JPH031839B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH031839B2 JPH031839B2 JP58207231A JP20723183A JPH031839B2 JP H031839 B2 JPH031839 B2 JP H031839B2 JP 58207231 A JP58207231 A JP 58207231A JP 20723183 A JP20723183 A JP 20723183A JP H031839 B2 JPH031839 B2 JP H031839B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- resistance
- resistance value
- width
- length
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体のピエゾ効果を利用して、被検
測圧力を電気量に変換して測定する半導体圧力セ
ンサ、特に製作時におけるピエゾ抵抗素子の寸法
誤差などにもとづく測定誤差の除去に関する。
測圧力を電気量に変換して測定する半導体圧力セ
ンサ、特に製作時におけるピエゾ抵抗素子の寸法
誤差などにもとづく測定誤差の除去に関する。
半導体圧力センサとして例えば次のような構成
をもつものがよく知られている。これは第１図
ａ，ｂに示す平面図およびそのＡ−A′部矢視断
面図のように、半導体基板１例えばS1単結晶板１
に円形溝１ａを設けて形成されたダイヤフラム部
（起歪部）２に、大きいピエゾ効果を得られるよ
うに円形溝１ａの十字状の位置に、その半径方向
に対して直角な方向にＰ型拡散により同一抵抗値
の４箇のピエゾ抵抗素子３1，３2，３3，３4を設
けて、圧力検出部を形成すると同時に、各抵抗素
子を第１図ｃの回路図のようにブリツジ回路４を
形成するように接続して、第１図ｄの断面図のよ
うに被圧力検測流体の導入口５ａを備えたケース
５内に収容したものである。そして第１図ｂに示
すように、ダイヤフラム部２に被検測圧力Ｐを加
えることにより生ずる、各抵抗素子３1，３2，３
３，３4の抵抗値の変化により、ブリツジ回路４に
不平衡を生じさせ、圧力Ｐに比例した出力を端子
６ａ，６ｂから得るものである。なお第１図ｃに
おいて７ａ，７ｂは直流電源端子、第１図ｄにお
いて８は外部接続端子である。
をもつものがよく知られている。これは第１図
ａ，ｂに示す平面図およびそのＡ−A′部矢視断
面図のように、半導体基板１例えばS1単結晶板１
に円形溝１ａを設けて形成されたダイヤフラム部
（起歪部）２に、大きいピエゾ効果を得られるよ
うに円形溝１ａの十字状の位置に、その半径方向
に対して直角な方向にＰ型拡散により同一抵抗値
の４箇のピエゾ抵抗素子３1，３2，３3，３4を設
けて、圧力検出部を形成すると同時に、各抵抗素
子を第１図ｃの回路図のようにブリツジ回路４を
形成するように接続して、第１図ｄの断面図のよ
うに被圧力検測流体の導入口５ａを備えたケース
５内に収容したものである。そして第１図ｂに示
すように、ダイヤフラム部２に被検測圧力Ｐを加
えることにより生ずる、各抵抗素子３1，３2，３
３，３4の抵抗値の変化により、ブリツジ回路４に
不平衡を生じさせ、圧力Ｐに比例した出力を端子
６ａ，６ｂから得るものである。なお第１図ｃに
おいて７ａ，７ｂは直流電源端子、第１図ｄにお
いて８は外部接続端子である。
ところでこの圧力センサにおいては各ピエゾ抵
抗素子３は同一抵抗値をもち、しかもブリツジ回
路を特性からいつて抵抗値の高いものが望まし
い。従つて第２図に示す斜視図のように抵抗素子
３の長さｌが長く、幅ａの小さいものとなるが、
ｌの長さはダイヤフラム部２との関連において制
限があることから、幅ａを小とせざるを得ない。
即ち今抵抗素子の抵抗値をＲ、長さをｌ、幅を
ａ、拡散深さをｂ、比抵抗をρとしたとき、抵抗
値Ｒは Ｒ＝ρ×ｌ／ab によつて与えられる。またその表面抵抗をρsした
ときρs＝ｌ／ｂからｂ＝ｌ／ρsによつて与えら
れ、結局抵抗値Ｒは Ｒ＝ρs×ｌ／ａ で与えられる。従つてＲはｌ／ａによつて規制さ
れることから、抵抗値を高くするためには長さｌ
が一定の場合の幅ａを小さくせざるを得ない。し
かし小型な半導体圧力センサにおける抵抗素子３
