JPS59164934A - 圧力・差圧検出器 - Google Patents
圧力・差圧検出器Info
- Publication number
- JPS59164934A JPS59164934A JP3903983A JP3903983A JPS59164934A JP S59164934 A JPS59164934 A JP S59164934A JP 3903983 A JP3903983 A JP 3903983A JP 3903983 A JP3903983 A JP 3903983A JP S59164934 A JPS59164934 A JP S59164934A
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- JP
- Japan
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- strain
- pressure
- diaphragm
- differential pressure
- rigid body
- 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.)
- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/006—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of metallic strain gauges fixed to an element other than the pressure transmitting diaphragm
- G01L9/0064—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of metallic strain gauges fixed to an element other than the pressure transmitting diaphragm the element and the diaphragm being in intimate contact
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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
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は圧力・差圧検出器に係シ、特ＶＣ測定ダイアフ
ラムが半導体からなる圧力・差圧検出器の改良に関する
ものである。
ラムが半導体からなる圧力・差圧検出器の改良に関する
ものである。
本発明の山鹿ｊ人が先に提案した圧力・差圧（炙出器用
シリコンダイアフラムは、外周部の肉厚固定部、中央部
の剛体部および固定部と剛体部との間に設けた肉薄起歪
部とからなシ、この肉薄起歪部はゲージ抵抗を有する起
歪はシとこの起歪はシよ勺薄く加工した隔膜部とからＩ
ＩＩ成しである。
シリコンダイアフラムは、外周部の肉厚固定部、中央部
の剛体部および固定部と剛体部との間に設けた肉薄起歪
部とからなシ、この肉薄起歪部はゲージ抵抗を有する起
歪はシとこの起歪はシよ勺薄く加工した隔膜部とからＩ
ＩＩ成しである。
このような構造のシリコンブイアフラムは、隔膜部の厚
さ１に極めて薄くしておけば、起番はりを少々厚くして
も低圧用（測定範囲１００ｍｍＨ２Ｏ程度のもの）とし
て使用でき、かつ、圧力−出力変換の直線性が優れたも
のとなる。
さ１に極めて薄くしておけば、起番はりを少々厚くして
も低圧用（測定範囲１００ｍｍＨ２Ｏ程度のもの）とし
て使用でき、かつ、圧力−出力変換の直線性が優れたも
のとなる。
しかし、先に提案した構造のものは、周囲温度および過
大圧力の影響を・受けやすく、かつ、さらに低圧用のも
＋７＋’ｌ（作るのが困難であるという欠点があった。
大圧力の影響を・受けやすく、かつ、さらに低圧用のも
＋７＋’ｌ（作るのが困難であるという欠点があった。
その原因を検討した結果、１つの起歪わシにゲージ抵抗
とアルミニウム電極とを設けていることＹｃあることが
わかった。
とアルミニウム電極とを設けていることＹｃあることが
わかった。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、温度および過大圧力の影響ｒ受けることが少
なく、かつ、低圧まで直付性に優れている圧力・差圧検
出′ａを提供することにある。
ところは、温度および過大圧力の影響ｒ受けることが少
なく、かつ、低圧まで直付性に優れている圧力・差圧検
