JPS5845533A - 圧力検出器 - Google Patents
圧力検出器Info
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- JPS5845533A JPS5845533A JP14388481A JP14388481A JPS5845533A JP S5845533 A JPS5845533 A JP S5845533A JP 14388481 A JP14388481 A JP 14388481A JP 14388481 A JP14388481 A JP 14388481A JP S5845533 A JPS5845533 A JP S5845533A
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- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 16
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/147—Details about the mounting of the sensor to support or covering means
-
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
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- Pressure Sensors (AREA)
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、圧力検出器に係り、特に静圧影響の少ないボ
ス付シリコンダイヤフラム式圧力検出器に関する。
ス付シリコンダイヤフラム式圧力検出器に関する。
一般に用いられている半導体圧力検出器は第１図に示す
如き構成を有している。すなわち、第１図（４）におい
て、シリコン等によ多形成されるダイヤフラム１の上面
には、ポロン等の拡散抵抗が拡散されており、この拡散
抵抗は、一方が、ダイヤフラム１の上面に静電接合によ
り固着されているキャップ２の一方の固焼部の下を通り
、ダイヤフラム１の端まで延び、電極１３が設けられて
いる。
如き構成を有している。すなわち、第１図（４）におい
て、シリコン等によ多形成されるダイヤフラム１の上面
には、ポロン等の拡散抵抗が拡散されており、この拡散
抵抗は、一方が、ダイヤフラム１の上面に静電接合によ
り固着されているキャップ２の一方の固焼部の下を通り
、ダイヤフラム１の端まで延び、電極１３が設けられて
いる。
このように、ダイヤフラム１とキャンプ２によつ−で作
られた空間が、基準圧室２１である。また、ダイヤフラ
ム１のひずみ計形成面の反対面には、ひずみ計の感度を
良くするために凹欠部１５が設けられている。
られた空間が、基準圧室２１である。また、ダイヤフラ
ム１のひずみ計形成面の反対面には、ひずみ計の感度を
良くするために凹欠部１５が設けられている。
半導体圧力センサは、大気圧等の圧力変化を電気信号に
変換して出力するものであるから、ピエゾ抵抗効果を利
用したもので、通常ひずみ計をブリッジに組んでおき、
抵抗変化によるブリッジの不平衡を利用して電気信号を
得ようというものである。したがって、１個の基準圧型
圧力センサは、第１図（Ｂ）に示す如く、ダイヤフラム
１の上面に、ボロン等の拡散抵抗１０，１２，２３，３
４゜４０を引き出し部を設けて拡散されている。この拡
散抵抗１０，１２，２３，３４．４０の引出端には、電
極１３が各々設けられている。また、拡散抵抗１０，１
２，２３，３４，４０の他端には、Ａｔ電極１００，１
２０，２３０，３４０，４００が設けられておシ、各Ａ
ｔ電極を接続することによシブリッジが構成される。各
ｆｉｔ電極間はボロン等の拡散抵抗によって接続され、
ひずみ計Ｒ１゜Ｒ，２，Ｒ３，Ｒ４を形成している。
変換して出力するものであるから、ピエゾ抵抗効果を利
用したもので、通常ひずみ計をブリッジに組んでおき、
抵抗変化によるブリッジの不平衡を利用して電気信号を
得ようというものである。したがって、１個の基準圧型
圧力センサは、第１図（Ｂ）に示す如く、ダイヤフラム
１の上面に、ボロン等の拡散抵抗１０，１２，２３，３
４゜４０を引き出し部を設けて拡散されている。この拡
