JPS6156465A - 半導体圧力変換器 - Google Patents

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】 ［発明の技術分野］ この発明は、半導体圧力変換器に関し、特に高静圧下で
正確に差圧検出を行うことのできる半導体圧力変換器に
関するものである。

［発明の技術的背景］ 第６図は公知の半導体圧力変換器の概略構造を示したも
のである。　同図において、１は感圧半導体チップであ
り、この感圧半導体チップ１の下面中央部には凹部１ａ
が形成されており、この凹部１ａにより該チップ１の中
央には薄肉のダイアフラム部分１ｂが形成され、該ダイ
アフラム部分１ｂの縁に沿って拡散抵抗層１０が形成さ
れている。　該チップ１はその下面において該チップと
同材質のチップ支持台座２に半田接着されており、該デ
ツプ１の凹部１ａはチップ支持台座２に貫設されている
圧力導入孔２ａに連通している。　感圧半導体デツプ１
及びチップ支持台座２は０底円筒状の外囲器３内に配置
され、チップ支持台座２は外囲器３の底部の孔に１矢着
された圧力導入管４の先端に固定されている。　チップ
支持台座２の圧力４人孔２ａは圧力導入管４に連通して
おり、従って該チップ１の凹部１ａには圧力導入管４ｈ
〜ら被測定圧力が３ｚマ人されるようにっている。

外囲器３には外部接続リード５が固定されており、この
外部接続リード５と感圧半導体チップ１上の拡散抵抗層
１Ｃとが金属綱線６で接続されている。

第６図のごとき公知の半導体圧力変換器を差圧検出、に
用いる場合、ダイアフラム部分１ｂの上面に圧力Ｐ１を
加えるとともにダイアフラム部分の下面に圧力Ｐ２を加
え、両者の差圧（Ｐ、−Ｐ、）により生じるダイアフラ
ム部分の歪みを拡散抵抗層１Ｃの抵抗層の変化として電
気的に検出する。

このような差圧検出の場合、従来の半導体圧力変換器で
は（Ｐ、−Ｐ、）が０〜２０ｋａ／ｃｍ’　、　Ｆ５　
＝（Ｐ＋　−１−ｐ　、）　／２がＯ〜１４０　ｋＭｃ
ｍ２程度の静圧下で使用可能であった。

［背景技術の問題点］ 従来の半導体圧力変換器を差圧検出に用いる場合、静圧
が１４０　ｋｇ／ｃｍ’以上の頻回ではオフレット電圧
の変化くこれを静圧誤差と一般に称している。）が生じ
てくるため、検出値が不正確になるという問題点があっ
た。

′：Ｉ５５図は半導体圧力変換器に加わる静圧の太きさ
によって静圧誤差が生じる頻度分布を示したものである
。　同図（ａ）は静圧１４０　ｋａ／ｃｏ＋’で差圧測
定に使用した場合の静圧誤差の出用頻度ｎの分布を示し
、同図（ｂ）は静圧４２０　ｋａ／ｃｍ２テ差圧測定を
行った場合の静圧誤差の出現頻度分布を示している。　
第５図から明らかなように、静圧が高くなると、オフセ
ット電圧の変化すなわち静圧Ｈｔが広い圧力範囲にわた
りばらついて現れてくる。

このため従来の半導体圧力変換器では高静圧下　　　”
での差圧測定は困難であったが、最近では高静圧下での
差圧ａ１１１定が可能な半導体圧力変換器の開発が望ま
れている。

［発明の目的］ この発明の目的は、たとえば４２０　ｋ（］／Ｃ１１２
といった高静圧下での正確な差圧測定が可能な改良され
た半導体圧力変換器を提供することである。

［発明の概要］ この発明は、静圧誤差（オフセット電圧）と静圧との間
には一次比例関係が成立するという現象に着目してなさ
れたものであり、本発明の半導体圧力変換器では差圧と
静圧とを同時に検出し、静圧の検出値によって差圧の静
圧誤差を補正するようにしたことを特徴とする。　すな
わち、この発明による半導体圧力変換器の特徴は、差圧
と同時に静圧をら検出してその静圧検出値によって静圧
誤差を電気回路的に補正できるように構成したことにあ
る。　更に詳細には、この発明により改良された半導体
圧力変換器では、感圧半導体チップに差圧検出用のダイ
アフラム部分を構成している四部のばかに少なくとも一
つ以上の附加的凹部が形成されるとともに、該附加的凹
部の上のダイアフラム面に静圧検出用の附加的な拡１夕
抵抗層が形成されていることを特徴とする。　該附加的
凹部はチップ支持台座によって密閉されるとともに所定
圧力の気体が封入され、附加的な拡散抵抗層は静圧のみ
を検出する。

