專利名稱：應(yīng)變檢測(cè)元件及使用它的壓力變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體應(yīng)變檢測(cè)元件及使用該元件的壓力變換器，更詳細(xì)地說(shuō)，涉以使用化學(xué)汽相淀積(CVD)法，在結(jié)構(gòu)變形部分的襯底上，形成具有補(bǔ)償所述襯底應(yīng)變量溫度系數(shù)那樣溫度特性的半導(dǎo)體壓敏電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變檢測(cè)元件及使用了該元件的壓力變換器。
迄今已有種種制造半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的方法。例如有用真空蒸鍍法或?yàn)R射法等形成薄膜應(yīng)變計(jì)的方法、或者有把結(jié)晶硅切出細(xì)長(zhǎng)的薄片狀以獲得半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的方法等。
用這些方法所獲得的薄膜應(yīng)變計(jì)或半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)貼附、粘結(jié)或蒸鍍?cè)谧冃尾糠?例如，金屬板、膜盒、金屬膜片等)上作為應(yīng)變檢測(cè)元件，而且用貼附等方法把靈敏度溫度補(bǔ)償用的電阻部分附設(shè)在應(yīng)變部分附近或應(yīng)變檢測(cè)元件外部，將該靈敏度溫度補(bǔ)償用的電阻部分與所述應(yīng)變檢測(cè)元件的輸入級(jí)串聯(lián)或并聯(lián)、又與晶體管和固定電阻同時(shí)插入，或者插入所述應(yīng)變檢測(cè)元件輸出級(jí)放大器的反饋電路，改變放大系數(shù)，進(jìn)行靈敏度的溫度補(bǔ)償。
另外，通過(guò)在單晶襯底內(nèi)選擇性地?cái)U(kuò)散雜質(zhì)、形成與襯底不同型的半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)電橋，作為應(yīng)變檢測(cè)元件，另外在單晶襯底內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散，形成靈敏度溫度補(bǔ)償電阻區(qū)，在與上述相同位置中插入靈敏度溫度補(bǔ)償用的電阻區(qū)，從而進(jìn)行靈敏度的溫度補(bǔ)償。


圖12和圖13是表示現(xiàn)有技術(shù)擴(kuò)散型壓力傳感器的變形部分的圖，標(biāo)號(hào)91是構(gòu)成襯底的硅片，在該硅片91的中央部分形成凹陷部分，構(gòu)成膜片部分92。然后，在上述膜片部分92上形成擴(kuò)散型壓敏電阻元件93，再進(jìn)一步形成為進(jìn)行靈敏度溫度補(bǔ)償用的擴(kuò)散型靈敏度溫度補(bǔ)償部分94。
可是，用現(xiàn)有技術(shù)的真空蒸鍍法或?yàn)R射法或者單晶切割等三種方法的應(yīng)變檢測(cè)元件，就電阻和應(yīng)變率來(lái)說(shuō)，雖具有溫度系數(shù)小而且使用溫度范圍廣這些優(yōu)點(diǎn)，但由于切割方法和雜質(zhì)濃度彌散等原因，必須進(jìn)行靈敏度的溫度補(bǔ)償，因此，要用靈敏度電阻等進(jìn)行外部或內(nèi)部補(bǔ)償。
另外，在壓力變換器中使用備有這種單晶切割型壓敏元件的膜片部分時(shí)，由于膜片部分制造時(shí)就要與接合部件進(jìn)行一體化處理，特別使膜片部分的制作與應(yīng)變計(jì)形成等很花費(fèi)工夫，因此招致成本增高這樣的缺點(diǎn)。
再說(shuō)，接合部分必須根據(jù)壓力變換器的安裝地點(diǎn)等各種變更，如按以前那樣使壓力傳感器部分與接合部件成為一體的話，制造時(shí)需要化費(fèi)時(shí)間，而且還有不能根據(jù)需要迅速作出相應(yīng)處理的缺點(diǎn)。
