JPH0419495B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0419495B2 JPH0419495B2 JP19245482A JP19245482A JPH0419495B2 JP H0419495 B2 JPH0419495 B2 JP H0419495B2 JP 19245482 A JP19245482 A JP 19245482A JP 19245482 A JP19245482 A JP 19245482A JP H0419495 B2 JPH0419495 B2 JP H0419495B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- strain
- pressure
- measuring
- differential pressure
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は圧力差圧検出器に係り、特に半導体自
体をダイヤフラムとする圧力差圧検出器に関す
る。
体をダイヤフラムとする圧力差圧検出器に関す
る。
従来のSiダイヤフラム形圧力差圧検出器に用い
られる測定ダイヤフラムはSi単結晶よりなり、肉
薄の起歪部およびそれを囲む肉厚の固定部を有
し、該肉薄起歪部の一主面側に複数のピエゾ抵抗
素子が通常のICプロセスにより形成されている。
られる測定ダイヤフラムはSi単結晶よりなり、肉
薄の起歪部およびそれを囲む肉厚の固定部を有
し、該肉薄起歪部の一主面側に複数のピエゾ抵抗
素子が通常のICプロセスにより形成されている。
このSiダイヤフラムの周囲肉厚部の裏面は、シ
リコンと熱膨張係数の近似し、かつ中央に通気孔
が形成されたシリコンあるいはガラスからなる支
持体に結合されている。
リコンと熱膨張係数の近似し、かつ中央に通気孔
が形成されたシリコンあるいはガラスからなる支
持体に結合されている。
このSiダイヤフラム形圧力差圧検出器はIC技術
を応用できることから量産性に優れ、かつSi単結
晶が理想的な弾性材料であるためヒステリシスが
なく再現性に優れている効果を有する。
を応用できることから量産性に優れ、かつSi単結
晶が理想的な弾性材料であるためヒステリシスが
なく再現性に優れている効果を有する。
しかしながら、かかる構成の測定ダイヤフラム
は、極めて低い圧力を測定する場合において、圧
力と出力の直線性が悪くなる欠点を有する。この
理由は、低圧領域の測定のためには、測定ダイヤ
フラムの起歪部肉厚を薄くする必要があるため、
これにより圧力を印加したときのたわみが大きく
なり、測定ダイヤフラム全体が伸びるというバル
ーン効果生じるためである。
は、極めて低い圧力を測定する場合において、圧
力と出力の直線性が悪くなる欠点を有する。この
理由は、低圧領域の測定のためには、測定ダイヤ
フラムの起歪部肉厚を薄くする必要があるため、
これにより圧力を印加したときのたわみが大きく
なり、測定ダイヤフラム全体が伸びるというバル
ーン効果生じるためである。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、低圧測定時でも圧力と出力の直線関係に優
れた半導体圧力差圧センサを提供するにある。
くし、低圧測定時でも圧力と出力の直線関係に優
れた半導体圧力差圧センサを提供するにある。
上記目的を達成させるため、本発明において
は、起歪部内に厚さの異なつた領域を設け、その
うちの肉厚起歪部に歪感応素子を形成したもので
ある。
は、起歪部内に厚さの異なつた領域を設け、その
うちの肉厚起歪部に歪感応素子を形成したもので
ある。
〔発明の実施例〕
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。
る。
第１図は差圧検出器の全体構成を示す断面図
で、単結晶Siからなる測定ダイヤフラム１０があ
り、この測定ダイヤフラム１０は中空の第１の支
持部材１２、中空の第２の支持部材１４を介して
ハウジング１６に取り付けられている。第１の支
持部材１２は測定ダイヤフラム１０のハウジング
１６からの電気的絶縁および測定ダイヤフラム１
０との熱歪を考慮し、Siと熱膨張係数の近似し
た、たとえば硼珪酸ガラスが使用されている。ま
た、第２の支持部材１４は、Siと熱膨張係数の近
似した、たとえばFe−Ni合金が使用されている。
ここで測定ダイヤフラム１０と第１の支持部材１
２、及び第１の支持部材１２と第２の支持部材１
４間はたとえば陽極結合法で接合されている。測
定ダイヤフラム１０からの電気的出力は、リード
線１８及びハウジング１６にハーメチツクシール
された端子２０を介して外部に取り出されてい
る。
