JPH0264430A - 半導体圧力変換装置 - Google Patents
半導体圧力変換装置Info
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- JPH0264430A JPH0264430A JP63214985A JP21498588A JPH0264430A JP H0264430 A JPH0264430 A JP H0264430A JP 63214985 A JP63214985 A JP 63214985A JP 21498588 A JP21498588 A JP 21498588A JP H0264430 A JPH0264430 A JP H0264430A
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- 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
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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。
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、半導体圧力変換装置に係り、特に差圧信号と
共に静圧信号も得ることのできる。半導体圧力変換装置
に関する。
共に静圧信号も得ることのできる。半導体圧力変換装置
に関する。
差圧信号と静圧信号を同時に検出する複合機能形の半導
体圧力変換装置の例としては、特開昭５８−１２０１４
２号公報に示されている。
体圧力変換装置の例としては、特開昭５８−１２０１４
２号公報に示されている。
上記例においては、シリコンダイアフラムの薄肉部上に
差圧に感応する半導体抵抗群が、薄肉部の外周の厚肉部
上に静圧に感応する半導体抵抗群が形成されている。シ
リコンダイアフラムは、ガラスからなる固定台に固着接
合されている。
差圧に感応する半導体抵抗群が、薄肉部の外周の厚肉部
上に静圧に感応する半導体抵抗群が形成されている。シ
リコンダイアフラムは、ガラスからなる固定台に固着接
合されている。
ところで、差圧測定時には、静圧が半導体圧力変換装置
に均一に印加されているので、シリコンダイアフラム上
の薄肉部に形成されている差圧抵抗群には極めて大きな
圧縮応力となる。また、固定台にも静圧が印加されてお
り、シリコンダイアフラムと固定台の変形量の違いによ
ってシリコンダイアフラムに曲げを与えることになり、
大気圧における場合の零点と比較すると誤差が発生する
（一般に、この誤差を静圧影響と呼んでいる。）。
に均一に印加されているので、シリコンダイアフラム上
の薄肉部に形成されている差圧抵抗群には極めて大きな
圧縮応力となる。また、固定台にも静圧が印加されてお
り、シリコンダイアフラムと固定台の変形量の違いによ
ってシリコンダイアフラムに曲げを与えることになり、
大気圧における場合の零点と比較すると誤差が発生する
（一般に、この誤差を静圧影響と呼んでいる。）。
この誤差は、差圧測定時に差圧信号に重畳されるため、
差圧信号は誤差を含んだ信号となる。このため、厚肉部
に半導体抵抗群を形成して静圧を検出し、静圧による誤
差を補正しようとしている。
差圧信号は誤差を含んだ信号となる。このため、厚肉部
に半導体抵抗群を形成して静圧を検出し、静圧による誤
差を補正しようとしている。
ところで、この静圧信号は差圧信号と比較すると、その
出力レベルは数十分の−であり、非常に小さい。静圧信
号の出力原理は、固定台とシリコンダイアフラムの材質
の相違によって生じる静圧印加時の歪差を利用している
。従って、高出力の静圧信号を得るには、歪差を出来る
限り大きくする必要がある。しかるに、歪差を大きくす
ることは、シリコンダイアフラムと固定台との間の接合
部分にも大きな歪差を発生させることになり、全体の静
圧強度（静圧印加圧力）が低下する。また、歪差を大き
くすることは、シリコンダイアフラムの薄肉部にも当然
大きな影響を与えるため、差圧信号と静圧信号は干渉が
大きくなり、高出力の静圧信号で補正された高精度の差
圧信号を得ることは困難である。
出力レベルは数十分の−であり、非常に小さい。静圧信
号の出力原理は、固定台とシリコンダイアフラムの材質
の相違によって生じる静圧印加時の歪差を利用している
。従って、高出力の静圧信号を得るには、歪差を出来る
限り大きくする必要がある。しかるに、歪差を大きくす
ることは、シリコンダイアフラムと固定台との間の接合
部分にも大きな歪差を発生させることになり、全体の静
圧強度（静圧印加圧力）が低下する。また、歪差を大き
