JPS60100026A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
- Publication number
- JPS60100026A JPS60100026A JP20723283A JP20723283A JPS60100026A JP S60100026 A JPS60100026 A JP S60100026A JP 20723283 A JP20723283 A JP 20723283A JP 20723283 A JP20723283 A JP 20723283A JP S60100026 A JPS60100026 A JP S60100026A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- residual strain
- output
- semiconductor
- pressure detecting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- G01L9/02—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
- G01L9/06—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
- G01L9/065—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 by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices with temperature compensating means
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】
本発明は半導体のピエゾ効果により、被検出圧力を電気
量に変換して測定する半導体圧力センサ特にダイヤフラ
ム部の残留歪みにもとづく計測誤差の排除に関するもの
である。
量に変換して測定する半導体圧力センサ特にダイヤフラ
ム部の残留歪みにもとづく計測誤差の排除に関するもの
である。
半導体圧力センサは第１図（ＩＬｌ （ｂ）に示す平面
図およびそのＡ −Ａ’部矢視断面図のように、半導体
（１）例えばＮ型Ｓ（単結晶ウェハに、エツチングによ
り四部（１α）例えば角形溝を設けて形成されたダイヤ
フラム部（起歪部）（２）と、その−面に、間隔をおい
て十字状かつ長手方向が結晶方向と同一に位置するよう
にＰ型拡散して設けた同一抵抗値の４箇のピエゾ抵抗素
子（５，Ｘ３２Ｘ３５Ｘ３４）とから形成される。そし
て各抵抗素子（６）をその電極を用いて（図示せず）第
２図に示すように、ブリッジ回路（４）を形成するよう
に接続して、ダイヤフラム部（２）に被検測圧力Ｐを加
え、これにもとづく抵抗素子（３１）（６４）と（３２
Ｘ５３）の抵抗の変化の相異により、ブリッジ回路に不
平衡状態を生じさせて、出力端子（５αＸ５ｂ）から圧
力Ｐに比例した電圧△Ｖを得るようにしたものである。
図およびそのＡ −Ａ’部矢視断面図のように、半導体
（１）例えばＮ型Ｓ（単結晶ウェハに、エツチングによ
り四部（１α）例えば角形溝を設けて形成されたダイヤ
フラム部（起歪部）（２）と、その−面に、間隔をおい
て十字状かつ長手方向が結晶方向と同一に位置するよう
にＰ型拡散して設けた同一抵抗値の４箇のピエゾ抵抗素
子（５，Ｘ３２Ｘ３５Ｘ３４）とから形成される。そし
て各抵抗素子（６）をその電極を用いて（図示せず）第
２図に示すように、ブリッジ回路（４）を形成するよう
に接続して、ダイヤフラム部（２）に被検測圧力Ｐを加
え、これにもとづく抵抗素子（３１）（６４）と（３２
Ｘ５３）の抵抗の変化の相異により、ブリッジ回路に不
平衡状態を生じさせて、出力端子（５αＸ５ｂ）から圧
力Ｐに比例した電圧△Ｖを得るようにしたものである。
なお（６α）（６ｂ）は電源端子である。
ところでこのような圧力センサーでは、一般に第５図に
示す断面図のように、ケース（７）内に収容されて使用
されるが、この場合半導体（１）の両端肉厚部を台座（
８）を介してケースの底板（７りに接着固定したのち、
電源端子（６す（６ｂ）と出力端子（５α）（５ｂ）を
、絶縁して底板（７りに固定された所要数の接続端子（
９）にそれぞれ接続し、最後に被検測流体の導入口（７