而且，通常將設(shè)置于接合部件的螺栓緊固后，往往由此產(chǎn)生的變形會(huì)波及膜片，從而對(duì)壓力傳感器產(chǎn)生外擾作用的弊病。
再者，以前安裝于壓力變換器上的信號(hào)處理裝置還存在使接合部件的軸向大而突出的缺點(diǎn)。
另外，對(duì)于使用擴(kuò)散型壓敏電阻元件的應(yīng)變檢測(cè)元件，電阻及應(yīng)變率的靈敏度溫度系數(shù)分別為2000PPm/℃、-1000PPm/℃，都很大，有必要用外加或同時(shí)形成的晶體管等有源元件或者靈敏度補(bǔ)償電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
這樣用另一途徑來(lái)設(shè)置靈敏度溫度補(bǔ)償手段，不僅造成制作工序的復(fù)雜化而且會(huì)由于元件點(diǎn)數(shù)增加而引起可靠性下降和響應(yīng)性能惡化等問(wèn)題。
本發(fā)明是鑒于上述情況而立題研究的，其目的在于消除上述問(wèn)題，提供一種構(gòu)成變形部分的襯底的應(yīng)變量溫度系數(shù)具有補(bǔ)償作用的溫度特性的半導(dǎo)體壓敏電阻計(jì)，以及使用了該元件的壓力變換器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的靈敏度溫度自行補(bǔ)償型應(yīng)變檢測(cè)元件是在構(gòu)成變形部分的襯底上，形成具有補(bǔ)償該襯底應(yīng)變量溫度系數(shù)那樣溫度特性的壓敏電阻應(yīng)變計(jì)，并用該壓敏電阻應(yīng)變計(jì)構(gòu)成惠斯登電橋而構(gòu)成的。
另外，所述應(yīng)變檢測(cè)元件的壓敏電阻應(yīng)變計(jì)，是使用摻雜用氣體和氫化硅氣體，用CVD法生成而構(gòu)成的。
還有，配備有所述應(yīng)變檢測(cè)元件的壓力變換器，其壓力傳感器部分與所述接合部件是用各自獨(dú)立的部件構(gòu)成的。
再者，所述壓力傳感器部分和輸入壓力用金屬管收在接合部件中形成的收納開口之內(nèi)，該壓力傳感器部分的壓力輸入口和輸入壓力用金屬管的一端，以及輸入壓力用金屬管的另一端與接合部件是分別粘合而構(gòu)成的。
另外，壓力傳感器部分是粘合在接合部件上所設(shè)置的突起部分上而構(gòu)成的。
而且，備有所述應(yīng)變檢測(cè)元件的壓力變換器還備有有膜片的壓力傳感器部分、支撐該壓力傳感器部分同時(shí)對(duì)該壓力傳感器部分輸入壓力的接合部件，以及環(huán)抱住處理來(lái)自所述壓力傳感器信號(hào)的信號(hào)處理裝置并與所述接合部件相連結(jié)的外殼，所述壓力傳感器部分是把膜片支撐在筒狀臺(tái)座部分一端而形成的，所述信號(hào)處理裝置是在沿與所述接合部件的軸向正交的方向延伸而同時(shí)圍繞所述壓力傳感器部分的襯底上形成的，所述外殼覆蓋所述襯底形成扁平的形狀，所述接合部件和所述外殼是對(duì)所述筒狀臺(tái)座部分的另一端進(jìn)行連接而構(gòu)成。
本發(fā)明利用化學(xué)汽相淀積裝置在氫化硅氣體中通入摻雜用氣體，通過(guò)改變其反應(yīng)條件等來(lái)控制壓敏電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏度溫度系數(shù)，對(duì)形成了該壓敏電阻應(yīng)變計(jì)的襯底的應(yīng)變溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。
另外，本發(fā)明的壓力傳感器部分與接合部件和外殼都是自成單體的，是分別單獨(dú)制成后再予以結(jié)合而形成整體化的。
再者。由于壓力傳感器部分與接合部件可以在分開的情況下進(jìn)行其性能檢查、校正和選擇，接合部件也可以單獨(dú)制造，準(zhǔn)備各種的規(guī)格品種，由此不僅便于制造、可降低成本，并有可能根據(jù)各種需要迅速地得到相應(yīng)的處理。
