JPH04302479A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
- Publication number
- JPH04302479A JPH04302479A JP6724191A JP6724191A JPH04302479A JP H04302479 A JPH04302479 A JP H04302479A JP 6724191 A JP6724191 A JP 6724191A JP 6724191 A JP6724191 A JP 6724191A JP H04302479 A JPH04302479 A JP H04302479A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- silicon plate
- silicon
- oxide film
- region
- Prior art date
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- Pending
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体圧力センサに関し
、更に詳しくは、差圧伝送器における過大圧保護機構の
改善及び過大圧と静圧の検出に関する。
、更に詳しくは、差圧伝送器における過大圧保護機構の
改善及び過大圧と静圧の検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の圧力センサの一例の構成図
である。図において、１はボディであり、一方の側面に
は低圧側の測定圧力ＰＬが作用する金属からなる第１の
シールダイヤフラム２が設けられ、他方の側面には高圧
側の測定圧力ＰＨが作用する金属からなる第２のシール
ダイヤフラム３が設けられ、内部には金属からなる過大
圧保護ダイヤフラム４が設けられている。
である。図において、１はボディであり、一方の側面に
は低圧側の測定圧力ＰＬが作用する金属からなる第１の
シールダイヤフラム２が設けられ、他方の側面には高圧
側の測定圧力ＰＨが作用する金属からなる第２のシール
ダイヤフラム３が設けられ、内部には金属からなる過大
圧保護ダイヤフラム４が設けられている。
【０００３】上記構成において、シールダイヤフラム２
または３に過大圧力が加えられた場合、過大圧保護ダイ
ヤフラム４は破線で示すように対向するボディに着座し
、一定以上の圧力がセンサに加わらないようにする。
または３に過大圧力が加えられた場合、過大圧保護ダイ
ヤフラム４は破線で示すように対向するボディに着座し
、一定以上の圧力がセンサに加わらないようにする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の構成によれば、金属が伸縮することから、■
過大圧前後に出力のヒステリシスが発生し、精度劣化を
招く。
うな従来の構成によれば、金属が伸縮することから、■
過大圧前後に出力のヒステリシスが発生し、精度劣化を
招く。
【０００５】■寸法的に大きくなり、小形化が難しい。
等の問題がある。
【０００６】また、静圧信号を出力するものはあるが、
過大圧信号を出力するものは実用化されていない。
過大圧信号を出力するものは実用化されていない。
【０００７】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、それ自体に過大圧保護機
構を設けるとともに、静圧信号及び過大圧信号を出力で
きる構造が簡単で小形化が可能な半導体圧力センサを提
供することにある。
れたものであり、その目的は、それ自体に過大圧保護機
構を設けるとともに、静圧信号及び過大圧信号を出力で
きる構造が簡単で小形化が可能な半導体圧力センサを提
供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
る本発明は、一方の面に第１の圧力検出素子が形成され
た第１のシリコンプレートと、一方の表面に２つの領域
を除くようにして酸化膜が形成され、第１の領域の中央
部分には圧力を導入する穴が形成され、第２の領域の他
方の面には第２の圧力検出素子が形成された第２のシリ
コンプレートと、一方の表面に２つの領域を除くように
して酸化膜が形成され、各領域の中央部分には圧力を導
入する穴が形成された第３のシリコンプレートとで構成
され、前記第１のシリコンプレートの両面には各領域及
び酸化膜が対向するように第２のシリコンプレートと第
３のシリコンプレートがそれぞれ接合されたことを特徴
とするものである。
る本発明は、一方の面に第１の圧力検出素子が形成され
た第１のシリコンプレートと、一方の表面に２つの領域
を除くようにして酸化膜が形成され、第１の領域の中央
部分には圧力を導入する穴が形成され、第２の領域の他
方の面には第２の圧力検出素子が形成された第２のシリ
コンプレートと、一方の表面に２つの領域を除くように
