JPS581548B2 - Thin film strain gauge transducer - Google Patents
Thin film strain gauge transducerInfo
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- JPS581548B2 JPS581548B2 JP2970877A JP2970877A JPS581548B2 JP S581548 B2 JPS581548 B2 JP S581548B2 JP 2970877 A JP2970877 A JP 2970877A JP 2970877 A JP2970877 A JP 2970877A JP S581548 B2 JPS581548 B2 JP S581548B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、薄膜金属抵抗体よりなる薄膜ストレンゲージ
素子を用いて、圧力、力、変位等を電気信号に変換する
薄膜ストレンゲージ変換器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a thin film strain gauge converter that converts pressure, force, displacement, etc. into electrical signals using a thin film strain gauge element made of a thin film metal resistor.
近年、薄膜ストレンゲージ素子を用いた変換器では、薄
膜ストレンゲージ素子を取り付ける際に用いる接着剤に
よるクリープやヒステリシスの影響を除去するために、
金属ばね材の表面に絶縁層を被着し、この絶縁層の表面
に薄膜ストレンゲージを被着することが行なわれている
。In recent years, in transducers using thin film strain gauge elements, in order to eliminate the effects of creep and hysteresis caused by the adhesive used to attach the thin film strain gauge element,
An insulating layer is deposited on the surface of a metal spring material, and a thin film strain gauge is deposited on the surface of this insulating layer.
しかし、このような構成によれば、金属ばね材の表面研
磨状態により薄膜ストレンゲージ素子の特性が大きく変
化し、表面に傷がある場合には充分な絶縁が得られなか
ったり、抵抗体の温度係数が異なったりして、特性の揃
った変換器を歩留まり良く生産することは困難である。However, with such a configuration, the characteristics of the thin film strain gauge element change greatly depending on the surface polishing state of the metal spring material, and if there are scratches on the surface, sufficient insulation may not be obtained or the temperature of the resistor may increase. Since the coefficients are different, it is difficult to produce converters with uniform characteristics at a high yield.
また、金属ばね材の受歪部のみを薄くし、取付部を厚く
する等の機械加工も容易でない。Furthermore, machining such as making only the strain receiving part of the metal spring material thinner and thickening the mounting part is not easy.
本発明は、これらの欠点を解決したものであって、以下
、図面を用いて詳細に説明する。The present invention solves these drawbacks and will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図は、本発明の一実施例を示す断面図であって、圧
力変換器の例について示したものであり、１は半導体基
板、２は絶縁層、３，９は薄膜金属抵抗体、４は保護層
、５は取付基台、６は接着剤、７は導圧パイプ、８は増
幅回路素子である。FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of the present invention, and shows an example of a pressure transducer, in which 1 is a semiconductor substrate, 2 is an insulating layer, 3 and 9 are thin film metal resistors, 4 is a protective layer, 5 is a mounting base, 6 is an adhesive, 7 is a pressure pipe, and 8 is an amplifier circuit element.
半導体基板１としては、完全弾性材でばね材として好適
な単結晶板、たとえばシリコン単結晶基板を用いる。As the semiconductor substrate 1, a single crystal plate, such as a silicon single crystal substrate, which is a perfectly elastic material and is suitable as a spring material is used.
この・イリコン単結晶基板１０表面を酸化して、ｓｉｏ
２あるいはＳｉＯの絶縁層２を形成する。By oxidizing the surface of this iricon single crystal substrate 10, sio
2 or an insulating layer 2 of SiO is formed.
ここで、シリコン単結晶基板１０表面に鏡面研磨を施し
ておくことにより、極めて平滑な面を有する絶縁層２が
容易にかつ確実に形成できる。By performing mirror polishing on the surface of the silicon single crystal substrate 10, the insulating layer 2 having an extremely smooth surface can be easily and reliably formed.
この絶縁層２の表面に、たとえばニクロム系の低温度係
数を有する複数の薄膜金属抵抗体３を選択的に被着する
。On the surface of this insulating layer 2, a plurality of thin film metal resistors 3 having a low temperature coefficient, such as nichrome, are selectively deposited.
この薄膜金属抵抗体３は、薄膜ストレンゲージ素子とし
て作用するものである。This thin film metal resistor 3 acts as a thin film strain gauge element.
ここで、絶縁層２はシリコン単結晶基板１０表面に極め
て平滑にかつ確実に形成されているので、この絶縁層２
０表面に被着される薄膜金属抵抗体３としては特別の揃
ったものが得られる。Here, since the insulating layer 2 is formed extremely smoothly and reliably on the surface of the silicon single crystal substrate 10, this insulating layer 2
A special set of thin-film metal resistors 3 is obtained which are deposited on the zero surface.
このようにして薄膜金属抵抗体３を被着した後、これら
薄膜金属抵抗体３を含む絶縁層２０表面に、たとえばＳ
ｉＯ２の保護層４を形成する。After depositing the thin film metal resistors 3 in this way, for example, S
A protective layer 4 of iO2 is formed.