又由于信號(hào)處理裝置是延展在與所述接合部件的軸向正交的方向同時(shí)圍繞壓力傳感器部分的襯底上形成的，所述外殼環(huán)抱住所述襯底形成扁平的形狀，所述接合部件和所述外殼對(duì)所述筒狀臺(tái)座部分的另一端進(jìn)行連接，使壓力變換器沿接合部件的軸向尺寸變短，而且使整體趨于小形化。
因?yàn)槟てc接合部件之間介入有筒狀臺(tái)座部分，彼此相對(duì)是間接進(jìn)行連接的，所以在既定部位安裝壓力變換器時(shí)加在接合部件上的力，由于筒狀臺(tái)座部分的緣故而有所緩和，可防止其直接傳達(dá)到膜片。由此，變形部分就不會(huì)發(fā)生有害的信號(hào)。
還有，流體的壓力變成通過(guò)接合部件和筒狀臺(tái)座部分的空腔才作用到膜片上。
下面根據(jù)圖1至圖8中示出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。附圖中圖1是按照本發(fā)明的靈敏度溫度自行補(bǔ)償型應(yīng)變檢測(cè)元件的橫剖側(cè)視圖，圖2是圖1的平面圖，圖3是制造本發(fā)明應(yīng)變檢測(cè)元件的電容耦合型等離子體CVD裝置的簡(jiǎn)圖，圖4是展示有關(guān)構(gòu)成本發(fā)明膜片的襯底的楊氏彈性模量的溫度特性曲線圖，圖5是展示圖4襯底的應(yīng)變量的溫度特性曲線圖，圖6是展示本發(fā)明的應(yīng)變檢測(cè)元件的應(yīng)變-電阻特性曲線圖，圖7和圖8是有關(guān)本發(fā)明的壓敏電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變率的溫度特性曲線圖。其中圖7是以襯底溫度作為參量的特性曲線圖，以及圖8是以氫化硼溫度為參量的特性曲線圖。
在圖1或圖2中，標(biāo)號(hào)1是金屬性襯底，該襯底1，例如，可以是用不銹鋼整體成型而制成的，在該襯底1的下部由于形成凹陷部分的緣故形成圓形薄板部1a，作為受壓膜片22，并用該膜片22構(gòu)成了變形部分。
所述襯底1的上面經(jīng)研磨以后，在其上面例如，由等離子體CVD法形成層間絕緣用的氧化硅薄膜(SiO2膜)2，更進(jìn)一步，在該氧化硅薄膜2上用等離子體CVD法使其析出含有硅的薄膜(以下簡(jiǎn)稱為硅薄膜)。
然后，在所述硅膜上施行光刻技術(shù)，如圖1和圖2所示，留下部分硅薄膜而將其余部分全予除去，用留下的硅薄膜形成壓敏電阻應(yīng)變計(jì)3。
再進(jìn)一步給壓敏電阻應(yīng)變計(jì)3真空蒸鍍金之類的金屬形成電極，用超聲波焊接給電極裝上引線。然后對(duì)電極和引線進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接，構(gòu)成惠斯登電橋，就用該惠斯登電橋來(lái)測(cè)定直接壓力。
接著在襯底1上析出氧化硅薄膜2，更進(jìn)一步為使該氧化硅薄膜2上析出硅薄膜所用的等離子體CVD法是CVD法中的一種，其他還有減壓CVD法，光CVD法和激光CVD法，等等。作為一實(shí)施例僅就等離子體CVD裝置加以說(shuō)明。
等離子體CVD裝置中，有電感耦合方式和電容耦合方式(詳細(xì)可參照營(yíng)野卓雄編著的《半導(dǎo)體等離子加工技術(shù)》一書)。
此處描述使用電容耦合型等離子體CVD裝置的情況。
圖3是電容耦合型等離子體CVD裝置的一個(gè)實(shí)施例，在反應(yīng)室11內(nèi)部相對(duì)配置了圓形襯底電極12和高頻電極13。
同時(shí)，在反應(yīng)室11外側(cè)區(qū)附近，設(shè)有為連通真空泵(圖上未示出)的通路14，形成了14，用所述真空泵就構(gòu)成了反應(yīng)室11內(nèi)的排氣環(huán)境。
一方面，在所述襯底電極12的中心部分形成了氣體輸入通路15，從該氣體輸入通路15構(gòu)成了輸入氫化硅氣體和氫化硼氣體等反應(yīng)氣體的環(huán)境。
然后，用磁回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)16構(gòu)成了可回轉(zhuǎn)的所述襯底電極12。
并且，在所述襯底電極12的下方配置了加熱器17，用該加熱器17構(gòu)成了控制反應(yīng)室11內(nèi)基板電極12的溫度條件。
