JPH042170A - 半導体拡散抵抗形圧力センサにおけるスパン電圧温度補償方法 - 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、半導体拡散抵抗膨圧カセンサにおけるスパン
電圧温度補償方法に関する。

（従来の技術） 半導体拡散抵抗形圧力センサとして、第１図に示すもの
がある。この圧力センサは、圧力センサ素子１と、オペ
レーショナルアンプ２とを有している。

圧力センサ素子ｌは、構造的には、シリコン単結晶基板
の裏面を感圧ダイアフラム面として、該表面に拡散抵抗
をブリッジ形に形成し、その裏面に加わる圧力によって
その基板を歪ませてその拡散抵抗の抵抗値を変化させ、
この変化に対応したスパン電圧（Ｖｓｐａｎ）を出力す
ることができるものであり、電気等価回路的には、第１
図のように抵抗Ｒ１〜Ｒ４によりホイストンブリッジに
構成されている。ここで、スパン電圧（Ｖｓｐａｎ）と
は、圧力が印加されたときの出力電圧（Ｖｏ）から、圧
力が印加されないときの出力電圧（Ｖｏ）、すなわちオ
フセット電圧（Ｖｏｆｆ’）を差し引いた電圧のことで
ある。

オペレーショナルアンプ２は、差動増幅回路ＡＭＰ、入
力抵抗Ｒｓ、および負帰還抵抗Ｒｆを有している。

このような圧力センサにおいて、スパン電圧（Ｖｓｐａ
ｎ）は、次式■であられされる。

Ｖｓｐａｎ＝ＫＯ−ｖｂ　・〔Ｐ／（ｌ十βＴ））・・
・■ ここで、Ｋｏは定数、ｖｂは圧力センサ素子ｌに加えら
れるブリッジ電圧、Ｐは圧力センサ素子ｌに加わる圧力
、βは圧力センサ素子ｌの温度係数、Ｔは圧力センサ素
子１の周囲温度である。

上記式■に基づくスパン電圧（Ｖｓｐａｎ）の温度特性
を第３図に示している。第３図において、横軸は温度（
Ｔ’Ｃ）であり、縦軸はスパン電圧（Ｖｓｐａｎ）であ
る。この第３図の温度特性から明らかなように、スパン
電圧（Ｖ　５ｐａｎ）は負の温度係数を有している。

したがって、このような負の温度係数を有するスパン電
圧（Ｖｓｐａｎ）に対し、周囲温度の変化の影響を受け
ることなく、圧力センサが圧力を精度良く検知できるよ
うに、その温度補償を行うには、式■の分母における（
ｌ＋βＴ）を打ち消すとよいことになる。

ここで、オペレーショナルアンプ２のゲイン（Ａ）は次
式■であられされる。

Ａ＝ｒｆ／ｒｓ＝ｒｆｏ（１＋αＴ）／ｒｓ・・・■ ただし、ｒｆ　＝ｒｆｏ（１＋αＴ）であって、ｒｆは
負帰還抵抗Ｒｆの抵抗値、ｒｓは入力抵抗Ｒｓの抵抗値
、ｒｆｏは負帰還抵抗Ｒｆの周囲温度２５℃における抵
抗値、αは負帰還抵抗Ｒｆの温度係数、Ｔは周囲温度で
ある。

したがって、式■および■からスパン電圧（Ｖｓｐａｎ
）は、オペレーショナルアンプ２で増幅される結果、次
式■の増幅電圧（Ｖ）になる。

Ｖ＝Ｖｓｐａｎ−Ａ ＝Ｋｏ　−Ｖｂ　・ＣＰ／（１＋βＴ））ｘ（Ｒｆ　ｏ
　（１＋αＴ）／Ｒｓ　）・・・■ 式■から明らかなように、スパン電圧（Ｖｓｐａｎ）の
温度補償を行って圧力センサそのものが温度変化の影響
をうけることなく圧力を検知できるようにするには、圧
力センサ素子ｌの負の温度係数（ｌ＋βＴ）を、オペレ
ーショナルアンプ２の負帰還抵抗Ｒｆの正の温度係数（
ｌ＋αＴ）で打ち消す、つまりβ＝αであるとよいこと
になる。

