JPH0750788B2 - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- JPH0750788B2 JPH0750788B2 JP59164443A JP16444384A JPH0750788B2 JP H0750788 B2 JPH0750788 B2 JP H0750788B2 JP 59164443 A JP59164443 A JP 59164443A JP 16444384 A JP16444384 A JP 16444384A JP H0750788 B2 JPH0750788 B2 JP H0750788B2
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- Japan
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- pressure
- pressure sensor
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- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
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- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は圧力センサーに関し、特に感度ばらつきのない
圧力センサに関するものである。
圧力センサに関するものである。
（従来技術とその問題点） 従来、圧力センサの分野では圧力感度に関して製品間の
ばらつきを低減することが大きな課題であった。当該圧
力感度のばらつきの原因として、(1)ダイアフラムの膜
厚の違い、(2)不純物濃度のばらつき等による各感圧素
子の感度の違い、(3)ダイアフラム上の感圧素子の位置
ずれ等の要因があげられる。近年、電気化学エッチング
等によりダイアフラムの膜厚制御が可能となり、上記
(1)の要因による圧力感度ばらつきの低減化に利用され
ている。また、半導体製造装置の進歩により上記(2)の
不純物濃度のばらつきを少なくすることも可能となっ
た。
ばらつきを低減することが大きな課題であった。当該圧
力感度のばらつきの原因として、(1)ダイアフラムの膜
厚の違い、(2)不純物濃度のばらつき等による各感圧素
子の感度の違い、(3)ダイアフラム上の感圧素子の位置
ずれ等の要因があげられる。近年、電気化学エッチング
等によりダイアフラムの膜厚制御が可能となり、上記
(1)の要因による圧力感度ばらつきの低減化に利用され
ている。また、半導体製造装置の進歩により上記(2)の
不純物濃度のばらつきを少なくすることも可能となっ
た。
一方、通常、感圧素子の位置決めは、顕微鏡を用いて、
技術者が予め刻まれた目印に従って目合せを行なってい
る。従がって、多少の位置ずれはこれを避けることがで
きない。以下、従来例を図をあげて説明し、同時にその
欠点について述べる。
技術者が予め刻まれた目印に従って目合せを行なってい
る。従がって、多少の位置ずれはこれを避けることがで
きない。以下、従来例を図をあげて説明し、同時にその
欠点について述べる。
第９図は従来の圧力変換器の構成例であり、又、第10図
は従来のダイアフラムを上から見た図である。第９図に
おいて、拡散型ひずみゲージ抵抗１の置かれる厚さ均一
のダイアフラム13と台座14により構成されるダイアフラ
ム型圧力センサ３は、該圧力センサ３の線膨張係数に極
めて近い線膨張係数を有するガラス４（例えばコーニン
グ社製7740パイレックスガラス）に静電ボンディングに
よって接着されている。
は従来のダイアフラムを上から見た図である。第９図に
おいて、拡散型ひずみゲージ抵抗１の置かれる厚さ均一
のダイアフラム13と台座14により構成されるダイアフラ
ム型圧力センサ３は、該圧力センサ３の線膨張係数に極
めて近い線膨張係数を有するガラス４（例えばコーニン
グ社製7740パイレックスガラス）に静電ボンディングに
よって接着されている。
さらにガラス４はパッケージ６に金、スズあるいは金、
スズの共晶合金５によって接着されている。また、パッ
ケージ６は、キャップ９によって封止されている。以下
に前記圧力変換器の動作原理を記す。圧力の測定される
