JPS5844303A - 半導体ストレンゲ−ジ - Google Patents
半導体ストレンゲ−ジInfo
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- JPS5844303A JPS5844303A JP14102381A JP14102381A JPS5844303A JP S5844303 A JPS5844303 A JP S5844303A JP 14102381 A JP14102381 A JP 14102381A JP 14102381 A JP14102381 A JP 14102381A JP S5844303 A JPS5844303 A JP S5844303A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resistor
- strain gauge
- base
- temperature
- transistor
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
- G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
- G01D3/036—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves
- G01D3/0365—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves the undesired influence being measured using a separate sensor, which produces an influence related signal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2268—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
- G01L1/2281—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects for temperature variations
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体ストレンゲージの一度補償に係り、特に
、温度補償回路として半導体能動素子を使用するに好適
な半導体ストレンゲージに関する。
、温度補償回路として半導体能動素子を使用するに好適
な半導体ストレンゲージに関する。
従来、半導体ストレンゲージにおける温度補償方法には
、サーミスタと抵抗を組み合わせる方法。
、サーミスタと抵抗を組み合わせる方法。
ダイオードを直列に接続する方法、トランジスタと抵抗
を用いる方法等いくつかの方法が知られている。このう
ち半導体ストレンゲージに温度補償回路を集積化する構
成のものがあり、温度補償回路として、トランジスタと
抵抗を用いるものが有効であることが知られている。
を用いる方法等いくつかの方法が知られている。このう
ち半導体ストレンゲージに温度補償回路を集積化する構
成のものがあり、温度補償回路として、トランジスタと
抵抗を用いるものが有効であることが知られている。
第１図（ａ）はこのような従来の半導体ストレンゲージ
の一例を示す回路図である。圧力変化によって抵抗値が
変化する抵抗Ｒ１〜Ｒ６がホイートストーンブリッジ接
続されておシ、抵抗Ｒ，，Ｒ。
の一例を示す回路図である。圧力変化によって抵抗値が
変化する抵抗Ｒ１〜Ｒ６がホイートストーンブリッジ接
続されておシ、抵抗Ｒ，，Ｒ。
の接続点および抵抗Ｒ２、Ｒｓの接続点との間には温度
補償回路１を電源Ｅが接続されている。温度補償回路１
は抵抗Ｒ１ｌ・Ｒ６の接続点と電源Ｅとの間に接続され
た抵抗Ｒ１およびＲ６の直列回路と、トランジスタＴｒ
とから構成され、前記トランジスタＴｒのベースは抵抗
Ｒ３および抵抗Ｒ０の接続点に接続されている。この温
度補償回路１はｎＶｎｉ：回路を構成し、ｎ制のダイオ
−（°を直列に接続させた機能を有する。
補償回路１を電源Ｅが接続されている。温度補償回路１
は抵抗Ｒ１ｌ・Ｒ６の接続点と電源Ｅとの間に接続され
た抵抗Ｒ１およびＲ６の直列回路と、トランジスタＴｒ
とから構成され、前記トランジスタＴｒのベースは抵抗
Ｒ３および抵抗Ｒ０の接続点に接続されている。この温
度補償回路１はｎＶｎｉ：回路を構成し、ｎ制のダイオ
−（°を直列に接続させた機能を有する。
なお、出力端子は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点および
抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との接続点となる。
抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との接続点となる。
このような回路構成からなる半導体ストレンゲージは第
１図（ｂ）に示すように、基板２め主表面の一部を密封
して被うキャップ３があり、このキャップと基板２とで
囲まれる空間部は通気孔４を通して圧力を測定すべく空
間部と連通ずるようになっている。キャップ３で被われ
る基板２の主表面にはダイヤフラム領域５Ａを有する半
導体チップ５が搭載されている。この半導体チップ５面
にはそのダイヤフラム領域５Ａ内に抵抗Ｒ＋ ないしＲ
６が不純物拡散層によって形成され、まだグイヤフラム
領域５Ａ外にてトランジスタＴｒ１が不純物拡散層によ
って形成されている。
１図（ｂ）に示すように、基板２め主表面の一部を密封
して被うキャップ３があり、このキャップと基板２とで
囲まれる空間部は通気孔４を通して圧力を測定すべく空
間部と連通ずるようになっている。キャップ３で被われ
る基板２の主表面にはダイヤフラム領域５Ａを有する半
導体チップ５が搭載されている。この半導体チップ５面
にはそのダイヤフラム領域５Ａ内に抵抗Ｒ＋ ないしＲ
６が不純物拡散層によって形成され、まだグイヤフラム
領域５Ａ外にてトランジスタＴｒ１が不純物拡散層によ
って形成されている。
・）′
さらに、キャップ３によって被われていない基板２の主
表面には抵抗ＲｓおよびＲ６が配置され、この抵抗Ｒｓ
およびＲ６は厚膜抵抗よりなシ、トリミングできること
により最適な温度補償ができるようになっている。
表面には抵抗ＲｓおよびＲ６が配置され、この抵抗Ｒｓ
およびＲ６は厚膜抵抗よりなシ、トリミングできること
により最適な温度補償ができるようになっている。
しかしながら、従来のこのような構成では、温度補償回
路における温度補償特性がほとんど線形であるため、半
導体ストレンゲージのゲージファクタの温度特避の非線
形性が補償できない欠点があった。
路における温度補償特性がほとんど線形であるため、半
導体ストレンゲージのゲージファクタの温度特避の非線
形性が補償できない欠点があった。
”本発明は温度補償の良好な半導体ストレンゲージを提
供することを目的とするものである。
供することを目的とするものである。
このような目的を達成するために１本発明は。
電源間に拡散形抵抗を用いたストレンゲージと温度補償
回路の直列回路を接続してなる半導体ストレンゲージに
おいて、前記温度補償回路はベース・エミッタ間および
ベース・コレクタ間を抵抗により分圧されるトランジス
タからなり、前記トランジスタのベース・エミッタ間に
接続される抵抗°の温度係数を、前記トランジスタのベ
ース・コレクタ間に接続される抵抗の温度係数より大き
くし庭ことを特徴とするものである。
回路の直列回路を接続してなる半導体ストレンゲージに
おいて、前記温度補償回路はベース・エミッタ間および
ベース・コレクタ間を抵抗により分圧されるトランジス
タからなり、前記トランジスタのベース・エミッタ間に
接続される抵抗°の温度係数を、前記トランジスタのベ
ース・コレクタ間に接続される抵抗の温度係数より大き
くし庭ことを特徴とするものである。
以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
第２図（ａ）、 （ｂ）は本発明による半導体ストレン
ゲ−ジの一実施例を示す構成図である。第２図（ａ獄。
ゲ−ジの一実施例を示す構成図である。第２図（ａ獄。
半纏体ストレンゲージに組み込まれる回路を示すもので
、第１図（ａ）と同符号のものは同機能を有するもので
ある。
、第１図（ａ）と同符号のものは同機能を有するもので
ある。
このような回路は第２図（ｂ）に示すように、中央にダ
イヤフラム領域１０Ａ（点線で囲まれた領域）−が形成
された半導体チップ１０に組み込まれている。ダイヤフ
ラム領域１０Ａはたとえば矩形状に形成されており、こ
のダイヤフラム領域１０の各辺近傍にはそれぞれ同方向
に延在する抵抗Ｒ，ないしＲ４が形成され、これら各抵
抗Ｒ１ないしＲ１は不純物拡散層によシ形成されている
。各抵抗Ｒ８ないしＲ４のうち、抵抗Ｒ，およびＲ３は
同方向へ延在した一つの不純物拡散層により形成され、
またＲ２およびＲ４は同方向へ延在した平行な２つの不
純物拡散層によりなり、かつ平行な２つの不純物拡散層
は高濃度不純物拡散層により低抵抗で接続されて形成ぐ
れたもので、これら各抵抗Ｒ３ないしＲ１のそれぞれの
端部はダイヤフラム領域外の半導体チップ１０上に延在
されて端子部が形成されている。
イヤフラム領域１０Ａ（点線で囲まれた領域）−が形成