して酸化膜が形成され、各領域の中央部分には圧力を導
入する穴が形成された第３のシリコンプレートとで構成
され、前記第１のシリコンプレートの両面には各領域及
び酸化膜が対向するように第２のシリコンプレートと第
３のシリコンプレートがそれぞれ接合されたことを特徴
とするものである。
【０００９】
【作用】第１のシリコンプレートは、両面のシリコンプ
レートの圧力導入穴に導入される圧力の差に応じてたわ
む。そして、一方の圧力が大きくなった場合には対向す
るシリコンプレートの壁に押し当てられ、過大圧力によ
る破損から保護される。
レートの圧力導入穴に導入される圧力の差に応じてたわ
む。そして、一方の圧力が大きくなった場合には対向す
るシリコンプレートの壁に押し当てられ、過大圧力によ
る破損から保護される。
【００１０】そして、差圧は第１の圧力検出素子で検出
され、静圧及び過大圧は第２の圧力検出素子で検出され
る。
され、静圧及び過大圧は第２の圧力検出素子で検出され
る。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１２】図１は、本発明に係る半導体圧力センサを
用いた差圧測定器の全体構造図である。図において、１
０はボディであり、上部ボディ１１と下部ボディ１２と
で構成されている。上部ボディ１１の内部には半導体圧
力センサ３０を支持する支持台２０が固着されている。 半導体圧力センサ３０は支持台２０に低融点ガラスで接
合されている。支持台２０の一部には半導体圧力センサ
３０の信号線を外部の信号リード線２２に接続するため
のハーメチック端子２１が形成されている。上部ボディ
１１と支持台２０との接合部及び上部ボディ１１と下部
ボディ１２の接合部は溶接で固着されている。
用いた差圧測定器の全体構造図である。図において、１
０はボディであり、上部ボディ１１と下部ボディ１２と
で構成されている。上部ボディ１１の内部には半導体圧
力センサ３０を支持する支持台２０が固着されている。 半導体圧力センサ３０は支持台２０に低融点ガラスで接
合されている。支持台２０の一部には半導体圧力センサ
３０の信号線を外部の信号リード線２２に接続するため
のハーメチック端子２１が形成されている。上部ボディ
１１と支持台２０との接合部及び上部ボディ１１と下部
ボディ１２の接合部は溶接で固着されている。
【００１３】図２は半導体圧力センサ３０の組立工程図
である。 （工程Ａ）第１のシリコンプレート３１の一方の面には
第１の圧力検出素子として例えばピエゾ抵抗素子３２が
形成されている。なお、内部には該ピエゾ抵抗素子３２
に接続される拡散リードが形成されるが図には示してい
ない。そして、該ピエゾ抵抗素子３２が形成された表面
には２つの領域を除くようにして酸化膜３３が形成され
ている。
である。 （工程Ａ）第１のシリコンプレート３１の一方の面には
第１の圧力検出素子として例えばピエゾ抵抗素子３２が
形成されている。なお、内部には該ピエゾ抵抗素子３２
に接続される拡散リードが形成されるが図には示してい
ない。そして、該ピエゾ抵抗素子３２が形成された表面
には２つの領域を除くようにして酸化膜３３が形成され
ている。
【００１４】第２のシリコンプレート３４の一方の表面
には２つの領域を除くようにして酸化膜３５が形成され
、第１の領域の中央部分には圧力を導入する穴３６が形
成され、第２の領域の他方の面には第２の圧力検出素子
として例えばピエゾ抵抗素子３７が形成されている。
には２つの領域を除くようにして酸化膜３５が形成され
、第１の領域の中央部分には圧力を導入する穴３６が形
成され、第２の領域の他方の面には第２の圧力検出素子
として例えばピエゾ抵抗素子３７が形成されている。
【００１５】第３のシリコンプレート３８の一方の表面
には２つの領域を除くようにして酸化膜３９が形成され
、各領域の中央部分には圧力を導入する穴４０，４１が
形成されている。
には２つの領域を除くようにして酸化膜３９が形成され
、各領域の中央部分には圧力を導入する穴４０，４１が
形成されている。
【００１６】なお、各シリコンプレート３１，３４，３
８の酸化膜３３，３５，３９が形成されない領域の形状
は円形でも矩形でもよい。 （工程Ｂ）第１のシリコンプレート３１のピエゾ抵抗素
子３２が形成され酸化膜３３が形成された表面に第２の
シリコンプレート３４の酸化膜３５が形成された表面を
重ね合わせ、８００℃〜１０００℃に加熱して熱圧着す
る。これにより得られる接合強度は単結晶シリコンと同
等で強い。 （工程Ｃ）第１のシリコンプレート３１の裏面を研磨し
て薄肉にした後、２つの領域を除くようにして酸化膜４
２を形成する。 （工程Ｄ）工程Ｃで形成された酸化膜４２に第３のシリ
コンプレート３８の酸化膜３９が形成された表面を重ね
合わせ、８００℃〜１０００℃に加熱して熱圧着する。 （工程Ｅ）各ピエゾ抵抗素子３２，３７のリード線をハ
ーメチック端子２１と接続する。
