JPS60167385A - トランスジユ−サ素子とその製造方法及びトランスジユ−サ素子を組み込んだ圧力トランスジユ−サ - 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】 本発明は、トランスジューサ素子に関し、特に半導体材
料のトランスジューサ素子に関する。本発明は更に、ト
ランスジューサ素子の製造方法と、トランスジューサ素
子を組み込んだ圧力ドランスジューサに関する。

半導体材料、例えば内部拡散抵抗をもつ半導体材料の使
用に基くピエゾ抵抗圧力１−ランスジューサの開発と用
途は、近年特に自動化の分野において重要性を増してき
た。この圧力ドランスジューサの測定素子は、ガラスの
ような絶縁基板上に配置された好ましくは単結晶シリコ
ンの板であり、測定される圧力の効果に基き曲げ運動を
する弾性ダイヤフラム領域が結合板上に設けられている
。

抵抗が、最高の半径方向応力と接線応力とをもつ位置で
、ダイヤフラム領域に固定されるか又はごのダイヤフラ
ム領域の中へ拡散され、全測定ブリッジ回路又は半測定
ブリッジ回路に公知の方法で接続される。

−単結晶材料としてのシリコン、ば、クリープ効果又は
老化効果を事実上示さない特殊な機械的性質を有する。

それ故、シリコンは、高い精度で機械的又は化学的に加
工することができ且つ特に良好な電気的性質を有するの
で、ダイヤフラム板の形成用の理想的な半導体材料であ
る。シリコンの木質的な利点は、圧力ドランスシュー勺
ハウジングとして従来用いられている鋼特にオーステナ
イト・ステンレス鋼よりも４〜６のファクタたけ小さい
熱膨張係数を有することである。それ故、温度変化が、
この鋼に固定されたシリコンダイヤフラム板の応力と歪
の原因となり易く、例えば上口基準点の変化の原因とな
ることかある。

それ故、最近数年間の開発の仕事は、この非常に望まし
くない応力の問題に関連しており、シリコンダイヤフラ
ム板の使用に基くピエゾ抵抗圧力ドランスジユーザのこ
れらの欠点を少なくとも部分的に避けるため種々の手段
が提案された。このようにして、ＥＰ−Ａｉ−００３３
７４９において提案されたことは、シリコンと金属との
間の膨張の差が吸収されるように、シリコンダイヤフラ
ム板をプラスチック材料又はシリコンゴム材料によって
弾性的に伸張可能な剪断方法で感知器ハウシングの金属
組立板に固定することである。然しなから、この手段は
常に結果として、シリコンダイヤフラム板上に及ぼされ
る反作用力を生じるので、ゼロ点の安定性と定常度の点
で要求の低い圧力感知器に対してのみ適当であるにすぎ
ない。更に、プラスチック材料及び特にシリコンゴムは
、非常に高い熱膨張係数と応力／膨張比に関する著しい
ヒステリシスと先示ず。これらの性質は共に、圧力の測
定誤差を大きくすることかある。

西ドイツ特許明細書Ｄ　Ｅ　−Ａ　Ｉ　１９３８２４０
から、トランスジユーザ素子の使用に基くピエゾ抵抗圧
力ドランスジューサが知られているが、このトランスジ
ューサ素子においては、シリコンダイヤフラム板が３６
０℃〜５００°Ｃの温度範囲の加熱を必要とする陽極結
合により絶縁ガラス板に固定されている。ガラスはシリ
コンより高い熱膨張係数を有するので、２枚の板からな
る積層板か内部応力を生じ、従ってシリコンダイ・）・
フラム板が、横方向に圧縮応ツｊの状態に置かれる。極
端な場合にはそれが原因となって、ダイヤフラムが安定
位置から“折りたたみ°゛位置なることがある（錫ふた
効果）。このような不安定性は、たとえ実際に極端な場
合に達しなくても、最も望ましくない方法で特性又は較
正曲線を変化させ、直線性からの種々の偏差に対して責
任がある。

最後に、ｊソ＜て柔かい手口］層によって鉄ニッケル合
金製の組立体板に固定されたシリコンダイヤフラム板の
使用に基くピエゾ抵抗圧力ドランスジューサを提供する
ことが、西ドイツ特許明細書ＤＢ−ＡＩ−３００９１６
３から知られている。

軟かい半田は、シリコンより相当に高い熱膨張係数を有
し、それ故温度変化の場合に同様にタイヤフラム板の曲
げを生じる。それ故、このような圧力ドランスジューサ
は、正確な測定には適当でない。

本発明の主目的は、広い温度範囲にわたる温度変化が測
定ダイヤフラムの残留油げをほとんど又は全く生じない
、上述の形式のピエゾ抵抗１−ランスジューサ素子を提
供することである。

本発明のもう１つの目的は、低コストと高精度で経済的
に製造しろるトランスジューサ素子を提供することであ
る。

本発明のもう１つの目的は、実質的に温度に左右されな
い精度と感度とゼロ点安定性とを有する上述の形式のト
ランスジューサ素子を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、基礎的な半導体技術の利用
により経済的な方法で複数のトランスジューサ素子を同
時に製造しうる上述の形式のトランスジユーザ素子の製
造方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、上述の形式のトランスジュ
ーサ素子を組み込んだ圧力ドランスジューサを提供する
ことである。

