JPH09218121A

JPH09218121A - 半導体差圧測定装置

Info

Publication number: JPH09218121A
Application number: JP8026749A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Watanabe; 哲也渡辺
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】静圧特性、温度特性が良好、かつ、差圧検出
手段を安価にし得る半導体差圧測定装置を提供する。【解決手段】半導体基板に設けられ差圧によって逆相
に動作するように測定圧の導圧連通孔が設けられた２個
の測定ダイアフラムと、各測定ダイアフラムにそれぞれ
設けられ各測定ダイアフラムの測定差圧によって発生す
る変位又は歪を検出する少なくとも２個のセンサと、少
なくとも第１センサと第２センサとが含まれて構成され
たブリッジの隣り合う辺に第１センサと第２センサとが
それぞれ配置され測定差圧に対応した出力電気信号が得
られるようにされた差圧検出手段とを具備したことを特
徴とする半導体差圧測定装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静圧特性、温度特
性が良好、かつ、差圧検出手段を安価にし得る半導体差
圧測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図で、例えば、特開昭５９―５６１３
７号の第１図に示されている。図において、ハウジング
１の両側にフランジ２、フランジ３が嵌合い組み立てら
れ溶接等によって固定されており、両フランジ２，３に
は測定せんとする圧力Ｐ_Hの高圧流体の導入口５、圧力
Ｐ_Lの低圧流体の導入口４が設けられている。

【０００３】ハウジング１内に圧力測定室６が形成され
ており、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７と
シリコンダイアフラム８が設けられている。センタダイ
アフラム７とシリコンダイアフラム８はそれぞれ別個に
圧力測定室６の壁に固定されており、センタダイアフラ
ム７とシリコンダイアフラム８の両者でもって圧力測定
室６を２分している。

【０００４】センタダイアフラム７と対向する圧力測定
室６の壁には、バックプレ―ト６Ａ，６Ｂが形成されて
いる。センタダイアフラム７は周縁部をハウジング１に
溶接されている。シリコンダイアフラム８は全体が単結
晶のシリコン基板から形成されている。

【０００５】シリコン基板の一方の面にボロン等の不純
物を選択拡散して４っのストレンゲ―ジ８０を形成し、
他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイ
アフラムを形成する。４っのストレインゲ―ジ８０は、
シリコンダイアフラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、
２つが引張り、２つが圧縮を受けるようになっており、
これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵
抗変化が差圧ΔＰの変化として検出される。

【０００６】８１は、ストレインゲ―ジ８０に一端が取
付けられたリ―ドである。８２は、リ―ド８１の他端が
接続されたハ―メチック端子である。支持体９は、ハ―
メチック端子を備えており、支持体９の圧力測定室６側
端面に低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラ
ム８が接着固定されている。

【０００７】ハウジング１とフランジ２、およびフラン
ジ３との間に、圧力導入室１０，１１が形成されてい
る。この圧力導入室１０，１１内に隔液ダイアフラム１
２，１３を設け、この隔液ダイアフラム１２，１３と対
向するハウジング１の壁１０Ａ，１１Ａに隔液ダイアフ
ラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―トが形成さ
れている。

【０００８】隔液ダイアフラム１２，１３とバックプレ
―ト１０Ａ，１１Ａとで形成される空間と、圧力測定室
６は、連通孔１４，１５を介して導通している。そし
て、隔液ダイアフラム１２，１３間にシリコンオイル等
の封入液１０１，１０２が満たされ、この封入液が連通
孔１６，１７を介してシリコンダイアフラム８の上下面
にまで至っている、封入液１０１，１０２はセンタダイ
アフラム７とシリコンダイアフラム８とによって２分さ
れているが、その量が、ほぼ均等になるように配慮され
ている。

【０００９】以上の構成において、高圧側から圧力が作
用した場合、隔液ダイアフラム１３に作用する圧力が封
入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達され
る。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイア
フラム１２に作用する圧力が封入液１０１によってシリ
コンダイアフラム８に伝達される。

【００１０】この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応
じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がスト
レインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され、差圧の測
定が行なわれる。

【００１１】しかし、この様な装置においては、静圧の
影響を受け静圧誤差が生ずる。この静圧誤差を補償する
ため、図１４に示す如く、シリコンダイアフラム８の薄
肉部８ａと厚肉部８ｂとに拡散歪ゲージＧ_d，Ｇ_sを設け
る。

【００１２】薄肉部８ａ上の歪ゲージＧ_dで差圧圧力Δ
Ｐによる薄肉部８ａの変形を検出する。厚肉部８ｂ上の
歪ゲージＧ_sでセンサ全体に静圧Ｓ_Pが印加した場合の、
シリコンダイアフラム８と支持体９の変形の相違によっ
て生じるシリコンダイアフラム８の変形を検出し、静圧
Ｓ_Pの値を検出する。