これにより、薄膜金属抵抗体３すなわち薄膜ストレンゲ
ージ素子は外部雰囲気から保護されることになる。Thereby, the thin film metal resistor 3, ie, the thin film strain gauge element, is protected from the external atmosphere.
一方、シリコン単結晶基板１の薄膜ストレンゲージ素子
３が被着される部分に対応した裏面には選択的にエッチ
ングを施して受歪部として作用する薄肉部１１を形成す
る。On the other hand, the back surface of the silicon single crystal substrate 1 corresponding to the portion to which the thin film strain gauge element 3 is attached is selectively etched to form a thin portion 11 that acts as a strain receiving portion.
また、残りの厚肉部は取付部あるいは固定部を形成する
ものであり、接着剤６を介して取付基台５に固着する。Further, the remaining thick portion forms a mounting portion or a fixing portion, and is fixed to the mounting base 5 via an adhesive 6.
なお、エッチングは、たとえば（１００）面のシリコン
単結晶の一部にＫＯＨによる異方性エッチングを施し、
薄肉部を約５０μ厚肉部を約３００μとする。Note that the etching is performed, for example, by anisotropically etching a part of the (100) plane silicon single crystal using KOH,
The thin wall portion is approximately 50μ and the thick wall portion is approximately 300μ.
取付基台５としてはたとえばセラミック板を用い、接着
剤６としてはたとえばＡｕ−Ｓｉ Ｏ共晶合金あるいは
ガラス等を用いる。As the mounting base 5, for example, a ceramic plate is used, and as the adhesive 6, for example, Au--SiO eutectic alloy or glass is used.
なお、取付基台５の中央部には導圧孔５１が形成されて
いて、導圧パイプ７が植設されている。Note that a pressure guiding hole 51 is formed in the center of the mounting base 5, and a pressure guiding pipe 7 is installed therein.
このように構成することにより、絶縁層２、薄膜ストレ
ンゲージ素子３および保護層４を有する半導体基板１は
受圧ダイヤフラムとして作用することになり、導圧パイ
プ７を介して導入される圧力Ｐは電気信号に変換されて
外部に取り出される。With this configuration, the semiconductor substrate 1 having the insulating layer 2, the thin film strain gauge element 3, and the protective layer 4 acts as a pressure receiving diaphragm, and the pressure P introduced via the pressure pipe 7 is electrically It is converted into a signal and taken out to the outside.
第２図は、第１図のような変換器において通常用いられ
る増幅回路の一例を示す回路図であって、Ｇｌ−Ｇ，は
薄膜ストレンゲージ素子、Ｄｚぱツエナーダイオード、
Ａは増幅器、ＣＣは定電流源、Ｔｒはトランジスタ、Ｒ
ｆは帰還抵抗、Ｅは直流電源、Ｒは抵抗である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an amplifier circuit commonly used in the converter shown in FIG. 1, in which Gl-G is a thin film strain gauge element, Dz is a Zener diode,
A is an amplifier, CC is a constant current source, Tr is a transistor, R
f is a feedback resistance, E is a DC power supply, and R is a resistance.
これらの回路のうち、破線で囲った部分の回路素子、す
なわち、薄膜ストレンゲージ素子０１〜Ｇ４、ツエナー
ダイオードＤｚ、増幅器Ａ、定電流源ＣＣ、トランジス
タＴｒおよび帰還抵抗Ｒｆは、必要に応じて同一の半導
体基板上に集積回路技術により一体化することができる
。Of these circuits, the circuit elements enclosed by broken lines, that is, the thin film strain gauge elements 01 to G4, the Zener diode Dz, the amplifier A, the constant current source CC, the transistor Tr, and the feedback resistor Rf, may be the same as necessary. It can be integrated on a semiconductor substrate using integrated circuit technology.
再び第１図において、増幅回路素子８は第２図のツエナ
ーダイオードＤｚ、増幅器Ａ、定電流源ＣＣおよびトラ
ンジスタＴｒを含むものであって、半導体基板１の歪の
加わらない部分に形成されている。Referring again to FIG. 1, the amplifier circuit element 8 includes the Zener diode Dz of FIG. 2, the amplifier A, the constant current source CC, and the transistor Tr, and is formed in a portion of the semiconductor substrate 1 where no distortion is applied. .
また、薄膜金属抵抗体９は第２図の帰還抵抗素子Ｒｆと
して用いるものであって、増幅回路素子８と同様に、半
導体基板１の歪の加わらない部分に、薄膜金属抵抗体３
と同時に形成されている。Further, the thin film metal resistor 9 is used as the feedback resistance element Rf in FIG.
formed at the same time.
すなわち、第１図の装置は、薄膜ストレンゲージ変換器
と増幅回路とが一体化された構成となっている。That is, the apparatus shown in FIG. 1 has a structure in which a thin film strain gauge converter and an amplifier circuit are integrated.
第３図は、本発明の他の実施例を示す断面図であって、
力あるいは変位変換器の例について示したものであり、
第１図と同等部分には同一符号を付している。FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the present invention,
An example of a force or displacement transducer is shown.