くすることは、シリコンダイアフラムの薄肉部にも当然
大きな影響を与えるため、差圧信号と静圧信号は干渉が
大きくなり、高出力の静圧信号で補正された高精度の差
圧信号を得ることは困難である。
すなわち、静圧信号を大きくしようとすると。
静圧強度が低下すると共に差圧信号との干渉も大きくな
り、高精度に補正された差圧信号を得ることが出来ない
という問題があった。
り、高精度に補正された差圧信号を得ることが出来ない
という問題があった。
本発明の目的は、静圧強度を低下させることなく、かつ
差圧信号との干渉も大きくすることなく静圧信号を高出
力化できる半導体圧力変換装置を提供することにある。
差圧信号との干渉も大きくすることなく静圧信号を高出
力化できる半導体圧力変換装置を提供することにある。
上記目的は、シリコンダイアフラム接合される固定台を
材質の異なる２層構造とし、シリコンダイアフラム例の
第１層をシリコンに比べて縦弾性係数が著しく異なり、
高絶縁で線膨張係数の類似した材質で形成し、第２層を
シリコンと類似した縦弾性係数および線膨張係数を有す
る材質で形成することにより達成される。
材質の異なる２層構造とし、シリコンダイアフラム例の
第１層をシリコンに比べて縦弾性係数が著しく異なり、
高絶縁で線膨張係数の類似した材質で形成し、第２層を
シリコンと類似した縦弾性係数および線膨張係数を有す
る材質で形成することにより達成される。
固定台の第１層は、差圧抵抗群、静圧抵抗群を有するシ
リコンダイアフラムとその変形量（静圧印加時）を比較
すると、歪量（圧縮量）が大きいので、シリコンダイア
フラムとの接合界面に大きな歪差を発生させる。さらに
、シリコンダイアフラム上の静圧、差圧抵抗群を有する
肉厚部、薄肉部上面に曲げ応力として作用する。この歪
差は、シリコンダイアフラムと固定台の第１層間の接合
強度に影響し、この曲げ応力は、静圧抵抗群、差圧抵抗
群の出力に影響する。この歪差を固定台の第２層により
、抑制して、歪差を低減する。これによって静圧強度は
向上する。さらに差圧信号群への曲げ応力成分を低減す
ることができ、干渉量を低減することができる。
リコンダイアフラムとその変形量（静圧印加時）を比較
すると、歪量（圧縮量）が大きいので、シリコンダイア
フラムとの接合界面に大きな歪差を発生させる。さらに
、シリコンダイアフラム上の静圧、差圧抵抗群を有する
肉厚部、薄肉部上面に曲げ応力として作用する。この歪
差は、シリコンダイアフラムと固定台の第１層間の接合
強度に影響し、この曲げ応力は、静圧抵抗群、差圧抵抗
群の出力に影響する。この歪差を固定台の第２層により
、抑制して、歪差を低減する。これによって静圧強度は
向上する。さらに差圧信号群への曲げ応力成分を低減す
ることができ、干渉量を低減することができる。
一方この歪差９曲げ応力を低減することにより、静圧信
号には一見、その平均的曲げ応力は低減するが、その曲
げ応力分布は均一でないため１曲げ応力の最大位置に静
圧抵抗群を配置することにより、高出力化できる。その
最大位置は、静圧抵抗群を形成しである肉厚部の長さと
固定台の第１層の厚さによって決定される。
号には一見、その平均的曲げ応力は低減するが、その曲
げ応力分布は均一でないため１曲げ応力の最大位置に静
圧抵抗群を配置することにより、高出力化できる。その
最大位置は、静圧抵抗群を形成しである肉厚部の長さと
固定台の第１層の厚さによって決定される。
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図において、１は薄い円形のシリコンダイアフラム
であり、その面方位は（１１０）である。
であり、その面方位は（１１０）である。
シリコンダイアフラム１の中央部は薄肉部１１と剛体部
１３と厚肉部１２からなる。薄肉部１１上には、拡散に
より形成された抵抗群１１１〜１１４があり、一方厚肉
部にも同様な抵抗群１２１〜１２４が形成しである。シ
リコンダイアフラム１の抵抗群を形成している他方の面
は第１の固定台２に陽極接合にて固着される。この固定
台２はシリコンダイアフラム１と線膨張係数は同じであ
るが、縦弾性係数の極端に相違するパイレックスガラス
等であり、その中心には圧力を導入するための孔２１を
有している。固定台２のもう一方の面は固定台３に陽極
接合にて固着される。この固定台３は固定台２とシリコ
ンダイアフラム１と線膨張係数は同じであるが、縦弾性
係数はシリコンダイアフラム１と同じ材質であるＦａ−
Ｎｉ材等である。固定台３の中心にも固定台２と同様に
圧力を導入するための孔３１を有する。さらに固定台３
のもう１方の面はその外周を筒体４に溶接接合され固着
される。筒体４にはシリコンダイアフラム１との電気接