気体10が導通管８を通して供給され、一方キャップ９に
つけられた導通管12を通して参照となる気体11が供給さ
れる。12は大気中に開放される場合もある。圧力センサ
３のダイアフラム13には、上面と下面の気体の圧力の差
によりひずみが生じ、ダイアフラム13上につくられ、ゲ
ージ抵抗により構成されたホイートストンブリッジ回路
において、当該ブリッジ回路の出力電圧変化が検出され
る。当該ブリッジ回路の励起電圧及び出力電圧は、金属
細線２を介してリード７より入出力される。
スズの共晶合金５によって接着されている。また、パッ
ケージ６は、キャップ９によって封止されている。以下
に前記圧力変換器の動作原理を記す。圧力の測定される
気体10が導通管８を通して供給され、一方キャップ９に
つけられた導通管12を通して参照となる気体11が供給さ
れる。12は大気中に開放される場合もある。圧力センサ
３のダイアフラム13には、上面と下面の気体の圧力の差
によりひずみが生じ、ダイアフラム13上につくられ、ゲ
ージ抵抗により構成されたホイートストンブリッジ回路
において、当該ブリッジ回路の出力電圧変化が検出され
る。当該ブリッジ回路の励起電圧及び出力電圧は、金属
細線２を介してリード７より入出力される。
第10図のダイアフラム13は通常シリコンの（100）面を
利用しており、当該ダイアフラムの周辺〈110〉方向に
向けられている。かかる場合には、ゲージ抵抗１は感度
を大きくとる目的で、ダイアフラム13に周辺近くに位置
決めされる。第11図は、圧力が印加された際にダイアフ
ラム中心線上（第10図Ａ−Ａ′）に生じた同方向一軸応
力の分布を示したものである。図中、30はゲージ抵抗１
の置かれる位置を示している。同図に明らかなように、
従来、ゲージ抵抗１の置かれる位置は応力の急激に変化
する所でもあった。従がって、従来の構造を持つ圧力セ
ンサでは、先に述べたように、ゲージ抵抗の位置決めの
際に不可避的に生ずるわずかのずれに対しても、感度の
大きな変動が起こり、結局、圧力センサの感度ばらつき
を避けることができないという欠点があった。
利用しており、当該ダイアフラムの周辺〈110〉方向に
向けられている。かかる場合には、ゲージ抵抗１は感度
を大きくとる目的で、ダイアフラム13に周辺近くに位置
決めされる。第11図は、圧力が印加された際にダイアフ
ラム中心線上（第10図Ａ−Ａ′）に生じた同方向一軸応
力の分布を示したものである。図中、30はゲージ抵抗１
の置かれる位置を示している。同図に明らかなように、
従来、ゲージ抵抗１の置かれる位置は応力の急激に変化
する所でもあった。従がって、従来の構造を持つ圧力セ
ンサでは、先に述べたように、ゲージ抵抗の位置決めの
際に不可避的に生ずるわずかのずれに対しても、感度の
大きな変動が起こり、結局、圧力センサの感度ばらつき
を避けることができないという欠点があった。
（発明の目的） 本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去し、感度ば
らつきのない圧力センサを提供することにある。
らつきのない圧力センサを提供することにある。
（発明の構成） 上記目的を達成するために、本発明は、印加した圧力に
応答する感圧素子と、前記感圧素子の置かれる（100）
方向を向く方向に主面がある正方形のダイアフラムと、
前記ダイアフラムの周囲を固定する台座より構成される
シリコン圧力センサにおいて、前記ダイアフラムの周辺
部を中央部より厚くし、かつ、前記周辺部の応力変動量
が小さな位置に、前記感圧素子を配置したものである。
応答する感圧素子と、前記感圧素子の置かれる（100）
方向を向く方向に主面がある正方形のダイアフラムと、
前記ダイアフラムの周囲を固定する台座より構成される
シリコン圧力センサにおいて、前記ダイアフラムの周辺
部を中央部より厚くし、かつ、前記周辺部の応力変動量
が小さな位置に、前記感圧素子を配置したものである。
（発明の作用原理） 本発明の圧力センサは感圧素子の置かれるダイアフラム
が従来のように均一の厚さでなく、周辺部が中央部より
厚く構成されている。このダイアフラムの中心線上に生
じた応力を同方向一軸応力について示すと第３図の関係
が得られ、感圧素子の置かれる位置での応力の変化が著
しく小さいことが明らかになった。従って本発明では感
圧素子を置くダイアフラムを中央部より周辺部を厚く