で、単結晶Siからなる測定ダイヤフラム１０があ
り、この測定ダイヤフラム１０は中空の第１の支
持部材１２、中空の第２の支持部材１４を介して
ハウジング１６に取り付けられている。第１の支
持部材１２は測定ダイヤフラム１０のハウジング
１６からの電気的絶縁および測定ダイヤフラム１
０との熱歪を考慮し、Siと熱膨張係数の近似し
た、たとえば硼珪酸ガラスが使用されている。ま
た、第２の支持部材１４は、Siと熱膨張係数の近
似した、たとえばFe−Ni合金が使用されている。
ここで測定ダイヤフラム１０と第１の支持部材１
２、及び第１の支持部材１２と第２の支持部材１
４間はたとえば陽極結合法で接合されている。測
定ダイヤフラム１０からの電気的出力は、リード
線１８及びハウジング１６にハーメチツクシール
された端子２０を介して外部に取り出されてい
る。
第２図は、前記測定ダイヤフラム１０を主表面
すなわちゲージ抵抗形成面側から見た平面図、第
３図は第２図の−′線における断面図である。
測定ダイヤフラム１０は、たとえば（100）面の
ｎ形単結晶Siで、外周を厚肉の固定部３０で囲ま
れた肉薄のダイヤフラム部を有する。このダイヤ
フラム部は二段の異なつた厚さに形成され、比較
的肉厚の起歪はり部３４とそれより肉厚の隔膜部
３６を有し、前記起歪はり部３４は端部を前記固
定部３０に接続された十字形をなしている。この
起歪はり部３４の上面にはｐ形のゲージ抵抗３８
が４個〈110〉軸方向に、たとえば拡散法やイオ
ンインプランテーシヨン法により形成されてい
る。これらのゲージ抵抗３８は起歪はり部３４の
固定端近傍に形成され、そのうちの２本は径方向
に、他の２本は径と直角方向に配置され、圧力に
よりフルブリツジ出力を取り出せるようになつて
いる。測定ダイヤフラム１０の表面には図示しな
いゲージ抵抗３８を保護する酸化膜およびゲージ
抵抗３８の出力を取り出すアルミ配線がそれぞれ
設けられている。
すなわちゲージ抵抗形成面側から見た平面図、第
３図は第２図の−′線における断面図である。
測定ダイヤフラム１０は、たとえば（100）面の
ｎ形単結晶Siで、外周を厚肉の固定部３０で囲ま
れた肉薄のダイヤフラム部を有する。このダイヤ
フラム部は二段の異なつた厚さに形成され、比較
的肉厚の起歪はり部３４とそれより肉厚の隔膜部
３６を有し、前記起歪はり部３４は端部を前記固
定部３０に接続された十字形をなしている。この
起歪はり部３４の上面にはｐ形のゲージ抵抗３８
が４個〈110〉軸方向に、たとえば拡散法やイオ
ンインプランテーシヨン法により形成されてい
る。これらのゲージ抵抗３８は起歪はり部３４の
固定端近傍に形成され、そのうちの２本は径方向
に、他の２本は径と直角方向に配置され、圧力に
よりフルブリツジ出力を取り出せるようになつて
いる。測定ダイヤフラム１０の表面には図示しな
いゲージ抵抗３８を保護する酸化膜およびゲージ
抵抗３８の出力を取り出すアルミ配線がそれぞれ
設けられている。
このような構成において、測定ダイヤフラム１
０に圧力Ｐを印加すると、極めて低い圧力Ｐに対
し、所定の電気的出力を得るためには、測定する
起歪部の厚さを十分薄肉にする必要がある。しか
し薄すぎると変形が大きくなつて起歪部に引張り
方向の歪が発生し、この引張り方向の歪が起歪部
上のゲージ抵抗に作用するため、圧力Ｐに対する
変形の変化つまり電気的出力の変化が直線的でな
くなり、非線形となつて誤差を生じることにな
る。そこで第２図及び第３図に示すように構成す
ることにより、測定ダイヤフラム（ダイヤフラム
部）１０に圧力Ｐを印加すると、受圧面積Ｓは、
厚肉起歪はり部（はり部）３４の受圧面積S1と、
薄肉の隔膜部３６の受圧面積S2との和となり、測
定ダイヤフラム１０に作用する力ＦはＦ＝Ｐ×
（S1＋S2）となる。したがつて、起歪はり部３４
に作用する力Ｐ×S1と、隔膜部３６に作用する力
Ｐ×S2によつて隔膜部３６が変形し、この変形に
起因する力とが起歪はり部３４に伝達される。こ
の変形に起因する力は隔膜部３６の厚さと受圧面
積とによつて定まり、第２図に示すように、S1≪
S2のため起歪はり部３４を変形させる力はほぼＰ
×S2で決定される。隔膜部３６の厚さを起歪はり
部３４の厚さより十分肉薄にすることにより、同
じ圧力でも隔膜部３６が大きく変形するため、こ
の変形による力が起歪はり部３４に作用するよう
になり、圧力に対して直線的に比例した高い電気
的出力を得ることができる。
０に圧力Ｐを印加すると、極めて低い圧力Ｐに対
し、所定の電気的出力を得るためには、測定する
起歪部の厚さを十分薄肉にする必要がある。しか
し薄すぎると変形が大きくなつて起歪部に引張り
方向の歪が発生し、この引張り方向の歪が起歪部
上のゲージ抵抗に作用するため、圧力Ｐに対する
変形の変化つまり電気的出力の変化が直線的でな
