JPS5952727A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPS5952727A JPS5952727A JP57162323A JP16232382A JPS5952727A JP S5952727 A JPS5952727 A JP S5952727A JP 57162323 A JP57162323 A JP 57162323A JP 16232382 A JP16232382 A JP 16232382A JP S5952727 A JPS5952727 A JP S5952727A
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- JP
- Japan
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- base
- diaphragm
- pressure sensor
- thick
- outer circumferential
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- 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
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S73/00—Measuring and testing
- Y10S73/04—Piezoelectric
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】
本発明は高圧力測定用の圧力センサ、特に半導体をダイ
ヤスラムとした半導体圧力センサに関する。
ヤスラムとした半導体圧力センサに関する。
従来、この独の半導体圧カセンザは、平面図である第１
図、および側面図である第２図に示すように構成されて
いた。シリコンダイヤフラム１はその主表面に４個のピ
エゾ抵抗素子１１が形成されておシ、各ピエゾ抵抗素子
１１を囲む領域は、そのダイヤフラム裏面に凹陥部を形
成することによって起歪部１２が形成されている。この
ようにして構成されたシリコンダイヤフラム１はこれと
ほぼ熱膨張係数の等しいベース２に固定されている。
図、および側面図である第２図に示すように構成されて
いた。シリコンダイヤフラム１はその主表面に４個のピ
エゾ抵抗素子１１が形成されておシ、各ピエゾ抵抗素子
１１を囲む領域は、そのダイヤフラム裏面に凹陥部を形
成することによって起歪部１２が形成されている。この
ようにして構成されたシリコンダイヤフラム１はこれと
ほぼ熱膨張係数の等しいベース２に固定されている。
しかし、このよう々半導体圧力センサは、その測定範囲
が数１００にり／ｃｒｎ２と高耐圧になると、出力特性
と同時に各部の強度が問題となっていた。
が数１００にり／ｃｒｎ２と高耐圧になると、出力特性
と同時に各部の強度が問題となっていた。
第３図、第４図において、シリコンダイヤフラムに圧力
Ｐが加わった除の各部の応力状Ｘｉ示ず。
Ｐが加わった除の各部の応力状Ｘｉ示ず。
第３図はシリコンダイヤスラム上面の応力分布を示し、
最大応力δ１は起歪部１２の中央部で起ることが判り、
その値は次式で表わされる。
最大応力δ１は起歪部１２の中央部で起ることが判り、
その値は次式で表わされる。
２
δ、又Ｋｌ−・・・・・・・・・＋ｌｉ２
ここでに１は比例定数である。
この（１）式によシ、最大応力δ、の低減のためには起
歪部の半径ａを小さくシ、あるいは板厚りを大きくすれ
ばよいことがわかる。また、圧力に対応する出力Ｖｏは
ダイヤフラムを（１００）面にすればピエゾ抵抗素子の
拡散位ビにおける半径方向応力δ、と接線方向応力δθ
の差に比例する。
歪部の半径ａを小さくシ、あるいは板厚りを大きくすれ
ばよいことがわかる。また、圧力に対応する出力Ｖｏは
ダイヤフラムを（１００）面にすればピエゾ抵抗素子の
拡散位ビにおける半径方向応力δ、と接線方向応力δθ
の差に比例する。
ピエゾ抵抗素子をフルブリッジに組んだ場合、出力Ｖｏ
は次式のようになるからである。
は次式のようになるからである。
Ｖｏ ” Ｋｚ （δ、−δθ）Ｖｘ ・・・
・・・・・・（２）ここで、Ｋ２は比例定数ＮＶＸは印
加電圧である。
