JPS5921074A - 半導体ダイヤフラム - 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】 との発明は圧力測定用の半導体ダイヤフラムに関する。

差圧等の圧力を測定するのに第１図に示すような周辺固
定部２を有する平板状の半導体ダイヤフラム１がよく１
史用されている。しかし−＆からこの下板法σ）崖導体
ダイー＼ｒフ“ツムｋＪ、１１７カが３００　（１ｗ。

ｌＴ２ＯＬ：）、！二でないと良好なリニアリティを（
４）るととができない。そこで近イ１低差ＦＦをｌｌ１
ｌｌ　”ＡＩするために第２図に示す、ｈｌｌ、　；Ｎ
体ダ・（Ａ’フワＪ・１が提案されていＺｌ。この半導
体ダイヤフラム１に周辺固定部２の内側に中心剛体３　
ｋ　！ｆ’Ｊは、さらに１周辺部−ｊ！部２と１）ｉ踊
−！　１１１４心剛体５の間に溝部４を設け、この溝部
４の薄肉部５０表面にピエゾ抵抗素子６を形成して構成
されている。この半導体ダイヤフラムによれば、１ユ記
した平板ダイヤフラムに比してピエゾ抵抗素子のり工ア
リイディを低Ｎ１］−４で得ることができる。しかしそ
れも１０００ｔｉ）Ｔ２Ｏの稈屑゛までである。

この発明の］」的は、−［−記した従来の半導体ダイヤ
フラムよりもさらに低差圧、すなわち１ｏｏｏｉａＩ■
２０以下の極低差１丁でも良好なりニアリティの得られ
る半導体ダイヤフラムを提供するにある。

一般に、ダイヤフラムに発生する応力σダイヤフラム厚
１．ダイヤフラＡ変位Ｗ、ダイヤフラムの大きさく径）
　ｒ：；’；６’　ｉび等分布荷重−Ｐｈ）１ｊＪ汗＋
よＷＯＯ二ｘｒ・・・・・・・・・（１）ｔ３ ０−〒−Ｘ　ｒ゛°°゛°゛−°（２１で表わせる。

ここでダイヤフラム厚ｔをたとえばｔ２からｔｌに変更
して測定レンジを変更するのに、ｔｌ＝２ｔ２とした場
合同じ圧力を得るのに、すなわちピエゾ抵抗素子の抵抗
変化を一定にする条件σｌ＝σ２とするため」二記（２
）式より圧力ＰはＰＩ　＝　４Ｐ２．変位Ｗ２ はＷｌ−／／２とする必要がある。

一方ダイヤフラム変位Ｗ及び応力σが等分布荷重に比例
する範囲は、ダイヤフラム厚りにほぼ比例する。したが
って荷重に対する応力σが比例する範囲は、ダイヤフラ
ム厚もの２乗に反比例する。

すなわちダイヤフラム厚ｔが薄くなるほどピエソ゛斯す
１−ｉｙの抵抗変化はノンリニアとなり逆に厚くなるほ
どリニアとなる。この発明はこの点に着目して創出され
たものである。

上記目的を達成するためにこの発明の半導体ダイヤフラ
ムは１表面にピエゾ抵抗素子が形成される位置に対応す
る溝部に周辺固定部と中火剛体を連接する肉厚のビーム
（梁）部を設けている。

以下１図面に示す実施例によりこの発明の詳細な説明す
る。

第６図はこの発明の一実施例を示す半導体ダイＡ１フラ
ムの底面図、第４図はその」二面図である。

Ｓｉ　　（シリコン）ｔ＊１ｄＧｏ（ゲルマニューム）
等の半導体単結晶で形成されるダイヤフラム本体１に肉
厚の周辺同定部２．同じく肉厚の中央剛体３、及び周辺
固定部２と中央剛体３間に設けられる溝部４を備える点
は、従来の半導体ダイヤフラムと同様である。

ダイヤフラム１の表面の、溝部４の各辺の中火部に対応
する位置に圧力検出中相のピエゾ抵抗素子６が形成され
、さらにこのピエゾ抵抗素子６が形成される位置に対応
する溝部４に周辺固定部２と中央剛体ろを連接するビー
ム部７が設けられている。

溝部４が形成されるダイヤフラム本体１ハ第５図に示す
ように肉薄部５を持つが、ビーム部７が設けられる位置
は、第６図に示すように周辺固定部２や中央剛体６と同
じ肉厚となっている。これによυリニアリティが改善さ
れる。

