JPH0138256B2 - - Google Patents
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- JPH0138256B2 JPH0138256B2 JP57162323A JP16232382A JPH0138256B2 JP H0138256 B2 JPH0138256 B2 JP H0138256B2 JP 57162323 A JP57162323 A JP 57162323A JP 16232382 A JP16232382 A JP 16232382A JP H0138256 B2 JPH0138256 B2 JP H0138256B2
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- JP
- Japan
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- pressure sensor
- stress
- strain
- piezoresistive element
- diaphragm
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/147—Details about the mounting of the sensor to support or covering means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S73/00—Measuring and testing
- Y10S73/04—Piezoelectric
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高圧力測定用の圧力センサ、特に半導
体をダイヤフラムとした半導体圧力センサに関す
る。
体をダイヤフラムとした半導体圧力センサに関す
る。
従来、この種の半導体圧力センサは、平面図で
ある第１図、および側面図である第２図に示すよ
うに構成されていた。シリコンダイヤフラム１は
その主表面に４個のピエゾ抵抗素子１１が形成さ
れており、各ピエゾ抵抗素子１１を囲む領域は、
そのダイヤフラム裏面に凹陥部を形成することに
よつて起歪部１２が形成されている。このように
して構成されたシリコンダイヤフラム１はこれと
ほぼ熱膨張係数の等しいベース２に固定されてい
る。
ある第１図、および側面図である第２図に示すよ
うに構成されていた。シリコンダイヤフラム１は
その主表面に４個のピエゾ抵抗素子１１が形成さ
れており、各ピエゾ抵抗素子１１を囲む領域は、
そのダイヤフラム裏面に凹陥部を形成することに
よつて起歪部１２が形成されている。このように
して構成されたシリコンダイヤフラム１はこれと
ほぼ熱膨張係数の等しいベース２に固定されてい
る。
しかし、このような半導体圧力センサは、その
測定範囲が数100Kg／cm2と高耐圧になると、出力
特性と同時に各部の強度が問題となつていた。第
３図、第４図において、シリコンダイヤフラムに
圧力Ｐが加わつた際の各部の反応状態を示す。第
３図はシリコンダイヤフラム上面の応力分布を示
し、最大応力δsは起歪部１２の中央部で起ること
が判り、その値は次式で表わされる。
測定範囲が数100Kg／cm2と高耐圧になると、出力
特性と同時に各部の強度が問題となつていた。第
３図、第４図において、シリコンダイヤフラムに
圧力Ｐが加わつた際の各部の反応状態を示す。第
３図はシリコンダイヤフラム上面の応力分布を示
し、最大応力δsは起歪部１２の中央部で起ること
が判り、その値は次式で表わされる。
δs∝K1a2／h2 …(1)
ここでK1は比例定数である。
この(1)式により、最大応力δsの低減のためには
起歪部の半径ａを小さくし、あるいは板厚ｈを大
きくすればよいことがわかる。また、圧力に対応
する出力V0はダイヤフラムを（100）面にすれば
ピエゾ抵抗素子の拡散位置における半径方向応力
δrと接線方向応力δ〓の差に比例する。ピエゾ抵抗
素子をフルブリツジに組んだ場合、出力V0は次
式のようになるからである。
起歪部の半径ａを小さくし、あるいは板厚ｈを大
きくすればよいことがわかる。また、圧力に対応
する出力V0はダイヤフラムを（100）面にすれば
ピエゾ抵抗素子の拡散位置における半径方向応力
δrと接線方向応力δ〓の差に比例する。ピエゾ抵抗
素子をフルブリツジに組んだ場合、出力V0は次
式のようになるからである。
V0∝K2（δr−δ〓）Vx …(2)
ここで、K2は比例定数、Vxは印加電圧である。
第３図から判るように、（δr−δ〓）は周辺部近
傍の外周部厚肉部１ｂ上で最大となるため、この
ピエゾ抵抗素子を配するのが最適となり、出力