下面根據(jù)上述裝置說(shuō)明關(guān)于在氧化硅薄膜2上析出硅薄膜的方法。
首先，將形成氧化硅薄膜2的襯底1配置在反應(yīng)室11內(nèi)的襯底電極12上，用所述真空泵對(duì)該反應(yīng)室11內(nèi)的空氣進(jìn)行排氣。
然后，從氣體輸入通路15向反應(yīng)室11內(nèi)輸入SiH4氣體(H290%稀釋)和作為摻雜用氣體之一例的B2H6氣體(1500ppm、H2稀釋)，SiH4氣體與B2H6氣體的比例用克分子比為100∶0.01-100∶2，以此混合氣體作為反應(yīng)氣體。用襯底電極12和高頻電極13給該反應(yīng)氣體施加高頻電場(chǎng)，利用其電能激活反應(yīng)氣體，在該等離子區(qū)中使襯底狀物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而在氧化硅薄膜2的表面析出薄膜。
用針閥微調(diào)SiH4氣體和B2H6氣體的流量，例如，將B2H6氣體的流量調(diào)整為30SCCM(20℃、在一大氣壓時(shí)平均每分鐘的CM3)、60SCCM、90SCCM、120SCCM、150SCCM。
同時(shí)，將反應(yīng)室11內(nèi)的壓力設(shè)定為大約1.0托。該壓力是通過(guò)設(shè)置膜片真空計(jì)而測(cè)定的。
更進(jìn)一步，將襯底溫度(Ts)各自變?yōu)?00℃、550℃、575℃、600℃、625℃、650℃、分別對(duì)壓敏電阻應(yīng)變計(jì)進(jìn)行了調(diào)整。
下面，說(shuō)明如上進(jìn)行了調(diào)整的有關(guān)壓敏電阻應(yīng)變計(jì)3與構(gòu)成不銹鋼膜片的襯底1之間的關(guān)系。
將上述加在不銹鋼膜片上的壓力看成與圓周固定圓板的等分布荷重等價(jià)，設(shè)膜片的半徑方向和圓周方向應(yīng)力為σr，σθ，壓力為p，膜片厚度為h，泊松比為γ，膜片半徑為α，自中心的半徑為r，則σr= 3/8 (pa2)/(h2) ［(1+γ)-(3+γ) (r2)/(a2) ］…(1)σθ= 3/8 (pa2)/(h2) ［(1+γ)-(1+3γ) (r2)/(a2) ］…(2)又。設(shè)半徑方向和圓周方向的應(yīng)變?yōu)棣舝、εθ，則εr= (σr)/(E) …(3)εr= (σθ)/(E) …(4)一方面，不銹鋼的楊氏彈性模量的溫度特性如圖4所示，圖中，橫軸是周圍溫度T(℃)，縱軸表示楊氏彈性模量E(kgf/mm2)，另外，相對(duì)于周圍溫度T(℃)的應(yīng)變量ε的變化如圖5所示圖中，橫軸是周圍溫度T(℃)，縱軸表示應(yīng)變量ε。圖5所表示的曲線是由于在(3)、(4)式中楊氏彈性模量E是分母，并且，楊氏彈性模量E具有下降坡度的溫度特性之故。
即，從圖4至圖5及(1)至(4)式，可以看出，如果不銹鋼膜片的溫度上升，則不銹鋼膜片的應(yīng)變量也增加，即，顯然應(yīng)變量溫度系數(shù)具有正的趨勢(shì)。
同時(shí)，圖6展示用所述等離子體CVD法時(shí)，在對(duì)反應(yīng)條件作各種變化的情況下，經(jīng)調(diào)整的壓敏電阻元件的應(yīng)變?chǔ)艑?duì)于表示電阻(R)的變化程度的電阻變化率(△R/R)之間的特性曲線。
如圖6所示，該壓敏電阻元件由于添加硼而呈現(xiàn)P型傳導(dǎo)，電阻變化率(△R/R)相對(duì)于拉伸時(shí)增大，相對(duì)于壓縮時(shí)減小。顯然根據(jù)本發(fā)明制出的壓敏電阻元件，相對(duì)于應(yīng)變具有直線性的特性曲線。
下面，由上述壓敏電阻元件構(gòu)成的壓敏電阻應(yīng)變計(jì)3，其應(yīng)變率G隨周圍溫度T(℃)變化的情況示于圖7。此處，應(yīng)變率G可由下式表示。
G＝(△R/R)/(△l/l)式中，△l/l表示長(zhǎng)度變化率，即變形ε。
