JPS6336126A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工業計測をはじめとし″ｃ種々の用途に広く
用いられる半導体圧力変換器に関するものである。

〔従来の技術〕

この種の変換器は、例えば第７図に示すように、薄肉ダ
イアプラムを有するシリコン等の半導体単結晶基板１を
、外周部の厚肉部１人において、圧力導入口２人を有す
るガラス等の支持部材２に固定した構造を有し、第８図
に示すように薄肉ダイアフラム部１Ｂに形成されたピエ
ゾ抵抗素子３により、半導体単結晶基板１の表裏の圧力
ｐ、およびＰ２の差圧に対応した電気的出力が得られる
。

ところが、実際には、上記出力は静圧の影響を免れない
。つまり、半導体単結晶基板１と支持部材２との圧縮弾
性率が異なることから、静圧ｐｓの影響により、第９図
に示すような歪が発生する。

このため、従来より厚肉部１Ａに静圧測定用のピエゾ抵
抗素子４を形成し、薄肉ダイアフラム部１Ｂに配置した
ピエゾ抵抗素子３で構成したブリッジ回路により差圧を
測定する一方、上記厚肉部１Ａに形成したピエゾ抵抗素
子４で構成したブリッジ回路により静圧全測定し、後段
の電気回路によりディジタル的もしくはアナログ的に、
差圧に対する静圧の影″＃を補正する処理全行なってい
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の構造では、電極の取出し数およびそのた
めのバッド５の数が多くなるとともに、後段の電気回路
が静圧用と差圧用と２重に必要となる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、薄肉ダイアフラム部に配置した主として差圧
に感応するピエゾ抵抗素子と、厚肉部に配置した主とし
て静圧に感応するピエゾ抵抗素子と？、静圧の影響が相
殺された差圧出力が得られるように相互に電気的に接続
したものである。

〔作用〕

半導体単結晶基板内もしくはその外側の配線のみで差圧
出力に対する静圧の影響が補正されてしまう。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示す平面図である。

第７図および第８図に示したものと同様に、半導体単結
晶基板（本実施例では（１００）主表面全盲するシリコ
ンチップ）１が、厚肉部１人において、ガラスチェープ
製の台座状支持部材（第７図中の２）の一端に、その圧
力導入口２Ａｔ−ふさぐように固定しである。

半導体単結晶基板１の薄肉ダイアフラム部１Ｂには、主
として差圧に感応する第１のピエゾ抵抗素子３（３Ａ〜
３Ｄ　）が、また厚肉部１人には、主として静圧に感応
する第２のピエゾ抵抗素子４（４Ａ〜４Ｄ　）がそれぞ
れ＜　１１０　＞結晶軸方向および＜０１１＞結晶軸方
向に１対ずつ形成されている。

なお、５（５Ａ〜５Ｄ）は電極バンド、６（６Ａ〜６Ｄ
）は電極取出し用の低抵抗埋込み層である。

圧力が加わると、半導体単結晶基板１と支持部材２との
圧縮弾性率の差により、上記半導体圧力変換器は、第９
図に示したように変形する。その結果、支持部材２に固
定された厚肉部１人部分、つまり第２のピエゾ抵抗素子
４を配置した領域には、厚肉部１人の厚さによυ、圧縮
または引張り応力が生じる。他方、第１のピエゾ抵抗素
子３を配置した薄肉ダイアフラム部１Ｂには、圧縮応力
が生じる。

そこで、本実施例では、これら厚肉部１人および薄肉ダ
イアフラム部１Ｂに、図示の方向で配置した第１および
第２のピエゾ抵抗素子３．４に−。

第１図に示すように相互に接続し、厚肉部１人に生ずる
静圧による影響と薄肉ダイアプラム部１Ｂに生ずる静圧
による影響と全相互に打消した差圧出力が得られるよう
にした。

このように、本実施例によれば、各ピエゾ抵抗素子３，
４の相互接続のみで、はじめから静圧の影ｖｋ補正した
差圧出力を得ることができ、静圧。

差圧の各出力を独立に取り出して外部回路的に補正を行
なう従来の方法に比較して、電極数シ出しおよびバンド
数が減少する。

なお、第２図のピエゾ抵抗素子４は、差圧にはほとんど
感応しないことから、このピエゾ抵抗素子４を含めて第
１図に示すような接続を行なって差圧出力を得る場合、
第１のピエゾ抵抗素子３のみから差圧出力金得る場合に
比較してゲインそのものは低下する。しかし１例えば第
２のピエゾ抵抗素子４の抵抗値金弟１のピエゾ抵抗素子
３の抵抗値の１／１０程度とすることにより、ゲインの
低下は１０係程度に抑えることができる。