V0が大きくとれる。したがつて、ダイヤフラム
最大応力低減のため、起歪部１２の半径ａを小さ
くし、ピエゾ抵抗素子を起歪部周辺近傍の外周部
厚肉部１ｂに配する必要があるが、ピエゾ抵抗素
子自体の面積を確保する必要から、半径ａの低減
には一定の限界がある。
傍の外周部厚肉部１ｂ上で最大となるため、この
ピエゾ抵抗素子を配するのが最適となり、出力
V0が大きくとれる。したがつて、ダイヤフラム
最大応力低減のため、起歪部１２の半径ａを小さ
くし、ピエゾ抵抗素子を起歪部周辺近傍の外周部
厚肉部１ｂに配する必要があるが、ピエゾ抵抗素
子自体の面積を確保する必要から、半径ａの低減
には一定の限界がある。
第４図はシリコンダイヤフラム１とベース２の
接合面の応力分布を示している。ベース２にはシ
リコンとほぼ等しい熱膨張係数をもつホウケイ酸
ガラス等が用いられるが、その強度は弱いため、
応力は極力低下させる必要がある。接合面におけ
る最大応力δGは、前記応力δsに大きく依存するこ
とから、この応力δGを小さくするためにも、起歪
部半径ａを小さく、板厚ｈを大きくする必要があ
る。
接合面の応力分布を示している。ベース２にはシ
リコンとほぼ等しい熱膨張係数をもつホウケイ酸
ガラス等が用いられるが、その強度は弱いため、
応力は極力低下させる必要がある。接合面におけ
る最大応力δGは、前記応力δsに大きく依存するこ
とから、この応力δGを小さくするためにも、起歪
部半径ａを小さく、板厚ｈを大きくする必要があ
る。
すなわち、高圧測定用では、ダイヤフラムの中
央部に例えば円形状の起歪部１２を形成した場合
は、充分な出力レベルを確保しつつ、各部の低応
力化を図るため板厚ｈを充分に大きくすることが
要求される。
央部に例えば円形状の起歪部１２を形成した場合
は、充分な出力レベルを確保しつつ、各部の低応
力化を図るため板厚ｈを充分に大きくすることが
要求される。
ところが、従来では起歪部における板厚が大き
いため、周辺固定部も局部変形するのでピエゾ抵
抗素子を固定部となる外周部肉厚部に配してい
た。それ故、出力は、ベースとの接着時の歪等の
影響、接着剤、ベースの変形、熱影響等を直接受
け、特性の劣化、信頼性の低下が問題となる。
いため、周辺固定部も局部変形するのでピエゾ抵
抗素子を固定部となる外周部肉厚部に配してい
た。それ故、出力は、ベースとの接着時の歪等の
影響、接着剤、ベースの変形、熱影響等を直接受
け、特性の劣化、信頼性の低下が問題となる。
このような欠点を除去するため、起歪部１２と
固定部となる外周部厚肉部１ｂの分離を明確にす
る目的をもつて、起歪部板厚ｈに対して充分厚い
シリコンウエーハを用いることが考えられるが、
コスト高となる問題がある。
固定部となる外周部厚肉部１ｂの分離を明確にす
る目的をもつて、起歪部板厚ｈに対して充分厚い
シリコンウエーハを用いることが考えられるが、
コスト高となる問題がある。
本発明の目的は、このような事情に基づいてな
されたものであり、高圧に対する圧力センサの強
度を向上させつつ、高い信頼性、安定性を有し、
かつ広い範囲を測定し得る低コストの半導体圧力
センサを提供するにある。
されたものであり、高圧に対する圧力センサの強
度を向上させつつ、高い信頼性、安定性を有し、
かつ広い範囲を測定し得る低コストの半導体圧力
センサを提供するにある。
このような目的を達成するために、本発明は、
半導体結晶からなる基板の裏面に該基板の外周部
と中央部を残して凹陥部を形成することにより肉
薄部を形成し、この肉薄部の主面にピエゾ抵抗素
子を選択的に形成してなる半導体圧力センサにお
いて、基板裏面における前記外周部と中央部とを
ベースに固定させたものである。
半導体結晶からなる基板の裏面に該基板の外周部
と中央部を残して凹陥部を形成することにより肉
薄部を形成し、この肉薄部の主面にピエゾ抵抗素
子を選択的に形成してなる半導体圧力センサにお
いて、基板裏面における前記外周部と中央部とを
ベースに固定させたものである。
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。
る。
第５図ａ，ｂは本発明による半導体圧力センサ
の一実施例を示す構成図で、第５図ａは平面図、
第５図ｂは側面図である。シリコン単結晶からな
るシリコンダイヤフラム１があり、このシリコン
ダイヤフラム１は、その裏面において、中央部と
外周部が厚肉部となるようにたとえば円環状の凹
陥部が形成されている。このシリコンダイヤフラ
ム１の形状はたとえば厚肉部0.18mm、外周形状は
１辺が３mmである。ダイヤフラム１の主表面には
その凹陥部が形成されている領域において４個の
ピエゾ抵抗素子１１ａ，１１ａ，１１ｂ，１１ｂ
が形成されており、このうちピエゾ抵抗素子１１
ａは接線方向に、ピエゾ抵抗素子１１ｂは半径方
