JP2694594B2 - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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Description
エゾ抵抗効果を利用して圧力を電気信号に変換する圧力
センサに関し、特に圧力の他に温度を検出する機能を有
する温度検出機能付き圧力センサに関するものである。
導入によってゲージ抵抗の歪を発生させ、その抵抗素子
のピエゾ抵抗効果による抵抗変化を電気信号に変換して
圧力の値を測定するものであり、工業計測をはじめとす
る種々の用途に広く用いられている。この圧力センサ
は、その基本構造を図3(a)及び(b)に示すように、固定
部となる厚肉部2と薄肉ダイアフラム部3とを備えたチ
ップ状のn形シリコン基板1を用い、その薄肉ダイアフ
ラム部3内に、p形拡散領域からなるピエゾ抵抗効果を
有するゲージ抵抗4(4A〜4D)を形成した構成を有し
ている。
おいて圧力導入口32を備えたガラスチューブ等の支持
部材31に固定されていて、この導入口32から圧力が
加えられると、薄肉ダイアフラム部3は歪み、それによ
ってゲージ抵抗4は抵抗値が変化する。そのため、これ
らゲージ抵抗4をブリッジ回路に組み込み、これに電圧
を印加すれば、そのブリッジ回路から圧力、つまり薄肉
ダイヤフラム部3の表裏の圧力PHおよびPLの差に応じ
た出力信号を取り出すことができる。
基板1の表面は、SiO2 などの絶縁膜5によって覆わ
れ、これを開口したコンタクト孔を通してゲージ抵抗4
と電気的に接続するアルミニウム(Al)等からなる引
出し電極6が形成され、外部との接続は通常ワイヤボン
ディングにより行われている。
の圧力発信器として用いる場合、この圧力センサに、周
囲の温度を検出するために温度検出素子を内蔵させたも
のがある。これは、その基本構成を図4に示すように、
シリコン基板1上のダイアフラム部3に各々のp形ゲー
ジ抵抗4(4A〜4D)を形成してブリッジ回路を構成す
るとともに、その厚肉部2に温度検出素子21を一体に
形成する。
グ・ディジタル(A/D)変換器22に作られた抵抗ラ
ダー回路の精密抵抗231〜233と組み合わせてブリッ
ジ回路24を構成し、その温度検出素子21の抵抗値変
化をブリッジ回路24により電圧変化として検出したう
え、この出力をA/D変換器22でA/D変換して圧力
信号とともにディジタル的に受信計器(図示せず)へ伝
送するものとなっている。なお、図4中符号25はシリ
コン基板1上の温度検出素子21を外部のブリッジ回路
24の一辺に接続するためのリード線を示す。また、同
図において図3と同一符号のものは同一または相当のも
のを示している。
うな温度検出素子を備えた従来の圧力センサは、温度を
検出するのにブリッジ回路24を構成する抵抗対に精密
抵抗231〜233を用いているため高価であり、また、
温度検出素子21をリード線25を介して外部のブリッ
ジ回路24に接続しなければならないため、そのリード
線の影響によってノイズに対し弱いという課題があっ
た。
題を解決するためになされたものであり、その目的は、
圧力の他に温度を検出する機能を有する温度検出機能付
き圧力センサにおいて安価にして、耐ノイズ性を向上さ
せた圧力センサを提供することにある。
め本発明は、固定部となる厚肉部と薄肉ダイアフラム部
からなる半導体単結晶基板と、この薄肉ダイアフラム部
の所定領域に形成されたピエゾ抵抗効果を有する複数の
ゲージ抵抗とを備え、これらゲージ抵抗のピエゾ抵抗効
果を利用して圧力を検出する圧力センサにおいて、前記
半導体単結晶基板上の厚肉部に、不純物濃度の低い第1
の抵抗層と不純物濃度の高い第2の抵抗層を形成して、
これら抵抗層の温度に対する抵抗値の変化を温度信号と
して検出する温度検出回路を一体に構成したものであ
る。
したゲージ抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して圧力を検出
できるとともに、その基板上に一体に形成した不純物濃
度の異なる抵抗層からなる温度検出回路により温度を検
出できる。
説明するための概略図であり、同図(a)はそのセンサ部
の平面パターン図を、同図(b)はその温度検出部の等価
回路図をそれぞれ示す。この実施例は、図1に示すよう
に、固定部となる厚肉部2と薄肉ダイアフラム部3とを
備えたチップ状のn形シリコン基板1を用い、その薄肉
ダイアフラム部3の所定領域にp形拡散領域からなるピ
エゾ抵抗効果をもつゲージ抵抗4(4A 〜4D )が形成
され、その表面にSiO2 などの絶縁膜5が被覆形成さ
れている点は上述した図3の従来例のものと同様である
が、前記シリコン基板1上の厚肉部2内に、不純物濃度
の低い第1の抵抗層71,72と不純物濃度の高い第2の
抵抗層81,82をそれぞれ形成して、これら第1の抵抗
層71 ,72と第2の抵抗層81,82 により温度検出用
のブリッジ回路9を一体に構成したことである。
71,72はゲージ抵抗4と同じ工程で形成されるもの
で、p形不純物としてボロンをイオン注入して1016c
m-3程度のp形拡散層からなり、温度係数にして例えば
3000ppm/℃程度の値を有している。また、不純
物濃度の高い第2の抵抗層81,82は前記ゲージ抵抗4
の配線用拡散リード層11と同時に形成されるもので、
p形不純物としてボロンをイオン注入して1018cm-3
程度のp形拡散層からなり、温度係数にして例えば15
00ppm/℃程度の値を有している。
図2に示すようになり、実線に示す曲線Aは、シート抵
抗を100Ω/□としたときの第1の抵抗層71,72の
温度変化による抵抗値変化を示し、一点破線に示す曲線
Bは、シート抵抗を1000Ω/□としたときの第2の
抵抗層81,82の温度変化による抵抗値変化を示してい
る。そのため、温度変化に対して抵抗値変化の大きい第
1の抵抗層71 ,72と温度変化に対して抵抗値変化の
少ない第2の抵抗層81,82をブリッジ回路9に組み込
み、駆動電源10より電圧を印加することにより、それ
ら抵抗層の温度変化による抵抗値変化をブリッジ回路9
で電圧信号に変換して温度に対応した出力信号を取り出
すことができる。この時、ブリッジ回路9の出力は25
℃の温度を基準に増減する電圧信号となる。ただし、図
2は横軸に温度(℃)を、縦軸に25℃における抵抗値
に対する比率ΔR/Rをとってある。
〜4D)間を接続する配線用の拡散リード層、12はそ
れら拡散リード層11を引き出すAlリード、13は圧
力検出用のリード端子を示し、141,142は第1の抵
