JPS6155264B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6155264B2 JPS6155264B2 JP17204780A JP17204780A JPS6155264B2 JP S6155264 B2 JPS6155264 B2 JP S6155264B2 JP 17204780 A JP17204780 A JP 17204780A JP 17204780 A JP17204780 A JP 17204780A JP S6155264 B2 JPS6155264 B2 JP S6155264B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- thin
- diaphragm
- pressure transducer
- outer diameter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Co].[Ni] Chemical compound [Fe].[Co].[Ni] KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は圧力変換器、特に半導体自体を測定ダ
イアフラムとする圧力変換器に関する。
イアフラムとする圧力変換器に関する。
従来、差圧あるいは圧力の検出に用いられてい
る半導体の測定ダイアフラムはシリコン単結晶基
板の中央に肉厚の起歪部、周囲に肉厚の固定部を
形成した凹形のダイアフラムである。この測定ダ
イアフラムは固定部をガラスやシリコンおよび金
属等の支持部材を介して本体ケースに取り付けら
れており、また起歪部には拡散法やイオンインプ
ランテーシヨン法によりゲージ抵抗が形成され、
導体を介して外部に取り出される。ゲージ抵抗は
温度を少なくし、出力信号を大きくする為に、２
個又は４個形成され、周知のホイートストンブリ
ツジに結線されて用いられる。
る半導体の測定ダイアフラムはシリコン単結晶基
板の中央に肉厚の起歪部、周囲に肉厚の固定部を
形成した凹形のダイアフラムである。この測定ダ
イアフラムは固定部をガラスやシリコンおよび金
属等の支持部材を介して本体ケースに取り付けら
れており、また起歪部には拡散法やイオンインプ
ランテーシヨン法によりゲージ抵抗が形成され、
導体を介して外部に取り出される。ゲージ抵抗は
温度を少なくし、出力信号を大きくする為に、２
個又は４個形成され、周知のホイートストンブリ
ツジに結線されて用いられる。
このシリコンダイアフラム形の圧力変換器は
IC技術を応用できるので量産性に優れ、さらに
シリコン単結晶が理想的な弾性材料であるため
に、ヒステリシスがなく、再現性に優れている。
このような構造のシリコンダイアフラムではダイ
アフラムが比較的厚い場合には出力電圧は圧力に
対し非常に精度良く直線的に変化する。しかし、
低い圧力を測定し、高い感度を得る為にダイアフ
ラムを薄く形成した時、圧力と出力との関係は著
しく直線からはずれてしまうことが低圧力におけ
るシリコンダイアフラムの使用を困難なものにし
ていた。その上、従来の圧力変換器は、両方向か
らの圧力に対してその直線性に大きな差がある
為、低圧力測定のみならず、正逆両方向からの圧
力にも使用出来なかつた。
IC技術を応用できるので量産性に優れ、さらに
シリコン単結晶が理想的な弾性材料であるため
に、ヒステリシスがなく、再現性に優れている。
このような構造のシリコンダイアフラムではダイ
アフラムが比較的厚い場合には出力電圧は圧力に
対し非常に精度良く直線的に変化する。しかし、
低い圧力を測定し、高い感度を得る為にダイアフ
ラムを薄く形成した時、圧力と出力との関係は著
しく直線からはずれてしまうことが低圧力におけ
るシリコンダイアフラムの使用を困難なものにし
ていた。その上、従来の圧力変換器は、両方向か
らの圧力に対してその直線性に大きな差がある
為、低圧力測定のみならず、正逆両方向からの圧
力にも使用出来なかつた。
本発明の目的は低い圧力でも大きな出力を得る
ことが出来、かつ正逆両方向からの圧力に対して
も圧力との関係が直線的である高精度の圧力変換
器を提供するにある。
ことが出来、かつ正逆両方向からの圧力に対して
も圧力との関係が直線的である高精度の圧力変換
器を提供するにある。
本発明は中央部および外周部を肉厚、その間を
薄肉に形成し、肉薄部にゲージ抵抗を設けた半導
体測定ダイアフラムとその保持台とからなり、半
導体測定ダイアフラムの肉薄部外径が５mm以上で
さらに望ましくは肉薄部の外径と内径の比を0.7