本発明の１つの視点に従って提供するｌ−ランスジュー
サ素子は、少なくとも１つのピエゾ抵抗をもつ半導体材
料から作られ且つ少なくとも１つのダイヤフラム領域を
形成する板と、このダイヤフラム仮が固定される絶縁板
とを含み、ベース板をダイヤフラム板から離れた絶縁板
の表面に固定し、前記ベース板が、絶縁板と実質的に等
しいか又はそれより低い熱膨張係数を有する材料から作
られ、トランスジューサ素子が温度変化を受げるときダ
イヤフラム板の曲げが最少であるように、ベース板の厚
さをダイヤフラム板の厚さに一致させである。

本発明のもう１つの視点に従って提供するトランスジュ
ーサ素子は、少なくとも１つのピエゾ抵抗を有する半導
体材料から作られ且つ少なくとも１つのダイヤフラム領
域を形成する板と、ダイヤフラム板が固定された絶縁板
とを含み、ベース板がダイヤフラム板から離れた絶縁板
の表面に固定され、温度変化と共にダイヤフラム板によ
り及ぼされる変形力と絶縁板上のベース板に及ぼされる
変形力とが実質的に等しいように、ベース板の材料と寸
法をダイヤフラム仮に関して均衡させ、それによってト
ランスジューサ素子が対称の応力状態を有する。

本発明によれば、ダイヤフラム板と反対側の絶縁板の表
面に固定したベース板を、その材料と形状の点でダイヤ
フラム板に関して均衡させ、温度変化の場合に絶縁板上
の２枚の板により及ぼされる変形力が実質的に同じ向き
に働くようにすることができる。例えば、もしも半悉体
祠料の熱膨張係数が絶縁材料の熱膨張係数よりも小さい
ならば、ベース板の材料の熱膨張係数も同様に絶縁材料
の熱膨張係数よりも小さくすべきである。ベース板は、
絶縁体に陽極結合することができ、又は二者択一的にガ
ラスフリット結合を用いてもよい。何れの方法も、構成
要素を４００℃〜５００℃に加熱する必要がある。温度
変化と共に、絶縁体に結合された２つの板の力の効果が
、同じ向きにあり且つ互に他方を支持する。−力価にお
いてシリコンダイヤフラム板に結合され且つ他方側にお
いてシリコン製ベース板に結合されたガラス板は、両側
の冷却時の熱収縮を防止され、ダイヤフラム板上のガラ
ス板の力の効果は、ベース板が存在しない場合よりも小
さい。ガラス板上のベース板の熱で生じた力の効果は、
冷却過程で、ガラス板を通して続き且つ保持される応力
を生じさせるが弱くなる。低い熱膨張係数をもつ材料の
ＩＬ較的に厚いベース板の選択により、シリコンダイヤ
フラムの熱応力を補償することができる。実際には、一
般的に完全な補償をめる必要はない。材料の膨張が、フ
ックの法則により支配される弾性限界内にあり且つ永久
変形が起らないように、応力のピークを平らにすること
で十分である。

本発明によるトランスジューサ素子は、少なくとも１０
０°Ｃの広い温度範囲にわたる温度変化が、トランスジ
ユーザのダイヤフラム部分の残留応力にはとんと又は全
く変化を生じさせないという利点を有する。それ故、本
発明によるトランスジューサ素子を備えた圧力ドランス
ジユーザは、高い精度と感度と、温度に左右されないセ
ロ点安定性を特徴としている。

ベース板とダイヤフラム板は、それらの熱膨張係数が絶
縁体又はダイヤフラム板の熱膨張係数に実質的に等しい
限り、同じ材料又は異なる材料から作ることができる。

シリコンがダイヤフラム板用およびベース板用として好
ましい材料であり、他方絶縁板は、適当なガラス板から
作るのが好ましい。これはとりわけ、板を開性ある陽極
結合により互に固定しろるという利点を有する。

本発明のもう１つの好ましい実施態様によれば、ベース
板は、金属材料例えば同様な熱膨張係数をもつ鉄ニツケ
ル合金から作られた中間支持体に固定されるのがよい。

それによって、ベース板は、それがたとえ絶縁板の材料
より高い熱膨張係数をもつ材料から作られたと仮定して
も、絶縁板と中間支持体との間で膨張を均等化させる効
果がある。

きのこ形中間支持体へのベース板の結合は、接着剤、ガ
ラスフリット又は半田付けにより行なうのがよい。半田
付けしうる表面層を中間支持体上に設けるのがよい。そ
れ故、このような中間支持体をもつトランスジューサ素
子は、圧力ドランスジユーザの組立板又はホルダ上へい
わゆるバッチ方法により非常に経済的にろう付けするこ
とができる。

本発明によるトランスジューサ素子の１つの特に好まし
い製造方法は、各々が一方において少くとも１つのピエ
ゾ抵抗を備え且つ他方においてペースウェーハを備えた
複数のダイヤフラム領域を有する半導体材料のウェーハ
の間に絶縁板状の基板を配置し、この基板を好ましくは
陽極方法で２つのウェーハに結合し、このようにして形
成された積層板を各々か少くとも１つのダイヤフラム領
域をもつ個々のユニットに切断するという各工程からな
る。

この方法で、この技術分野の専門家により高度に開発さ
れた半導体技術の基本的な公知の方法を用いて、経済的
に成立しうる方法で、複数の１−ランスジューサ素子を
同時に製造することができる。

これにより作られたトランスジューサ素子を、次の作業
工程で、膠着又はガラスフリント法等により圧力ドラン
スジユーザの組立板又はホルダに固定することができる
。“ガラスフリソ１−法”の語の意味は、−緒に結合さ
れるべき表面にガラスの粉末を分布してこのガラスを溶
かずことである。