向に一致するように配置されている。これらは各
ピエゾ抵抗素子１１ａ，１１ａ，１１ｂ，１１ｂ
はフルブリツジに組まれるようになつており、そ
れらはダイヤフラム表面に蒸着したアルミニウム
電極５に引き出されている。
の一実施例を示す構成図で、第５図ａは平面図、
第５図ｂは側面図である。シリコン単結晶からな
るシリコンダイヤフラム１があり、このシリコン
ダイヤフラム１は、その裏面において、中央部と
外周部が厚肉部となるようにたとえば円環状の凹
陥部が形成されている。このシリコンダイヤフラ
ム１の形状はたとえば厚肉部0.18mm、外周形状は
１辺が３mmである。ダイヤフラム１の主表面には
その凹陥部が形成されている領域において４個の
ピエゾ抵抗素子１１ａ，１１ａ，１１ｂ，１１ｂ
が形成されており、このうちピエゾ抵抗素子１１
ａは接線方向に、ピエゾ抵抗素子１１ｂは半径方
向に一致するように配置されている。これらは各
ピエゾ抵抗素子１１ａ，１１ａ，１１ｂ，１１ｂ
はフルブリツジに組まれるようになつており、そ
れらはダイヤフラム表面に蒸着したアルミニウム
電極５に引き出されている。
前記ダイヤフラム１は、凹陥部形成領域におけ
る肉薄部１ｃにあつて起歪部を構成し、この起歪
部に画された外周が外周部肉厚部１ｂとなり、ま
た内周が中央部肉厚部１ａとなつており、これら
外周部肉厚部１ｂ、中央部肉厚部１ａの裏面にお
いてベース２の主表面に接着されることにより、
ベース２に搭載されている。ベース２はたとえば
ホウケイ酸ガラスが用いられ、またシリコンダイ
ヤフラム１との接着剤としてはたとえば低融点ガ
ラスが用いられる。前記ベース２は接着剤７を介
して導圧金具３に搭載されており、前記シリコン
ダイヤフラム１上のアルミニウム電極５は前記導
圧金具３にこれとガラスによつて絶縁されて植設
されたリード線８にワイヤ６を介して引き出され
ている。
る肉薄部１ｃにあつて起歪部を構成し、この起歪
部に画された外周が外周部肉厚部１ｂとなり、ま
た内周が中央部肉厚部１ａとなつており、これら
外周部肉厚部１ｂ、中央部肉厚部１ａの裏面にお
いてベース２の主表面に接着されることにより、
ベース２に搭載されている。ベース２はたとえば
ホウケイ酸ガラスが用いられ、またシリコンダイ
ヤフラム１との接着剤としてはたとえば低融点ガ
ラスが用いられる。前記ベース２は接着剤７を介
して導圧金具３に搭載されており、前記シリコン
ダイヤフラム１上のアルミニウム電極５は前記導
圧金具３にこれとガラスによつて絶縁されて植設
されたリード線８にワイヤ６を介して引き出され
ている。
なお、このようにして構成される半導体圧力セ
ンサは、外周部肉厚部１ｂ、中央部肉厚部１ａが
ベース２に接着されることから起歪部において基
準室１３が形成され、この基準室１３の圧力に対
する絶対圧基準形圧力センサとなるものである
が、基準室１３の温度による圧力変化ΔPはボイ
ル・シヤルルの法則から100℃の温度変化で約0.3
Kg／cm2であり、印加圧力が数100Kg／cm2の場合は
無視できるものである。
ンサは、外周部肉厚部１ｂ、中央部肉厚部１ａが
ベース２に接着されることから起歪部において基
準室１３が形成され、この基準室１３の圧力に対
する絶対圧基準形圧力センサとなるものである
が、基準室１３の温度による圧力変化ΔPはボイ
ル・シヤルルの法則から100℃の温度変化で約0.3
Kg／cm2であり、印加圧力が数100Kg／cm2の場合は
無視できるものである。
このように構成した半導体圧力センサにおい
て、シリコンダイヤフラム１に圧力Ｐを加えた際
のダイヤフラム表面の応力分布を有限要素法で解
析したグラフを第６図に示す。図において、シリ
コンダイヤフラム１の起歪部の厚さｈは0.1mm、
幅ｅは0.15ｍ、外周部肉厚部１ｂおよび中央部肉
厚部１ａの厚さｔは0.18mmである。圧力に対応し
た出力は、ピエゾ抵抗素子位置における半径方向
応力δrと接線方向応力δ〓の差に比例するが、第６
図に示すように充分な感度を有していることがわ
かる。さらに、シリコンダイヤフラム１に発生す
る最大応力δsは従来型と同一出力を得る場合には
約30％低減されており強度上有利である。
て、シリコンダイヤフラム１に圧力Ｐを加えた際
のダイヤフラム表面の応力分布を有限要素法で解
析したグラフを第６図に示す。図において、シリ
コンダイヤフラム１の起歪部の厚さｈは0.1mm、
幅ｅは0.15ｍ、外周部肉厚部１ｂおよび中央部肉
厚部１ａの厚さｔは0.18mmである。圧力に対応し
た出力は、ピエゾ抵抗素子位置における半径方向
応力δrと接線方向応力δ〓の差に比例するが、第６
図に示すように充分な感度を有していることがわ
かる。さらに、シリコンダイヤフラム１に発生す
る最大応力δsは従来型と同一出力を得る場合には
約30％低減されており強度上有利である。
