JPH028253B2 - - Google Patents
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- JPH028253B2 JPH028253B2 JP57152610A JP15261082A JPH028253B2 JP H028253 B2 JPH028253 B2 JP H028253B2 JP 57152610 A JP57152610 A JP 57152610A JP 15261082 A JP15261082 A JP 15261082A JP H028253 B2 JPH028253 B2 JP H028253B2
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- thin
- diaphragm
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- strain beam
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-
- 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
-
- 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
- G01L19/0007—Fluidic connecting means
- G01L19/0038—Fluidic connecting means being part of the housing
-
- 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
- G01L19/0061—Electrical connection means
- G01L19/0084—Electrical connection means to the outside of the housing
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は圧力、差圧検出器に係り、特に半導体
自体をダイヤフラムとする半導体圧力検出器に関
する。
自体をダイヤフラムとする半導体圧力検出器に関
する。
従来のSiダイヤフラム形圧力、差圧検出器に用
いられる測定ダイヤフラムはSi単結晶よりなり中
央に第１の肉厚部、それを囲む肉薄部、さらに前
記肉薄部を囲む第２の肉厚部を有し、前記肉薄部
の一主面側に複数のゲージ抵抗が通常のICプロ
セスにより形成されている。このSiダイヤフラム
の第２の肉厚部の裏面は、ダイヤフラムと熱膨張
係数の類似した中央に通気孔のあるシリコンやガ
ラスよりなる第１の支持体に接合され、この支持
体は受圧室を形成するハウジングに通気孔のある
第２の支持体を介し結合されている。このSiダイ
ヤフラム形圧力、差圧検出器はIC技術を応用で
きるので量産性に優れ、かつSi単結晶が理想的な
弾性材料であるためヒステリシスがなく再現性に
優れている特長がある。
いられる測定ダイヤフラムはSi単結晶よりなり中
央に第１の肉厚部、それを囲む肉薄部、さらに前
記肉薄部を囲む第２の肉厚部を有し、前記肉薄部
の一主面側に複数のゲージ抵抗が通常のICプロ
セスにより形成されている。このSiダイヤフラム
の第２の肉厚部の裏面は、ダイヤフラムと熱膨張
係数の類似した中央に通気孔のあるシリコンやガ
ラスよりなる第１の支持体に接合され、この支持
体は受圧室を形成するハウジングに通気孔のある
第２の支持体を介し結合されている。このSiダイ
ヤフラム形圧力、差圧検出器はIC技術を応用で
きるので量産性に優れ、かつSi単結晶が理想的な
弾性材料であるためヒステリシスがなく再現性に
優れている特長がある。
しかしながら、かかる構成の測定ダイヤフラム
にあつては、極めて低い圧力の測定をおこなう場
合、圧力と出力との直線性が悪くなる欠点があ
る。この原因は、低圧領域の測定のためには、測
定ダイヤフラムの起歪部の肉厚より薄くする必要
があるため、薄肉化すればするほど起歪部のたわ
みが大きくなり、測定ダイヤフラムが伸びるバル
ーン効果が生じるためである。
にあつては、極めて低い圧力の測定をおこなう場
合、圧力と出力との直線性が悪くなる欠点があ
る。この原因は、低圧領域の測定のためには、測
定ダイヤフラムの起歪部の肉厚より薄くする必要
があるため、薄肉化すればするほど起歪部のたわ
みが大きくなり、測定ダイヤフラムが伸びるバル