出′ａを提供することにある。
本発明の特徴は、測定ダイアフラムとして、外周部が肉
厚の固定部、中央部が−ｊ体部となっていて、上記固定
部と剛体部との間に複数個の起歪はシとこの起歪はりよ
＃）＃＜加工した隔膜部とよシなる肉薄起歪部を形成し
、上記起歪はりのうち複数個の感歪素子を設けた起歪は
漫の上記感歪素子の一部に電気的に接秩する配線は上記
剛体部と上記感歪素子？設けた起歪はｂと異なる起歪は
シを通して上記固定部に至るように設けたものを用いた
構成の圧力・差圧検出器とした点にある。
厚の固定部、中央部が−ｊ体部となっていて、上記固定
部と剛体部との間に複数個の起歪はシとこの起歪はりよ
＃）＃＜加工した隔膜部とよシなる肉薄起歪部を形成し
、上記起歪はりのうち複数個の感歪素子を設けた起歪は
漫の上記感歪素子の一部に電気的に接秩する配線は上記
剛体部と上記感歪素子？設けた起歪はｂと異なる起歪は
シを通して上記固定部に至るように設けたものを用いた
構成の圧力・差圧検出器とした点にある。
以下本発明を第１図〜第４図に示した実施例を用いて詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図は本発明の圧力・差圧検出器の一実施例を示す断
面図である。第１図において、ｌｏはｎ形単結晶シリコ
ンからなる測定ダイアフラムで、この測定タイアフラム
ｌｏは、中央に孔を有する硼珪酸ガラス台１２に、この
ガラス台１２け、中央に孔を有する鉄−ニッケル合金よ
りなる支持部１１４にそれぞれ陽極結合によって接合し
である。
面図である。第１図において、ｌｏはｎ形単結晶シリコ
ンからなる測定ダイアフラムで、この測定タイアフラム
ｌｏは、中央に孔を有する硼珪酸ガラス台１２に、この
ガラス台１２け、中央に孔を有する鉄−ニッケル合金よ
りなる支持部１１４にそれぞれ陽極結合によって接合し
である。
測定ダイアフラム１０からの眠気的出力は、リード線１
６およびハウジング１８に設けたハーメチンクシールさ
れた端子２０ｉ介して外部に収り出すようにしである。
６およびハウジング１８に設けたハーメチンクシールさ
れた端子２０ｉ介して外部に収り出すようにしである。
第２図は第１図の測定ダイアフラム１０の一実施例を示
す構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）Ｖｉ断面図である
。測定タイアフラムｌＯは、中央部に肉厚の剛体部３０
、外周部に肉厚の固定部３２を有し、その間に環状の肉
薄起歪部が形成しである。この環状の肉薄起歪部は、剛
体部３０と固定部３２にまたがる厚さ２０μｍ程度の起
歪ｄシ３６，３７と表面からのエツチングによシさらに
薄く加工した厚さ５μｍ程度の隔膜部３８より摺成しで
ある。
す構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）Ｖｉ断面図である
。測定タイアフラムｌＯは、中央部に肉厚の剛体部３０
、外周部に肉厚の固定部３２を有し、その間に環状の肉
薄起歪部が形成しである。この環状の肉薄起歪部は、剛
体部３０と固定部３２にまたがる厚さ２０μｍ程度の起
歪ｄシ３６，３７と表面からのエツチングによシさらに
薄く加工した厚さ５μｍ程度の隔膜部３８より摺成しで
ある。
そして、起歪はり３６の表面には、４本のｐ形ゲージ抵
抗４０が拡散法によシビエゾ抵抗係数が最大となる＜１
１１＞軸方向に形成しである。このうち２本は起歪はシ
３６の外側近傍に、他の２本は内側近傍に形成し、圧力
によシ逆符号の抵抗変化が発生するようにしである。剛
体部３０、固定部３２および起歪はシ３６，３７の表面
は、熱酸化膜などよシなる絶縁膜４２で覆い、その上に
アルミニウム電極４４ケ蒸着法によって形成しである。
抗４０が拡散法によシビエゾ抵抗係数が最大となる＜１
１１＞軸方向に形成しである。このうち２本は起歪はシ
３６の外側近傍に、他の２本は内側近傍に形成し、圧力
によシ逆符号の抵抗変化が発生するようにしである。剛
体部３０、固定部３２および起歪はシ３６，３７の表面
は、熱酸化膜などよシなる絶縁膜４２で覆い、その上に
アルミニウム電極４４ケ蒸着法によって形成しである。
ところで、アルミニウム電極４４１−１：、電＃ｔ、に
流す必骸があるため、１μｍ以上の厚さを心安とする。
流す必骸があるため、１μｍ以上の厚さを心安とする。
また、シリコンや絶縁膜などにくらべて熱膨張係数が大
きいため、アルミニウム電極４４を起歪はり３６上に形
成すると、温度変化によシアルミニウム電極４４と起歪
はシ３６の熱歪が変化したときに、起歪はシ３６が温度
変化にもとすく応力変化？受ける。しかして、低圧測定
