JPH0192634A - 半導体差圧センサ - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、シリコンなどの半導体単結晶の持つピエゾ抵
抗効果を利用して差圧を電気信号に変換する半導体差圧
センサー係り、特に静圧の影響を除去した半導体差圧セ
ンサに関する。

〈従来の技術〉 第４図は従来の半導体差圧センサの構成を示す部分縦断
面図である。

１０はｎ形のシリコン単結晶で作られた有底円筒状のセ
ンサチップであり、このセンサデツプ１０は周囲に固定
部１１を有しこの固定部１１の内部側に凹部１２を形成
して厚さが薄くなった底部に起歪部１３が形成されてい
る。

この起歪部１３の上面には伝導形がＰ形として不純物の
拡散によりピエゾ抵抗効果を示すゲージ１４が形成され
ている。

センサチップ１０の固定部１１は中央に導圧孔１５を持
つガラス基板１６に陽極接合などにより接合され、セン
サチップ１０とガラス基板１６とのセンサ結合体１７を
構成している。

この導圧孔１５には圧力Ｐ１を導入するヂュ−ブ１８が
挿入され、このチューブ１８はケース１９に接合されて
いる。

ケース１９は、その下部には有底円筒部２０が設けられ
、上部の開放端は閉塞板２１で密閉され、その内部に密
閉空間２２を形成している。そして、この密閉空間２２
の中にセンサ結合体１７が収納されている。

右底円筒部２０の底部２２には支持部２３があり、その
中央にはチューブ１８が貫通し、このチューブ１８に平
行して密閉空間２２に開放する導圧孔２４が形成され、
この導圧孔２４には圧力Ｐ２が導入される。

以上のように構成された半導体差圧センサはチューブ１
８に導入された圧力Ｐ１が四部１２に印加され、導圧孔
２４を介して導入された圧力Ｐ２はセンサ結合体１７の
外周面に一様に印加される。

この結果、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差圧により起歪部１
３が歪みこれに伴ないゲージ１４がピエゾ抵抗効果によ
りその抵抗値を変更して対応する出力を出す。

これと同時にセンサ結合体１７には圧力Ｐ、とＰ２の平
均の圧力が全体として静圧として印加される。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この様な半導体圧力センサは以下に説明
する問題点がある。

既に説明したように、センサチップ１０とガラス基板１
６の周囲には静圧として（ＰＩ　＋Ｐ２　）／２の大き
さの圧力が印加されている。

一方、ガラス基板１６を構成するガラスの圧縮率ＫＩは
センサチップ１０を構成するシリコンの圧縮率に２の２
倍の大きさを持つ。

従って、高圧力下で差圧を測定する場合には、第５図（
イ）に点線で示すようにセンサチップ１０とガラス基板
１６は共に圧縮されるが、センサデツプ１０の圧縮量は
ガラス基板１６の圧縮量に比べて小さい。このため、第
５図（ロ）に示すようにセンサチップ１０側に突出する
ようにして湾曲する。

いま、センサチップ１０とガラス基板１６とを合体した
ときの中立軸をＮ１センサチップ１０とガラス基板１６
との圧縮率の差に起因する圧縮力をＦ　Ｔ　、中立軸Ｎ
と接合面までの距離をη１とすれば、曲げモーメントＭ
、は Ｍ＋＝Ｆ　　盲　　η　１ となるが、この曲げモーメントＭ１により起歪部１３が
変形しこれによりゲージ１４が歪み・、ゼロ点が変化す
るという問題がある。これはＰＩ　＝Ｐ２のときでも同
様な関係となる。

〈問題点を解決するための手段〉 この発明は、以上の問題点を解決するために、固定部の
内側に四部が形成されて単結晶の厚さの薄くなった起歪
部とこの起歪部に形成されピエゾ抵抗効果により抵抗値
が変化するゲージとを有するセンサチップと、このセン
サチップの凹部を閉塞して接合されこの四部に開口して
第１圧力を導入する第１導圧孔を持つ第１基板と、セン
サチップに対してこの第１基板とは反対側の面でセンサ
チップに接合され起歪部に開口して第２圧力を導入する
第２導圧孔を持つ第２基板とを有し、センサチップと第
１、第２基板とを接合したセンサ結合体の中立軸がセン
サチップの厚さの１／２になるように第１、第２基板を
センサチップに接合するようにしたものである。

く作　用〉 センサチップと第１、第２基板とを結合したセンサ結合
体の中立軸がセンサチップの厚さの１／２になるように
第１、第２基板をセンサチップに互いに対向して接合し
て、静圧に対する曲げモーメントがセンサ結合体に発生
しないようにして静圧誤差を低減する。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する
。なお、従来技術と同一の機能をする部分には同一の記
号を付して適宜にその説明を省略する。

第１図は本発明の１実施例の構成を示す部分縦断面図で
ある。

２５はｎ形のシリコン単結晶で作られた有底円筒状のセ
ンサチップであり、このセンサチップ２５は周囲に固定
部２６を有しこの固定部２６の内部側に凹部２７を形成
して厚さが薄くなった底部に起歪部２８が形成されてい
る。

この起歪部２８の上面には伝導形がＰ形として不純物の
拡散によりピエゾ抵抗効果を示すゲージ２９が形成され
ている。

この凹部２７を覆うように中心部に圧力Ｐ、を導入する
導圧孔３０をもつガラス基板３１がセンサチップ２５の
固定部２６の下端に例えば陽極接合などにより接合され
ている。

また、センサチップ２５の上面には起歪部２８を覆うよ
うにセンサチップ２５と対向する面に凹部３２を持ち、
かつ中心部に圧力Ｐ２を導入する導圧孔３３を持つガラ
ス基板３４が接合されている。