続するための厚膜基板５を有し、厚膜基板５のパッドと
シリコンダイアフラム１の電気配線パッド１４によりワ
イヤボンディング線１５によって接続される。さらに筒
体４にはシリコンダイアフラム１からの電気信号を外部
に送出するためのハーメチックシール端子４１．４２を
有し、この端子を介してシリコンダイアフラム１の信号
が外部に送出される。・ 第２図は第１図におけるシリコンダイアフラム１の平面
図であり、薄肉部１１上の抵抗群１１１〜１１４は半径
方向（結晶方位は（１１１）方向）に４ケ配置されてい
る。これらの抵抗群１１１〜１１４（以後差圧抵抗群）
は薄肉部の両面にかかる圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に比例し
て、ピエゾ抵抗効果により抵抗が変化し、例えば第１図
において、ＰＨ＞ＰＬのとき、差圧抵抗群の１１２と１
１３は引張り歪を受けるので正方向に抵抗が変化し、−
力差圧抵抗群１１１，１１３は圧縮歪により負方向に変
化する。これらの差圧抵抗群を第３図に示すようなブリ
ッジ回路１ａにて差圧に応じた電気信号を取出し、その
出力端子ｌａｘ、ｌａｗより送出する。
１３と厚肉部１２からなる。薄肉部１１上には、拡散に
より形成された抵抗群１１１〜１１４があり、一方厚肉
部にも同様な抵抗群１２１〜１２４が形成しである。シ
リコンダイアフラム１の抵抗群を形成している他方の面
は第１の固定台２に陽極接合にて固着される。この固定
台２はシリコンダイアフラム１と線膨張係数は同じであ
るが、縦弾性係数の極端に相違するパイレックスガラス
等であり、その中心には圧力を導入するための孔２１を
有している。固定台２のもう一方の面は固定台３に陽極
接合にて固着される。この固定台３は固定台２とシリコ
ンダイアフラム１と線膨張係数は同じであるが、縦弾性
係数はシリコンダイアフラム１と同じ材質であるＦａ−
Ｎｉ材等である。固定台３の中心にも固定台２と同様に
圧力を導入するための孔３１を有する。さらに固定台３
のもう１方の面はその外周を筒体４に溶接接合され固着
される。筒体４にはシリコンダイアフラム１との電気接
続するための厚膜基板５を有し、厚膜基板５のパッドと
シリコンダイアフラム１の電気配線パッド１４によりワ
イヤボンディング線１５によって接続される。さらに筒
体４にはシリコンダイアフラム１からの電気信号を外部
に送出するためのハーメチックシール端子４１．４２を
有し、この端子を介してシリコンダイアフラム１の信号
が外部に送出される。・ 第２図は第１図におけるシリコンダイアフラム１の平面
図であり、薄肉部１１上の抵抗群１１１〜１１４は半径
方向（結晶方位は（１１１）方向）に４ケ配置されてい
る。これらの抵抗群１１１〜１１４（以後差圧抵抗群）
は薄肉部の両面にかかる圧力差（ＰＨ−ＰＬ）に比例し
て、ピエゾ抵抗効果により抵抗が変化し、例えば第１図
において、ＰＨ＞ＰＬのとき、差圧抵抗群の１１２と１
１３は引張り歪を受けるので正方向に抵抗が変化し、−
力差圧抵抗群１１１，１１３は圧縮歪により負方向に変
化する。これらの差圧抵抗群を第３図に示すようなブリ
ッジ回路１ａにて差圧に応じた電気信号を取出し、その
出力端子ｌａｘ、ｌａｗより送出する。
またこれらの差圧抵抗群１１１〜１１４は差圧が零のと
き（ＰＨ＝ＰＬ）でも、固定台２との縦弾性係数相違に
より生じる歪の影響を受けるので抵抗値が変化する。こ
の変化量は静圧に比例し、−般には静圧影響と呼ばれて
いる。また差圧測定時においてもこの変化量は差圧出力
に重畳される。
き（ＰＨ＝ＰＬ）でも、固定台２との縦弾性係数相違に
より生じる歪の影響を受けるので抵抗値が変化する。こ
の変化量は静圧に比例し、−般には静圧影響と呼ばれて
いる。また差圧測定時においてもこの変化量は差圧出力
に重畳される。
このため、重畳された誤差信号を取除いて高精度の差圧
信号を得るには何んらかの静圧補正信号が必要である。
信号を得るには何んらかの静圧補正信号が必要である。
この静圧信号は、シリコンダイアフラム１の厚肉部１２
に設けられた抵抗群１２１〜１２４によって検出し、差
圧抵抗群と同様に第３図のブリッジ回路１ｂにて取出さ
れる。この静圧信号を重畳された差圧信号より、引算し
、正確な差圧信号を得ることができる。すなわち、重畳
されたシリコンダイアフラム１の差圧信号をΔＰ′とし
、正確な差圧信号をΔＰ、静圧信号をＰ′とすれば ΔＰ＝Δｐ’ −ｐ’ となる。
に設けられた抵抗群１２１〜１２４によって検出し、差
圧抵抗群と同様に第３図のブリッジ回路１ｂにて取出さ
れる。この静圧信号を重畳された差圧信号より、引算し
、正確な差圧信号を得ることができる。すなわち、重畳
されたシリコンダイアフラム１の差圧信号をΔＰ′とし
