホトリソグラフィ技術を用いて形成し、次に、シ
リコン基板１の下面に第１凹部２と立体的に交差して交
差部分に四辺形の薄肉部４を形成する矩形の第２凹部３
を形成する。第１凹部２および第２凹部３の矩形は、長
手方向中心軸に対して線対称の外形であり、また２次回
転対称形（２回々転対称、すなわち１８０°回転すると
同じ形になる対称形）を有する。第１凹部２と第２凹部
３は同形に形成されている。第１凹部２と第２凹部３と
が立体的に交差して交差部分に形成される四辺形の薄肉
部４は、４次回転対称形（４回々転対称、すなわち９０
°回転すると同じ形になる対称形）を有する。
【００３７】第１凹部２内でかつ四辺形の薄肉部４の二
つの対辺をそれぞれ含む二つの領域にそれぞれ向かい合
って間隔をおいて第１抵抗体Ｒ１および第２抵抗体Ｒ２
を設け、第２凹部３内でかつ四辺形の薄肉部４の残りの
二つの対辺をそれぞれ含む二つの領域にそれぞれ向かい
合って間隔をおいて第３抵抗体Ｒ３および第４抵抗体Ｒ
４を設ける。第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は、矩形
で、その長辺が四辺形の薄肉部４の辺に直交するよう
に、つまり、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４の長手方
向が薄肉部４を定義する境界線に法線方向であるように
形成する。これは、圧力を受けたとき第１抵抗体Ｒ１と
第２抵抗体Ｒ２が圧縮力（引張り力）を受け、第３抵抗
体Ｒ３と第４抵抗体Ｒ４が引張り力（圧縮力）を受け、
抵抗体が受ける応力により、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ
２の抵抗値は正（負）に、第３、第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４
は負（正）に変化し、互いに反対方向に変化するから、
第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２と第３、第４抵抗体Ｒ３，
Ｒ４との差が大きくなり、検出感度が高くなるからであ
る。このように、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２と第３、
第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４に対して圧縮力と引張り力という
互いに反対方向の応力が印加されるように配置して、抵
抗値を互いに反対方向に変化させ、差を大きくすること
により検出感度を高くするというのが本発明の特徴の一
つである。
つの対辺をそれぞれ含む二つの領域にそれぞれ向かい合
って間隔をおいて第１抵抗体Ｒ１および第２抵抗体Ｒ２
を設け、第２凹部３内でかつ四辺形の薄肉部４の残りの
二つの対辺をそれぞれ含む二つの領域にそれぞれ向かい
合って間隔をおいて第３抵抗体Ｒ３および第４抵抗体Ｒ
４を設ける。第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は、矩形
で、その長辺が四辺形の薄肉部４の辺に直交するよう
に、つまり、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４の長手方
向が薄肉部４を定義する境界線に法線方向であるように
形成する。これは、圧力を受けたとき第１抵抗体Ｒ１と
第２抵抗体Ｒ２が圧縮力（引張り力）を受け、第３抵抗
体Ｒ３と第４抵抗体Ｒ４が引張り力（圧縮力）を受け、
抵抗体が受ける応力により、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ
２の抵抗値は正（負）に、第３、第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４
は負（正）に変化し、互いに反対方向に変化するから、
第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２と第３、第４抵抗体Ｒ３，
Ｒ４との差が大きくなり、検出感度が高くなるからであ
る。このように、第１、第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２と第３、
第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４に対して圧縮力と引張り力という
互いに反対方向の応力が印加されるように配置して、抵
抗値を互いに反対方向に変化させ、差を大きくすること
により検出感度を高くするというのが本発明の特徴の一
つである。
【００３８】第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は、通常
の熱拡散またはイオン注入法でＰ型領域を形成すること
により形成される。第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４
は、図１０に示すホィートストンブリッジに組み込まれ
る。
の熱拡散またはイオン注入法でＰ型領域を形成すること
により形成される。第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４
は、図１０に示すホィートストンブリッジに組み込まれ
る。
【００３９】図２は図１の実施例の動作を説明するため
の断面図であり、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ´線断面の
要部断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ´線断面の要部
断面図である。
の断面図であり、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ´線断面の
要部断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ´線断面の要部
