JPH078743U - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホイールストンブリッジの出力端子をリーク
カレントから保護するガードリングのリード線をなく
し、ハーメチックシールの数を少なくする。 【構成】 半導体基板上に４つの歪ゲージ９からなる圧
力測定用ホイールストンブリッジ１０と、同じく４つの
歪ゲージ２５からなる第２のホイールストンブリッジ２
６を形成する。第２のホイールストンブリッジ２６は、
圧力測定用ホイールストンブリッジ１０より外側で、か
つ半導体基板のダイヤフラムより外側に位置して形成さ
れる。両ブリッジ１０，２６は電源ライン２７に対して
並列に接続され、また第２のホイールストンブリッジ２
６の出力端子２８ａ，２８ｂは、圧力測定用ホイールス
トンブリッジ１０の各出力端子１５ａ，１５ｂを取り囲
むガードリング１２ａ，１２ｂにリード２９ａ，２９ｂ
によって接続される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は プロセス変量である２点間の圧力差を検出する差圧伝送器や配管の 圧力測定を行う圧力発信器等に用いられる半導体圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

各種プロセス流体の制御に用いられる差圧伝送器は管内流体の流量を測定する もので、そのため、従来のこの種の差圧伝送器は検出器ボディの両側面にそれぞ れ設けたバリアダイヤフラムに２点間の流体圧を与え、これらダイヤフラムの変 位に伴う検出器ボディ内の内封液の移動を、封入回路を仕切って設けた半導体圧 力センサに導き、このセンサの歪みを電気信号に変換して取り出すように構成さ れている（例：実公平４−１６９２０号等）。

【０００３】 図２は従来の差圧伝送器の検出部の断面図、図３は半導体圧力センサのブリッ ジ回路を示す図、図４はゲージ部の断面図である。これらの図において、１は検 出器ボディ（図示せず）の上面に一体的に設けられたヘッダーカバー、２はヘッ ダーカバー１の上面に設けられた上部室３内に配設された半導体圧力センサ、４ は上部室２を気密に封止する蓋、５は蓋４をヘッダーカバー１に固定するナット 部材、６ａ，６ｂはシリコンオイル等の内封液７が封入された封入回路である。

【０００４】 半導体圧力センサ２としては、Ｓｉ（シリコン）半導体ダイヤフラムを利用し たものが一般的である。このＳｉダイヤフラム型半導体圧力センサ２は、図２お よび図３に示すように半導体結晶からなる基板（以下半導体基板という）８の表 面に不純物の拡散もしくはイオン打ち込み技術によりピエゾ抵抗領域として作用 する４つの歪ゲージ９を形成して、これらゲージ９をブリッジ結線することによ り圧力測定用ホイールストンブリッジ１０を形成すると共に、Ａｌの蒸着等によ り電気接点用配線層１１とガードリング１２ａ，１２ｂを形成し、基板裏面の中 央部をエッチングによって除去することにより厚さ２０μｍ〜５０μｍ程度の薄 肉部、すなわちダイヤフラム１３を形成して構成したもので、ダイヤフラム１３ の表裏面に測定すべき２点間の圧力ＨｐとＬｐを、不図示のバリアダイヤフラム および封入回路６ａ，６ｂにそれぞれ封入された内封液７を介して加えると、ダ イヤフラム１３が変位してゲージ９の比抵抗が変化する。したがって、圧力測定 用ホイールストンブリッジ１０は、この時の抵抗変化に伴う出力電圧Ｖ0 を差動 的に出力する。そして、この出力電圧Ｖ0 は発信器１４に導かれて増幅器により 増幅された後、遠隔発信される。

【０００５】 ガードリング１２ａ，１２ｂは、歪ゲージ９からのリークカレントによるホイ ールストンブリッジ１０の出力電圧Ｖ0 のドリフトを防止するためにＡｌの蒸着 等により形成されるもので、同ブリッジ１０の出力端子１５ａ，１５ｂの周囲を 取り囲み、これら出力端子１５ａ，１５ｂと略同電位に保持されている。また、 ガードリング１２ａ，１２ｂは歪ゲージ９と絶縁層１６によって電気的に絶縁さ れている。 なお、ホイールストンブリッジ１０には印加電圧ＶB （例えば５Ｖ）が印加さ れており、ホイールストンブリッジ１０の各リード線１７および各ガードリング １２ａ，１２ｂのリード線１８は、蓋４に設けられたリード線挿通孔１９を貫通 して発信器１４に接続され、またリード線挿通孔１９はハーメチックシール２０ によってシールされている。図２において、２１は上部室３の内底面に固定され たシリコンベースである。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記したように従来の半導体圧力センサ２においては、ホイールストンブリッ ジ１０の各出力端子１５ａ，１５ｂをガードリング１２ａ，１２ｂによってリー クカレントから保護し、リード線１７，１８を蓋４に設けたリード線挿通孔１９ から外部に導出し、このリード線挿通孔１９をハーメチックシール２０によって 封止していた。しかしながら、このような構成においては、リード線１８の一端 をガードリング１２ａ，１２ｂにワイヤボンディングによって接続しているので 、上部室３から外部に導出するリード線の数が増加、言い換えれば蓋４に形成さ れるリード線挿通孔１９およびハーメチックシール２０の数が増え、リード線挿 通孔１９の封止作業が面倒であるという問題があった。

【０００７】 したがって、本考案は上記したような従来の問題点に鑑みてなされたもので、 その目的とするところは、ホイールストンブリッジの出力端子をリークカレント から保護するガードリングのリード線をなくし、ハーメチックシールの数を少な くすることができるようにした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】

