JPH11142269A - 半導体圧力センサ及びこれを用いた複合伝送器 - Google Patents
半導体圧力センサ及びこれを用いた複合伝送器Info
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- JPH11142269A JPH11142269A JP30680297A JP30680297A JPH11142269A JP H11142269 A JPH11142269 A JP H11142269A JP 30680297 A JP30680297 A JP 30680297A JP 30680297 A JP30680297 A JP 30680297A JP H11142269 A JPH11142269 A JP H11142269A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ピエゾ抵抗とダイアフラムを組み合わせた構造
の半導体圧力センサにおいて、規定の正負両過大圧力に
対して安定に作用する機械的ストッパを備え付けること
で、高精度な差圧検出用圧力センサならびに複合伝送器
を提供すること。 【解決手段】ダイアフラム内部に形成された剛体部の先
端に板材を張り付け、アルカリ異方性エッチングでテー
パ状に形成されたダイアフラム支持部側面に形成した段
差表面領域とを組み合わせて過大圧力がかかった時の機
械的ストッパとする。
の半導体圧力センサにおいて、規定の正負両過大圧力に
対して安定に作用する機械的ストッパを備え付けること
で、高精度な差圧検出用圧力センサならびに複合伝送器
を提供すること。 【解決手段】ダイアフラム内部に形成された剛体部の先
端に板材を張り付け、アルカリ異方性エッチングでテー
パ状に形成されたダイアフラム支持部側面に形成した段
差表面領域とを組み合わせて過大圧力がかかった時の機
械的ストッパとする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は各種プラントで圧力
などを測定する際に使用される半導体圧力センサ及びこ
れを用いた複合伝送器に関する。
などを測定する際に使用される半導体圧力センサ及びこ
れを用いた複合伝送器に関する。
【0002】
【従来の技術】被測定物の圧力を受けて変位するシリコ
ンダイアフラム上に感歪ゲージとしてピエゾ抵抗を使用
し、圧力センサを構成することは広く知られている。こ
の圧力センサに過大圧力が加わり、シリコンの機械強度
を超えると、ダイアフラムが破損し圧力センサが壊れて
しまうため、過大圧力がかかった場合に備えて何らかの
保護機構を備え付ける必要がある。伝送器においては、
圧力センサに過大圧力が加わらないように、圧力センサ
を組み込む伝送器本体に保護機構を設ける場合が多い。
しかし、伝送器本体に保護機構を設けることは、伝送器
自体の大きさが大きくなるばかりでなく、保護機構を組
み込むことによって生じる機械的歪が伝送器出力のドリ
フトやヒステリシスの主原因となり、特性に悪影響を及
ぼす。
ンダイアフラム上に感歪ゲージとしてピエゾ抵抗を使用
し、圧力センサを構成することは広く知られている。こ
の圧力センサに過大圧力が加わり、シリコンの機械強度
を超えると、ダイアフラムが破損し圧力センサが壊れて
しまうため、過大圧力がかかった場合に備えて何らかの
保護機構を備え付ける必要がある。伝送器においては、
圧力センサに過大圧力が加わらないように、圧力センサ
を組み込む伝送器本体に保護機構を設ける場合が多い。
しかし、伝送器本体に保護機構を設けることは、伝送器
自体の大きさが大きくなるばかりでなく、保護機構を組
み込むことによって生じる機械的歪が伝送器出力のドリ
フトやヒステリシスの主原因となり、特性に悪影響を及
ぼす。
【0003】したがって、過大圧力に対する保護機構は
圧力センサ自身に備え付けることが望ましい。
圧力センサ自身に備え付けることが望ましい。
【0004】圧力センサ自身に過大圧力保護機構とし
て、機械的ストッパを設ければ伝送器の大きさを小さく
することができ、伝送器の出力特性の悪化を防ぐことが
できる。
て、機械的ストッパを設ければ伝送器の大きさを小さく
することができ、伝送器の出力特性の悪化を防ぐことが
できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
においては、圧力センサのダイヤフラム内部に機械的ス
トッパとして作用する部材を追加している場合が多い。
従ってセンサと部材との貼り付け位置が意図したとおり
正確に貼り付けられないと、部材が機械的ストッパとし
て作用する過大圧力に大きなばらつきが生じてしまう。
においては、圧力センサのダイヤフラム内部に機械的ス
トッパとして作用する部材を追加している場合が多い。
従ってセンサと部材との貼り付け位置が意図したとおり