・・・・・・（２）ここで、Ｋ２は比例定数ＮＶＸは印
加電圧である。
第３図から判るように、（δ１−δθ）は周辺部近傍の
外周部厚肉部ｌｂ上で最大となるため、このピエゾ抵抗
素子を配するのが最適となシ、出力Ｖｏが大きくとれる
。したがって、ダイヤフラム最大応力低減のため、起歪
部１２の半径ａを小さくシ、ピエゾ抵抗素子を起歪部周
辺近傍の外周部厚肉部１ｂに配する必要があるが、ピエ
ゾ抵抗素子自体の面積を確保する必要から、半径ａの低
減には一定の限界がある。
外周部厚肉部ｌｂ上で最大となるため、このピエゾ抵抗
素子を配するのが最適となシ、出力Ｖｏが大きくとれる
。したがって、ダイヤフラム最大応力低減のため、起歪
部１２の半径ａを小さくシ、ピエゾ抵抗素子を起歪部周
辺近傍の外周部厚肉部１ｂに配する必要があるが、ピエ
ゾ抵抗素子自体の面積を確保する必要から、半径ａの低
減には一定の限界がある。
第４図はシリコンダイヤフラムｌとベース２の接合面の
応力分布を示している。ベース２にはシリコンとほぼ等
しい熱膨張係数をもつホウケイ酸ガラス等が用いられる
が、その強度は弱いため、応力は極力低下させる必要が
ある。接合面における最大応力δＧは、前記応力δ、に
大きく依存することから、この応力δＱを小さくするた
めにも、起歪部半径ａを小さく、板厚ｈｌ大きくする必
要がある。
応力分布を示している。ベース２にはシリコンとほぼ等
しい熱膨張係数をもつホウケイ酸ガラス等が用いられる
が、その強度は弱いため、応力は極力低下させる必要が
ある。接合面における最大応力δＧは、前記応力δ、に
大きく依存することから、この応力δＱを小さくするた
めにも、起歪部半径ａを小さく、板厚ｈｌ大きくする必
要がある。
すなわち、高圧測定用では、ダイヤスラムの中央部に例
えば円形状の起歪部１２を形成した場合は、充分な出力
レベルを確保しつつ、各部の低応力化を図るため板厚り
を充分に大きくすることが要求される。
えば円形状の起歪部１２を形成した場合は、充分な出力
レベルを確保しつつ、各部の低応力化を図るため板厚り
を充分に大きくすることが要求される。
ところが、従来では起歪部における板厚が太きいため、
周辺固定部も局部変形するのでピエゾ抵抗素子を固定部
となる外周部肉厚部に配していた。
周辺固定部も局部変形するのでピエゾ抵抗素子を固定部
となる外周部肉厚部に配していた。
それ故、出力は、ベースとの接着時の歪等の影響、接着
剤、ベースの変形、熱影響等を直接受け、・特性の劣化
、信頼性の低下が問題となる。
剤、ベースの変形、熱影響等を直接受け、・特性の劣化
、信頼性の低下が問題となる。
このような欠点を除去するため、起歪部１２と固定部と
なる外周部厚肉部１ｂの分離を明確にする目的をもって
、起歪部板）Ｌ４ｈに対して充分厚いシリコンウェーハ
を用いることが考えられるが、コスト高となる問題があ
る。
なる外周部厚肉部１ｂの分離を明確にする目的をもって
、起歪部板）Ｌ４ｈに対して充分厚いシリコンウェーハ
を用いることが考えられるが、コスト高となる問題があ
る。
本発明の目的は、このような事情に基づいてなされたも
のであり、高圧に対する圧力センサの強度を向上させつ
つ、高い信頼性、安定性を有し、かつ広い圧力範囲を測
定し得る低コストの半導体圧力センサを提供するにある
。
のであり、高圧に対する圧力センサの強度を向上させつ
つ、高い信頼性、安定性を有し、かつ広い圧力範囲を測
定し得る低コストの半導体圧力センサを提供するにある
。
このような目的を達成するために、本発明は、半導体結
晶からなる基板の裏面に該基板の外周部と中央部を残し
て凹陥部を形成することにより肉薄部を形成し、この肉
薄部の主面にピエゾ抵抗素子を選択的に形成してなる半
導体圧力センサにおいて、基板裏面における前記外周部
と中央部とをベースに固定させたものである。
晶からなる基板の裏面に該基板の外周部と中央部を残し
て凹陥部を形成することにより肉薄部を形成し、この肉
薄部の主面にピエゾ抵抗素子を選択的に形成してなる半
導体圧力センサにおいて、基板裏面における前記外周部
と中央部とをベースに固定させたものである。
以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
第５ ［ＭＩ （ａ） 、 （ｂ）は本発明に上る半導
体圧力センサの一実施例を示す構成図で、第５図（ａ）