断面図である。
【００４０】図１に示した実施例のピエゾ型圧力センサ
に、第２凹部３側から圧力Ｐが印加されたとする。する
と、薄肉部４が撓み、これに伴って第１抵抗体Ｒ１〜第
４抵抗体Ｒ４が変形する。このとき、第１、第２抵抗体
Ｒ１，Ｒ２は圧縮力（引張り力）を受け、第３，第４抵
抗体Ｒ３，Ｒ４は引張り力（圧縮力）を受ける。圧力Ｐ
が第１凹部２側から印加されたときは圧縮力と引張り力
が入れ代わる。抵抗体が受ける歪みにより、第１、第２
抵抗体Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は正（負）に、第３、第４抵
抗体Ｒ３，Ｒ４は負（正）に変化する、すなわち互いに
逆方向に変化する。このように、第１、第２抵抗体Ｒ
１，Ｒ２と第３、第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４に対して圧縮力
と引張り力という互いに反対方向の応力が印加されるよ
うに配置して、抵抗値を互いに反対方向に変化させ、差
を大きくすることにより検出感度を高くする。
に、第２凹部３側から圧力Ｐが印加されたとする。する
と、薄肉部４が撓み、これに伴って第１抵抗体Ｒ１〜第
４抵抗体Ｒ４が変形する。このとき、第１、第２抵抗体
Ｒ１，Ｒ２は圧縮力（引張り力）を受け、第３，第４抵
抗体Ｒ３，Ｒ４は引張り力（圧縮力）を受ける。圧力Ｐ
が第１凹部２側から印加されたときは圧縮力と引張り力
が入れ代わる。抵抗体が受ける歪みにより、第１、第２
抵抗体Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は正（負）に、第３、第４抵
抗体Ｒ３，Ｒ４は負（正）に変化する、すなわち互いに
逆方向に変化する。このように、第１、第２抵抗体Ｒ
１，Ｒ２と第３、第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４に対して圧縮力
と引張り力という互いに反対方向の応力が印加されるよ
うに配置して、抵抗値を互いに反対方向に変化させ、差
を大きくすることにより検出感度を高くする。
【００４１】第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は、四辺
形の薄肉部４の二つの対辺を含む領域に、その長手方向
が四辺形の薄肉部４を定義する境界線、すなわち四辺形
の辺に直角方向に境界線を跨ぐように設けられているか
ら、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、第１抵抗体
Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は応力が最も大きく働く部分を跨
ぐ形に形成されているから、圧力による変形量が最も大
きくなり、従って抵抗値の変化が最も大きくなり、圧力
検出感度が非常に高くなる。
形の薄肉部４の二つの対辺を含む領域に、その長手方向
が四辺形の薄肉部４を定義する境界線、すなわち四辺形
の辺に直角方向に境界線を跨ぐように設けられているか
ら、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、第１抵抗体
Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は応力が最も大きく働く部分を跨
ぐ形に形成されているから、圧力による変形量が最も大
きくなり、従って抵抗値の変化が最も大きくなり、圧力
検出感度が非常に高くなる。
【００４２】第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４の四つの
抵抗体を十字形をなすように配置し、またこの四つの抵
抗体が同形で４次回転対称に配置すると、四つの抵抗体
は均等に応力を受け、均等に変形し、均等に抵抗値が変
化するから、四つの抵抗体は特性が揃い、同じ変化率で
変化する。このため、ホィートストンブリッジに組み込
まれたとき、抵抗値にばらつきがないので、ホィートス
トンブリッジでの検出精度が向上し、かつ後での演算処
理が非常に楽になる。
抵抗体を十字形をなすように配置し、またこの四つの抵
抗体が同形で４次回転対称に配置すると、四つの抵抗体
は均等に応力を受け、均等に変形し、均等に抵抗値が変
化するから、四つの抵抗体は特性が揃い、同じ変化率で
変化する。このため、ホィートストンブリッジに組み込
まれたとき、抵抗値にばらつきがないので、ホィートス
トンブリッジでの検出精度が向上し、かつ後での演算処
理が非常に楽になる。
【００４３】図３は本発明の第２の実施例の平面図、Ｃ
−Ｃ´線断面図およびＤ−Ｄ´線断面図である。
−Ｃ´線断面図およびＤ−Ｄ´線断面図である。
【００４４】第２の実施例においては、長手方向中心軸
に対して線対称の外形であり、また２次回転対称の外形
を有する第１凹部、第２凹部として小判形の第１凹部１
２、第２凹部１３を形成し、立体的に交差させて交差部
分に四辺形の薄肉部４を形成し、これに第１抵抗体Ｒ１
〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例と同様に形成した。そ
れ以外は第１の実施例と同じである。小判形は平行な境
界線を部分的に有するので、同じ寸法の小判形を直交さ
せると正方形の薄肉部４を形成することができる。それ
故、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は、第１の実施例
と同じ形で同じ配置で形成することができ、特性も効果
も第１の実施例と同じになる。
に対して線対称の外形であり、また２次回転対称の外形
を有する第１凹部、第２凹部として小判形の第１凹部１
２、第２凹部１３を形成し、立体的に交差させて交差部
分に四辺形の薄肉部４を形成し、これに第１抵抗体Ｒ１
〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例と同様に形成した。そ
