JPS61114139A - 差圧センサ - Google Patents
差圧センサInfo
- Publication number
- JPS61114139A JPS61114139A JP23582484A JP23582484A JPS61114139A JP S61114139 A JPS61114139 A JP S61114139A JP 23582484 A JP23582484 A JP 23582484A JP 23582484 A JP23582484 A JP 23582484A JP S61114139 A JPS61114139 A JP S61114139A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- differential pressure
- pressure sensor
- hole
- vibration
- 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.)
- Granted
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Classifications
-
- 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
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
- G01L9/0019—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a semiconductive element
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (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
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明はダイアフラムに生ずる差圧に対応した力を、周
波数信号として出力する差圧センサに関し、シリコンの
ような半導体基板を使用し、この巣板上に振動梁を形成
させた構造の差圧センサに関するものである。
波数信号として出力する差圧センサに関し、シリコンの
ような半導体基板を使用し、この巣板上に振動梁を形成
させた構造の差圧センサに関するものである。
〈従来例〉
測定圧力をダイアフラムで受け、ダイアフラムに生ずる
力をダイアフラム上に設けたストレンゲージで検出し、
電気信号に変換する差圧センサは公知で、既に広く実用
化されている。
力をダイアフラム上に設けたストレンゲージで検出し、
電気信号に変換する差圧センサは公知で、既に広く実用
化されている。
このような差圧センサにおいて、ストレンゲージは測定
すべき力に応じたアナログ的な抵抗値変化を示し、出力
値も小さい。この為に、出力信号をコンピュータ等で信
号処理する場合、増幅したりＡ／、Ｄ変換しなければな
ら、ない。
すべき力に応じたアナログ的な抵抗値変化を示し、出力
値も小さい。この為に、出力信号をコンピュータ等で信
号処理する場合、増幅したりＡ／、Ｄ変換しなければな
ら、ない。
差圧に対応した周波数信号を得る方式の差圧センサも、
例えば特開昭５４−５６８８０号公報に見られるように
公知である。この装置はダイアフラムに生ずる力を、ダ
イアフラムに結合した振動線に与え、振動線の張力に関
連した固有振動数の変化を周波数信号出力として得るも
のである。
例えば特開昭５４−５６８８０号公報に見られるように
公知である。この装置はダイアフラムに生ずる力を、ダ
イアフラムに結合した振動線に与え、振動線の張力に関
連した固有振動数の変化を周波数信号出力として得るも
のである。
この装置においては、ダイアフラムに生ずる力を正確に
振動線に伝えられるように両者間を結合する必要がある
こと、振動線周囲の環境変化が振動線の固有振動数の変
化とならない構成を工夫する必要がある等構成が複雑に
なるという問題があった。
振動線に伝えられるように両者間を結合する必要がある
こと、振動線周囲の環境変化が振動線の固有振動数の変
化とならない構成を工夫する必要がある等構成が複雑に
なるという問題があった。
〈発明の目的〉
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので
、差圧に対応した周波数信号を出力する構成の簡単な差
圧センサを提供することを目的とする。
、差圧に対応した周波数信号を出力する構成の簡単な差
圧センサを提供することを目的とする。
〈発明の構成〉
この目的を達成プる本発明の構成は、弾性を有する半導
体材料で構成した第１のダイアフラムの表面に、エツチ
ングおよびアンダエッヂングの手法により、一方が閉塞
し他方が解放した穴と、この穴の途中に両端が固定され
た振動梁を設け、前記第１のダイアフラムの、穴を有す
る側に、前記第１のダイアフラムと同等の材質を有する
第２のダイアフラムを接合するとともに前記穴を真空に
し、前記Ｍ１のダイアフラムににＱ（プた振動梁の励振
手段と振動検出手段を具備したことを桐成上の特徴とす
るものである。
体材料で構成した第１のダイアフラムの表面に、エツチ
ングおよびアンダエッヂングの手法により、一方が閉塞
し他方が解放した穴と、この穴の途中に両端が固定され
た振動梁を設け、前記第１のダイアフラムの、穴を有す
る側に、前記第１のダイアフラムと同等の材質を有する
第２のダイアフラムを接合するとともに前記穴を真空に
し、前記Ｍ１のダイアフラムににＱ（プた振動梁の励振
手段と振動検出手段を具備したことを桐成上の特徴とす
るものである。
〈実施例〉
第１図は本発明に係る差圧センＶの全体構成を示す斜視
図、第２図は第１図に示す差圧センサの要部（一点鎖線
で囲ったＡ部分）を示す断面拡大図斜視図である。これ
らの図において、１はｆｆ１１のダイアフラムであり、
例えば不純物濃度１０１５以下のｐ形のシリコン基板で