以上の形状で圧力を測定するようにしたものであ
る。
薄肉に形成し、肉薄部にゲージ抵抗を設けた半導
体測定ダイアフラムとその保持台とからなり、半
導体測定ダイアフラムの肉薄部外径が５mm以上で
さらに望ましくは肉薄部の外径と内径の比を0.7
以上の形状で圧力を測定するようにしたものであ
る。
本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は圧力変換器の全体構造断面図でそのほ
ぼ中央にｎ形単結晶シリコンからなる測定ダイア
フラム１を有している。この測定ダイアフラム１
はその中央に中心剛体３、外周に固定部４の肉厚
部を有し、環状起歪部となる肉薄部５を形成して
いる。この肉薄起歪部５にはＰ形ゲージ抵抗６が
感度の最大となる〈111〉軸方向の径方向に沿つ
て複数個形成されている。これらの抵抗はホイー
トストンブリツジに組まれ差動的に出力を得るよ
うになつている。ここで測定ダイアフラムの寸法
形状は環状肉薄部の外径Ｄと内径ｄとの関係がＤ
＞５mmでかつｄ／Ｄ＞0.7となつている。
ぼ中央にｎ形単結晶シリコンからなる測定ダイア
フラム１を有している。この測定ダイアフラム１
はその中央に中心剛体３、外周に固定部４の肉厚
部を有し、環状起歪部となる肉薄部５を形成して
いる。この肉薄起歪部５にはＰ形ゲージ抵抗６が
感度の最大となる〈111〉軸方向の径方向に沿つ
て複数個形成されている。これらの抵抗はホイー
トストンブリツジに組まれ差動的に出力を得るよ
うになつている。ここで測定ダイアフラムの寸法
形状は環状肉薄部の外径Ｄと内径ｄとの関係がＤ
＞５mmでかつｄ／Ｄ＞0.7となつている。
測定ダイアフラム１は中央に貫通穴を有するガ
ラス板１１と金属支持台１２を介して本体１５に
保持される。このガラス円板１１と金属支持台１
２はシリコンの熱膨張係数とほぼ同じ材質のもの
が用いられる。具体的にはガラス円板１１は硼珪
酸塩ガラスであり、金属支持台１２は鉄−ニツケ
ルあるいは鉄−ニツケル−コバルト合金である。
測定ダイアフラム１とガラス板１１およびガラス
板１１と金属支持台１２は陽極結合法により、金
属支持台１２と本体１５および本体１５とカバー
１６はアーク溶接によりそれぞれ接合される。
ラス板１１と金属支持台１２を介して本体１５に
保持される。このガラス円板１１と金属支持台１
２はシリコンの熱膨張係数とほぼ同じ材質のもの
が用いられる。具体的にはガラス円板１１は硼珪
酸塩ガラスであり、金属支持台１２は鉄−ニツケ
ルあるいは鉄−ニツケル−コバルト合金である。
測定ダイアフラム１とガラス板１１およびガラス
板１１と金属支持台１２は陽極結合法により、金
属支持台１２と本体１５および本体１５とカバー
１６はアーク溶接によりそれぞれ接合される。
測定ダイアフラム１のゲージ抵抗６は、導体７
で接続され、ハーメチツクシール１７に支持され
た導体１８により外部に引出されている。
で接続され、ハーメチツクシール１７に支持され
た導体１８により外部に引出されている。
以上のような構成になる圧力変換器では次のよ
うな効果を有する。
うな効果を有する。
第１の効果は高い圧力から低い圧力まで非常に
広い圧力範囲で圧力−電気出力の関係が直線的に
なることである。圧力−電気出力の直線性は測定
ダイアフラムの形状を中央と外周部に肉厚部に持
ち、その間を環状肉薄部にて形成することで大巾
に改善できる。しかしながら我々の実験結果によ
れば直線性の特性は環状肉薄部の寸法形状に大き
く依存し、環状肉薄部の寸法を変えることにより
大きく変わる。実際には環状肉薄部の外径Ｄが５
mm以上で、その内径ｄとの関係ｄ／Ｄの比が大き
い程良い特性となる。特に肉薄部の板厚が20μｍ
と薄くなるとその膜応力により、直線性の悪化す
るにもかかわらず、ｄ／Ｄ＞0.7以上の時、従来
の形状に比べ1/20以下になり、又第２図に示す如
く、ｄ／Ｄ＝0.6の時に比べてもその特性は1/3以
下に改善される。さらにこの特性は第３図の実験
結果からも明らかなように環状肉薄部外径Ｄにも
依存し、Ｄ＞５mm以上の時、良好な直線性を示
す。
広い圧力範囲で圧力−電気出力の関係が直線的に
なることである。圧力−電気出力の直線性は測定
ダイアフラムの形状を中央と外周部に肉厚部に持
ち、その間を環状肉薄部にて形成することで大巾
に改善できる。しかしながら我々の実験結果によ
れば直線性の特性は環状肉薄部の寸法形状に大き
く依存し、環状肉薄部の寸法を変えることにより
大きく変わる。実際には環状肉薄部の外径Ｄが５
mm以上で、その内径ｄとの関係ｄ／Ｄの比が大き
い程良い特性となる。特に肉薄部の板厚が20μｍ