用シリコンダイアプラムの場合は、起歪はシ３６を２０
μｍ以下となるように薄く加工するので、特にこの影智
を受けやすくなり、湯度特性が悪くなる。また、フルス
クール圧力の１０倍以上のｙｍ大圧カが加わると、起歪
は一す３６Ｖｃは２０００με以上の大きな歪が発生す
る。ところで、シリコンは弾性特性が優れており、この
圧カケ除去すると完全にもとに戻るが、起歪はり３６上
のアルミニウム電１勇４４が降伏してしまい、起歪は−
リ３６に初期とは異なった接合歪が残ることになる。こ
のため、測定ダイアフラムｌＯは、過大圧力印加直後に
零点が変化するという同順を生ずる。
きいため、アルミニウム電極４４を起歪はり３６上に形
成すると、温度変化によシアルミニウム電極４４と起歪
はシ３６の熱歪が変化したときに、起歪はシ３６が温度
変化にもとすく応力変化？受ける。しかして、低圧測定
用シリコンダイアプラムの場合は、起歪はシ３６を２０
μｍ以下となるように薄く加工するので、特にこの影智
を受けやすくなり、湯度特性が悪くなる。また、フルス
クール圧力の１０倍以上のｙｍ大圧カが加わると、起歪
は一す３６Ｖｃは２０００με以上の大きな歪が発生す
る。ところで、シリコンは弾性特性が優れており、この
圧カケ除去すると完全にもとに戻るが、起歪はり３６上
のアルミニウム電１勇４４が降伏してしまい、起歪は−
リ３６に初期とは異なった接合歪が残ることになる。こ
のため、測定ダイアフラムｌＯは、過大圧力印加直後に
零点が変化するという同順を生ずる。
そこで、本発明においては、起歪は、！１１１３６中ｅ
）外側のケージ抵抗４ｏ柑のアルミニウムＫ１１ｉ４４
は固定部３２上に形成し、内側のゲージ抵抗４゜用のア
ルミニウム電極４４は、中央部の剛体部３０および起歪
はシ３６とは別の起歪けり３７上に形成し、図示のよう
に固定部３２まで引きまわすようにした。すなわち、ア
ルミニウム＊Ｎ４に４４の引きまわし専用の起歪はり３
７を設けること飴よシ、ゲージ抵抗群４０を形成した起
歪＃′ｉシ３６にはアルミニウム成仏４４ケ形成しない
ようにし上記した実施列７ｒ測定タイアフラムｌｏによ
れは１ゲージ抵抗４０ｉ形成した起歪はり３６上には配
線用アルミニウム電極４４ケ形成しないようにできるの
で、この起歪はシ３６は、温度変化にもとすく金炙電極
と起歪はり３６の熱歪の変化にもとすく同順が発生せず
、幌度特性ｙｃｄ、えたものとすることができる。また
、過大圧力が加わっても、シリコイおよびその酸化膜は
弾性特性に優れているので、過大圧力が除去されると完
全にもとに戻−リ、過大圧力の影響をほとんど受けるこ
とがない。さらに、それぞれの起歪はり３６．３７には
、ケージ抵抗４ｏだけが、または、アルミニウム電極４
４たけを形成すればよいので、起歪はシ３６．３７の幅
を狭くするととができる。このたに、＋ ｓ 肉薄起歪
部における隔膜部３８がしめる割合倉大きくすることが
でき、測定ダイアフラムｌ。
）外側のケージ抵抗４ｏ柑のアルミニウムＫ１１ｉ４４
は固定部３２上に形成し、内側のゲージ抵抗４゜用のア
ルミニウム電極４４は、中央部の剛体部３０および起歪
はシ３６とは別の起歪けり３７上に形成し、図示のよう
に固定部３２まで引きまわすようにした。すなわち、ア
ルミニウム＊Ｎ４に４４の引きまわし専用の起歪はり３
７を設けること飴よシ、ゲージ抵抗群４０を形成した起
歪＃′ｉシ３６にはアルミニウム成仏４４ケ形成しない
ようにし上記した実施列７ｒ測定タイアフラムｌｏによ
れは１ゲージ抵抗４０ｉ形成した起歪はり３６上には配
線用アルミニウム電極４４ケ形成しないようにできるの
で、この起歪はシ３６は、温度変化にもとすく金炙電極
と起歪はり３６の熱歪の変化にもとすく同順が発生せず
、幌度特性ｙｃｄ、えたものとすることができる。また
、過大圧力が加わっても、シリコイおよびその酸化膜は
弾性特性に優れているので、過大圧力が除去されると完
全にもとに戻−リ、過大圧力の影響をほとんど受けるこ
とがない。さらに、それぞれの起歪はり３６．３７には
、ケージ抵抗４ｏだけが、または、アルミニウム電極４
４たけを形成すればよいので、起歪はシ３６．３７の幅
を狭くするととができる。このたに、＋ ｓ 肉薄起歪
部における隔膜部３８がしめる割合倉大きくすることが
でき、測定ダイアフラムｌ。
のステイフネスが小さくなり、さらに低い圧力まで直線
性が優れたものとすることができる。
性が優れたものとすることができる。
第３図は１４（ｌ定ダイアフラムの曲ｅ）実姉例を示す
構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）ｔま断面図で、第２
図と同一部分は同じ符号で示し、ここでは説明を省略す
