物理量传感器的制作方法

专利名称：物理量传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在基板上形成电阻器后检出所定的物理量的传感器，例如涉及检出流体的流量的流量传感器、或加速度传感器、倾斜传感器中应用的物理量传感器。
背景技术：
作为检出汽车等内燃机的吸入空气量的流量传感器，有人提出在硅(Si)等半导体基板上，使用微型机器技术制造传感器元件的方案。这种类型的流量传感器，能够用低成本大批量生产，还具有小型、能够用低电力驱动的优点。作为这种传感器，能够直接测量质量流量的发热电阻器式的空气流量传感器，已成为主流。
现有技术中广为人知的半导体类型的发热电阻器式流量传感器，例如专利文献1(特开2001-021401号公报)所述，除去硅基板中的一部分，形成具有空洞部的隔膜(diaphragm)结构，在该隔膜上形成发热电阻器和温度补偿电阻器。因此，这种传感器存在机械强度低、因隔膜部位的内部应力不平衡而产生挠曲的问题。在所述公报中，给所述隔膜部位配备刚性部件，从而减少隔膜的挠曲，提高传感器元件的可靠性和空气流量的测量精度。
专利文献1特开2001-021401号公报许多物理量传感器，利用粘接剂固定传感器元件。另外，为了保护旨在调出来自传感器元件的电信号的引线接合，而使用环氧树脂等密封材料。这些粘接剂及密封材料，在环境温度变化的作用下，膨胀·收缩，产生应力。另外，来自收纳传感器元件的驱动电路等的安装部件的应力，还会传给传感器元件。在传感器元件中产生应力后，应力就加到传感器元件中形成的电阻器上，使电阻值变化。特别是用硅等半导体形成电阻器时，压电电阻系数增大，电阻变化很大。这种电阻变化，成为导致测量精度下降的重要原因。
上述特开2001-021401号公报讲述的热式空气流量传感器，是降低在隔膜内产生的内部应力的失衡引起的挠曲的传感器。所以，虽然降低了内部应力引起的挠曲，但却没有考虑对来自外部的应力。另外，由安装部件外加给传感器元件的应力，不仅影响隔膜部位，而且还影响整个传感器元件。所以，不仅影响旨在检出物理量的电阻器，而且还影响旨在调出这些电信号的布线部。这样，关于安装传感器元件的部件产生的应力的影响，还遗留着需要解决的课题。

发明内容
本发明的目的在于，降低由外加给传感器元件的应力而引起的电阻变化，提供高精度的物理量传感器。
本发明的物理量传感器，基本上利用以下手段，解决上述课题。
(1)一种手段是在基板上带状图案形成旨在计测物理量的物理量传感器中，采用下述结构。
加给基板的应力，从各种方向外加应力。将与其中的所定方向(例如最大应力的外加方向)的应力σ平行的方向定义为横向、将垂直的方向定义为纵向后，所述电阻器，就具有横向电阻成分Rl和纵向电阻成分Rt。加给基板的应力σ，加给横向的电阻成分Rl时的压电电阻系数πl，和加给纵向的电阻成分Rt时的压电电阻系数πt之比，是πl∶πl＝-n∶1(即πt/πl＝-1/n，n为整数)时，将纵向的电阻成分Rt和横向的电阻成分Rl的电阻比，设定成与压电电阻系数πl和πt之比的绝对值大致相等(Rl/Rt|πt/πl|)。
例如电阻器是掺入杂质的多晶硅时，πl和πt的关系是πl＝-3πt。就是说，对于加给基板的应力σ而言，横向的电阻成分Rl的压电电阻系数πl，向负方向变化，而且是纵向电阻的压电电阻系数πt的3倍的变化率(πl∶πt＝-3∶1)。
这样，如果设纵向的电阻成分Rt和横向的电阻成分Rl的电阻值的比为Rt∶Rl＝3∶1，那么应力σ的电阻变化就互相抵消，能够降低电阻器整体的变化。用公式表达这种情况，就成为ΔR＝(Rlπl+Rtπt)σ此外，πl∶πt是n∶1(例如3∶1)时，如果令Rt∶Rl为n∶1±0.5(例如2∶1(？1)3∶0.5)，就能够将误差减少一半(ΔR＝0.5σ)。所以，想使传感器的应力误差至少减少一半时，可在n∶l～n∶1±0.5的范围内设定Rt∶Rl。