れ以外は第１の実施例と同じである。小判形は平行な境
界線を部分的に有するので、同じ寸法の小判形を直交さ
せると正方形の薄肉部４を形成することができる。それ
故、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は、第１の実施例
と同じ形で同じ配置で形成することができ、特性も効果
も第１の実施例と同じになる。
【００４５】図４は本発明の第３の実施例の平面図であ
る。
る。
【００４６】第３の実施例においては、長手方向中心軸
に対して線対称の外形であり、また２次回転対称の外形
を有する第１凹部、第２凹部として楕円形の第１凹部２
２、第２凹部２３を形成し、立体的に交差させて交差部
分に四辺形の薄肉部２４を形成し、これに第１抵抗体Ｒ
１〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例と同様に形成する。
それ以外は第１の実施例と同じである。同形の楕円を直
交させると、各辺が外側に凸の膨らんだ四辺形の薄肉部
２４が形成される。この四辺形は４次回転対称である。
各辺の中心に法線を立て、この法線に沿って第１抵抗体
Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を形成すると、第１の実施例と同
様に、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を応力が最も大
きく働く部分を跨ぐ形に形成することができるから、第
１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例と同形で
配置すると、第１の実施例と同じ特性と効果が得られ
る。
に対して線対称の外形であり、また２次回転対称の外形
を有する第１凹部、第２凹部として楕円形の第１凹部２
２、第２凹部２３を形成し、立体的に交差させて交差部
分に四辺形の薄肉部２４を形成し、これに第１抵抗体Ｒ
１〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例と同様に形成する。
それ以外は第１の実施例と同じである。同形の楕円を直
交させると、各辺が外側に凸の膨らんだ四辺形の薄肉部
２４が形成される。この四辺形は４次回転対称である。
各辺の中心に法線を立て、この法線に沿って第１抵抗体
Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を形成すると、第１の実施例と同
様に、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を応力が最も大
きく働く部分を跨ぐ形に形成することができるから、第
１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例と同形で
配置すると、第１の実施例と同じ特性と効果が得られ
る。
【００４７】図５は本発明の第４の実施例の平面図であ
る。
る。
【００４８】第４の実施例においては、長手方向中心軸
に対して線対称の外形であり、また２次回転対称の外形
を有する第１凹部、第２凹部として糸巻形の第１凹部３
２、第２凹部３３を形成し、立体的に交差させて交差部
分に四辺形の薄肉部３４を形成し、これに第１抵抗体Ｒ
１〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例と同様に形成する。
それ以外は第１の実施例と同じである。同形の糸巻形を
直交させると、各辺が外側に凹のへこんだ糸巻形四辺形
の薄肉部３４が形成される。この四辺形も４次回転対称
である。各辺の中心に法線を立て、この法線に沿って第
１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を形成すると、第１の実
施例と同様に、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を応力
が最も大きく働く部分を跨ぐ形に形成することができる
から、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例
と同形で配置すると、第１の実施例と同じ特性と効果が
得られる。
に対して線対称の外形であり、また２次回転対称の外形
を有する第１凹部、第２凹部として糸巻形の第１凹部３
２、第２凹部３３を形成し、立体的に交差させて交差部
分に四辺形の薄肉部３４を形成し、これに第１抵抗体Ｒ
１〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例と同様に形成する。
それ以外は第１の実施例と同じである。同形の糸巻形を
直交させると、各辺が外側に凹のへこんだ糸巻形四辺形
の薄肉部３４が形成される。この四辺形も４次回転対称
である。各辺の中心に法線を立て、この法線に沿って第
１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を形成すると、第１の実
施例と同様に、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を応力
が最も大きく働く部分を跨ぐ形に形成することができる
から、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例
と同形で配置すると、第１の実施例と同じ特性と効果が
得られる。
【００４９】図６は本発明の第５の実施例の平面図であ
る。
る。
【００５０】第５の実施例においては、長手方向中心軸
に対して線対称の外形であり、また２次回転対称の外形
を有する第１凹部として矩形の第１凹部２、第２凹部と
して小判形の第２凹部１３を形成し、立体的に交差させ
て交差部分に四辺形の薄肉部４を形成し、これに第１抵
抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例と同様に形成
した。それ以外は第１の実施例と同じである。小判形は