從該圖可清楚看到，在襯底溫度約為550℃時(shí)所形成的應(yīng)變率變化與周圍溫度具有正的依賴關(guān)系，同時(shí)在襯底溫度約為575℃以上時(shí)所形成的應(yīng)變率變化則具有負(fù)的周圍溫度依賴關(guān)系。
圖7加圖8展示以反應(yīng)氣體中氫化硼添加比例為參數(shù)的情況下，壓敏電阻應(yīng)變計(jì)3的應(yīng)變率隨周圍溫度T(℃)變化的特性曲線。
從該圖中可清楚看到，通過(guò)控制氫化硼的添加比例，可獲得所要求的應(yīng)變率變化的壓敏電阻應(yīng)變計(jì)3。
就是說(shuō)，依靠對(duì)氫化硼添加比例進(jìn)行各種變化，可以使應(yīng)變率G隨著周圍溫度T(℃)的上升而降低。
但是，壓敏電阻應(yīng)變計(jì)的電阻變化率△R/R可以利用應(yīng)變率G和變形量ε，用以下的(5)式表示△R/R＝G·ε…(5)同時(shí)，膜片溫度為T(℃)時(shí)應(yīng)變率GT和應(yīng)變量εT可以利用應(yīng)變率溫度系數(shù)α和應(yīng)變量溫度系數(shù)β，用(6)式和(7)式來(lái)表示GT＝G(1+α·T) …(6)εT＝ε(1+β·T) …(7)因此，壓敏電阻應(yīng)變計(jì)在溫度T(℃)時(shí)，其電阻變化率顯然可用(8)式予以表示( (△R)/(R) )T＝G·ε〔1+(α+β)·T+α·β·T2〕…(8)見(8)式，用襯底構(gòu)成的變形部分膜片的應(yīng)變量溫度系數(shù)β和應(yīng)變率溫度系數(shù)α，可以決定壓敏電阻應(yīng)變計(jì)的電阻隨溫度變化而變化的情況，又根據(jù)本實(shí)施例使用了不銹鋼膜片和壓敏電阻應(yīng)變計(jì)的壓力傳感器的輸出，設(shè)惠斯登電橋電路的輸入電壓為Ein，其輸出電壓為Eout，則可用(9)式予以表示Eout＝( (△R)/(R) )T·Ein…(9)因此，壓力傳感器的靈敏度溫度特性T可用(10)式予以表示T＝(α+β)T+α·β·T2…(10)據(jù)此可清楚看到，壓力傳感器的靈敏度溫度特性，可由用襯底構(gòu)成的變形部分薄膜的應(yīng)變量溫度系數(shù)β和應(yīng)變率溫度系數(shù)α確定。
此處，顯然膜片的應(yīng)變量溫度系數(shù)β如圖5所示，具有上升的斜度，壓敏電阻應(yīng)變計(jì)3的應(yīng)變率溫度系數(shù)α則如圖7、8所示，具有大致下降的斜度。
因此，如果選擇壓敏電阻應(yīng)變計(jì)3，使其應(yīng)變率溫度系數(shù)α能夠補(bǔ)償(抵消)膜片的變形量溫度系數(shù)β，就可以使壓力傳感器的靈敏度溫度特性T變小。
從而，根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器，可在沒(méi)有靈敏度溫度補(bǔ)償部分的情況下，使壓敏電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變率溫度系數(shù)補(bǔ)償膜片的應(yīng)變量溫度系數(shù)，此外，如果通過(guò)改變等離子體CVD法的反應(yīng)條件，作成具有所要求的靈敏度溫度系數(shù)和零溫度系數(shù)的壓敏電阻應(yīng)變計(jì)的話，就能使壓力傳感器的溫度特性綜合地變小。
在本實(shí)施例中，雖然描述了適用于由不銹鋼構(gòu)成的金屬膜片，但是不用說(shuō)本發(fā)明也能夠適用于各種材質(zhì)的膜片。
下面，參照?qǐng)D9至11對(duì)上述用有關(guān)本發(fā)明的靈敏度溫度自行補(bǔ)償型應(yīng)變檢測(cè)元件的壓力變換器及其適合的具體實(shí)例加以說(shuō)明。
圖9、圖10及圖11分別是與本發(fā)明有關(guān)的壓力變換器的垂直剖面圖。
如圖9所示，壓力變換器備置有裝在接合部件21的開口部分30內(nèi)的壓力傳感器19、位于該壓力傳感器部分19的下方輸入壓力用金屬管20和圍繞該壓力傳感器部分及輸入壓力用金屬管20的接合部件21。
壓力傳感器部分19包含膜片22和將膜片22支撐于其上的筒狀臺(tái)座部分23，這些都是用不銹鋼整體成形加工成的。