进而，在半导体基板上形成电阻器时，使Rl和Rt的电阻器的线宽大致相等后，可以减少离差。为了简易地调整Rl和Rt的电阻值之比，虽然有调整电阻Rl和Rt的电阻长度或调整电阻宽度的方法，但最好使电阻宽度相同后，用电阻长度进行调整。这是由于为了减少布线电阻造成的灵敏度下降，需要加大传感器元件的检出部的电阻值，所以电阻线宽变细的缘故。腐蚀细图案的电阻器时，腐蚀量的离差(过度腐蚀)的影响增大。如果使电阻器的线宽相等，即使过度腐蚀时，也能确保Rl和Rt的电阻比，所以能使其更加高精度化。
(2)另一个发明其特征在于在基板上形成电阻器(电阻器是1个电阻器或2个以上(在本申请文件中“以上”包含本数)的串联电阻器)的物理量传感器中，电阻器的电源端子和接地端子，以4端子以上构成。这样，采用4端子以上后，能够通过端子做媒介，将旨在维持电源电压和接地电压的反馈元件，与串联的电阻器的电源端子和接地端子连接。
这样，即使电阻器的电源侧的布线及接地侧的布线电阻，由于应力畸变等而出现变化时，也能构成对上述电阻器的布线电阻的畸变无略不计的驱动电路，能够降低应力外加给布线部分时的影响。
采用本发明后，可以降低外加给传感器元件的应力的影响，获得高精度的物理量传感器。


图1是本实施方式中的传感器元件的简要俯视图。
图2是第1实施方式中的传感器元件的剖面图。
图3是第1实施方式中的传感器元件的驱动电路。
图4是表示第1实施方式中的传感器元件的安装结构的纵剖面图。
图5是表示第1实施方式中的热敏电阻器的形状的俯视图。
图6是表示第1实施方式中的其它热敏电阻器的形状的俯视图。
图7是表示本发明的第2实施方式中的热敏电阻器的形状的俯视图。
图8是表示本发明的第3实施方式中的传感器元件的形状的俯视图。
图9是表示第3实施方式中的传感器元件的纵剖面图。
图10是表示第3实施方式中的传感器元件的驱动电路的图。
图11是第3实施方式中的热敏电阻器的形状的俯视图。
图12是表示本发明的第4实施方式中的传感器元件的简要俯视图。
图13是表示第4实施方式中的传感器元件的驱动电路的一部分的图。
图14是表示第4实施方式中的传感器元件的驱动电路的一部分的图。
具体实施例方式
下面，参照附图，讲述本发明涉及的物理量传感器的优选实施方式。
(第1实施方式)第1实施方式，作为物理量传感器，例示旨在计测汽车等的内燃机的吸入空气流量的热式空气流量传感器。
图1是本实施方式中的传感器元件的简要俯视图，另外，图2是表示图1中的A-A剖面的简要图。在这些图中，传感器元件1在单晶硅(Si)板制的半导体基板2(基体)上，采用下述方法形成。
在半导体基板2的一部分上，通过各向异性腐蚀，形成空洞部3。该空洞部3，由平面形状为长方形的孔构成。在空洞部3的一个面上，形成隔膜4。隔膜4，由在半导体基板2的一个面上，通过热氧化或CVD(Chemical VaporDeposition)形成的二氧化硅(SiO2)的电绝缘膜5构成。
在隔膜4上，形成具有温度依赖特性的发热电阻器6和热敏电阻器7a、7b、8a、8b。再在离开隔膜4的部位，形成空气温度补偿用的热敏电阻器9。这些电阻器的布线10，也在基板1上形成。这些电阻器及布线，是多晶硅，采用CVD等，在电绝缘膜5上形成多晶硅层，再腐蚀成所需的形状后形成。
这些电阻器，由例如采用热扩散或离子注入的方法，掺入了磷(P)的n型的多晶硅构成，以便成为所需的电阻值·电阻温度系数。
空气流量的气流43，面向图纸从左向右流动后，热敏电阻器7a、7b配置在发热电阻器6的上游，热敏电阻器8a、8b配置在发热电阻器6的下游。各电阻器7a、7b、8a、8b，是分别将互相正交的纵向电阻成分29和横向电阻成分28组合而成的元件。图5示出其一个例子。在这里，将与外加给基板2的所定方向的应力σ(在这里，所定方向最好与应力分布中的最大方向一致)平行的方向定义为横向(X方向)，垂直的方向定义为纵向(Y方向)。