このようにすれば、第６図に示したｈとｔの比
すなわちｈ／ｔを0.5程度に低減できることから、
固定部と起歪部との分離が明確となり、ピエゾ抵
抗素子１１を起歪部となる肉薄部１ｃ上に形成で
きるため、ベース２との接着の影響および接着
剤、ベースの影響を受けにくく、圧力センサとし
ての信頼性、安定性が向上する。第７図は、シリ
コンダイヤフラム１とベース２との接合面に生じ
る圧力分布を示しているが、中央部を固定し、ダ
イヤフラムの剛性を高めているため、従来の中央
肉薄形に比べて接合面の最大応力δGが抵減されて
いる。第８図は、圧力に対応した出力と、接合面
の最大応力δGの関係を示している。従来に比べ同
出力を得るために発生するδGを約50％低減できる
ことがわかる。このことはベース２にシリコンと
ほぼ熱膨張の等しいホウケイ酸ガラスを用いる場
合にはホウケイ酸ガラスの強度が弱いため特に有
利である。
すなわちｈ／ｔを0.5程度に低減できることから、
固定部と起歪部との分離が明確となり、ピエゾ抵
抗素子１１を起歪部となる肉薄部１ｃ上に形成で
きるため、ベース２との接着の影響および接着
剤、ベースの影響を受けにくく、圧力センサとし
ての信頼性、安定性が向上する。第７図は、シリ
コンダイヤフラム１とベース２との接合面に生じ
る圧力分布を示しているが、中央部を固定し、ダ
イヤフラムの剛性を高めているため、従来の中央
肉薄形に比べて接合面の最大応力δGが抵減されて
いる。第８図は、圧力に対応した出力と、接合面
の最大応力δGの関係を示している。従来に比べ同
出力を得るために発生するδGを約50％低減できる
ことがわかる。このことはベース２にシリコンと
ほぼ熱膨張の等しいホウケイ酸ガラスを用いる場
合にはホウケイ酸ガラスの強度が弱いため特に有
利である。
さらに、本発明の他の効果は、第９図に示すよ
うに、ピエゾ抵抗素子１１の位置rGを全く変更せ
ずに、起歪部の溝幅ｅおよび板厚ｈの２つのパラ
メータを変化させることにより幅広い圧力レンジ
を有する圧力センサを容易に構成することができ
る。第６図に示すように、圧力センサの出力レベ
ルに比例する半径方向応力δrと接線方向応力δ〓の
差（δr−δ〓）が、起歪部となる肉薄部１ｃを溝の
中央で最大であることから、ピエゾ抵抗素子の中
心と溝の中心とが一致しておれば、前記溝幅ｅお
よび板厚ｈを変更してもピエゾ抵抗素子は常に最
大出力を検出できる。つまり、溝幅ｅを大きくか
つ板厚を薄くすれば低圧用になり、逆に溝幅ｅを
小さくかつ板厚ｈを厚くすれば高圧用の圧力セン
サを容易に構成することができる。一方、従来の
ものは第３図に示すように、シリコンダイヤフラ
ムの中央部にたとえば円形状の起歪部を有してい
るが、抵抗変化を大きくするためピエゾ抵抗素子
は周辺部に配置する。この制約から従来のもので
同じピエゾ抵抗素子パターンを用いセンサの圧力
レンジを変更する場合は、板厚ｈの１パラメータ
を変更する以外に方法がなく、本実施例に比較し
自由度が少なくなる。したがつて本実施例のよう
にピエゾ抵抗素子配置パターンを全く変更せずに
幅広い圧力レンジの圧力センサが製造できれば、
生産工程の短縮、低コスト化が図れる。
うに、ピエゾ抵抗素子１１の位置rGを全く変更せ
ずに、起歪部の溝幅ｅおよび板厚ｈの２つのパラ
メータを変化させることにより幅広い圧力レンジ
を有する圧力センサを容易に構成することができ
る。第６図に示すように、圧力センサの出力レベ
ルに比例する半径方向応力δrと接線方向応力δ〓の
差（δr−δ〓）が、起歪部となる肉薄部１ｃを溝の
中央で最大であることから、ピエゾ抵抗素子の中
心と溝の中心とが一致しておれば、前記溝幅ｅお
よび板厚ｈを変更してもピエゾ抵抗素子は常に最
大出力を検出できる。つまり、溝幅ｅを大きくか
つ板厚を薄くすれば低圧用になり、逆に溝幅ｅを
小さくかつ板厚ｈを厚くすれば高圧用の圧力セン
サを容易に構成することができる。一方、従来の
ものは第３図に示すように、シリコンダイヤフラ
ムの中央部にたとえば円形状の起歪部を有してい
るが、抵抗変化を大きくするためピエゾ抵抗素子
は周辺部に配置する。この制約から従来のもので
同じピエゾ抵抗素子パターンを用いセンサの圧力
レンジを変更する場合は、板厚ｈの１パラメータ
を変更する以外に方法がなく、本実施例に比較し
自由度が少なくなる。したがつて本実施例のよう
にピエゾ抵抗素子配置パターンを全く変更せずに
幅広い圧力レンジの圧力センサが製造できれば、
生産工程の短縮、低コスト化が図れる。
第１０図は本発明による他の実施例を示す平面
図であり、１ａは中央部肉厚部、１ｂは外周部肉
厚部であり、１ｃは四角形状に形成した肉薄部で
ある。肉薄部１ｃ上に、接線方向ピエゾ抵抗素子
１１ａ、半径方向ピエゾ抵抗素子１１ｂが拡散形
成されている。このようにすれば、第１実施例に