１〜３4の大きさは、例えば長さ15μ、幅が4μ前後
の小さいものであり、しかもマスクを用いる写真
処理によつて作られるため、製作に当つて完全に
幅ａを一定に作ることは難かしく、そのばらつき
の程度は抵抗値を高くしようとして幅ａを小さく
しようとすればする程甚しくなる。例えば幅4μ
に対し1μ程度のばらつきを生ずる場合があるの
で、長さｌを一定としたとき抵抗値にして25％程
度のばらつきを生ずることになる。従つて各抵抗
素子３1〜３4の抵抗値を同一に作ることは難かし
く、圧力Ｐの印加前平衡状態にあるべきブリツジ
回路４に大きな不平衡状態を作ることになる。
抗素子３は同一抵抗値をもち、しかもブリツジ回
路を特性からいつて抵抗値の高いものが望まし
い。従つて第２図に示す斜視図のように抵抗素子
３の長さｌが長く、幅ａの小さいものとなるが、
ｌの長さはダイヤフラム部２との関連において制
限があることから、幅ａを小とせざるを得ない。
即ち今抵抗素子の抵抗値をＲ、長さをｌ、幅を
ａ、拡散深さをｂ、比抵抗をρとしたとき、抵抗
値Ｒは Ｒ＝ρ×ｌ／ab によつて与えられる。またその表面抵抗をρsした
ときρs＝ｌ／ｂからｂ＝ｌ／ρsによつて与えら
れ、結局抵抗値Ｒは Ｒ＝ρs×ｌ／ａ で与えられる。従つてＲはｌ／ａによつて規制さ
れることから、抵抗値を高くするためには長さｌ
が一定の場合の幅ａを小さくせざるを得ない。し
かし小型な半導体圧力センサにおける抵抗素子３
１〜３4の大きさは、例えば長さ15μ、幅が4μ前後
の小さいものであり、しかもマスクを用いる写真
処理によつて作られるため、製作に当つて完全に
幅ａを一定に作ることは難かしく、そのばらつき
の程度は抵抗値を高くしようとして幅ａを小さく
しようとすればする程甚しくなる。例えば幅4μ
に対し1μ程度のばらつきを生ずる場合があるの
で、長さｌを一定としたとき抵抗値にして25％程
度のばらつきを生ずることになる。従つて各抵抗
素子３1〜３4の抵抗値を同一に作ることは難かし
く、圧力Ｐの印加前平衡状態にあるべきブリツジ
回路４に大きな不平衡状態を作ることになる。
一方圧力Ｐによる抵抗素子の抵抗値の変化量は
約５％以内に選定されるのが理想である。従つて
各抵抗素子３1〜３4の抵抗値のばらつきにもとづ
くブリツジ回路４の不平衡量が、圧力印加時にお
ける不平衡量を上廻る場合を生じて、圧力センサ
は何を測定しているのか判らない状態を生ずるこ
とになる。このためばらつきが出にくい程度に幅
ａを大きくとらざるを得なくなり、その結果とし
て抵抗値の高い抵抗素子を得ることができなくな
つて、ブリツジの感度を大きく低下することにな
る。
約５％以内に選定されるのが理想である。従つて
各抵抗素子３1〜３4の抵抗値のばらつきにもとづ
くブリツジ回路４の不平衡量が、圧力印加時にお
ける不平衡量を上廻る場合を生じて、圧力センサ
は何を測定しているのか判らない状態を生ずるこ
とになる。このためばらつきが出にくい程度に幅
ａを大きくとらざるを得なくなり、その結果とし
て抵抗値の高い抵抗素子を得ることができなくな
つて、ブリツジの感度を大きく低下することにな
る。
また第３図に示す圧力対応力の関係図のように
ダイヤフラム部２の固定端から中心方向に行くに
伴い、応力の大きさは変化してこの場合引張り力
から圧縮力まで変る。従つて長い抵抗素子では、
全長における圧力感度分布の変化を生じて、ブリ
ツジ回路出力の直線性が阻害される。また更に製
作時ダイヤフラム部２のパターン形成用マスク
と、抵抗素子群３の形成用パターンマスクとの位
置ずれを完全に防ぎ得ない。このため各抵抗素子
の長さ方向における圧力感度分布は、各抵抗素子
毎に正規位置におけるそれと異なるため、圧力印
加時これにもとづくブリツジ回路の不平衡を生じ
て、測定誤差を生むことになる。
ダイヤフラム部２の固定端から中心方向に行くに
伴い、応力の大きさは変化してこの場合引張り力
から圧縮力まで変る。従つて長い抵抗素子では、
全長における圧力感度分布の変化を生じて、ブリ
ツジ回路出力の直線性が阻害される。また更に製
作時ダイヤフラム部２のパターン形成用マスク
と、抵抗素子群３の形成用パターンマスクとの位
置ずれを完全に防ぎ得ない。このため各抵抗素子
の長さ方向における圧力感度分布は、各抵抗素子
毎に正規位置におけるそれと異なるため、圧力印