ある。このシリコン基板１の表面には部分的に不純物淵
ｇ１ｉｏ＋ｅ程度の０＋拡散層２ａ、２ｂ、２ｃを形成
し、この拡散層を所定の厚さに部分的にエツチングして
第１の穴３を形成する。次に第１の穴３のなかのｎ＋拡
散層２ｂの部分を棒状にエツチングづ′るとともに基板
であるｐ層をアンダエッチングして第２の穴５を形成し
、ｎ中層からなる振動梁４を形成する。６は振動梁４の
振動を最も感じる部分（図では梁の両端）に拡散やエビ
タギシャル成長により形成したｐ中層である。このｐ十
層６は図示しないリード線等により基板である０層１と
は絶縁して外部に取り出され、ｎ十拡散層である振動梁
４上でｐＯ接合を形成する。７は第１のダイアフラムと
同等の材質を有する第２のダイアフラムで、この第２の
ダイアフラムと第１のダイアフラムは真空中において陽
極接合することにより、第１の穴と第２の穴は真空状態
となる。８は接合剤および絶縁剤として機能する例えば
５ｔＯ２膜である。
図、第２図は第１図に示す差圧センサの要部（一点鎖線
で囲ったＡ部分）を示す断面拡大図斜視図である。これ
らの図において、１はｆｆ１１のダイアフラムであり、
例えば不純物濃度１０１５以下のｐ形のシリコン基板で
ある。このシリコン基板１の表面には部分的に不純物淵
ｇ１ｉｏ＋ｅ程度の０＋拡散層２ａ、２ｂ、２ｃを形成
し、この拡散層を所定の厚さに部分的にエツチングして
第１の穴３を形成する。次に第１の穴３のなかのｎ＋拡
散層２ｂの部分を棒状にエツチングづ′るとともに基板
であるｐ層をアンダエッチングして第２の穴５を形成し
、ｎ中層からなる振動梁４を形成する。６は振動梁４の
振動を最も感じる部分（図では梁の両端）に拡散やエビ
タギシャル成長により形成したｐ中層である。このｐ十
層６は図示しないリード線等により基板である０層１と
は絶縁して外部に取り出され、ｎ十拡散層である振動梁
４上でｐＯ接合を形成する。７は第１のダイアフラムと
同等の材質を有する第２のダイアフラムで、この第２の
ダイアフラムと第１のダイアフラムは真空中において陽
極接合することにより、第１の穴と第２の穴は真空状態
となる。８は接合剤および絶縁剤として機能する例えば
５ｔＯ２膜である。
上記構成において第１のダイアフラム１と第２のダイア
フラム７の厚さを略等しくすれば、接合面が中立面とな
るので、ダイアフラムに発生する応力は中立面で最小と
なり、接合によって発生する影響をほとんど零にするこ
とができる。 また、振動梁４が形成された部分の静圧
に対する耐圧は、第３図に示ず穴の幅２ρ、と、ダイア
フラム膜の厚さ１！４との比１４／１３を十分大きくす
ることによって解決することができる。例えば、１３−
３μｍ、１ａ＝３μｍとし、シリコンの最大応力を１０
ｋＯ／１１１１’とすると、耐圧ＰＯはＰｏ−＜１４
／ｊ’３）２−ｃｒｍａｘ−”ＩＱＱＯｋ＜１／ ｅｌ
ｌ”となる。
フラム７の厚さを略等しくすれば、接合面が中立面とな
るので、ダイアフラムに発生する応力は中立面で最小と
なり、接合によって発生する影響をほとんど零にするこ
とができる。 また、振動梁４が形成された部分の静圧
に対する耐圧は、第３図に示ず穴の幅２ρ、と、ダイア
フラム膜の厚さ１！４との比１４／１３を十分大きくす
ることによって解決することができる。例えば、１３−
３μｍ、１ａ＝３μｍとし、シリコンの最大応力を１０
ｋＯ／１１１１’とすると、耐圧ＰＯはＰｏ−＜１４
／ｊ’３）２−ｃｒｍａｘ−”ＩＱＱＯｋ＜１／ ｅｌ
ｌ”となる。
一方、梁の軸方向への静圧による歪みは１３／Ｒ（Ｒは
ダイアフラムの半径・・・第１図参照）を十分小さくす
ることにより無視することができる。
ダイアフラムの半径・・・第１図参照）を十分小さくす
ることにより無視することができる。
なお、これらの加工はフォトリソグラフィの技術を用い
ることにより可能である。
ることにより可能である。
上記構成の差圧センサを、図示しない固定手段により固
定し、ダイアフラムの両側から圧力を加える。そして、
第１のダイアフラムであるｐ層に負のバイアスを印加し
ておき、振動梁の端部に形成されたｐｎ接合部からダイ
アフラムの歪みによる振動歪み信号を検出する。この歪
信号を増幅して第１のダイアフラム１に正帰還させると
、振動梁は静電ノ〕によりその固有振動数で励振する。
定し、ダイアフラムの両側から圧力を加える。そして、
第１のダイアフラムであるｐ層に負のバイアスを印加し
ておき、振動梁の端部に形成されたｐｎ接合部からダイ
アフラムの歪みによる振動歪み信号を検出する。この歪
信号を増幅して第１のダイアフラム１に正帰還させると
、振動梁は静電ノ〕によりその固有振動数で励振する。
この振動はダイアフラムに加わった差圧に応じて変化し
、その歪み感ｒ！Ｉ Ｓ は次式で与えられる。
、その歪み感ｒ！Ｉ Ｓ は次式で与えられる。
Ｓ−Δｆ ／ｆ ｏ ＝０．１１８・＜１＋／ｌ２）２
・ε （εは歪） この、歪による振動梁４の振動周波数の変化は図示しな
い公知の１！初検出手段により検出される。
・ε （εは歪） この、歪による振動梁４の振動周波数の変化は図示しな
い公知の１！初検出手段により検出される。
このように構成した装置によれば、受圧ダイア−〇−
フラム中に真空状態で振動梁を形成したので、理想的４
１弾包持性を１ｑることができ、Ｑが高く安定したモノ
リシックセンサを実現することができる。
１弾包持性を１ｑることができ、Ｑが高く安定したモノ
リシックセンサを実現することができる。
なお、上記実施例においては第１のダイアフラムをｐ形
のシリコン基板としたが、この基板をｎ形とし、このｎ
形基板の上にｐ層を拡散してｐ形の梁を形成しその上に
振動検出のためのダイオードを形成してもよい。また、
振動梁は１つに限るものではなく、例えばダイアフラム
の中央部にもう１つ振動梁を形成づれば感度を２倍にづ
ることができるとともに、温度変化による熱歪みをキャ
ンセルすることができる。
のシリコン基板としたが、この基板をｎ形とし、このｎ
形基板の上にｐ層を拡散してｐ形の梁を形成しその上に
振動検出のためのダイオードを形成してもよい。また、