は平面図、第５図（ｂ）は側面図である。シリコン単結
晶からなるシリコンタイヤフラム１がアシ、このシリコ
ンダイヤフラム１は、その裏面において、中央部と外周
部が厚肉部となるようにたとえば円環状の凹陥部が形成
されている。このシリコンタイヤフラム１の形状はたと
えば厚肉部０．１８ ｒｒｒｍ、外周形状は１辺が３＋
＋ｏｎ角である。ダイヤフラム１の主表面にはその凹陥
部が形成されている領域において４個のピエゾ抵抗素子
１１ ａ、 １１ ａ、 １ ｌ ｂ。
体圧力センサの一実施例を示す構成図で、第５図（ａ）
は平面図、第５図（ｂ）は側面図である。シリコン単結
晶からなるシリコンタイヤフラム１がアシ、このシリコ
ンダイヤフラム１は、その裏面において、中央部と外周
部が厚肉部となるようにたとえば円環状の凹陥部が形成
されている。このシリコンタイヤフラム１の形状はたと
えば厚肉部０．１８ ｒｒｒｍ、外周形状は１辺が３＋
＋ｏｎ角である。ダイヤフラム１の主表面にはその凹陥
部が形成されている領域において４個のピエゾ抵抗素子
１１ ａ、 １１ ａ、 １ ｌ ｂ。
１１ｂが形成されており、このうちピエゾ抵抗素子１１
ａは接線方向に、ピエゾ抵抗素子１１ｂは半径方向に一
致するように配置されている。これら各ピエゾ抵抗素子
１１ ａ、 １１ ａ、 １ ｌ ｂ。
ａは接線方向に、ピエゾ抵抗素子１１ｂは半径方向に一
致するように配置されている。これら各ピエゾ抵抗素子
１１ ａ、 １１ ａ、 １ ｌ ｂ。
１１ｂはフルブリッジに組まれるようになっておシ、そ
れらはダイヤフラム表面に蒸着したアルミニウム醒極５
に引き出されている。
れらはダイヤフラム表面に蒸着したアルミニウム醒極５
に引き出されている。
前記ダイヤフラム１は、凹陥部形成領域における肉薄部
ＩＣにあって起歪部を構成し、との起歪部に画された外
周が外周部肉厚部１ｂとなり、また内周が中央部肉厚部
１ａとなっておシ、これら外周部肉厚部１ｂ、中央部肉
厚部１ａの裏面においてベース２の主表面に接着される
ことにより、ベース２に搭載されている。ベース２はた
とえばホウケイ酸ガラスが用いられ、またシリコンダイ
ヤフラムｌとの接着剤としてはたとえば低融点ガラスが
用いられる。前記ベース２は接着剤７を介して導圧金具
３に搭載されており、前記シリコンダイヤフラム１上の
アルミニウム電極５は前記導圧金具３にこれとガラスに
よって絶縁されて植設されたリード線８にワイヤ６を介
して引き出されている。
ＩＣにあって起歪部を構成し、との起歪部に画された外
周が外周部肉厚部１ｂとなり、また内周が中央部肉厚部
１ａとなっておシ、これら外周部肉厚部１ｂ、中央部肉
厚部１ａの裏面においてベース２の主表面に接着される
ことにより、ベース２に搭載されている。ベース２はた
とえばホウケイ酸ガラスが用いられ、またシリコンダイ
ヤフラムｌとの接着剤としてはたとえば低融点ガラスが
用いられる。前記ベース２は接着剤７を介して導圧金具
３に搭載されており、前記シリコンダイヤフラム１上の
アルミニウム電極５は前記導圧金具３にこれとガラスに
よって絶縁されて植設されたリード線８にワイヤ６を介
して引き出されている。
なお、このようにして構成される半纏体圧力センサは、
外周部肉厚部１ｂ、中央部肉厚部１ａがベース２に接着
されることがら起歪部において基準室１３が形成され、
この基準室１３の圧力に対する絶対圧基準膨圧カセンサ
となるものであるが、基準室１３の温度による圧力変化
ΔＰはボイル・シャルルの法則から１００ｔ：’の温度
斐化で約ｏ、３Ｋｑ ／ ｃｍ ”であり、印加圧力が
数１００ Ｋｇ／ｃｍ２の場合は無視できるものである
。
外周部肉厚部１ｂ、中央部肉厚部１ａがベース２に接着
されることがら起歪部において基準室１３が形成され、
この基準室１３の圧力に対する絶対圧基準膨圧カセンサ
となるものであるが、基準室１３の温度による圧力変化
ΔＰはボイル・シャルルの法則から１００ｔ：’の温度
斐化で約ｏ、３Ｋｑ ／ ｃｍ ”であり、印加圧力が
数１００ Ｋｇ／ｃｍ２の場合は無視できるものである
。
このように構成した半導体圧力センサにおいて、シリコ
ンダイヤフラム１に圧力Ｐを加えた際のダイヤスラム表
面の応力分布を有限要素法で解析したグラフを第６図に
示す。図において、シリコンダイヤフラムの起歪部の厚
さｈは０−１ ｒａｎ、幅ｅは０．１５ｍ、外周部肉厚
部１ｂおよび中央部肉厚部１ａの厚さｔは０．１８ｍで