加時これにもとづくブリツジ回路の不平衡を生じ
て、測定誤差を生むことになる。
本発明は上記の如きピエゾ抵抗素子の寸法誤差
や、位置ずれにもとづく測定誤差などを一挙に排
除した半導体圧力センサの提供を目的とするもの
で、次に図面を用いてその詳細を説明する。
や、位置ずれにもとづく測定誤差などを一挙に排
除した半導体圧力センサの提供を目的とするもの
で、次に図面を用いてその詳細を説明する。
第４図は本発明の一実施例を示す平面図であつ
て、本発明の特徴とするところは次の点にある。
即ちダイヤフラム部２の応力発生部位に、略正方
形の中央部の各辺に幅が大きく長さの短かい突出
部９ａ，９ｃと、９ｂ，９ｄを備えた１箇の十字
型ピエゾ抵抗素子９を設ける。そして隣り合う突
出部９ａ，９ｂの端部に設けた電極Ａ，Ｂによ
り、中心の共通抵抗部９ｅを介して図中矢印のよ
うに電流を流し、これによつて共通抵抗部９ｅに
生ずる電圧降下を、他の隣り合う突出部９ｂ，９
ｄの端部に設けた電極Ｃ，Ｄにより検出して、印
加圧力Ｐに比例する出力を得るようにしたことを
特徴とするものである。
て、本発明の特徴とするところは次の点にある。
即ちダイヤフラム部２の応力発生部位に、略正方
形の中央部の各辺に幅が大きく長さの短かい突出
部９ａ，９ｃと、９ｂ，９ｄを備えた１箇の十字
型ピエゾ抵抗素子９を設ける。そして隣り合う突
出部９ａ，９ｂの端部に設けた電極Ａ，Ｂによ
り、中心の共通抵抗部９ｅを介して図中矢印のよ
うに電流を流し、これによつて共通抵抗部９ｅに
生ずる電圧降下を、他の隣り合う突出部９ｂ，９
ｄの端部に設けた電極Ｃ，Ｄにより検出して、印
加圧力Ｐに比例する出力を得るようにしたことを
特徴とするものである。
即ち本発明においては、共通抵抗部９ｅのそれ
に対して長さを小さくし、圧力Ｐによる抵抗値の
変化が共通抵抗部９ｅのそれに対して著しく小さ
く殆ど問題とならないようにして、圧力Ｐに比例
する出力が１箇の共通抵抗部９ｅによつて決定さ
れるようにしたことを特徴とするものである。
に対して長さを小さくし、圧力Ｐによる抵抗値の
変化が共通抵抗部９ｅのそれに対して著しく小さ
く殆ど問題とならないようにして、圧力Ｐに比例
する出力が１箇の共通抵抗部９ｅによつて決定さ
れるようにしたことを特徴とするものである。
このようにすれば４箇の抵抗素子を用いる従来
のセンサのように、製作時ダイヤフラム部２に対
する抵抗素子群３の位置ずれや、寸法誤差にもと
づく各抵抗素子間の抵抗値のばらつきを生ずるこ
とがない。従つてブリツジ回路の不平衡による測
定誤差を招くことがないのは勿論、製作も極めて
容易となるので製造コストを低下できる。これに
加えて本発明の共通抵抗部９ｅの大きさは、従来
センサのそれの数分の１の小さい面積の正方形で
あるので、従来センサのように長さ方向における
圧力感度の相異を招くことがないので、印加圧力
のみに比例した抵抗変化、すなわちピエゾ効果の
みによる抵抗変化を生じさせることができる。従
つて端子Ａ，Ｂ間に流す電流を一定にすれば、被
検測圧力にほゞ正確に対応する電圧出力を得るこ
とができ、また電流値に大にすることによつて感
度を増強できる。
のセンサのように、製作時ダイヤフラム部２に対
する抵抗素子群３の位置ずれや、寸法誤差にもと
づく各抵抗素子間の抵抗値のばらつきを生ずるこ
とがない。従つてブリツジ回路の不平衡による測
定誤差を招くことがないのは勿論、製作も極めて
容易となるので製造コストを低下できる。これに
加えて本発明の共通抵抗部９ｅの大きさは、従来
センサのそれの数分の１の小さい面積の正方形で
あるので、従来センサのように長さ方向における
圧力感度の相異を招くことがないので、印加圧力
のみに比例した抵抗変化、すなわちピエゾ効果の
みによる抵抗変化を生じさせることができる。従
つて端子Ａ，Ｂ間に流す電流を一定にすれば、被
検測圧力にほゞ正確に対応する電圧出力を得るこ
とができ、また電流値に大にすることによつて感
度を増強できる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば製作が容易であつて測定精度の高い圧力センサ
を提供しうるもので、各種工業計測などに用いて
有用である。
ば製作が容易であつて測定精度の高い圧力センサ
を提供しうるもので、各種工業計測などに用いて
有用である。