おける効果をそのまま保持し、さらに、ピエゾ抵
抗素子１１と肉薄部１ｃが互いに平行、直角の関
係で配置されることにより、ピエゾ抵抗素子自体
の長さおよび幅方向に加わる応力分布が均一にな
り圧力センサの精度を向上させることができる。
図であり、１ａは中央部肉厚部、１ｂは外周部肉
厚部であり、１ｃは四角形状に形成した肉薄部で
ある。肉薄部１ｃ上に、接線方向ピエゾ抵抗素子
１１ａ、半径方向ピエゾ抵抗素子１１ｂが拡散形
成されている。このようにすれば、第１実施例に
おける効果をそのまま保持し、さらに、ピエゾ抵
抗素子１１と肉薄部１ｃが互いに平行、直角の関
係で配置されることにより、ピエゾ抵抗素子自体
の長さおよび幅方向に加わる応力分布が均一にな
り圧力センサの精度を向上させることができる。
第１１図は本発明の他の実施例を示す平面図で
あり、第１０図に示す実施例の改良を示す。半径
方向ピエゾ抵抗素子１１ｂはシリコンダイヤフラ
ムの半径方向につまり肉薄部１ｃの溝幅方向に平
行に配するため、ピエゾ抵抗素子自体の長さが大
きいこと、第６図に示した溝幅方向の急な応力勾
配の影響を受け、ピエゾ抵抗素子の受ける応力が
変化しやすく出力特性のばらつきの原因になる。
このため、半径方向ピエゾ抵抗素子の有効長さを
極力短くする必要があり、第１２図に示すよう
に、短いピエゾ抵抗素子を数個溝中央部に設け、
これらを並列に継ぎ合わせることによりピエゾ抵
抗素子の出力感度を保持しつつ、出力特性のばら
つきを抑えることができるようになる。
あり、第１０図に示す実施例の改良を示す。半径
方向ピエゾ抵抗素子１１ｂはシリコンダイヤフラ
ムの半径方向につまり肉薄部１ｃの溝幅方向に平
行に配するため、ピエゾ抵抗素子自体の長さが大
きいこと、第６図に示した溝幅方向の急な応力勾
配の影響を受け、ピエゾ抵抗素子の受ける応力が
変化しやすく出力特性のばらつきの原因になる。
このため、半径方向ピエゾ抵抗素子の有効長さを
極力短くする必要があり、第１２図に示すよう
に、短いピエゾ抵抗素子を数個溝中央部に設け、
これらを並列に継ぎ合わせることによりピエゾ抵
抗素子の出力感度を保持しつつ、出力特性のばら
つきを抑えることができるようになる。
第１３図は、本発明の他の実施例を示し、肉薄
部１ｃを環状とせず、ピエゾ抵抗素子１１の部分
のみ溝状の肉薄部１ｃを形成したものである。こ
のようにすれば、上記各実施例の効果の他に、起
歪部となる薄肉部１ｃの面積が小さいため、第６
図に示したシリコンダイヤフラム最大応力δsおよ
び第７図に示した最大接合面応力δGをさらに緩和
でき強度上極めて有利な構成とすることができ
る。
部１ｃを環状とせず、ピエゾ抵抗素子１１の部分
のみ溝状の肉薄部１ｃを形成したものである。こ
のようにすれば、上記各実施例の効果の他に、起
歪部となる薄肉部１ｃの面積が小さいため、第６
図に示したシリコンダイヤフラム最大応力δsおよ
び第７図に示した最大接合面応力δGをさらに緩和
でき強度上極めて有利な構成とすることができ
る。
以上述べたように本発明による半導体圧力セン
サによれば、ダイヤフラム１の中央部をベース２
に固定し、シリコンダイヤフラムの剛性を高めた
ことにより、従来に比べ同一出力を得る際に発生
するセンサ各部の応力を30〜50％に低減できるの
で強度上有利なものとすることができる。
サによれば、ダイヤフラム１の中央部をベース２
に固定し、シリコンダイヤフラムの剛性を高めた
ことにより、従来に比べ同一出力を得る際に発生
するセンサ各部の応力を30〜50％に低減できるの
で強度上有利なものとすることができる。
しかも、起歪部となる肉薄部と固定部との分離
ができ、出力特性に悪影響を及ぼす固定部から伝
達されるところのシリコンダイヤフラムとベース
の接着時の歪等の影響、接着剤、ベースとシリコ
ンとの機械的性質の違いによつて起る熱、変形等
の影響が抵減されるので、センサの出力特性の安
定性および信頼性が向上する。
ができ、出力特性に悪影響を及ぼす固定部から伝
達されるところのシリコンダイヤフラムとベース
の接着時の歪等の影響、接着剤、ベースとシリコ
ンとの機械的性質の違いによつて起る熱、変形等
の影響が抵減されるので、センサの出力特性の安
定性および信頼性が向上する。
さらに、ピエゾ抵抗素子の配置およびシリコン
ダイヤフラム外形寸法は全く変更せず、しかも、
センサ出力が常に最大となる位置にピエゾ抵抗素
子を配することができるので、肉薄部の形状を変
更するだけで低圧から高圧まで幅広い圧力センサ
が容易に構成でき、生産工程が削減され極めてコ
ストを安くすることができる。
ダイヤフラム外形寸法は全く変更せず、しかも、
センサ出力が常に最大となる位置にピエゾ抵抗素
子を配することができるので、肉薄部の形状を変
更するだけで低圧から高圧まで幅広い圧力センサ
