JP2895262B2 - 複合センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複合センサに係り、特
に差圧センサと静圧センサを備え、高精度及び高出力で
差圧信号と静圧信号を得ることができる複合センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】差圧を計測する差圧センサについて、差
圧信号、静圧信号、温度信号を同時に検出できる複合機
能型のセンサ（以下、複合センサという）又はこれに類
似したセンサには、従来、多くの開示例がある。例え
ば、特開昭６１−２４０１３４号又は特公平２−９７０
４号等がある。これらの開示例では、いずれも、ダイヤ
フラムと呼ばれる薄肉部上に差圧や静圧に感応する抵抗
群、温度に感応する抵抗が存在し、これらの抵抗は、半
導体の拡散法又はイオンインプランテーション法により
同時に基板上に形成され、固定台に接合される。

【０００３】上記の複合センサでは、静圧（ライン圧）
や温度によって生じる差圧センサの部分（これは主セン
サである）の零点変化を、この主センサ上に配備された
静圧センサや温度センサの補助センサの出力信号に基づ
いて、積極的に補償し、これにより高精度な差圧の信号
を得るようにしている。

【０００４】前述した特公平２−９７０４号に示される
静圧信号は、静圧印加時に半導体基板と固定台との間の
縦弾性係数の相違に基づいて生じる曲げ歪を利用して、
検出されるため、非常に小さい信号である。

【０００５】反対に、特開昭６１−２４０１３１号の開
示では、差圧と静圧を検出するために、それぞれ感圧部
を設けて検出しているため、得られる静圧信号は、差圧
の信号に比較すると、かなり大きい信号となる。

【０００６】しかし、上記２つの従来技術のいずれの場
合においても、静圧を検出するための静圧センサは、そ
の感度方向（静圧に対して最も感応する方向）が、差圧
に対して感度が最大となる方向と一致するように配置さ
れている。従って静圧センサの感度方向と、差圧センサ
の感度方向（差圧に対して最も感応する方向）とは、全
く同じ方向になるように配置されている。従って、差圧
が差圧センサに加わったとき、その差圧が、同時に、近
傍において同じ感度方向にて配設された静圧センサに対
しても影響を与える。このため従来の複合センサでは、
差圧センサと静圧センサの各々のセンサ出力を、複雑な
補正手順を用いて補正し、正確な差圧を求める必要があ
った。

【０００７】また他の従来技術として、本出願人が先に
出願した半導体圧力変換部（特開平１−１８４４３３
号）が存在する。この半導体圧力変換部は、中央部に剛
体部を有し、周辺部に固定部を有し、剛体部と固定部の
間に環状のダイヤフラムを備えている。そしてダイヤフ
ラムに差圧ゲージを取り付け、固定部で接線方向に且つ
中央剛体部で径方向にそれぞれ静圧ゲージを取り付けて
いる。静圧ゲージを、一定の応力が発生する中央剛体部
に配設したので、この構成によって安定した静圧出力が
得られる。従って、静圧影響の少ない差圧信号を得るこ
とができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本出願人が提案した半
導体圧力変換部以外の他の従来技術は、差圧による負荷
が差圧センサに加わったとき、差圧センサの近傍に配設
された静圧センサに対して前記負荷の影響が及ぶので、
その影響を考慮し、静圧センサの出力信号を補正する必
要があった。本発明の目的は、差圧センサと静圧センサ
を含む複合センサにおいて、差圧による静圧センサへの
影響がなく、高出力の静圧信号を得られるセンサ構成法
により、簡単な補正で正確な差圧、静圧の各情報を得る
複合センサを提供することにある。本発明の他の目的
は、小型で且つ安価な生産性の良い複合センサを提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る複合センサ
は、中央に差圧検出用ダイヤフラムを有し且つ周辺に固
定部を有するセンサ基板と、ダイヤフラム上に配設した
複数の差圧検出用感応素子と、固定部上に配設した複数
の静圧検出用感応素子を有し、静圧検出用感応素子が、
ダイヤフラムに加わる差圧に基づき静圧検出用感応素子
の配設領域に発生する引張応力の影響を受けない方向に
配置される構成を有する。すなわち、センサ基板の表面
に配置される差圧ゲージと静圧ゲージの配置において、
複数の静圧ゲージの配置位置を、差圧に伴う引張応力の
影響を受けない所定の位置に決定するようにした。より
具体的に述べると、本発明に係る複合センサは、複数の
静圧検出用感応素子のそれぞれを、センサ基板上の、ダ
イヤフラムに加わる差圧に基づき静圧検出用感応素子の
配設領域に発生する引張応力の影響を受けない方向のラ
イン上に配設し、且つ複数の静圧検出用感応素子のそれ
ぞれの感度方向が、静圧により発生する引張応力の影響
を最も受ける方向に向けて配置するようにしている。本
発明に係る複合センサは、更に、引張応力の影響を最も
受ける方向を０度の角度を有する基準方向とするとき、
引張応力の影響を受けない方向の前記ラインは、基準方
向に対して４５度又は−４５度の角度を有するように設
定した。また前記の各構成において、センサ基板をｐ型
の（１００）面シリコン単結晶で形成することができ、
この場合には、引張応力の影響を受けない前記方向は、
＜００１＞軸方向となる。また前記の各構成において、
静圧センサの出力を高くするために、静圧検出用ダイヤ
フラムを形成し、前記静圧検出用感応素子の全部又は一
部をこのダイヤフラムに配置するように構成することも
できる。更に、センサ基板の加工をエッチングで行う場
合には、異方性エッチング又は等方性エッチングが用い
られる。