图5是表示热敏电阻器7a、7b、8a、8b中的某一个(在这里是热敏电阻器8a)的排列的图形，成为向纵向(Y方向)延伸后反复折回的纵向的电阻成分(纵向电阻成分Rt)29，与向横向(X方向)延伸后反复折回的横向的电阻成分(横向电阻成分Rl)28的电阻值之比，与电阻器的压电电阻系数πl与πt之比n∶1大致相等的形状(长度)。其它的热敏电阻器7a、7b、8b，也成为同样的结构。具体的热敏电阻器的形状，将在后文讲述。
为了保护这些电阻器，形成电绝缘膜11。电绝缘膜11，采用CVD等方法形成二氧化硅(SiO2)。进而，为了取出各电阻器的电极，形成铝电极12。
下面，讲述使用传感器元件1计测空气流量的原理。为了计测空气流量，使用图3所示的电桥电路、运算放大器15及加热电流控制的晶体管16，电性地加热控制发热电阻器6，保证发热电阻器6的温度始终比感知空气温度的温度补偿电阻器9的温度高一定温度(该电路的详细内容将在后文讲述)。在这种状态下，计测在发热电阻器6的上下游形成的热敏电阻器7(7a、7b)、8(8a、8b)的温度差。没有流过空气时，隔膜4上的温度分布，以发热电阻器6为中心对称。所以，在热敏电阻器7a、7b和8a、8b上不产生温度差。另一方面，空气向图中43的方向流动时，配置在发热电阻器6的上游侧的热敏电阻器7a、7b的温度下降，下游侧的热敏电阻器8a、8b的温度上升，产生温度差。由于这些热敏电阻器7a、7b、8a、8b的电阻值随着温度变化，所以电性地取出将温度变化作为电阻值的变化后，就可以获得与空气流量相应的电信号。
另外，空气向与空气流43的方向相反的方向流动时，由于所述的温度分布也成为相反的状态，所以通过比较热敏电阻器7a、7b和热敏电阻器8a、8b的电阻值，可以判别流动的方向。
在这里，讲述旨在驱动传感器元件1计测空气流量的驱动电路。
图3(a)是旨在控制发热电阻器6的温度的反馈电路。该电路具有由发热电阻器6、温度补偿电阻器9、固定电阻13及14构成的电桥电路。该电桥电路的差电压，由运算放大器15检出，通过晶体管16控制加热电流。在加热电流的作用下，发热电阻器6的温度上升，电阻值变化。所以，调整固定电阻13和固定电阻14的电阻值后，可以调整发热电阻器6和温度补偿电阻器9的电阻比。温度补偿电阻器9，与空气温度大致相等。发热电阻器6与温度补偿电阻器9的电阻之比，与对空气温度而言的发热电阻器6的温度值对应。所以，能够保证发热电阻器6的温度始终比空气温度高一定的温度。
图3(b)是检出发热电阻器6的上下游的温度差，输出与空气流量有关的电信号的电路。该电路用热敏电阻器7a、7b、8a、8b构成电桥电路，通过运算器17后输出。在图1的43的方向出现空气流时，热敏电阻器7a、7b的温度下降后，其电阻值下降；热敏电阻器8a、8b的温度上升后，其电阻值上升。这样，在电桥电路中，就产生与空气流量对应的差电压。空气倒流时，能够根据差电压的符号，检知空气流的方向。另外，还可以使运算器17具有修正、输出电桥电路的输出的功能。
图4是采用将传感器元件1安装到汽车用发动机的吸气管道中，测量吸入空气流量的结构时的剖面图。吸入空气如箭头43所示，在吸气管道的主通道18中流动。传感器元件1，设置在突出到主通道18内的副通道19中。然后，构成该副通道19的部件20，被外壳21支承。
外壳21，在支承紧固件22的作用下，被安装到吸气管道的壁面23上。在该外壳21中，设置着电路基板24。旨在驱动传感器元件1、获得空气信号的驱动电路，搭载在电路基板24上。
传感器元件1，被外壳21机械性地支承，通过接合引线26与电路基板24的驱动电路电连接。另外，为了保护接合引线26，使用环氧树脂等等树脂保护传感器元件1的电极和电路基板24。具有该传感器元件1的热式空气流量传感器的空气流量信号，通过连接器25后被取出，供给未图示的发动机控制用计算机，被用于燃料供给量的控制等。
可是，上述结构的热式空气流量传感器，为了安装传感器元件1而在传感器元件1的背面涂敷粘接剂，进而，为了保护接合引线26，还形成密封材料27。形成这些粘接剂及密封材料27等树脂，需要在涂敷树脂后，装入高温炉中使其硬化。在硬化之际，树脂膨胀·收缩，产生应力。这样，传感器元件1就被外加应力。在传感器元件1中，形成多个电阻器7a、7b、8a、8b，应力就被外加给这些电阻器。