正確に貼り付けられないと、部材が機械的ストッパとし
て作用する過大圧力に大きなばらつきが生じてしまう。
【0006】本発明の目的は、ほぼ一定の規定過大圧力
で機械的ストッパが作用する過大圧保護機構を提供する
ものである。この保護機構を用いることで、安定した過
大圧力保護機構付半導体圧力センサ及び複合センサが実
現できる。
で機械的ストッパが作用する過大圧保護機構を提供する
ものである。この保護機構を用いることで、安定した過
大圧力保護機構付半導体圧力センサ及び複合センサが実
現できる。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する方法
として、ダイアフラムを支持する厚肉部のダイアフラム
側の側面には段差構造を設け、ダイアフラム内部に形成
された剛体部の先端に板材を貼り付ける構造とする。こ
のダイアフラム支持部側面の段差表面領域と板材との接
触を負側過大圧力が加わった際の機械的ストッパとして
利用することで、負側過大圧力に対する保護機構とす
る。通常、単結晶シリコン基板を裏面側からくり抜いて
ダイアフラムを形成する際にはアルカリ異方性エッチン
グ技術が用いられ、ダイアフラムを支持する厚肉部の側
面は、裏面開口側が広く、ダイアフラム形成側が狭くな
るように、テーパ状に形成される。このアルカリ異方性
エッチングを2段に分けて行うことで、側面に段差構造
を形成することができる。単結晶シリコン基板の裏面側
から過大圧力が印加された際に、ダイアフラム内部に形
成された剛体部先端の板材がダイアフラムを支持する厚
肉部側面に形成された段差部の表面領域に当たるように
板材の径を設定することで、機械的なストッパとするこ
とができる。
として、ダイアフラムを支持する厚肉部のダイアフラム
側の側面には段差構造を設け、ダイアフラム内部に形成
された剛体部の先端に板材を貼り付ける構造とする。こ
のダイアフラム支持部側面の段差表面領域と板材との接
触を負側過大圧力が加わった際の機械的ストッパとして
利用することで、負側過大圧力に対する保護機構とす
る。通常、単結晶シリコン基板を裏面側からくり抜いて
ダイアフラムを形成する際にはアルカリ異方性エッチン
グ技術が用いられ、ダイアフラムを支持する厚肉部の側
面は、裏面開口側が広く、ダイアフラム形成側が狭くな
るように、テーパ状に形成される。このアルカリ異方性
エッチングを2段に分けて行うことで、側面に段差構造
を形成することができる。単結晶シリコン基板の裏面側
から過大圧力が印加された際に、ダイアフラム内部に形
成された剛体部先端の板材がダイアフラムを支持する厚
肉部側面に形成された段差部の表面領域に当たるように
板材の径を設定することで、機械的なストッパとするこ
とができる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明における一実施例の
概略構造を示す上面図、図2は図1の矢視A−O−B断
面図である。基板51はn型(100)面単結晶シリコ
ンからなり、差圧検出用ダイアフラム21内には側面段
差領域20を例えばアルカリ異方性エッチング技術を2
段に分けて用いることにより形成する。この側面段差領
域の形状は図1,図2では八角形であるが、もちろん円
形、その他の形状であっても構わない。この時、剛体部
23も同時に形成することができる。差圧検出用ダイア
フラム21の外側には4個の静圧検出用ダイアフラム2
2をアルカリ異方性エッチングによって同時に形成す
る。剛体部23の先端には例えばパイレックスガラスか
らなる板材24が形成されている。
概略構造を示す上面図、図2は図1の矢視A−O−B断
面図である。基板51はn型(100)面単結晶シリコ
ンからなり、差圧検出用ダイアフラム21内には側面段
差領域20を例えばアルカリ異方性エッチング技術を2
段に分けて用いることにより形成する。この側面段差領
域の形状は図1,図2では八角形であるが、もちろん円
形、その他の形状であっても構わない。この時、剛体部
23も同時に形成することができる。差圧検出用ダイア
フラム21の外側には4個の静圧検出用ダイアフラム2
2をアルカリ異方性エッチングによって同時に形成す
る。剛体部23の先端には例えばパイレックスガラスか
らなる板材24が形成されている。
【0009】この板材24の形状は図1,図2では円形
であるが、もちろんその他の形状であっても構わない。
25はパイレックスガラスからなる台、27は低融点ガ
ラス、28は圧力導入口29を有する、例えばFe−N
iからなるポスト材である。上記ダイアフラム21,2
2上には圧力を受けてダイアフラムが変形した際の応力
を検知するピエゾ抵抗31a〜31d,32a〜32d
および温度センサ33が形成されている。34はp型高
濃度不純物層の配線、35はアルミニウムの配線、1〜
12はアルミニウムのコンタクトパッドである。