【００１０】

【作用】本発明による複合センサでは、前述の配列構造
に基づき、差圧センサ部分に印加する差圧による引張応
力が静圧センサ用の感応素子に影響を与えず、且つ静圧
センサ用感応素子は静圧のみ対して感度良く動作する。
従って、精度の高い静圧を検出することができるので、
その後の信号処理に基づく差圧の補償が簡易となり、精
度の高い差圧を計測することができる。また差圧検出用
ダイヤフラムとは別に静圧検出用ダイヤフラムを設けた
複合センサでは、静圧に対応してダイヤフラム上のゲー
ジ抵抗値が変化するので、大きな静圧信号が得られる。
また、センサ基板をエッチングで加工することで、セン
サ基板に形成されるダイヤフラムは、異方向エッチング
ではダイヤフラムの加工精度が向上し、等方性エッチン
グではダイヤフラムに丸みが付くので耐圧が向上する。
また同時に多数のダイヤフラムが形成できるので、生産
性も良くなる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は本発明に係る複合センサの第１実施
例を示す平面図、図２はその要部断面図である。１はｐ
型の（１００）面シリコン単結晶から成る半導体材料で
形成されたセンサ基板、２はセンサ基板１を固定するた
めの固定台である。センサ基板１及び固定台２の平面形
状は、丸形である。図１及び図２で明らかなように、セ
ンサ基板１の中央部には凹所３が形成され、これにより
上面部分に円形のダイヤフラム４が形成され、周辺部分
にはリング形状の固定部５が形成される。ダイヤフラム
４はその表裏面が受圧面となっており、表裏の受圧面に
加わる２つの圧力Ｐｓ＋ΔＰとＰｓとの差圧を検出する
ためのものである。固定台２は、センサ基板１と電気的
絶縁を保つため及び線膨張係数の相違による熱歪を低減
するために、シリコンと線膨張係数が近似した硼珪酸塩
ガラスから形成される。センサ基板１と固定台２とは、
陽極接合法等により接合される。固定台２の中央部には
孔６が形成される。孔６はセンサ基板１の凹所３に通じ
ており、この孔６を介して圧力Ｐｓの流体がダイヤフラ
ム４の凹所３側の面に導入される。

【００１２】図１に示す如く、センサ基板１の表面に
は、イオン打込み又は熱拡散により不純物をドーピング
して差圧ゲージ１１１〜１１４が形成される。これらの
差圧ゲージ１１１〜１１４は、２つの圧力Ｐｓ＋ΔＰ，
Ｐｓによってダイヤフラム４に生じる差圧ΔＰに感応す
るゲージである。差圧ゲージ１１１〜１１４は、差圧を
検出するため、ダイヤフラム４の領内における半径方向
と周方向の応力が最大になる固定部５近傍に配設されて
いる。差圧ゲージ１１１〜１１４は、それぞれ、その感
度方向（図１に示した例では、長手方向）が、ｐ型の
（１００）面シリコンの＜１１０＞軸方向に向けて配置
されている。