もしも、各々が少くとも１つのピエゾ抵抗を備えた複数
のダイヤフラム領域を有する半導体材料のウェーハを好
ましくは陽極方法で絶縁基板にのみ結合し、次にこのよ
うにして形成された２層の積層板を各々が少くとも１つ
のダイヤフラム領域を有する個々のユニットに切断する
ならば、上述の方法に対するに二者択一的方法が提供さ
れる。

切断作業の後、ベース板が、別の製造工程により２層の
積層板に固定される。

この方法は、原則として透明の絶縁基板とダイヤフラム
ウェーハとの間の陽極結合の形成が、工程の容易な視覚
的監視を可能とするという利点を有する。化８ｉ板への
ベース板の固定は、感知器のホルダ又はきのこ形中間支
持体へのヘース板の固定と共に、１つの同じ熱処理工程
で同時に続くのが好ましい。ベース板は、絶縁板とホル
ダにガラスフリント法で結合されるのが好ましいけれど
も、その代りとして接着剤結合を用いることが可能であ
る。

上述の形式のトランスジユーザ素子を用いる圧力ドラン
スジユーザは、トランスジユーザ素子が、感知器ハウジ
ングの中へ溶接された板状のホルダに直接に又は中間支
持体を介して取付けられることを特徴としている。この
溶接結合に代るものとして、膠付け、半田付は又はガラ
スフリット法等の公知の方法を用いることができる。

トランスジューサ素子のホルダとトランスジューサハウ
ジングとの間の熱応力の効果をできるだけ小さく維持す
るために、弾性的に膨張しうる方法でホルダをトランス
ジューサハウジングに結合するのが好ましい。本発明の
特に有利な実施態様の特徴は、弾性的に膨張しうる管状
ホルダ部を介してホルダをトランスジューサハウジング
に結合することである。この場合のホルダは、実質的に
Ｕ字形断面を有する。この理由で、トランスジューサハ
ウジングの熱膨張が弾性的に吸収されるのみでなく、測
定信号を取り出す電気リード線をホルダの中へ固定する
とき電気リード線を通す細いガラス入口を、管状ホルダ
部がトランスジューサハウジングに溶接される場所から
十分に遠くへ離して配置することができるという利点が
ある。これにより、これらのガラス入口を損傷する局部
的な過熱が避けられる。

管状の弾性ホルダ部は、トランスジユーザ素子が位置決
めされるとき、ホルダの同じ側に延びるように配置する
ことができる。この場合、トランスジューサ素子を上に
配置したホルダの取付けは、感知器ハウジングの中へ下
から行なわれる。ホルダの取付は前に、ハウジング上に
設けた密封ダイヤフラムを取付けて圧力伝達媒体を包囲
し、正しい機能についてテストすることができる。

別の態様として、弾性管状ホルダ部を、トランスジュー
サ素子から遠いホルダの側に突出するように配置するこ
とができる。これにより、圧力伝達媒体をホルダ上及び
その管状部に横方向に作用させる可能性が現われ、ホル
ダの中ヘゲレージングされた電気リード線が横方向の圧
力にさらされるようになる。この手段により、特に高い
測定圧力において、電気リード線が、グレージングされ
た入口から押出されるのが避けられる。

本発明の他の目的は、以下の詳細な説吸から明らかとな
るであろう。然しなから、詳細な説明と特殊な実施例は
、本発明の好ましい実施態様を示しており、単なる例示
にすぎず、本発明の精神と範囲内にある種々の変更と修
正が以下の詳細な説明から当業者に明らかになることが
理解されよう。

本発明は、例示としてのみ与えられ本発明の制限ではな
い添付図面と以下の詳細な説明から一層十分に理解され
よう。

添付図面において、同−又は類似の要素は同じ参照数字
で示しである。“上方”及びパ下方゛′の語ば、図面に
示されている構成要素の向きに言及している。

第１図には、上方ダイヤフラム板１と下方ベース板３と
中間絶縁板２とを有する本発明による力が対称で且つ膨
張が補償されるトランスジューサ素子が参照数字８にて
全体的に指示されている。

ダイヤフラム板１ば、半導体材料好ましくはシリコンか
ら作られ、その中心領域にダイヤフラムを形成するため
板１の壁厚を薄くする凹所４を中心領域の下側に備えて
いる。ダイヤフラム板１は、半導体技術の公知の方法に
従って板１の中へ拡散され又は板ｌに固定しうるピエゾ
抵抗を含んでいる。

ダイヤフラム板１は、そのより厚い壁をもつ周囲領域で
絶縁板に固定されている。絶縁板２は、ダイヤフラム板
１との良好な結合を達成しうるように、ダイヤフラム板
１に比較して適当な熱膨張係数をもつ材料から作るべき
である。絶縁板２として適当な材料は、例えばガラス材
料、好ましくは硼素／珪酸塩ガラスであり、硼素／珪酸
塩ガラスの熱膨張係数は、他のガラスの熱膨張係数より
も低いが、シリコンの熱膨張係数よりもなお高い。

ベース板３は、ダイヤフラム板１の材料と同様に低い又
はそれより低い熱膨張係数をもつ任意の適当な材料から
本質的に作られるのがよい。シリコンがベース板３とし
て適当な材料であることを証明された。

板１．２と３を一緒に結合することは、半導体技術にお
いて知られている方法により行なうことができる。陽極
結合がその高い強度と剛性のために特に好ましい。陽極
結合技術は当業者に知られているので、ここで詳述する
必要はない。

