JPS62229041A

JPS62229041A - 半導体式圧力検出器

Info

Publication number: JPS62229041A
Application number: JP7287586A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Kosaka; 秀則小坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1987-10-07

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、ピエゾ抵抗素子の温度変化による影響を低減
する半導体式圧力検出器に関する。

（従来の技術）一般に、半導体式圧力センサは、第４図に示すように凹
状基体１の内側にスペーサ２を介してチップ取付は台３
が設けられ、かつ、このチップ取付は台３上にはダイヤ
フラムとして顆能する逆回状のシリコンチップ４が設け
られている。そして、前記基体１．スペーサ２およびチ
ップ取付は台３等をＭ絡してシリコンチップ４の裏面側
に低圧力を導入する低圧力導入口５が形成されている。

また、シリコンチップ４の表面側が高圧側になっている
。６は信号取出しワイヤー、７は外部取出しビンである
。

前記シリコンチップ４の表面側は、第５図に示すように
一点鎖線をもつ、て仮想的に表わす４ゾ−ンＡ−Ｄに分
けられ、そのうち必要な複数のゾーン内に方向を異なら
せて複数の半導体ピエゾ抵抗素子８・・・が形成され、
これら複数ゾーンを含めて最も検出精度の高い２つのピ
エゾ抵抗素子を選択してブリッジ回路の一対のピエゾ抵
抗素子８，８として用い、かつ、これら半導体ピエゾ抵
抗素子８．８によって得られる圧力に対応した電気信号
をアルミニウム配＄１９および信号取出しワイヤー６を
通って外部取出しビン７に出力する構成となっている。

また、前記シリコンチップ４上において他の１つゾーン
例えばＢにはダイオード１０が形成され、濃度に比例し
た電圧をアルミニウム配線９ａ、信号取出しワイヤー６
８および外部取出しビン７８等を経て外部に取出し、温
度補償用信号として使用されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、以上のような構成の半導体式圧力センサは、圧
力を検出する一対の半導体ピエゾ抵抗素子８，８と異な
ったゾーンに形成されたダイオード１０から湿度に応じ
て変化する電圧を取得して温度補償を行うようにしてい
るが、シリコンチップ４上では各箇所によって温度にバ
ラツキがあり、また、多少の温度分布を持った温度とな
っている場合が多い。この結果、例えば一対の半導体ピ
エゾ抵抗素子８．８の形成箇所と他のゾーンのダイオー
ド１０の形成箇所の間で温度のひらきかあると、検出誤
差が生じ、正確に温度補償を行うことができない。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、一対のピエ
ゾ抵抗素子の形成箇所の温度を正確に検出して高精度に
温度補償を行い得、圧力に比例した信号を確実、かつ、
正確に取り出し得る半導体式圧力検出器を提供すること
を目的とする。

［発明の構成コ（問題点を解決するための手段）本発明による半導体式圧力検出器は、半導体チップに形
成した一対の半導体ピエゾ抵抗素子と他の一対の抵抗素
子とでブリッジ回路を構成するとともに、このブリッジ
回路の一方の電圧に１電端側に一端を共通接続する様に
前記半導体チンプ上の同一ゾーンに複数の温度−電圧変
換素子を設けて温度変化に応じて変化する電圧を取り出
し、ざらに温度−電圧変換素子の出力側に補償信号取得
手段を設けて舶記濡度−電圧変換素子によって得た複数
の出力電圧を平均化し、かつ、この平均電圧と前記ブリ
ッジ回路の一方の電圧給電端側電圧に相応する基準電圧
とを比較して温度変化に対応する補償信号を得、この補
償信号を用いて前記ブリッジ回路への給電電圧を制御す
るものである。

（作用）従って、以上のような手段とする。ことにより、一対の
半導体ピエゾ抵抗素子と同一ゾーンに形成された温度−
電圧変換素子から出力された両電圧を平均化して温度の
バラツキを無くするとともに、この平均化された電圧と
ブリッジ回路の給電電圧に相応する基準電圧とを比較し
て温度に応じた補償信号を得、この補償信号を用いてブ
リッジ回路の給電電圧を制御するものである。

