JPS5814751B2 - Diaphragm strain gauge - Google Patents

Diaphragm strain gauge

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JPS5814751B2
JPS5814751B2 JP52029678A JP2967877A JPS5814751B2 JP S5814751 B2 JPS5814751 B2 JP S5814751B2 JP 52029678 A JP52029678 A JP 52029678A JP 2967877 A JP2967877 A JP 2967877A JP S5814751 B2 JPS5814751 B2 JP S5814751B2
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diaphragm
strain gauge
gauge
tangential
radial
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高橋幸夫
山田一二
松岡祥隆
松田泰晶
西原元久
田辺正則
島添道隆
嶋田智
藍光郎
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ダイアフラム形ひずみゲージ、特に半導体単
結晶よりなるダイアフラム面上にひずみゲージを配設し
たダイアフラム形ひずみゲージに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a diaphragm strain gauge, and particularly to a diaphragm strain gauge in which the strain gauge is disposed on the surface of a diaphragm made of a semiconductor single crystal.

シリコンダイアフラムを用いた半導体ひずみゲージは、
シリコン自体を固定部と起歪部とを有するダイアフラム
として、その上に複数個のひずみゲージを不純物の拡散
により形成して、これら複数個のひずみゲージをホイー
トストンブリッジ配線したもので、これによってダイア
フラム面内に生ずるひずみを効果的に電気信号に変換す
ることができ、種々き原因によって生じる機械的な力ま
たは液体圧力等のひずみに変換される物理量を電気信号
に変換する。
Semiconductor strain gauges using silicon diaphragms are
Silicon itself is used as a diaphragm having a fixed part and a strain-generating part, and a plurality of strain gauges are formed on the diaphragm by diffusion of impurities, and these plurality of strain gauges are wired in a Wheatstone bridge. It is possible to effectively convert the strain occurring within the body into an electric signal, and convert physical quantities that are converted into strain, such as mechanical force or liquid pressure caused by various causes, into an electric signal.

コノ種ダイアフラム形ひずみゲージにおいては特定の面
方位を有するシリコンダイア7ラムの面上の中心を通る
任意または特定の軸に対称に、この軸と並行に配置され
た半径方向ひずみゲージ、およびこの軸に直交する軸と
並行に配置された接線方向ひずみゲージを不純物の拡散
によって形成し、これらのひずみゲージを組合せてフル
ブリッジを構成している。
The Kono type diaphragm type strain gauge includes a radial strain gauge arranged symmetrically to an arbitrary or specific axis passing through the center on the surface of a silicon diaphragm having a specific surface orientation, and parallel to this axis. A tangential strain gauge arranged parallel to an axis orthogonal to is formed by diffusion of impurities, and these strain gauges are combined to form a full bridge.

第1図は、その一例として本発明者等が試作したダイア
フラム形ひずみゲージを示すもので、同図aはダイアフ
ラム上に形成されているひずみゲージの配置を示し、同
図bは縦断面を示すものである。
Figure 1 shows an example of a diaphragm-type strain gauge prototyped by the inventors, in which figure a shows the arrangement of the strain gauge formed on the diaphragm, and figure b shows a longitudinal section. It is something.

同図bに示す如く、裏面に凹型の孔があけられ、ダイア
フラム面が(110)面方位をもつダイアフラム10が
形成されたシリコン素子の起歪部11には、拡散法によ
り不純物を拡散して歪ゲージ1,2,3,4が形成され
、ダイアフラムの固定部12は接着剤13により筐体1
4に接着固定されている。
As shown in Figure b, impurities are diffused by a diffusion method into the strain-generating portion 11 of the silicon element, which has a diaphragm 10 formed with a concave hole on the back surface and whose diaphragm surface has a (110) plane orientation. Strain gauges 1, 2, 3, and 4 are formed, and the fixing part 12 of the diaphragm is attached to the housing 1 with an adhesive 13.
4 is fixed with adhesive.

面方位(110)を有するダイアフラム面には、半径方
向歪ゲージ1,2がダイアフラム中心を通る<111>
軸方向に平行に形成され、接線方向歪ゲージ3,4がダ
イアフラム中心を通る<112>軸方向に、この軸と直
交して形成され、これらの半径方向歪ゲージ1,2、接
線方向歪ゲージ3,4は何れもダイアフラムの中心から
等距離に配置されている。
The radial strain gauges 1 and 2 pass through the center of the diaphragm on the diaphragm surface with a surface orientation of (110) <111>
The radial strain gauges 1, 2, tangential strain gauges are formed parallel to the axial direction, and the tangential strain gauges 3, 4 are formed in the <112> axis direction passing through the center of the diaphragm, perpendicular to this axis. 3 and 4 are both arranged equidistant from the center of the diaphragm.

