JPS5943326A - 半導体圧力検出器 - Google Patents

半導体圧力検出器

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JPS5943326A
JPS5943326A JP15261082A JP15261082A JPS5943326A JP S5943326 A JPS5943326 A JP S5943326A JP 15261082 A JP15261082 A JP 15261082A JP 15261082 A JP15261082 A JP 15261082A JP S5943326 A JPS5943326 A JP S5943326A
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JP
Japan
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strain
diaphragm
pressure
housing
thermal expansion
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JP15261082A
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JPH028253B2 (ja
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Michitaka Shimazoe
島添 道隆
Yoshitaka Matsuoka
松岡 祥隆
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details 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
    • G01L19/14Housings
    • G01L19/147Details about the mounting of the sensor to support or covering means
    • GPHYSICS
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • GPHYSICS
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    • G01L19/0061Electrical connection means
    • G01L19/0084Electrical connection means to the outside of the housing

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  • Analytical Chemistry (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧力、差圧検出器に係り、特に半導体自体をダ
イヤフラムとする半導体圧力検出に関する。
従来のSiダイヤフラム形圧力、差圧検出器に用いられ
る測定ダイヤフラムはSi単結晶よりなり中央に第1の
肉厚部、それを囲む肉薄部、さらに前記肉薄部を囲む第
2の肉厚部を有し、前記肉薄部の一主面側に複数のゲー
ジ抵抗が通常のICプロセスにより形成されている。こ
のSiダイヤフラムの第2の肉厚部の表面は、ダイヤフ
ラムと熱膨張係数の類似した中央に通気孔のあるシリコ
ンやガラスよりなる第1の支持体に接合され、この支持
体は受圧室を形成するハウジングに通気孔のある第2の
支持体を介し結合されている。このSiダイヤフラム形
圧力、差圧検出器はIC技術を応用できるので量産性に
優れ、かつSi単結晶が理想的な弾性材料であるためヒ
ステリシスがなく再現性に優れている特長がある。
しかしながら、かかる構成の測定ダイヤフラムにあって
は、極めて低い圧力の測定をおこなう場合、圧力と出力
との直線性が悪くなる欠点がある。
この原因は、低圧領域の測定のためには、測定ダイヤフ
ラムの起歪部の肉厚をより薄くする必要があるため、薄
肉化すればするほど起歪部のたわみが大きくなり、測定
ダイヤフラムが伸びるバルーン効果が生じるためである
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、低
圧測定値でも圧力と出力との直線関係が優れた半導体圧
力、差圧センサを提供するにある。
上記目的を達成するため、本発明は、内側および外側に
肉厚部、前記各肉厚部の間に圧力をとめるために充分な
薄さの薄肉部が形成されたSiダイヤフラムと前記薄肉
部の変位にともなってその変位を規制しながら変位する
Si起歪はりと、このSi起歪はり上に形成されたゲ−
ジ抵抗とを有し、前記Si起歪はりは、前記ゲージ抵抗
が形成されている領域に応力を集中させるため他の領域
に剛性をもたせて構成されているものである。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明による半導体圧力検出器の一実施例を示
す断面図である。単結晶Siからなる測定ダイヤフラム
10は中空の第1の支持部材12、中空の第2の支持部
材14を介してハウジング16に取付けられている。第
1の支持部材12は測定ダイヤフラム10のハウジング
16からの電気的絶縁およびハウジング16からの熱膨
張係数の違いによる熱歪を考慮し、Siと熱膨張係数の
近似したたとえば硼珪酸ガラスが使用されている。
また、第2の支持部材14は、熱膨張係数およびハウジ
ング16への溶接による取付けを考慮し、Siと熱膨張
係数の近似したたとえばFe−Ni合金あるいはFe−
Ni−Co合金が使用されている。これらの測定ダイヤ
フラムと第1支持部材12、及び第1支持部材12と第
2支持部材14間はたとえば陽極給合法で接合されてい
る。
測定ダイヤフラム10からの電気的出力は、リード線1
8及びハウジング16にハーメチックシールされた端子
20を介して外部に取出されている。
第2図は測定ダイヤフラム10をゲージ抵抗面側から見
た図、第3図は第2図のIII−III線における断面
図、第4図はゲージ抵抗を待つ起歪よりを示す一部拡大
図である。
測定ダイヤフラム10は、その主表面が(110)の円
形状n形単結晶Siで、中央に厚肉の剛体部30、外周
に厚肉の固定部32を有し、その間に環状の薄肉の起歪
部34が形成されている。この起歪部30は圧力をとめ
るに充分な薄さを有するものである。この環状の起歪部
34に、剛体部30と固定部32にまたがる起歪より3
6が設けられている。前記起歪はり36は、前記起歪部
30と一体に形成され、起歪部30に比べてその厚さが
若干厚く形成されたものである。起歪はり36は、〈1
10〉面における最大感度を示す〈111〉軸に平行に
設けられている。またこの起歪はりの幅は中央部で広く
、両端部で狭くなっており、p形ゲージ抵抗38が、こ
の幅狭領域39、すなわち外周の固定部近傍に2個、中
心の剛体部近傍に2個、〈111〉軸に平行に拡散法や
イオンインブランデーション法により形成されている。
これらの抵抗はホイートストンブリッジに組まれ差動的
に出力を得るようになっている。測定ダイヤフラム10
の表面にはゲージ抵抗38を保護する酸化膜40および
ゲージ抵抗38の出力を取出すアルミ配線42が設けら
れている。
このように構成された半導体圧力検出器において、測定
ダイヤフラム10に圧力pを印加すると、起歪はり36
がたわむ。この時、薄肉の起歪部34は起歪はり36に
比べ薄く軟かくなっているため単なる気密膜として働き
、受圧面積S(ほぼ中央の剛体部30と薄肉の起歪部3
4を加えた面積)×圧力Pの力の大半が起歪はり36を
たわます力として作用する。したがって、起歪はり36
は小さな力、すなわち低い圧力で大きな歪を発生するこ
とができる、加えて、この起歪はり36は中心で太く、
両端で狭くなっているため、中心の剛性は高く、両端の
剛性は小さい。このため圧力を加えた時、中心部のひず
みは小さく、両端でのひずみは大きくなり、ひずみは剛
性の小さな両端部に集中する。すなわちこの構造では起
歪はり36中、歪の発生する有効長は短くなるため、起
歪はり全体をより薄くしても圧力を加えた時の起歪はり
のたわみは小さい。そこで、この起歪はり36の両端の
剛性の小さな部分に配置されたゲージ抵抗38は、より
低い圧力に対しても直線的に抵抗変化する。
以トのように、本発明の圧力測定ダイヤフラムを有する
1圧力、差圧検出器は従来より低い圧力まで精度良く測
定することが可能となる。また、同一の感度を得るため
には受圧面債の小さな測定ダイヤフラムで充分である。
第5図は本発明による半導体圧力検出器の他の実施例を
示す図で第5図(a)は平面図、第5図(b)は第5図
(a)のVb−Vb線における断面図である。
第2図、第3図のものに比べ起歪はり36とダイヤフラ
ム10をそれぞれ別のシリコン結晶で作った後、お互を
ガラス材44で陽極接合している点が異なる。また本例
では起歪はり36の中央部の剛性を高めるために、起歪
はりの中央部を厚くした例を示している。
この実施例では長い製造プロセスが必要となるゲ−ジ抵
抗は細い起歪はりのみに形成するため、一枚のウエハか
ら大量に形成することができる。
このためダイヤフラムが大形になっても、製造コストの
向上は少ない利点がある。また本構造ではダイヤフラム
の肉薄起歪部の厚さを極端に導くしなくても広くするこ
とにより起歪はりに比べ軟かくすることができるため製
造し易い利点がある。
本実施例での作用、効果は第1の実施例と同様である。
ところで、本発明の圧力検出器の応用例として真空計が
ある。この時は第1の支持体には穴を形成しなくダイヤ
フラムと第1の支持体間を真空またはそれに近い低圧力
で封じこめることにより、従来ピラニゲージで測定して
いた10−2〜10torrの低圧領域を正確に測定で
きる。また、ゲージ抵抗面側が大気圧開放の時、ダイヤ
フラムが破壊しないように、ダイヤフラム中央の剛体部
が第1支持体にあたるように設計しておくことは望まし
いことである。
以上本発明は、ダイヤフラムの中央の剛体部と外周の固
定部の間に薄肉の起歪部よりも肉厚の起歪はりと形成し
、この起歪はりの少なくとも一部を広くしたり、厚くす
ることにより剛性を高め、この起歪はりの剛性の小さな
部分にゲージ抵抗を形成したことにより、ゲージ抵抗に
作用させる力を増大するとともに、かつ起歪はりの有効
長を短かくすることにより、きわめて低い圧力範囲の測
定も正確に行なうことができる。
本発明はこれら実施例に限られるものではない。
例えば、起歪はりの一部の剛性を高めるためには、その
部分を厚くするか又は広くするかいずれの方法を採用し
てもよい。また起歪はりには〈100〉面のシリコンウ
エハを使用し、ゲージ抵抗を〈110〉方向に配置する
ことも可能である。
その他、実施例には起歪はりの数が2本の場合を示して
いるが、一本又は3本以上でも良いことは明らかである
。またゲージ抵抗の配置法としては、起歪はりに直交す
る方向に配置しても良い。
この直交ゲージ抵抗および平行ゲージ抵抗を組合わせれ
ば、起歪はり中一箇所の幅狭領域にブリッジを組む4ケ
のゲージ抵抗をまとめて配置することができる。
以上述べたことから明らかなように、本発明による半導
体圧力検出器によれば、低圧測定時でも圧力と出力との
直線関係が優れたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による半導体圧力検出器の一実施例を示
す断面図、第2図は本発明の一実施例の測定ダイヤフラ
ムの上面図、第3図は第2図のIII−III断面図、
第4図は起歪はりおよびその周辺の拡大図、第5図(a
)、(b)は本発明の他の実施例を示す図で、第5図(
a)は平面図、第5図(b)は第5図(a)のVb−V
b線における断面図である。 10・・・測定ダイヤフラム、12・・・第1の支持部
材、14・・・第2の支持部材、16・・・ハウジング
、30・・・剛体部、32・・・固定部、34・・・肉
薄起歪部、36・・・起歪はり、38・・・ゲージ抵抗
、39・・・幅狭領域。 $ 1 口 /θ ZO/2  潔   /6 $2 図 ギ3目 9/′l 茅4.躬 $5 目 むノ       36

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、内側および外側に肉厚部、前記各肉厚部の間に圧力
    をとめるために充分な薄さの薄肉部が形成されたSiダ
    イヤフラムと、前記薄肉部の変位にともなってその変化
    を規制しながら変位するSi起歪はりと、このSi起歪
    はり上に形成されたゲージ抵抗とを有し、前記Si起歪
    はりは、前記ゲージ抵抗が形成されている領域に応力を
    集中させるため他の領域に剛性をもたせて構成されてい
    ることを特徴とする半導体圧力検出器。
JP15261082A 1982-09-03 1982-09-03 半導体圧力検出器 Granted JPS5943326A (ja)

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JP15261082A JPS5943326A (ja) 1982-09-03 1982-09-03 半導体圧力検出器

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15261082A JPS5943326A (ja) 1982-09-03 1982-09-03 半導体圧力検出器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5943326A true JPS5943326A (ja) 1984-03-10
JPH028253B2 JPH028253B2 (ja) 1990-02-23

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ID=15544157

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JP15261082A Granted JPS5943326A (ja) 1982-09-03 1982-09-03 半導体圧力検出器

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6414509U (ja) * 1987-07-20 1989-01-25

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52119971A (en) * 1976-03-31 1977-10-07 Honeywell Inc Force converter
JPS5629136A (en) * 1979-07-17 1981-03-23 Data Instr Inc Pressure converter and making method thereof

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JPH028253B2 (ja) 1990-02-23

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