あめ。圧力に対応した出力は、ピエゾ抵抗素子位置にお
ける半径方向応力δ・と接線方向応力δθの差に比例す
るが、第６図に示すように充分な感度を竹していること
がわかる。さらに、シリコンダイヤフラム１に発生する
最大応力δ、にｔ従来型と同一出力ケ得る場合には約３
０％低減されており強度上有利である。
ンダイヤフラム１に圧力Ｐを加えた際のダイヤスラム表
面の応力分布を有限要素法で解析したグラフを第６図に
示す。図において、シリコンダイヤフラムの起歪部の厚
さｈは０−１ ｒａｎ、幅ｅは０．１５ｍ、外周部肉厚
部１ｂおよび中央部肉厚部１ａの厚さｔは０．１８ｍで
あめ。圧力に対応した出力は、ピエゾ抵抗素子位置にお
ける半径方向応力δ・と接線方向応力δθの差に比例す
るが、第６図に示すように充分な感度を竹していること
がわかる。さらに、シリコンダイヤフラム１に発生する
最大応力δ、にｔ従来型と同一出力ケ得る場合には約３
０％低減されており強度上有利である。
このようにすれば、第６図に示したｈとｔの比すなわち
ｈ／ｌを０．５程度に低減できることから、固定部と起
歪部との分離が明確となり、ピエゾ抵抗素子１１を起歪
部となる肉薄部ｌａ上に形成できるため、ベース２との
接着の影響および接着剤、ベースの影響を受けに＜＜、
圧力センサとしての信頼性、安定性が向上する。第７図
は、シリコンダイヤフラムｌとベース２との接合面に生
じる圧力分布を示しているが、中央部を固定し、ダイヤ
フラムの剛性を高めているため、従来の中央肉薄形に比
べて接合面の最大応力δＧが低減されている。第８図は
、圧力に対応した出力と、接合面の最大応力δＧの関係
を示している。従来に比べ同出力を得るために発生する
δＧを約５０％低減できることがわかる。このことはベ
ース２にシリコンとほぼ熱膨張の等しいホウケイ酸ガラ
スを用いる場合にはホウケイ酸ガラスの強度が弱いため
特ピエゾ抵抗素子１１の位置ｒＧを全く変更せずに、起
歪部の溝幅ｅお工び板厚りの２つのパラメータを変化さ
せることにＪニジ幅広い圧力・レンジを有する圧力セン
サを容易に構成することができる。第６図に示すように
、圧力センサの出力レベルに比例する半径方向応力δ、
と接線方向応力δθの差（δ１−δθ）が、起歪部とな
る肉薄部ＩＣの溝の中央で最大であることから、ピエゾ
抵抗素子の中心と溝の中心とが一致しておれば、前記溝
幅ｅおよび板厚りを変更してもピエゾ抵抗素子は常に最
大出力を検出できる。つまシ、溝幅ｅを大きくかつ板厚
を薄くすれば低圧用になシ、逆に溝幅ｅを小さくかつ板
厚りを厚くすれば高圧用の圧力センダを容易に構成する
ことができる。一方、従来のものは第３図に示すように
、シリコンダイヤスラム中央部にたとえば円形状の起歪
部を有しているが、抵抗変化を大きくするためピエゾ抵
抗素子は周辺部に配置する。この制約から従来のもので
同じピエゾ抵抗素子パターンを用いセンサの圧力レンジ
を変更する場合は、板厚りの１パラメータを変更する以
外に方法がなく、本実施例に比較し自由度が少なくなる
。したがって本実施例のようにピエゾ抵抗素子配置パタ
ーンを全く変更せずに幅広い圧力レンジの圧力センサが
製造できれば、生産工程の短縮、低コスト化が図れる。
ｈ／ｌを０．５程度に低減できることから、固定部と起
歪部との分離が明確となり、ピエゾ抵抗素子１１を起歪
部となる肉薄部ｌａ上に形成できるため、ベース２との
接着の影響および接着剤、ベースの影響を受けに＜＜、
圧力センサとしての信頼性、安定性が向上する。第７図
は、シリコンダイヤフラムｌとベース２との接合面に生
じる圧力分布を示しているが、中央部を固定し、ダイヤ
フラムの剛性を高めているため、従来の中央肉薄形に比
べて接合面の最大応力δＧが低減されている。第８図は
、圧力に対応した出力と、接合面の最大応力δＧの関係
を示している。従来に比べ同出力を得るために発生する
δＧを約５０％低減できることがわかる。このことはベ
ース２にシリコンとほぼ熱膨張の等しいホウケイ酸ガラ
スを用いる場合にはホウケイ酸ガラスの強度が弱いため
特ピエゾ抵抗素子１１の位置ｒＧを全く変更せずに、起
歪部の溝幅ｅお工び板厚りの２つのパラメータを変化さ
せることにＪニジ幅広い圧力・レンジを有する圧力セン
サを容易に構成することができる。第６図に示すように
、圧力センサの出力レベルに比例する半径方向応力δ、