【００１３】ダイヤフラム４の周囲の固定部５の表面に
は、図示される如く分散された配置状態で４個の静圧ゲ
ージ１２１〜１２４が形成される。静圧ゲージ１２１〜
１２４は静圧Ｐｓに感応するゲージである。静圧ゲージ
も前記差圧ゲージと同様な方法で形成される。静圧ゲー
ジ１２１〜１２４は、その長手方向に感度方向を有す
る。４個の静圧ゲージ１２１〜１２４は、一点鎖線で示
されたライン７，８の上に配置される。すなわち、静圧
ゲージ１２１〜１２４は、ダイヤフラム４に加わる差圧
で発生する引張応力の影響を受けない方向、例えばｐ型
の（１００）面シリコンにおいては＜００１＞軸方向の
ライン７，８の上に配設する。４個の静圧ゲージは、ラ
イン７，８の上に、その交点から等距離の位置にて形成
される。更に図１から明らかなように、各静圧ゲージ１
２１〜１２４は、静圧信号を得るため、静圧に対して感
度の大きくなる方向、例えば（１００）面において＜１
１０＞軸方向にその感度方向が一致するように配置され
ている。

【００１４】９は固定部５の表面に形成された温度ゲー
ジであり、差圧や静圧により発生する応力に対して感度
の小さい方向、例えば（１００）面においては＜００１
＞軸方向に配置している。温度ゲージ９は、応力を受け
ても抵抗値変化を生ぜず、温度の変化によってのみ抵抗
値が変化する温度センサとして機能する。

【００１５】センサ基板１の表面の上でゲージ群を構成
する差圧ゲージ１１１〜１１４、静圧ゲージ１２１〜１
２４、温度ゲージ９は、図３に示されるように、それぞ
れブリッジ回路として構成される。差圧ゲージ１１１〜
１１４は差圧センサとして差圧信号Ｅ_D を、静圧ゲージ
１２１〜１２４は静圧センサとして静圧信号Ｅ_S を、温
度ゲージ９は温度センサとして温度信号Ｅ_T を、それぞ
れ出力するように構成されている。

【００１６】上記のように複合センサを構成することに
より、差圧負荷時に発生する引張応力（σ_m ）は静圧ゲ
ージ１２１〜１２４に対して影響を及ぼさない。静圧ゲ
ージ１２１〜１２４は、静圧負荷時にセンサ基板１と固
定台２の弾性係数の違いに基づく変形で生じる応力によ
って抵抗値変化を得ることができる。すなわち差圧によ
る影響のない静圧センサを備えた複合センサを構成する
ことができる。

【００１７】次に、差圧負荷時に発生する引張応力（σ
_m ）は静圧ゲージ１２１〜１２４に対して影響を及ぼさ
ない、という上記作用を原理的に説明する。センサ基板
１のほぼ中央部に形成されたダイヤフラム４は差圧ΔＰ
に感応し、変形する。差圧ΔＰを検出するために、前述
の通り、差圧によりダイヤフラム４に発生する応力に対
して感度が最大となる結晶軸方向に各差圧ゲージ１１１
〜１１４の長手方向を向けて配置している。静圧ゲージ
１２１〜１２４については、差圧により発生する引張応
力に対して感度が最小となる結晶軸方向のライン７，８
上に配置し（これは温度ゲージ９が配置される方向と同
じ方向である）、且つ静圧信号を得るため静圧ゲージ１
２１〜１２４の向き（長手方向）を静圧により発生する
応力に対して感度が最大になる方向に配置する。故に、
静圧ゲージ１２１〜１２４は、差圧で発生する引張応力
に対して感応せず、静圧で発生する引張応力に対しての
み感応するように作用する。すなわち、差圧が負荷され
たときに発生する引張応力が、静圧ゲージ１２１〜１２
４に影響を及ぼさない。