このような半導体単結晶基板１を固定した支持部材２は
、第３図に示すように底部にリードビン１１を気密に貫
通させたヘッダ１２の内部に固定し、ボンディングワイ
ヤ１３により、リードピン１１と半導体単結晶基板１上
のピエゾ抵抗素子との接続を行なう。１４は絶縁性のス
ペーサ、１５は圧力導入口１５Ａを備えたキャップであ
る。

支持部材２は、ガラスのほかセラミックス、金属、半導
体等、何れであっても、本発明は有効である。半導体単
結晶基板１と全く同じ材料を用いたとしても、形状要素
の影響によりやはり静圧による歪が不均一に生じること
から、本発明は同様に有用である。なお、支持部材２と
半導体単結晶基板１との接合方法は、接着剤による接着
、ろう付けその他、いずれの方法でもよい。

上述した実施例では、薄肉ダイアフラム部に配置して、
４個のピエゾ抵抗素子３Ａ〜３Ｄに対し、厚内部に同じ
＜　４　ｆｌ？ｉｌのピエゾ抵抗素子４Ａ〜４ＤＱ配置
したが、このピエゾ抵抗素子４Ａ〜４Ｄは必ずしも全部
形成しなければならないものではなく、いずれか１個で
も静圧の補正は可能である。また。

仮に差圧出力の静圧依存性が全く零にはならなくても、
少なくなれば、後の演算はずっと楽になる。

さらに、各ピエゾ抵抗素子３，４の配置方法も第２図に
示し九ものに限定されず、例えば第３図ないし第５図に
示したようなものでもよい。

また、各ピエゾ抵抗素子３，４を形成する半導体単結晶
基板１は、シリコンチップに限定されるものではなく、
いわゆるＳＯ８構造の基板を用いてもよい。つまり、サ
ファイア、スピネルあるいは単結晶セラミックのような
絶縁性の結晶基板上にシリコン、ゲルマニウム等の半導
体単結晶層を成長させたものでもよい。シリコンチップ
を用い、ｐｎ接合で分離をはかったものに比較し、ＳＯ
８構造を用いたものはアイソレーションが良好で、高温
での使用が可能となる。その結果、耐熱性が１５０℃程
度から２００℃程度に向上し、使用温度範囲の上限ヲ１
００〜１２０℃から１５０〜１６０℃まで引上げること
ができる。

以上、外周部を厚肉部とし、その内側に薄肉ダイアフラ
ム部を形成した半導体単結晶基板を用いた例について説
明したが１本発明はこれに限定されるものではない。例
えばさらに中央部にも厚肉部を設けたいわゆるＥ形の基
板や、さらにその中央部と外周部の厚肉部に法まれた薄
肉ダイアプラム部に突起（厚肉部）を同心円状に形成し
た基板を用いたものについても、本発明は同様に適用で
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、薄肉ダイアプラ
ム部に配置した主として差圧に感応するピエゾ抵抗素子
と厚肉部に配置した主として静圧に感応するピエゾ抵抗
素子とを、相互に電気的に接続することにより静圧の影
響が相殺された差圧出力が得られるようにしたことによ
シ、電極取り出しおよびパッド数が減少するとともに、
従来のような外部回路上の補正が不要もしくは簡単とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示す図で、第
２図は平面図、第１図はピエゾ抵抗素子の接続図、第３
図はヘッダへの実装状態を示す断面図、第４図ないし第
６図はピエゾ抵抗素子の他の配置例を示す平面図、第７
図は従来例を示す断面図、第８図は平面図、第９図は静
圧による歪音説明するための断面図である。 １・・・・半導体単結晶基板、１人・・・・厚肉部、１
Ｂ　・・・・薄肉ダイアフラム部、２・・・・支持部材
、２Ａψ・・・圧力導入口、３（３Ａ〜３Ｄ）・・―・
第１のピエゾ抵抗素子、４（４Ａ〜４Ｄ）・・・・第２
のピエゾ抵抗素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも外周部に厚肉部を有し内側に薄肉ダイアフラ
   ムを有する半導体単結晶基板を、厚肉部において、圧力
   導入口を備えた支持部材上に固定し、薄肉ダイアフラム
   部に主として差圧に感応する第１のピエゾ抵抗素子を配
   置するとともに、厚肉部に主として静圧に感応する第２
   のピエゾ抵抗素子を配置し、かつこれら第１および第２
   のピエゾ抵抗素子を、静圧の影響が相殺された差圧出力
   が得られるように相互に電気的に接続してなる半導体圧
   力変換器。