第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄは従来センサの一例を示
す圧力検出部の平面図、そのＡ−A′部矢視断面
図、電気回路図および全体の構成を示す断面図、
第２図は抵抗素子の形状図、第３図はダイヤフラ
ム部の圧力対応力の関係図、第４図は本発明の一
実施例を示す平面図である。 １……半導体基板、２……ダイヤフラム部、３
……ピエゾ抵抗素子群、３1，３2，３3，３4……
ピエゾ抵抗素子、４……ブリツジ回路、５……ケ
ース、５ａ……被圧力検測流体の導入口、６ａ，
６ｂ……出力端子、７ａ，７ｂ……直流電源端
子、８……外部接続端子、９……十字型ピエゾ抵
抗素子、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ……突出部、
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ……電極、９ｅ……共通抵抗部。
す圧力検出部の平面図、そのＡ−A′部矢視断面
図、電気回路図および全体の構成を示す断面図、
第２図は抵抗素子の形状図、第３図はダイヤフラ
ム部の圧力対応力の関係図、第４図は本発明の一
実施例を示す平面図である。 １……半導体基板、２……ダイヤフラム部、３
……ピエゾ抵抗素子群、３1，３2，３3，３4……
ピエゾ抵抗素子、４……ブリツジ回路、５……ケ
ース、５ａ……被圧力検測流体の導入口、６ａ，
６ｂ……出力端子、７ａ，７ｂ……直流電源端
子、８……外部接続端子、９……十字型ピエゾ抵
抗素子、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ……突出部、
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ……電極、９ｅ……共通抵抗部。
Claims (1)
- １ ダイヤフラム部を形成した半導体基板の被検
測圧力作用面に十字型ピエゾ抵抗素子を設け、そ
の一方の隣り合う突出部を電流供給端子とし、他
の隣り合う突出部を電圧検出端子とし、その電流
供給端子から一定電流を流し、これによつて生じ
た電圧降下を電圧検出端子の出力によつて検出し
て被検測圧力を測定することを特徴とする半導体
圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58207231A JPS60100474A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58207231A JPS60100474A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60100474A JPS60100474A (ja) | 1985-06-04 |
| JPH031839B2 true JPH031839B2 (ja) | 1991-01-11 |
Family
ID=16536403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58207231A Granted JPS60100474A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60100474A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2014296C (en) * | 1989-04-21 | 2000-08-01 | Nobuo Mikoshiba | Integrated circuit |
| JP2560140B2 (ja) * | 1990-08-03 | 1996-12-04 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置 |
-
1983
- 1983-11-04 JP JP58207231A patent/JPS60100474A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60100474A (ja) | 1985-06-04 |
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