本発明の１つの好ましい実施態様において、ベース板３
は、温度変化と共にトランスジユーザ素子内に生ずる力
が第２図に示すようにほぼ対称的に作用するように、ダ
イヤフラム板１に関して均衡させである。このことは、
一方においてダイヤフラム板ｌと絶縁板２との間に作用
する表面膨張力と他方においてベース板３と絶縁板２と
の間に作用する表面膨張力とか実質的に等しく、従って
カラス板の両側に均一な剪断応力の分布があるので応力
のピークが最小となる、ということを意味する。更に、
トランスジューサ素子特にそのダイヤフラム仮にひずみ
が生じない。このことは、タイヤフラム板ｌとして用い
る材料と−＼−ス板３として用いる材料とを実質的に等
しい熱膨張係数を有するように選択することによって、
更に２つの板１と３に生ずる表面膨張力が互に補償する
ようにダイヤフラム板１に関してベース板３の形状と寸
法特に厚さを均衡させることによって達成される。その
結果として、温度の変化と共に変形せず又は重要でない
程度に僅かに変形されるにすぎず、即ちその原形を維持
するトランスジューサ素子が得られ為。

第２図の左手半分は、絶対圧力測定用の第１図に示す形
式のトランスジユーザ素子８を示し、他方第２図の右手
半分は、相対圧力測定用に設計されたトランスジューサ
素子を示している。この後者の目的のために、ベース板
３と絶縁板２とが、ダイヤフラム板１の中の凹所４の中
へ出る透孔６により貫通されている。それ故、凹所４及
び従ってダイヤフラム板１のダイヤフラム領域の下側が
圧力を受けることができる。透孔６は、任意の適当な方
法例えば超音波放射でトランスジューサ素子内に作るこ
とができる。

第２図は、中間層５によってトランスジューサ素子８を
支持体即ちボルダ７に固定する方法をも知っている。ト
ランスジユーザ素子８をボルダ７に固定する好ましい方
法は、粉末ガラスを結合されるべき表面上に拡げて溶融
させるいわゆるガラスフリット法（ｇｌａｓｓｆｒｉｔ
　ｍｅｔｈｏｄ　）である。この技術は当業者に知られ
ているので、詳述する必要はない。別の簡単な方法は接
着剤を用いることである。

第３図は、絶対圧力測定用（図の左手半分）と相対圧力
測定用（図の右手半分）のトランスジューサ素子を示し
、この素子中ベース板３は、より厚く作られ、適当な方
法例えばエポキシ樹脂、ガラスフリット又はろう付は等
の方法によって断断が丁字形又はきのこ形の金属製中間
支持体９．９′に固定されている。中間支持体９．９′
は、温度変化と共に絶縁板２を構成する材料と同様に挙
動する材料から作られるのが好ましい。然しながら、中
間支持体９用の材料の熱膨張係数と絶縁板２用の材料の
熱膨張係数とに顕著な差がある場合でさえも、トランス
ジューサ素子のベース板３は、絶縁板２内での亀裂の形
成を避けるような方法で均等化構成要素として機能する
。もしも絶縁ｖｉ２を金属製中間支持体９．９′上へ直
接に固定すべきときは、すべての種類のガラスが非常に
僅かな引張応力しか許されないので絶縁板２内の亀裂の
危険がある。

図示されているように、ベース板３をダイヤフラム板Ｉ
より厚く作るのが有利となることがある。

ある温度範囲に対して、力の非対称的な分布によりダイ
ヤフラム板１内により小さい応力のピークを達成するこ
とができる。

相対圧力測定用のトランスジユーザ素子の場合に透孔６
（！：整列し且つ接続する透孔を縦走させた中間支持体
９．９′が、その軸部１０にろう付可能の表面層１１を
設けるのがよい。これにより、トランスジユーザ素子８
を固定した複数の中間支持体９．９′を対応する複数の
ボルダ７上へいわゆるパンチ式製造方法等で同時にろう
付けする可能性が現われて来る。

本発明によるトランスジューサ素子を製造するための好
ましい方法について、第４図〜第７図を参照して以下に
説明する。基本的には、例えば米国特許明細書第３，７
６４，９５０号に記載されているような半導体技術の方
法を使用する。

第４図に示すように、−ダイヤフラム板１の形成のため
に適当なシリコンのような半導体材料のいわゆるウェー
ハ１８が、例えは適当なガラス材料の絶縁板のような基
板１７の上に陽極結合１６によって取付けられる。ウェ
ーハは、図示されているように多数のユニットに分割さ
れ、各ユニットは、製造されるべきトランスジユーザ素
子のダイヤフラム板１に相当する寸法と形状を有する。

相対圧力測定用のトランスジユーザ素子を作るために、
絶縁板状の基板１７に１５で示すように透孔を穿孔する
のがよい。

第４図に示す２層の積層板は、ウェーハ１８と絶縁基板
１７　（好ましくはガラス板）との間の結合領域１６を
容易に光学的に検査しうるという利点を有する。それ故
、２枚の板の完全な結合がなされた領域を直ちに確かめ
ることができる。第４図に示す２層の積層板から、第５
図に示すようなダイヤフラム１と絶縁板２とをもつ１つ
のトランスジユーザ素子に相当する個々のユニットがダ
イヤモンド鋸等によって切断される。このようにして形
成された各ユニットに、第１図を参照して既に説明した
前もって作られたヘース＠、３が、ガラスフリット結合
等により固定される。