であるが、もちろんその他の形状であっても構わない。
25はパイレックスガラスからなる台、27は低融点ガ
ラス、28は圧力導入口29を有する、例えばFe−N
iからなるポスト材である。上記ダイアフラム21,2
2上には圧力を受けてダイアフラムが変形した際の応力
を検知するピエゾ抵抗31a〜31d,32a〜32d
および温度センサ33が形成されている。34はp型高
濃度不純物層の配線、35はアルミニウムの配線、1〜
12はアルミニウムのコンタクトパッドである。
【0010】図3(a)〜(g)は上記実施例半導体セ
ンサの製造工程を示す断面図である。以下、製造工程に
ついて説明する。
ンサの製造工程を示す断面図である。以下、製造工程に
ついて説明する。
【0011】(a)まず、n型(100)面単結晶シリ
コンからなるダイアフラム支持基板51の上面に、ボロ
ンを拡散して、ピエゾ抵抗,p型高濃度不純物層の配線
およびアルミニウムの配線,コンタクトパッドを形成す
る。
コンからなるダイアフラム支持基板51の上面に、ボロ
ンを拡散して、ピエゾ抵抗,p型高濃度不純物層の配線
およびアルミニウムの配線,コンタクトパッドを形成す
る。
【0012】(b)単結晶シリコン基板の裏面側に、例
えばCVDによってSiO2 膜26を堆積し、アルカリ
異方性エッチングの際にマスクとなるパターンをフォト
リソ,エッチングによって形成する。この際、フォトリ
ソ,エッチングは2回行い、SiO2 膜厚を2段に形成
する。
えばCVDによってSiO2 膜26を堆積し、アルカリ
異方性エッチングの際にマスクとなるパターンをフォト
リソ,エッチングによって形成する。この際、フォトリ
ソ,エッチングは2回行い、SiO2 膜厚を2段に形成
する。
【0013】(c)次に、例えばKOHにより、アルカ
リ異方性エッチングを行う。
リ異方性エッチングを行う。
【0014】(d)この後、SiO2 のエッチングを行
う。先程形成した2段のSiO2 膜の内、膜厚の薄い方
は無くなり、膜厚の厚い方は残るようにする。
う。先程形成した2段のSiO2 膜の内、膜厚の薄い方
は無くなり、膜厚の厚い方は残るようにする。
【0015】(e)次に、もう一度KOHによるアルカ
リ異方性エッチングを行い、側面段差領域20,ダイア
フラム21,22、剛体部23の形成を行う。
リ異方性エッチングを行い、側面段差領域20,ダイア
フラム21,22、剛体部23の形成を行う。
【0016】(f)もう一度SiO2 のエッチングを行
い、すべてのSiO2 膜をエッチング除去する。
い、すべてのSiO2 膜をエッチング除去する。
【0017】(g)パイレックスガラスからなる板材2
4を陽極接合によって接合する。最後にダイアフラムの
支持する厚肉部にパイレックスガラス台25を陽極接合
し、低融点ガラス27を介して、Fe−Ni等からなる
ポスト材28を固着する。この時、圧力導入口29がつ
ながるダイアフラム21は差圧検出用ダイアフラムとな
り、圧力導入口29がつながらないダイアフラム22は
静圧検出用ダイアフラムとなる。
4を陽極接合によって接合する。最後にダイアフラムの
支持する厚肉部にパイレックスガラス台25を陽極接合
し、低融点ガラス27を介して、Fe−Ni等からなる
ポスト材28を固着する。この時、圧力導入口29がつ
ながるダイアフラム21は差圧検出用ダイアフラムとな
り、圧力導入口29がつながらないダイアフラム22は
静圧検出用ダイアフラムとなる。
【0018】剛体部23の板厚と板材24の板厚の和
が、ダイアフラムを支持する厚膜部の板厚とパイレック
スガラス台の板厚の和とほぼ同じか、もしくは大きいな
らば、図4に示すようにポスト材28の板材に対向する
面側に、板材24の最大径Dよりも大きい径Eをもつ穴
部30を形成することで、ダイアフラムに圧力が印加さ
れた時のダイアフラム変位領域を確保することができ
る。
が、ダイアフラムを支持する厚膜部の板厚とパイレック
スガラス台の板厚の和とほぼ同じか、もしくは大きいな
らば、図4に示すようにポスト材28の板材に対向する
面側に、板材24の最大径Dよりも大きい径Eをもつ穴
部30を形成することで、ダイアフラムに圧力が印加さ
れた時のダイアフラム変位領域を確保することができ
る。
【0019】もし、剛体部23の板厚と板材24の板厚
の和が、ダイアフラムを支持する厚膜部の板厚とパイレ
ックスガラス台の板厚の和よりも小さく、ダイアフラム
上面側から圧力が印加された時のダイアフラム変位領域
を十分確保できるならば、図5に示すように、ポスト材
の板材に対向する面側を平らな形状とすることができ
る。いずれの場合にも、圧力導入口の穴径dは板材24
の最大径Dよりも小さくしておく。図4,図5のような
構造とすれば、ダイアフラム上面側から過大圧力がかか
った場合に板材24とポスト材28が接触するため、機