と薄くなるとその膜応力により、直線性の悪化す
るにもかかわらず、ｄ／Ｄ＞0.7以上の時、従来
の形状に比べ1/20以下になり、又第２図に示す如
く、ｄ／Ｄ＝0.6の時に比べてもその特性は1/3以
下に改善される。さらにこの特性は第３図の実験
結果からも明らかなように環状肉薄部外径Ｄにも
依存し、Ｄ＞５mm以上の時、良好な直線性を示
す。
以上は正側から圧力を加えた時（ゲージ抵抗面
側から圧力を加えた時）の特性であるが、本発明
構造の圧力変換器の他の特徴である逆側（ゲージ
抵抗面と反対面側）から圧力を加えた時のｄ／Ｄ
依存性、Ｄ依存性を同上第２図、第３図中に点線
で示す。この時Ｄ依存性が大きくあらわれるが、
やはりＤ＞５mm以上としておけば、良好な直線性
が得られることがわかる。
側から圧力を加えた時）の特性であるが、本発明
構造の圧力変換器の他の特徴である逆側（ゲージ
抵抗面と反対面側）から圧力を加えた時のｄ／Ｄ
依存性、Ｄ依存性を同上第２図、第３図中に点線
で示す。この時Ｄ依存性が大きくあらわれるが、
やはりＤ＞５mm以上としておけば、良好な直線性
が得られることがわかる。
以上本発明によれば、低い圧力でも大きな出力
を得ることが出来、かつ正逆両方向からの圧力に
対しても圧力と出力との関係が直線的である高精
度の圧力変換器を得ることができる。
を得ることが出来、かつ正逆両方向からの圧力に
対しても圧力と出力との関係が直線的である高精
度の圧力変換器を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例になる半導体圧力変
換器の全体構造断面図、第２図は本発明構造での
環状肉薄部の外径および内径の比を変えた時の正
圧および逆圧での実験結果を示す図で実線が正
圧、点線が逆圧のデータ、第３図は環状肉薄部の
外径および内径比を0.7とした時の外径を変えた
場合の実験結果で実線が正圧、点線が逆圧の時を
示す図である。 １……測定ダイアフラム、３……中心剛体、４
……固定部、５……肉薄起歪部、６……ゲージ抵
抗、７……導体、１１……ガラス円板、１２……
金属支持台、１５……本体、１６……カバー、１
７……ハーメチツクシール、１８……導体。
換器の全体構造断面図、第２図は本発明構造での
環状肉薄部の外径および内径の比を変えた時の正
圧および逆圧での実験結果を示す図で実線が正
圧、点線が逆圧のデータ、第３図は環状肉薄部の
外径および内径比を0.7とした時の外径を変えた
場合の実験結果で実線が正圧、点線が逆圧の時を
示す図である。 １……測定ダイアフラム、３……中心剛体、４
……固定部、５……肉薄起歪部、６……ゲージ抵
抗、７……導体、１１……ガラス円板、１２……
金属支持台、１５……本体、１６……カバー、１
７……ハーメチツクシール、１８……導体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 中央および外周を肉厚、その間を肉薄に形成
し、この肉薄部に複数のゲージ抵抗を設けた半導
体結晶から成る測定ダイアフラムと、この測定ダ
イアフラムの外周肉厚部に接合される支持部材と
を備え、前記測定ダイアフラムの肉薄部の外径を
５mm以上としたことを特徴とする半導体圧力変換
器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、前記肉
薄部の内径ｄと外径Ｄとの比ｄ／Ｄが0.7以上で
あることを特徴とする半導体圧力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17204780A JPS5796574A (en) | 1980-12-08 | 1980-12-08 | Semiconductor pressure transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17204780A JPS5796574A (en) | 1980-12-08 | 1980-12-08 | Semiconductor pressure transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5796574A JPS5796574A (en) | 1982-06-15 |
| JPS6155264B2 true JPS6155264B2 (ja) | 1986-11-27 |
Family