散抵抗１０，１２，２３，３４．４０の引出端には、電
極１３が各々設けられている。また、拡散抵抗１０，１
２，２３，３４，４０の他端には、Ａｔ電極１００，１
２０，２３０，３４０，４００が設けられておシ、各Ａ
ｔ電極を接続することによシブリッジが構成される。各
ｆｉｔ電極間はボロン等の拡散抵抗によって接続され、
ひずみ計Ｒ１゜Ｒ，２，Ｒ３，Ｒ４を形成している。
このような構成をもつ基準圧型圧力センサは、シリコン
などの半導体からなるダイヤフラム１は基準圧室２１（
ｉｌ−もつ朋珪酸ガラスのキャップ２と約４００Ｃでｔ
ｏｏｏｖの電圧印加による静電接合により、真空中で気
密に接合される。両者の接合面は平坦にしてあシ、基準
圧室から外部へ拡散紙１ ′ 抗１０，１２，２３，３４，４０が延在させる。
などの半導体からなるダイヤフラム１は基準圧室２１（
ｉｌ−もつ朋珪酸ガラスのキャップ２と約４００Ｃでｔ
ｏｏｏｖの電圧印加による静電接合により、真空中で気
密に接合される。両者の接合面は平坦にしてあシ、基準
圧室から外部へ拡散紙１ ′ 抗１０，１２，２３，３４，４０が延在させる。
この拡散抵抗は、イオンインプランテーションによって
拡散する。この場合、段差ｅ ０．１μｍ以下に形成で
きる。また、拡散された領域の境界をなだらかにすれば
、静電接着の際にガラス材とシリコン材のいずれか、あ
るいは双方のたわみによって、両者間の隙間を著しく低
減することができる。
拡散する。この場合、段差ｅ ０．１μｍ以下に形成で
きる。また、拡散された領域の境界をなだらかにすれば
、静電接着の際にガラス材とシリコン材のいずれか、あ
るいは双方のたわみによって、両者間の隙間を著しく低
減することができる。
また、基準圧室２１の中のシリコンダイヤフラム面には
、ひずみ計Ｒ１，Ｒ，２，ＦＬ３．Ｒ４と、これらひず
み計Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４をブリッジ結線する低い抵
抗の金属電極１２０，２３０゜３４０および、開放脚を
低抵抗化する金属電極１００．４００を形成し、これら
金属電極の抵抗値を０．１Ω以下に設定すると、ひずみ
計Ｒ１゜Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の信号公約５ｏΩに比して小
さく無視することができる。しかし、ひずみ計Ｒ１゜Ｒ
２，Ｆ１ａ、Ｒ４から外部の金属電極１３への引出し用
゛拡散抵抗１０，１２，２３，３４．４０のシート抵抗
を約１〜１００Ω／口の値を用いても数Ω〜数１００Ω
となシ、信号分の５ｏΩに対し′＼、−十 て同じオーダーの値となつヤしまう。
、ひずみ計Ｒ１，Ｒ，２，ＦＬ３．Ｒ４と、これらひず
み計Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４をブリッジ結線する低い抵
抗の金属電極１２０，２３０゜３４０および、開放脚を
低抵抗化する金属電極１００．４００を形成し、これら
金属電極の抵抗値を０．１Ω以下に設定すると、ひずみ
計Ｒ１゜Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の信号公約５ｏΩに比して小
さく無視することができる。しかし、ひずみ計Ｒ１゜Ｒ
２，Ｆ１ａ、Ｒ４から外部の金属電極１３への引出し用
゛拡散抵抗１０，１２，２３，３４．４０のシート抵抗
を約１〜１００Ω／口の値を用いても数Ω〜数１００Ω
となシ、信号分の５ｏΩに対し′＼、−十 て同じオーダーの値となつヤしまう。
しかし、このような従来より用いられている半導体圧力
検出器の構造では膜応力が発生しゃすく圧力一応力特性
が第２図に示す如く飽和傾向全示し、圧力−抵抗変化特
性も直線性が着しく悪いものであった。
検出器の構造では膜応力が発生しゃすく圧力一応力特性
が第２図に示す如く飽和傾向全示し、圧力−抵抗変化特
性も直線性が着しく悪いものであった。
そこで、発明者らは、先忙第３図囚に示す如き、ボス付
の圧力検出器を発明した。これは、第３図に示す如く、
円板状のシリコン単結晶１の一方の面にｓｉｏ、膜を形
成し、他方の面に円形の溝９を形成しボス１１が形成さ
れている。このシリコン単結晶１の一方の面で溝９によ
って薄肉部の形成されている箇所にポロ７等の金属が拡
散されている０この５ｉｏｔ膜は）ボロン等の拡散抵抗