該膜片22即成為壓力傳感器部分19的變形部分，在其上面形成了如圖1和圖2所示的靈敏度溫度自行補(bǔ)償型應(yīng)變檢測(cè)元件的構(gòu)成要素。
另外，在膜片22的上面用粘接劑等粘合了淺盤子狀的密閉封帽26。
還有，標(biāo)號(hào)27是為了取出來(lái)自所述應(yīng)變計(jì)的輸出信號(hào)在所述密閉封帽26上焊錫裝上的電線，為與所述壓敏電阻應(yīng)變計(jì)3連接，該電線連接了引線32。并且，所述密閉封帽26裝在環(huán)狀物33內(nèi)，在該環(huán)狀物33中充填有樹酯封裝材料44。
就構(gòu)成應(yīng)變檢測(cè)元件的氧化硅薄膜2的形成來(lái)說(shuō)，是采用了所述等離子體CVD法。
所述筒狀臺(tái)座部23既當(dāng)所述膜片的支撐，同時(shí)又成為壓力輸入部分，其內(nèi)部作為輸入壓力用的空腔28(壓力輸入口)。這樣的筒狀臺(tái)座部分23和膜片22在制造階段是整體做成的，但即使是單獨(dú)做成后再結(jié)合在一起的話也是可行的。
在該筒狀臺(tái)座部分23的內(nèi)側(cè)連接輸入壓力用金屬管20的頂端。對(duì)這種連接來(lái)說(shuō)采用電子束焊接和激光焊接等熱量輸入少的焊接方法均可。因此，連接部分的變形既小又可得到切實(shí)的密封。
所述輸入壓力用金屬管20與接合部件21進(jìn)行連接。這種連接也都用上述同樣的焊頭方法實(shí)現(xiàn)。該接合部件21大體呈圓筒狀，在其內(nèi)部下方的孔29中插入所述輸入壓力用的金屬管20，在內(nèi)部上方的空洞28中貯藏著置于間隙中的所述壓力傳感器部分19。另外，在接合部件外面的上下方加工有安裝該壓力變換器用的螺紋31、31，在其中心部分則加工成擴(kuò)張部分21a。
對(duì)接合部件21來(lái)說(shuō)，在將圖1未示出的螺母等安裝到螺紋31上并施加外力時(shí)，由于如上所述壓力傳感器部分19與接合部件21并不直接接觸，所以加到接合部件21的力就不至于傳送到壓力傳感器部分19的膜片22上。
接著，圖10展示了本發(fā)明的另一實(shí)施例。
在接合部件21的中心部位形成壓力輸入口35，在接合部件21的外面的中央部位形成擴(kuò)張部分21a，在其上下方分別形成螺紋31，壓力傳感器19的筒狀臺(tái)座部連接在上面中央突起部分21b上。在該情況下，壓力傳感器部分19與接合部件21的連接是非常容易的。
下面，一邊參照?qǐng)D11，一邊對(duì)上述壓力變換器已裝好信號(hào)處理裝置等情況下的合適的實(shí)施例(壓力變換器)加以說(shuō)明。
如圖11所示，壓力變換器備置有具有形成了壓敏電阻應(yīng)變計(jì)3的膜片22的壓力傳感器部分19，支撐該壓力傳感器部分19同時(shí)對(duì)壓力傳感器部分19輸入壓力的接合部件21，以及覆蓋處理來(lái)自所述壓力傳感器部分19的信號(hào)的信號(hào)處理裝置、并與所述接合部件21進(jìn)行連接的外殼50。
壓力傳感器部分19包含膜片22和將膜片22支撐于其上的筒狀臺(tái)座部分23。
所述筒狀臺(tái)座部23是當(dāng)做壓力傳感器部分19的壓力輸入部分用的，其內(nèi)部構(gòu)成了輸入壓力用的空腔28(壓力輸入口)。
圖示例中，筒狀臺(tái)座23和膜片22是用不銹鋼材整體車削加工成的，但即使是單獨(dú)作成后再結(jié)合在一起的話也是可行的。
所述膜片22即成為壓力傳感器部分19的變形部分，在其上面形成如前所述的氧化硅(SiO2)薄膜2，并進(jìn)一步在其上又形成了由硅薄膜構(gòu)成的壓敏電阻應(yīng)變計(jì)3。
就所述氧化硅薄膜2的形成來(lái)說(shuō)，是采用了象前述那樣的等離子體CVD法。
所述信號(hào)處理裝置含有放大來(lái)自所述壓力傳感器部分19的信號(hào)的放大器電路，都是形成在延展于與所述接合部件21的軸向正交的方向的襯底49上的。
而且，該襯底49在中央形成有穴的環(huán)形，圍繞住所述壓力傳感器部分19的筒狀臺(tái)座部分23，對(duì)其周邊的邊緣部分34保持著凸緣狀。