ｂ）を備えたキャップ（７Ｃ）をかぶせて、底板（７ａ
）に気密に爆接して作られる。
示す断面図のように、ケース（７）内に収容されて使用
されるが、この場合半導体（１）の両端肉厚部を台座（
８）を介してケースの底板（７りに接着固定したのち、
電源端子（６す（６ｂ）と出力端子（５α）（５ｂ）を
、絶縁して底板（７りに固定された所要数の接続端子（
９）にそれぞれ接続し、最後に被検測流体の導入口（７
ｂ）を備えたキャップ（７Ｃ）をかぶせて、底板（７ａ
）に気密に爆接して作られる。
しかしこのような従来構造では、台座（８）による半導
体（１）の底板（７α）への接着固定時、或いは底板（
７α）へのキャップ（７Ｃ）の溶接時などに加えられた
不均一な力を残して、固定などが行われるのを避けるこ
とが難かしく、半導体（１）に所謂残留歪みを生ずるこ
とになる。このため圧力センサはこの残留歪み分による
出力電圧分だけ測定誤差を生ずるのを避けることができ
ない。しかも台座（８）、ケース（７）などの材質とし
て、金属など一般に半導体（１）のそれに比して熱膨張
係数の大きいものの使用を避けることができない。その
結果半導体（１）に被検測圧力以外の、熱膨張差にもと
づく歪力を与えるばかりでなく、使用環境温度、被圧力
検測流体の温度などによってこの歪力の大きさは変化す
る。
体（１）の底板（７α）への接着固定時、或いは底板（
７α）へのキャップ（７Ｃ）の溶接時などに加えられた
不均一な力を残して、固定などが行われるのを避けるこ
とが難かしく、半導体（１）に所謂残留歪みを生ずるこ
とになる。このため圧力センサはこの残留歪み分による
出力電圧分だけ測定誤差を生ずるのを避けることができ
ない。しかも台座（８）、ケース（７）などの材質とし
て、金属など一般に半導体（１）のそれに比して熱膨張
係数の大きいものの使用を避けることができない。その
結果半導体（１）に被検測圧力以外の、熱膨張差にもと
づく歪力を与えるばかりでなく、使用環境温度、被圧力
検測流体の温度などによってこの歪力の大きさは変化す
る。
従ってこの圧力センサは所謂温度特性が悪いと云う欠点
がある。
がある。
本発明は以上の如き従来装置の欠点を排除した半導体圧
力センサの提供を目的としてなされたもので、次に図面
を用いてその詳細を説明する。
力センサの提供を目的としてなされたもので、次に図面
を用いてその詳細を説明する。
本発明の特徴とするところは次の点にある。即ち本発明
の一実施例を示す第４図（ｃＬｌ （ｂ）の平面図と、
そのＡ Ａ／部における矢視断面図（第１図、第２図、
第５図と同一符号は同等部分を示す。）のように、１箇
の半導体（１）に厚さ、寸法抵抗値その他機械的にも電
気的にも同一特性の２箇のダイヤフラム部（２）（２５
と、それに対応して設けた２組のピエゾ抵抗素子群（３
１（５）とよりなる、同一特性の２組の圧力検出部（Ａ
）（Ｂ）を形成する。そして第５図に示す断面図のよう
に、一方のダイヤフラム部例えば（２）が、底板（７α
）に設けた被圧力検測流体の導入口（７ｂ）に対向位置
するように、肉厚部において半導体（１）を接着固定し
て、一方の圧力検出部（Ａ）のみに被検測圧力Ｐを加え
るようにすると同時に、抵抗（１０）（１り差動増幅器
（１２）を用いて出力端子（５α）（５ｂ）と（５Ｚ’
）（５１）’）に現われる両ブリッジ回路の出力の差を
とるようにしたことを特徴とするものである。
の一実施例を示す第４図（ｃＬｌ （ｂ）の平面図と、
そのＡ Ａ／部における矢視断面図（第１図、第２図、
第５図と同一符号は同等部分を示す。）のように、１箇
の半導体（１）に厚さ、寸法抵抗値その他機械的にも電
気的にも同一特性の２箇のダイヤフラム部（２）（２５
と、それに対応して設けた２組のピエゾ抵抗素子群（３
１（５）とよりなる、同一特性の２組の圧力検出部（Ａ
）（Ｂ）を形成する。そして第５図に示す断面図のよう
に、一方のダイヤフラム部例えば（２）が、底板（７α
）に設けた被圧力検測流体の導入口（７ｂ）に対向位置
するように、肉厚部において半導体（１）を接着固定し
て、一方の圧力検出部（Ａ）のみに被検測圧力Ｐを加え
るようにすると同時に、抵抗（１０）（１り差動増幅器
（１２）を用いて出力端子（５α）（５ｂ）と（５Ｚ’
）（５１）’）に現われる両ブリッジ回路の出力の差を
とるようにしたことを特徴とするものである。
なお第５図においては直流電源端子などの接続端子の図
示を省略した。また第５図では半導体（１）を直接底板
