JPH01138434A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents
Semiconductor pressure sensorInfo
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- JPH01138434A JPH01138434A JP29705187A JP29705187A JPH01138434A JP H01138434 A JPH01138434 A JP H01138434A JP 29705187 A JP29705187 A JP 29705187A JP 29705187 A JP29705187 A JP 29705187A JP H01138434 A JPH01138434 A JP H01138434A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体圧力センサに関し、特に低圧用の流体圧
を高感度に検出する半導体圧力センサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor pressure sensor, and particularly to a semiconductor pressure sensor that detects low pressure fluid pressure with high sensitivity.
従来、この種の半導体圧力センサは流体圧を測定するた
めのシリコンダイアフラムの表面にホイートストンブリ
ッジ構成の拡散ゲージ抵抗を埋設しており、特に外圧に
よる前記ダイアフラムの歪をシリコンのピエゾ抵抗効果
を用い電圧に変換して検出する構造である。Conventionally, this type of semiconductor pressure sensor has a diffusion gauge resistor with a Wheatstone bridge structure embedded in the surface of a silicon diaphragm for measuring fluid pressure, and in particular, the distortion of the diaphragm caused by external pressure is measured by voltage using the piezoresistance effect of silicon. It is a structure that is converted into and detected.
上述した従来の半導体圧力センサは圧力検知媒体として
シリコン厚膜を用いている。そのため、微少圧力に対す
る検知感度を高めるためには、ダイアフラム面積が一様
の場合は膜厚を薄く形成しなければならず、°また膜厚
が一様の場合はダイアフラム面積を大きくしなければな
らない、しかるに、流体圧の検知出力感度はダイアフラ
ム膜厚の二乗に反比例するため、面積拡大よりも膜厚を
薄くする方が一般的に効率的である。しかしながら、お
よそ20μm以下のシリコン厚膜をエンチッグ工法によ
り得ることは製造的に困難である。The conventional semiconductor pressure sensor described above uses a silicon thick film as a pressure sensing medium. Therefore, in order to increase detection sensitivity to minute pressures, if the diaphragm area is uniform, the film thickness must be made thin, and if the film thickness is uniform, the diaphragm area must be made large. However, since the fluid pressure detection output sensitivity is inversely proportional to the square of the diaphragm film thickness, it is generally more efficient to reduce the film thickness than to enlarge the area. However, it is difficult to obtain a thick silicon film of approximately 20 μm or less by the enchiging method.
例えば、シリコン膜厚を20μmとしたとき、1kg/
cm2の空気圧で150mV程度の出力が得られるが、
4〜5g/cm2の圧力を検出するためには、ダイアフ
ラムの膜厚を5μmとし且つ面積を4倍にしなければな
らない。かかる場合でも得られる出力は高々50〜60
mV程度である。For example, when the silicon film thickness is 20 μm, 1 kg/
An output of about 150mV can be obtained with an air pressure of cm2, but
In order to detect a pressure of 4 to 5 g/cm2, the thickness of the diaphragm must be 5 μm and the area must be increased four times. Even in such a case, the output that can be obtained is at most 50 to 60
It is about mV.
このように、単にダイアフラムの設計定数の変更のみで
は、製造性および薄膜化による信頼性の低下という面か
ら実現が困難になるという欠点がある。As described above, simply changing the design constants of the diaphragm has the disadvantage that it is difficult to realize this in terms of manufacturability and reliability due to thinning.
本発明の目的は、かかる流体圧力を高感度に検出でき、
ダイアフラムの製造性および薄膜化による信頼性をも向
上させる半導体圧力センサを提供することにある。The object of the present invention is to be able to detect such fluid pressure with high sensitivity,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor pressure sensor that improves the manufacturability of the diaphragm and its reliability by making the film thinner.