その打ち消しを行うために、第２図に示されるような圧
力センサが既に提案されている。

第２図の圧力センサにおいては、オペレーショナルアン
プ２の負帰還抵抗Ｒｆを、厚膜抵抗Ｒａと、拡散抵抗Ｒ
ｂとの合成抵抗Ｒｘで構成している。この厚膜抵抗Ｒａ
は、抵抗値が固定のものであり、拡散抵抗Ｒｂはオペレ
ーショナルアンプ２の差動増幅回路ＡＭＰと同一の半導
体基板において形成されたものである。

この厚膜抵抗Ｒａと拡散抵抗Ｒｈとの合成抵抗Ｒｘの抵
抗値（ｒｘ）は次式■であられされる。

ｒ　ｘ　＝１／（（１／ｒ　ａ　）　＋（１／ｒ　ｂ　
）　）＝ｎ　ｒ　ｂ　ｏ　（１＋ａＴ）　／（１＋ｎ　
＋ａＴ）＝ｒｘｏ（１＋α’　　Ｔ） ・・・■ ここで、ｒａ＝ｎ−ｒｂｏ、 ｒｂ　＝ｒｂｏ（１＋αＴ） ｒａは厚膜抵抗Ｒａの抵抗値、ｒｂは拡散抵抗Ｒｈの抵
抗値、ｎは定数、ｒｂｏは拡散抵抗Ｒｈの特定温度２５
℃での抵抗値、αは拡散抵抗Ｒｈの温度係数、ｒｘは合
成抵抗ＲＸの抵抗値、ｒＸＯは合成抵抗Ｒｘの特定温度
２５℃での抵抗値、α′は合成抵抗ＲＸの温度係数であ
る。

上記式■において、厚膜抵抗Ｒａ、拡散抵抗Ｒｂ、およ
び合成抵抗Ｒｘそれぞれの温度特性を第４図に示してい
る。第４図において、横軸は温度（℃）、縦軸は各抵抗
の抵抗値である。そして、第４図中のＲａは厚膜抵抗Ｒ
ａの温度特性、Ｒｂは拡散抵抗Ｒｂの温度特性、Ｒｘは
合成抵抗Ｒｘの温度特性を、それぞれ、示している。

第３図のスパン電圧（Ｖｓｐａｎ）の温度特性と、第４
図の合成抵抗Ｒｘの温度特性とから明らかなように、ス
パン電圧（Ｖ　５ｐａｎ）の温度補償を行うには、β−
α′であるとよいことになる。

そこで、従来から、βが既知であること、拡散抵抗Ｒｈ
の抵抗値ｒｂ　＝ｒｂｏ（１＋αＴ）も既知であること
から、β＝α′となるようなｎの値を求めて厚膜抵抗Ｒ
ａの抵抗値ｒａ（−ｎ−ｒｂＯ）を算出したうえで、厚
膜抵抗Ｒａの抵抗値をその算出に従ったものとして、ス
パン電圧（Ｖｓｐａｎ）の温度補償を行っていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、厚膜抵抗Ｒａの抵抗値は固定値であるこ
とから、オペレーショナルアンプ２の拡散抵抗Ｒｈの抵
抗値が変化した場合では、スパン電圧（Ｖｓｐａｎ）の
最適な温度補償を行うことができない。

本発明は、拡散抵抗の抵抗値が変化しても、スパン電圧
に対する最適な温度補償を行うことができるようにする
ことを目的としている。

（課題を解決するための手段） このような目的を達成するために、本発明の半導体拡散
抵抗形座カセンサにおけるスパン電圧温度補償方法にお
いては、圧力センサ素子と、オペレーショナルアンプと
を備え、圧力センサ素子は、負の温度係数を有するスパ
ン電圧を出力するものであり、オペレーショナルアンプ
は、負帰還抵抗を具備し、該負帰還抵抗は、厚膜抵抗と
拡散抵抗との合成抵抗で構成されており、該合成抵抗は
、正の温度係数を有してなる半導体拡散抵抗膨圧力セン
サにおいて、 該半導体圧力センサの製造ロット毎に、前記拡散抵抗の
温度特性の先行評価を行って該拡散抵抗の抵抗値と温度
係数とを算出するとともに、この拡散抵抗の抵抗値と温
度係数とから、前記合成抵抗の温度係数が、前記スパン
電圧の温度係数に対応したものとなるように、厚膜抵抗
の抵抗値を決定することを特徴としている。