、正確な差圧信号をΔＰ、静圧信号をＰ′とすれば ΔＰ＝Δｐ’ −ｐ’ となる。
前述したように、正確な静圧補正信号を得るには静圧信
号の出力を大きくする必要がある。しかしながらこの静
圧信号を大きくすることは一方では薄肉部１１にも影響
を与えることになるので特性上、信頼性上で好ましくな
い。何故なら前述したように、静圧信号は固定台２とシ
リコンダイアフラムｌの静圧印加時の変形量差から生じ
る、厚肉部１２の曲げ応力を利用しているからである。
号の出力を大きくする必要がある。しかしながらこの静
圧信号を大きくすることは一方では薄肉部１１にも影響
を与えることになるので特性上、信頼性上で好ましくな
い。何故なら前述したように、静圧信号は固定台２とシ
リコンダイアフラムｌの静圧印加時の変形量差から生じ
る、厚肉部１２の曲げ応力を利用しているからである。
この相矛盾する問題を解決するため、本発明では、固定
台３を設けてシリコンダイアフラム１の薄肉部１１に曲
げ応力を極力伝達させないようにする。さらにシリコン
ダイアフラム１の厚肉部１２における静圧抵抗群１２１
〜１２４を曲げ応力の周方向応力と、径方向応力差が最
大になる点に配置し、その位置はシリコンダイアフラム
１の厚肉部長と固定台２の形状によって決定される。
台３を設けてシリコンダイアフラム１の薄肉部１１に曲
げ応力を極力伝達させないようにする。さらにシリコン
ダイアフラム１の厚肉部１２における静圧抵抗群１２１
〜１２４を曲げ応力の周方向応力と、径方向応力差が最
大になる点に配置し、その位置はシリコンダイアフラム
１の厚肉部長と固定台２の形状によって決定される。
第４図はシリコンダイアフラム１に静圧を印加したとき
に生じる薄肉部１１上の応力分布を示したものである。
に生じる薄肉部１１上の応力分布を示したものである。
第５図は静圧印加時の変形状態の概略を示したものであ
る。第４図、第５図より静圧が印加されると固定台２は
シリコンダくアフラム１と固定台２との縦弾性係数相違
により大きく縮む。この縮み量は薄肉部１１に伝わり第
４図に示すような応力分布を示す。第４図において上の
図（、）は従来例における応力分布を示したものであり
、下図（ｂ）は本発明による固定台３を具備させた場合
である。固定台３がないと固定台２の縮み量による歪が
そのまま伝達され、差圧抵抗群１１１〜１１２には過大
な応力状態下にさらされるので零点誤差、ならびに抵抗
変化の非直線性を劣化させる。さらに固定台２の下面は
ほぼフリーの為、シリコンダイアフラム１と固定台２の
上面間で大きな界面応力（図示せず）が発生し許容静圧
印加圧力の低減を招く。このため、固定台３によって固
定台２の縮み量を抑制することにより。
る。第４図、第５図より静圧が印加されると固定台２は
シリコンダくアフラム１と固定台２との縦弾性係数相違
により大きく縮む。この縮み量は薄肉部１１に伝わり第
４図に示すような応力分布を示す。第４図において上の
図（、）は従来例における応力分布を示したものであり
、下図（ｂ）は本発明による固定台３を具備させた場合
である。固定台３がないと固定台２の縮み量による歪が
そのまま伝達され、差圧抵抗群１１１〜１１２には過大
な応力状態下にさらされるので零点誤差、ならびに抵抗
変化の非直線性を劣化させる。さらに固定台２の下面は
ほぼフリーの為、シリコンダイアフラム１と固定台２の
上面間で大きな界面応力（図示せず）が発生し許容静圧
印加圧力の低減を招く。このため、固定台３によって固
定台２の縮み量を抑制することにより。
薄肉部１１と界面の発生応力を低減することができる。
一方この抑制量が大きくなり過ぎると、第６図に示すよ
うに、薄肉部１１と厚肉部１２の応力成分はほぼ一定と
なり、差圧信号と静圧信号は干渉することがなくなる。
うに、薄肉部１１と厚肉部１２の応力成分はほぼ一定と
なり、差圧信号と静圧信号は干渉することがなくなる。
但し、干渉しなくなるということは一方では厚肉部の応
力分布成分の変化がないので高出力の静圧信号を得るこ
とはできない。高出力の静圧信号を得てかつ差圧信号と
干渉しないようにするにはシリコンダイアフラム１の肉
厚Ｔ１を固定台２の肉厚Ｔ２に対して薄くし、固定台２
の縮み量をシリコンダイアフラムの肉厚部１２に低減す
ることなく伝える必要がある。かつ静圧抵抗群１２１〜
１２４を曲げ応力成分の差のあるところに配置する必要
がある。静圧抵抗群１２１〜１２４を形成するシリコン
ダイアフラム１の肉厚部１２の厚さＴ１と位置ｒ、は固
定台２の厚さＴ２と固定台３の抑制量面積比によって決
まる。
力分布成分の変化がないので高出力の静圧信号を得るこ
とはできない。高出力の静圧信号を得てかつ差圧信号と
干渉しないようにするにはシリコンダイアフラム１の肉
厚Ｔ１を固定台２の肉厚Ｔ２に対して薄くし、固定台２