【００１８】以上のことを、更に（１００）面のｐ型シ
リコンの例を挙げ、具体的に説明する。（１００）面で
は、図４及び図５（Ａ）に示すように、＜１１０＞軸方
向がピエゾ抵抗係数が大きく、高い感度を得られる。従
って差圧ゲージ１１１〜１１４は、図５（Ｂ）に示され
るように、ダイヤフラム４で発生する応力σl ，σt が
最大となる位置で、且つその長手方向を最大応力発生方
向に一致させてに配置される。静圧ゲージ１２１〜１２
４についても、差圧ゲージと同様に固定部５上の＜１１
０＞軸方向に配置すれば大きな出力が得られるが、差圧
で発生する引張応力の影響が大きいので、ピエゾ抵抗係
数がほぼ零に近い＜００１＞軸方向のライン上に配置
し、静圧で発生する応力によってのみ出力を得るため、
＜１１０＞軸方向に静圧ゲージ１２１〜１２４を形成す
る。これにより、静圧ゲージからは＜１１０＞軸方向に
配置したときと同じ出力が得られ、更にその出力には差
圧による影響がない。＜００１＞軸方向のライン７上に
配置することで、差圧ΔＰにより発生する引張応力σ_m
の静圧ゲージ１２１〜１２４に対する影響、すなわちゲ
ージ抵抗の変化率ΔＲ／Ｒは、

【００１９】

【数１】 ΔＲ／Ｒ＝πl σl ＋πt σt ・・・（１） ここで、図６を参照して、πl ：長手方向のピエゾ抵抗
係数 πt：横方向のピエゾ抵抗係数σl ：長手方
向に作用する応力 σt ：横方向に作用する応力
なお、「l 」はアルファベットＬの小文字である。

【００２０】＜１１０＞軸方向においては、

【００２１】

【数２】 πl ＝ π₄₄／２ ・・・（２） πt ＝−π₄₄／２ ・・・（３） ここで、π₄₄：剪断のピエゾ抵抗係数＜００１＞軸方向
にゲージを配置したときのσl ，σt は、図６に示す如
く、

【００２２】

【数３】 σl ＝σ_m cos45° ・・・（４） σt ＝σ_m sin45° ・・・（５） 上式（２）〜（５）を、式（１）に代入して、

【００２３】

【数４】

【００２４】となるので、＜００１＞軸方向のライン上
において、＜１１０＞軸方向の向きに静圧ゲージ１２１
〜１２４の長手方向を向けて配置することで、静圧ゲー
ジ１２１〜１２４における引張応力σ_m の影響はほとん
ど零に近くなる。

【００２５】次に図７及び図８に基づき本発明の第２実
施例を説明する。１１１〜１１４は前記差圧ゲージであ
り、前記第１実施例と同様に、差圧検出用ダイヤフラム
４上の、半径方向と周方向の応力が最大になる固定部近
傍に設けられる。これに対して、静圧ゲージ１２１〜１
２４は、差圧検出用ダイヤフラム４とは別に設けられた
静圧検出用ダイヤフラム１０上に形成される。ダイヤフ
ラム１０は、センサ基板１に凹所１１を設けることによ
り形成される。静圧ゲージ１２１〜１２４は、温度ゲー
ジと同じ結晶軸方向の上での配置関係で、且つその長手
方向を差圧ゲージ１１１〜１１４と同じ結晶軸の向きに
向けて配置される。また差圧ゲージ１１１〜１１４と同
じように、静圧検出用ダイヤフラム１０上に発生する半
径方向と周方向の応力が最大となる固定部近傍に設けら
れる。この実施例では、２個の静圧検出用ダイヤフラム
１０が形成され、個々のダイヤフラム１０上に一対の静
圧ゲージ１２１と１２３、１２２と１２４が配置されて
いる。なおダイヤフラム１０は１個であっても問題はな
く、この場合には４個の静圧ゲージ１２１〜１２４が１
つのダイヤフラム１０に配設される。温度ゲージ９は、
差圧や静圧によって抵抗変化が生じない、ピエゾ抵抗係
数の最小感度を示す結晶軸方向（＜００１＞方向）に向
けて配置されている。以上のゲージ群である差圧ゲージ
１１１〜１１４、静圧ゲージ１２１〜１２４、温度ゲー
ジ９は、前述した通り、図３に示すようにブリッジ回路
として組まれ、差圧、静圧、温度の出力を得るように構
成されている。

【００２６】またセンサ基板１の固定台２は、前記第１
実施例と同様に、シリコンと線膨張係数の近似した硼珪
酸塩ガラスにより形成する。しかし、本実施例において
は、静圧検出用ダイヤフラム１０の変形に基づいて発生
する応力により静圧を検出する手法をとっているので、
固定台２は、接合面に酸化膜をつけたシリコンであって
もよい。