抗層71,72のそれぞれを接続するAlリード、151
〜154 は第1の抵抗層71,72 と第2の抵抗層8
1 ,82とをそれぞれ接続するAlリード、161〜16
4 は温度検出用のリード端子を示す。また、同図におい
て図3と同一符号のものは同一または相当のものを示し
ている。
と、シリコン基板1上に形成された各ゲージ抵抗4のピ
エゾ抵抗効果を利用して圧力を検出できるとともに、そ
の基板1上に一体に形成した不純物濃度の異なる第1の
抵抗層71,72と第2の抵抗層81,82からなる温度検
出用のブリッジ回路9により温度を検出できる。そのた
め、これら圧力信号とともに温度信号を従来と同様にA
/D変換して受信計器へディジタル的に伝送したり、あ
るいはアナログ的に伝送することができる。
リコン基板1上に一体に形成した不純物濃度の異なる抵
抗層71 〜82 の抵抗値の変化を利用しているので、従
来例のようにシリコン基板上の温度検出素子と別個に設
けた高価な精密抵抗を配線して組み合わせたものに比べ
て、安価にできる。また、シリコン基板1上に温度検出
用のブリッジ回路9を一体化構造にしたので、リード線
による配線が不要になり、耐ノイズ性を高めることがで
きる利点を有する。
としてn形シリコン基板を用いた場合について示した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、p形シリ
コン基板やSOI構造の基板を用いたり、あるいは薄肉
ダイアフラム外周の厚肉部に形成する温度検出用の回路
も不純物濃度の異なる抵抗層を少なくとも2個設けてブ
リッジを構成したりすることなど、幾多の変形が可能で
ある。
導体単結晶基板上の薄肉ダイアフラムにゲージ抵抗を形
成し、そのゲージ抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して圧力
を検出する圧力センサにおいて、前記半導体単結晶基板
上のダイアフラム外周の厚肉部に、不純物濃度の低い第
1の抵抗層と不純物濃度の高い第2の抵抗層を形成し
て、これら抵抗層の温度に対する抵抗値の変化を温度信
号として検出する温度検出回路を一体に組み込むことに
より、安価で、耐ノイズ性に優れた圧力センサが得られ
る効果がある。
概略図であり、(a) はそのセンサ部の平面パターン図、
(b)はその温度検出部の等価回路図である。
性を示す図である。
(a)はその平面図、(b)は断面図である。
図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 固定部となる厚肉部と薄肉ダイアフラム
部からなる半導体単結晶基板と、前記薄肉ダイアフラム
部の所定領域に形成されたピエゾ抵抗効果を有する複数
のゲージ抵抗とを備え、これらゲージ抵抗のピエゾ抵抗
効果を利用して圧力を検出する圧力センサにおいて、 前記半導体単結晶基板上の厚肉部に、不純物濃度の低い
第1の抵抗層と不純物濃度の高い第2の抵抗層を形成し
て、これら抵抗層の温度に対する抵抗値の変化を温度信
号として検出する温度検出回路を一体に構成したことを
特徴とする圧力センサ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2085893A JP2694594B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 圧力センサ |
US08/178,085 US5432372A (en) | 1993-01-14 | 1994-01-06 | Semiconductor pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2085893A JP2694594B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 圧力センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06213745A JPH06213745A (ja) | 1994-08-05 |
JP2694594B2 true JP2694594B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=12038822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2085893A Expired - Lifetime JP2694594B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 圧力センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2694594B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11378478B2 (en) | 2018-03-20 | 2022-07-05 | Tdk Electronics Ag | Sensor element for measuring pressure and temperature |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015222756A1 (de) * | 2015-11-18 | 2017-05-18 | Robert Bosch Gmbh | Sensorelement für einen Drucksensor |
CN109405990A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-03-01 | 广东电网有限责任公司惠州供电局 | 一种温度检测*** |
-
1993
- 1993-01-14 JP JP2085893A patent/JP2694594B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11378478B2 (en) | 2018-03-20 | 2022-07-05 | Tdk Electronics Ag | Sensor element for measuring pressure and temperature |
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---|---|
JPH06213745A (ja) | 1994-08-05 |
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