JPH01211986A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧力を電気信号に変換する半導体圧力センサ
に関し、特に自動車用エンジンの吸入空気圧や大気圧、
またはエギゾースト圧力などの検出に用いられる半導体
圧力センサに関するものである。

（従来の技術） 近年、排気ガス規制が強化されるに伴い、自動車用エン
ジンは、いかなる運転状態でも常に最良の燃焼状態とな
るように制御する必要がある。それには、圧力電気信号
変換器によりエンジンの吸気圧力を検出した電気信号に
よって燃料の供給量や点火時期を制御して最適な燃焼状
態に維持する方法や、大気圧の変化を検知して高度補正
を行なう方法などが採用されるようになってきた。この
ような圧力電気信号変換器を自動車用として採用する場
合には、耐熱性、耐振性が要求され、これに応えるもの
として、半導体を歪ゲージとして利用した半導体圧力セ
ンサが広く採用されている。

この種の従来の半導体圧力センサについて、第３図およ
び第４図により説明する。

第３図は従来の半導体圧力センサの平面図で、半導体圧
力センサは、シリコン単結晶の（１００）而を用いた基
板１の中央に破線で描いた長方形のダイアフラム１ａを
形成し、その中央に（１１０）軸方向に４つのゲージ用
拡散抵抗２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄを配置して、ホイ
ートストンブリッジを形成するとともに、周囲に電極パ
ッド３ａｐ　３ｂ＋　３ｃおよび３ｄを形成して、これ
らと上記の拡散抵抗２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄとの間
に、（１１０）軸方向の拡散接続信号線４ａ、４ｂ、４
ｃおよび４ｄで接続したものである。ダイアフラム１ａ
に圧力が印加されると、ダイアフラム１ａが歪み、ゲー
ジ用拡散抵抗２ａと２０、または２ａと２ｄに発生する
歪量の差によってホイートストンブリッジ回路の抵抗値
のバランスがくずれ、出力が得られる。

第４図は、ダイヤフラム１ａに形成されたホイートスト
ンブリッジ回路の等価回路である。図中の短冊形は、ゲ
ージ用拡散抵抗２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄ、鋸歯形は
拡散接続信号線４ａ、　４ｂ、　４ｃおよび４ｄ、なら
びに丸印は電極パッド３ａ、　３ｂ。

３ｃおよび３ｄを示し、符号はそれぞれ第３図に準じて
付しである。

第４図から明らかなように、ブリッジにかかるバイアス
電圧ＶＢ印加回路に直列に拡散接続信号線４ｂが形成さ
れている。

なお、図中の■。、。ｌ＋Ｖａ（−１は、それぞれ電極
３ａおよび３ｃの出力電圧（＋）、　（−）を示す。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような構成では、拡散接続信号線４
ａ、４ｂ、４ｃおよび４ｄが、ピエゾ抵抗係数を有する
ゲージ用拡散抵抗２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄが共に圧
力によって伸縮するダイアフラム１ａ上で（１１０）軸
方向に形成されているため、圧力によって拡散接続信号
線４ａ、４ｂ、４ｃおよび４ｄも伸縮する結果、その抵
抗値も変化することになる。従って、第４図において、
電極３ｂと電極３ｄの間に一定のバイアス電圧■８を加
えても、ブリッジに加えられる実質のバイアス電圧が変
動するため、出力電圧■。も変動し、出力の直線性が悪
化するという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するもので、直線性の良い
出力特性を有する半導体圧力センサを提供するものであ
る。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を達成するため、本発明は、ピエゾ抵抗係数
が最大となる０１０＞軸方向にゲージ用拡散抵抗を配置
するとともに、上記の拡散抵抗と電極パッドを接続する
拡散接続信号線を、ピエゾ抵抗係数を有しない＜１１０
＞軸と４５″の角度を持つ方向に配置することによって
、拡散抵抗の感度を最大とし、且つ拡散接続信号線の影
響をなくしたものである。

また、バイアス側の拡散接続信号線をブリッジ回路に内
蔵させ、圧力印加時のブリッジ回路へのバイアス電圧値
の変動をなくするものである。

（作　用） 上記の構成により、拡散接続信号線が＜１１０＞軸と４
５°の角度を持ち、ピエゾ抵抗不感方向に形成されてい
るため、ダイヤフラムへ圧力が印加されたときに、拡散
接続信号線の伸縮による抵抗変化がなくなり、ブリッジ
回路の出力電圧はゲージ用拡散抵抗だけに依存すること
になって、印加圧カー出力の直線性が大幅に向上する。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図および第２図により説明する
。なお、第３図に示した従来例と同じ構成部品には同一
符号を付す。