ーン効果が生じるためである。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、低圧測定値でも圧力と出力との直線関係が
優れた半導体出力、差圧センサを提供するにあ
る。
くし、低圧測定値でも圧力と出力との直線関係が
優れた半導体出力、差圧センサを提供するにあ
る。
上記目的を達成するため、本発明は、内側およ
び外側に肉厚部、前記各肉厚部の間に圧力をとめ
るために充分な薄さの薄肉部が形成されたSiダイ
ヤフラムと前記薄肉部の変位にともなつてその変
位を規制しながら変位するSi起歪はりと、このSi
起歪はり上に形成されたゲージ抵抗とを有し、前
記Si起歪はりは、前記ゲージ抵抗が形成されてい
る領域に応力を集中させるため他の領域に剛性を
もたせて構成されているものである。
び外側に肉厚部、前記各肉厚部の間に圧力をとめ
るために充分な薄さの薄肉部が形成されたSiダイ
ヤフラムと前記薄肉部の変位にともなつてその変
位を規制しながら変位するSi起歪はりと、このSi
起歪はり上に形成されたゲージ抵抗とを有し、前
記Si起歪はりは、前記ゲージ抵抗が形成されてい
る領域に応力を集中させるため他の領域に剛性を
もたせて構成されているものである。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
第１図は本発明による半導体出力検出器の一実
施例を示す断面図である。単結晶Siからなる測定
ダイヤフラム１０は中空の第１の支持部材１２、
中空の第２の支持部材１４を介してハウジング１
６に取付けられている。第１の支持部材１２は測
定ダイヤフラム１０のハウジング１６からの電気
的絶縁およびハウジング１６からの熱膨張係数の
違いによる熱歪を考慮し、Siと熱膨張係数の近似
したたとえば硼珪酸ガラスが使用されている。
施例を示す断面図である。単結晶Siからなる測定
ダイヤフラム１０は中空の第１の支持部材１２、
中空の第２の支持部材１４を介してハウジング１
６に取付けられている。第１の支持部材１２は測
定ダイヤフラム１０のハウジング１６からの電気
的絶縁およびハウジング１６からの熱膨張係数の
違いによる熱歪を考慮し、Siと熱膨張係数の近似
したたとえば硼珪酸ガラスが使用されている。
また、第２の支持部材１４は、熱膨張係数およ
びハウジング１６への溶接による取付けを考慮
し、Siと熱膨張係数の近似したたとえばFe−Ni
合金あるいはFe−Ni−Co合金が使用されてい
る。これらの測定ダイヤフラムと第１の支持部材
１２、又び第１の支持部材１２と第２の支持部材
１４間はたとえば陽極給合法で接合されている。
びハウジング１６への溶接による取付けを考慮
し、Siと熱膨張係数の近似したたとえばFe−Ni
合金あるいはFe−Ni−Co合金が使用されてい
る。これらの測定ダイヤフラムと第１の支持部材
１２、又び第１の支持部材１２と第２の支持部材
１４間はたとえば陽極給合法で接合されている。
測定ダイヤフラム１０からの電気的出力は、リ
ード線１８及びハウジング１６にハーメチツクシ
ールされた端子２０を介して外部に取出されてい
る。
ード線１８及びハウジング１６にハーメチツクシ
ールされた端子２０を介して外部に取出されてい
る。
第２図は測定ダイヤフラム１０をゲージ抵抗面
側から見た図、第３図は第２図の−線におけ
る断面図、第４図はゲージ抵抗を持つ起歪はりを
示す一部拡大図である。
側から見た図、第３図は第２図の−線におけ
る断面図、第４図はゲージ抵抗を持つ起歪はりを
示す一部拡大図である。
測定ダイヤフラム１０は、その主表面が１１０
の円形状ｎ形単結晶Siで、中央に厚肉の剛体部３
０、外周に厚肉の固定部３２を有し、その間に環
状の薄肉の起歪部３４が形成されている。この起
歪部３０は圧力をとめるに充分な薄さを有するも
のである。この環状の起歪部３４の一部の面上
に、この起歪部３４を股がる起歪はり３６が設け
られている。すなわち前記起歪はり３６は剛体部
３０固定部３２にそれぞれ端部が接続されている
とともに前記起歪部３４の一部の面上に沿つて形
成されている。前記起歪はり３６は、前記起歪部
３０と一体に形成され、起歪部３０に比べてその
厚さが若干厚く形成されたものである。起歪はり
３６は、＜110＞面における最大感度を示す＜111
＞軸に平行に設けられている。またこの起歪はり
の幅は中央部で広く、両端部で狭くなつており、
ｐ形ゲージ抵抗３８が、この幅狭領域３９、すな
わち外周の固定部近傍に２個、中心の剛性部近傍
に２個、＜111＞軸に平行に拡散法やイオンインプ
ランテーシヨン法により形成されている。これら
の抵抗はホイー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。測定ダイヤフラム
１０の表面にはゲージ抵抗３８を保護する酸化膜
４０およびゲージ抵抗３８の出力を取出すアルミ
酸線４２が設けられている。
の円形状ｎ形単結晶Siで、中央に厚肉の剛体部３
０、外周に厚肉の固定部３２を有し、その間に環
状の薄肉の起歪部３４が形成されている。この起
歪部３０は圧力をとめるに充分な薄さを有するも
のである。この環状の起歪部３４の一部の面上
に、この起歪部３４を股がる起歪はり３６が設け
られている。すなわち前記起歪はり３６は剛体部
３０固定部３２にそれぞれ端部が接続されている
とともに前記起歪部３４の一部の面上に沿つて形
成されている。前記起歪はり３６は、前記起歪部
３０と一体に形成され、起歪部３０に比べてその
厚さが若干厚く形成されたものである。起歪はり
３６は、＜110＞面における最大感度を示す＜111
＞軸に平行に設けられている。またこの起歪はり
の幅は中央部で広く、両端部で狭くなつており、
ｐ形ゲージ抵抗３８が、この幅狭領域３９、すな
わち外周の固定部近傍に２個、中心の剛性部近傍
に２個、＜111＞軸に平行に拡散法やイオンインプ
ランテーシヨン法により形成されている。これら
の抵抗はホイー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。測定ダイヤフラム
１０の表面にはゲージ抵抗３８を保護する酸化膜
４０およびゲージ抵抗３８の出力を取出すアルミ
酸線４２が設けられている。
このように構成された半導体圧力検出器におい
て、測定ダイヤフラム１０に圧力ｐを印加する
と、起歪はり３６がたわむ。この時、薄肉の起歪
部３４は起歪はり３６に比べ薄く軟かくなつてい
るため単なる気密膜として働き、受圧面積Ｓ（ほ
ぼ中央の剛体部３０と薄肉の起歪部３４を加えた
面積）×圧力Ｐの力の大半が起歪はり３６をたわ
ます力として作用する。したがつて、起歪はり３
６は小さな力、すなわち低い圧力で大きな歪を発
生することができる。加えて、この起歪はり３６
は中心で太く、両端で狭くなつているため、中心
の剛性は高く、両端の剛性は小さい。このため圧
力を加えた時、中心部のひずみは小さく、両端で
のひずみは大きくなり、ひずみは剛性の小さな両
端部に集中する。すなわちこの構造では起歪はり
３６中、歪の発生する有効長は短くなるため、起
歪はり全体をより薄くしても圧力を加えた時の起
歪はりのたわみは小さい。そこで、この起歪はり
３６の両端の剛性の小さな部分に配置されたゲー
ジ抵抗３８は、より低い圧力に対しても直線的に
抵抗変化する。
て、測定ダイヤフラム１０に圧力ｐを印加する
と、起歪はり３６がたわむ。この時、薄肉の起歪
部３４は起歪はり３６に比べ薄く軟かくなつてい
るため単なる気密膜として働き、受圧面積Ｓ（ほ
ぼ中央の剛体部３０と薄肉の起歪部３４を加えた
面積）×圧力Ｐの力の大半が起歪はり３６をたわ
ます力として作用する。したがつて、起歪はり３
６は小さな力、すなわち低い圧力で大きな歪を発
生することができる。加えて、この起歪はり３６
は中心で太く、両端で狭くなつているため、中心
の剛性は高く、両端の剛性は小さい。このため圧
力を加えた時、中心部のひずみは小さく、両端で
のひずみは大きくなり、ひずみは剛性の小さな両
端部に集中する。すなわちこの構造では起歪はり
３６中、歪の発生する有効長は短くなるため、起
歪はり全体をより薄くしても圧力を加えた時の起
歪はりのたわみは小さい。そこで、この起歪はり
３６の両端の剛性の小さな部分に配置されたゲー
ジ抵抗３８は、より低い圧力に対しても直線的に
抵抗変化する。
以上のように、本発明の圧力測定ダイヤフラム
を有する圧力、差圧検出器は従来より低い圧力ま
で精度良く測定することが可能となる。また、同
一の感度を得るためには受圧面積の小さな測定ダ
イヤフラムで充分である。
を有する圧力、差圧検出器は従来より低い圧力ま
で精度良く測定することが可能となる。また、同
一の感度を得るためには受圧面積の小さな測定ダ
イヤフラムで充分である。
第５図は本発明による半導体圧力検出器の他の
実施例を示す図で第５図ａは平面図、第５図ｂは
第５図ａのVb−Vb線における断面図である。第
２図、第３図のものに比べ起歪はり３６とダイヤ
フラム１０をそれぞれ別のシリコン結晶で作つた
後、お互をガラス材４４で陽極接合している点が
異なる。また本例では起歪はり３６の中央部の剛
性を高めるために、起歪はりの中央部を厚くした
例を示している。
実施例を示す図で第５図ａは平面図、第５図ｂは
第５図ａのVb−Vb線における断面図である。第
２図、第３図のものに比べ起歪はり３６とダイヤ
フラム１０をそれぞれ別のシリコン結晶で作つた
後、お互をガラス材４４で陽極接合している点が
異なる。また本例では起歪はり３６の中央部の剛
性を高めるために、起歪はりの中央部を厚くした
例を示している。
この実施例では長い製造プロセスが必要となる
ゲージ抵抗は細い起歪はりのみに形成するため、
一枚のウエハから大量に形成することができる。
このためダイヤフラム大形になつても、製造コス
トの向上は少ない利点がある。また本構造ではダ
イヤフラムの肉薄起歪部の厚さを極端に薄くしな
くても広くすることにより起歪はりに比べ較軟か
くすることができるため製造し易い利点がある。
ゲージ抵抗は細い起歪はりのみに形成するため、
一枚のウエハから大量に形成することができる。
このためダイヤフラム大形になつても、製造コス
トの向上は少ない利点がある。また本構造ではダ
イヤフラムの肉薄起歪部の厚さを極端に薄くしな
くても広くすることにより起歪はりに比べ較軟か
くすることができるため製造し易い利点がある。
本実施例での作用、効果は第１の実施例と同様
である。
である。
ところで、本発明の圧力検出器の応用例として
真空計がある。この時は第１の支持体には穴を形
成しなくダイヤフラムと第１の支持体間を真空ま
たはそれに近い低圧力で封じこめることにより、
従来ピラニゲージで測定していた10-2〜10torrの
低圧領域を正確に測定できる。また、ゲージ抵抗
面側が大気圧開放の時、ダイヤフラムが破壊しな
いように、ダイヤフラム中央の剛体部が第１支持
体にあたるように設計しておくことは望ましいこ
とである。
真空計がある。この時は第１の支持体には穴を形
成しなくダイヤフラムと第１の支持体間を真空ま
たはそれに近い低圧力で封じこめることにより、
従来ピラニゲージで測定していた10-2〜10torrの
低圧領域を正確に測定できる。また、ゲージ抵抗
面側が大気圧開放の時、ダイヤフラムが破壊しな
いように、ダイヤフラム中央の剛体部が第１支持
体にあたるように設計しておくことは望ましいこ
とである。
以上本発明は、ダイヤフラムの中央の剛体部と
外周の固定部の間に薄肉の起歪部よりも肉厚の起
歪はりを形成し、この起歪はりの少なくとも一部
を広くしたり、厚くすることにより剛性を高め、
この起歪はりの剛性の小さな部分にゲージ抵抗を
形成したことにより、ゲージ抵抗に作用させる力
を増大するとともに、かつ起歪はりの有効長を短
かくすることにより、きわめて低い圧力範囲の測
定も正確に行うことができる。
外周の固定部の間に薄肉の起歪部よりも肉厚の起
歪はりを形成し、この起歪はりの少なくとも一部
を広くしたり、厚くすることにより剛性を高め、
この起歪はりの剛性の小さな部分にゲージ抵抗を
形成したことにより、ゲージ抵抗に作用させる力
を増大するとともに、かつ起歪はりの有効長を短
かくすることにより、きわめて低い圧力範囲の測
定も正確に行うことができる。
本発明はこれら実施例に限られるものではな
い。例えば、起歪はりの一部の剛性を高めるため
には、その部分を厚くするか又は広くするかいず
れの方法を採用してもよい。また起歪はりには＜
100＞面のシリコンウエハを使用し、ゲージ抵抗
を＜110＞方向に配置することも可能である。
い。例えば、起歪はりの一部の剛性を高めるため
には、その部分を厚くするか又は広くするかいず
れの方法を採用してもよい。また起歪はりには＜
100＞面のシリコンウエハを使用し、ゲージ抵抗
を＜110＞方向に配置することも可能である。
その他、実施例には起歪はりの数が２本の場合
を示しているが、一本又は３本以上でも良いこと
は明らかである。またゲージ抵抗の配置法として
は、起歪はりに直交する方向に配置しても良い。
この直交ゲージ抵抗および平行ゲージ抵抗を組合
わせれば、起歪はり中一箇所の幅狭領域にブリツ
ジを組む４ケのゲージ抵抗をまとめて配置するこ
とができる。
を示しているが、一本又は３本以上でも良いこと
は明らかである。またゲージ抵抗の配置法として
は、起歪はりに直交する方向に配置しても良い。
この直交ゲージ抵抗および平行ゲージ抵抗を組合
わせれば、起歪はり中一箇所の幅狭領域にブリツ
ジを組む４ケのゲージ抵抗をまとめて配置するこ
とができる。
以上述べたことから明らかなように、本発明に
よる半導体圧力検出器によれば、低圧測定時でも
圧力と出力との直線関係が優れたものとすること
ができる。
よる半導体圧力検出器によれば、低圧測定時でも
圧力と出力との直線関係が優れたものとすること
ができる。
第１図は本発明による半導体圧力検出器の一実
施例を示す断面図、第２図は本発明の一実施例の
測定ダイヤフラムの上面図、第３図は第２図の
−断面図、第４図は起歪はりおよびその周辺の
拡大図、第５図ａ，ｂは本発明の他の実施例を示
す図で、第５図ａは平面図、第５図ｂは第５図ａ
のVb−Vb線における断面図である。 １０……測定ダイヤフラム、１２……第１の支
持部材、１４……第２の支持部材、１６……ハウ
ジング、３０……剛体部、３２……固定部、３４
……肉薄起歪部、３６……起歪はり、３８……ゲ
ージ抵抗、３９……幅狭領域。
施例を示す断面図、第２図は本発明の一実施例の
測定ダイヤフラムの上面図、第３図は第２図の
−断面図、第４図は起歪はりおよびその周辺の
拡大図、第５図ａ，ｂは本発明の他の実施例を示
す図で、第５図ａは平面図、第５図ｂは第５図ａ
のVb−Vb線における断面図である。 １０……測定ダイヤフラム、１２……第１の支
持部材、１４……第２の支持部材、１６……ハウ
ジング、３０……剛体部、３２……固定部、３４
……肉薄起歪部、３６……起歪はり、３８……ゲ
ージ抵抗、３９……幅狭領域。
Claims (1)
- １ 内側および外側に肉厚部、この各肉厚部の間
に圧力をとめるために充分な薄さの薄肉部が形成
されたSiダイヤフラムと、前記薄肉部の一部の面
上にこの薄肉部を股がり、前記薄肉部の変位にと
もなつてその変化を規制しながら変位する前記薄
肉部より大きな肉厚を有するSi起歪はりと、この
Si起歪はり面に形成されたゲージ抵抗とを有し、
前記Si起歪はりは、そのほぼ中央部に、前記Si起
歪はりの幅方向に延在する面積拡大領域および厚
さ方向に肉厚部を有する肉厚拡大領域のうちいず
れか一方の領域を有し、かつ前記ゲージ抵抗は前
記領域外に形成されていることを特徴とする半導
体圧力検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15261082A JPS5943326A (ja) | 1982-09-03 | 1982-09-03 | 半導体圧力検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15261082A JPS5943326A (ja) | 1982-09-03 | 1982-09-03 | 半導体圧力検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5943326A JPS5943326A (ja) | 1984-03-10 |
| JPH028253B2 true JPH028253B2 (ja) | 1990-02-23 |
Family
ID=15544157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15261082A Granted JPS5943326A (ja) | 1982-09-03 | 1982-09-03 | 半導体圧力検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5943326A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0742822Y2 (ja) * | 1987-07-20 | 1995-10-04 | サンデン株式会社 | 自動車用空調装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1078217A (en) * | 1976-03-31 | 1980-05-27 | Robert C. Whitehead (Jr.) | Force transducing cantilever beam and pressure transducer incorporating it |
| US4327350A (en) * | 1979-07-17 | 1982-04-27 | Data Instruments, Inc. | Pressure transducer |
-
1982
- 1982-09-03 JP JP15261082A patent/JPS5943326A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5943326A (ja) | 1984-03-10 |
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