振動梁は１つに限るものではなく、例えばダイアフラム
の中央部にもう１つ振動梁を形成づれば感度を２倍にづ
ることができるとともに、温度変化による熱歪みをキャ
ンセルすることができる。
さらに、ダイアフラムの形状は円形以外の他の形状にす
ることも可能である。
ることも可能である。
〈発明の効采〉
以上、実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、差圧に対応し、Ｑが高く安定な周波数信号を出
力づることができ、かつ、構成の簡単な差圧センサを実
現することができる。
よれば、差圧に対応し、Ｑが高く安定な周波数信号を出
力づることができ、かつ、構成の簡単な差圧センサを実
現することができる。
第１図は本発明に係る差圧センサの全体構成を示す斜視
図、第２図は第１図に示す差圧センサの要部を示す断面
拡大斜視図、第３図は梁形成部におけるダイアフラムの
厚さと幅の関係を示Ｍ図である。 １・・・第１のダイアフラム、２ａ〜２Ｃ・・・拡散層
、３．５・・・穴、４・・・振動梁、７・・・第２のダ
イアフラム。
図、第２図は第１図に示す差圧センサの要部を示す断面
拡大斜視図、第３図は梁形成部におけるダイアフラムの
厚さと幅の関係を示Ｍ図である。 １・・・第１のダイアフラム、２ａ〜２Ｃ・・・拡散層
、３．５・・・穴、４・・・振動梁、７・・・第２のダ
イアフラム。
Claims (1)
- 弾性を有する半導体材料で構成した第１のダイアフラム
の表面に、エッチングおよびアンダエッチングの手法に
より、一方が閉塞し他方が解放した穴と、この穴の途中
に両端が固定された振動梁を設け、前記第１のダイアフ
ラムの、穴を有する側に、前記第１のダイアフラムと同
等の材質を有する第２のダイアフラムを接合するととも
に前記穴を真空にし、前記第１のダイアフラムに設けた
振動梁の励振手段と振動検出手段を具備したことを特徴
とする差圧センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23582484A JPS61114139A (ja) | 1984-11-08 | 1984-11-08 | 差圧センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23582484A JPS61114139A (ja) | 1984-11-08 | 1984-11-08 | 差圧センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61114139A true JPS61114139A (ja) | 1986-05-31 |
| JPH0536737B2 JPH0536737B2 (ja) | 1993-05-31 |
Family
ID=16991800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23582484A Granted JPS61114139A (ja) | 1984-11-08 | 1984-11-08 | 差圧センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61114139A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2824636A1 (fr) * | 2001-05-10 | 2002-11-15 | Schlumberger Services Petrol | Capteur de pression microelectronique a resonateur supportant des pressions elevees |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5526487A (en) * | 1978-05-30 | 1980-02-25 | Itt | Pressure converter and producing same |
-
1984
- 1984-11-08 JP JP23582484A patent/JPS61114139A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5526487A (en) * | 1978-05-30 | 1980-02-25 | Itt | Pressure converter and producing same |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2824636A1 (fr) * | 2001-05-10 | 2002-11-15 | Schlumberger Services Petrol | Capteur de pression microelectronique a resonateur supportant des pressions elevees |
| WO2003001171A3 (en) * | 2001-05-10 | 2003-03-06 | Schlumberger Services Petrol | A resonance-type microelectronic pressure sensor that withstands high pressures |
| US6966228B2 (en) | 2001-05-10 | 2005-11-22 | Schlumberger Technology Corporation | Resonator-type microelectronic pressure sensor that withstands high pressures |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0536737B2 (ja) | 1993-05-31 |
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