第５図に示すような中間層５により、１つの同じ熱処理
作業でトランスジューサのホルダ７と絶縁板２とにベー
ス板３を同時に固定することも可能であり、この中間Ｎ
５も同様にガラスフリット結合部とすることができる。

参照数字１９ば、ダイヤフラム板１上の電気端子領域を
示し、この端子領域によって抵抗の電気信号を取出すこ
とかできる。

第６図に示す方法が第５図に示す方法と異なる点ば、ウ
ェーハ１８を支持する面と反対側の絶縁基板７の面にも
う１つのウェーハ２０を数句け、このウェーハ２０から
ベース板３が形成されていることである。ウェーハ１８
と２０は、好ましくは陽極結合部１６により絶縁基板１
７に結合される。第６図による３層の積層板から切断さ
れたトランスジューサ素子が第７図に示されており、こ
の素子は、第１図と第２図に関連して上述した素子に対
応する。１−ランスジユーザ素子は、例えばガラスフリ
ット結合部等の中間層５によってトランスジユーザのボ
ルダ７に固定されるか、又は接着剤で固定することがで
きる。

第８図は、第１図に示す形式の対称的トランスジューサ
素子８をもつ圧力ドランスジューサを示している。トラ
ンスジューサ素子８は、トランスジユーザの板状ホルダ
上へ直接に中間層５によって固定され又は１１ト付すさ
れる。ボルダ７ば孔を有し、この孔の中のガラス小環２
６の中に電気リード綿２２が埋め込まれている。電気リ
ード線２２は、ダイヤフラム板１上の抵抗の端子領域１
９に金又はアルミニウムの線により接続されている。

ボルダ７ば、図示のように、トランスジューサハウジン
グ３２の中間の股上の環状支持表面上に載って支えられ
、周囲の溶接継目によってｌ・ランスジユーザハウジン
グに密封してシールされている。トランスジューサ素子
８に作用する圧力は、圧力伝達媒体２５好ましくはシリ
コン油を介して伝達される。圧力伝達媒体２５は、ボル
ダ７の上のハウジング３２内に形成された空間を実質的
に満している。この空間は、図示のように、ハウジング
３２に固定された弾力性金属薄膜２８により頂部でシー
ルされている。この空間の体積とそれを満す圧力伝達媒
体２５の量とをできるだ４ノ小さく維持するために、セ
ラミック材料のリング２１をハウジングに挿入しである
。ボルダ７は、圧力ドランスジューサのハウシングとし
て好んで用いられるオーステナイト鋼の熱膨張係数より
小さい熱膨張係数をもつ非ステンレス鋼から作られてる
。

その理由は、非ステンレス鋼の方が機械加工性が良いこ
とと、電気リード線２２用の透孔を設げる必要があるた
めである。ホルダの熱膨張係数と圧力ドランスジューサ
のハウジングの熱膨張係数との間に相違があるので、温
度の変化と共に応力が生ずることがあり、この応力が測
定の精度と測定の再現性に不利な効果を有する。これを
防ぐために、第９図〜第１１図に示す本発明による好ま
しい圧力ドランスジユーザにおいては、ｌ・ランスジュ
ーサ素子を支持するホルダを、管状の弾性ホルダ部分３
０によってトランスジユーザハウジング３３に結合しで
ある。

この弾性的に伸張可能な結合部が意味することは、熱応
力が、第８図の実施態様において用いられた簡単な板状
ホルダの場合よりも、ホルダと１−ランスジユーザ素子
との間の中間層に実質的により小さい効果を有すること
である。従って、弾性的に伸張可能な結合部は、測定精
度か温度変化により実質的に影響されない正確な測定の
ためのピエゾ抵抗圧力ドランスジユーザの形成の他の重
要な助けとなる。

第９図に示す圧力ドランスジユーザにおいて、弾性的に
膨張しろる管状ホルダ一部３０は、トランスジユーザ素
子８が位置決めされるときボルタ７と同じ側に突出し、
３１で示すようにその自由上側表面においてハツト溶接
によってトランスジューサハウジング３３の水平支持面
に溶接されている。他の点については、第９図に示すト
ランスジューサは第８図に示すトランスジューサに一致
するので、デバイスの他の部分については言及する必要
がない。第９図に示すトランスジューサが有する利点は
、ダイヤフラム２８をハウジング３３に固定した後ホル
ダ７とトランスジューサ素子８との組合せをハウジング
３３の中へ下から挿入しうろことである。それ故、トラ
ンスジューサ素子８をもつホルダ７を管状ボルダ部３０
によってハウジング３３に固定する前に、ダイヤフラム
２８の固定と形成を検査して修正することができる。

第１０図は、上面に凹所を備えたホルダ７を有し、トラ
ンスジューサ素子８０ベースに沿ってエポキシ樹脂の層
４０等によりトランスジユーザ素子８を凹所の中へ固定
した圧力ドランスジューサを示している。トランスジュ
ーサ素子８から離れたボルダ７の下側から管状の弾性的
に膨張しろるホルダ部−３０が突出し、管状ホルダ部３
０はその自由端３１で感知器ハウジング３９上の支持表
面にバット溶接されている。ここでは管状ホルダ部３０
がダイヤフラム２８から離れる方へ延びているので、ダ
イヤフラム２８を適所に取付ける前に、まず、トランス
ジューサ素子８を固定したボルダ７の配置を感知器ハウ
ジング３９に固定しなげればならない。ダイヤフラム側
から組立てるので、ホルダと感知器ハウジング３９の内
周面との間の環状室３８内でも、従ってホルダ７に関し
て半径方向に圧力伝達媒体２５が作用しろる可能性が生
ずる。それ故、圧力伝達媒体の圧力が高い場合でさえも
、電気リード線２２がガラス小環２６から外れたり又は
シールが開かれることばない。それ故、第１Ｏ図に示す
圧力ドランスジユーザは、特に高圧測定用に適当である
。