７゜８の部分で除去されており、この部分に電極５゜６
が接続されている。これを平面的に示したものが第３図
■である。このように、ボス付圧力検出器によると、膜
応力が発生することなく、圧力一応力特性が飽和傾向を
示すことなく圧力−抵抗変化特性が第４図に示す如く直
線性を示す。したがって測定上正確にすることができる
。
の圧力検出器を発明した。これは、第３図に示す如く、
円板状のシリコン単結晶１の一方の面にｓｉｏ、膜を形
成し、他方の面に円形の溝９を形成しボス１１が形成さ
れている。このシリコン単結晶１の一方の面で溝９によ
って薄肉部の形成されている箇所にポロ７等の金属が拡
散されている０この５ｉｏｔ膜は）ボロン等の拡散抵抗
７゜８の部分で除去されており、この部分に電極５゜６
が接続されている。これを平面的に示したものが第３図
■である。このように、ボス付圧力検出器によると、膜
応力が発生することなく、圧力一応力特性が飽和傾向を
示すことなく圧力−抵抗変化特性が第４図に示す如く直
線性を示す。したがって測定上正確にすることができる
。
しかし、このようなボス付圧力検出器にあっては、ボス
の下面がおいているため、測定範囲を超えた過大な圧力
が加わると圧力検出器を破壊するという欠点を有してい
る。
の下面がおいているため、測定範囲を超えた過大な圧力
が加わると圧力検出器を破壊するという欠点を有してい
る。
本発明の目的は、過大圧力が加わっても破壊することの
ない圧力検出器を提供することにある。
ない圧力検出器を提供することにある。
本発明は、ボス付圧力検出器を熱膨張率の近似している
ガラス台に取付け、該ガラス台とボス間に間隙を設ける
ことにより、静圧影響が少なく、過大圧力が加わっても
破壊することのないようにしようというものである。
ガラス台に取付け、該ガラス台とボス間に間隙を設ける
ことにより、静圧影響が少なく、過大圧力が加わっても
破壊することのないようにしようというものである。
以下、本発明の実施例について説明する５゜第５図には
、本発明の一実施例が示されている。
、本発明の一実施例が示されている。
図において、シリコン単結晶５０の一方の面にシリコン
酸化膜を施こされ他面に溝５３が設けられている。この
溝５３によってボス５２が形成され、このボス５２形成
側に固定台５１が固着されている。この固定台５１には
、圧力導入口５５が形成されていると共に、この固定台
５１とボス５２との間には隙間５４が設けられている。
酸化膜を施こされ他面に溝５３が設けられている。この
溝５３によってボス５２が形成され、このボス５２形成
側に固定台５１が固着されている。この固定台５１には
、圧力導入口５５が形成されていると共に、この固定台
５１とボス５２との間には隙間５４が設けられている。
このボスすなわち、中心厚肉部５２は、５００μｍ加工
されており、液封性が良い構造となっている。
されており、液封性が良い構造となっている。
この際、ボス（中心厚肉部）５２の厚さｈｃＶｒ対する
薄肉起歪部すなわち、ダイヤフラム形成部の厚さｈｓの
比ｈＳ／ｈＣの値ｆ：、３倍以上にしなければ中心を剛
体としたための特性が期待できなくなる。このシリコン
ダイヤフラム式センサをシリコンと近似した熱膨張係数
を有する材料例えばこの例ではパイレックスガラスより
成る固定台に、接合ひずみの少ない接着法例えば陽極結
合で接着している。固定台には圧力導入用の穴がありそ
れ以外の加工はほどこされていない。このように、セン
サの中心厚肉部を薄くしてすき間をもうけると、センサ
自身の特性である直線性や過度を損なわず、静圧影響も
小さなものとすることができる。
薄肉起歪部すなわち、ダイヤフラム形成部の厚さｈｓの
比ｈＳ／ｈＣの値ｆ：、３倍以上にしなければ中心を剛
体としたための特性が期待できなくなる。このシリコン
ダイヤフラム式センサをシリコンと近似した熱膨張係数
を有する材料例えばこの例ではパイレックスガラスより
成る固定台に、接合ひずみの少ない接着法例えば陽極結
合で接着している。固定台には圧力導入用の穴がありそ
れ以外の加工はほどこされていない。このように、セン
サの中心厚肉部を薄くしてすき間をもうけると、センサ
自身の特性である直線性や過度を損なわず、静圧影響も
小さなものとすることができる。
したがって、本実施例によれば、液封性およびセンサの
特性などを損なうことがなく、また、静圧影響の小さな