平行な境界線を部分的に有するので、矩形と直交させる
と正方形の薄肉部４を形成することができる。それ故、
第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は、第１の実施例と同
じ形で同じ配置で形成することができ、特性も効果も第
１の実施例と同じになる。第５の実施例では、第１凹部
を矩形、第２凹部を小判形としたが、逆にしても全く同
じである。
に対して線対称の外形であり、また２次回転対称の外形
を有する第１凹部として矩形の第１凹部２、第２凹部と
して小判形の第２凹部１３を形成し、立体的に交差させ
て交差部分に四辺形の薄肉部４を形成し、これに第１抵
抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４を第１の実施例と同様に形成
した。それ以外は第１の実施例と同じである。小判形は
平行な境界線を部分的に有するので、矩形と直交させる
と正方形の薄肉部４を形成することができる。それ故、
第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は、第１の実施例と同
じ形で同じ配置で形成することができ、特性も効果も第
１の実施例と同じになる。第５の実施例では、第１凹部
を矩形、第２凹部を小判形としたが、逆にしても全く同
じである。
【００５１】図７は本発明の第６の実施例の平面図であ
る。
る。
【００５２】第６の実施例においては、第１凹部４２と
第２凹部４３が、長手方向中心軸に対して線対称の外形
であるが２次回転対称ではない外形を有する例を示し
た。この形でも第１凹部４２と第２凹部４３が平行な境
界線を部分的に有するので、直交させると正方形の薄肉
部４４が形成される。それ以外は第１の実施例と同じで
ある。それ故、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は、第
１の実施例と同じ形で同じ配置で形成することができ、
特性も効果も第１の実施例と同じになる。
第２凹部４３が、長手方向中心軸に対して線対称の外形
であるが２次回転対称ではない外形を有する例を示し
た。この形でも第１凹部４２と第２凹部４３が平行な境
界線を部分的に有するので、直交させると正方形の薄肉
部４４が形成される。それ以外は第１の実施例と同じで
ある。それ故、第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４は、第
１の実施例と同じ形で同じ配置で形成することができ、
特性も効果も第１の実施例と同じになる。
【００５３】以上第１凹部、第２凹部、薄肉部の形につ
いて説明したが、大事なのは個々の形よりも、第１、第
２抵抗体Ｒ１，Ｒ２と第３、第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４に対
して圧縮力と引張り力という互いに反対方向の応力が印
加されるように、また第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４
を応力が最も大きく働く部分を跨ぐ形に形成することに
より抵抗値を互いに反対方向に変化させ、差を大きくす
ることことにより検出感度を高くする形を実現すること
である。そして、この形は実施例で示した形以外にも種
々の形を取り得るものである。
いて説明したが、大事なのは個々の形よりも、第１、第
２抵抗体Ｒ１，Ｒ２と第３、第４抵抗体Ｒ３，Ｒ４に対
して圧縮力と引張り力という互いに反対方向の応力が印
加されるように、また第１抵抗体Ｒ１〜第４抵抗体Ｒ４
を応力が最も大きく働く部分を跨ぐ形に形成することに
より抵抗値を互いに反対方向に変化させ、差を大きくす
ることことにより検出感度を高くする形を実現すること
である。そして、この形は実施例で示した形以外にも種
々の形を取り得るものである。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ホィ
ートストンブリッジを構成する第１、第２抵抗体と第
３、第４抵抗体に対して圧縮力と引張り力という互いに
反対方向の応力が印加されるように、また第１抵抗体〜
第４抵抗体を応力が最も大きく働く部分に形成し、抵抗
値を互いに反対方向に変化させ、差が大きくなるように
したので、検出感度の高いピエゾ型圧力センサが得られ
る。
ートストンブリッジを構成する第１、第２抵抗体と第
３、第４抵抗体に対して圧縮力と引張り力という互いに
反対方向の応力が印加されるように、また第１抵抗体〜
第４抵抗体を応力が最も大きく働く部分に形成し、抵抗
値を互いに反対方向に変化させ、差が大きくなるように
したので、検出感度の高いピエゾ型圧力センサが得られ
る。
【図１】本発明の第１の実施例の平面図、Ａ−Ａ´線断
面図およびＢ−Ｂ´線断面図である。
面図およびＢ−Ｂ´線断面図である。
【図２】図１の実施例の動作を説明するための断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明の第２の実施例の平面図、Ｃ−Ｃ´線断
面図およびＤ−Ｄ´線断面図である。
面図およびＤ−Ｄ´線断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例の平面図である。
【図５】本発明の第４の実施例の平面図である。
【図６】本発明の第５の実施例の平面図である。
【図７】本発明の第６の実施例の平面図である。
【図８】従来のピエゾ型圧力センサの一例の平面図、Ｅ
−Ｅ´線断面図およびＦ−Ｆ´線断面図である。
−Ｅ´線断面図およびＦ−Ｆ´線断面図である。
【図９】図８のピエゾ型圧力センサの動作を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【図１０】図８のピエゾ型圧力センサを用いて構成した
ホィートストンブリッジの回路図である。
ホィートストンブリッジの回路図である。