図示のように、補償抵抗３４をもつ板３３を感知器ハウ
ジング３９の下方領域に固定することができる。電気リ
ード線２２ば、滑りスリーブ３７を経て板３３を通して
案内される。電気リード線２２用の組まれた４体３６が
信号を取出すのに役立つ。板３３と抵抗３４と電気リー
ド線２２とを、図示のように、ハウジング３９の下方領
域へ導入されたプラスチックス材料の固まり３５の中に
埋込むのがよい。

第１１図は、第３図の右手半分に示すような中間支持休
止トランスジューサ素子との配列を用いた相対圧力測定
用の圧力ドランスジューサを示している。第３図に関し
て既に説明したように、対称的なトランスジューサ素子
８が丁字形支持体に固定され、その丁字形支持体は、そ
の一部としてボルダ７内の孔の中へろう付けされた軸部
１０を有する。ろう付は結合部を用いる代りに接合剤結
合を用いることができる。

第９図の実施態様に示すように、トランスジユーザ素子
と中間支持体とのろう（−１けされた組合せと弾性管状
ホルダ部３０とをもつホルダ７が、トランスジューサハ
ウジング５３の中へ下から挿入され、その後、管状ホル
ダ部３０の自由上面が、３１で示すように感知器ハウジ
ング５３上の環状支持表面にバット溶接される。相対圧
力測定のために必要なトランスジユーザ素子８のダイヤ
フラム板の下側への圧力経路が管５０によって設けられ
、この管５０は、中間支持体の軸部１０に固定され、ト
ランスジューサから外へ下方へ延びている。電気リード
線２２を保持するガラス小環２６が溶接３１により過熱
されず、且つそれと同時に管状弾性ホルダ部３０が所望
の膨張均等化効果を及ぼしうろことを保証するように、
環状弾性ホルダ部３０の、長さＬを特定の環境に従って
選ぶことができる。他の点においては、第１１図に示す
トランスジユーザは、第９図に示すトランスジューサの
構造に実質的に一致し、トランスジユーザハウジングの
下方部分に設けた構成要素に関して第１０図に示す実施
態様の構成要素３３〜３７を５Ｊｌｔめ込むことができ
る。

第９図〜第１１図に示す圧力ドランスジューサのすべて
に共通の事実は、管状の弾性的に伸張しろるボルダ部の
使用によるトランスジューサハウジングへのホルダの曲
げのない結合と対称でそれ故ひずみのない１−ランスジ
ューサ素子との組合せの故に、圧力ドランスジューサが
、驚くべき安定性とセロ基準定常度とを有することであ
る。それ故、これらの圧力ドランスジユーザは、正確な
圧力ドランスジューサを表わしている。それにも拘らず
、これらの圧力ドランスジューサは、公知のバ・ンチ方
法と組み合わされた高度に発−辰した半導体技術によっ
て経済的に製造することができる。