された半導体チップ１０に組み込まれている。ダイヤフ
ラム領域１０Ａはたとえば矩形状に形成されており、こ
のダイヤフラム領域１０の各辺近傍にはそれぞれ同方向
に延在する抵抗Ｒ，ないしＲ４が形成され、これら各抵
抗Ｒ１ないしＲ１は不純物拡散層によシ形成されている
。各抵抗Ｒ８ないしＲ４のうち、抵抗Ｒ，およびＲ３は
同方向へ延在した一つの不純物拡散層により形成され、
またＲ２およびＲ４は同方向へ延在した平行な２つの不
純物拡散層によりなり、かつ平行な２つの不純物拡散層
は高濃度不純物拡散層により低抵抗で接続されて形成ぐ
れたもので、これら各抵抗Ｒ３ないしＲ１のそれぞれの
端部はダイヤフラム領域外の半導体チップ１０上に延在
されて端子部が形成されている。
そして、各抵抗Ｒ０ないしＲ３はダイヤフラム領域外の
半導体チップ１０上に形成されたたとえばアルミニウム
等の蒸着配線層１１によってホイートストンブリッジ接
続され、抵抗Ｒ２およびＲ２の接続点、抵抗Ｒ２および
Ｒ３の接続点は出力端子となるボンディング／ζラド１
２Ａ、１２Ｂが形成されている。
半導体チップ１０上に形成されたたとえばアルミニウム
等の蒸着配線層１１によってホイートストンブリッジ接
続され、抵抗Ｒ２およびＲ２の接続点、抵抗Ｒ２および
Ｒ３の接続点は出力端子となるボンディング／ζラド１
２Ａ、１２Ｂが形成されている。
また、ダイヤフラム領域外の半導体チップ１０上にはポ
ンディングパッド１３．１４が形成され、このうちボン
ディング／ζラド１３は抵抗Ｒ５およびＲ４の接続点に
接続されている。また、ポンディングパッド１４は薄膜
あるいは厚膜技術により形成されたトリミング可能な抵
抗Ｒ３および不純物拡散技術により形成された抵抗Ｒ６
の直列回路を介して抵抗恥および抵抗Ｒ２の接続点に接
続されている。
ンディングパッド１３．１４が形成され、このうちボン
ディング／ζラド１３は抵抗Ｒ５およびＲ４の接続点に
接続されている。また、ポンディングパッド１４は薄膜
あるいは厚膜技術により形成されたトリミング可能な抵
抗Ｒ３および不純物拡散技術により形成された抵抗Ｒ６
の直列回路を介して抵抗恥および抵抗Ｒ２の接続点に接
続されている。
さらに、半導体チップ１０上には、トランジスタＴｒＩ
が形成され、このトランジスタＴｒ、のコレクタ・エミ
ッタは前記抵抗Ｒ５およびＲｏからなる直列回路に並列
接続され、前記トランジスタＴｒ、のベースは前記抵抗
Ｒ５およびＲ，の接続点に接続されている。
が形成され、このトランジスタＴｒ、のコレクタ・エミ
ッタは前記抵抗Ｒ５およびＲｏからなる直列回路に並列
接続され、前記トランジスタＴｒ、のベースは前記抵抗
Ｒ５およびＲ，の接続点に接続されている。
このように構成した半導体ストレンゲージにおいて、第
２図（ａ）に示すように、Ｅを底深９の電圧。
２図（ａ）に示すように、Ｅを底深９の電圧。
ＶＧをブリッジ接続した半導体ストレンゲージの端子電
ポとすると、トランジスタＴ・１をＥｂｅ’ｒ・−ＭＯ
Ｉ １モデルで、第２図（ａ）に示す回路の解析をする
と゛、Ｖａの温度特性は次式のように表わされる。
ポとすると、トランジスタＴ・１をＥｂｅ’ｒ・−ＭＯ
Ｉ １モデルで、第２図（ａ）に示す回路の解析をする
と゛、Ｖａの温度特性は次式のように表わされる。
ここで、Ｔは温度、Ｔ、は基準温度、Ｅ５はトランジス
タＴｒｌを形成する材料例えばシリコンのバンドギャッ
プ、ｑは電荷量、ｋはボルッスン定数、 Ｖｏｗ：ｏは
基準温度ＴｏにおけるトランジスタＴｒ１のベース・エ
ミッタ間電圧である。
タＴｒｌを形成する材料例えばシリコンのバンドギャッ
プ、ｑは電荷量、ｋはボルッスン定数、 Ｖｏｗ：ｏは
基準温度ＴｏにおけるトランジスタＴｒ１のベース・エ
ミッタ間電圧である。
上記（１）式かられかるように、温度項はｔｎ（Ｔ／Ｔ
ｏ）であシ温度に対してほとんど影響がなく 、 （１
）式はほぼ′一定と考えられ、従来技術の説明で述べた
ように％温度に対してＶａは線形に変化し、半導体スト
レンゲージのもつ感度の温度に対する非線形性が補償さ
れないことがわかる。従って１本実施例では、トランジ
スタＴｒ、のベース・エミッタ間に接続する抵抗Ｒ０の
温度係数を前記トランジスタＴｒ、のベース・コレクタ
間に接続する抵抗Ｒｓの姫度係７数よシ大きくしたもの
である。その具体的構成としては抵抗Ｒ６を拡散抵抗Ｒ
６を拡散抵抗とするのに対して抵抗Ｒ１を薄膜あるいは
厚膜抵抗により形成したもので、ある。
ｏ）であシ温度に対してほとんど影響がなく 、 （１
）式はほぼ′一定と考えられ、従来技術の説明で述べた
ように％温度に対してＶａは線形に変化し、半導体スト
レンゲージのもつ感度の温度に対する非線形性が補償さ
れないことがわかる。従って１本実施例では、トランジ