これ等のセンサチップ２５の上下の両側に接合されたガ
ラス基板３１．３４でセンサ結合体３５を構成している
。この場合に、センサチップ２５とガラス基板３１と３
４を結合したセンサ結合体３５の曲げの中立軸Ｎがセン
サチップの厚さＴの１／２の位置になるようにガラス基
板３１と３４の厚さが選定される。なお、ガラス基板３
１．３４はセンサチップ２５の熱膨張係数と良くあった
材料を用いると良い。

ケース３６は、その下部には有底円筒部３７が設けられ
、上部の開放端は閉塞板３８で密閉され、その内部に密
閉空間３９を形成している。そして、この密閉空間３９
の中にセンサ結合体３５が収納されている。

有底円筒部３７の底部４０には支持部４１があり、その
中央には凸部４２が形成されこの中心に導圧孔４３が穿
設されている。この凸部４２にはセンサ結合体３５が充
分に剛性が小さくケース３５の変形がきかない接着剤で
固定されている。

さらに、この導圧孔４３に平行して密閉空間３９に開放
する導圧孔４４が形成され、この導圧孔４４には圧力Ｐ
２が導入される。

以上のように構成された半導体差圧センサは導圧孔４３
に導入された圧力Ｐ１が凹部２７に印加され、導圧孔４
４を介して導入された圧力Ｐ２はセンサ結合体３５の外
周面に一様に印加される。

この結果、圧力Ｐ＋　と圧力Ｐ２との差圧により起歪部
２８が歪みこれに伴ないゲージ２９がピエゾ抵抗効果に
よりその抵抗値を変更して対応する出力を出す。

ところで、センサ結合体３５には（ＰＩ　＋Ｐ２　）／
２に相当する静圧が印加される。この静圧の効果につい
て第２図を用いて説明する。

第２図は第１図に示す半導体圧力センサの作用を説明す
る説明図である。

センサ結合体３５はその内外から（ＰＩ　＋Ｐ２　）／
２の静圧が印加される。このため、センサ結合体３５は
第２図に点線で示すように収縮する。この場合に、セン
サチップ２５とガラス基板３１との接合面には圧縮力Ｆ
２が働き、センサチップ２５とガラス基板３４との接合
面には圧縮力Ｆ３が働く。

従って、圧縮力Ｆ２に基づく曲げモーメントＭ２はＭ　
２　＝　Ｆ　２　Ｘ　Ｔ　／　２　、圧縮力Ｆ３に基づ
く曲げモーメントＭ３はＭ３＝Ｆ３ＸＴ／２となる。

しかし、第１図に示すセンサ結合体３５は、センサチッ
プ２５とガラス基板３１と３４を結合したセンサ結合体
３５の曲げの中立軸Ｎがセンサチップの厚さＴの１／２
の位置になるようにガラス基板３１と３４の厚さが選定
されているので、ゲージ２９には圧縮力Ｆ”’Ｆ２十Ｆ
３が作用するだけで、曲げモーメントは発生しない。従
って、静圧によって起歪部２８は変形せず、ゼロ点も変
化しない。

第３図は本発明の第２の実施例の構成を承り縦断面図で
ある。

センサチップ２５の凹部２７を閉塞するようにガラス基
板４５が接合され、このガラス基板４５はその中心に導
圧孔４６が、その外周面にリング状の溝４７がそれぞれ
形成されている。

また、センサチップ２５の起歪部２８を覆うようにガラ
ス基板４８が接合され、このガラス基板４８の中心には
導圧孔４９が、その外周面にはリング状の溝５０がそれ
ぞれ形成されている。

このように、ガラス基板４５．４８に溝を設（プること
によっても第１図に示す半導体差圧センサと同様な効果
を得ることができる。

なお、第１図において凸部４２とガラス基板３１を接合
する接着剤として剛性を持つ材料を使用する場合には、
この剛性と凸部４２の剛性をも考慮にいれてガラス基板
３１．３４の厚みの寸法を決める。

また、センサチップに取り付けるガラス基板はこの代り
にセラミックスなど他の材料でも良い。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、センサチップの両面に基板を取付けて中立軸に対
して曲げモーメントがセンサチップの両側で同じになる
ようにしたので、静圧誤差を簡単な構成で低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示す部分縦断面図、
第２図は第１図に示す実施例の作用を説明する説明図、
第３図は本発明の第２の実施例の構成をず部分縦断面図
、第４図は従来の半導体差圧センサの構成を示す部分縦
断面図、第５図は第４図に示す半導体差圧センサの問題
点を説明する説明図である。 １０．２５・・・センサチップ、１１．２６・・・固定
部、１２．２７．３２・・・凹部、１３．２８・・・起
歪部、１４．２９・・・ゲージ、１６．３１．３４・・
・ガラス基板、１７．３５・・・センサ結合体、１９．
３５・・・ケース、２２．３９・・・密閉空間、４７．
５゜・・・溝。 第１図 第２図 −Ｚ５【 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定部の内側に凹部が形成されて単結晶の厚さの薄くな
   った起歪部とこの起歪部に形成されピエゾ抵抗効果によ
   り抵抗値が変化するゲージとを有するセンサチップと、
   このセンサチップの前記凹部を閉塞して接合されこの凹
   部に開口して第１圧力を導入する第１導圧孔を持つ第１
   基板と、前記センサチップに対してこの第１基板とは反
   対側の面で前記センサチップに接合され前記起歪部に開
   口して第２圧力を導入する第２導圧孔を持つ第２基板と
   を有し、前記センサチップと前記第１、第２基板とを接
   合したセンサ結合体の中立軸が前記センサチップの厚さ
   の１／２になるように前記第１、第２基板を前記センサ
   チップに接合することを特徴とする半導体差圧センサ