と接線方向応力δθの差（δ１−δθ）が、起歪部とな
る肉薄部ＩＣの溝の中央で最大であることから、ピエゾ
抵抗素子の中心と溝の中心とが一致しておれば、前記溝
幅ｅおよび板厚りを変更してもピエゾ抵抗素子は常に最
大出力を検出できる。つまシ、溝幅ｅを大きくかつ板厚
を薄くすれば低圧用になシ、逆に溝幅ｅを小さくかつ板
厚りを厚くすれば高圧用の圧力センダを容易に構成する
ことができる。一方、従来のものは第３図に示すように
、シリコンダイヤスラム中央部にたとえば円形状の起歪
部を有しているが、抵抗変化を大きくするためピエゾ抵
抗素子は周辺部に配置する。この制約から従来のもので
同じピエゾ抵抗素子パターンを用いセンサの圧力レンジ
を変更する場合は、板厚りの１パラメータを変更する以
外に方法がなく、本実施例に比較し自由度が少なくなる
。したがって本実施例のようにピエゾ抵抗素子配置パタ
ーンを全く変更せずに幅広い圧力レンジの圧力センサが
製造できれば、生産工程の短縮、低コスト化が図れる。
第１０図は本発明による他の実施例を示す平面図であ、
９、ｌａは中央部肉厚部、１ｂは外周部肉厚部であり、
ＩＣは四角形状に形成した肉薄部である。肉薄部ＩＣ上
に、接繍方回ピエゾ抵抗素子１１ａ１半径方向ピエゾ抵
抗素子１１ｂが拡散形成されている。このようにすれば
、第１実施例における効果をそのまま保持し、さらに、
ピエゾ抵抗素子１１と肉薄部ＩＣが互いに平行、直角の
関係で配置されることによシ、ピエゾ抵抗素子自体の長
さおよび幅方向に加わる応力分布が均一になシ圧カセン
サの精度を向上させることができる。
９、ｌａは中央部肉厚部、１ｂは外周部肉厚部であり、
ＩＣは四角形状に形成した肉薄部である。肉薄部ＩＣ上
に、接繍方回ピエゾ抵抗素子１１ａ１半径方向ピエゾ抵
抗素子１１ｂが拡散形成されている。このようにすれば
、第１実施例における効果をそのまま保持し、さらに、
ピエゾ抵抗素子１１と肉薄部ＩＣが互いに平行、直角の
関係で配置されることによシ、ピエゾ抵抗素子自体の長
さおよび幅方向に加わる応力分布が均一になシ圧カセン
サの精度を向上させることができる。
第１１図は本発明の他の実施例を示す平面図であり、第
１０図に示す実施例の改良を示す。半径方向ピエゾ抵抗
素子１１ｂはシリコンダイヤフラムの半径方向につまシ
肉簿部１ｃの溝幅方向に平行に配するため、ピエゾ抵抗
素子自体の長さが大きいこと、第６図に示した溝幅方向
の急な応力勾配の影響を受け、ピエゾ抵抗素子の受ける
応力が変化しやすく出力特性のばらつきの原因になる。
１０図に示す実施例の改良を示す。半径方向ピエゾ抵抗
素子１１ｂはシリコンダイヤフラムの半径方向につまシ
肉簿部１ｃの溝幅方向に平行に配するため、ピエゾ抵抗
素子自体の長さが大きいこと、第６図に示した溝幅方向
の急な応力勾配の影響を受け、ピエゾ抵抗素子の受ける
応力が変化しやすく出力特性のばらつきの原因になる。
このため、半径方向ピエゾ抵抗素子の有効長さを極力短
くする必要があシ、第１２図に示すように、短いピエゾ
抵抗素子を数個溝中央部に設け、これらを並列に継ぎ合
わせることによシビエゾ抵抗素子の出力感度を保持しつ
つ、出力特性のばらつきを抑えることができるようにな
る。
くする必要があシ、第１２図に示すように、短いピエゾ
抵抗素子を数個溝中央部に設け、これらを並列に継ぎ合
わせることによシビエゾ抵抗素子の出力感度を保持しつ
つ、出力特性のばらつきを抑えることができるようにな
る。
第１３図は、本発明の他の実施例を示し、肉薄部ＩＣを
譲状とせず、ピエゾ抵抗素子１１の部分のみ溝状の肉薄
部ＩＣを形成したものである。このようにすれば、上記
各実施例の効果の他に、起歪部となる薄肉部ＩＣの面積
が小さいため、第６図に示したシリコンダイヤスラム最
大応力δ、および第７図に示した最大接合面応力δＧを
さらに緩和でき強度上極めて有利な構成とすることがで
きる。
譲状とせず、ピエゾ抵抗素子１１の部分のみ溝状の肉薄
部ＩＣを形成したものである。このようにすれば、上記
各実施例の効果の他に、起歪部となる薄肉部ＩＣの面積
が小さいため、第６図に示したシリコンダイヤスラム最
大応力δ、および第７図に示した最大接合面応力δＧを
さらに緩和でき強度上極めて有利な構成とすることがで
きる。
以上述べたように本発明による半導体圧力センサによれ
ば、ダイヤフラム１の中央部をベース２に固定し、シリ