が容易に構成でき、生産工程が削減され極めてコ
ストを安くすることができる。
第１図および第２図は従来の半導体圧力センサ
の一例を示す構成図で、第１図は平面図、第２図
は側面図、第３図および第４図は従来の半導体圧
力センサの応力解析図、第５図ａ，ｂは本発明に
よる半導体圧力センサの一実施例を示す構成図
で、第５図ａは平面図、第５図ｂは側面図、第６
図および第７図は本発明による半導体圧力センサ
の応力解析図、第８図は従来の半導体圧力センサ
と本発明による半導体圧力センサの応力解析比較
図、第９図は本発明による半導体圧力センサの効
果を説明するための図、第１０図、第１１図およ
び第１２図、第１３図はそれぞれ本発明による半
導体圧力センサの他の実施例を示す平面図であ
る。 １……シリコンダイヤフラム、１ａ……中央部
肉厚部、１ｂ……外周部肉厚部、１ｃ……肉薄
部、１１……ピエゾ抵抗素子、１１ａ……接線方
向ピエゾ抵抗素子、１１ｂ……半径方向ピエゾ抵
抗素子、１２……起歪部、２……ベース、３……
導圧金具、４……接着剤、５……Al電極、６…
…ワイヤ、８……リード線。
の一例を示す構成図で、第１図は平面図、第２図
は側面図、第３図および第４図は従来の半導体圧
力センサの応力解析図、第５図ａ，ｂは本発明に
よる半導体圧力センサの一実施例を示す構成図
で、第５図ａは平面図、第５図ｂは側面図、第６
図および第７図は本発明による半導体圧力センサ
の応力解析図、第８図は従来の半導体圧力センサ
と本発明による半導体圧力センサの応力解析比較
図、第９図は本発明による半導体圧力センサの効
果を説明するための図、第１０図、第１１図およ
び第１２図、第１３図はそれぞれ本発明による半
導体圧力センサの他の実施例を示す平面図であ
る。 １……シリコンダイヤフラム、１ａ……中央部
肉厚部、１ｂ……外周部肉厚部、１ｃ……肉薄
部、１１……ピエゾ抵抗素子、１１ａ……接線方
向ピエゾ抵抗素子、１１ｂ……半径方向ピエゾ抵
抗素子、１２……起歪部、２……ベース、３……
導圧金具、４……接着剤、５……Al電極、６…
…ワイヤ、８……リード線。
Claims (1)
- １ 半導体結晶からなる基板の裏面に該基板の外
周部と中央部を残して凹陥部を形成することによ
り肉薄部を形成し、この肉薄部の主面にピエゾ抵
抗素子を選択的に形成してなる半導体圧力センサ
において、基板裏面における前記外周部と中央部
とをベースに固定させたことを特徴とする半導体
圧力センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57162323A JPS5952727A (ja) | 1982-09-20 | 1982-09-20 | 半導体圧力センサ |
| DE8383109254T DE3376875D1 (en) | 1982-09-20 | 1983-09-19 | Pressure sensor with semi-conductor diaphragm |
| EP83109254A EP0111640B1 (en) | 1982-09-20 | 1983-09-19 | Pressure sensor with semi-conductor diaphragm |
| US06/534,076 US4511878A (en) | 1982-09-20 | 1983-09-20 | Pressure sensor with improved semiconductor diaphragm |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57162323A JPS5952727A (ja) | 1982-09-20 | 1982-09-20 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5952727A JPS5952727A (ja) | 1984-03-27 |
| JPH0138256B2 true JPH0138256B2 (ja) | 1989-08-11 |
Family
ID=15752344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57162323A Granted JPS5952727A (ja) | 1982-09-20 | 1982-09-20 | 半導体圧力センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4511878A (ja) |
| EP (1) | EP0111640B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5952727A (ja) |