［発明の実施例］ 第１図は本発明による半導体圧力変換器の一実施例の断
面図である。　同図において第６図と同一・の符号で表
示された部分は従来の第６図の半導体圧力変換器と同一
の部分である。

本発明の半導体圧力変換器では感圧半導体チップ１の下
面にダイアフラム部分１ｂを形成する凹部１ａのほかに
附加的凹部１ｄが形成されており、この附加的凹部１ｄ
はデツプ支持台座２によって密閉されるとともに該凹部
１ｄ内には所定圧のたとえば窒素ガス等が密封されてい
る。　また感圧半導体デツプ１の上面にはダイアフラム
部分１ｂの周縁部に沿って差圧検出用の拡散抵抗ｍ　Ｉ
　Ｃが形成されるとともに該附加的凹部１ｄににって形
成されたダイアフラム部分には静圧検出用の拡散抵抗層
１ｅが形成されている。

密閉したド［・１加的凹部１Ｃ内の気体は気体の状態方
程式に従ってその圧力が変化する。　そこで、たとえば
該凹部１Ｃ内に封入する時に温度３００℃で１気圧の気
体を封入し、これを常温（２７℃）で使用した場合、封
入時の圧力及び温度をｐ、。

Ｔ１、使用時の圧力及び温度をｌ）ｚ、Ｔ２とすると、 ｐ＋　Ｖ＝１１Ｔ＋　、　　ｌ）２　Ｖ＝ＲＴ２から１
．ｐ２＝（Ｔ２　／ＴＩ　）　ｘ　Ｄ＋である。

Ｔ、　＝　５７３°Ｋ　（３００℃）　、　　ｌ）！　
＝１　ｋａ／ａｍ’　。

Ｔ２　＝　３００″Ｋを代入すると ｐ２＝　（３００／　５７３）　ｘ　１→０，５ｋｇ／
ａｍ２となる。

したがって、圧力の測定範囲を１００　ｋｏ／ｃｍ２以
上にとった場合、 測定誤差εはε＝　（０，５／１００　）　ｘ　１００
＝　０．５％となり、十分高い精度で静圧測定を行うこ
とができることが４つかる。

静圧検出用の拡散抵抗ｆｆ１１０はダイアフラム部、　
　　分に形成した１１／、　ｉｉｌ！抵抗層１ｃ　　（
ずなわち差圧検出用の拡散抵抗層）と同じく、ブリッジ
回路もしくはハーフブリッジ回路として構成してよいが
、単一の拡散抵抗によって構成してもよい。

前記のごとき本発明の半導体圧力変換器においでは、感
圧半導体チップ１の上面に圧力Ｐ、を加えると同時に圧
力導入管４を介してダイアフラム部分１ｂの下側の凹部
１ａ内に圧力Ｐ２を導入してダイアフラム部分１ｂの変
位によってＰ、とＰ、との差圧（Ｐ、−Ｐ２）を拡散抵
抗層１０の抵抗値変化として検出する一方、附加的凹部
１ｄ上のデツプ部分の変位によって静圧Ｐ、の値を拡散
抵抗層１０の抵抗値変化として検出し、静圧検出値と静
圧誤差との関係に塁いて電気回路的に静圧誤差を補正す
る。