（実施例）以下、本発明の一実／ｉ！例について第１図および第２
図を参照して説明する。第１図はシリコンチップの表面
側を見たときの機能要素の配置例を示し、第２図は半導
体式圧力検出器の構成図である。先ず、第１図に示すシ
リコンチップ１１は例えば一点鎖線で仮想的に表わす４
つのゾーンＡ〜Ｄを有し、これら各ゾーンＡ−ＤにはＮ
形半導体ピエゾ抵抗素子１２．１２および同素子１２゜
１２とは異なる方向を有してＰ形半導体ピエゾ抵抗素子
１３が形成されている。さらに、これら各半導体ピエゾ
抵抗素子１２．１２・・・、１３・・・に対応させてそ
の近傍にダイオードとしての機能を持った温度−電圧変
換素子１４・・・が形成されている。

前記シリコンチップ１１上に形成された半導体ピエゾ抵
抗素子１２．１２．・・・、１３．・・・のうち検出精
度の優れた各半導体ピエゾ抵抗素子１２゜１３を選択し
、アルミニウム配線１５．１５、信号取出しワイヤー１
６．１６を経て外部取出しビン１７．１７に接続し、第
２図に示すブリッジ回路２０の２辺のピエゾ抵抗素子Ｒ
Ｐ１．ＲＰ２として使用する。

以上のようにして半導体ピエゾ抵抗素子１２゜１３を選
択した場合、その半導体ピエゾ抵抗素子１２．１３の近
傍に形成された温度−電圧変換素子１４．１４を選択し
た後、同様にアルミニウム配線１５ａ、１５ａ、信号取
出しワイヤー１６８゜１６ａを経て外部取出しビン１７
ａ、１７ａに接続し、回路上の構成としては第２因に示
す如くカソード側が前記ブリッジ回路２０の電圧給電ラ
インＬ１．Ｌ２のうち一方の電圧給電ラインＬ１に共通
に接続される。

前記温度−電圧変換素子１４．１４はその形成箇所の温
度に応じて変化する電圧を出力するものであって、これ
らのアノード側に補償信号取得手段３０が接続されてい
る。この補償信号取得手段３ｏは、インピーダンス変換
用素子３１．３１、このインピーダンス変換用素子３１
．３１の両出力端部を例えばワイヤードオア構成により
前記温度−電圧変換素子１４．１４の両出力電圧を平均
化する電圧平均回路３２、前記電圧供電ラインＬ１の電
圧に相応する電圧を基準電圧として出力する基準電圧設
定回路３３、この基準電圧と前記電圧平均回路３２から
の平均電圧とを比較し、正・負の偏差電圧つまり平均温
度に応じた補償信号を出力するコンパレータ３４等によ
って構成されている。

４０は補償信号取得手段３０から出力される補償信号の
大きさに応じて前記電圧給電ライン上１−１２間の電圧
を制御する給電電圧制御手段であって、これは具体的に
は電源電圧Ｖｓｐを受けて所定の電流を流出する定電流
源４１、この定電流源４１からの流出電流により所定の
バイアス電圧を得るバイアス抵抗４２、このバイアス抵
抗４２によりベースバイアスされ、前記補償信号取得手
段３０から出力する補償信号のレベルの大きさに応じて
図示イ矢印方向へ流れる電流を制御し、結果として前記
電圧給電ラインＬ１−１２間電圧に制御電圧を加減算す
る電圧制御素子４３等によって構成されている。

なお、前記ブリッジ回路２０は、シリアル接続された一
対の半導体ピエゾ抵抗素子ＲＰ１１ＲＰ２に並列的に外
部付けされた一対の抵抗素子Ｒ１，Ｒ２とで構成され、
このブリッジ回路２０で検出された圧力に比例する′Ｒ
気倍信号増幅器２１を通して出力するものである。