Components equivalent to those in FIG. 1 are given the same reference numerals.
第３図において、半導体基板１はビーム状に形成されて
いて、その両端は取付基台５に固着されている。In FIG. 3, the semiconductor substrate 1 is formed into a beam shape, and both ends of the semiconductor substrate 1 are fixed to a mounting base 5.
また、半導体基板１の中間部の一方の面には薄膜ストレ
ンゲージ素子３が被着され、これら薄膜ストレンゲージ
素子３に対応した他方の面にはエッチングが施されて、
受歪部として作用する薄肉部１２，１３が形成されてい
る。Further, thin film strain gauge elements 3 are adhered to one surface of the intermediate portion of the semiconductor substrate 1, and etching is performed on the other surface corresponding to the thin film strain gauge elements 3.
Thin portions 12 and 13 are formed that act as strain receiving portions.
なお、第３図において、絶縁層および保護層は図示しな
い。Note that in FIG. 3, the insulating layer and the protective layer are not shown.
このような構成において、半導体基板１の中間部に力あ
るいは変位Ｆを加えると、電気信号に変換されることに
なる。In such a configuration, if a force or displacement F is applied to the intermediate portion of the semiconductor substrate 1, it will be converted into an electrical signal.
これらから明らかなように、本発明によれば、ばね材と
して半導体基板を用い、ストレンゲージ素子として薄膜
金属抵抗体を用いているので、ばね特性や電気的特性、
加工性等に優れ、さらに特性の揃った変換器を歩留まり
良く大量に生産することができるとともに、必要に応じ
て増幅回路素子を組み込むことができる等、その効果は
大きい。As is clear from these, according to the present invention, since a semiconductor substrate is used as a spring material and a thin film metal resistor is used as a strain gauge element, the spring characteristics and electrical characteristics are
It has great effects, such as being able to mass-produce converters with excellent processability and uniform characteristics at a high yield, and incorporating amplifier circuit elements as necessary.
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図はこの
種の変換器において通常用いられる増幅回路の一例を示
す回路図、第３図は本発明の他の実施例を示す断面図で
ある。
１・・・・・・半導体基板、２・・・・・・絶縁層、３
・・・・・・薄膜金属抵抗体（薄膜ストレンゲージ素子
）、４−・・・・・保護層、５・・・・−・取付台、６
・・・・・・接着剤、７・・・・・・導圧パイプ、８・
・・・・・増幅回路素子、９・・・・・・薄膜金属抵抗
体（帰還抵抗素子）。FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an amplifier circuit commonly used in this type of converter, and FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 1... Semiconductor substrate, 2... Insulating layer, 3
...Thin film metal resistor (thin film strain gauge element), 4-...Protective layer, 5...Mounting base, 6
...adhesive, 7...pressure pipe, 8.
...Amplification circuit element, 9... Thin film metal resistor (feedback resistance element).
Claims (1)
と、この絶縁層の表面に被着された複数の薄膜ストレン
ゲージ素子とから成る薄膜ストレンゲージ変換器。 ２ 半導体基板と、この基板の表面に形成された複数の
増幅回路素子と、これら増幅回路素子を含む前記基板の
表面に形成された絶縁層と、この絶縁層の表面に被着さ
れた複数の薄膜ストレンゲージ素子とから成る薄膜スト
レンゲージ変換器。 ３ 半導体基板として、薄膜ストレンゲージ素子が被着
される部分に対応した裏面が選択的に除去されて受歪部
が形成された半導体基板を用いることを特徴とする特許
請求の範囲第１項または第２項記載の薄膜ストレンゲー
ジ変換器。Claims: 1. A thin film strain gauge transducer comprising a semiconductor substrate, an insulating layer formed on the surface of the substrate, and a plurality of thin film strain gauge elements deposited on the surface of the insulating layer. 2. A semiconductor substrate, a plurality of amplifier circuit elements formed on the surface of this substrate, an insulating layer formed on the surface of the substrate including these amplifier circuit elements, and a plurality of amplifier circuit elements adhered to the surface of this insulating layer. A thin film strain gauge transducer comprising a thin film strain gauge element. 3. Claim 1 or 3, characterized in that the semiconductor substrate is a semiconductor substrate in which a strain-receiving portion is formed by selectively removing a back surface corresponding to a portion to which a thin film strain gauge element is attached. 3. The thin film strain gauge transducer according to item 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2970877A JPS581548B2 (en) | 1977-03-17 | 1977-03-17 | Thin film strain gauge transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2970877A JPS581548B2 (en) | 1977-03-17 | 1977-03-17 | Thin film strain gauge transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53114690A JPS53114690A (en) | 1978-10-06 |
| JPS581548B2 true JPS581548B2 (en) | 1983-01-11 |
Family
ID=12283597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2970877A Expired JPS581548B2 (en) | 1977-03-17 | 1977-03-17 | Thin film strain gauge transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS581548B2 (en) |
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-
1977
- 1977-03-17 JP JP2970877A patent/JPS581548B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53114690A (en) | 1978-10-06 |
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