しかし、このようにひずみゲージが配設されているダイ
アフラム形ひずみゲージは、結晶軸方向のいずれに対し
て本質的に敏感であり、製作毎の特性のばらつきが大き
い欠点があった。
However, the diaphragm strain gauge in which the strain gauge is arranged in this manner is inherently sensitive to any direction of the crystal axis, and has the drawback of large variations in characteristics from manufacture to manufacture.

また、ダイアフラム面を(110)とする代りに(11
1)面を用いて形成することも可能であるが、出力感度
が低いため大きい出方電圧が得られない欠点があった。
Also, instead of making the diaphragm surface (110), (11
1) Although it is possible to form using a surface, there is a drawback that a large output voltage cannot be obtained due to low output sensitivity.

本発明は、出力感度が大きく、特性ぱらつきの小さく、
直線性の優れたダイアフラム形ひずみゲージを提供する
ことを目的とするもので、半導体単結晶基板よりなるダ
イアフラム上に、不純物拡散により形成され、ダイアフ
ラム面上に作用する半径方向応力とその電流方向とが平
行な少なくとも一個の半径方向ひずみゲージと、ダイア
フラム面上に作用する接線方向応力とその電流方向とが
平行な少さくともH固の接線方向ひずみゲージとを有す
るダイアスラム形ひずみゲージにおいて、ダイアフラム
面が(110)面方位を有し、半径方向ひずみゲージが
<111>軸方向に配設され、接線方向ひずみゲージが
<110>軸および<100>軸からそれぞれ45°の
角度をなす軸方向に配設されていることを特徴とするも
のである。
The present invention has high output sensitivity, small characteristic fluctuations,
The purpose of this strain gauge is to provide a diaphragm strain gauge with excellent linearity.It is formed by impurity diffusion on a diaphragm made of a semiconductor single crystal substrate, and the radial stress acting on the diaphragm surface and its current direction diaphragm type strain gauge having at least one radial strain gauge whose radial strain gauges are parallel to each other, and at least one tangential strain gauge of H stiffness whose tangential stress acting on the diaphragm surface is parallel to its current direction; has a (110) plane orientation, the radial strain gauges are arranged in the <111> axis direction, and the tangential strain gauges are arranged in the axial directions making an angle of 45° from the <110> axis and the <100> axis, respectively. It is characterized by the fact that it is arranged.

すなわち、本発明は半導体単結晶よりなるダイアフラム
上に配列するひずみゲージがこうむる抵抗変化を理論的
に解折した結果、ピエゾ抵抗係数の結晶軸(角度)依存
性に基づいてこれを最も効果的に利用し得るひずみゲー
ジの配列の存在することを確認したことに基づいてなさ
れたものである。
That is, as a result of theoretically analyzing the resistance changes experienced by strain gauges arranged on a diaphragm made of a semiconductor single crystal, the present invention has developed a method to most effectively analyze the changes in resistance based on the dependence of the piezoresistance coefficient on the crystal axis (angle). This was done based on the confirmation that there was an array of strain gauges that could be used.

すなわち、周辺固定モデルのダイアフラム上に配置され
ているひずみゲージは第2図aに示すような表面応力を
受けており、その感度係数であるビエゾ抵抗係数は第3
図のようになる。
In other words, the strain gauge placed on the diaphragm of the peripheral fixed model is subjected to surface stress as shown in Figure 2a, and its sensitivity coefficient, the Viezor resistance coefficient, is
It will look like the figure.

第2図aは横軸にはダイアフラム中心からの距離rとダ
イアフラム半径aとの比がとってあり、Oはダイアフラ
ムの中心1はダイアフラムの端部を示しており,縦軸に
は応力がとってある。
In Figure 2a, the horizontal axis shows the ratio of the distance r from the diaphragm center to the diaphragm radius a, O indicates the center 1 of the diaphragm, and the vertical axis shows the stress. There is.

図のσr,σtはそれそれ、半径方向の応力、接線方向
の応力を示している。
σr and σt in the figure respectively indicate stress in the radial direction and stress in the tangential direction.