の縮み量をシリコンダイアフラムの肉厚部１２に低減す
ることなく伝える必要がある。かつ静圧抵抗群１２１〜
１２４を曲げ応力成分の差のあるところに配置する必要
がある。静圧抵抗群１２１〜１２４を形成するシリコン
ダイアフラム１の肉厚部１２の厚さＴ１と位置ｒ、は固
定台２の厚さＴ２と固定台３の抑制量面積比によって決
まる。
第７図はこれらの諸量を変化させた場合の差圧抵抗群出
力と静圧抵抗群の出力の一例を示したものであり１例え
ば第７図（ａ）に示すようにシリコンダイアフラム１の
肉厚部Ｔｓを薄くすればする径静圧抵抗群の出力は増加
し高出力を得ることができるが一方では差圧抵抗群出力
も大きくなり干渉が大きくなって行く、また第７図（ｂ
）においては、前述の（ａ）と比べると比較的その変化
量は少ない。同様に第７図（Ｑ）においては前述の（ａ
）と同様にその変化は大きく静圧抵抗群出力と差圧抵抗
群出力に大きく寄与している。したがって固定台２の縮
み量を固定台３の抑制面積により、シリコンダイアフラ
ム１の厚内部面積と厚さによって差圧抵抗群出力と静圧
抵抗群出力を干渉させないで、静圧信号の高出力化を図
ることができる。また静圧抵抗群の位置は固定台２の抑
制厚さとシリコンダイアフラム１の固定部長ｒｍによっ
て決まる。すなわちシリコンダイアフラム１の静圧抵抗
群１２１〜１２４を形成する厚肉部１２の厚さＴ１と位
［ｒ ｇは、固定台２の抑制量のパラメータで表わすこ
とができる。
力と静圧抵抗群の出力の一例を示したものであり１例え
ば第７図（ａ）に示すようにシリコンダイアフラム１の
肉厚部Ｔｓを薄くすればする径静圧抵抗群の出力は増加
し高出力を得ることができるが一方では差圧抵抗群出力
も大きくなり干渉が大きくなって行く、また第７図（ｂ
）においては、前述の（ａ）と比べると比較的その変化
量は少ない。同様に第７図（Ｑ）においては前述の（ａ
）と同様にその変化は大きく静圧抵抗群出力と差圧抵抗
群出力に大きく寄与している。したがって固定台２の縮
み量を固定台３の抑制面積により、シリコンダイアフラ
ム１の厚内部面積と厚さによって差圧抵抗群出力と静圧
抵抗群出力を干渉させないで、静圧信号の高出力化を図
ることができる。また静圧抵抗群の位置は固定台２の抑
制厚さとシリコンダイアフラム１の固定部長ｒｍによっ
て決まる。すなわちシリコンダイアフラム１の静圧抵抗
群１２１〜１２４を形成する厚肉部１２の厚さＴ１と位
［ｒ ｇは、固定台２の抑制量のパラメータで表わすこ
とができる。
以下これらの関係式を導く。シリコンダイアフラムの縦
弾性係数をＥｌ、厚さをＴ１、固定部長さをｒｍ、静圧
抵抗群の配置位置をｒｔ（肉薄部外径から）、固定台２
の縦弾性係数をＥｘ、厚さをＴ２、外径を２ｄｌ、固定
台３の外径を２ｄａ、印加圧力をＰとし、圧力Ｐが印加
されたと−きの固定台２とシリコンダイアフラムの厚肉
部の連続性をもとにして変位量（ベクトル）の関係式を
求めると、上記パラメータを介在した関数ｆを導くこと
ができる。
弾性係数をＥｌ、厚さをＴ１、固定部長さをｒｍ、静圧
抵抗群の配置位置をｒｔ（肉薄部外径から）、固定台２
の縦弾性係数をＥｘ、厚さをＴ２、外径を２ｄｌ、固定
台３の外径を２ｄａ、印加圧力をＰとし、圧力Ｐが印加
されたと−きの固定台２とシリコンダイアフラムの厚肉
部の連続性をもとにして変位量（ベクトル）の関係式を
求めると、上記パラメータを介在した関数ｆを導くこと
ができる。
ｆ （Ｔｉ、 Ｔｚ＋ Ｅｔ＋ Ｅ２． ｒｔ、 （ｄ
ｔ−ｄａ））アソン比と、形状によって決まる定数であ
る。
ｔ−ｄａ））アソン比と、形状によって決まる定数であ
る。
一方シリコンダイアフラム１の肉厚部の最大応力位置は
上記各変位量から求められる曲げモーメント分布より１
Ｍ ｘ ＝ ｆ （Ｐ ｔ ｒａｔ Ｔｚ、 ｄ ｌ）
となり、整理すると、 ｒｔ となる。その最大位置ｒｇは次式で求められる。
上記各変位量から求められる曲げモーメント分布より１
Ｍ ｘ ＝ ｆ （Ｐ ｔ ｒａｔ Ｔｚ、 ｄ ｌ）
となり、整理すると、 ｒｔ となる。その最大位置ｒｇは次式で求められる。
この関数ｆの最小条件になる各パラメータを設定すれば
設計条件を導くことができる。今、設計条件をＴ１とＴ
ｉの関係に着目して整理すると：なる関係式を得ること
ができる。α、βは固定台２とシリコンダイアフラム１
の材料定数、特にポξ、ηは形状によって決まる定数で
ある。
設計条件を導くことができる。今、設計条件をＴ１とＴ
ｉの関係に着目して整理すると：なる関係式を得ること
ができる。α、βは固定台２とシリコンダイアフラム１
の材料定数、特にポξ、ηは形状によって決まる定数で
ある。
次に具体的な実施例として式（１）、 （２）により求
めた各部の寸法例を示す。