应力被外加给这些电阻器后，其电阻值就按照下式变化。
ΔR/R＝πlσ+πtσ …(1)式中ΔR/R是电阻变化率，πl是应力σ外加给横向的电阻成分28时的压电电阻系数，πt是应力σ外加给纵向的电阻成分29时的压电电阻系数。虽然来自各方向的应力作用于传感器元件1，但根据该传感器元件1的结构，图1、图5的箭头方向的应力σ成为最大。本实施方式中的电阻器，用多晶硅形成，压电电阻系数πl和πt的关系如下πl＝-3πt …(2)特别是如单晶硅及多晶硅那样的半导体时，压电电阻系数很大，外加给传感器元件1的应力，成为导致热式空气流量传感器的测量精度下降的重要原因。
在这里，讲述降低上述应力影响的具体方法。在本实施方式中，图1中的热敏电阻器7a、7b、8a、8b，通过采用本发明后，降低了应力的影响。图5是表示热敏电阻器8a的形状的俯视图，其它的热敏电阻器7a、7b、8b，也是同样的形状。如图所示，电阻器以一定的宽度，带状地形成，图上的纵向的电阻成分29(与σ垂直)的长度，约为横向的电阻成分28(与σ平行)的3倍，所以，纵向成分29的电阻值R29和横向成分28的电阻值R28的关系就成为R29＝3R28 …(3)R29和R28之比，就作为图2所示的压电电阻系数之比。
图5所示的σ，表示外加给热敏电阻器8a的应力。由该应力σ引起的热敏电阻器8a的电阻变化量ΔR，成为下式。
ΔR＝(R28πl+R29πt)σ…(4)在这里，代入(2)、(3)式的关系后，就成为ΔR＝0。这样，将纵向成分R29和横向成分R28的电阻值，设为πl和πt之比后，就能减少应力引起的电阻变化。
形成热敏电阻器8a等电阻器时，采用腐蚀进行布图。在腐蚀量上存在离差，由于电阻器的带宽变窄(过度腐蚀)等后，电阻值就出现离差。用一定的带宽，形成电阻器后，即使腐蚀量存在离差，也由于纵向的电阻成分29和横向的电阻成分28的电阻比得到确保，所以能够实现高精度化。
在本实施方式中，作为在传感器元件1上形成的电阻器，使用了n型的多晶硅。但p型的多晶硅、n型单晶硅、p型单晶硅，也能通过将电阻器的纵向成分和横向成分的电阻，调整成压电电阻系数πl和πt之比后，获得同样的效果。另外，使用白金等金属的电阻器时，也能够获得同样的效果。
另外，如图6所示，对于应力分布中成为最大的应力σ的方向而言，斜向布图形成热敏电阻器8a时，也能使纵向成分和横向成分成为压电电阻系数πl和πt之比地形成，获得和图5同样的效果。
(第2实施方式)下面，使用图7讲述第2实施方式。本实施方式也是在热式流量传感器中采用本发明的示例。基本的原理结构，与第1实施方式相同，所以对共同之点不再赘述，只讲述不同之点。
图7是表示本实施方式中的热敏电阻器8a、8b的形状的俯视图。在第1实施方式中，热敏电阻器8a、8b朝发热电阻器6的纵向上下分割后配置，但本实施方式中的热敏电阻器8a、8b，使纵向的电阻成分彼此之间以及横向的电阻成分彼此之间互相啮合(交错)地并列设置。图上的纵向的电阻成分(与σ垂直)和横向的电阻成分(与σ平行)，与第1实施方式一样，成为压电电阻系数πl与πt之比地形成。另外，电阻器的带宽设为一定。
在半导体工艺的制造工序中，往往由于制造离差，导致形成电阻器的多晶硅膜的电阻率在晶片内产生离差、分布。如第1实施方式所示，如果将热敏电阻器8a、8b分割成不同的部位后形成，那么受到电阻率的分布影响，热敏电阻器8a、8b的电阻比也被认为或多或少存在离差。本实施方式中的热式空气流量传感器，由于是用4个热敏电阻器构成电桥电路、获得与流量对应的电性输出的结构，所以这些热敏电阻器8a、8b的电阻值出现离差后，电桥电路的对称性就要变化，成为使测量精度下降的原因。
采用本实施方式后，将热敏电阻器做成图7所示的结构，就能够在大致相同的部位形成热敏电阻器8a、8b。这样，即使晶片内有电阻率分布，也能保证电桥电路的对称性。