Ｃ７（Ｌ）に固定したが、第２図によって前記したよう
に台座（８）を用いてもよい。
示を省略した。また第５図では半導体（１）を直接底板
Ｃ７（Ｌ）に固定したが、第２図によって前記したよう
に台座（８）を用いてもよい。
以上のように本発明では、共通な１箇の半導体（１）Ｋ
同一特性の２組の圧力検出部（Ａ）ＣＢ）を形成してい
るから、半導体（１）の残留歪みおよび使用温度の変化
による残留歪みの変化量も、第１．第２の圧力検出部（
Ａ）（Ｂ）において同＝となり、残留歪みにもとづくブ
リッジ回路（４）（４’）の出力値も同一となる。
同一特性の２組の圧力検出部（Ａ）ＣＢ）を形成してい
るから、半導体（１）の残留歪みおよび使用温度の変化
による残留歪みの変化量も、第１．第２の圧力検出部（
Ａ）（Ｂ）において同＝となり、残留歪みにもとづくブ
リッジ回路（４）（４’）の出力値も同一となる。
従って本発明のように一方の圧力検出部（Ａ）にのみ被
検測圧力Ｐを加えたとき、圧力検出部（Ａｌの出力は圧
力Ｐに比例する出力■と残留歪による出力εとの和Ｖ＋
εとなり、圧力検出部（Ｂ）の出力は残留歪みにもとづ
く出力εとなる。そこで前記した差鳥動増幅器（１０Ｘ
１１） ｌ差動増幅器（１２）などにより差−５＝ を取れば、圧力Ｐに純粋に比例する出力Ｖが得られる。
検測圧力Ｐを加えたとき、圧力検出部（Ａｌの出力は圧
力Ｐに比例する出力■と残留歪による出力εとの和Ｖ＋
εとなり、圧力検出部（Ｂ）の出力は残留歪みにもとづ
く出力εとなる。そこで前記した差鳥動増幅器（１０Ｘ
１１） ｌ差動増幅器（１２）などにより差−５＝ を取れば、圧力Ｐに純粋に比例する出力Ｖが得られる。
その結果残留歪みにもとづく誤差は除去され、また温度
による影響も除去される。
による影響も除去される。
以上本発明を角形溝によりダイヤフラム部を形成した圧
力センサにより形成した場合について説明したが、円形
溝を用いたセンサなと、他の形式のこの種の圧力センサ
にも、同様に適用して残留歪みなどにもとづく誤差を除
去できる。
力センサにより形成した場合について説明したが、円形
溝を用いたセンサなと、他の形式のこの種の圧力センサ
にも、同様に適用して残留歪みなどにもとづく誤差を除
去できる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば組立時
の残留歪みなどによる誤差のない半導体圧力センサを提
供しうるもので、各種の工業計測に用いてその効果は太
きい。
の残留歪みなどによる誤差のない半導体圧力センサを提
供しうるもので、各種の工業計測に用いてその効果は太
きい。
第１図、第２図、第６図は従来センサの説明図であって
、このうち第１図（α）（ｂ）は圧力検出部の構成を示
す平面図およびそのＡ Ａ／部における矢視断面図、第
２図は電気回路図、第６図はケース内に収容した状態を
示す断面図である。第４図、第５図、第６図はそれぞれ
本発明センサーの一実施 ６− 例を示す図であって、第４図（α）（ｂ）は圧力検出部
の平面図およびそのＡ −Ａ’部における矢視断面図、
第５図はケース内に収容した状態を示す断面図、第６図
は電気回路図である。 （１）・・・半導体、 （１α）・・・溝、 （２１（
２１・・・ダイヤフラム部、 （５１（５）・・・ピエ
ゾ抵抗素子群、 （４１（４１・・・ブリッジ回路、（
５ｔＺＸ５ｂ） ・・・出力端子、（６α）Ｃ６ｂ）・
・・電源端子、 （７）・・・ケース、 （７ａ）・・
・底板、（７ｃ）・・・キャップ、（７ｂ）・・・被圧
力検測流体の導入口、 （８）・・・台座、 （９）・
・・接続端子、（ｉｏ）Ｏｉ）・・・差動増幅器、 （
１２）・・・差動増幅器。 特許出願人 新電元工業株式会社 代理人弁理士犬塚 学 外１名 ７− （ａ〒 馬４図−
、このうち第１図（α）（ｂ）は圧力検出部の構成を示
す平面図およびそのＡ Ａ／部における矢視断面図、第
２図は電気回路図、第６図はケース内に収容した状態を
示す断面図である。第４図、第５図、第６図はそれぞれ
本発明センサーの一実施 ６− 例を示す図であって、第４図（α）（ｂ）は圧力検出部
の平面図およびそのＡ −Ａ’部における矢視断面図、
第５図はケース内に収容した状態を示す断面図、第６図
は電気回路図である。 （１）・・・半導体、 （１α）・・・溝、 （２１（
２１・・・ダイヤフラム部、 （５１（５）・・・ピエ
ゾ抵抗素子群、 （４１（４１・・・ブリッジ回路、（
５ｔＺＸ５ｂ） ・・・出力端子、（６α）Ｃ６ｂ）・