第２図は静圧と静圧′誤差との関係を示したグラフであ
り、このグラフに示された関係を利用することによって
静圧誤差を補正することができる。

なお、第２図においてＯ９×、Δ等の印は感圧半導体チ
ップ毎に測定された値を示す。

第３図＋ｔａ″発明０半導体圧ノｊ変１負器を″Ａ造″
ｊ　７　　　　　４１゜ための一部の工程を示したちの
である。　まず、第３図（ａ　）の如く、半導体チップ
１Ａの表面の所定の場所に差圧検出用の拡散抵抗層１０
と静圧検出用の拡散抵抗１ｍ１ｅとを形成し、次に第３
図（ｂ）に示すように該半導体チップ１Ａの下面に第一
の凹部１ａを形成することによってダイアフラム部分１
ｂを形成するとともに該凹部１ａとは別の少なくとも一
つの附加的凹部１ｄを形成することにより感圧半導体チ
ップ１を作る。　凹部の形成には、化学的エツチング法
や機械加工と化学的エツチングとの併用法が利用できる
。　また、付加的凹部１ｄにより形成される静圧検出用
ダイアフラムのＰλざは、差圧検出用ダイアフラム部１
ｂとは同じρさではなく、静圧、所望感度などによって
決めればよい。　そして、感圧半導体チップ１の下面と
チップ支持台座２の上面とを半田７で接合することによ
り、第３図（Ｃ，）のように本発明の半導体圧力変換器
の主要部を形成する。

［発明の効果］ 第４図は従来の半導体圧力変換器における静圧と静圧誤
差の標準偏差との関係及び本実施例の半ン）体圧ノ〕変
換器における静圧と静圧誤差との関係を示したグラフで
ある。　同図において、実線の直ｗＪＡが従来の半導体
圧力変換器の性能を、そして、一点鎖線の曲線Ｂが本実
施例の半導体圧力変換器の性能をそれぞれ示している。

　また、縦軸は静圧誤差の標準＝差３σ、横軸は静圧Ｐ
を表している。

同図から明らかなように、本実施例の半導体圧力変換器
では静圧が＾り【たとえば１００〜５００　ｋＱ／Ｃｌ
ｌ１２のような高圧）になっても静圧誤差の標準（ｌ；
ｉ差３σが増大しないのに反し、従来の半導体圧力変換
器では静圧の増大とともに静圧誤差の標準偏差も直線的
に増大してＪ３す、たとえば静圧が４２０ｋｇ／Ｃｌｌ
１２では本実施例のものの約６倍にｂなっている。　ず
なわら、本実施例の半導体圧力変換器は従来のものにく
らべてａ静圧下での静圧思死 差の標準偏差が数分の１であるため、高精度でり圧測定
を行うことが士きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体圧力変換器の一実施例の要部断
面図、第２図は半導体圧力変換器における静圧と静ｆｆ
誤差どの関係を示すね図、第３図は本発明の゛１′導体
圧力変換器を製造する工程の一実施例を示ず図、第４図
は本発明の半導体圧力変換器と従来の半＞９体圧力変換
器とにおける静圧と静圧誤差の標ｔ￥囮差との関係を示
すグラフ、第５図は従来の半導体圧力変換器におけるＤ
ｆｆ：！！５１Ｉ差の出現頻度分布を示した図、第６図
は従来の半導体圧力変換器の要部断面図である。 １・・・感圧半導体チップ、　２・・・チップ支持台座
、３・・・外囲器、　４・・・圧力導入管、　５・・・
外部接続リード、　６・・・金ｆｆｉ細線、　１ｂ・・
・ダイアフラム部分、　１ｃ、１ｅ・・・拡散抵抗層、
　１ａ・・・凹部、１ｄ・・・４・１加的凹部。 第１図 島 第２図 靜 圧 第３１！１ｌＩ Ｃ０２ＣＯＫＸ：）４００５Ｑ）　　　　Ｐ（Ｋｙ／Ｃ
ｍり第５ｒＩＩＪ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　下面に形成された凹部によつて薄肉のダイアフラム
   部分が形成されるとともに該ダイアフラム部分の上面に
   拡散抵抗層が形成されている感圧半導体チップと、該感
   圧半導体チップをその下面において支持接着しているチ
   ップ支持台座とを有し、該チップ支持台座に貫設された
   圧力導入孔を介して該ダイアフラム部分の下面に被測定
   圧力を作用させるように構成された半導体圧力変換器に
   おいて、該凹部とは別の附加的凹部を該半導体チップの
   下面に形成して該附加的凹部を該チップ支持台座の上面
   により密閉し、該付加的凹部内に所定圧力の気体を密封
   するとともに該附加的凹部に対応する該感圧半導体チッ
   プの上面に静圧測定用の附加的拡散抵抗層を形成したこ
   とを特徴とする半導体圧力変換器。