JPS6336126A - 半導体圧力変換器 - Google Patents
半導体圧力変換器Info
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- JPS6336126A JPS6336126A JP17773486A JP17773486A JPS6336126A JP S6336126 A JPS6336126 A JP S6336126A JP 17773486 A JP17773486 A JP 17773486A JP 17773486 A JP17773486 A JP 17773486A JP S6336126 A JPS6336126 A JP S6336126A
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- differential pressure
- pressure
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- piezoresistive
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Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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】
〔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。
用いられる半導体圧力変換器に関するものである。
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
。
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。
。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
出力に対する静圧の影響が補正されてしまう。
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。
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。
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。
)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。
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−。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17773486A JPS6336126A (ja) | 1986-07-30 | 1986-07-30 | 半導体圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17773486A JPS6336126A (ja) | 1986-07-30 | 1986-07-30 | 半導体圧力変換器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6336126A true JPS6336126A (ja) | 1988-02-16 |
Family
ID=16036187
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17773486A Pending JPS6336126A (ja) | 1986-07-30 | 1986-07-30 | 半導体圧力変換器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6336126A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9269884B2 (en) | 2012-05-21 | 2016-02-23 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic transducer, ultrasonic probe, and ultrasonic examination device |
-
1986
- 1986-07-30 JP JP17773486A patent/JPS6336126A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9269884B2 (en) | 2012-05-21 | 2016-02-23 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic transducer, ultrasonic probe, and ultrasonic examination device |
US9561527B2 (en) | 2012-05-21 | 2017-02-07 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic transducer, ultrasonic probe, and ultrasonic examination device |
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