JPS63304671A - 半導体ブリッジ回路 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧力センサなどに使用される半導体のブリッ
ジ回路における温度補償手段に関する。

（従来の技術） シリコンなどの半導体の結晶は、応力によって電気抵抗
を変化させる、いわゆるピエゾ抵抗効果が顕者なため、
この性質を利用して各種のセンサが作られている。この
ようなセンサとして例えば、シリコンのグイヤ７ラムの
基盤上に不純物を拡散して４箇所に歪抵抗エレメントを
形成し、これらのエレメントでブリッジ回路を構成した
圧力センサがある。各歪抵抗エレメントは圧力を受けて
基盤が変形する際の内部応力に応じて抵抗値を変化させ
るため、ブリッジ回路の両端に一定の印加電圧を供給す
ると、ブリッジ回路の途中に設けた出力端子から圧力に
対応して異なる電圧が出力される。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、このような半導体ブリッジ回路を用いた圧力
センサにおいては基盤上に形成される歪抵抗エレメント
の温度係数は拡散誤差などから必ずしも均一とはならず
、結果として温度により出力電圧と基盤に加わる圧力と
が対応しなくなる、いわゆる温度ドリフＦが起こること
が知られている。このため、一般には同様の半導体によ
る補正抵抗を基盤の外（こ配設してブリッジ回路に接続
することで、この温度ドリフトを補償している。

しかし、歪抵抗エレメントから離れた位置に補正抵抗を
設けた場合にはエレメントとの間に温度差が生じて精度
良く補正を行うことが難しいという問題があった。また
、補正範囲は補正抵抗の抵抗値で決まるが、大幅な補正
を行うために補正抵抗の抵抗値を余り大きくすると、結
果としてブリツノ回路の感度の悪化を招くという問題も
あった。

本発明は、ブリッジ回路の零点変動に対する温度補償に
関わる上記問題点を解決すべく、補償精度が高く、かつ
小さな抵抗値で広範囲な補償が可能な補償手段を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、複数の半導体の抵抗エレメントを用いて基盤
上にブリッジを構成した半導体のブリッジ回路において
、抵抗エレメントと同種の温度補正抵抗Ａと、これと温
度係数の者しく異なる温度補正抵抗Ｂとをそれぞれ基盤
上の所定の位置に備えている。

（作用） 補正抵抗を基盤上に構成するため、補正抵抗の温度が抵
抗エレメントと常に等しくなる。また、半導体による補
正抵抗Ａとこれと温度係数の者しく異なる補正抵抗Ｂと
を組み合わせることにより、抵抗値を僅かに変化させる
のみでブリッジ回路の温度特性が大きく変化する。

（実施例） 第１図及び第２図に本発明の実施例を示す。

第１図において、１は図示されないシリコンの基盤上に
構成したブリッジ回路であり、半導体による４つの歪抵
抗エレメント２〜５と温度補償のための補正抵抗Ａ及び
Ｂを備える。ブリッジ回路１には印加電圧の入力端子６
と７が設けられ、これらの入力端子６と７の間に歪抵抗
エレメント２と３及び補正抵抗ＡとＢとが直列に配設さ
れ、またこれと並列して歪抵抗エレメント４と５が直列
に配設される。そして、補正抵抗ＡとＢの間に出力端子
８が、歪抵抗エレメント４と５の間に出力端子９がそれ
ぞれ設けられる。

補正抵抗Ａは歪抵抗エレメント２〜５と同様のシリコン
半導体による抵抗が使用される。また、補正抵抗Ｂには
温度係数が２００　ｐｐｍ／”Ｃ程度の一般抵抗体を使
用する。補正抵抗ＡとＢはν・ずれもレーザトリミング
による抵抗値調整に適した形状に形成され、基盤の歪み
の影響を受けない位置に配置される。

次に作用を説明する。

第１図のカッコ内の記号に示すように温度Ｔ１°Ｃにお
ける歪抵抗エレメント２〜５の抵抗値をａ。

〜ｄいＴ２℃では第２図に示すようにβ２＝β２とする
。また、補正抵抗ＡとＢの１１℃における抵抗値をａｌ
とβ１、温度Ｔ２℃における抵抗値をＣ２とβ２とする
と、以下の式が成り立つ。

ｅ＋（ｂ＋＋β１）＝ｄ１（ａ、＋α１）・・・・・・
・・（１）Ｃ２（ｂ２＋β２）”β２（ｎ２＋α２）　
　　−−−−・・・−（２）ａ２＝　（＋１２／ａｌ）
Ｃ１・・・・・・・・（３）β２＝β、（１＋７ｔ（Ｔ
２−Ｔ、））　　・＝＝・（４）ただし、ｋ：温度係数 ここで、ａ、〜ｄ１に対してβ２＝β２が与えられるこ
とによりＣ１とβ１とが求められるので、これにより補
正抵抗ＡとＢをレーザトリミングでＴ−Ｃにおける所定
の抵抗値α１とβ１にそれぞれ調整する。

ところで、（１）〜（４）式を解くと β１＝（ｂ２−（β２／ｄ１）（β２／ｄ、）（Ｃ７／
Ｃ２）ｂｌ）／１（ａ２／ａｌ　）（β２／ｄｌ　）（
ｃ＋／ｃ２）ｉｌ＋　ｋ（Ｔ２−　Ｔ＋　０１となり、
この式から温度係数ｋが小さいはどβ１の値が小さく、
また（１）式よりＣ１も小さくなることが分かる。シリ
コン半導体の温度係数は一般に３０００〜３５００　ｐ
ｐｍ／”Ｃであり、これに対して補正抵抗Ｂの温度係数
は２００　ｐｐｍ／”Ｃでシリコン半導体に比べて極め
て小さい。つまり、補正抵抗Ｂにシリコン半導体を用い
ず一般抵抗体を使用することにより補正抵抗値ａ、とβ
２のいずれもが小さく抑えられ、ブリッジ回路１は良好
なバランスのもとで作動する。また、同じ補正抵抗値に
対しては補償範囲が広くなる。

なお、補正抵抗ＡとＢはブリッジ回路１と同じ基盤上に
形成されているため、抵抗値は基盤の温度変化と同時に
変化する。このため、温度補償に遅れを生じることもな
い。

（発明の効果） 以上のように、本発明はブリッジ回路の温度補償用の補
正抵抗を半導体による補正抵抗Ａと、これと温度係数の
者しく異なる補正抵抗Ｂとで構成したため、半導体抵抗
のみで温度補償を行う場合に比べて小さな補正抵抗値で
広範な温度補償が可能となり、さらにこれら補正抵抗を
基盤上に設けたことにより温度補償が基盤の温度変化に
忠実に反応して高精度かつ速やかに行われる。したがっ
て、簡易な構成でブリッジ回路の温度ドリフトに対する
安定度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例を示すブリッジ回路
の回路図である。 １・・・ブリノン回路、２，３，４．５・・・歪抵抗エ
レメント、Ａ・・・補正抵抗（半導体）、Ｂ・・・補正
抵抗（−膜抵抗体）。 特許呂願人　　　　　　　カヤバエ業株式会社第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の半導体の抵抗エレメントを用いて基盤上にブリッ
   ジを構成した半導体ブリッジ回路において、抵抗エレメ
   ントと同種の温度補正抵抗Ａと、これと温度係数の者し
   く異なる温度補正抵抗Ｂとをそれぞれ基盤上の所定の位
   置に備えたことを特徴とする半導体ブリッジ回路。