械的なストッパが形成できる。
の和が、ダイアフラムを支持する厚膜部の板厚とパイレ
ックスガラス台の板厚の和よりも小さく、ダイアフラム
上面側から圧力が印加された時のダイアフラム変位領域
を十分確保できるならば、図5に示すように、ポスト材
の板材に対向する面側を平らな形状とすることができ
る。いずれの場合にも、圧力導入口の穴径dは板材24
の最大径Dよりも小さくしておく。図4,図5のような
構造とすれば、ダイアフラム上面側から過大圧力がかか
った場合に板材24とポスト材28が接触するため、機
械的なストッパが形成できる。
【0020】差圧検出用ダイアフラム21ならびに4個
の静圧検出用ダイアフラム22のそれぞれの表面付近に
形成されたp型のピエゾ抵抗は、ボロン等を拡散して応
力に対して最も敏感な<110>方向に作り込まれる。
ピエゾ抵抗は、長手方向に引張応力が働いた場合抵抗値
が増加する。この方向に配列したゲージをLゲージと呼
ぶ。また、横手方向に引張応力が働いた場合抵抗値が減
少する。この方向に配列したゲージをTゲージと呼ぶ。
の静圧検出用ダイアフラム22のそれぞれの表面付近に
形成されたp型のピエゾ抵抗は、ボロン等を拡散して応
力に対して最も敏感な<110>方向に作り込まれる。
ピエゾ抵抗は、長手方向に引張応力が働いた場合抵抗値
が増加する。この方向に配列したゲージをLゲージと呼
ぶ。また、横手方向に引張応力が働いた場合抵抗値が減
少する。この方向に配列したゲージをTゲージと呼ぶ。
【0021】図1の例では差圧検出用ダイアフラム21
上のピエゾ抵抗4個をすべてダイアフラム支持部近傍に
配置し、長手方向がダイアフラムの半径方向と平行とな
る2個のLゲージ31a,31c、長手方向がダイアフ
ラムの接線方向と平行となる2個のTゲージ31b,3
1dを配置している。静圧検出用ダイアフラム22上に
はLゲージ32a,32c、Tゲージ32b,32dを
配置している。
上のピエゾ抵抗4個をすべてダイアフラム支持部近傍に
配置し、長手方向がダイアフラムの半径方向と平行とな
る2個のLゲージ31a,31c、長手方向がダイアフ
ラムの接線方向と平行となる2個のTゲージ31b,3
1dを配置している。静圧検出用ダイアフラム22上に
はLゲージ32a,32c、Tゲージ32b,32dを
配置している。
【0022】ピエゾ抵抗の配置方法は図1の例の他、L
ゲージ2個とTゲージ2個をすべて剛体部近傍に配置す
る方法、Lゲージをダイアフラム支持部近傍に2個、剛
体部近傍に2個配置する方法、Tゲージをダイアフラム
支持部近傍に2個、剛体部近傍に2個配置する方法があ
る。31a〜31d,32a〜32dのピエゾ抵抗は図
6に示すように2組のホイートストンブリッジを構成す
る。ここで、差圧検出用ダイアフラム21と31a〜3
1dのブリッジで構成される部分を差圧センサ、静圧検
出用ダイアフラム22と32a〜32dのブリッジで構
成される部分を静圧センサと呼ぶ。
ゲージ2個とTゲージ2個をすべて剛体部近傍に配置す
る方法、Lゲージをダイアフラム支持部近傍に2個、剛
体部近傍に2個配置する方法、Tゲージをダイアフラム
支持部近傍に2個、剛体部近傍に2個配置する方法があ
る。31a〜31d,32a〜32dのピエゾ抵抗は図
6に示すように2組のホイートストンブリッジを構成す
る。ここで、差圧検出用ダイアフラム21と31a〜3
1dのブリッジで構成される部分を差圧センサ、静圧検
出用ダイアフラム22と32a〜32dのブリッジで構
成される部分を静圧センサと呼ぶ。
【0023】ダイアフラムに圧力が印加されると、それ
ぞれのダイアフラムがたわみ、ダイアフラム上に形成さ
れたピエゾ抵抗で構成される各ブリッジが上面と下面の
圧力差にほぼ比例したセンサ出力V1,V2を発生する。
ここで、差圧センサはダイアフラムの上面と下面の圧力
差(差圧)を測定するのに対し、静圧センサはダイアフ
ラムの上面と密閉された一定圧力部分との圧力差(静
圧)を測定することになる。
ぞれのダイアフラムがたわみ、ダイアフラム上に形成さ
れたピエゾ抵抗で構成される各ブリッジが上面と下面の
圧力差にほぼ比例したセンサ出力V1,V2を発生する。
ここで、差圧センサはダイアフラムの上面と下面の圧力
差(差圧)を測定するのに対し、静圧センサはダイアフ
ラムの上面と密閉された一定圧力部分との圧力差(静
圧)を測定することになる。
【0024】一方、ダイアフラムと同一基板上に集積化
される温度センサ33も同様にボロン等を拡散すること
で形成されるが、応力変化に対してほとんど抵抗変化を
示さない<100>方向に配列することで、温度に対し
てのみ感度をもたせるようにする。温度センサ33は図
6に示したように差圧センサ,静圧センサのピエゾ抵抗
ブリッジと結線される。
される温度センサ33も同様にボロン等を拡散すること
で形成されるが、応力変化に対してほとんど抵抗変化を