この曲げ応力σx,σtはそれぞれ次式で表わされる。The bending stresses σx and σt are respectively expressed by the following equations.

また、第3図の横軸、縦軸は、それぞれ(110)面方
位を有するシリコンタイアフラムのタイアフラム中心を
通る<110>軸、<100>軸を示し、πtは長手方
向のピエゾ抵抗係数,πtは横手方向のピエゾ抵抗係数
を示している。
In addition, the horizontal and vertical axes in FIG. 3 respectively indicate the <110> and <100> axes passing through the center of the silicon tire phragm having the (110) plane orientation, and πt is the piezoresistance coefficient in the longitudinal direction, πt indicates the piezoresistance coefficient in the lateral direction.

長手方向がダイアフラムの半径方向に配列した歪ゲージ
、すなわち二半径ゲージの抵抗変化率は大略次式のよう
になる。
The rate of change in resistance of a strain gauge whose longitudinal direction is arranged in the radial direction of the diaphragm, that is, a two-radius gauge, is roughly expressed by the following equation.

同様に、接線方向に配列した接線ゲージは次式のように
なる。
Similarly, the tangent gauges arranged in the tangential direction are as follows:

(1),(2)式の第1項、第2項の大きさは、歪ゲー
ジの配置によって変化するので最も抵抗変化の大きい配
置が存在する。
The magnitudes of the first and second terms in equations (1) and (2) vary depending on the arrangement of the strain gauges, so there is an arrangement where the resistance change is the largest.

第3図より明らかな如く、半径ゲージについてはダイア
フラムの中心を通る結晶軸が<111>軸、接線ゲージ
についてはダイアフラムの中心を通る結晶軸が<110
>軸および<100>軸から45°の角度がピエゾ抵抗
係数が最大で、かつ、曲線の変曲点にあるから角度ずれ
による変動も少ないことがわかる。
As is clear from Figure 3, for the radius gauge, the crystal axis passing through the center of the diaphragm is the <111> axis, and for the tangential gauge, the crystal axis passing through the center of the diaphragm is the <110> axis.
It can be seen that the piezoresistance coefficient is maximum at an angle of 45° from the > axis and the <100> axis, and since it is at the inflection point of the curve, there is little variation due to angular deviation.

また、第2図bに示すように半径ゲージ1と接線ゲージ
3のダイアフラム中心からの距離をかえ、かつ、接線ゲ
ージ3を半径ゲージ1よりもダイアフラムの中心に近い
位置に配置すれば、半径ゲージ1、接線ゲージ3は両方
とも長手方向の応力が大部分を占めるので、式(3)お
よび(4)における第1項が支配的となる。
Furthermore, if the distances of the radius gauge 1 and the tangent gauge 3 from the center of the diaphragm are changed, and the tangent gauge 3 is placed closer to the center of the diaphragm than the radius gauge 1, as shown in FIG. 1. Since stress in the longitudinal direction occupies most of the stress in both tangent gauges 3, the first term in equations (3) and (4) becomes dominant.

すなわち、第2図および第3図において、半径ゲージは
A,B点がそれぞれ(3)(4)式の1,2項に対応し
、接線ゲージはa,b点がそれぞれ(1),(2)式の
1 2項に対応する。
That is, in Figures 2 and 3, points A and B of the radius gauge correspond to terms 1 and 2 of equations (3) and (4), respectively, and points a and b of the tangent gauge correspond to (1) and (1), respectively. 2) Corresponds to the 1st and 2nd term of equation.

以上の結果、半径ゲージ<111>軸に、接線ゲージは
<110>軸およびく100>軸から45°の角度に配
列し、かつ、半径ゲージは接線応力σt=0となる附近
に配置し、接線ゲージはそれより内側で、半径応力σr
=0となる付近に配置すればよいことが理解される。
As a result of the above, the tangent gauge is arranged at an angle of 45° from the radius gauge <111> axis, the <110> axis and the 100> axis, and the radius gauge is placed near the tangential stress σt=0, The tangent gauge is inside, and the radial stress σr
It is understood that it is sufficient to arrange it near where =0.