本発明の半導体圧力センサは、圧力測定のためのゲージ
抵抗を埋設し樹脂ケースに支持されたシリコンダイアフ
ラムと、このシリコンダイアフラムの表面中央に垂直方
向に当接する柱状突起と、この柱状突起を摺動自在に中
央部でゴム状シリコン樹脂により保持し且つ外周縁部が
前記樹脂ケースに固着される薄板状ダイアフラムと、一
端が前記薄板状ダイアフラムの外縁部に固着され且つ他
端に流体導入部が配設されたカバーとを有し、前記薄板
状ダイアフラムと前記カバーとにより被測定流体の圧力
室を形成し、この流体圧力により前記柱状突起を摺動す
るように構成される。The semiconductor pressure sensor of the present invention includes a silicon diaphragm in which a gauge resistor for pressure measurement is embedded and supported by a resin case, a columnar protrusion that abuts the center of the surface of the silicon diaphragm in a vertical direction, and a columnar protrusion that slides on the silicon diaphragm. a thin plate-like diaphragm which is freely held in the center by a rubber-like silicone resin and whose outer peripheral edge is fixed to the resin case; one end is fixed to the outer edge of the thin plate-like diaphragm and a fluid introduction part is disposed at the other end; The thin plate-like diaphragm and the cover form a pressure chamber for the fluid to be measured, and the pressure of the fluid causes the columnar protrusion to slide.
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例を説明するための半導体圧力
センサの縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor pressure sensor for explaining one embodiment of the present invention.
第1図に示すように、かかる半導体圧力センサのシリコ
ンダイアフラム1はガラス部材2を介してプラスチック
ケース3に固着されており、このケース3にリード端子
4が埋設れている。このリード端子4の一端部はボンデ
ィングワイヤ5を介してシリコンダイアフラム1の表面
に埋設されたゲージ抵抗(図示省略)に電気的に接続さ
れている。また、シリコンダイアフラム1の表面中央に
は、薄板状のプラスチック製ダイアフラム6の中央で垂
直方向に保持された柱状突起7の先端部が当接している
。この柱状突起7はダイアフラム6の中央に設けられた
穴(図示省略)に摺動自在に挿入され、ゴム状シリコン
樹脂8によりダイアフラム6に保持されている。ダイア
フラム6の外縁部の片側(下側)はプラスチックケース
3の外縁部に固着され、その反対側(上側)は一端に流
体導入ポート11を有するカバー9の外縁部に固着され
ている。これらダイアフラム6とカバー9の境の空間部
は流体導入ポート11から導入された流体の圧力をダイ
アフラム6に等分布に加えるための圧力室10を形成す
る。As shown in FIG. 1, a silicon diaphragm 1 of such a semiconductor pressure sensor is fixed to a plastic case 3 via a glass member 2, and lead terminals 4 are embedded in this case 3. One end of this lead terminal 4 is electrically connected via a bonding wire 5 to a gauge resistor (not shown) buried in the surface of the silicon diaphragm 1 . Further, the tip of a columnar projection 7 held vertically at the center of a thin plastic diaphragm 6 is in contact with the center of the surface of the silicon diaphragm 1 . This columnar projection 7 is slidably inserted into a hole (not shown) provided in the center of the diaphragm 6 and is held on the diaphragm 6 by a rubber-like silicone resin 8. One side (lower side) of the outer edge of the diaphragm 6 is fixed to the outer edge of the plastic case 3, and the opposite side (upper side) is fixed to the outer edge of a cover 9 having a fluid introduction port 11 at one end. A space between the diaphragm 6 and the cover 9 forms a pressure chamber 10 for applying the pressure of the fluid introduced from the fluid introduction port 11 to the diaphragm 6 in an even distribution.
次に、かかる構成の半導体圧力センサの動作について説
明する。まず、流体導入ポート11より流入した被測定
流°体は圧力室10に充満し、ダイアフラム6の表面に
等分布の圧力を付加する。この付加圧力によりダイアフ
ラム6は圧力に見合うたわみを生じ、柱状突起7を介し
てシリコンダイアフラム1に一点集中荷重を付与する。Next, the operation of the semiconductor pressure sensor having such a configuration will be explained. First, the fluid to be measured that flows in through the fluid introduction port 11 fills the pressure chamber 10 and applies uniformly distributed pressure to the surface of the diaphragm 6 . This additional pressure causes the diaphragm 6 to deflect in proportion to the pressure, applying a concentrated load to the silicon diaphragm 1 via the columnar projections 7.
この結果、シリコンダイアフラム1は歪みを生じ、シリ
コンのピエゾ抵抗効果によりホイートストンブリッジに
構成された抵抗値に不整合を生じさせる。As a result, the silicon diaphragm 1 is distorted, causing a mismatch in the resistance values configured in the Wheatstone bridge due to the piezoresistive effect of silicon.