１ Ｎ型シリコン基板 ２ 第１凹部 ３ 第２凹部 ４ 薄肉部 １２ 第１凹部 １３ 第２凹部 Ｒ１ 第１抵抗体 Ｒ２ 第２抵抗体 Ｒ３ 第３抵抗体 Ｒ４ 第４抵抗体
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体基板の上面に形成された第１凹部
と、前記半導体基板の下面に形成されかつ前記第１凹部
と立体的に交差して交差部分に四辺形の薄肉部を形成す
る第２凹部と、前記第１凹部内で前記四辺形の薄肉部を
定義する４本の境界線の内の向かい合う２本の境界線を
それぞれ跨ぐように、かつ向かい合って間隔をおいて設
けられた第１抵抗体および第２抵抗体と、前記第２凹部
内でかつ前記四辺形の薄肉部の残りの２本の境界線をそ
れぞれ跨ぐように、かつ向かい合って間隔をおいて設け
られた第３抵抗体および第４抵抗体とを備えたことを特
徴とするピエゾ型圧力センサ。 - 【請求項２】 前記第１凹部または第２凹部または第１
凹部と第２凹部の両方が長手方向中心軸に対して線対称
の外形を有することを特徴とする請求項１記載のピエゾ
型圧力センサ。 - 【請求項３】 前記第１凹部または第２凹部または第１
凹部と第２凹部の両方が２次回転対称の外形を有するこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載のピエゾ型
圧力センサ。 - 【請求項４】 前記第１凹部または第２凹部または第１
凹部と第２凹部の両方が矩形、小判形、楕円形または糸
巻形であることを特徴とする請求項１または請求項２ま
たは請求項３記載のピエゾ型圧力センサ。 - 【請求項５】 前記第１凹部と第２凹部が同形であるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
のピエゾ型圧力センサ。 - 【請求項６】 前記第１凹部と第２凹部が異形であるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
のピエゾ型圧力センサ。 - 【請求項７】 前記薄肉部が４次回転対称の外形を有す
ることを特徴とする請求項１記載のピエゾ型圧力セン
サ。 - 【請求項８】 前記薄肉部が正方形、糸巻形または外側
に凸の四辺形の外形を有することを特徴とする請求項１
または請求項７記載のピエゾ型圧力センサ。 - 【請求項９】 前記第１抵抗体乃至第４抵抗体の長手方
向が前記四辺形の薄肉部を定義する境界線に対して法線
方向であることを特徴とする請求項１記載のピエゾ型圧
力センサ。 - 【請求項１０】 前記四つの抵抗体が十字形をなすよう
に配置されていることを特徴とする請求項１または請求
項９記載のピエゾ型圧力センサ。 - 【請求項１１】 前記四つの抵抗体が同形で４次回転対
称に配置されていることを特徴とする請求項１または請
求項９または請求項１０記載のピエゾ型圧力センサ。 - 【請求項１２】 前記四つの抵抗体が一導電型半導体基
板に反対導電型不純物領域として形成されていることを
特徴とする請求項１または請求項９乃至請求項１１のい
ずれかに記載のピエゾ型圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5077395A JPH08247872A (ja) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | ピエゾ型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5077395A JPH08247872A (ja) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | ピエゾ型圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08247872A true JPH08247872A (ja) | 1996-09-27 |
Family
ID=12868163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5077395A Withdrawn JPH08247872A (ja) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | ピエゾ型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08247872A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014080759A1 (ja) * | 2012-11-26 | 2014-05-30 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 圧力センサ |
-
1995
- 1995-03-10 JP JP5077395A patent/JPH08247872A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014080759A1 (ja) * | 2012-11-26 | 2014-05-30 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 圧力センサ |
| JP2014106013A (ja) * | 2012-11-26 | 2014-06-09 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 圧力センサ |
| US9835508B2 (en) | 2012-11-26 | 2017-12-05 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Pressure sensor having strain gauges disposed on a diaphragm |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020604 |