（作用） 上記においては、半導体圧力センサの製造ロッド毎に、
拡散抵抗の温度特性の先行評価を行って該拡散抵抗の抵
抗値と温度係数とを算出するとともに、この拡散抵抗の
抵抗値と温度係数とから、前記合成抵抗の温度係数が、
前記スパン電圧の温度係数に対応したものとなるように
、厚膜抵抗の抵抗値を決定するから、拡散抵抗の抵抗値
が変化しても、製造ロット単位では、厚膜抵抗の抵抗値
を、その拡散抵抗の抵抗値の変化に対応設定できるから
、拡散抵抗の抵抗値変化に対するスパン電圧の温度補償
に対する誤差を小さく抑え、高精度での温度補償が可能
となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例の方法を詳細に説明する。

本発明のスパン電圧温度補償方法においては、第２図の
圧力センサに適用するものである。この圧力センサは、
前述のように、圧力センサ素子ｌと、オペレーショナル
アンプ２とを備えている。

圧力センサ素子ｌは、負の温度係数を有するスパン電圧
（ｖｓｐａｎ）を出力する。オペレーショナルアンプ２
は、負帰還抵抗Ｒｆとして、厚膜抵抗Ｒａと拡散抵抗Ｒ
ｈとの合成抵抗ＲＸで構成されている。合成抵抗Ｒｘは
、上記式■のように、正の温度係数（ｌ＋α’Ｔ）を有
しており、前述のように、スパン電圧（Ｖｓｐａｎ）に
対する温度補償は、圧力センサ素子ｌの温度係数（β）
−合成抵抗ＲＸの温度係数（α′）が成立するとよいこ
とになる。

そして、本発明においては、半導体拡散抵抗形座カセン
サの製造ロッド毎に、拡散抵抗Ｒｈの温度特性の先行評
価を行って該拡散抵抗Ｒｂの抵抗値（ｒｂ）と温度係数
（α）とを算出するとともに、この拡散抵抗Ｒｂの抵抗
値（ｒｂ）と温度係数（α）とから、前記合成抵抗ＲＸ
の温度係数（α′）が、スパン電圧（Ｖｓｐａｎ）の温
度係数（β）に対応したものとなるように、厚膜抵抗（
Ｒａ）の抵抗値（ｒ　ａ）を決定するようにしている。

このような先行評価は半導体拡散抵抗形座カセンサの製
造ロッド毎に行うから、各製造ロッド毎に最適の温度補
償が可能となる。

（発明の効果） 以上説明したことから明らかなように本発明によれば、
半導体圧力センサの製造ロット毎に、拡散抵抗の温度特
性の先行評価を行って該拡散抵抗の抵抗値と温度係数と
を算出し、この拡散抵抗の抵抗値と温度係数とから、前
記合成抵抗の温度係数が前記スパン電圧の温度係数に対
応したものとなるように、厚膜抵抗の抵抗値を決定する
ようにしたから、拡散抵抗の抵抗値が変化しても、製造
ロッド単位では、厚膜抵抗の抵抗値を、その拡散抵抗の
抵抗値の変化に対応設定でき、結果として、拡散抵抗の
抵抗値変化に対するスパン電圧の温度補償に対する誤差
を小さく抑え、高精度で最適な温度補償を行うことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力センサの回路図、第２図はスパン電圧の温
度補償を施しである従来の圧力センサの回路図、第３図
は温度に対するスパン電圧の温度特性を示す図、第４図
は温度に対する厚膜抵抗、拡散抵抗、および合成抵抗そ
れぞれの温度特性を示す図である。 １・・・圧力センサ素子、２・・・オペレーショナルア
ンプ、Ｒａ・・・厚膜抵抗、Ｒｂ・・・拡散抵抗、Ｒｘ
・・・合成抵抗。 図中、 同一符号は同一ないしは相当部分を示

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧力センサ素子と、オペレーショナルアンプとを
   備え、圧力センサ素子は、負の温度係数を有するスパン
   電圧を出力するものであり、オペレーショナルアンプは
   、負帰還抵抗を具備し、該負帰還抵抗は、厚膜抵抗と拡
   散抵抗との合成抵抗で構成されており、該合成抵抗は、
   正の温度係数を有してなる半導体拡散抵抗形圧力センサ
   において、該半導体圧力センサの製造ロッド毎に、前記
   拡散抵抗の温度特性の先行評価を行って該拡散抵抗の抵
   抗値と温度係数とを算出するとともに、この拡散抵抗の
   抵抗値と温度係数とから、前記合成抵抗の温度係数が、
   前記スパン電圧の温度係数に対応したものとなるように
   、厚膜抵抗の抵抗値を決定することを特徴とする半導体
   拡散抵抗形圧力センサにおけるスパン電圧温度補償方法
   。