この抵抗不整含分が出力として検出される。この場合、
もしシリコンダイアフラム1の破壊圧力を越える圧力が
加えられたときは、破壊圧力の手前で柱状突起7が摺動
してゴム状シリコン樹脂8を弾性変形させ、シリコンダ
イアフラム1の破壊を防止している。This resistance misalignment is detected as an output. in this case,
If a pressure exceeding the breaking pressure of the silicon diaphragm 1 is applied, the columnar projections 7 slide before the breaking pressure and elastically deform the rubber-like silicone resin 8, thereby preventing the silicon diaphragm 1 from breaking. .
以上説明したように、本発明の半導体圧力センサは柱状
突起が当設されるシリコンダイアフラムの受圧面に比較
して格段に広い受圧面を有する薄板状ダイアフラムを設
け、その圧力を一点集中荷重としてシリコンダイアフラ
ム面に付与することにより、流体圧力を高感度に検出す
ることができるという効果がある。また、柱状突起の摺
動をゴム状シリコン樹脂で支える構造とすることにより
、不意の高圧力、規定以上の高圧がかかった場合にもシ
リコンダイアフラムの破壊を未然に防止することができ
るという効果がある。As explained above, the semiconductor pressure sensor of the present invention is provided with a thin plate-shaped diaphragm having a much wider pressure receiving surface than that of the silicon diaphragm on which the columnar projections are attached, and the pressure is applied to the silicon diaphragm as a single point concentrated load. By applying it to the diaphragm surface, there is an effect that fluid pressure can be detected with high sensitivity. In addition, by supporting the sliding movement of the columnar protrusions with rubber-like silicone resin, the silicone diaphragm can be prevented from being destroyed even if unexpected high pressure or pressure higher than specified is applied. be.
第1図は本発明の一実施例を説明するための高感度半導
体圧力センサの縦断面図である。
1・・・シリコンダイアフラム、3・・・プラスチック
ケース、6・・・プラスチックダイアフラム、7・・・
柱状突起、8・・・ゴム状シリコン樹脂、9・・・カバ
ー、10・・・圧力室、11・・・流体導入ボート。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a high-sensitivity semiconductor pressure sensor for explaining one embodiment of the present invention. 1... Silicon diaphragm, 3... Plastic case, 6... Plastic diaphragm, 7...
Columnar projection, 8... Rubber-like silicone resin, 9... Cover, 10... Pressure chamber, 11... Fluid introduction boat.
Claims (1)
持されたシリコンダイアフラムと、このシリコンダイア
フラムの表面中央に垂直方向に当接する柱状突起と、こ
の柱状突起を摺動自在に中央部でゴム状シリコン樹脂に
より保持し且つ外周縁部が前記樹脂ケースに固着される
薄板状ダイアフラムと、一端が前記薄板状ダイアフラム
の外縁部に固着され且つ他端に流体導入部が配設された
カバーとを有し、前記薄板状ダイアフラムと前記カバー
とにより被測定流体の圧力室を形成し、この流体圧力に
より前記柱状突起を摺動するようにしたことを特徴とす
る半導体圧力センサ。A silicon diaphragm with a gauge resistor embedded therein for pressure measurement supported by a resin case, a columnar protrusion vertically abutting the center of the surface of the silicone diaphragm, and a rubber-like silicon diaphragm at the center that can freely slide over the columnar protrusion. A thin plate-shaped diaphragm held by resin and having an outer peripheral edge fixed to the resin case, and a cover having one end fixed to the outer edge of the thin plate-shaped diaphragm and a fluid introduction part arranged at the other end. A semiconductor pressure sensor, characterized in that a pressure chamber for a fluid to be measured is formed by the thin plate-like diaphragm and the cover, and the columnar protrusion is caused to slide by the pressure of the fluid.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29705187A JPH01138434A (en) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | Semiconductor pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29705187A JPH01138434A (en) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | Semiconductor pressure sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01138434A true JPH01138434A (en) | 1989-05-31 |
Family
ID=17841578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29705187A Pending JPH01138434A (en) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | Semiconductor pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01138434A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107727304A (en) * | 2017-09-06 | 2018-02-23 | 浙江工贸职业技术学院 | a sensor |
-
1987
- 1987-11-24 JP JP29705187A patent/JPH01138434A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107727304A (en) * | 2017-09-06 | 2018-02-23 | 浙江工贸职业技术学院 | a sensor |
| CN107727304B (en) * | 2017-09-06 | 2019-10-08 | 浙江工贸职业技术学院 | Sensor |
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