圧力検出器を得ることができる。
特性などを損なうことがなく、また、静圧影響の小さな
圧力検出器を得ることができる。
第６図には、本発明の他の実施例が示されてい□
る。
図において、本実施例は、絶対圧力を測定する圧力検出
器である。第５図と異なるのは、固定台をメクラとシフ
、センサ裏側を基準圧力室としていることである。また
、中心厚肉部の加工をフルレンジ圧力印加時の１．５〜
６倍のたわみ量分としている。本実施例では加工量は４
０μｍ程度であり、これはセンサ５の寸法や測定レンジ
により異なるものである。本実施例によると、圧力検出
器の耐圧がセンサ自身の耐圧の２０倍以上となるため、
高感度の、従ってレンジアビリティの大きな絶対圧力伝
送器が安価に得られる。このような圧力検出器の場合、
フルレンジ圧力が印加したときのダイヤフラムのたわみ
以上、例えばその１．５〜６倍程度のすき間があればよ
い。このときフルレンジ圧力の数倍の圧力が印加される
と中心厚肉部が固定台に当たり保持されるため、圧力検
出器の耐圧が、センサ自身の２０倍程度以上まで良くな
る。この場合、静圧が印加されないため固定台を加工す
る方法でもよいが、測定レンジによるダイヤフラムめた
わみ量の違いに対処するために種々の加工寸法の固定台
を用意する必要があり、生産性にとぼしい。これに対し
センサの中心厚肉部を加工する第６図に示す方法では、
溝加工の際に同時に中心厚肉部の加工もできるため、生
産性にすぐれたものである。
器である。第５図と異なるのは、固定台をメクラとシフ
、センサ裏側を基準圧力室としていることである。また
、中心厚肉部の加工をフルレンジ圧力印加時の１．５〜
６倍のたわみ量分としている。本実施例では加工量は４
０μｍ程度であり、これはセンサ５の寸法や測定レンジ
により異なるものである。本実施例によると、圧力検出
器の耐圧がセンサ自身の耐圧の２０倍以上となるため、
高感度の、従ってレンジアビリティの大きな絶対圧力伝
送器が安価に得られる。このような圧力検出器の場合、
フルレンジ圧力が印加したときのダイヤフラムのたわみ
以上、例えばその１．５〜６倍程度のすき間があればよ
い。このときフルレンジ圧力の数倍の圧力が印加される
と中心厚肉部が固定台に当たり保持されるため、圧力検
出器の耐圧が、センサ自身の２０倍程度以上まで良くな
る。この場合、静圧が印加されないため固定台を加工す
る方法でもよいが、測定レンジによるダイヤフラムめた
わみ量の違いに対処するために種々の加工寸法の固定台
を用意する必要があり、生産性にとぼしい。これに対し
センサの中心厚肉部を加工する第６図に示す方法では、
溝加工の際に同時に中心厚肉部の加工もできるため、生
産性にすぐれたものである。
以上説明したように、本発明によれば過大圧力が加わっ
ても破壊することがない。
ても破壊することがない。
第１図ωは基準圧型圧力センサの縦断面図、第１図面は
第１図■の平面図、第２図は第１図図示圧力センサの特
性図、第３図（ａ）はボス付圧力センサの縦断面図、第
３図（ｂ）は第３図（ａ）の平面図、第４図はボス付圧
力検出器の特性図、第５図は本発明の実施例を示す縦断
面図、第６図は本発明の他の実施例を示す縦断面図であ
る。 ５０・・・シリコン単結晶、５１・・・固定台、５２・
・・ポ（δ） 第 ２圀 矛 ３ 図 （ハ〕 第 ３ 図 （Ｂ） ｌ 第 ４ 目 ｆｆＪｒ
第１図■の平面図、第２図は第１図図示圧力センサの特
性図、第３図（ａ）はボス付圧力センサの縦断面図、第
３図（ｂ）は第３図（ａ）の平面図、第４図はボス付圧
力検出器の特性図、第５図は本発明の実施例を示す縦断
面図、第６図は本発明の他の実施例を示す縦断面図であ
る。 ５０・・・シリコン単結晶、５１・・・固定台、５２・
・・ポ（δ） 第 ２圀 矛 ３ 図 （ハ〕 第 ３ 図 （Ｂ） ｌ 第 ４ 目 ｆｆＪｒ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 シリコン単結晶の一方の面に円形状の溝を設は該
溝の内周部にボスを形成すると共に該溝に薄肉起歪部を
形成し前記シリコン単結晶の他方の面から前記薄肉起歪
部上に抵抗全拡散形成したボス付シリコンダイヤフラム
式圧力検出器において、上記圧力検出器の溝形成面に上
記圧力検出器を形成するシリコンと近似する熱膨張係数
を有するガラスによって形成される固定台を固着すると