ID=15934544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17204780A Granted JPS5796574A (en) | 1980-12-08 | 1980-12-08 | Semiconductor pressure transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5796574A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01107310A (ja) * | 1987-10-20 | 1989-04-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 浮動型磁気ヘッド |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06132545A (ja) * | 1992-10-19 | 1994-05-13 | Mitsubishi Electric Corp | 圧力検出装置 |
| JP3323032B2 (ja) * | 1995-06-07 | 2002-09-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体圧力検出装置の設計方法 |
-
1980
- 1980-12-08 JP JP17204780A patent/JPS5796574A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01107310A (ja) * | 1987-10-20 | 1989-04-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 浮動型磁気ヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5796574A (en) | 1982-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1078217A (en) | Force transducing cantilever beam and pressure transducer incorporating it | |
| US5926692A (en) | Method of manufacturing a support structure for a semiconductor pressure transducer | |
| JPH0565015B2 (ja) | ||
| JP2503290B2 (ja) | 半導体圧力・差圧測定ダイヤフラム | |
| US4527428A (en) | Semiconductor pressure transducer | |
| JPS5855732A (ja) | 静電容量型圧力センサ | |
| US3402609A (en) | Semiconductor mechanical-to-electrical transducer | |
| JPS6051051B2 (ja) | 微小圧力測定変換器 | |
| JPS63308529A (ja) | 容量性圧力変換器 | |
| JPS5952727A (ja) | 半導体圧力センサ | |
| US3455165A (en) | Pressure sensitive devices | |
| JPS6155264B2 (ja) | ||
| JPH0419495B2 (ja) | ||
| JPH0269630A (ja) | 半導体圧力センサ | |
| JPS6199383A (ja) | 容量式変位センサ | |
| JP2512220B2 (ja) | 複合機能形センサ | |
| JPS5845533A (ja) | 圧力検出器 | |
| JPS63196081A (ja) | 半導体式圧力検出器 | |
| JPH06102128A (ja) | 半導体複合機能センサ | |
| CN212988661U (zh) | Mems压力芯片 | |
| JPH10142086A (ja) | 半導体圧力センサとその製造方法及びこれを用いた差圧伝送器 | |
| JPS59217374A (ja) | 半導体ひずみ変換器 | |
| JP3120388B2 (ja) | 半導体圧力変換器 | |
| RU2316743C2 (ru) | Устройство для измерения давления | |
| RU45526U1 (ru) | Устройство для измерения давления |