示さない<100>方向に配列することで、温度に対し
てのみ感度をもたせるようにする。温度センサ33は図
6に示したように差圧センサ,静圧センサのピエゾ抵抗
ブリッジと結線される。
【0025】ピエゾ抵抗の配列間ならびにアルミニウム
のコンタクトパッド1〜12への配線には、より高濃度
にボロン等を拡散したp型不純物拡散層34とアルミニ
ウム配線35を併用する。本実施例ではダイアフラムの
外側やピエゾ抵抗から離れた場所等、温度ヒステリシス
の影響が比較的小さい所については、抵抗値の小さいア
ルミニウム配線を使用しているが、この他、コンタクト
パッドを除くすべての配線を高濃度不純物層とする配線
方法も可能である。
のコンタクトパッド1〜12への配線には、より高濃度
にボロン等を拡散したp型不純物拡散層34とアルミニ
ウム配線35を併用する。本実施例ではダイアフラムの
外側やピエゾ抵抗から離れた場所等、温度ヒステリシス
の影響が比較的小さい所については、抵抗値の小さいア
ルミニウム配線を使用しているが、この他、コンタクト
パッドを除くすべての配線を高濃度不純物層とする配線
方法も可能である。
【0026】次に図7を用いてダイアフラムに圧力が印
加された場合のセンサの動作について説明する。ダイア
フラムの上面と下面の間で圧力差が生じた場合、上面側
がより高圧力ならば図7(a)に示すようにダイアフラ
ムが変形する。ダイアフラム変形時に、ピエゾ抵抗が作
り込まれているダイアフラム表面付近に発生する応力は
図7(b)に示すようになる。ダイアフラム上では、ダ
イアフラム支持部近傍で最大の引張応力σ1 、剛体部近
傍で最大の圧縮応力が発生する。図7(a)に示すよう
に、ダイアフラムの外径をX、剛体部の外径をY、ダイ
アフラムの厚さをhとすれば、差圧ΔPが印加された時
σ1 は次の式で表わされる。
加された場合のセンサの動作について説明する。ダイア
フラムの上面と下面の間で圧力差が生じた場合、上面側
がより高圧力ならば図7(a)に示すようにダイアフラ
ムが変形する。ダイアフラム変形時に、ピエゾ抵抗が作
り込まれているダイアフラム表面付近に発生する応力は
図7(b)に示すようになる。ダイアフラム上では、ダ
イアフラム支持部近傍で最大の引張応力σ1 、剛体部近
傍で最大の圧縮応力が発生する。図7(a)に示すよう
に、ダイアフラムの外径をX、剛体部の外径をY、ダイ
アフラムの厚さをhとすれば、差圧ΔPが印加された時
σ1 は次の式で表わされる。
【0027】
【数1】σ1=3・(X2−Y2)・ΔP/(16・h2) 図1に示すように、ダイアフラムの支持部近傍にそれぞ
れLゲージ,Tゲージを2個ずつ配置した場合には、差
圧センサの出力V1 は次の式で表わされる。
れLゲージ,Tゲージを2個ずつ配置した場合には、差
圧センサの出力V1 は次の式で表わされる。
【0028】
【数2】V1=(1/2)・π44・(1−ν)・σ1・V ここで、νはポワソン比、π44は剪断のピエゾ抵抗係
数、Vは励起電圧である。
数、Vは励起電圧である。
【0029】次に、ダイアフラム下面側から過大圧力が
印加された時の動作について説明する。ダイアフラムの
下面側から過大圧力が印加された時、ダイアフラムは図
8のように変形する。この時、板材24の径を、図1に
示すようにダイアフラム21を支持する厚肉部の段差部
分に形成される表面領域の最大径よりも小さく、かつダ
イアフラム21を支持する厚肉部の段差部分に形成され
る表面領域の最小径よりも大きくしておくことで、側面
段差領域20に板材24が当り、板材24を機械的なス
トッパとして作用させることができる。
印加された時の動作について説明する。ダイアフラムの
下面側から過大圧力が印加された時、ダイアフラムは図
8のように変形する。この時、板材24の径を、図1に
示すようにダイアフラム21を支持する厚肉部の段差部
分に形成される表面領域の最大径よりも小さく、かつダ
イアフラム21を支持する厚肉部の段差部分に形成され
る表面領域の最小径よりも大きくしておくことで、側面
段差領域20に板材24が当り、板材24を機械的なス
トッパとして作用させることができる。
【0030】半導体圧力センサはこの後、図9に示すよ
うに出力取り出し用金具(シール金具)75に溶接ある
いは接着し、センサのコンタクトパッド1〜12と出力
取り出し用端子76をリードワイヤ77で接続する。こ
の金具はハーメチックシールによって気密構造となって
いる。
うに出力取り出し用金具(シール金具)75に溶接ある
いは接着し、センサのコンタクトパッド1〜12と出力
取り出し用端子76をリードワイヤ77で接続する。こ
の金具はハーメチックシールによって気密構造となって
いる。
【0031】本発明の複合センサを用いた複合伝送器の
一実施例を図10に示す。シール金具に組み込まれた圧
力センサを差圧伝送器受圧部81に組み込む。高圧力側