還有，用引線32將壓力傳感器部分19的應(yīng)變計(jì)3與襯底49進(jìn)行連接。并且，將掩蔽所述壓力傳感器部分19的應(yīng)變計(jì)3的橡膠制的保護(hù)罩緊固在所述襯底49上。
所述接合部材21加工成管狀，在其上端設(shè)置有可與所述壓力傳感器部分19的筒狀臺(tái)座部分23的下端及所述外殼50的下端接合的階梯形接口37，在其下端設(shè)置了可將之安裝到壓力測(cè)定部位用的螺紋31。
所述外殼50由位于與所述基板49下方中央空穴處相遇的盤子狀的外殼下部50a，以及位于所述襯底和壓力傳感器部分19上方的罩狀的外殼上部50b構(gòu)成，在它們的周邊進(jìn)行嵌合整體構(gòu)成扁平形狀。
所述接合部件21的階梯形接口37的部分與所述外殼下部50a穴的邊緣部分相互處于重合的狀態(tài)，對(duì)著所述筒狀臺(tái)座部23的下端都連接在一起。
再者，前述連結(jié)在圖示例中都用電子束焊接和激光焊接等熱量輸入少的焊接方法。由此連接部分的變形既小又可得到切實(shí)的密封。
還有，以標(biāo)號(hào)39示出的是為細(xì)調(diào)整所述襯底49與所述外殼50間位置關(guān)系、用橡膠制成的密封部件。
同時(shí)，以標(biāo)號(hào)40示出的是為取出來(lái)自所述壓力傳感器部分的輸出信號(hào)錫焊在所述襯底19上的電線，該電線40穿過(guò)安裝在所述外殼上的絕緣管41引出到外殼之外。
使用如上所述的壓力變換器時(shí)，需要進(jìn)行壓力測(cè)定的流體沿著接合部件的軸孔，通過(guò)筒狀臺(tái)座部分的空腔28而作用到膜片22上。據(jù)此，與流體壓力相對(duì)應(yīng)在襯底49上產(chǎn)生出信號(hào)，經(jīng)襯底上的信號(hào)處理裝置處理后，由引線取出到外面。
從以上實(shí)施例的說(shuō)明中，可以清楚看到在本發(fā)明中，由于利用根據(jù)用摻雜用氣體和氧化硅氣體的CVD法所生成的壓敏電阻應(yīng)變計(jì)的特性，可以成為不必要另設(shè)感溫電阻等外部或內(nèi)部靈敏度溫度補(bǔ)償?shù)膲毫鞲衅?。即，如采用本發(fā)明能夠在構(gòu)成變形部分的基板上，形成具有補(bǔ)償該襯底應(yīng)變量溫度系數(shù)那樣應(yīng)變率溫度系數(shù)的壓敏電阻應(yīng)變計(jì)，通過(guò)由該壓敏電阻應(yīng)變計(jì)構(gòu)成的惠斯登電橋，即使不另外設(shè)置進(jìn)行靈敏度溫度補(bǔ)償?shù)碾娮?，由于壓敏電阻?yīng)變計(jì)本身的應(yīng)變率溫度系數(shù)也能夠補(bǔ)償構(gòu)成變形部分襯底的應(yīng)變量溫度系數(shù)。
并且，與上述效果相應(yīng)隨著能夠謀求壓敏電阻應(yīng)變計(jì)自身制造工序的簡(jiǎn)化，由于減少元件點(diǎn)數(shù)。還可以謀求提高可靠性和提高響應(yīng)性能等。
再者，由于在本發(fā)明的壓力變換器中，這樣構(gòu)成的壓力傳感器部分與接合部件是單獨(dú)制成后再結(jié)合而成整體化的，因此，壓力傳感器部分和接合部件可以在分開的情況下進(jìn)行其性能檢查、校正和選擇，接合部件也可以單獨(dú)制造，準(zhǔn)備各種的規(guī)格品種，由此不僅便于制造，可降低成本，即使對(duì)于特殊用途，由于容易適應(yīng)、也能夠起到根據(jù)各種需要迅速地相應(yīng)處理的效果。
而且，由于膜片與接合部件之間相對(duì)介入有筒狀臺(tái)座部分等，是間接進(jìn)行連接的，所以在既定部位安裝壓力變換器時(shí)，加在接合部件上的力，由于筒狀臺(tái)座部分的緣故而有所緩和，可防止其直接傳達(dá)到膜片。從而可防止以前安裝壓力變換器時(shí)容易伴生的在變形部分方面有害信號(hào)的發(fā)生，從而提高了測(cè)定精度，并且由于整體實(shí)現(xiàn)了小型化，所以即使在空間有限的壓力測(cè)定部位也能夠很容易進(jìn)行安裝。