し、応力変化のすくない位置に感圧素子を設置したので
感圧素子の設置位置のわずかの変化に対し圧力センサの
感度ばらつきを大幅に低減することができた。
が従来のように均一の厚さでなく、周辺部が中央部より
厚く構成されている。このダイアフラムの中心線上に生
じた応力を同方向一軸応力について示すと第３図の関係
が得られ、感圧素子の置かれる位置での応力の変化が著
しく小さいことが明らかになった。従って本発明では感
圧素子を置くダイアフラムを中央部より周辺部を厚く
し、応力変化のすくない位置に感圧素子を設置したので
感圧素子の設置位置のわずかの変化に対し圧力センサの
感度ばらつきを大幅に低減することができた。
（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。
る。
第１図および第２図は、本発明の一実施例を示す図で、
第１図は断面図、第２図は第１図のダイアフラムを上か
ら見た図である。図において、従来例として示した第９
図および第10図と同一番号は同一構成要素を示してい
る。第１図と従来例の第９図とはダイアフラムの構造の
違いを除いて同一構成であり、以下当該ダイアフラムに
ついて説明を行ない、他の要素についてはこれを省く。
第１図は断面図、第２図は第１図のダイアフラムを上か
ら見た図である。図において、従来例として示した第９
図および第10図と同一番号は同一構成要素を示してい
る。第１図と従来例の第９図とはダイアフラムの構造の
違いを除いて同一構成であり、以下当該ダイアフラムに
ついて説明を行ない、他の要素についてはこれを省く。
当該ダイアフラム40aでは、周辺部41が中央部42よりも
厚く、ゲージ抵抗１は周辺部41に置かれている。ダイア
フラム40aを作製するには、例えば第一段のマスクを台
座14の下面に用いてこれを保護した後、エッチングによ
り周辺部41を作り、続いて、第二段のマスクを台座14お
よび周辺部41の下面に用いて中央部42を作製するという
方法を用いると良い。なお、当該エッチングを行なう際
には、ダイアフラム40aの上面を常に保護してエッチン
グを受けないようにしなければならない。また、エッチ
ングの技術として、化学エッチング、放電加工等を用い
ることができる。
厚く、ゲージ抵抗１は周辺部41に置かれている。ダイア
フラム40aを作製するには、例えば第一段のマスクを台
座14の下面に用いてこれを保護した後、エッチングによ
り周辺部41を作り、続いて、第二段のマスクを台座14お
よび周辺部41の下面に用いて中央部42を作製するという
方法を用いると良い。なお、当該エッチングを行なう際
には、ダイアフラム40aの上面を常に保護してエッチン
グを受けないようにしなければならない。また、エッチ
ングの技術として、化学エッチング、放電加工等を用い
ることができる。
第３図は、圧力が印加された際にダイアフラム40aの中
心線上（第２図Ｂ−Ｂ′）に生じた応力を同一方向一軸
応力について示したものである。図中60は、感圧素子例
えばゲージ抵抗１の置かれる位置を示している。同図
は、従来例の第11図と異なり、当該感圧素子の置かれる
位置で応力の変化が著しく小さい。従がって、本実施例
の構造をもつ圧力センサでは、感圧素子の位置ずれによ
り生ずる感度ばらつきを低減することが可能である。
心線上（第２図Ｂ−Ｂ′）に生じた応力を同一方向一軸
応力について示したものである。図中60は、感圧素子例
えばゲージ抵抗１の置かれる位置を示している。同図
は、従来例の第11図と異なり、当該感圧素子の置かれる
位置で応力の変化が著しく小さい。従がって、本実施例
の構造をもつ圧力センサでは、感圧素子の位置ずれによ
り生ずる感度ばらつきを低減することが可能である。
第４図乃至第７図は本発明の他の実施例である。図にお
いて、第１図と同一番号は同一構成要素を示している。
これらの実施例において、ダイアフラムの周辺部41の形
状が、第４図ではダイアフラム40bが周辺に厚いテーパ
に、第５図ではダイアフラム40cが内側に厚いテーパ形
状になっている。また、第６図では、ダイアフラム40d
が周辺部41が二段のステップにより形成されている。第
７図では、中央部42より漸次周辺に厚いテーパによりダ
イアフラム40eが形成されている。上記の実施例の他
に、周辺部41が、二段以上のステップあるいはテーパか