| DE (1) | DE3376875D1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5995420A (ja) * | 1982-11-24 | 1984-06-01 | Hitachi Ltd | Ｍｏｓ型センサ |
| US4706061A (en) * | 1986-08-28 | 1987-11-10 | Honeywell Inc. | Composition sensor with minimal non-linear thermal gradients |
| DE3702412A1 (de) * | 1987-01-28 | 1988-08-18 | Philips Patentverwaltung | Druckaufnehmer mit einem siliziumkoerper |
| US4905575A (en) * | 1988-10-20 | 1990-03-06 | Rosemount Inc. | Solid state differential pressure sensor with overpressure stop and free edge construction |
| GB2229816B (en) * | 1989-03-31 | 1992-11-18 | Stc Plc | Pressure sensor |
| EP0430681A3 (en) * | 1989-11-30 | 1992-05-20 | Honeywell Inc. | Thick diaphragm pressure transducer |
| JP2816635B2 (ja) * | 1993-01-14 | 1998-10-27 | 株式会社山武 | 半導体圧力センサ |
| US6044711A (en) * | 1997-01-10 | 2000-04-04 | Psi-Tronix, Inc. | Force sensing apparatus |
| JP4466505B2 (ja) | 2005-08-12 | 2010-05-26 | オムロン株式会社 | リレー |
| EP2735855A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-28 | Sensata Technologies, Inc. | A measuring device for measuring a physical quantity |
| JP2016095284A (ja) * | 2014-11-17 | 2016-05-26 | セイコーエプソン株式会社 | 電子デバイス、物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体 |
| GB2552025B (en) | 2016-07-08 | 2020-08-12 | Sovex Ltd | Boom conveyor |
| US20180180494A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | Honeywell International Inc. | High Sensitivity Silicon Piezoresistor Force Sensor |
| US11885704B2 (en) | 2020-07-27 | 2024-01-30 | Precision Biomems Corporation | Flexible two-dimensional sheet array of electronic sensor devices |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1088723A (en) * | 1964-03-18 | 1967-10-25 | Ether Eng Ltd | Improvements in and relating to transducers |
| US3820401A (en) * | 1972-11-07 | 1974-06-28 | Sperry Rand Corp | Piezoresistive bridge transducer |
| US4121334A (en) * | 1974-12-17 | 1978-10-24 | P. R. Mallory & Co. Inc. | Application of field-assisted bonding to the mass production of silicon type pressure transducers |