これらのゲージはそれぞれベアーとして第4図のように
周知のブリツヂ構成として用いられ、ここの時の圧力〜
出力間の非直線性は各ゲージの非直線性の和になるが、
この点についても定性的にはゲージへの直交応力成分が
より大きい非直線性をもっているため,第2図のように
ゲージを配置すれば非直線誤差が小さいことを確認して
おり、このことは非直線性の温度影響についても同様で
ある。
These gauges are each used as a bare bridge in the well-known bridge configuration as shown in Figure 4, and the pressure at this time ~
The nonlinearity between outputs is the sum of the nonlinearity of each gauge, but
Regarding this point as well, qualitatively speaking, the orthogonal stress component to the gauge has greater nonlinearity, so we have confirmed that if the gauge is arranged as shown in Figure 2, the nonlinear error will be small. The same applies to the temperature effect of nonlinearity.

しかし、低い圧力を検出するダイアスラムにおいては、
その板厚に対する変位量が大きくなり、いわゆる、膜応
力による圧力一ひすみ間の非直線性が問題となるので、
各ゲージをブリッジに組んだ場合の圧力一出力間の非直
線性の観点から言えば、このようなゲージ配置が最適で
あるとは限らない。
However, in a diaslam that detects low pressure,
The amount of displacement relative to the plate thickness becomes large, and so-called non-linearity between pressure and strain due to membrane stress becomes a problem.
From the viewpoint of nonlinearity between pressure and output when each gauge is assembled into a bridge, such a gauge arrangement is not necessarily optimal.

以下、実施例について説明する。Examples will be described below.

第5図は本発明のシリコンダイアフラム形ひずみゲージ
の一実施例を示す。
FIG. 5 shows an embodiment of the silicon diaphragm type strain gauge of the present invention.

同図aはダイアフラム上に形成されているひずみゲージ
の配置を示し、同図bは縦断面を示すもので、第1図と
同一符号を付してあるものは同一部分を示す。
Figure a shows the arrangement of strain gauges formed on the diaphragm, and figure b shows a longitudinal section, where the same reference numerals as in Figure 1 indicate the same parts.

ひずみゲージはn導電型のシリコン単結晶よりなり面方
位(110)のシリコンダイアフラム上の<111>軸
にそって半径方向に配設された一対の半径ゲージ1,2
;21,22,31,32;41,42がボロン等の不
純物の選択拡散により形成され、<100>および<1
00>軸から45°の角度をなす軸方向に直角に配列さ
れたそれぞれ一対の接線(円周)ゲージ3,4;23,
24,33,34;43,44が半径ゲージよりもダイ
アフラムの中心に近い位置に同様に選択拡散により形成
されている。
The strain gauges are made of n-conductivity type silicon single crystal and include a pair of radius gauges 1 and 2 arranged radially along the <111> axis on a silicon diaphragm with a plane orientation of (110).
;21,22,31,32;41,42 are formed by selective diffusion of impurities such as boron, and <100> and <1
00> A pair of tangent (circumferential) gauges 3, 4; 23, each arranged perpendicular to the axial direction forming an angle of 45° from the axis;
24, 33, 34; 43, 44 are similarly formed by selective diffusion at positions closer to the center of the diaphragm than the radius gauge.

15は一部だけ示してあるがひずみゲージの出力信号を
取出すためのアルミニウム蒸着電極でリード線16をこ
の上にボンデングする。
Although only a portion of the lead wire 15 is shown, a lead wire 16 is bonded onto an aluminum vapor-deposited electrode for extracting an output signal from the strain gauge.

なお、この実施例では各象限に配置されている半径ゲー
ジおよび接線ゲージは、それぞれダイアフラムの中心か
ら等しい位置に配置されているが、各象限の半径ゲージ
あるいは接線ゲージのダイアフラムの中心からの位置を
少しうつ変えておけば前述の圧力測定範囲の差による非
直線性の問題をカバーでき、同圧力を測定するダイアフ
ラムでも製品のぱらつきをカバーすることができる。
In this embodiment, the radius gauge and tangent gauge placed in each quadrant are placed at the same position from the center of the diaphragm, but the position of the radius gauge or tangent gauge in each quadrant from the center of the diaphragm is By slightly changing the angle, the problem of non-linearity due to the difference in the pressure measurement range mentioned above can be overcome, and even with diaphragms that measure the same pressure, it is possible to overcome the fluctuation of the product.

このような構成を有するダイアフラム10の上面に圧力
pが加わると、ダイアフラムが変形し,各ひずみゲージ
はそれぞれひずみを受け,これに対応してビエゾ抵抗効
果に基づく抵抗変化を生じる。
When a pressure p is applied to the upper surface of the diaphragm 10 having such a configuration, the diaphragm deforms, each strain gauge receives strain, and correspondingly a resistance change occurs based on the viezoresistance effect.