らなる構成を持っても良い。また、上記ステップとテー
パおよび第７図等を任意に組み合せた構成も本発明に含
まれる。
いて、第１図と同一番号は同一構成要素を示している。
これらの実施例において、ダイアフラムの周辺部41の形
状が、第４図ではダイアフラム40bが周辺に厚いテーパ
に、第５図ではダイアフラム40cが内側に厚いテーパ形
状になっている。また、第６図では、ダイアフラム40d
が周辺部41が二段のステップにより形成されている。第
７図では、中央部42より漸次周辺に厚いテーパによりダ
イアフラム40eが形成されている。上記の実施例の他
に、周辺部41が、二段以上のステップあるいはテーパか
らなる構成を持っても良い。また、上記ステップとテー
パおよび第７図等を任意に組み合せた構成も本発明に含
まれる。
第８図は本発明のその他の一実施例を示す図である。図
において、第１図と同一番号は同一構成要素を示してい
る。本実施例は、第２図の実施例の周辺部41にくびれ80
が形成された点において前記実施例と異なる構成をもつ
が、第４図乃至第７図に示す実施例と同様の効果が得ら
れる。
において、第１図と同一番号は同一構成要素を示してい
る。本実施例は、第２図の実施例の周辺部41にくびれ80
が形成された点において前記実施例と異なる構成をもつ
が、第４図乃至第７図に示す実施例と同様の効果が得ら
れる。
以上、本発明について例を挙げ詳細な説明を行なった。
なお、本発明の構成は、前記実施例第１図のダイアフラ
ム40a（周辺部41と中央部42を含む）を除く他の構成要
素について何ら制限されず、通常用いられる全ての構成
が本発明に含まれる。
なお、本発明の構成は、前記実施例第１図のダイアフラ
ム40a（周辺部41と中央部42を含む）を除く他の構成要
素について何ら制限されず、通常用いられる全ての構成
が本発明に含まれる。
また、前記ダイアフラムを金属で構成し、該金属の表面
の一方、あるいは両側にストレンゲージを貼りつけた
り、金属あるいは半導体からなるストレンゲージを蒸着
したりすること等によって、該ダイアフラムに印加され
た圧力を検出する構成、シリコン等半導体よりなる前記
ダイアフラムの表面をシリコン等の酸化膜、窒化膜等で
保護した構成、及び該表面上に周辺回路を形成した構成
も本発明に含まれる。
の一方、あるいは両側にストレンゲージを貼りつけた
り、金属あるいは半導体からなるストレンゲージを蒸着
したりすること等によって、該ダイアフラムに印加され
た圧力を検出する構成、シリコン等半導体よりなる前記
ダイアフラムの表面をシリコン等の酸化膜、窒化膜等で
保護した構成、及び該表面上に周辺回路を形成した構成
も本発明に含まれる。
なお、上記実施例において周辺部の領域および厚さを大
きくする程、ゲージ抵抗に働く応力の分布は緩やかにな
り、従がって、感度ばらつきが減少する。しかし、この
場合には、同時に応力の絶対値が減少することにより、
感度が小さくなる。従がって、圧力センサを設計する際
には、以上の効果を考慮して、感度および感度ばらつき
を最適にするようにダイアフラムの周辺部の寸法を決め
なければならない。
きくする程、ゲージ抵抗に働く応力の分布は緩やかにな
り、従がって、感度ばらつきが減少する。しかし、この
場合には、同時に応力の絶対値が減少することにより、
感度が小さくなる。従がって、圧力センサを設計する際
には、以上の効果を考慮して、感度および感度ばらつき
を最適にするようにダイアフラムの周辺部の寸法を決め
なければならない。
（発明の効果） 以上説明したとおり、本発明によれば、感度ばらつきの
ない圧力センサを供給することが可能となり、その結果
圧力センサの品質の向上および製造コストを低減するこ
とのできる効果は大きいものである。
ない圧力センサを供給することが可能となり、その結果
圧力センサの品質の向上および製造コストを低減するこ
とのできる効果は大きいものである。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は第１図の
ダイアフラムを上から見た図、第３図は第２図のＢ−
Ｂ′に沿って生ずる応力の分布図、第４図〜第８図はそ
れぞれ本発明の他の実施例のダイアフラムの断面図、第
９図は従来の圧力センサの断面図、第10図は第９図のダ
イアフラムを上から見た図、第11図は第10図のＡ−Ａ′