上記目的を解決するため本考案は、シリコン単結晶からなる基板の一面に形成 したダイヤフラムと、このダイヤフラム上に拡散形成された複数個の歪ゲージと 、これらの歪ゲージを結線して形成された圧力測定用ホイールストンブリッジと 、この圧力測定用ホイールストンブリッジの出力端子の周囲に設けられたガード リングとを有する半導体圧力センサにおいて、前記ダイヤフラムの外側基板上に 他の歪ゲージによる第２のホイールストンブリッジを形成し、この第２のホイー ルストンブリッジと前記圧力測定用ホイールストンブリッジを並列接続すると共 に、前記第２のホイールストンブリッジの出力端子を前記ガードリングに接続し たものである。

【０００９】

【作用】

本考案においては、圧力検出用のホイールストンブリッジと、第２のホイール ストンブリッジは並列に接続され、第２のホイールストンブリッジの出力端子が ガードリングに接続されていることで、ガードリングのリード線を不要にする。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。 図１は本考案に係る半導体圧力センサの一実施例を示すブリッジ回路図である 。なお、図中図２〜図４と同一構成部材のものに対しては同一符号をもって示し 、その説明を省略する。同図において、本実施例はシリコン単結晶からなる基板 ８のダイヤフラム１３（図２参照）上に４つの歪ゲージ９を拡散形成して、これ らの歪ゲージ９を結線することにより圧力測定用ホイールストンブリッジ１０を 形成すると共に、圧力測定用ホイールストンブリッジ１０の外側に同じく４つの 歪ゲージ２５を拡散、イオンの打ち込み等によって形成して、これらの歪ゲージ ２５を結線することにより第２のホイールストンブリッジ２６を形成し、この第 ２のホイールストンブリッジ２６と圧力測定用ホイールストンブリッジ１０を電 源ライン２７に対して並列に接続し、かつ第２のホイールストンブリッジ２６の 出力端子２８ａ，２８ｂを、ダイヤフラム１３上に蒸着等によって形成されたリ ード２９ａ，２９ｂによって対応するガードリング１２ａ，１２ｂにそれぞれ接 続したものである。第２のホイールストンブリッジ２６は、圧力測定用ホイール ストンブリッジ１０と同時に形成される。また、この第２のホイールストンブリ ッジ２６は半導体基板８の上面外周部にダイヤフラム１３の外側に位置するよう 形成される。これは圧力測定時にダイヤフラム１３の変位により歪ゲージ２５の 抵抗変化を生じないようにするためである。 その他の構成は図２〜図４に示した従来構造と同様である。

【００１１】 かくしてこのような構成においては、半導体基板８上に圧力測定用ホイールス トンブリッジ１０と第２のホイールストンブリッジ２６を形成して、これら両ブ リッジを電源ライン２７に対して並列に接続すると共に、第２のホイールストン ブリッジ２６の出力端子２８ａ，２８ｂとガードリング１２ａ，１２ｂを電気的 に接続したので、図３に示した従来構造におけるガードリング１２ａ，１２ｂの リード線１８が不要で、そのため蓋１４にリード線１８が挿通されるリード線挿 通孔を形成したり、このリード線挿通孔をハーメチックシールによって封止した りする作業を不要にする。したがって、リード線挿通孔のシール作業が簡単で、 蓋４による封入液７の封止性能を向上させる。また、ガードリング１２ａ，１２ ｂはリークカレントが測定用ホイールストンブリッジ１０の出力端子１５ａ，１ ５ｂに流れ込むのを確実に防止することができ、出力電圧Ｖ0 のドリフトを防止 する。

【００１２】

【考案の効果】

以上説明したように本考案に係る半導体圧力センサによれば半導体基板上に圧 力測定用ホイールストンブリッジと、ダイヤフラムの外側基板上に位置する第２ のホイールストンブリッジを形成し、これら両ブリッジを電源ラインに対して並 列に接続し、圧力測定用ホイールストンブリッジの各出力端子をガードリングに よって取り囲み、第２のホイールストンブリッジの各出力端子を対応するガード リングにそれぞれ接続して構成したので、ガードリングにリード線を接続する必 要がなく、そのため内封液を封入した差圧伝送器や圧力発信器等においてハーメ チックシールの数を少なくすることができ、リード線挿通孔のシール作業が簡単 で、内封液封入の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る半導体圧力センサのブリッジ回路
を示す図である。

【図２】従来の半導体圧力センサを備えた差圧伝送器の
検出部の断面図である。

【図３】同センサのブリッジ回路を示す図である。

【図４】ゲージ部の断面図である。

【符号の説明】

２ 半導体圧力センサ ８ 半導体基板 ９ 歪ゲージ １０ 圧力測定用ホイールストンブリッジ １２ａ，１２ｂ ガードリング １３ ダイヤフラム １５ａ，１５ｂ 出力端子 １７ リード線 １８ リード線 ２５ 歪ゲージ ２６ 第２のホイールストンブリッジ ２８ａ，２８ｂ 出力端子 ２９ａ，２９ｂ リード

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン単結晶からなる基板の一面に形
   成したダイヤフラムと、このダイヤフラム上に拡散形成
   された複数個の歪ゲージと、これらの歪ゲージを結線し
   て形成された圧力測定用ホイールストンブリッジと、こ
   の圧力測定用ホイールストンブリッジの出力端子の周囲
   に設けられたガードリングとを有する半導体圧力センサ
   において、 前記ダイヤフラムの外側基板上に他の歪ゲージによる第
   ２のホイールストンブリッジを形成し、この第２のホイ
   ールストンブリッジと前記圧力測定用ホイールストンブ
   リッジを並列接続すると共に、前記第２のホイールスト
   ンブリッジの出力端子を前記ガードリングに接続したこ
   とを特徴とする半導体圧力センサ。