コンダイヤフラムの剛性を高めたことにより、従来に比
べ同一出力を得る際に発生するセンサ各部の応力を３０
〜５０％に低減できるので強度上有利なものとすること
ができる。
ば、ダイヤフラム１の中央部をベース２に固定し、シリ
コンダイヤフラムの剛性を高めたことにより、従来に比
べ同一出力を得る際に発生するセンサ各部の応力を３０
〜５０％に低減できるので強度上有利なものとすること
ができる。
しかも、起歪部となる肉薄部と固定部との分離ができ、
出力特性に悪影響を及ぼす固定部から伝達されるところ
のシリコンダイヤフラムとベースの接着時の歪等の影響
、接着剤、ベースとシリコンとの機械的性質の違いによ
って起る熱、変形等の影響が低減されるので、センサの
出力特性の安定性および信頼性が向上する。
出力特性に悪影響を及ぼす固定部から伝達されるところ
のシリコンダイヤフラムとベースの接着時の歪等の影響
、接着剤、ベースとシリコンとの機械的性質の違いによ
って起る熱、変形等の影響が低減されるので、センサの
出力特性の安定性および信頼性が向上する。
さらに、ピエゾ抵抗素子の配置およびシリコンダイヤフ
ラム外形寸法は全く震災せず、しかも、センサ出力が常
に最大となる位置にピエゾ抵抗素子を配することができ
るので、肉薄部の形状を変更するだけで低圧から高圧ま
で幅広い圧力センサが容易に構成でき、生産工程が削減
され極めてコストを安くすることができる。
ラム外形寸法は全く震災せず、しかも、センサ出力が常
に最大となる位置にピエゾ抵抗素子を配することができ
るので、肉薄部の形状を変更するだけで低圧から高圧ま
で幅広い圧力センサが容易に構成でき、生産工程が削減
され極めてコストを安くすることができる。
第１図および第２図は従来の半導体圧力センサの一例を
示す構成図で、第１図は平面図、第２図は側面図、第３
図および第４図は従来の半導体圧力センサの応力解析図
、第５図（ａ） 、 （ｂ）は本発明による半導体圧力
センサの一実施例を示す構成図で、第５図（ａ）は平面
図、第５図（ｂ）は側面図、第６図および第７図は本発
明による半導体圧力センサの応力解析図、第８図は従来
の半導体圧力センサと本発明による半導体圧力センサの
応力解析比較図、第９図は本発明による半導体圧力セン
サの効果を説明するための図、第１０図、第１１図およ
び第１２図、第１３図はそれぞれ本発明による半導体圧
力センサの他の実施例を示す平面図である。 １・・・シリコンダイヤフラム、１ａ・・・中央部肉厚
部、１ｂ・・・外周部肉厚部、ＩＣ・・・肉薄部、１１
・・・ピエゾ抵抗素子、１１ａ・・・接線方向ピエゾ抵
抗素子、１１ｂ・・・半径方向ピエゾ抵抗素子、１２・
・・起歪部、２・・・ベース、３・・・導圧金具、４・
・・接着剤、訃・・草１ 目 茅５ 図 Ｃ久） （１，） 茅ｔ 目 茅７目 第δ目 を力 １６１− ＪＩｔ′／ 目 ’４ｔｏ 目 茶ｌｌ 目 ＄Ｉ２固 第１３囲
示す構成図で、第１図は平面図、第２図は側面図、第３
図および第４図は従来の半導体圧力センサの応力解析図
、第５図（ａ） 、 （ｂ）は本発明による半導体圧力
センサの一実施例を示す構成図で、第５図（ａ）は平面
図、第５図（ｂ）は側面図、第６図および第７図は本発
明による半導体圧力センサの応力解析図、第８図は従来
の半導体圧力センサと本発明による半導体圧力センサの
応力解析比較図、第９図は本発明による半導体圧力セン
サの効果を説明するための図、第１０図、第１１図およ
び第１２図、第１３図はそれぞれ本発明による半導体圧
力センサの他の実施例を示す平面図である。 １・・・シリコンダイヤフラム、１ａ・・・中央部肉厚
部、１ｂ・・・外周部肉厚部、ＩＣ・・・肉薄部、１１
・・・ピエゾ抵抗素子、１１ａ・・・接線方向ピエゾ抵
抗素子、１１ｂ・・・半径方向ピエゾ抵抗素子、１２・
・・起歪部、２・・・ベース、３・・・導圧金具、４・
・・接着剤、訃・・草１ 目 茅５ 図 Ｃ久） （１，） 茅ｔ 目 茅７目 第δ目 を力 １６１− ＪＩｔ′／ 目 ’４ｔｏ 目 茶ｌｌ 目 ＄Ｉ２固 第１３囲
Claims (1)
- １、半導体結晶からなる基板の裏面に該基板の外周部と
中央部を残して凹陥部を形成することによシ肉薄部を形
成し、この肉薄部の主面にピエゾ抵抗素子を選択的に形
成してなる半導体圧力センサにおいて、基板裏面におけ
る前記外周部と中央部とをベースに固定させたことを特