第１図は本発明による半導体圧力センサの平面図で、半
導体センサは、シリコン単結晶の（１００）面を用いた
基板１の中央部に、図に破線で示したダイヤフラム１ａ
を形成し、その四辺近傍に（１１０）軸方向にゲージ用
拡散抵抗２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄを、また、基板１
の四隅に電極パッド３ａ。

３ｂ、３ｃおよび３ｄをそれぞれ配置し、上記の拡散抵
抗２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄと上記の電極パッド３ａ
、３ｂ、３ｃおよび３ｄとの間を、（１１０＞軸と４５
°をなす方向に配置した拡散接続信号、ｓ５　ａ　。

５ｂと６ａ、５ｃ、５ｄ、５ｅと６ｂおよび５ｆで接続
したものである。

なお、接地接続する電極パッド３ａとバイアス電圧ＶＢ
を印加する電極パッド３Ｃとの間には、拡散接続信号線
５ｂおよび５ｅを介してそれぞれ接続された拡散抵抗２
ａと２ｂ、および２Ｃと２ｄが、電極パッド３ａおよび
３ｃに並列に接続されており、その両端の拡散抵抗２ａ
と２ｄ、および２ｂと２０をそれぞれ拡散接続信号線５
ａと５ｆ、および５Ｃと５ｄが直列になるように接続さ
れている。また、上記の中間に挿入された拡散接続信号
線５ｂおよび５ｅと信号を出力する電極パッド３ｂおよ
び３ｄとは、それぞれ拡散接続信号線６ａおよび６ｂで
接続されている。

第２図は、上記の基板１の上に形成されたホイートスト
ンブリッジ回路の等価回路である。短冊形は拡散抵抗２
ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄ、鋸歯形は拡散接続信号線５
ａ、　５ｂ、　５ｃ、　５ｄ、　５ｅ、　５ｆ。

６ａおよび６ｂ、丸印は電極パッド３ａ、　３ｂ、　３
ｃおよび３ｄで、それぞれ第３図に準するものである。

このように構成された実施例の動作について説明する。

ダイアフラム１ａに圧力が加わると、ダイアフラム１ａ
が歪み、（１１０）軸方向に形成されたゲージ用拡散抵
抗２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄの抵抗値が変化し、出力
が得られる。拡散接続信号線５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、
５ｅ、５ｆ、６ａおよび６ｂは、共に（１１０）軸に対
して４５°の角度をなす方向に配置されているため抵抗
値の変化が生じないので、半導体圧力センサの出力に対
する影響がない。

さらに、バイアス電圧ＶＢの印加部には直列に接続され
た拡散接続信号線がないので、印加圧カー出力電圧値の
直線性を悪化させる要因が除去されている。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ゲージ用拡散抵
抗と電極パッド間を接続する拡散接続信号線が、歪によ
り影響を受けない方向に配置され、且つバイアス印加部
に直列に挿入された拡散接続信号線がないので、出力特
性の直線性を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体圧力センサ平面図、第２図
はその等価回路図、第３図は従来の半導体圧力センサの
平面図、第４図はその等価回路図である。 １・・・基板、１ａ・・・ダイアフラム、　２ａ。 ２　ｂ　、　２　ｃ　、　２　ｄ−ゲージ用拡散抵抗、
　３ａ。 ３　ｂ　、　３　ｃ　、　３　ｄ−電極パッド、　　４
ａ、　４ｂ。 ４ｃｔ　４ｄ、　５ａ、　５ｂ、　５ｃ、　５ｄ、　５
ｅ、　５ｆ。 ６ａ、　６ｂ・・・拡散接続信号線。 第１図 Ｃ １−９基板　　〕〕ａミーダイアフ ラム２ａ、２ｂ、２２ｄ−リー−”ｊ＃４１ｉ散％ｔ７
Ｌ　　３ａ、３ｂ、３ｃ、　３ｄ−電Ｍバ、７ド５ａ、
５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、６ａ、６ｂ　ＪＥ散持
続伍’＝ｎ第２図 ｂ 第３図 −＜４１０＞ １一基板　　１ａ−ダイヤフラム ２ａ、２ｂ、２Ｃ，２ｄ−グ―゛ｉ用［敗ＭＦＡ　　　
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ−、電檜パ・、ド４ａ、４ｂ、
４ｃ、４ｄ　−Ｊ：ｆｉ！に才（ト一りで５４６勺１【
第４図 ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１００）面を持つシリコン単結晶板に形成したダイア
   フラム上に、〈１１０〉軸方向にゲージ用の拡散抵抗を
   配置し、上記の拡散抵抗間および電極パッドとの間を接
   続する拡散接続信号線を〈１１０〉軸と４５゜をなす方
   向に形成したことを特徴とする半導体圧力センサ。