并且，由于信號(hào)處理裝置是延展在與所述接合部件的軸向正交的方向同時(shí)圍繞壓力傳感器部分而形成在襯底上的，所述外殼覆蓋該襯底，形成扁平的形狀，而且所述接合部件和所述外殼相對(duì)于所述筒狀臺(tái)座部分的另一端相互連接在一起，所以可防止壓力變換器的接合部件軸向容易不恰當(dāng)產(chǎn)生的在變形部分方面有害信號(hào)的發(fā)生，能夠起到提高測(cè)定精度的效果。
權(quán)利要求
1.靈敏度溫度自行補(bǔ)償型應(yīng)變檢測(cè)元件，其特征在于它是在構(gòu)成變形部分的襯底上形成具有補(bǔ)償該襯底應(yīng)變量溫度系數(shù)那樣溫度特性的壓敏電阻應(yīng)變計(jì)，并用該壓敏電阻應(yīng)變計(jì)構(gòu)成惠斯登電橋而構(gòu)成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靈敏度溫度自行補(bǔ)償型應(yīng)變檢測(cè)元件，其特征在于壓敏電阻應(yīng)變計(jì)是用含有摻雜用氣體和氫化硅氣體等反應(yīng)氣體依靠CVD法而生成的。
3.壓力變換器，其特征在于具有備置有權(quán)利要求1或2所述的靈敏度溫度自行補(bǔ)償型應(yīng)變檢測(cè)元件的膜片的壓力傳感器部分和輸入壓力的接合部件是由獨(dú)立構(gòu)件構(gòu)成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3描述的壓力變換器，其特征在于所述壓力傳感器部分和輸入壓力用金屬管均裝入接合部件內(nèi)所形成的開口之內(nèi)，該壓力傳感器部分的壓力輸入口和輸入壓力用金屬管的一端，以及輸入壓力用金屬管的另一端與接合部件是分別粘合而構(gòu)成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力變換器，其特征在于所述壓力傳感器部分粘合在接合部件已設(shè)置好的突起部分上。
6.壓力變換器，備置有具有權(quán)利要求1或2所述的靈敏度溫度自行補(bǔ)償型應(yīng)變檢測(cè)元件的膜片的壓力傳感器部分。支撐該壓力傳感器部分的同時(shí)對(duì)該壓力傳感器部分輸入壓力的接合部件，以及環(huán)抱住對(duì)來(lái)自所述壓力傳感器信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理裝置并與所述接合部件相連接的外殼，壓力變換器，其特征在于所述壓力傳感器部分是依靠支撐在筒狀臺(tái)座部分一端的膜片而形成的，所述信號(hào)處理裝置是延展在與所述接合部件的軸向正交的方向同時(shí)圍繞所述壓力傳感器部分而形成在襯底上的，所述外殼覆蓋所述襯底形成扁平的形狀，所述筒狀臺(tái)座部分的另一端和所述外殼相對(duì)于所述接合部件都連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用CVD法在構(gòu)成變形部分的襯底上，形成具有補(bǔ)償所述襯底應(yīng)變量溫度系數(shù)那樣溫度特性的半導(dǎo)體壓敏電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變檢測(cè)元件及使用了該元件的壓力變換器。由于在本發(fā)明的壓力變換器中壓力傳感器部分與接合部件是獨(dú)立制成后再結(jié)合而形成整體化的，結(jié)構(gòu)上已注意到防止安裝時(shí)在變形部分可能伴生的有害信號(hào)的發(fā)生，所以不僅便于制造和安裝，可降低成本，適應(yīng)性強(qiáng)，整體實(shí)現(xiàn)了小型化且可收到提高測(cè)定精度的效果。
文檔編號(hào)G01L19/04GK1049718SQ8910696
公開日1991年3月6日 申請(qǐng)日期1989年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月25日
發(fā)明者長(zhǎng)坂宏, 遠(yuǎn)山秀司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社長(zhǎng)野計(jì)器制作所