めた各部の寸法例を示す。
材料名
Ｅ ゛ ν
シリコンダイアフラム： Ｓ ｉ １
７０００ｋｇｆ／ｍｍ２０．３固定台２ ：
パイレックスガラス７０００ｋｇｆ／ｍｎ＋２０．２５
固定台３ ： Ｆ ｅ −Ｎ ｉ
１６０００ｋｇｆ／ｍｍ２０．３（１）Ｔｚ＝４．
０＋ｎ＋ｗ、ｄｔ＝７．０ｍｍ、ｄｚ＝３．５ｎｎ。
７０００ｋｇｆ／ｍｍ２０．３固定台２ ：
パイレックスガラス７０００ｋｇｆ／ｍｎ＋２０．２５
固定台３ ： Ｆ ｅ −Ｎ ｉ
１６０００ｋｇｆ／ｍｍ２０．３（１）Ｔｚ＝４．
０＋ｎ＋ｗ、ｄｔ＝７．０ｍｍ、ｄｚ＝３．５ｎｎ。
ｒｔ＝２．０ｍのとき、
Ｔ＋＝０．８２ｍｍ （ａ＝０．５．／？＝１．５）
ｒｇ＝１．４ｎｎ＋ （ξ＝０．１０．７７＝０．
０１）（２）Ｔｚ＝３．０＋ｎｏ＋、ｄｔ＝７．０ｍｍ
ｙ ｄｚ＝５．０ｍｍ。
ｒｇ＝１．４ｎｎ＋ （ξ＝０．１０．７７＝０．
０１）（２）Ｔｚ＝３．０＋ｎｏ＋、ｄｔ＝７．０ｍｍ
ｙ ｄｚ＝５．０ｍｍ。
ｒａ＝２．ｏａ＊
Ｔｘ＝０，５７ＩＩＩ１１ （α＝０．５． β＝１
．５）ｒ ｚ ＝ １ 、３ ｖｍ （ξ＝０．１
０． η＝０．０１）第６図（ｂ）は前述の手法によ
り、複合機箱形差圧センサを構成した場合のシリコンダ
イアフラム１の静圧、差圧抵抗群を有する表面の応力分
布を示したものであり（数値解析）、薄肉部の応力分布
を損うことなく（（ａ）と比べた場合、第４図（ａ）の
ような応力分布とならない。）、差圧抵抗群の出力に影
響を及ぼすことなく、静圧抵抗群の出力を得ることが確
認できた。
．５）ｒ ｚ ＝ １ 、３ ｖｍ （ξ＝０．１
０． η＝０．０１）第６図（ｂ）は前述の手法によ
り、複合機箱形差圧センサを構成した場合のシリコンダ
イアフラム１の静圧、差圧抵抗群を有する表面の応力分
布を示したものであり（数値解析）、薄肉部の応力分布
を損うことなく（（ａ）と比べた場合、第４図（ａ）の
ような応力分布とならない。）、差圧抵抗群の出力に影
響を及ぼすことなく、静圧抵抗群の出力を得ることが確
認できた。
第８図は本発明の半導体圧力変換装置の検出信号処理フ
ローの一実施例を示す構成図である。シリコンダイアフ
ラム１の表裏面にそれぞれ圧力Ｐ＋ΔＰ、Ｐが加わると
、薄肉部１１の差圧抵抗群１１１〜１１４が抵抗変化し
、差圧ΔＰに比例した電気信号を第３図のｌａｌとｌａ
ｚ間に発生し。
ローの一実施例を示す構成図である。シリコンダイアフ
ラム１の表裏面にそれぞれ圧力Ｐ＋ΔＰ、Ｐが加わると
、薄肉部１１の差圧抵抗群１１１〜１１４が抵抗変化し
、差圧ΔＰに比例した電気信号を第３図のｌａｌとｌａ
ｚ間に発生し。
その電気信号はハーメチックレール端子４１゜４２、リ
ードＮＩＡ６ ａを経て、Ａ−Ｄ変換器６０に入力する
。同時に、シリコンダイアフラム１の肉厚部１２の静圧
抵抗群１２１〜１２４は静圧Ｐを検出し、第３図の１ｂ
１とｌｂｚ間に静圧信号を発生し、その電気信号は差圧
信号と同様にＡ−Ｄ変換器に入力する。Ａ−Ｄ変換器は
これらの信号をディジタル化してｃｐｕ６１に与え、ｃ
ｐｕ６１にて所要の演算を行い、ｃｐｕ６１ から静
圧Ｐの影響を取除いた差圧ΔＰのみに正確に比例した差
圧信号を送出する。また、静圧信号のみを外部に送出す
る。
ードＮＩＡ６ ａを経て、Ａ−Ｄ変換器６０に入力する
。同時に、シリコンダイアフラム１の肉厚部１２の静圧
抵抗群１２１〜１２４は静圧Ｐを検出し、第３図の１ｂ
１とｌｂｚ間に静圧信号を発生し、その電気信号は差圧
信号と同様にＡ−Ｄ変換器に入力する。Ａ−Ｄ変換器は
これらの信号をディジタル化してｃｐｕ６１に与え、ｃ
ｐｕ６１にて所要の演算を行い、ｃｐｕ６１ から静
圧Ｐの影響を取除いた差圧ΔＰのみに正確に比例した差
圧信号を送出する。また、静圧信号のみを外部に送出す
る。
６２はｃｐｕ６１ での演算に必要なデータや演算プ
ログラムを記憶させるメモリである。上記差圧信号、又
は静圧信号は表示装置６３に表示され、また、Ｄ−Ａ変
換器６４でアナログ信号変換後他へ送出される。
ログラムを記憶させるメモリである。上記差圧信号、又
は静圧信号は表示装置６３に表示され、また、Ｄ−Ａ変
換器６４でアナログ信号変換後他へ送出される。
上記した本発明の実施例によれば
（１）高出力の静圧信号を得ることができる。
（２）静圧信号を高出力化することにより、静圧誤差が
完全に補正された差圧信号を高精度に得ることができる
。
完全に補正された差圧信号を高精度に得ることができる
。
（３）静圧信号と差圧信号は干渉が少ないので、静圧Ｐ
に比例した信号のみを取り出すことができ、その静圧信
号は高圧力範囲まで取り出すことができる。
に比例した信号のみを取り出すことができ、その静圧信
号は高圧力範囲まで取り出すことができる。
なお、実施例では静圧抵抗群、差圧抵抗群をシリコンダ