【００２７】センサ基板１と固定台２を陽極接合法等に
よって接合すると、凹所３，１１はそれぞれ空洞を形成
する。凹所３による空胴は前記第１実施例と同じである
が、凹所１１による空洞は、固定台２との接合時に完全
に封止されるので、静圧とは完全に分離され、所要の圧
力を有した基準圧室として動作する。一般には、この基
準圧室の圧力は、真空〜大気圧間の適当な圧力が選択さ
れる。これにより静圧検出用ダイヤフラム１０は静圧に
感応する起歪体となり、基準圧室の圧力と静圧との圧力
差に感応し動作する。

【００２８】上記の如く複合センサを構成することで、
差圧負荷時に発生する引張応力σ _m は静圧ゲージ１２
１〜１２４に影響を及ぼさず、静圧負荷時には静圧検出
用ダイヤフラム１０上に発生する応力によって抵抗変化
が得られるので、差圧による影響のない、高出力の静圧
信号を取り出せる複合センサを構成できる。

【００２９】次に、図９に基づいて本発明の第３実施例
を説明する。前記の第２実施例と同様に、２個の静圧検
出用ダイヤフラム１０を設け、ダイヤフラム１０のそれ
ぞれに静圧ゲージ１２１，１２４を配置し、更に固定部
５にも前記第１実施例の場合と同様に静圧ゲージ１２
２，１２３を配置している。差圧によってダイヤフラム
４に発生する引張応力σｍ の影響は、図５に示すよう
に、例えば（１００）面の＜００１＞軸方向であっても
必ずしも零とはならないので、この非常に小さい差圧に
よる影響分を取り除くために、静圧ゲージ１２１〜１２
４は、静圧検出用ダイヤフラム１０上の静圧ゲージ１２
１，１２４の変化分から固定部５上の静圧ゲージ１２
２，１２３の変化分を差引きして取り出すように、図３
に示すブリッジ回路を構成することで、差圧により変動
しない静圧センサの出力を得ることができる。ここで
は、静圧検出用ダイヤフラム１０上の静圧ゲージ１２
１，１２４の出力から、固定部５上の静圧ゲージ１２
２，１２３の出力を差引きする構成をとるが、静圧検出
用ダイヤフラム１０上の静圧ゲージ１２１，１２４の出
力は、固定部上の静圧ゲージ１２２，１２３の出力に対
して１０倍以上の出力が得られるので、差引きしても大
きな静圧出力が得られる。

【００３０】次に図１０に基づいて本発明の第４実施例
を説明する。この実施例では、センサ基板１が、前記３
つの実施例では丸形であったのに対し、四角形の形状を
有している。差圧ゲージ１１１〜１１４、静圧ゲージ１
２１〜１２４、温度ゲージ９は、前記各実施例の場合と
同様に配置すれば、差圧による影響がない静圧センサを
有する複合センサを構成できる。ここでは、第３実施例
と同じ静圧検出用ダイヤフラム１０と固定部５のそれぞ
れに静圧ゲージ１２１〜１２４を設けた例を示してい
る。

【００３１】上記の如くセンサ基板１を平面形状で丸形
にする場合、一枚の半導体基板から一つ一つ丸形に機械
加工等によって切り取り、それぞれ固定台２と接合しな
ければならない。これに対して、センサ基板１を四角形
にする場合には、まず一枚の半導体基板と固定台２とを
陽極接合法等により接合してからダイシングによって切
断すれば、一度に大量で小型の複合センサが形成でき、
非常に生産性も向上しコストパフォーマンスも良くな
る。

【００３２】なお前記各実施例では、図４を参照して説
明したように、（１００）面のｐ型シリコンが用いられ
ている。（１００）面のｐ型シリコンを用いる場合に
は、前述の通り、差圧ゲージ群はピエゾ抵抗係数が最大
となる＜１１０＞軸方向に配置し、静圧ゲージ群はピエ
ゾ抵抗係数が最小となる＜００１＞軸方向に配置する。
また一般には、ｎ型のシリコンは、非直線性が悪いとい
う理由で複合センサには用いられていない。しかし本発
明では、（００１）面のｎ型のシリコンを用いることに
より、差圧ゲージ群をピエゾ抵抗係数が最大となる結晶
軸方向に配置し、静圧ゲージ群をピエゾ抵抗係数が最小
となる結晶軸方向のライン上にて結晶軸の向きに配置す
れば、差圧の影響がない静圧センサを有するｎ型の複合
センサを構成できる。温度ゲージは、ピエゾ抵抗係数が
最小となる結晶軸方向に配置する。ｎ型の（０１１）面
シリコンの差圧ゲージ群が配置される軸方向のピエゾ抵
抗係数は、ｐ型の（１００）面シリコンの差圧ゲージ群
が配置される軸方向のピエゾ抵抗係数に対して、１０％
程度感度が高くなっているので、ｎ型の（０１１）面シ
リコンを用いれば、ｐ型の（１００）面シリコンを用い
る場合よりも大きな差圧出力を得られるという効果があ
る。前記したようにｎ型シリコンを複合センサに適用す
ると非直線性が悪化するが、センサ出力の補正アルゴリ
ズムが確立されている今日では、そのような非直線性の
悪化は問題にならない。