【００１３】この場合の、差圧ΔＰによる歪ゲージ
Ｇ_d，Ｇ_sの出力変化は図１５、静圧Ｓ_Pによる歪ゲージ
Ｇ_d，Ｇ_sの出力変化は図１６となる。つまり、差圧ΔＰ
が印加したときは、歪ゲージＧ_dだけでなく、歪ゲージ
Ｇ_sも変化する。

【００１４】このため、（１）式に示す演算式で、相互
関係を明らかにして、印加された測定差圧ΔＰの値を求
めている。 ΔＰ＝Σⁿ _i=0Σ^m _j=0Ｋ_ij×Ｇ_d ⁱ×Ｇ_s ^j （１）

【００１５】この場合に、両者の相互関係が大きいため
に、歪ゲージＧ_d，Ｇ_sの出力分離が良くないから、高い
次数（ｎ、ｍ）の補正演算が必要となり、又補正後の精
度も十分に得られず、静圧特性も十分でないと言う問題
があった。

【００１６】この問題点を、解決するものとして、本願
出願人が先に出願した先願に係わる特願昭７−１７８７
４５号、発明の名称「半導体差圧測定装置」、平成７年
７月１４日出願がある。

【００１７】図１７は特願昭７−１７８７４５号、発明
の名称「半導体差圧測定装置」の一実施例の要部構成説
明図、図１８は図１７の具体的要部平面図、図１９は図
１８のＡ−Ａ断面図、図２０は図１８のＢ−Ｂ断面図、
図２１は図１８のＣ−Ｃ断面図である。

【００１８】図において、２１は、シリコン基板２２に
設けられ、シリコン基板の一面側２２ａに第１測定ダイ
アフラム２３を形成する、所定の極めて小さな隙間から
なる第１測定室である。２４は、第１測定ダイアフラム
２３の反対面であって、シリコン基板２２の一面側２２
ａの表面に設けられ、深さが極めて浅くなっている第１
凹部である。

【００１９】２５は、シリコン基板２２に設けられ、シ
リコン基板の一面側２２ａに、第１測定ダイアフラム２
３と同一の有効面積を有する第２測定ダイアフラム２６
を形成する、所定の極めて小さな隙間からなる第２測定
室である。２７は、第２測定ダイアフラム２６の反対面
であって、シリコン基板２２の一面側２２ａの表面に設
けられ、深さが極めて浅くなっている第２凹部である。

【００２０】２８は、シリコン基板２２の一面２２ａに
一面２８ａが接して設けられ、第１凹部２４と第３測定
室２９を構成し、第２凹部２７と第４測定室３１を構成
する支持基板である。

【００２１】なお、第１，第２，第３，第４測定室２
１，２５，２９，３１は、過大圧が印加された場合に、
第１、あるいは第２測定ダイアフラムをバックアップし
て、測定ダイアフラムの破壊を防止出来るように、バッ
クアップ方向の隙間は極めて小さくなっている。例え
ば、１ｍμ程度である。図１７は本発明を理解し易くす
るため、バックアップ方向の隙間は大きく示している。

【００２２】３２は、シリコン基板２２に設けられ、一
端から一方の測定圧力Ｐ_Hが導入され、他端側が第３測
定室２９と第２測定室２５とに連通されている第１連通
孔である。３３は、シリコン基板２２に設けられ、一端
から他方の測定圧力Ｐ_Lが導入され、他端側が第４測定
室３１と第１測定室２１とに連通されている第２連通孔
である。

【００２３】なお、図１７において、第１連通孔３２の
第３測定室２９と第２測定室２５との接続関係、或い
は、第２連通孔３３の第２測定室２５と第３測定室２９
との接続関係を理解し易くするために、実際と異なって
示している。実際には、図１８〜図２１に示す様な接続
関係になっている。

【００２４】３４は、測定差圧によって、第１測定ダイ
アフラム２３に発生する歪を検出する第１センサで、こ
の場合は、剪断型歪検出素子が使用されている。３５
は、測定差圧によって、第２測定ダイアフラム２６に発
生する歪を検出する第２センサで、この場合は、剪断型
歪検出素子が使用されている。

【００２５】剪断型歪検出素子が使用された第１センサ
３４と、剪断型歪検出素子が使用された第２センサ３５
とは、図２２に示す如く、第１測定ダイアフラム２３と
第２測定ダイアフラム２６とにそれぞれ配置されてい
る。