従って、上述の本発明は、多くの方法で変更しうろこと
が明らかである。このような変更は、本発明の精神と範
囲から離脱するものとみなすべきではない。このような
修正態様はすべて、当業者に明らかなように、特許請求
の範囲内に含まれるように意図されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って構成されたトランスジューサ
素子を通る断面図であり、測定されるべき圧力により及
ぼされる力を示している。 第２図は、絶対圧力測定用（図の左手半分）と相対圧力
測定用（図の右手半分）との第１図に類似のトランスジ
ューサ素子と、適当に形成された組立板又はボルダへの
トランスジユーザ素子の固定とを示す部分図で、変形力
をも示している。 第３図は、絶対圧力測定用と相対圧力測定用の第２図に
類似のトランスジューサ素子を適当に形成された中間支
持体と組合せて示す部分図で、ベース板がダイヤフラム
板よりも実質的に厚く作られている。 第４図は、ダイヤフラムウェーハと絶縁基板とからなる
積層板の斜視一部断面図である。 第５図はベース板を固定した第４図に示す積層板から切
り取られたトランスジユーザ素子の斜視的断面図である
。 第６図は、タイヤフラムウェーハとペースウエーハと両
者の間に挟まれた基板とからなる積層板の斜視的部分断
面図である。 第７図は、第６図に示す積層板から切断された相対圧力
測定用の１個のトランスジユーザ素子を示す斜視的断面
図である。 第８図は、本発明によるトランスジユーザ素子を組み込
んだ本発明による圧力感知器の第１実施態様の断面図で
ある。 第９図〜第１１図は、本発明によるトランスジューサ素
子を組み込んだ本発明による圧力ドランスジューサの好
ましい実施態様を示す断面図である。 ８・・・トランスジューサ素子、■・・・ダイヤフラム
板、２・・・絶縁板、３・・・ベース板、９．９′・・
・中間支持体、６・・・孔、１８・・・ウェーハ、２０
・・・ウェーハ、１７・・・絶縁基板、７・・・ホルダ
、３ｏ・・・管状ホルダ部、２５・・・圧力伝達媒体。 図面の浄告（内容に変更なし） 第１頁の続き ＠発明者　・アルフレッド　ウ′エン　スイス国ガ−シ
ュフスト ｏ発　明　者　ハンス　コンラット　スイス国ゾンデレ
ガ−ルデンスト ツエーハ−８４０８ヴインターツーア　ヴイーラーセ　
５８ ツエーハー　８４１３　ネフテンバッハ　ゾーンハラー
セ　７ 手続補正書（方式） ％式％ ３、補正をする者 事件との関係　出願人 ４、代理人 ６、補正の対象　願　書　代理権を証明する書面１Ｍ１
ｒｌｌｌの１昏（回外に常ψなし）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つのピエゾ抵抗をもつ半導体材料から
   作られ且つ少なくとも１つのダイヤフラム領域を形成す
   る板と、ダイヤフラム板か固定される絶縁板と、ダイヤ
   フラム板から離れた側の絶縁板の表面に固定したベース
   板とを含み、前記ベース板が、絶縁板の熱膨張係数に実
   質的に等しいか又はそれより小さい熱膨張係数を有する
   材料から作られており、温度変化を受けるときトランス
   ジューサ素子のダイヤフラム板の曲げが最少となるよう
   に、ベース板の厚さをダイヤフラム板の厚さに一致させ
   てなる、トランスジユーザ素子。 ２、　ベース板とダイヤフラム板とが、同一材料から作
   られている特許請求の範囲第１、項に記載のトランスジ
   ユーザ素子。 ３、　ベース板とダイヤフラム板とが、実質的に等しい
   熱膨張係数を有する異なる材料から作られている特許請
   求の範囲第１項に記載のトランスジユーザ素子。 ４、ダイヤフラム板とベース板とか、シリコン材料特に
   単結晶シリコンから作られている特許請求の範囲第２項
   に記載のトランスジユーザ素子。 ５、　ダイヤフラム板か、シリコン材料特に単結晶シリ
   コンから作られている特許請求の範囲第３項に記載のト
   ランスジューサ素子。 ６、　絶縁板がカラス材料から作られている特許請求の
   範囲第１項に記載のトランスジユーザ素子。 ７、　ダイヤフラム板と絶縁板との間に陽極結合部かあ
   り、絶縁板とベース板との間にカラスフリット結合部が
   ある特許請求の範囲第１項に記載のトランスジューサ素
   子。 ８、　ダイヤフラム板と絶縁板との間にｊ実極結合ｇｌ
   （があり、絶縁板とベース板との間及びベース板と中間
   支持体との間に同時に適用されたガラスフリット結合部
   がある特許請求の範囲第１項に記載のトランスジューサ
   素子。 ９、　ダイヤフラム板と絶縁板とベース板との間に陽極
   結合部がある特許請求の範囲第１項に記載のトランスジ
   ューサ素子。 １０、絶縁板と実質的に同じ熱膨張係数を有する材料か
   ら作られ且つベース板に固定された中間支持体を含む特
   許請求の範囲第１項に記載のトランスジューサ素子。 １１、ベース板と絶縁板を通してダイヤフラム板のダイ
   ヤフラム領域の方向へ延びる少なくとも１つの孔を有し
   、相対圧力測定用に適合された特許請求の範囲第１項に
   記載のトランスジューサ素子。 １２、少なくとも１つのピエゾ抵抗を有する半導体材料
   から作られ且つ少なくとも１つのダイヤフラム領域を形
   成する板と、ダイヤフラム板が固定されている絶縁板と
   、ダイヤフラム板から遠い方の側の絶縁板の表面に固定
   されたベース板とを具備し、温度変化と共にダイヤフラ
   ム板とベース板とが絶縁板に及ぼす変形力が実質的に等
   しいように、前記ベース板の材料と寸法をダイヤフラム
   板に関して均衡させてあり、それによってトランスジユ
   ーザ素子が対称圧力状態を有してなるトランスジューサ
   素子。 １３、ベース板とダイヤフラム板とが同じ材料から作ら
   れている特許請求の範囲第１２項に記載のトランスジユ
   ーザ素子。 １４、ベース板とダイヤフラム板とが、実質的に等しい
   熱膨張係数を有する異なる材料から作られている特許請
   求の範囲第１２項に記載のトランスジューサ素子。 １５、ダイヤプラム板とベース板とが、シリコン材料特
   に単結晶シリコンから作られている特許請求の範囲第１
   ３項に記載のトランスジューサ素子。 １６、ダイヤプラム板力板シリコン材料特に単結晶シリ