なおピエゾ抵抗素子６は第７図（Ａ）の拡大図に示すよ
うにビーム部７の周辺固定部２と連接される線上及び中
火剛体６と連接される線」二に形成され。

ビーム部７の応力は第７図（Ｂ）に示すように、ピエゾ
抵抗素子６が形成される位置が最も大となる。

上記実施例において、ビーム部７の肉厚を周辺固定部２
や中央剛体５と同じにしているが、測定レンジ、溝部４
の薄肉部５との関係によｐ、第８図に示すようにビーム
部フを周辺固定部２等よりも薄肉とし２段差が生じるよ
うにしてもよい。

また上記実施例では、ビーム部７を溝部４の各辺に設け
ているが、相対向する１対の辺のみに設けるものであっ
てもよい。

以上のようにこの発明の半導体ダイヤフラムによれば１
表面にピエゾ抵抗素子が形成される位置に対応する溝部
に１周辺固定部と中央剛体を連接する肉厚のビーム部を
設けるものであるから。

１０００　ｒａｔｂ　Ｈ２０以下の低差圧の測定が可能
であり。

しかもリニアリティの良い測定を行なうことができる０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の平板状の半導体ダイヤフラムの側断面図
、第２図は従来の中央剛体付の半導体ダイヤフラムを示
す図であって同図（内はその底面図。 （均は第２図内をＩ−Ｉで切った断面図、同図（ｑは第
２図（Ｂｌのａ部分の拡大図、第６図、第４図、第５図
、第６図、第７図はこの発明の一実施例の半導体ダイヤ
フラムを示す図であって第３図はその底面図、第４図は
その上面図、第５図は第５図を１−Ｉで切断した断面図
、第６図は第３図を■−フラムの要部断面図である。 １；半導体ダイヤフラム本体、　２：周辺固定部、　３
−中心剛体、　４：溝部、　５：薄肉部、　　６Ｓピエ
ゾ抵抗素子、　　７；ビーム部。 （６） 勢１図 第２ＰｉＪ −第、９図　　　　　　　　　　第４ｍ第６図 第１図 手続補正書〔自発〕 昭和５７１−１１月１３［１ １事イ１１の人手 昭ｆ１１５７年特許願　第１３０７９３号２　発明の名
称　　　半導体ダイヤフラム５　浦−１１ケする昔 事件との関係　　特許出願人 ４代り１１人 １５　　補止の対象 明卸１書の図面の簡単な説明の欄 ６　補正の内容　　　　　　　　　　　　　　、１丁■
）、明、細書の第６ペ・−ジの１−１から第５　（］１
−１より、第１６行目にかけて［−第１図は従来の＼１
ｆ扱状の・・・・・・半導体ダイヤフ”ｙ　１１の要部
断面図である３、−１とあるを ［−第１図は従来のｒＶ根板状半導体タイ−・フラノ・
の側断面図、第２図は従来の中央剛体何の土導体ダイヤ
フフＡｉ示）図であって同図（Ａ）ｉｄぞの１■【面図
、同図（Ｂ）は同図（Ａ）ｋｌ−Ｉで切った断面図、同
図Ｃ）は同図（Ｂ）の８部分の拡大図、第６図、第４図
。 第５図、第６図１第７図はこの発明の−・実施例の十導
住ダイヤフワム全示す図であって第５図はその肛面図、
第４図←Ｌその１−面図、第５図は第６図をト」で切断
した断面図、第６図は第ろ図を■−■で切１θ「した断
面図、第７図は第４図の１）部分の拡大部を示す図であ
って５同図（Ａ）は同拡大図。 同図０３）は同郡の応力特性図２第８図は他の実施例を
示す半導体ダイ−■フブムの要部断面図である。」と補
正する。 以　　１−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）周辺固５？部と、中心剛体と、前記周辺固定部と
   前記中心剛体間の裏面に設けられる溝ｔ４１９と。 との溝部にｚ１応′する表面位置の所宇ｆｊ’Ｒ所に形
   成される圧力検出用ピエゾ抵抗素子とよりなる半導体ダ
   ・イヤソラトにおいて。 前記ピエゾ抵抗素ｒが形成される位置に対応する溝部に
   、前記周辺固定部と中心剛体に連接され、前記溝部の底
   部に対し段差を持つ肉厚のビーム部を設けたことを特徴
   とする半導体ダイヤフラム。