くなり、非線形となつて誤差を生じることにな
る。そこで第２図及び第３図に示すように構成す
ることにより、測定ダイヤフラム（ダイヤフラム
部）１０に圧力Ｐを印加すると、受圧面積Ｓは、
厚肉起歪はり部（はり部）３４の受圧面積S1と、
薄肉の隔膜部３６の受圧面積S2との和となり、測
定ダイヤフラム１０に作用する力ＦはＦ＝Ｐ×
（S1＋S2）となる。したがつて、起歪はり部３４
に作用する力Ｐ×S1と、隔膜部３６に作用する力
Ｐ×S2によつて隔膜部３６が変形し、この変形に
起因する力とが起歪はり部３４に伝達される。こ
の変形に起因する力は隔膜部３６の厚さと受圧面
積とによつて定まり、第２図に示すように、S1≪
S2のため起歪はり部３４を変形させる力はほぼＰ
×S2で決定される。隔膜部３６の厚さを起歪はり
部３４の厚さより十分肉薄にすることにより、同
じ圧力でも隔膜部３６が大きく変形するため、こ
の変形による力が起歪はり部３４に作用するよう
になり、圧力に対して直線的に比例した高い電気
的出力を得ることができる。
第４図は本発明の第２の実施例を示す。第２図
と異なる点はダイヤフラムの中央に起歪はり部３
８と同一の厚さの幅広領域を設けたことにある。
この構成により、受圧面積S2は減少するが中央の
幅広領域が剛体部分となつて大きく変位する。こ
の変位により生じる力が起歪はり部３４を変形さ
せ、圧力を加えた際に起歪はり部３４に発生する
ひずみはゲージ抵抗３８の配置領域に集中する。
このため第２図と比較しさらに低い圧力領まで精
度良く測定することができるようになる。
と異なる点はダイヤフラムの中央に起歪はり部３
８と同一の厚さの幅広領域を設けたことにある。
この構成により、受圧面積S2は減少するが中央の
幅広領域が剛体部分となつて大きく変位する。こ
の変位により生じる力が起歪はり部３４を変形さ
せ、圧力を加えた際に起歪はり部３４に発生する
ひずみはゲージ抵抗３８の配置領域に集中する。
このため第２図と比較しさらに低い圧力領まで精
度良く測定することができるようになる。
第５図は本発明の第３の実施例を示す。第２図
と異なる点は起歪はり部３４を一端を固定部３０
に接続された片持ばり状としたことにある。この
構成により、起歪はり部３４の受圧面積S1を小さ
くし、隔膜部３６の面S2を大きくすることによ
り、圧力に対する隔膜部３６の変形を大きくし、
また起歪はり部３４の長さを短かくすることによ
り、圧力に対するはりの変形の非直線性はその長
さに比例するため、起歪はり部３４自身の非直線
性が改善されており、第２図と比較し、さらに低
い圧力領域まで精度良く測定することができるよ
うになる。
と異なる点は起歪はり部３４を一端を固定部３０
に接続された片持ばり状としたことにある。この
構成により、起歪はり部３４の受圧面積S1を小さ
くし、隔膜部３６の面S2を大きくすることによ
り、圧力に対する隔膜部３６の変形を大きくし、
また起歪はり部３４の長さを短かくすることによ
り、圧力に対するはりの変形の非直線性はその長
さに比例するため、起歪はり部３４自身の非直線
性が改善されており、第２図と比較し、さらに低
い圧力領域まで精度良く測定することができるよ
うになる。
第６図は本発明の第４の実施例を示す。第２図
と異なる点はダイヤフラム部中の起歪はり部３４
と隔膜部３６の分離にあつて、測定ダイヤフラム
１０の裏面からのエツチングを採用したことにあ
る。この形状では、ゲージ抵抗面側は起歪部、固
定部ともすべて平坦で表面がSiO2で覆われてい
るため、測定ダイヤフラム上の金属配線引きまわ
しの自由度が増加する利点を有するようになる。
と異なる点はダイヤフラム部中の起歪はり部３４
と隔膜部３６の分離にあつて、測定ダイヤフラム
１０の裏面からのエツチングを採用したことにあ
る。この形状では、ゲージ抵抗面側は起歪部、固
定部ともすべて平坦で表面がSiO2で覆われてい
るため、測定ダイヤフラム上の金属配線引きまわ
しの自由度が増加する利点を有するようになる。
以上、述べた実施例では、ダイヤフラム部上に
起歪はり部をたとえば十字形にする等、２個形成
する場合を説明したものであるが、起歪はり部の
数は１個でも良く、さらに３個以上でも良いこと
はもちろんである。
起歪はり部をたとえば十字形にする等、２個形成
する場合を説明したものであるが、起歪はり部の
数は１個でも良く、さらに３個以上でも良いこと
はもちろんである。
〔発明の効果〕
以上述べたことから明らかなように、本発明に
よる半導体圧力差圧検出器によれば、ダイヤフラ
ムに厚肉のはり部を設けたため、低圧測定時であ
つても、圧力と出力との関係を直線的にすること
ができるようになる。
よる半導体圧力差圧検出器によれば、ダイヤフラ
ムに厚肉のはり部を設けたため、低圧測定時であ
つても、圧力と出力との関係を直線的にすること
ができるようになる。
第１図は本発明が適用される圧力差圧検出器の
全体構成を示す断面図、第２図および第３図は本
発明の圧力差圧検出器の一実施例を示す構成図
で、第２図は平面図、第３図は第２図の−′
における断面図、第４図ないし第６図はそれぞれ
本発明による圧力差圧検出器の他の実施例を示す
構成図である。 １０……測定ダイヤフラム、３０……固定部、
３２……ダイヤフラム部、３４……起歪はり部、
３６……隔膜部、３８……ゲージ抵抗。
全体構成を示す断面図、第２図および第３図は本
発明の圧力差圧検出器の一実施例を示す構成図
で、第２図は平面図、第３図は第２図の−′
における断面図、第４図ないし第６図はそれぞれ
本発明による圧力差圧検出器の他の実施例を示す
構成図である。 １０……測定ダイヤフラム、３０……固定部、
３２……ダイヤフラム部、３４……起歪はり部、
３６……隔膜部、３８……ゲージ抵抗。
Claims (1)
- １ 周辺部に厚肉の固定部と、その内側に薄肉の
ダイヤフラム部とを有する半導体基板の前記ダイ
ヤフラム部面に歪感応素子を形成した半導体圧力
差圧検出器において、前記ダイヤフラム部は歪感
応素子が形成された領域部においてそれ以外の領
域部よりも肉厚を厚くしたはり部が前記固定部と
接続させた状態にて形成されていることを特徴と
する半導体圧力差圧検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19245482A JPS5983023A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | 半導体圧力差圧検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19245482A JPS5983023A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | 半導体圧力差圧検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5983023A JPS5983023A (ja) | 1984-05-14 |
| JPH0419495B2 true JPH0419495B2 (ja) | 1992-03-30 |
Family
ID=16291565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19245482A Granted JPS5983023A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | 半導体圧力差圧検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5983023A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2532806A (en) | 2014-11-25 | 2016-06-01 | Continental Automotive Systems Us Inc | Piezoresistive pressure sensor device |
| US9964458B2 (en) * | 2016-05-12 | 2018-05-08 | Continental Automotive Systems, Inc. | Pressure sensor device with anchors for die shrinkage and high sensitivity |
| JP7627998B2 (ja) * | 2019-09-05 | 2025-02-07 | ミツミ電機株式会社 | 圧力感知素子及び圧力センサ |
| JP7571976B2 (ja) * | 2021-09-08 | 2024-10-23 | ミネベアミツミ株式会社 | 脈波センサ |
| JP2023085754A (ja) * | 2021-12-09 | 2023-06-21 | ミネベアミツミ株式会社 | 脈波測定装置 |
| EP4487764A1 (en) * | 2022-03-04 | 2025-01-08 | Minebea Mitsumi Inc. | Pulse wave sensor |
-
1982
- 1982-11-04 JP JP19245482A patent/JPS5983023A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5983023A (ja) | 1984-05-14 |
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