【００２６】３６は、図２３に示す如く、第１センサ３
４の出力と、第２センサ３５の出力との差を演算する演
算回路である。図２３において、３６１は第１センサ３
４と第２センサ３５とに電圧を供給する電源、３６２と
３６３は、第１センサ３４と第２センサ３５との出力を
増幅する増幅器、３６４は増幅器３６２と増幅器３６３
の出力を差動増幅する差動増幅器である。

【００２７】３７は、第１連通孔３２に測定圧力Ｐ_Hを
導入する圧力導入孔である。３８は、第２連通孔３３に
測定圧力Ｐ_Lを導入する圧力導入孔である。

【００２８】以上の構成において、高圧側測定圧力Ｐ_H
が、第１連通孔３２を介して、第３測定室２９と第２測
定室２５とに印加される。低圧側測定圧力Ｐ_Lが、第２
連通孔３３を介して、第４測定室３１と第１測定室２１
とに印加される。

【００２９】高圧側測定圧力Ｐ_Hと低圧側測定圧力Ｐ_Lと
の圧力差に応じて、第１測定ダイアフラム２３と第２測
定ダイアフラム２６とが変位して歪む。この歪み量が、
歪検出素子３４と歪検出素子３５とによって電気的に検
出される。演算回路３６により、第１歪検出素子３４の
出力と、第２歪検出素子３５の出力とが演算され、差圧
の測定が行なわれる。

【００３０】即ち、第１測定ダイアフラム２３と第２測
定ダイアフラム２６とは、その有効面積が略同一である
ので、略反対方向に変形する。歪検出素子３４のゲージ
出力Ｇ₁と歪検出素子３５のゲージ出力Ｇ₂は、図２４に
示す如く、差圧ΔＰ＝Ｐ_H−Ｐ_Lに対して、全く逆の出力
を出力する。

【００３１】一方、静圧Ｓ_P＝Ｐ_H＝Ｐ_Lが印加したとき
は、第１測定ダイアフラム２３と第２測定ダイアフラム
２６との変形は等しく、その出力は、図２５に示す如
く、略同じ出力変化となる。

【００３２】歪検出素子３４のゲージ出力Ｇ₁と歪検出
素子３５のゲージ出力Ｇ₂との出力を、下記に示す
（２）式の如く差演算すると、差圧ΔＰに比例した出力
が得られ、且つ、その変化量は２倍となる出力Ｕが得ら
れる。

【００３３】一方、歪検出素子３４のゲージ出力Ｇ₁と
歪検出素子３５のゲージ出力Ｇ₂との出力を下記に示す
（３）式の如く、和演算すると、差圧ΔＰには影響され
ず、静圧Ｓ_Pのみに変化する出力Ｖが得られる。

【００３４】この出力Ｖは静圧信号として使用すること
ができる。この静圧信号Ｖは、静圧による感度変化を補
正するなど、高精度化演算に使用することができる。 ΔＰ＝Ｕ＝Ｇ₁ーＧ₂ （２）Ｓ_p ＝Ｖ＝Ｇ₁＋Ｇ₂ （３）

【００３５】以上説明したように、半導体マイクロマシ
ニング技術を利用して、有効面積の等しい２個の測定ダ
イアフラム２３，２６を１個のシリコン基板２２に正確
に形成出来、且つ、連通孔３２，３３を利用して、測定
ダイアフラム２３と測定ダイアフラム２６とが互いに逆
方向に動作するように構成した。

【００３６】この結果、（１）第１歪検出素子３４の出力と、第２歪検出素子３
５の出力との差演算信号は、差圧ΔＰのみに高感度を有
する信号として得ることが出来る。（２）而も、その出力変化率（感度）は、２倍となる。

【００３７】（３）第１歪検出素子３４の出力と、第２
歪検出素子３５の出力との和演算信号は、静圧Ｓ_Pのみ
に高感度を有する信号として得ることが出来る。（４）従って、差演算または和演算するのみで、高精度
な差圧ΔＰ信号または静圧Ｓ_P信号を得ることが出来
る。

【００３８】（５）差圧ΔＰ信号と静圧Ｓ_P信号の相互
影響が小さいために、更に高精度にするために、（４）
式に示す演算をするにしても、その演算次数（ｎ，ｍ）
は小さくて済む。（６）静圧Ｓ_P以外の、例えば、温度特性も、第１歪検
出素子３４の出力と、第２歪検出素子３５の出力との差
演算によってキャンセルされ、優れた温度特性が得られ
る。

【００３９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、演算回路３６において、少なくとも
増幅器３６２、増幅器３６３、差動増幅器３６４を必要
とし、演算回路が複雑となり、製造コストが高くなる。

【００４０】本発明の目的は、静圧特性、温度特性が良
好、かつ、差圧検出手段を安価にし得る半導体差圧測定
装置を提供するにある。

【００４１】

【課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）測定ダイアフラムの両側に測定室が設けられる半
導体差圧測定装置において、半導体基板に設けられ該半
導体基板の一面側に第１測定ダイアフラムを形成する第
１測定室と、該第１測定室に対向して前記第１測定ダイ
アフラムの反対面であって前記半導体基板の前記一面側
の表面に設けらた第１凹部と、前記半導体基板に設けら
れ該半導体基板の前記一面側に第２測定ダイアフラムを
形成する第２測定室と、該第２測定室に対向して前記第
２測定ダイアフラムの反対面であって前記半導体基板の
前記一面側の表面に設けられた第２凹部と、前記半導体
基板の前記一面に一面が接して設けられ前記第１凹部と
第３測定室を構成し前記第２凹部と第４測定室を構成す
る支持基板と、前記半導体基板に設けられ一端から一方
の測定圧力が導入され他端側が前記第３測定室と第２測
定室とに連通される第１連通孔と、前記半導体基板に設
けられ一端から他方の測定圧力が導入され他端側が前記
第４測定室と第１測定室とに連通される第２連通孔と、
測定差圧によって前記第１測定ダイアフラムに発生する
歪を検出する第１センサと、測定差圧によって前記第２
測定ダイアフラムに発生する歪を検出する第２センサ
と、少なくとも前記第１センサと前記第２センサとが含
まれて構成されたブリッジの隣り合う辺に前記第１セン
サと前記第２センサとがそれぞれ配置され測定差圧に対
応した出力電気信号が得られるようにされた差圧検出手
段とを具備したことを特徴とする半導体差圧測定装置。（２）前記半導体基板に前記第１測定ダイアフラムと前
記第２測定ダイアフラムとを挟んで互いに対称に設けら
れた第３，第４センサと、前記ブリッジの一方の電源端
子に接続されるブリッジの２辺にそれぞれ配置された前
記第１センサと前記第２センサと前記ブリッジの他方の
電源端子に接続されるブリッジの２辺にそれぞれ配置さ
れた前記第３センサと前記第４センサとがそれぞれ配置
され測定差圧に対応した出力電気信号が得られるように
された差圧検出手段とを具備したことを特徴とする請求
項１記載の半導体差圧測定装置。（３）前記ブリッジの一方の電源端子に接続されるブリ
ッジの２辺にそれぞれ配置された前記第１センサと前記
第２センサと前記ブリッジの他方の電源端子に接続され
るブリッジの２辺に抵抗素子がそれぞれ配置され測定差
圧に対応した出力電気信号が得られるようにされた差圧
検出手段とを具備したことを特徴とする請求項１記載の
半導体差圧測定装置。を構成したものである。

【００４２】

【作用】以上の構成において、高圧側測定圧力が、第１
連通孔を介して、第３測定室と第２測定室とに印加され
る。一方、低圧側測定圧力が、第２連通孔を介して、第
４測定室と第３測定室とに印加される。

【００４３】第１，第２センサは、第１，第２測定ダイ
アフラムに発生する歪を検出する。差圧検出手段はブリ
ッジ回路を利用して、第１，第２センサの出力の差を演
算して測定差圧に対応した出力信号を出力すると共に、
静圧と温度による誤差を低減する。以下、実施例に基づ
き詳細に説明する。

【００４４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の要部構
成説明図、図２は図１の要部詳細説明図、図３は図２の
演算回路である。図において、図１７と同一記号の構成
は同一機能を表わす。以下、図１７と相違部分のみ説明
する。

【００４５】４１，４２は、測定差圧によって、第１測
定ダイアフラム２３に発生する歪を検出する第１の１セ
ンサと第１の２センサで、図２に示す如く、第１測定ダ
イアフラム２３の上下方向の辺に沿ってそれぞれ配置さ
れている。この場合は、歪ゲージが使用されている。

【００４６】４３，４４は、測定差圧によって、第２測
定ダイアフラム２６に発生する歪を検出する第２の１セ
ンサと第２の２センサで、図２に示す如く、第２測定ダ
イアフラム２６の上下方向の辺に沿ってそれぞれ配置さ
れている。この場合は、歪ゲージが使用されている。

【００４７】４５は、図３に示す如く、第１センサ４
１，４２の出力と、第２センサ４３，４４の出力との差
を演算し、測定差圧に対応した出力電気信号が得られる
ようにされた演算回路である。

【００４８】４５１は演算回路４５に設けられたブリッ
ジである。このブリッジ４５１は、第１センサ４１と４
２とが、ブリッジ４５１の対向する辺に、また、第２セ
ンサ４３と４４とが、ブリッジ４５１の対向する辺にそ
れぞれ接続されている。

【００４９】而して、ブリッジ４５１の各辺毎に、図３
の右回り方向に、順次、第１の１センサ４１、第２の１
センサ４３、第１の２センサ４２、第２の２センサ４４
と配置されている。

【００５０】４５２は、ブリッジ４５１において、第１
の１センサ４１と第２の１センサ４３との共通接続点で
ある一方の電源端子と、第１の２センサ４２と第２の２
センサ４４との共通接続点である他方の電源端子との間
に、電圧を供給する電源である。

【００５１】４５３は、ブリッジ４５１において、第１
の１センサ４１と第２の２センサ４４との共通接続点で
ある一方の出力端子と、第２の１センサ４３と第１の２
センサ４２との共通接続点である他方の出力端子とから
の出力を増幅する増幅器である。

【００５２】而して、第１センサ４１，４２と第２セン
サ４３，４４は、測定差圧に対しては同じ歪を検知する
が、温度変化や静圧に対しては、配置位置の対称性か
ら、第１の１センサ４１と第２の１センサ４３とが同じ
歪を、第１の２センサ４２と第２の２センサ４４とが同
じ歪を検知する。

【００５３】したがって、図３に示す如き結線では、温
度が変化したり静圧が加わったりした場合、第１の１セ
ンサ４１と第２の１センサ４３の出力が変化しても、ブ
リッジ４５１の出力は変化しない。同様に、第１の２セ
ンサ４２と第２の２センサ４４の出力が変化しても、ブ
リッジ４５１の出力は変化しない。

【００５４】以上の構成において、高圧側測定圧力Ｐ_H
が、第１連通孔３２を介して、第３測定室２９と第２測
定室２５とに印加される。低圧側測定圧力Ｐ_Lが、第２
連通孔３３を介して、第４測定室３１と第１測定室２１
とに印加される。

【００５５】図４に示す如く、高圧側測定圧力Ｐ_Hと低
圧側測定圧力Ｐ_Lとの圧力差に応じて、第１測定ダイア
フラム２３と第２測定ダイアフラム２６とが変位して歪
む。この歪み量が、第１センサ４１，４２と第２センサ
４３，４４とによって電気的に検出される。

【００５６】演算回路４５により、ブリッジ回路４５１
を利用して、第１センサ４１，４２と第２センサ４３，
４４の出力の差を演算して測定差圧に対応した出力信号
を出力すると共に、静圧と温度による誤差を低減する。

【００５７】即ち、第１センサ４１，４２と第２センサ
４３，４４の静圧或いは温度による抵抗変化率ΔＲ／Ｒ
は、図５に示す如く、良くそろっている。よって、ブリ
ッジ出力Ｏ_Bは、図５に示す如く、抵抗変化率ΔＲ／Ｒ
は小さくなる。

【００５８】一方、差圧による抵抗変化率ΔＲ／Ｒは、
図６に示す如く、第１センサ４１，４２と第２センサ４
３，４４とは等しいが、逆符号となる。よって、ブリッ
ジ出力Ｏ_Bは、図６に示す如く、抵抗変化率ΔＲ／Ｒは
大きくなる。従って、ブリッジ４５１の出力を測定する
だけで、静圧と温度による誤差を軽減することができ
る。

【００５９】この結果、測定差圧によって逆相に動作す
る様にされた２個の測定ダイアフラム２３，２６に、そ
れぞれ設けられた第１センサ４１，４２と第２センサ４
３，４４とを用いて、ブリッジ４５１を構成する事によ
り、演算回路４５を簡潔に構成でき、製造コストを低減
することができる。

【００６０】具体的には、演算回路３６では少なくとも
増幅器は３個必要であったが、演算回路４５では、増幅
器は１個で良くなる。

【００６１】図７は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例において、５１，５２は、測定差圧
によって、第１測定ダイアフラム２３に発生する歪を検
出する第１の１センサと第１の２センサで、図７に示す
如く、第１測定ダイアフラム２３の左右方向の辺に沿っ
て、それぞれ配置されている。

【００６２】５３，５４は、測定差圧によって、第２測
定ダイアフラム２６に発生する歪を検出する第２の１セ
ンサと第２の２センサで、図７に示す如く、第２測定ダ
イアフラム２６の左右方向の辺に沿って、それぞれ配置
されている。

【００６３】５５は、図８に示す如く、第１センサ５
１，５２の出力と、第２センサ５３，５４の出力との差
を演算し、測定差圧に対応した出力電気信号が得られる
ようにされた演算回路である。

【００６４】５５１は演算回路５５に設けられたブリッ
ジである。このブリッジ５５１は、第１センサ５１と５
２とが、ブリッジ５５１の対向する辺に、また、第２セ
ンサ５３と５４とが、ブリッジ５５１の対向する辺にそ
れぞれ接続されている。

【００６５】而して、ブリッジ５５１の各辺毎に、図８
の右回り方向に、順次、第１の１センサ５１、第２の１
センサ５３、第１の２センサ５２、第２の２センサ５４
と配置されている。

【００６６】５５２は、ブリッジ５５１において、第１
の１センサ５１と第２の１センサ５３との共通接続点で
ある一方の電源端子と、第１の２センサ５２と第２の２
センサ５４との共通接続点である他方の電源端子との間
に、電圧を供給する電源である。

【００６７】５５３は、ブリッジ５５１において、第１
の１センサ５１と第２の２センサ５４との共通接続点で
ある一方の出力端子と、第２の１センサ５３と第１の２
センサ５２との共通接続点である他方の出力端子とから
の出力を増幅する増幅器である。以上の構成において、
動作と効果は、図１実施例と同様である。

【００６８】図９は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例において、６１，６２は、測定差圧
によって、第１測定ダイアフラム２３に発生する歪を検
出する第１の１センサと第１の２センサで、図９に示す
如く、第１測定ダイアフラム２３の中心部付近に、第１
測定ダイアフラム２３の辺に平行にそれぞれ配置されて
いる。

【００６９】６３，６４は、測定差圧によって、第２測
定ダイアフラム２６に発生する歪を検出する第２の１セ
ンサと第２の２センサで、図９に示す如く、第２測定ダ
イアフラム２６の中心部付近に、第２測定ダイアフラム
２６の辺に平行にそれぞれ配置されている。

【００７０】なお、この場合、シリコン基板２２は、
（１１０）ウエハーが採用されている。（１１０）ウエ
ハーが使用された場合には、第１測定ダイアフラム２３
と第２測定ダイアフラム２６の中央部付近に於いても、
歪ゲージに感度が得られるからである。

【００７１】６５は、図１０に示す如く、第１センサ６
１，６２の出力と、第２センサ６３，６４の出力との差
を演算し、測定差圧に対応した出力電気信号が得られる
ようにされた演算回路である。

【００７２】６５１は演算回路６５に設けられたブリッ
ジである。このブリッジ６５１は、第１センサ６１と６
２とが、ブリッジ６５１の対向する辺に、また、第２セ
ンサ６３と６４とが、ブリッジ６５１の対向する辺にそ
れぞれ接続されている。

【００７３】而して、ブリッジ６５１の各辺毎に、図１
０の右回り方向に、順次、第１の１センサ６１、第２の
１センサ６３、第１の２センサ６２、第２の２センサ６
４と配置されている。

【００７４】６５２は、ブリッジ６５１において、第１
の１センサ６１と第２の１センサ６３との共通接続点で
ある一方の電源端子と、第１の２センサ６２と第２の２
センサ６４との共通接続点である他方の電源端子との間
に、電圧を供給する電源である。

【００７５】６５３は、ブリッジ６５１において、第１
の１センサ６１と第２の２センサ６４との共通接続点で
ある一方の出力端子と、第２の１センサ６３と第１の２
センサ６２との共通接続点である他方の出力端子とから
の出力を増幅する増幅器である。以上の構成において、
動作と効果は、図１実施例と同様である。

【００７６】図１１は本発明の他の実施例の要部構成説
明図である。本実施例において、７１は、測定差圧によ
って、第１測定ダイアフラム２３に発生する歪を検出す
る第１センサで、図１１に示す如く、第１測定ダイアフ
ラム２３の上下方向の辺に沿って配置されている。

【００７７】７３は、測定差圧によって、第２測定ダイ
アフラム２６に発生する歪を検出する第２センサで、図
１１に示す如く、第２測定ダイアフラム２６の上下方向
の辺に沿ってそれぞれ配置されている。

【００７８】７２，７４は、第１測定ダイアフラム２３
と第２測定ダイアフラム２６とを挟んで対称に、シリコ
ン基板２２に設けられた第３，第４センサである。

【００７９】７５は、図１２に示す如く、第１センサ７
１の出力と、第２センサ７３の出力との差を演算し、測
定差圧に対応した出力電気信号が得られるようにされた
演算回路である。なお、第３，第４センサ７２，７４
は、静圧、温度補償を効果的に得られるようにするため
に設けられたものである。

【００８０】７５１は演算回路７５に設けられたブリッ
ジである。このブリッジ７５１は、第１センサ７１と７
２とが、ブリッジ７５１の対向する辺に、また、第２セ
ンサ７３と７４とが、ブリッジ７５１の対向する辺にそ
れぞれ接続されている。

【００８１】而して、ブリッジ７５１の各辺毎に、図１
２の右回り方向に、順次、第１の１センサ７１、第２の
１センサ７３、第１の２センサ７２、第２の２センサ７
４と配置されている。

【００８２】７５２は、ブリッジ７５１において、第１
の１センサ７１と第２の１センサ７３との共通接続点で
ある一方の電源端子と、第１の２センサ７２と第２の２
センサ７４との共通接続点である他方の電源端子との間
に、電圧を供給する電源である。

【００８３】７５３は、ブリッジ７５１において、第１
の１センサ７１と第２の２センサ７４との共通接続点で
ある一方の出力端子と、第２の１センサ７３と第１の２
センサ７２との共通接続点である他方の出力端子とから
の出力を増幅する増幅器である。以上の構成において、
動作と効果は、図１実施例と同様である。

【００８４】なお、前述の実施例においては、ブリッジ
４５１，５５１，６５１は第１のセンサ４１，４２，５
１，５２，６１，６２と第２のセンサ４３，４４，５
３，５４，６３，６４とで構成されると説明した。

【００８５】しかし、例えば、図１１に示す如く、これ
に限る事はなく、要するに、少なくとも各１個の第１の
センサと第２のセンサとがブリッジの隣り合う辺に配置
され、測定差圧に対応した出力電気信号が得られるよう
にされた差圧検出手段のブリッジを、構成すれば良い、
即ち、ブリッジの他の２辺は、通常の抵抗素子で構成さ
れても良い。

【００８６】また、前述の実施例においては、シリコン
基板２２と説明したが、これに限ることはなく、例え
ば、ガリウム砒素基板、シリコンカーバイト基板でも良
い。要するに、半導体であればよい。

【００８７】また、第２測定ダイアフラム２６は、第１
測定ダイアフラム２３と同一の有効面積を有すると説明
したが、これが望ましいのであって、これに限ることは
なく、例えば、第１測定ダイアフラム２３と第２測定ダ
イアフラム２６との厚さが異なれば、同一の有効面積で
なくてもよく、また、測定ダイアフラムの有効面積が異
なっても補正係数を使用して補正すれば良い。要する
に、２個の測定ダイアフラム２３，２６があればよい。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、測定差
圧によって逆相に動作する様にされた２個の測定ダイア
フラムに、それぞれ設けられた第１センサと第２センサ
とを用いて、ブリッジを構成する事により、演算回路を
簡潔に構成でき、製造コストを低減することができる。

【００８９】従って、本発明によれば、静圧特性、温度
特性が良好、かつ、差圧検出手段を安価にし得る半導体
差圧測定装置を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の要部詳細説明図である。

【図３】図２の演算回路の要部説明図である。

【図４】図１の動作説明図である。

【図５】図１の動作説明図である。

【図６】図１の動作説明図である。

【図７】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図８】図７の演算回路の要部説明図である。

【図９】本発明の別の実施例の要部構成説明図である。

【図１０】図９の演算回路の要部説明図である。

【図１１】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。

【図１２】図１１の演算回路の要部説明図である。

【図１３】従来より一般に使用されている従来例の構成
説明図である。

【図１４】図１３の要部詳細説明図である。

【図１５】図１３の動作説明図である。

【図１６】図１３の動作説明図である。

【図１７】先願に係わる特願昭７−１７８７４５号の一
実施例の要部構成説明図である。

【図１８】図１７の要部平面詳細説明図である。

【図１９】図１８のＡ−Ａ断面図である。

【図２０】図１８のＢ−Ｂ断面図である。

【図２１】図１８のＣ−Ｃ断面図である。

【図２２】図１７の要部詳細説明図である。

【図２３】図１７の演算回路の要部説明図である。

【図２４】図１７の動作説明図である。

【図２５】図１７の動作説明図である。

【符号の説明】

２１第１測定室２２シリコン基板２２ａシリコン基板の一面側２３第１測定ダイアフラム２４第１凹部２５第２測定室２６第２測定ダイアフラム２７第２凹部２８支持基板２８ａ支持基板の一面側２９第３測定室３１第４測定室３２第１連通孔３３第２連通孔３４第１センサ３５第２センサ３６演算回路３７圧力導入孔３８圧力導入孔４１第１の１センサ４２第１の２センサ４３第２の１センサ４４第２の２センサ４５演算回路４５１ブリッジ４５２電源４５３増幅器５１第１の１センサ５２第１の２センサ５３第２の１センサ５４第２の２センサ５５演算回路５５１ブリッジ５５２電源５５３増幅器６１第１の１センサ６２第１の２センサ６３第２の１センサ６４第２の２センサ６５演算回路６５１ブリッジ６５２電源６５３増幅器７１第１センサ７２第３センサ７３第２センサ７４第４センサ７５演算回路７５１ブリッジ７５２電源７５３増幅器