のシールダイアフラム82aと低圧力側のシールダイア
フラム82bに印加された圧力はシリコーンオイル等の
圧力伝達流体83を通してセンサチップ84に伝達す
る。過大圧に対する機械的ストッパをセンサチップ自体
にもたない従来の差圧伝送器では、伝送器本体に機械的
ストッパとなるセンタダイアフラムを形成する等の対策
が必要であった。このような構造を伝送器本体に設ける
ことは、製作工程が複雑になるだけでなく、伝送器出力
のドリフトやヒステリシスの主原因となってしまう。
一実施例を図10に示す。シール金具に組み込まれた圧
力センサを差圧伝送器受圧部81に組み込む。高圧力側
のシールダイアフラム82aと低圧力側のシールダイア
フラム82bに印加された圧力はシリコーンオイル等の
圧力伝達流体83を通してセンサチップ84に伝達す
る。過大圧に対する機械的ストッパをセンサチップ自体
にもたない従来の差圧伝送器では、伝送器本体に機械的
ストッパとなるセンタダイアフラムを形成する等の対策
が必要であった。このような構造を伝送器本体に設ける
ことは、製作工程が複雑になるだけでなく、伝送器出力
のドリフトやヒステリシスの主原因となってしまう。
【0032】本発明の圧力センサは、圧力センサ自体に
正負両過大圧に対する機械的なストッパを形成できてい
るため、過大圧力がかかった場合にセンサチップを保護
する特別な構造を伝送器本体に設ける必要がなく、製作
が容易になり、伝送器としての出力特性をより安定にす
ることができる。センサ出力はFPC(フレキシブルプ
リント回路)85を通して信号処理部へ伝達する。本発
明の複合センサの場合、差圧,静圧,温度の3種類の出
力信号をMPX(マルチプレクサ)86を介して選択的
に取り込む。
正負両過大圧に対する機械的なストッパを形成できてい
るため、過大圧力がかかった場合にセンサチップを保護
する特別な構造を伝送器本体に設ける必要がなく、製作
が容易になり、伝送器としての出力特性をより安定にす
ることができる。センサ出力はFPC(フレキシブルプ
リント回路)85を通して信号処理部へ伝達する。本発
明の複合センサの場合、差圧,静圧,温度の3種類の出
力信号をMPX(マルチプレクサ)86を介して選択的
に取り込む。
【0033】次に、PGA(プログラマブルゲインアン
プ)87によって出力信号を増幅し、A/D変換器88
でデジタル信号に変換、MPU(マイクロプロセッサ)
89に送信する。MPU89は、差圧,静圧,温度セン
サの各特性が格納されたROM90のデータに基づいて
センサ出力を補正演算し、差圧,静圧,温度のそれぞれ
の値を算出する。こうして得られた値は再びD/A変換
器91でアナログ信号に変換、V/I変換器92を介し
て高精度なアナログ信号,デジタル信号あるいはアナロ
グ,デジタル信号が重畳した信号を出力する。
プ)87によって出力信号を増幅し、A/D変換器88
でデジタル信号に変換、MPU(マイクロプロセッサ)
89に送信する。MPU89は、差圧,静圧,温度セン
サの各特性が格納されたROM90のデータに基づいて
センサ出力を補正演算し、差圧,静圧,温度のそれぞれ
の値を算出する。こうして得られた値は再びD/A変換
器91でアナログ信号に変換、V/I変換器92を介し
て高精度なアナログ信号,デジタル信号あるいはアナロ
グ,デジタル信号が重畳した信号を出力する。
【0034】以上のように、本発明の構造を用いれば、
規定の正負両過大圧に対して機械的ストッパを形成する
ことができ、さらに、また、圧力センサ自身に正負両過
大圧に対する機械的ストッパを設けることができたた
め、伝送器本体の構造が簡素化でき、出力特性の安定し
た高精度な複合伝送器を実現することができる。
規定の正負両過大圧に対して機械的ストッパを形成する
ことができ、さらに、また、圧力センサ自身に正負両過
大圧に対する機械的ストッパを設けることができたた
め、伝送器本体の構造が簡素化でき、出力特性の安定し
た高精度な複合伝送器を実現することができる。
【0035】
【発明の効果】本発明は、規定の正負両過大圧力に対し
て機械的ストッパが作用する保護機構を提供するもので
ある。この保護機構を用いることで、高精度な過大圧力
保護機構付半導体圧力センサが実現できる。また、圧力
センサ自身に正負両過大圧に対する機械的ストッパを設
けることができたため、伝送器本体の構造が簡素化で
き、出力特性の安定した高精度な複合伝送器を実現する
ことができる。
て機械的ストッパが作用する保護機構を提供するもので
ある。この保護機構を用いることで、高精度な過大圧力
保護機構付半導体圧力センサが実現できる。また、圧力
センサ自身に正負両過大圧に対する機械的ストッパを設
けることができたため、伝送器本体の構造が簡素化で
き、出力特性の安定した高精度な複合伝送器を実現する
ことができる。
【図1】本発明の一実施例を示す複合センサの平面図。