【００３３】図１１は、本発明における複合センサのセ
ンサ基板１を、エッチングにより加工した場合の断面図
を示したものである。ドライエッチング等の等方性エッ
チングにより加工を行えば、図１１（Ａ）のように、ダ
イヤフラム４と固定部５の接点部にまるみＲが形成され
るので、差圧印加時に応力集中が発生ぜず、耐圧が向上
する効果を有する。またアルカリエッチング等の異方性
エッチングにより加工を行えば、図１１（Ｂ）に示すよ
うに、ダイヤフラム４は、シリコン単結晶の結晶面で構
成されるため、加工精度が非常に高くなるので歩留りが
向上する。等方性又は異方性のいずれの場合において
も、エッチングにより加工を行えば、一枚の半導体基板
上に多数のダイヤフラム４（又は１０）を同時に形成で
き、そのため量産性が向上し、安価なセンサ基板１を製
造できる。

【００３４】更に本発明の複合センサは、単一の半導体
チップ上に差圧センサと静圧センサを形成でき、簡素な
構造を有する。

【００３５】図１２は、本発明による複合センサを差圧
伝送器に組込んだ例を示す。差圧伝送器１４は、化学プ
ラント等のパイプライン１２に設けたオリフィス１３の
両端の差圧ΔＰを測定し、パイプライン１２中を流れる
流量を求めて制御装置へ送信するものである。差圧を正
確に測定することは、より効率的にプラントを稼働する
ことにつながるので、差圧伝送器の役割りは大きい。

【００３６】差圧伝送器１４のブロック構成図を図１３
に示す。複合センサ１５における差圧センサＤＰＳから
の差圧出力、静圧センサＳＰＳからの静圧出力、温度セ
ンサＴＳからの温度出力は、マルチプレクサ（ＭＰＸ）
１６に取込まれ、プログラマブルゲインアンプ（ＰＧ
Ａ）１７で増幅される。次にＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）１
８でデジタル信号に変換され、マイクロコンピュータ
（ＭＰＵ）１９に送信される。メモリ（Ｍ）２０は差
圧、静圧、温度の各センサの特性が記憶されており、こ
のデータを用いてマイクロコンピュータ１９でセンサ出
力を補正し、高精度に差圧を検出する。検出した差圧は
Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）２１で再びアナログ信号をに変
換され、出力される構成となっている。

【００３７】本発明による複合センサを用いれば、マイ
クロコンピュータ１９での処理は、概略的に、最初に、
温度センサ出力で差圧センサ出力の温度影響を除去し、
次に静圧センサ出力から温度センサ出力により温度影響
を除去し、これを用いて、差圧センサ出力から静圧影響
を除去する。こうして正確な差圧情報が得られる。従来
の複合センサでは、静圧センサ出力は差圧による影響を
含んでいたので、この差圧影響を除去する処理が必要で
あった。これに対して、本発明の複合センサでは、差圧
による静圧センサへの影響がないので、より簡単な補正
で、正確な差圧データを求めることできる。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、次の効果を奏する。半導体で形成されたセンサ基
板の表面上に、半導体の結晶の種類に応じて、静圧検出
用感応素子を、差圧による引張応力に影響されない方向
に配設するように構成したため、差圧による影響がない
静圧信号が得ることができ、より簡単な補正で精度の高
い差圧計測値を得ることができる。また、差圧検出用ダ
イヤフラムとは別途に静圧検出用ダイヤフラムを設ける
ように構成したものでは、高出力で差圧影響のない静圧
信号を得られるので、差圧計測の精度を向上でき、静圧
信号はプロセス圧用センサとしても利用できる。更に、
センサ基板をエッチングにより加工することで、歩留り
が向上し、信頼性、経済性に富む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す複合センサの平面図
である。