に沿って生ずる応力の分布図である。 １……ゲージ抵抗、２……金属細線、３……圧力セン
サ、４……ガラス、５……金、スズ等の共晶合金、６…
…パッケージ、７……リード、8,12……導通管、９……
キャップ、10,11……気体、13……ダイアフラム、14…
…台座、30,60……ゲージ抵抗の置かれる位置、40,40a,
40b,40c,40d,40e,40f……ダイアフラム、41……周辺
部、42……中央部、80……くびれ。
ダイアフラムを上から見た図、第３図は第２図のＢ−
Ｂ′に沿って生ずる応力の分布図、第４図〜第８図はそ
れぞれ本発明の他の実施例のダイアフラムの断面図、第
９図は従来の圧力センサの断面図、第10図は第９図のダ
イアフラムを上から見た図、第11図は第10図のＡ−Ａ′
に沿って生ずる応力の分布図である。 １……ゲージ抵抗、２……金属細線、３……圧力セン
サ、４……ガラス、５……金、スズ等の共晶合金、６…
…パッケージ、７……リード、8,12……導通管、９……
キャップ、10,11……気体、13……ダイアフラム、14…
…台座、30,60……ゲージ抵抗の置かれる位置、40,40a,
40b,40c,40d,40e,40f……ダイアフラム、41……周辺
部、42……中央部、80……くびれ。
Claims (1)
- 【請求項１】印加した圧力に応答する感圧素子と、前記
感圧素子の置かれる（100）方向を向く方向に主面があ
る正方形のダイアフラムと、前記ダイアフラムの周囲を
固定する台座より構成されるシリコン圧力センサにおい
て、前記ダイアフラムの周辺部を中央部より厚くし、か
つ、前記周辺部の応力変動量が小さな位置に、前記感圧
素子を配置したことを特徴とする圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59164443A JPH0750788B2 (ja) | 1984-08-06 | 1984-08-06 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59164443A JPH0750788B2 (ja) | 1984-08-06 | 1984-08-06 | 圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6142956A JPS6142956A (ja) | 1986-03-01 |
| JPH0750788B2 true JPH0750788B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=15793261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59164443A Expired - Lifetime JPH0750788B2 (ja) | 1984-08-06 | 1984-08-06 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750788B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0758795B2 (ja) * | 1985-01-28 | 1995-06-21 | 日本電気株式会社 | 圧力センサ |
| JP3509275B2 (ja) * | 1995-04-24 | 2004-03-22 | 株式会社デンソー | 半導体装置の製造方法 |
| US7279759B2 (en) * | 2003-03-11 | 2007-10-09 | Robert Bosch Gmbh | Membrane sensor |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5160577A (ja) * | 1974-11-25 | 1976-05-26 | Tokyo Shibaura Electric Co |
-
1984
- 1984-08-06 JP JP59164443A patent/JPH0750788B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6142956A (ja) | 1986-03-01 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |