JPS581548B2 - 薄膜ストレンゲ−ジ変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、薄膜金属抵抗体よりなる薄膜ストレンゲージ
素子を用いて、圧力、力、変位等を電気信号に変換する
薄膜ストレンゲージ変換器に関するものである。

近年、薄膜ストレンゲージ素子を用いた変換器では、薄
膜ストレンゲージ素子を取り付ける際に用いる接着剤に
よるクリープやヒステリシスの影響を除去するために、
金属ばね材の表面に絶縁層を被着し、この絶縁層の表面
に薄膜ストレンゲージを被着することが行なわれている
。

しかし、このような構成によれば、金属ばね材の表面研
磨状態により薄膜ストレンゲージ素子の特性が大きく変
化し、表面に傷がある場合には充分な絶縁が得られなか
ったり、抵抗体の温度係数が異なったりして、特性の揃
った変換器を歩留まり良く生産することは困難である。

また、金属ばね材の受歪部のみを薄くし、取付部を厚く
する等の機械加工も容易でない。

本発明は、これらの欠点を解決したものであって、以下
、図面を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す断面図であって、圧
力変換器の例について示したものであり、１は半導体基
板、２は絶縁層、３，９は薄膜金属抵抗体、４は保護層
、５は取付基台、６は接着剤、７は導圧パイプ、８は増
幅回路素子である。

半導体基板１としては、完全弾性材でばね材として好適
な単結晶板、たとえばシリコン単結晶基板を用いる。

この・イリコン単結晶基板１０表面を酸化して、ｓｉｏ
２あるいはＳｉＯの絶縁層２を形成する。

ここで、シリコン単結晶基板１０表面に鏡面研磨を施し
ておくことにより、極めて平滑な面を有する絶縁層２が
容易にかつ確実に形成できる。

この絶縁層２の表面に、たとえばニクロム系の低温度係
数を有する複数の薄膜金属抵抗体３を選択的に被着する
。

この薄膜金属抵抗体３は、薄膜ストレンゲージ素子とし
て作用するものである。

ここで、絶縁層２はシリコン単結晶基板１０表面に極め
て平滑にかつ確実に形成されているので、この絶縁層２
０表面に被着される薄膜金属抵抗体３としては特別の揃
ったものが得られる。

このようにして薄膜金属抵抗体３を被着した後、これら
薄膜金属抵抗体３を含む絶縁層２０表面に、たとえばＳ
ｉＯ２の保護層４を形成する。

これにより、薄膜金属抵抗体３すなわち薄膜ストレンゲ
ージ素子は外部雰囲気から保護されることになる。

一方、シリコン単結晶基板１の薄膜ストレンゲージ素子
３が被着される部分に対応した裏面には選択的にエッチ
ングを施して受歪部として作用する薄肉部１１を形成す
る。

また、残りの厚肉部は取付部あるいは固定部を形成する
ものであり、接着剤６を介して取付基台５に固着する。

なお、エッチングは、たとえば（１００）面のシリコン
単結晶の一部にＫＯＨによる異方性エッチングを施し、
薄肉部を約５０μ厚肉部を約３００μとする。

取付基台５としてはたとえばセラミック板を用い、接着
剤６としてはたとえばＡｕ−Ｓｉ Ｏ共晶合金あるいは
ガラス等を用いる。

なお、取付基台５の中央部には導圧孔５１が形成されて
いて、導圧パイプ７が植設されている。

このように構成することにより、絶縁層２、薄膜ストレ
ンゲージ素子３および保護層４を有する半導体基板１は
受圧ダイヤフラムとして作用することになり、導圧パイ
プ７を介して導入される圧力Ｐは電気信号に変換されて
外部に取り出される。

第２図は、第１図のような変換器において通常用いられ
る増幅回路の一例を示す回路図であって、Ｇｌ−Ｇ，は
薄膜ストレンゲージ素子、Ｄｚぱツエナーダイオード、
Ａは増幅器、ＣＣは定電流源、Ｔｒはトランジスタ、Ｒ
ｆは帰還抵抗、Ｅは直流電源、Ｒは抵抗である。

これらの回路のうち、破線で囲った部分の回路素子、す
なわち、薄膜ストレンゲージ素子０１〜Ｇ４、ツエナー
ダイオードＤｚ、増幅器Ａ、定電流源ＣＣ、トランジス
タＴｒおよび帰還抵抗Ｒｆは、必要に応じて同一の半導
体基板上に集積回路技術により一体化することができる
。

再び第１図において、増幅回路素子８は第２図のツエナ
ーダイオードＤｚ、増幅器Ａ、定電流源ＣＣおよびトラ
ンジスタＴｒを含むものであって、半導体基板１の歪の
加わらない部分に形成されている。

また、薄膜金属抵抗体９は第２図の帰還抵抗素子Ｒｆと
して用いるものであって、増幅回路素子８と同様に、半
導体基板１の歪の加わらない部分に、薄膜金属抵抗体３
と同時に形成されている。

すなわち、第１図の装置は、薄膜ストレンゲージ変換器
と増幅回路とが一体化された構成となっている。

第３図は、本発明の他の実施例を示す断面図であって、
力あるいは変位変換器の例について示したものであり、
第１図と同等部分には同一符号を付している。

第３図において、半導体基板１はビーム状に形成されて
いて、その両端は取付基台５に固着されている。

また、半導体基板１の中間部の一方の面には薄膜ストレ
ンゲージ素子３が被着され、これら薄膜ストレンゲージ
素子３に対応した他方の面にはエッチングが施されて、
受歪部として作用する薄肉部１２，１３が形成されてい
る。

なお、第３図において、絶縁層および保護層は図示しな
い。

このような構成において、半導体基板１の中間部に力あ
るいは変位Ｆを加えると、電気信号に変換されることに
なる。

これらから明らかなように、本発明によれば、ばね材と
して半導体基板を用い、ストレンゲージ素子として薄膜
金属抵抗体を用いているので、ばね特性や電気的特性、
加工性等に優れ、さらに特性の揃った変換器を歩留まり
良く大量に生産することができるとともに、必要に応じ
て増幅回路素子を組み込むことができる等、その効果は
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図はこの
種の変換器において通常用いられる増幅回路の一例を示
す回路図、第３図は本発明の他の実施例を示す断面図で
ある。 １・・・・・・半導体基板、２・・・・・・絶縁層、３
・・・・・・薄膜金属抵抗体（薄膜ストレンゲージ素子
）、４−・・・・・保護層、５・・・・−・取付台、６
・・・・・・接着剤、７・・・・・・導圧パイプ、８・
・・・・・増幅回路素子、９・・・・・・薄膜金属抵抗
体（帰還抵抗素子）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板と、この基板め表面に形成された絶縁層
   と、この絶縁層の表面に被着された複数の薄膜ストレン
   ゲージ素子とから成る薄膜ストレンゲージ変換器。 ２ 半導体基板と、この基板の表面に形成された複数の
   増幅回路素子と、これら増幅回路素子を含む前記基板の
   表面に形成された絶縁層と、この絶縁層の表面に被着さ
   れた複数の薄膜ストレンゲージ素子とから成る薄膜スト
   レンゲージ変換器。 ３ 半導体基板として、薄膜ストレンゲージ素子が被着
   される部分に対応した裏面が選択的に除去されて受歪部
   が形成された半導体基板を用いることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の薄膜ストレンゲー
   ジ変換器。