イアフラムの（１１０）面（１１１）方向に配置したが
、結晶軸、結晶面を適意に選ぶことができる。例えば、
（１００）面の基板を用いた場合、（１１０）方向に静
圧抵抗群を配置してもよい。また本実施例では、シリコ
ンダイアフラ１１の薄肉部を中心剛体形状のものとして
例示しているが、中心剛体を有していない均一な薄肉部
でも、その効果は変わらない。
イアフラムの（１１０）面（１１１）方向に配置したが
、結晶軸、結晶面を適意に選ぶことができる。例えば、
（１００）面の基板を用いた場合、（１１０）方向に静
圧抵抗群を配置してもよい。また本実施例では、シリコ
ンダイアフラ１１の薄肉部を中心剛体形状のものとして
例示しているが、中心剛体を有していない均一な薄肉部
でも、その効果は変わらない。
さらに第９図に示すように、シリコンダイアフラム１の
静圧抵抗群１２１〜１２４と差圧抵抗群１１１〜１１４
を構成する固定部と薄肉部間に非干渉はり部１３を設け
であるシリコンダイアフラムでも、その効果は変わらな
い。この場合は前記実施例と比較すると、非干渉はり部
１３は、静圧抵抗群と差圧抵抗群の干渉位置を完全に分
離させることができるので、より高出力化した静圧信号
を差圧信号に干渉させないで得ることができる。
静圧抵抗群１２１〜１２４と差圧抵抗群１１１〜１１４
を構成する固定部と薄肉部間に非干渉はり部１３を設け
であるシリコンダイアフラムでも、その効果は変わらな
い。この場合は前記実施例と比較すると、非干渉はり部
１３は、静圧抵抗群と差圧抵抗群の干渉位置を完全に分
離させることができるので、より高出力化した静圧信号
を差圧信号に干渉させないで得ることができる。
以上詳細に説明したように１本発明の半導体圧力変換装
置によれば、静圧信号を高出力化で差圧信号と干渉させ
ないで取出すことができるので、高精度の差圧計測、な
らびに静圧計測を同時に達成でき、プロセス計測の効率
化、ならびに省力化に多大な効果がある。
置によれば、静圧信号を高出力化で差圧信号と干渉させ
ないで取出すことができるので、高精度の差圧計測、な
らびに静圧計測を同時に達成でき、プロセス計測の効率
化、ならびに省力化に多大な効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示した断面図、第２図は第
１図のシリコンダイアフラムの抵抗群の配置を示した平
面図、第３図はシリコンダイアフラムの抵抗群の結線の
一例を示す図、第４図〜第７図は本発明の詳細な説明す
るのに使用する構造。 応力分布、変形図ならびに特性図であり、第８図は本発
明の半導体圧力変換装置の検出信号処理フローの一実施
例を示す構成図、第９図は本発明の更に他の変形図であ
る。 〒・・・シリコンダイアフラム、ｌａ、ｌｂ・・・ブリ
ッジ回路、ｌａｒ〜ｌｂ２・・・ブリッジ出力端子、２
・・・第１固定台、３・・・第２固定台、４・・・筒体
、５・・・厚膜基板、１１・・・薄肉部、１２・・・肉
厚部、１３・・・剛体部、１４・・・配線パッド、１５
・・・ワイヤボンディング線、２１・・・孔、３１・・
・孔、４１．４２・・・ハーメチックシール端子、６０
・・・Ａ−Ｄ変換器、６１・・ｃｐｕ、６２・・・メモ
リ、６３・・・表示部、１１１〜１１４・・・差圧抵抗
群、１２１〜１２４・・・静圧抵抗群。 第４図 不５日 ↑ＰＬ 光２図 為３図 （１１０面） 第６図 ｒｄ、Ａ 隙猷 ｒｏｕｌ： 尾 ワ 区 （α〕 帛 ／Ｉ国全台厚− 第８図 ６午
１図のシリコンダイアフラムの抵抗群の配置を示した平
面図、第３図はシリコンダイアフラムの抵抗群の結線の
一例を示す図、第４図〜第７図は本発明の詳細な説明す
るのに使用する構造。 応力分布、変形図ならびに特性図であり、第８図は本発
明の半導体圧力変換装置の検出信号処理フローの一実施
例を示す構成図、第９図は本発明の更に他の変形図であ
る。 〒・・・シリコンダイアフラム、ｌａ、ｌｂ・・・ブリ
ッジ回路、ｌａｒ〜ｌｂ２・・・ブリッジ出力端子、２
・・・第１固定台、３・・・第２固定台、４・・・筒体
、５・・・厚膜基板、１１・・・薄肉部、１２・・・肉
厚部、１３・・・剛体部、１４・・・配線パッド、１５
・・・ワイヤボンディング線、２１・・・孔、３１・・
・孔、４１．４２・・・ハーメチックシール端子、６０
・・・Ａ−Ｄ変換器、６１・・ｃｐｕ、６２・・・メモ
リ、６３・・・表示部、１１１〜１１４・・・差圧抵抗
群、１２１〜１２４・・・静圧抵抗群。 第４図 不５日 ↑ＰＬ 光２図 為３図 （１１０面） 第６図 ｒｄ、Ａ 隙猷 ｒｏｕｌ： 尾 ワ 区 （α〕 帛 ／Ｉ国全台厚− 第８図 ６午
Claims (1)
- １、薄肉部とその外周の厚肉部からなるシリコンダイア
フラム、前記薄肉部に形成された差圧検出用の抵抗群、