   コンから作られている特許請求の範囲第１４項に記載の
   トランスジユーザ素子。 １７、絶縁板がガラス材料から作られている特許請求の
   範囲第１２項に記載のトランスジューサ素子。− １８、ダイヤフラム板と絶縁板との間に陽極結合部があ
   り、絶縁板とベース板との間にガラスフリット結合部が
   ある特許請求の範囲第１２項に記載のトランスジューサ
   素子。 １９、ダイヤフラム板と絶縁板との間に陽極結合部があ
   り、絶縁板とベース板との間及びベース板と中間支持体
   との間に同時に施されたガラスフリット結合部がある特
   許請求の範囲第１２項に記載のトランスジユーザ素子。 ２０、ダイヤフラム板と絶縁板とベース板との間に陽極
   結合部を有する特許請求の範囲第１２項に記載のトラン
   スジューサ素子。 ２１、絶縁板と実質的に同じ熱膨張係数を有する材料か
   ら作られ且つベース板に固定された中間支持体を含む特
   許請求の範囲第１２項に記載のトランスジューサ素子。 ２２、ベース板と絶縁板とを通してダイヤフラム板のダ
   イヤフラム領域の方向に延びる少なくとも１つの孔を有
   し、相対圧力測定用に適合された特許請求の範囲第１２
   項に記載のトランスジューサ素子。 ２３、各々が少なくとも１つのピエゾ抵抗をもつ複数の
   ダイヤフラム領域を有する半導体材料のウェーハを陽極
   装置により絶縁基板に結合する工程と、かくして形成さ
   れた積層板を各々が少なくとも１つのダイヤフラム領域
   を有するユニットに切断する工程と、予め作られたベー
   ス板を各ユ；、ソトの絶縁板に固定する工程とを包含す
   る、少なくとも１つのピエゾ抵抗をもつ半導体材料から
   作られたトランスジューサ素子を製造する方法。 ２４、絶縁基板とベースウェーハを通して、ダイヤフラ
   ムウェーハのダイヤプラム領域の方向に孔を形成する工
   程を更に含む特許請求の範囲第２３項に記載の方法。 ２５、各々が一方において少なくとも１つのピエゾ抵抗
   をもち且つ他方においてベースウェーハをもつ複数のダ
   イヤフラム領域を有する半薄体刊料のウェーハの間に絶
   縁基板を位置決めする工程と、前記絶縁基板を陽極装置
   により前記ウェーハに結合する工程と、かくして形成さ
   れた積層板を各々が少なくとも１つのダイヤフラム領域
   を有するユニットに切断する工程とからなる、少なくと
   も１つのピエゾ抵抗をもつ半導体材料から作られたトラ
   ンスジユーザ素子を製造する方法。 ２６、絶縁基板とベースウェーハを通して、ダイヤフラ
   ムウェーハのダイヤフラム領域の方向に孔を形成する工
   程を更に含む特許請求の範囲第２５項に記載の方法。 ２７、少なくとも１つのピエゾ抵抗を有する半導体材料
   から作られ且つ少なくとも１つのダイヤフラム領域を形
   成する板と、ダイヤフラム板が固定される絶縁板と、ダ
   イヤフラム板から遠い側の絶縁板の表面に固定されたベ
   ース板とを具備し、前記ベース板が、絶縁板の熱膨張係
   数に実質的に等しいか又はそれより小さい熱膨張係数を
   有する材料から作られており、温度変化を受けるときト
   ランスジューサ素子のダイヤフラム板の曲げが最少とな
   るようにベース板の厚さをダイヤフラム板の厚さに一致
   させてあり、前記トランスジユーザ素子が、直接に又は
   ベース板に固定された中間支持体によってトランスジユ
   ーザハウジング内に配置されたホルダ上に固定されてな
   る、圧力ドランスジユーザ。 ２８、ホルダが、実質的に板状であり、弾性的に伸張し
   うる方法でトランスジューサハウシングに結合されてい
   る特許請求の範囲第２７項に記載の圧力ドランスジュー
   サ。 ２９、ホルダが、管状ホルダ部によってトランスジュー
   サハウジングに結合されている特許請求の範囲第２８項
   に記載の圧力ドランスジユーザ。 ３０、管状ホルダ部が、トランスジューサ素子と同じホ
   ルダの側から延びている特許請求の範囲第２９項に記載
   の圧力ドランスジユーザ。 ３１、管状ホルダ部が、トランスジューサ素子が配置さ
   れている側と反対のホルダの側から延びている特許請求
   の範囲第２９項に記載の圧力ドランスジューサ。 ３２、圧力伝達媒体が、トランスジューサ素子の圧力装
   填用のダイヤフラムによりトランスジユーザの中へ密封
   シールされている特許請求の範囲第２７項に記載の圧力
   ドランスジューサ。 ３３、少なくとも１つのピエゾ抵抗を有する半導体材料
   から作られ且つ少なくとも１つのダイヤフラム領域を形
   成する板と、ダイヤフラム板が固定されている絶縁板と
   、ダイヤフラム板から遠い側の絶縁板の表面に固定され
   たベース板とを具備し、温度変化と共にダイヤフラム板
   とベース板とが絶縁板に及ぼす変形力が実質的に等しく
   、それによってトランスジューサ素子が対称応力状態を
   有するように前記ベース板の材料と寸法をダイヤフラム
   仮に関して均衡させてあり、前記トランスジューサ素子
   が、トランスジユーザハウジング内に配置されたホルダ
   上に直接に又はベース板に固定した中間支持体によって
   固定されている、トランスジューサ素子を組み込んだ圧
   力ドランスジユーザ。 ３４、ホルダが、実質的に板状であり、弾性的に伸張し
   うる方法でトランスジユーザハウジングに結合されてい
   る特許請求の範囲第３３項に記載の圧″ｊＪ！−ランス
   ジユーザ。 ３５、ホルダが、管状ホルダ部によってトランスジュー
   サハウジングに結合されている特許請求の範囲第３４項
   に記載の圧力１−ランスジユーザ。 ３６、管状ホルダ部が、トランスジューサ素子と同じホ
   ルダの側から延びている特許請求の範囲第３５項に記載
   の圧力ドランスジユーザ。 ３７、管状ホルダ部が、１〜ランスジユー・す“素子を
   配置した側と反対のホルダの側から延びている特許請求
   の範囲第３４項に記載の圧力ドランスジユーザ。 ３８、圧力伝達媒体か、トランスジューサ素子の圧力装
   填用のダイヤフラムにより１−ランスジューサの中へ密
   封シールされている特許請求の範囲第３４項に記載の圧
   力ドランスジユーザ。