る。第３図においては、配線専用の起ｚｉ′ｉシ３７上
の配線、すなわち、第２図のアルミニウム電極４４が、
ゲージ抵抗４０よりシート抵抗が小さいｐ形拡散層４６
としてあり、この拡散ｉ＊、ｉ６を剛体部３０および固
定部３２−ヒのアルミニウム′電極４４と電気的コンタ
クトをとるようにしである。
構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）ｔま断面図で、第２
図と同一部分は同じ符号で示し、ここでは説明を省略す
る。第３図においては、配線専用の起ｚｉ′ｉシ３７上
の配線、すなわち、第２図のアルミニウム電極４４が、
ゲージ抵抗４０よりシート抵抗が小さいｐ形拡散層４６
としてあり、この拡散ｉ＊、ｉ６を剛体部３０および固
定部３２−ヒのアルミニウム′電極４４と電気的コンタ
クトをとるようにしである。
第３図に示す実施例によれば、ゲージ抵抗４０を形成し
た起歪はり３６のみならす、すべての起歪は沙がシリコ
ンおよび熱酸化膜などの絶縁膜４２からなるため、測定
ダイアフラムｌＯの温度および過大圧力影＃を第２図の
一喝合よシさらに小さくすることができる。
た起歪はり３６のみならす、すべての起歪は沙がシリコ
ンおよび熱酸化膜などの絶縁膜４２からなるため、測定
ダイアフラムｌＯの温度および過大圧力影＃を第２図の
一喝合よシさらに小さくすることができる。
第４図は測定ダイアフラム（ｌ＞さらに他の実施例を示
す構造図で、（ａ）は平面図１．（ｂ）Ｖｉ断面図で、
第２図と同一部分は同じ符号で示しである。第４＋Ｗに
おいては、中央部の剛体部３０の厚さ奮起歪は、！１７
３６．３７と同じ厚さとしである。第４図に示す実施例
によれば、測定ダイアフラム１０の裏面の７７０丁が１
回で済み、製造プロセスｋＶ縮できるという利点がある
。
す構造図で、（ａ）は平面図１．（ｂ）Ｖｉ断面図で、
第２図と同一部分は同じ符号で示しである。第４＋Ｗに
おいては、中央部の剛体部３０の厚さ奮起歪は、！１７
３６．３７と同じ厚さとしである。第４図に示す実施例
によれば、測定ダイアフラム１０の裏面の７７０丁が１
回で済み、製造プロセスｋＶ縮できるという利点がある
。
また、アルミニウム電匝４４、丁なわち、金属配量１ｊ
が起歪部に与える影響をさらに少なくするため、４本の
ゲージ抵抗４０にＩＫ接金金属配線コンタクトさせずに
、４本のゲージ抵抗４ｏにシート抵抗が小さいｐ形拡散
層金形成してこれを接続し、起歪はり３６から光分離れ
た固定部３２や剛体部３０ｉで引き伸した後、このｐ形
拡赦層にそれぞれアルミニウム電極４４に＆伏するよう
にしてもよい。
が起歪部に与える影響をさらに少なくするため、４本の
ゲージ抵抗４０にＩＫ接金金属配線コンタクトさせずに
、４本のゲージ抵抗４ｏにシート抵抗が小さいｐ形拡散
層金形成してこれを接続し、起歪はり３６から光分離れ
た固定部３２や剛体部３０ｉで引き伸した後、このｐ形
拡赦層にそれぞれアルミニウム電極４４に＆伏するよう
にしてもよい。
また、以上説倒した実施例では、起歪はシは３６．３７
の２つとしであるが、それ以上あってもよいことは明ら
かであ名。また、肉薄起歪部における起歪はシ３６，３
７と隔膜部３８（Ｚ）分離は、測定ダイアフラムｌＯの
上面からの７Ｊｌ］工によって行った％Ｊｋあけである
が、裏面からの加工でもよく、また、隔膜部３８の表面
にＣＶＤ法などによシ絶縁膜を付着させて起歪はシ３６
，３７を形成するようにしてもよいことｔまいうまでも
ない。また、以上説明した実施例では、測定タイアフラ
ムｌＯが半導体ダイアフラムとしであるが、セラミック
や金搗板などの材料よシなるタイアフラム？使用し、坪
膜や薄膜からなるゲージ抵抗？形成する。ようにしたし
［ｌｌＪ定タイタイアフラムってもよく、同一の幼果が
イＵられる。
の２つとしであるが、それ以上あってもよいことは明ら
かであ名。また、肉薄起歪部における起歪はシ３６，３
７と隔膜部３８（Ｚ）分離は、測定ダイアフラムｌＯの
上面からの７Ｊｌ］工によって行った％Ｊｋあけである
が、裏面からの加工でもよく、また、隔膜部３８の表面
にＣＶＤ法などによシ絶縁膜を付着させて起歪はシ３６
，３７を形成するようにしてもよいことｔまいうまでも
ない。また、以上説明した実施例では、測定タイアフラ
ムｌＯが半導体ダイアフラムとしであるが、セラミック
や金搗板などの材料よシなるタイアフラム？使用し、坪
膜や薄膜からなるゲージ抵抗？形成する。ようにしたし
［ｌｌＪ定タイタイアフラムってもよく、同一の幼果が
イＵられる。
以上説明したように、本発明によれは、温度および過大
圧力の影併を受けることが少なく、かつ、低圧まで直線
性に曖れだ圧力・差圧検出ｇ七ケ提供できるという効果
がある。