スタＴｒ、のベース・エミッタ間に接続する抵抗Ｒ０の
温度係数を前記トランジスタＴｒ、のベース・コレクタ
間に接続する抵抗Ｒｓの姫度係７数よシ大きくしたもの
である。その具体的構成としては抵抗Ｒ６を拡散抵抗Ｒ
６を拡散抵抗とするのに対して抵抗Ｒ１を薄膜あるいは
厚膜抵抗により形成したもので、ある。
ここで１本実施例による温度に対する感度変化を従来と
比較して示すと７４３図のようになることが判明した。
比較して示すと７４３図のようになることが判明した。
第３図は横軸を温度（Ｃ）に、縦軸を感度変化（％）と
したグラフである。本実施例および従来において、電圧
Ｅは５ｖとし、本実施例では１．抵抗Ｒ，と抵抗Ｒ６と
の温度係数差を１００Ｃ当り２５％の差がでるように抵
抗Ｒ６における拡散抵抗の表面不純物濃度を選んだ。図
中曲線１６は温度補償をしない場合で、定電圧でブリッ
ジを励起した場合の感度変化を示してい丙。
したグラフである。本実施例および従来において、電圧
Ｅは５ｖとし、本実施例では１．抵抗Ｒ，と抵抗Ｒ６と
の温度係数差を１００Ｃ当り２５％の差がでるように抵
抗Ｒ６における拡散抵抗の表面不純物濃度を選んだ。図
中曲線１６は温度補償をしない場合で、定電圧でブリッ
ジを励起した場合の感度変化を示してい丙。
そして、曲線１７は従来による温度補償をした場合の感
度曲線で、温度に対する非線形性は補償されていないこ
とが判る。本実施例による補償結果は曲線１８に示され
る。
度曲線で、温度に対する非線形性は補償されていないこ
とが判る。本実施例による補償結果は曲線１８に示され
る。
本実施例では温度補償回路を半導体ストン／ゲージと同
一チップ上で形成するため、酸化膜上に薄膜抵抗を形成
したが１本発明の抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ６の温度係数を八な
ったものにする方法はこれに限定されることはない。例
えば、抵抗Ｒ５の形成を従来のように外部基板に厚膜抵
抗を形成する一方法や、一般の固定抵抗を接続する方法
、あるいはサーミスタを用いる方法等を用いてもよいこ
とはいうまでもない。
一チップ上で形成するため、酸化膜上に薄膜抵抗を形成
したが１本発明の抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ６の温度係数を八な
ったものにする方法はこれに限定されることはない。例
えば、抵抗Ｒ５の形成を従来のように外部基板に厚膜抵
抗を形成する一方法や、一般の固定抵抗を接続する方法
、あるいはサーミスタを用いる方法等を用いてもよいこ
とはいうまでもない。
以上述べたように、本発明による半導体ストレンゲージ
によれば、精度の高い温度補償ができる。
によれば、精度の高い温度補償ができる。
第１図（ａ）、（”１は従来の半導体ストレンゲージを
説明する図で、第１図（ａ）は回路図、第１図（ｂ）は
外観図、第２図（ａ）および（ｂ）は本発明による半導
体ストレンゲージの一実施例を示す構成図で、第３図（
ａ）は回路図、第２１圀（ｂ）は半導体ストレンゲージ
のチップにおける平面図、第３図は本発明による半導体
ストレンゲージの効果を示すグラフである。 １０・・・半導体チップ、１０ａ・・・ダイヤフラム領
域、１２Ａ、１２Ｂ〜１４・・・ボ／ディ／グパッド。 Ｒｓ・・・薄膜あるいは厚膜よシ形成された抵抗、第
１図 （ＯＬ） （ｂ） Ｒり 第２図 （ａ−２
説明する図で、第１図（ａ）は回路図、第１図（ｂ）は
外観図、第２図（ａ）および（ｂ）は本発明による半導
体ストレンゲージの一実施例を示す構成図で、第３図（
ａ）は回路図、第２１圀（ｂ）は半導体ストレンゲージ
のチップにおける平面図、第３図は本発明による半導体
ストレンゲージの効果を示すグラフである。 １０・・・半導体チップ、１０ａ・・・ダイヤフラム領
域、１２Ａ、１２Ｂ〜１４・・・ボ／ディ／グパッド。 Ｒｓ・・・薄膜あるいは厚膜よシ形成された抵抗、第
１図 （ＯＬ） （ｂ） Ｒり 第２図 （ａ−２
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、区源間に拡散形抵抗を用いたストレンゲージと温度
補償回路の直列回路を接続してなる半導体ストレンゲー
ジにおいて、前記温度補償回路は、ベース・エミッタ間
およびベース・コレクタ間を抵抗により分圧されるトラ
ンジスタからなシ、前記トランジスタのベース・エミッ
タ間に接続される抵抗の温度係数を、前記トランジスタ
のベース・コレクタ間に接続される抵抗の温度係数より
大きくしたことを特徴とする半導体ストレンゲージ。 ２、ベース・エミッタ間に接続される抵抗を、前記スト
レンゲージと同一基板とする拡散抵抗とし。 ベース・コレクタ間に接続される抵抗を、薄膜あるいは