共に、上記検出器のボスと前記固定台との間に所定間隙
を設けたことを特徴とする圧力検出器。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発明において、上記所
定間隙は、該検出器によって測定する範囲のたわみを持
てる隙間であることを特徴とする圧力検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14388481A JPS5845533A (ja) | 1981-09-14 | 1981-09-14 | 圧力検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14388481A JPS5845533A (ja) | 1981-09-14 | 1981-09-14 | 圧力検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5845533A true JPS5845533A (ja) | 1983-03-16 |
Family
ID=15349257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14388481A Pending JPS5845533A (ja) | 1981-09-14 | 1981-09-14 | 圧力検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5845533A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS607046U (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-18 | 株式会社フジクラ | 半導体圧力センサ |
| JPS607044U (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-18 | 株式会社フジクラ | 半導体圧力センサ |
| JPS6242422A (ja) * | 1985-08-19 | 1987-02-24 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 投影光学装置 |
| JPH07318446A (ja) * | 1995-05-09 | 1995-12-08 | Omron Corp | 圧力センサ |
| US7324187B2 (en) | 2003-10-01 | 2008-01-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Illumination system and exposure apparatus |
| JP2015052594A (ja) * | 2013-08-09 | 2015-03-19 | コンチネンタル オートモーティブ システムズ インコーポレイテッドＣｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｉｎｃ． | 改良されたキャップ接合境界を備えた絶対圧力センサ |
-
1981
- 1981-09-14 JP JP14388481A patent/JPS5845533A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS607046U (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-18 | 株式会社フジクラ | 半導体圧力センサ |
| JPS607044U (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-18 | 株式会社フジクラ | 半導体圧力センサ |
| JPH0412436Y2 (ja) * | 1983-06-28 | 1992-03-25 | ||
| JPS6242422A (ja) * | 1985-08-19 | 1987-02-24 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 投影光学装置 |
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