| US4050313A (en) * | 1975-06-04 | 1977-09-27 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor pressure transducer |
| DE2809549C2 (de) * | 1977-03-07 | 1985-03-14 | Hitachi, Ltd., Tokio/Tokyo | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Druckmeßfühlers und Halbleiter-Druckmeßfühler |
| JPS5562331A (en) * | 1978-11-06 | 1980-05-10 | Hitachi Ltd | Absolute pressure reference type pressure sensor |
| SU934258A1 (ru) * | 1978-11-27 | 1982-06-07 | Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИтеплоприбор" | Полупроводниковый тензопреобразователь |
| US4376926A (en) * | 1979-06-27 | 1983-03-15 | Texas Instruments Incorporated | Motor protector calibratable by housing deformation having improved sealing and compactness |
| US4222277A (en) * | 1979-08-13 | 1980-09-16 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Media compatible pressure transducer |
| US4322980A (en) * | 1979-11-08 | 1982-04-06 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor pressure sensor having plural pressure sensitive diaphragms and method |
| US4317126A (en) * | 1980-04-14 | 1982-02-23 | Motorola, Inc. | Silicon pressure sensor |
| US4399707A (en) * | 1981-02-04 | 1983-08-23 | Honeywell, Inc. | Stress sensitive semiconductor unit and housing means therefor |
| US4400681A (en) * | 1981-02-23 | 1983-08-23 | General Motors Corporation | Semiconductor pressure sensor with slanted resistors |
| US4467656A (en) * | 1983-03-07 | 1984-08-28 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Transducer apparatus employing convoluted semiconductor diaphragms |
-
1982
- 1982-09-20 JP JP57162323A patent/JPS5952727A/ja active Granted
-
1983
- 1983-09-19 DE DE8383109254T patent/DE3376875D1/de not_active Expired
- 1983-09-19 EP EP83109254A patent/EP0111640B1/en not_active Expired
- 1983-09-20 US US06/534,076 patent/US4511878A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0111640A3 (en) | 1985-05-15 |
| EP0111640B1 (en) | 1988-06-01 |
| EP0111640A2 (en) | 1984-06-27 |
| US4511878A (en) | 1985-04-16 |
| JPS5952727A (ja) | 1984-03-27 |
| DE3376875D1 (en) | 1988-07-07 |
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