【図2】図1の複合センサの断面図。
【図3】図2の複合センサの製造工程を示す図。
【図4】板材よりも大きな径をもつ穴部を設けたポスト
材の形状を示す図。
材の形状を示す図。
【図5】板材よりも大きな径をもつ穴部を設けないポス
ト材の形状を示す図。
ト材の形状を示す図。
【図6】ピエゾ抵抗の結線図。
【図7】(a)及び(b)は圧力が印加された時のダイ
アフラムの変形図及び応力分布図。
アフラムの変形図及び応力分布図。
【図8】ダイアフラム下面側から過大圧力が印加した時
のダイアフラムの変形図。
のダイアフラムの変形図。
【図9】出力取り出し用金具(シール金具)に本発明の
圧力センサを組み込んだ図。
圧力センサを組み込んだ図。
【図10】本発明の圧力センサを用いた複合伝送器の構
成図。
成図。
1〜12…複合センサ出力取り出し用アルミコンタクト
パッド、20…側面段差領域、21…差圧検出用ダイア
フラム、22…静圧検出用ダイアフラム、23…剛体
部、24…板材、25…パイレックスガラス台、26…
酸化膜、27…低融点ガラス、28…ポスト材、29…
圧力導入口、30…板材の最大径よりも大きな径を有す
る穴部、31a〜31d…差圧検出用ダイアフラム上ピ
エゾ抵抗、32a〜32d…静圧検出用ダイアフラム上
ピエゾ抵抗、33…温度センサ用ゲージ、34…p型高
濃度不純物層配線、35…アルミニウム配線、51…n
型単結晶シリコン基板、75…ハーメチックシール、7
6…出力取り出し用端子、77…リードワイヤ、81…
差圧伝送器受圧部、82a…高圧力側シールダイアフラ
ム、82b…低圧力側シールダイアフラム、83…圧力
伝達流体、84…センサチップ、85…フレキシブルプ
リント回路、86…マルチプレクサ、87…プログラマ
ブルゲインアンプ、88…A/D変換器、89…マイク
ロプロセッサ、90…ROM、91…D/A変換器、9
2…V/I変換器。
パッド、20…側面段差領域、21…差圧検出用ダイア
フラム、22…静圧検出用ダイアフラム、23…剛体
部、24…板材、25…パイレックスガラス台、26…
酸化膜、27…低融点ガラス、28…ポスト材、29…
圧力導入口、30…板材の最大径よりも大きな径を有す
る穴部、31a〜31d…差圧検出用ダイアフラム上ピ
エゾ抵抗、32a〜32d…静圧検出用ダイアフラム上
ピエゾ抵抗、33…温度センサ用ゲージ、34…p型高
濃度不純物層配線、35…アルミニウム配線、51…n
型単結晶シリコン基板、75…ハーメチックシール、7
6…出力取り出し用端子、77…リードワイヤ、81…
差圧伝送器受圧部、82a…高圧力側シールダイアフラ
ム、82b…低圧力側シールダイアフラム、83…圧力
伝達流体、84…センサチップ、85…フレキシブルプ
リント回路、86…マルチプレクサ、87…プログラマ
ブルゲインアンプ、88…A/D変換器、89…マイク
ロプロセッサ、90…ROM、91…D/A変換器、9
2…V/I変換器。
Claims (12)
- 【請求項1】単結晶シリコンを裏面側からくり抜いて、
表面側にダイアフラム薄肉部ならびにそれを支持する厚
肉部を形成し、前記ダイアフラム表面上に受圧素子とし
てピエゾ抵抗を配置し、前記ダイアフラム薄肉部の部分
領域に前記薄肉部よりも板厚の厚い剛体部を有する半導
体圧力センサにおいて、前記ダイアフラムを支持する厚
肉部のダイアフラム側の側面は段差構造を有し、前記剛
体部のダイアフラム薄肉部側とは反対側の面に板材を形
成したことを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項2】請求項1記載の半導体圧力センサにおい
て、前記ダイアフラムを支持する厚肉部の段差部分に形
成される表面領域と、前記板材のダイアフラムに対抗す
る面との間に、ダイアフラムが変形しない初期状態にお
いてクリアランスを有することを特徴とする半導体圧力
センサ。 - 【請求項3】請求項1,2記載の半導体圧力センサにお
いて、前記ダイアフラムの形状と、前記ダイアフラムを
支持する厚肉部の段差部分に形成される表面領域と、前
記板材の形状とが相似形であることを特徴とする半導体
圧力センサ。 - 【請求項4】請求項1〜3記載の半導体圧力センサにお
いて、前記板材の最大径は、前記ダイアフラムを支持す
る厚肉部の段差部分に形成される表面領域の最大径より
も小さいことを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項5】請求項1〜4記載の半導体圧力センサにお
いて、前記板材の最小径は、前記ダイアフラムを支持す
る厚肉部の段差部分に形成される表面領域の最小径より
も大きいことを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項6】前記ダイアフラムを支持する厚肉部が圧力