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【手続補正書】

【提出日】平成８年５月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】なお、第１，第２，第３，第４測定室２
１，２５，２９，３１は、過大圧が印加された場合に、
第１、あるいは第２測定ダイアフラムをバックアップし
て、測定ダイアフラムの破壊を防止出来るように、バッ
クアップ方向の隙間は極めて小さくなっている。例え
ば、１μｍ程度である。図１７は本発明を理解し易くす
るため、バックアップ方向の隙間は大きく示している。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】

【作用】以上の構成において、高圧側測定圧力が、第１
連通孔を介して、第３測定室と第２測定室とに印加され
る。一方、低圧側測定圧力が、第２連通孔を介して、第
４測定室と第１測定室とに印加される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８０】７５１は演算回路７５に設けられたブリッ
ジである。このブリッジ７５１は、第１センサ７１と第
３センサ７２とが、ブリッジ７５１の対向する辺に、ま
た、第２センサ７３と第４センサ７４とが、ブリッジ７
５１の対向する辺にそれぞれ接続されている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８１】而して、ブリッジ７５１の各辺毎に、図１
２の右回り方向に、順次、第１センサ７１、第２センサ
７３、第３センサ７２、第４センサ７４と配置されてい
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８２】７５２は、ブリッジ７５１において、第１
センサ７１と第２センサ７３との共通接続点である一方
の電源端子と、第３センサ７２と第４センサ７４との共
通接続点である他方の電源端子との間に、電圧を供給す
る電源である。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８３】７５３は、ブリッジ７５１において、第１
センサ７１と第４センサ７４との共通接続点である一方
の出力端子と、第２センサ７３と第３センサ７２との共
通接続点である他方の出力端子とからの出力を増幅する
増幅器である。以上の構成において、動作と効果は、図
１実施例と同様である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定ダイアフラムの両側に測定室が設けら
れる半導体差圧測定装置において、半導体基板に設けられ該半導体基板の一面側に第１測定
ダイアフラムを形成する第１測定室と、該第１測定室に対向して前記第１測定ダイアフラムの反
対面であって前記半導体基板の前記一面側の表面に設け
らた第１凹部と、前記半導体基板に設けられ該半導体基板の前記一面側に
第２測定ダイアフラムを形成する第２測定室と、該第２測定室に対向して前記第２測定ダイアフラムの反
対面であって前記半導体基板の前記一面側の表面に設け
られた第２凹部と、前記半導体基板の前記一面に一面が接して設けられ前記
第１凹部と第３測定室を構成し前記第２凹部と第４測定
室を構成する支持基板と、前記半導体基板に設けられ一端から一方の測定圧力が導
入され他端側が前記第３測定室と第２測定室とに連通さ
れる第１連通孔と、前記半導体基板に設けられ一端から他方の測定圧力が導
入され他端側が前記第４測定室と第１測定室とに連通さ
れる第２連通孔と、測定差圧によって前記第１測定ダイアフラムに発生する
歪を検出する第１センサと、測定差圧によって前記第２測定ダイアフラムに発生する
歪を検出する第２センサと、少なくとも前記第１センサと前記第２センサとが含まれ
て構成されたブリッジの隣り合う辺に前記第１センサと
前記第２センサとがそれぞれ配置され測定差圧に対応し
た出力電気信号が得られるようにされた差圧検出手段と
を具備したことを特徴とする半導体差圧測定装置。
【請求項２】前記半導体基板に前記第１測定ダイアフラ
ムと前記第２測定ダイアフラムとを挟んで互いに対称に
設けられた第３，第４センサと、前記ブリッジの一方の電源端子に接続されるブリッジの
２辺にそれぞれ配置された前記第１センサと前記第２セ
ンサと前記ブリッジの他方の電源端子に接続されるブリ
ッジの２辺にそれぞれ配置された前記第３センサと前記
第４センサとがそれぞれ配置され測定差圧に対応した出
力電気信号が得られるようにされた差圧検出手段とを具
備したことを特徴とする請求項１記載の半導体差圧測定
装置。
【請求項３】前記ブリッジの一方の電源端子に接続され
るブリッジの２辺にそれぞれ配置された前記第１センサ
と前記第２センサと前記ブリッジの他方の電源端子に接
続されるブリッジの２辺に抵抗素子がそれぞれ配置され
測定差圧に対応した出力電気信号が得られるようにされ
た差圧検出手段とを具備したことを特徴とする請求項１
記載の半導体差圧測定装置。