すなわち、半径ゲージ、例えば1,2には正の抵抗変化
を生じ、接線ゲージ例えば3,4には負の抵抗変化を生
じ、これらは第4図に示す如くブリッジ構成されるので
、その出力端子から圧力pに比例した電気信号が得られ
る。
That is, a positive resistance change occurs in the radius gauges, for example 1 and 2, and a negative resistance change occurs in the tangential gauges, for example 3 and 4. Since these are configured as a bridge as shown in Fig. 4, their output terminals An electrical signal proportional to the pressure p is obtained.

このようなダイアフラム形ひずみゲージを用いた場合の
効果を具体的数値によって説明する。
The effects of using such a diaphragm strain gauge will be explained using specific numerical values.

例えば厚さ0.175、直径8.4mmのシリコンダイ
アフテムの起歪部上の半径ゲージ、接線ケージをダイア
スラム中心からそれぞれ3.61mm(r/a=0.8
62.69mm(r/a=0.64)とした場合、ブリ
ッジ出力電圧感度は222mVFS/3.5V,FS=
5Kg/cm2となり、非直線誤差は−0.13%FS
、非直線誤差の温度影響(−40℃〜120℃)は0.
1%FS〜−0.2%FSが得られた。
For example, the radius gauge and tangential cage on the strain-generating part of a silicon diaphtem with a thickness of 0.175 mm and a diameter of 8.4 mm are each placed 3.61 mm from the center of the diaphragm (r/a=0.8
When 62.69mm (r/a=0.64), the bridge output voltage sensitivity is 222mVFS/3.5V, FS=
5Kg/cm2, non-linear error is -0.13%FS
, the temperature effect on nonlinear error (-40°C to 120°C) is 0.
1% FS to -0.2% FS was obtained.

従って、実施例記載のダイアフラム形ひずみゲージは、
次のような効果を有する。
Therefore, the diaphragm strain gauge described in the example is
It has the following effects.

(1)p形ひずみゲージの最大感度を有する結晶軸に半
径ゲージ、接線ゲージのいずれも配列されているため大
きい抵抗変化が得られ、出力感度が高い。
(1) Since both the radius gauge and the tangential gauge are arranged on the crystal axis that has the maximum sensitivity of the p-type strain gauge, a large resistance change can be obtained and the output sensitivity is high.

(2)半径ゲージ、接線ゲージのいずれも感度曲線の変
曲点に配列されているため、結晶軸のずれによる感度の
ぱらつきが小さく、本実施例を応用すれば均一な特性の
製品が得られる。
(2) Since both the radius gauge and the tangent gauge are arranged at the inflection point of the sensitivity curve, variations in sensitivity due to crystal axis deviation are small, and by applying this example, products with uniform characteristics can be obtained. .

すなわち、角度ずれによるゲージ抵抗の変動が第1図の
実施例の場合に較べ改善され、特に、接線ゲージにおい
ては約1/10に改善でき、この結果ゲージブリッジの
出力で比較すると角度ずれによる変動が従来の1/2〜
1/6に改善される。
In other words, the variation in gauge resistance due to angular misalignment is improved compared to the case of the embodiment shown in FIG. is 1/2 of the conventional value
Improved to 1/6.

第6図はこの実施例の接線ゲージの抵抗変化率を従来例
の場合と比較して示したもので、縦軸には(ΔR/R)
t(%)がとってあり、Aが本実施例の場合Bが第1図
の場合である。
Figure 6 shows the rate of change in resistance of the tangent gauge of this embodiment in comparison with that of the conventional example, and the vertical axis shows (ΔR/R).
t (%) is taken, where A is the case in this embodiment and B is the case in FIG.

また第7図はこの実施例の歪ゲージを用いて構成された
ブリッジの直線性を従来例の場合と比較して示したもの
で、縦軸には直線性(%)がとってありCが本実施例の
場合、Dが第1図の場合である。
Figure 7 shows the linearity of the bridge constructed using the strain gauge of this embodiment in comparison with that of the conventional example, with linearity (%) plotted on the vertical axis; In this embodiment, D is as shown in FIG.

いづれの特性においても、試料間のばらつきが極めて小
さくなっている。
In all characteristics, variations between samples are extremely small.