徴とする半導体圧力センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57162323A JPS5952727A (ja) | 1982-09-20 | 1982-09-20 | 半導体圧力センサ |
| EP83109254A EP0111640B1 (en) | 1982-09-20 | 1983-09-19 | Pressure sensor with semi-conductor diaphragm |
| DE8383109254T DE3376875D1 (en) | 1982-09-20 | 1983-09-19 | Pressure sensor with semi-conductor diaphragm |
| US06/534,076 US4511878A (en) | 1982-09-20 | 1983-09-20 | Pressure sensor with improved semiconductor diaphragm |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57162323A JPS5952727A (ja) | 1982-09-20 | 1982-09-20 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5952727A true JPS5952727A (ja) | 1984-03-27 |
| JPH0138256B2 JPH0138256B2 (ja) | 1989-08-11 |
Family
ID=15752344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57162323A Granted JPS5952727A (ja) | 1982-09-20 | 1982-09-20 | 半導体圧力センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4511878A (ja) |
| EP (1) | EP0111640B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5952727A (ja) |
| DE (1) | DE3376875D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06213743A (ja) * | 1993-01-14 | 1994-08-05 | Yamatake Honeywell Co Ltd | 半導体圧力センサ |
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|---|---|---|---|---|
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| US4706061A (en) * | 1986-08-28 | 1987-11-10 | Honeywell Inc. | Composition sensor with minimal non-linear thermal gradients |
| DE3702412A1 (de) * | 1987-01-28 | 1988-08-18 | Philips Patentverwaltung | Druckaufnehmer mit einem siliziumkoerper |
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| GB2552025B (en) | 2016-07-08 | 2020-08-12 | Sovex Ltd | Boom conveyor |
| US20180180494A1 (en) | 2016-12-22 | 2018-06-28 | Honeywell International Inc. | High Sensitivity Silicon Piezoresistor Force Sensor |
| US11885704B2 (en) | 2020-07-27 | 2024-01-30 | Precision Biomems Corporation | Flexible two-dimensional sheet array of electronic sensor devices |