・・電源端子、 （７）・・・ケース、 （７ａ）・・
・底板、（７ｃ）・・・キャップ、（７ｂ）・・・被圧
力検測流体の導入口、 （８）・・・台座、 （９）・
・・接続端子、（ｉｏ）Ｏｉ）・・・差動増幅器、 （
１２）・・・差動増幅器。 特許出願人 新電元工業株式会社 代理人弁理士犬塚 学 外１名 ７− （ａ〒 馬４図−
Claims (1)
- 共通半導体基板にそれぞれダイヤフラム部と４箇のピエ
ゾ抵抗素子群よりなる同一特性の２組の圧力検出部を設
けて、その一方の圧力検出部に被検側圧力を加えるよう
に形成すると共に、前記それぞれのピエゾ抵抗素子群に
より形成したそれぞれのブリッジ回路の出力の差をとる
ように形成して、残留歪みなどによる誤差を除去するよ
うに構成したことを特徴とする半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20723283A JPS60100026A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20723283A JPS60100026A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60100026A true JPS60100026A (ja) | 1985-06-03 |
Family
ID=16536419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20723283A Pending JPS60100026A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60100026A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4895026A (en) * | 1988-03-01 | 1990-01-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor pressure sensor |
| US4907459A (en) * | 1988-03-15 | 1990-03-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Vortex flow meter |
| US5109703A (en) * | 1989-08-21 | 1992-05-05 | Mitsubishi Denki K.K. | Vortex flow meter |
| EP1750110A3 (de) * | 2005-08-04 | 2009-09-09 | Robert Bosch Gmbh | Differenzdrucksensor mit Drift- und Hysteresereduktion und entsprechendes Messverfahren |
-
1983
- 1983-11-04 JP JP20723283A patent/JPS60100026A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4895026A (en) * | 1988-03-01 | 1990-01-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor pressure sensor |
| US4907459A (en) * | 1988-03-15 | 1990-03-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Vortex flow meter |
| US5109703A (en) * | 1989-08-21 | 1992-05-05 | Mitsubishi Denki K.K. | Vortex flow meter |
| EP1750110A3 (de) * | 2005-08-04 | 2009-09-09 | Robert Bosch Gmbh | Differenzdrucksensor mit Drift- und Hysteresereduktion und entsprechendes Messverfahren |
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