【図２】本発明の第１実施例を示す複合センサの断面図
である。

【図３】複合センサの各ゲージの結線図である。

【図４】ｐ型シリコンのピエゾ抵抗数係の分布を示す分
布図である。

【図５】ダイヤフラム上の抵抗変化と応力分布を示す図
である。

【図６】ｐ型の（１００）面シリコン基板の静圧ゲージ
に作用する応力を説明するための図である。

【図７】本発明の第２実施例を示す複合センサの平面図
である。

【図８】図７におけるVIII−VIII線断面図である。

【図９】本発明の第３実施例を示す複合センサの平面図
である。

【図１０】本発明の第４実施例を示す複合センサの平面
図である。

【図１１】センサ基板における等方性エッチング、異方
性エッチングにより形成された複合センサの要部断面図
である。

【図１２】差圧伝送器の使用例を示す図である。

【図１３】差圧伝送器の具体的構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ センサ基板 ２ 固定台 ４ 差圧検出用ダイヤフラム ５ 固定部 ７，８ ライン ９ 温度ゲージ １０ 静圧検出用ダイヤフラム １４ 差圧伝送器 １１１〜１１４ 差圧ゲージ ２１１〜２１４ 静圧ゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 智 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 鵜飼 征一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平３−44079（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−184433（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−27275（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−240134（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−40735（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−9704（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01L 9/04 101

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央の差圧検出用ダイヤフラムと周辺の
   固定部からなるセンサ基板と、前記ダイヤフラム上に配
   設した複数の差圧検出用感応素子と、固定部上に配設し
   た複数の静圧検出用感応素子を含む複合センサにおい
   て、前記静圧検出用感応素子は、前記ダイヤフラムに加
   わる差圧に基づき前記静圧検出用感応素子の配設領域に
   発生する引張応力の影響を受けない方向に配置されたこ
   とを特徴とする複合センサ。
2. 【請求項２】 中央の差圧検出用ダイヤフラムと周辺の
   固定部からなるセンサ基板と、前記ダイヤフラム上に配
   設した複数の差圧検出用感応素子と、前記固定部上に配
   設した複数の静圧検出用感応素子を含む複合センサにお
   いて、前記複数の静圧検出用感応素子のそれぞれは、前
   記センサ基板上の、前記ダイヤフラムに加わる差圧に基
   づき前記静圧検出用感応素子の配設領域に発生する引張
   応力の影響を受けない方向のライン上に配設され、且つ
   前記複数の静圧検出用感応素子のそれぞれの感度方向
   が、静圧により発生する引張応力の影響を最も受ける前
   記方向に向けて配置されることを特徴とする複合セン
   サ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の複合センサにおいて、引
   張応力の影響を最も受ける前記方向を０度の角度を有す
   る基準方向とするとき、引張応力の影響を受けない方向
   の前記ラインは、前記基準方向に対して４５度又は−４
   ５度の角度を有することを特徴とする複合センサ。
4. 【請求項４】 請求項３記載の複合センサにおいて、前
   記静圧検出用感応素子の個数は４個であり、これらの静
   圧検出用感応素子は、４５度と−４５度の２つの前記ラ
   インの交点から等距離の位置に分散して配設されること
   を特徴とする複合センサ。
5. 【請求項５】 請求項１又は２記載の複合センサにおい
   て、前記静圧検出用感応素子は、前記固定部の一部に形
   成された静圧検出用ダイヤフラムの上に配設され、一部
   の前記静圧検出用感応素子を前記静圧検出用ダイヤフラ
   ム上に配設し、残りの前記静圧検出用感応素子を前記固
   定部上に配設したことを特徴とする複合センサ。
6. 【請求項６】 請求項１又は２記載の複合センサにおい
   て、前記センサ基板はｐ型の（１００）面シリコン単結
   晶で形成され、引張応力の影響を受けない前記方向は＜
   ００１＞軸方向であることを特徴とする複合センサ。
7. 【請求項７】 請求項６記載の複合センサにおいて、前
   記センサ基板の加工は、異方性エッチングと等方性エッ
   チングのうちいずれか一方を用いて行うことを特徴とす
   る複合センサ。