導入口を有するポスト材に固着された請求項1〜5記載
の半導体圧力センサにおいて、前記ポスト材の圧力導入
口穴径はダイアフラム薄肉部に対向する面で前記板材の
最大径よりも大きく、これとは反対の面で前記板材の最
大径よりも小さく形成されたことを特徴とする半導体圧
力センサ。 - 【請求項7】前記ダイアフラムを支持する厚肉部が圧力
導入口を有するポスト材に固着された請求項1〜5記載
の半導体圧力センサにおいて、前記剛体部の板厚に前記
板材の板厚を加えた板厚が前記ダイアフラムを支持する
厚肉部の板厚に厚肉部を支持する台の板厚を加えた板厚
よりも薄く、かつ前記板材の最大径が前記ポスト材の圧
力導入口穴径よりも大きいことを特徴とする半導体圧力
センサ。 - 【請求項8】請求項1〜7記載の半導体圧力センサにお
いて、前記ダイアフラム薄肉部と同一基板上に温度セン
サを形成することを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項9】請求項1〜8記載の半導体圧力センサにお
いて、前記ダイアフラム薄肉部と同一基板上に、これと
は別にダイアフラムを設け、この上に静圧検出用のピエ
ゾ抵抗を配置して静圧センサを形成することを特徴とす
る半導体圧力センサ。 - 【請求項10】請求項1〜9記載の半導体圧力センサの
出力信号は、静圧検出手段の出力を温度検出手段を用い
て補正し、差圧検出手段の出力を前記補正された静圧出
力、さらに温度検出手段を用いて補正することを特徴と
する複合伝送器。 - 【請求項11】請求項10において、信号処理手段はメ
モリとマイクロプロセッサとで構成され、前記メモリに
温度変化に対する静圧センサ出力,差圧センサの出力の
関係と、静圧変化に対する差圧センサ出力の関係を記録
しておき、検出されたセンサ出力を前記マイクロプロセ
ッサを用いて前記メモリに記録されたデータに基づき補
正することを特徴とする複合伝送器。 - 【請求項12】第1ダイアフラムと、第1圧力伝達流体
が封入された第1受圧室と、第2ダイアフラムと、第2
圧力伝達流体が封入された第2受圧室とを備え、前記第
1ダイアフラムに第1測定圧力、前記第2ダイアフラム
に第2測定圧力を印加して、両圧力の差を半導体圧力セ
ンサで検出する請求項10,11記載の複合伝送器にお
いて、第1,第2受圧室の圧力が前記半導体圧力センサ
の受圧ダイアフラムに直接伝達することを特徴とする複
合伝送器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30680297A JPH11142269A (ja) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | 半導体圧力センサ及びこれを用いた複合伝送器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30680297A JPH11142269A (ja) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | 半導体圧力センサ及びこれを用いた複合伝送器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11142269A true JPH11142269A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=17961442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30680297A Pending JPH11142269A (ja) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | 半導体圧力センサ及びこれを用いた複合伝送器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11142269A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007071596A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Denso Corp | 衝突検知システム |
-
1997
- 1997-11-10 JP JP30680297A patent/JPH11142269A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007071596A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Denso Corp | 衝突検知システム |
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