厚膜抵抗とした特許請求の範囲第１項記載の半導体スト
レンゲージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14102381A JPS5844303A (ja) | 1981-09-09 | 1981-09-09 | 半導体ストレンゲ−ジ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14102381A JPS5844303A (ja) | 1981-09-09 | 1981-09-09 | 半導体ストレンゲ−ジ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5844303A true JPS5844303A (ja) | 1983-03-15 |
Family
ID=15282404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14102381A Pending JPS5844303A (ja) | 1981-09-09 | 1981-09-09 | 半導体ストレンゲ−ジ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5844303A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH042170A (ja) * | 1990-04-18 | 1992-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体拡散抵抗形圧力センサにおけるスパン電圧温度補償方法 |
| US5191798A (en) * | 1988-09-30 | 1993-03-09 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Pressure sensor |
| AU2012260057B2 (en) * | 2011-05-20 | 2015-05-21 | Daikin Industries, Ltd. | Outdoor unit of air conditioner |
| CN111879231A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-11-03 | 三峡大学 | 一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器及其制作和测量方法 |
| JP2021172208A (ja) * | 2020-04-23 | 2021-11-01 | 株式会社シマノ | 人力駆動車用のコンポーネント |
-
1981
- 1981-09-09 JP JP14102381A patent/JPS5844303A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5191798A (en) * | 1988-09-30 | 1993-03-09 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Pressure sensor |
| JPH042170A (ja) * | 1990-04-18 | 1992-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体拡散抵抗形圧力センサにおけるスパン電圧温度補償方法 |
| AU2012260057B2 (en) * | 2011-05-20 | 2015-05-21 | Daikin Industries, Ltd. | Outdoor unit of air conditioner |
| JP2021172208A (ja) * | 2020-04-23 | 2021-11-01 | 株式会社シマノ | 人力駆動車用のコンポーネント |
| CN111879231A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-11-03 | 三峡大学 | 一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器及其制作和测量方法 |
| CN111879231B (zh) * | 2020-07-21 | 2022-02-01 | 三峡大学 | 一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器及其制作和测量方法 |
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