８の酸化膜３３，３５，３９が形成されない領域の形状
は円形でも矩形でもよい。 （工程Ｂ）第１のシリコンプレート３１のピエゾ抵抗素
子３２が形成され酸化膜３３が形成された表面に第２の
シリコンプレート３４の酸化膜３５が形成された表面を
重ね合わせ、８００℃〜１０００℃に加熱して熱圧着す
る。これにより得られる接合強度は単結晶シリコンと同
等で強い。 （工程Ｃ）第１のシリコンプレート３１の裏面を研磨し
て薄肉にした後、２つの領域を除くようにして酸化膜４
２を形成する。 （工程Ｄ）工程Ｃで形成された酸化膜４２に第３のシリ
コンプレート３８の酸化膜３９が形成された表面を重ね
合わせ、８００℃〜１０００℃に加熱して熱圧着する。 （工程Ｅ）各ピエゾ抵抗素子３２，３７のリード線をハ
ーメチック端子２１と接続する。
【００１７】これにより、各シリコンプレート３１，３
４，３８の酸化膜３３，３５，３９及び４２が形成され
ていない２つの領域で、最大変位が酸化膜３３，３５，
３９及び４２の膜厚で決定される２個のシリコンダイヤ
フラムＡ，Ｂが構成される。
４，３８の酸化膜３３，３５，３９及び４２が形成され
ていない２つの領域で、最大変位が酸化膜３３，３５，
３９及び４２の膜厚で決定される２個のシリコンダイヤ
フラムＡ，Ｂが構成される。
【００１８】このような構成において、通常の差圧ΔＰ
（＝ＰＨ−ＰＬ）の測定は、該差圧ΔＰによるシリコン
ダイヤフラムＡ上の応力をピエゾ抵抗素子３２で検出し
、電気信号として出力する。この場合、大きな静圧中で
も測定できる。
（＝ＰＨ−ＰＬ）の測定は、該差圧ΔＰによるシリコン
ダイヤフラムＡ上の応力をピエゾ抵抗素子３２で検出し
、電気信号として出力する。この場合、大きな静圧中で
も測定できる。
【００１９】そして、過大圧が例えば図３のようにＰＨ
側に作用した場合、第１のシリコンプレート３１はＰＬ
側の第３のシリコンプレート３８に着座し、破壊は防止
される。これに対し、過大圧がＰＬ側に作用した場合に
は第１のシリコンプレート３１はＰＨ側の第２のシリコ
ンプレート３４に着座して破壊は防止される。
側に作用した場合、第１のシリコンプレート３１はＰＬ
側の第３のシリコンプレート３８に着座し、破壊は防止
される。これに対し、過大圧がＰＬ側に作用した場合に
は第１のシリコンプレート３１はＰＨ側の第２のシリコ
ンプレート３４に着座して破壊は防止される。
【００２０】このように構成することにより、従来のよ
うな過大圧保護のためのダイヤフラムは不要になるので
全体の構造が簡単になり、小形にできる。
うな過大圧保護のためのダイヤフラムは不要になるので
全体の構造が簡単になり、小形にできる。
【００２１】なお、第１のシリコンプレート３１の厚さ
、酸化膜３３，３５，３９及び４２の膜厚及びダイヤフ
ラムを形成する各領域の寸法は、差圧レンジや過大圧の
大きさに応じて適切に選定する。
、酸化膜３３，３５，３９及び４２の膜厚及びダイヤフ
ラムを形成する各領域の寸法は、差圧レンジや過大圧の
大きさに応じて適切に選定する。
【００２２】また、ダイヤフラムのたわみの検出にあた
っては、ダイヤフラム部分に電極を形成して静電容量の
変化として検出してもよいし、ダイヤフラム部分にビー
ムを形成してビームの振動変化として検出してもよい。
っては、ダイヤフラム部分に電極を形成して静電容量の
変化として検出してもよいし、ダイヤフラム部分にビー
ムを形成してビームの振動変化として検出してもよい。
【００２３】一方、静圧の大きさは、ダイヤフラムＢの
領域に対応した第２のシリコンプレート３５の表面に形
成されているピエゾ抵抗素子３７で検出される。また、
該ピエゾ抵抗素子３７は、ＰＨ側或いはＰＬ側からの過
大圧に起因するダイヤフラムＢの変形応力も検出でき、
過大圧の大きさも測定できる。このように静圧及び過大
圧の大きさも検出できることからプロセス情報が多くな
り、従来の差圧情報のみによる制御や保守に比較して精
度の高いプロセス処理が可能になる。
領域に対応した第２のシリコンプレート３５の表面に形
成されているピエゾ抵抗素子３７で検出される。また、
該ピエゾ抵抗素子３７は、ＰＨ側或いはＰＬ側からの過
大圧に起因するダイヤフラムＢの変形応力も検出でき、
過大圧の大きさも測定できる。このように静圧及び過大
圧の大きさも検出できることからプロセス情報が多くな
り、従来の差圧情報のみによる制御や保守に比較して精
度の高いプロセス処理が可能になる。
【００２４】また、第２のシリコンプレート３４の表面
に演算回路を形成することにより集積形圧力センサが構
成できる。
に演算回路を形成することにより集積形圧力センサが構
成できる。
【００２５】また、過大圧が加わった場合に着座する各
シリコンプレート３１，３４，３８の接触部分に窒化膜
等の保護膜を形成してもよい。
シリコンプレート３１，３４，３８の接触部分に窒化膜
等の保護膜を形成してもよい。
【００２６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、以下のような効果が得られる。