前記厚肉部に形成された静圧検出用の抵抗群、前記厚肉
部の前記静圧検出用の抵抗群が形成された面とは反対側
の面に接合された第１の固定台、この第１の固定台の前
記厚肉部が接合された面とは反対側の面に接合された第
２の固定台とからなり、前記第１の固定台は前記シリコ
ンダイアフラムに比べて縦弾性係数が著しく異なり、高
絶縁で線膨張係数の類似した材質で形成し、前記第２の
固定台は前記シリコンダイアフラムと類似した線膨張係
数と縦弾性係数を有する材質で形成されていることを特
徴とする半導体圧力変換装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63214985A JP2656566B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 半導体圧力変換装置 |
| US07/392,298 US4972716A (en) | 1988-08-31 | 1989-08-11 | Semiconductor pressure converting device |
| DE3928542A DE3928542C2 (de) | 1988-08-31 | 1989-08-29 | Halbleiter-Druckwandler |
| CN89106647A CN1012217B (zh) | 1988-08-31 | 1989-08-30 | 半导体压力变换装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63214985A JP2656566B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 半導体圧力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0264430A true JPH0264430A (ja) | 1990-03-05 |
| JP2656566B2 JP2656566B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=16664795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63214985A Expired - Lifetime JP2656566B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 半導体圧力変換装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4972716A (ja) |
| JP (1) | JP2656566B2 (ja) |
| CN (1) | CN1012217B (ja) |
| DE (1) | DE3928542C2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0451642U (ja) * | 1990-09-10 | 1992-04-30 | ||
| JPH04320938A (ja) * | 1991-04-22 | 1992-11-11 | Hitachi Ltd | 差圧センサ、及び複合機能形差圧センサ |
| JP2009503445A (ja) * | 2005-07-22 | 2009-01-29 | エスティーマイクロエレクトロニクス エス．アール．エル． | 二重測定スケールおよび高フルスケール値を有する集積化圧力センサ |
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- 1988-08-31 JP JP63214985A patent/JP2656566B2/ja not_active Expired - Lifetime
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1989
- 1989-08-11 US US07/392,298 patent/US4972716A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-08-29 DE DE3928542A patent/DE3928542C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-08-30 CN CN89106647A patent/CN1012217B/zh not_active Expired
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