圧力の影併を受けることが少なく、かつ、低圧まで直線
性に曖れだ圧力・差圧検出ｇ七ケ提供できるという効果
がある。
第１図は本発明の１ｆ、力・差圧検出器の一実施例を示
す断面図、第２図は第１図の測定タイアフラムの一実施
例を示す構造出、第３０、第４図はそ′れぞれ測定ダイ
アフラムの他の実施例を示す構造図である。 ｌＯ・・・測定ダイアフラム、１２・・・ガラス台、１
４・・・支持部材、１６・・・リード線、ＸＳ・・・ハ
クジング、２０・・・端子、３０・・・剛体部、３２・
・・固定部、３６゜３７・・・超歪はり、３８・・・隔
膜部、４０・・・ゲージ抵ｙｚｔｈ （０）
す断面図、第２図は第１図の測定タイアフラムの一実施
例を示す構造出、第３０、第４図はそ′れぞれ測定ダイ
アフラムの他の実施例を示す構造図である。 ｌＯ・・・測定ダイアフラム、１２・・・ガラス台、１
４・・・支持部材、１６・・・リード線、ＸＳ・・・ハ
クジング、２０・・・端子、３０・・・剛体部、３２・
・・固定部、３６゜３７・・・超歪はり、３８・・・隔
膜部、４０・・・ゲージ抵ｙｚｔｈ （０）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、外周部が肉厚の同定部、中央部が剛体部となってい
て、前記固定，部と剛体部との間に複数個の感歪素子を
設けた起歪はシと該起歪ｉｉシよシ薄く加工した隔膜部
とよカなる肉薄起歪部が形成してある測定ダイヤフラム
と、該測定タイヤフラムに測定圧力を加える圧力導入手
段とを備えた圧力・斉圧検出器において、前記１１１１
１Ｊ定タイヤフラムの肉薄起歪部に起歪はりを複数個設
け、前記複数個の感歪素子を設けた起歪はシの前記感歪
素゜子の一部に電気的に接続する配線は前記剛体部と前
記感歪素子ケ設けた起歪はりと異なる起歪はりを通して
前記固定部に全るように設けたことを特徴とする圧力・
差圧検出器。 ２、前記測定ダイアフラムはｎ形単結晶シリコンで構成
してあシ、前記起歪は！）に設けた感歪素子は該起歪は
シの表面に拡散法によシ前記固定部近傍と前記１Ｍ１１
体部近傍とにそれぞれ２本ずつ形成してある特許請求の
範囲第ｌ項記載の圧力・差圧検出器。 ３、 前記測定ダイアフラムはｎ形単結晶シリコンで構
成してあり、帥配起歪はシに設けた感歪素子は該起歪Ｖ
ｉシの表向に拡散法により前記固定部近傍と前記剛体部
近傍とにそれぞれ２本ずつ形成してあシ、前記配線はア
ルミニウムケ蒸着することによシ形成してある特許請求
の範囲第１項記載の圧力・差圧検出器。 ４、前記測定ダイアフラムはｎ形単結晶シリコンで構成
してあシ、前記起歪はシに設けた感歪素子は該起歪はり
の表面に拡散法によシ前記固定部近傍と前記剛体部近傍
とにそれでれ２本１つ形成してあり、前記配線は前記剛
体部と固定部とにはアルミニウムを蒸勤して形成してあ
り、前記感歪素子？設けた起歪はシと異なる起歪は．り
にはシート抵抗が小さいｐ形拡散１−を設けて形成して
ある特許請求の範囲第１項記載の圧力・差圧検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3903983A JPS59164934A (ja) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | 圧力・差圧検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3903983A JPS59164934A (ja) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | 圧力・差圧検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59164934A true JPS59164934A (ja) | 1984-09-18 |
Family
ID=12541974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3903983A Pending JPS59164934A (ja) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | 圧力・差圧検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59164934A (ja) |
-
1983
- 1983-03-11 JP JP3903983A patent/JPS59164934A/ja active Pending
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