れば、以下のような効果が得られる。
【００２７】■本発明の半導体圧力センサは、それ自体
にシリコンの微細加工による過大圧保護機構が設けられ
た構造であって、差圧系全体の構造が簡単になり、小形
にできる。
にシリコンの微細加工による過大圧保護機構が設けられ
た構造であって、差圧系全体の構造が簡単になり、小形
にできる。
【００２８】■過大圧保護機構は、シリコンとその酸化
膜で構成されるので、金属ダイヤフラムによる過大圧保
護機構に比べてヒステリシスが小さくなる。
膜で構成されるので、金属ダイヤフラムによる過大圧保
護機構に比べてヒステリシスが小さくなる。
【００２９】■半導体圧力センサは、集積回路の製造工
程と同様で大量生産に適しており、機械部品の小形化と
合わせて低価格の差圧計が実現できる。
程と同様で大量生産に適しており、機械部品の小形化と
合わせて低価格の差圧計が実現できる。
【００３０】■静圧及び過大圧の大きさも検出できるの
で、精度の高いプロセス処理が可能になる。
で、精度の高いプロセス処理が可能になる。
【図１】本発明に係る半導体圧力センサを用いた差圧測
定器の全体構造図である。
定器の全体構造図である。
【図２】本発明に係る半導体圧力センサの一実施例を製
造する工程の説明図である。
造する工程の説明図である。
【図３】本発明に係る半導体圧力センサの動作説明図で
ある。
ある。
【図４】従来の過大圧保護機構の一例の構成図である。
３０ 半導体圧力センサ
３１ 第１シリコンプレート
３２，３７ ピエゾ抵抗素子
３３，３５，３９，４２ 酸化膜（ＳｉＯ２）３
４ 第２シリコンプレート ３６，４０，４１ 圧力導入穴 ３８ 第３シリコンプレート
４ 第２シリコンプレート ３６，４０，４１ 圧力導入穴 ３８ 第３シリコンプレート
Claims (1)
- 【請求項１】 一方の面に第１の圧力検出素子が形成
された第１のシリコンプレートと、一方の表面に２つの
領域を除くようにして酸化膜が形成され、第１の領域の
中央部分には圧力を導入する穴が形成され、第２の領域
の他方の面には第２の圧力検出素子が形成された第２の
シリコンプレートと、一方の表面に２つの領域を除くよ
うにして酸化膜が形成され、各領域の中央部分には圧力
を導入する穴が形成された第３のシリコンプレートとで
構成され、前記第１のシリコンプレートの両面には各領
域及び酸化膜が対向するように第２のシリコンプレート
と第３のシリコンプレートがそれぞれ接合されたことを
特徴とする半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6724191A JPH04302479A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6724191A JPH04302479A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04302479A true JPH04302479A (ja) | 1992-10-26 |
Family
ID=13339226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6724191A Pending JPH04302479A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04302479A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU683195B2 (en) * | 1995-07-14 | 1997-10-30 | Yokogawa Electric Corporation | Semiconductor differential pressure measuring device |
| JP2024171738A (ja) * | 2023-05-30 | 2024-12-12 | 横河電機株式会社 | 差圧伝送器 |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP6724191A patent/JPH04302479A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU683195B2 (en) * | 1995-07-14 | 1997-10-30 | Yokogawa Electric Corporation | Semiconductor differential pressure measuring device |
| JP2024171738A (ja) * | 2023-05-30 | 2024-12-12 | 横河電機株式会社 | 差圧伝送器 |
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