従って、以上のような実施例の構成によれば、圧力検出
用半導体ピエゾ抵抗素子１２．１３の近傍に形成した温
度−電圧変換素子１４．１４をブリッジ回路２０の一方
の電圧給電ラインＬ１に共通接続し、その形成箇所の温
度変化に応じて変化するところの電圧を取出すようにし
たので、前記一対の半導体ピエゾ抵抗素子１２．１３と
ほぼ同一条件下で温度を検出できるとともに、これら雨
検出電圧は補償信号取得手段３０によって平均化された
平均電圧として得るために温度分布があっても、それを
是正した補償信号を得ることができる。また、補償信号
取得手段３０は、基準電圧として一方の電圧給電ライン
Ｌ１の電圧に等しい電圧を用いているために、基準電圧
に対する平均電圧の偏差を正確に取出すことが可能であ
り、かつ、その偏差信号を補償信号とすることができる
。さらに、補償信号取得手段３０で取得された補償信号
は定電流Ｒ４１によりバイアスされた′Ｒ流副制御素子
４３用いて電流制御し、この制ｍｕｍ流を前記ブリッジ
回路２０に帰還して加えるようにしたので、一対の半導
体ピエゾ抵抗素子１２．１３の温度の影響を前記制御電
流で相殺する如く作用し、従来と比較して格段に温度の
影響を低減できるものである。従って、ブリッジ回路２
０は圧力に比例した信号を確実、かつ、正確に取出すこ
とができる。

なお、上記実施例は前記一対の半導体ピエゾ抵抗素子１
２．１３の近傍にほぼ併設する様に温度−電圧変換素子
１４．１４を設けたが、第３図に示すように一対の半導
体ピエゾ抵抗素子１２゜１３を囲むように温度−電圧変
換素子１５ａ。

１５ａを形成してもよく、この場合には温度分布や温度
のバラツキ等に影響をより少なくすることができる。そ
の他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施できる。

［発明の効果］以上詳記したように本発明によれば、一対のピエゾ抵抗
素子の形成箇所の温度を正確に検出し、それに応じた補
償信号を得てブリッジ回路の電圧給電ラインに帰還する
ことにより、一対の半導体ピエゾ抵抗素子による温度の
影響を高精度に補償し得、圧力に比例した信号を確実、
かつ、正確に取り出す得る半導体式圧力検出器を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係わる半導体式圧力検出
器の一実浦例を説明するために示したもので、第１図は
シリコンチップの表面状態図、第２回は本発明機器の構
成図、第３図は本発明機器の他の実施例を示すシリコン
チップの表面状態図、第４図は従来一般的に使用されて
いる半導体式圧力センナの断面図、第５図は従来の半導
体式圧力センサの表面状態図である。１１・・・シリコンチップ、１２．１３・・・半導体ピ
エゾ抵抗素子、１４，１４ａ・・・湿度−電圧変換素子
、２０・・・ブリッジ回路、３０・・・補償信号取得手
段、３２・・・電圧平均回路、３３・・・基準電圧設定
回路、３４・・・コンパレータ、４ｏ・・・給電電圧制
卸手段、４１・・・定電流源、４２・・・バイアス抵抗
、４３・・・電圧制御素子。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第　２　図第　５　図

Claims

【特許請求の範囲】

半導体チップに一対のピエゾ抵抗素子が形成され、この
一対のピエゾ抵抗素子と他の一対の抵抗素子とでブリッ
ジ回路を構成し、前記半導体チップに印加される圧力を
電気信号に変換して出力する半導体式圧力検出器におい
て、前記ブリッジ回路の一方電圧給電端側に一端を共通
接続する様に前記半導体チップに形成され、該半導体チ
ップの所定箇所の温度変化に応じて変化する電圧を出力
する複数の温度−電圧変換素子と、これら複数の温度−
電圧変換素子から出力された両電圧を平均化し、この平
均電圧と前記ブリッジ回路の一方電圧給電端側電圧に相
応する基準電圧とを比較し、前記半導体チップの温度に
応じた補償信号を出力する補償信号取得手段と、この補
償信号取得手段によって得られた補償信号を用いて前記
ブリッジ回路への給電電圧を制御するようにしたことを
特徴とする半導体式圧力検出器。