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| US3820401A (en) * | 1972-11-07 | 1974-06-28 | Sperry Rand Corp | Piezoresistive bridge transducer |
| US4121334A (en) * | 1974-12-17 | 1978-10-24 | P. R. Mallory & Co. Inc. | Application of field-assisted bonding to the mass production of silicon type pressure transducers |
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| US4173900A (en) * | 1977-03-07 | 1979-11-13 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor pressure transducer |
| JPS5562331A (en) * | 1978-11-06 | 1980-05-10 | Hitachi Ltd | Absolute pressure reference type pressure sensor |
| SU934258A1 (ru) * | 1978-11-27 | 1982-06-07 | Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИтеплоприбор" | Полупроводниковый тензопреобразователь |
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| US4317126A (en) * | 1980-04-14 | 1982-02-23 | Motorola, Inc. | Silicon pressure sensor |
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| US4467656A (en) * | 1983-03-07 | 1984-08-28 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Transducer apparatus employing convoluted semiconductor diaphragms |
-
1982
- 1982-09-20 JP JP57162323A patent/JPS5952727A/ja active Granted
-
1983
- 1983-09-19 EP EP83109254A patent/EP0111640B1/en not_active Expired
- 1983-09-19 DE DE8383109254T patent/DE3376875D1/de not_active Expired
- 1983-09-20 US US06/534,076 patent/US4511878A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06213743A (ja) * | 1993-01-14 | 1994-08-05 | Yamatake Honeywell Co Ltd | 半導体圧力センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0111640B1 (en) | 1988-06-01 |
| EP0111640A2 (en) | 1984-06-27 |
| US4511878A (en) | 1985-04-16 |
| EP0111640A3 (en) | 1985-05-15 |
| DE3376875D1 (en) | 1988-07-07 |
| JPH0138256B2 (ja) | 1989-08-11 |
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