(3)シリコンダイアフラム上において、半径ゲージ、
接線ゲージのいずれもその長手方向の応力が支配的な配
置をしているので、いわゆる、単軸応力の作用下にあっ
て圧力(ひずみ)に対する抵抗変化の非直線および温度
影響が小さい。
(3) On the silicon diaphragm, a radius gauge,
Since the tangential gauges are arranged so that the stress in the longitudinal direction is dominant, they are under the action of so-called uniaxial stress, and the non-linearity of resistance change with respect to pressure (strain) and temperature effects are small.

すなわち、定電圧励起ブリッジに組むと接線ゲージと半
径ゲージとの抵抗変化比が1でない場合、ブリッジのイ
ンピーダンス変化に基く非直線性が現われるが,この実
施例の場合は角度ずれによる抵抗変化の変動が極めて小
さいので、これに基因する非直線性の変化は無視できる
In other words, when assembled into a constant voltage excitation bridge, if the resistance change ratio between the tangential gauge and the radius gauge is not 1, nonlinearity will appear based on the impedance change of the bridge, but in this example, the resistance change will fluctuate due to angular deviation. is extremely small, so any changes in nonlinearity caused by this can be ignored.

(4)低圧用のシリコンダイアフラムを製作する場合に
問題となる、いわゆる膜応力に基因する非直線誤差はゲ
ージの位置を若干変え、ゲージに働らく直交応力に基因
する非直線誤差を互に積極的に打消し合わせることによ
って低減できる。
(4) Nonlinear errors caused by so-called membrane stress, which are a problem when manufacturing silicon diaphragms for low pressure, can be avoided by slightly changing the position of the gauge to reduce the nonlinear errors caused by orthogonal stress acting on the gauge. It can be reduced by canceling each other out.

なお、このダイアフラム型ひずみゲージは半径ゲージと
接線ゲージとダイアフラムの中心からの距離を変えて配
置するが、半径ゲージと接線ゲージの位置が極端に離れ
るときは良好な直線性が得られず、抵抗値にぱらつきを
生じる結果ブリッジ出力の不平衡電圧や温度特性などを
損うことになる。
Note that with this diaphragm type strain gauge, the radius gauge and tangent gauge are arranged at different distances from the center of the diaphragm, but if the radius gauge and tangent gauge are extremely far apart, good linearity cannot be obtained, and the resistance As a result of the variation in values, the unbalanced voltage and temperature characteristics of the bridge output will be impaired.

また半径ゲージと接線ゲージの配置される角度は約10
°であるため、互いに極めて接近して配置されることに
なり、単一細条で5kΩという高抵抗を得るにはゲージ
を長くする必要を生じ,その結果ダイアフラムが大きく
なる。
Also, the angle at which the radius gauge and tangent gauge are arranged is approximately 10
°, they must be placed very close to each other, and to obtain a high resistance of 5 kΩ in a single strip requires a longer gauge, resulting in a larger diaphragm.

そのため、ひずみゲージを例えば4本の細条より構成し
、高抵抗を確保しながらダイアフナムの小形化を図る。
Therefore, the strain gauge is constructed from, for example, four strips, and the diaphragm is made smaller while ensuring high resistance.

また、半径ゲージと接線ゲージはフルブリッジを構成す
るための各一対のひずみゲージを必要とするが、実施例
の如く、各象限または全象限のいくつかに半径ゲージと
接線ゲージを設け,適当な組合せを用いることは製造上
効果的である。
Furthermore, although radius gauges and tangent gauges require each pair of strain gauges to constitute a full bridge, as in the embodiment, radius gauges and tangent gauges are provided in each quadrant or some of all quadrants, and appropriate strain gauges are used. Using the combination is manufacturing efficient.

以上の如く、本発明ダイアフラム形ひずみゲージは、感
度大きく、特性のばらつきが少なく、直線性の優れたダ
イアフラム形ひずみゲージを提供するもので工業的効果
の犬なるものである。
As described above, the diaphragm strain gauge of the present invention provides a diaphragm strain gauge with high sensitivity, little variation in characteristics, and excellent linearity, and is an industrially effective dog.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図aは従来のシリコンダイアフラム形ひずみゲージ
のひずみゲージの配置図、第1図bは同じく縦断面図、
第2図aはダイアフラム上のひずみゲージの受ける応力
の分布図、第2図bは本発明シリコンダイアフラム形ひ
ずみゲージのゲージ位置を示す説明図、第3図は(11
0)シリコン単結晶面におけるピエゾ抵抗係数の分布図
、第4図はひずみゲージにより構成したブリッジの同路
図、第5図aは本発明シリコンダイアフラム形ひずみゲ
ージの一実施例のひずみゲージの配置図、第5図bは同
じく縦断面図、第6図および第7図は同じくその効果を
示す特性図である。 10・・・ダイアフラム、1,2,21,22,31,
32,41,42・・・半径ゲージ、3,4,23,2
4,33,34,43,44.・.接線ゲージ。
Figure 1a is a layout diagram of a conventional silicon diaphragm type strain gauge, Figure 1b is also a vertical cross-sectional view,
Figure 2a is a distribution diagram of the stress applied to the strain gauge on the diaphragm, Figure 2b is an explanatory diagram showing the gauge position of the silicon diaphragm type strain gauge of the present invention, and Figure 3 is (11
0) Distribution diagram of the piezoresistance coefficient in the silicon single crystal plane, Figure 4 is a diagram of the bridge constructed by strain gauges, Figure 5a is the arrangement of strain gauges in one embodiment of the silicon diaphragm type strain gauge of the present invention. FIG. 5B is a longitudinal sectional view, and FIGS. 6 and 7 are characteristic diagrams showing the effect. 10...Diaphragm, 1, 2, 21, 22, 31,
32, 41, 42...radius gauge, 3, 4, 23, 2
4, 33, 34, 43, 44.・.. tangent gauge.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体単結晶基板よりなるダイアフラム上に,不純
物拡散により形成され,前記ダイアスラム面上に作用す
る半径方向応力とその電流方向が平行な少なくとも一個
の半径方向ひずみゲージと、前記ダイアフラム面上に作
用する接線方向応力と、その電流方向とが平行な少なく
とも一個の接線方向ひずみゲージとを有するダイアフラ
ム形ひずみゲージにおいて/前記ダイアフラム面が(1
10)面方位を有し、前記半径方向ひずみゲージが(1
11)軸方向に配設され、前記接線方向ひずみゲージ素
子が(110)軸および(100)軸からそれぞれ45
°の角度をなす軸方向に配設されていることを特徴とす
るダイアフラム形ひずみゲージ。 2 前記半径方向ひずみゲージが接線応力がほぼ零とな
る位置に開設され、前記接線方向ヒ拐ケージが前記半径
方向ひずみゲージよりダイアフラム中心に近く半径応力
がほぼ零となる位置に配設されている特許請求の範囲第
1項記載のダイアフラム形ひずみゲージ。 3 前記ひずみゲージが互いに並行な複数個の線条より
なり、該線条が低抵抗領域を介して直列に接続されてい
る特許請求の範囲第1項または第2項記載のダイアフラ
ム形ひずみゲージ。 4 前記半径方向ひずみゲージと接線方向ひずみゲージ
が/前記タイファラムの(110)面の各象限内に形成
されている特許請求の範囲第1項から第3項までの何れ
か一項記載のダイアフラム形ひずみゲージ。 5 前記半導体がシリコンである特許請求の範囲第1項
から第4項までの何れか一項記載のダイアフラム形ひず
みゲージ。
[Scope of Claims] 1. at least one radial strain gauge formed by impurity diffusion on a diaphragm made of a semiconductor single crystal substrate, the radial stress acting on the diaphragm surface being parallel to the current direction; In a diaphragm type strain gauge having a tangential stress acting on a diaphragm surface and at least one tangential strain gauge whose current direction is parallel to the diaphragm surface, the diaphragm surface is
10) The radial strain gauge has a plane orientation of (1
11) axially arranged, the tangential strain gauge element being 45 mm from the (110) axis and the (100) axis, respectively;
A diaphragm strain gauge characterized by being arranged in the axial direction forming an angle of °. 2. The radial strain gauge is installed at a position where tangential stress is approximately zero, and the tangential cracking cage is located closer to the center of the diaphragm than the radial strain gauge is at a position where radial stress is approximately zero. A diaphragm strain gauge according to claim 1. 3. The diaphragm strain gauge according to claim 1 or 2, wherein the strain gauge comprises a plurality of filaments parallel to each other, and the filaments are connected in series through a low resistance region. 4. The diaphragm shape according to any one of claims 1 to 3, wherein the radial strain gauge and the tangential strain gauge are formed in each quadrant of the (110) plane of the tie ram. strain gauge. 5. The diaphragm strain gauge according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor is silicon.
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