另外，即使在发热电阻器6的长度方向产生温度分布时，也由于热敏电阻器8a和8b处于大致相同的温度中，所以能够保持电桥电路的平衡。
这样，采用本实施方式后，可以降低电阻的离差，高精度地计测空气流量。
在本实施方式中，作为在传感器元件1上形成的电阻器，也使用了n型的多晶硅。但如果使用p型的多晶硅、n型单晶硅、p型单晶硅，也能通过将电阻器的纵向成分和横向成分的电阻，调整成压电电阻系数πl和πt之比后，获得同样的效果。另外，使用白金等金属的电阻器时，也能够获得同样的效果。
(第3实施方式)下面，讲述第3实施方式。本实施方式，是能够在汽车等的加速度传感器及倾斜传感器中使用的发热电阻器式加速度传感器中，采用本发明时的示例。
作为现有技术的发热电阻器式加速度传感器，有美国专利5581034号公报记述的产品。
图8是表示本实施方式中的热型加速度传感器的传感器元件的简要俯视图，另外，图9是表示图1中的A-A剖面的简要图。虽然没有示出，但传感器元件30安装在密闭的容器内，容器内装满空气及氙气(Xe)等热传导率低的流体。
在这些图中，传感器元件30，整个将单晶硅(Si)板的半导体基板31作为基体后形成。在半导体基板31中，形成空洞部34。该空洞部34的平面形状，作为长方形的孔形成。然后，在空洞部34的一个面上，形成双柱梁35a、35b、35c。如图所示，在双柱梁35a、35b、35c上，形成发热电阻器36、热敏电阻器37a、37b、38a、38b。
这些电阻器，是多晶硅，采用CVD等，在电绝缘膜32上形成多晶硅层，再腐蚀成所需的形状后形成。另外，为了成为所需的电阻值及电阻温度系数，采用热扩散或离子注入的方法，掺入磷(P)后，做成n型的多晶硅。
例如，热敏电阻器37a，是正交的纵、横两个方向的电阻成分的合成电阻，采用使纵向成分与横向成分的电阻值的比，与压电电阻系数πl与πt之比大致相等的结构。其它的热敏电阻器37b、38a、38b，也成为同样的结构。具体的热敏电阻器的形状，将在后文利用图11进行讲述。为了保护这些电阻器，形成电绝缘膜33。
上述双柱梁35a、35b、35c以及它们之上的电阻器，采用下述方法制作。起初，用电绝缘膜32覆盖整个半导体基板31。电绝缘膜32，是通过热氧化或CVD(Chemical Vapor Deposition)形成的二氧化硅(SiO2)。在该电绝缘膜32上，形成发热电阻器36、热敏电阻器37a、37b、38a、38b，再在其上形成电绝缘膜33。进而，通过腐蚀，除去电绝缘膜32、33的一部分，以便形成所需的形状。进而，通过各向异性腐蚀，除去半导体基板31的另一个面，形成空洞部34。经过以上的工艺后，就制造出传感器元件。
下面，讲述动作原理。电流流入发热电阻器36，将其加热后，周围流体的温度上升、密度下降。在这里，向图9所示的方向外加加速度G后，流体向与加速度G相反的方向移动，产生对流。这样，密闭容器内的温度分布，发生变化，热敏电阻器37a、37b的温度，比热敏电阻器38a、38b的温度高。由于该温度差随着加速度G的大小而变，所以利用电信号，取出热敏电阻器37a、37b、38a、38b的温度变化引起的电阻值的变化，就可以获得与加速度G对应的信号。
图10是为了驱动传感器元件30、获得与加速度对应的信号的驱动电路。在图10中，(a)是为了给发热电阻器36外加电流加热的电路，(b)是旨在检出热敏电阻器37a、37b、38a、38b的温度差的电桥电路。
这种发热电阻器式加速度传感器，为了使发热电阻器36和热敏电阻器37a、37b、38a、38b具有良好的绝热性，在双柱梁37a、37b、38a、38b上，形成各自的电阻器。这样，双柱梁的机械强度下降，容易外加应力，在双柱梁上形成的电阻器，在压电电阻效应的作用下，电阻值发生变化。
图11示出采用本发明的、减少图中的应力σ的影响的结构。如图所示，带宽一定的2个热敏电阻器38a、38b，使其纵向电阻成分29的彼此之间、横向电阻成分28的彼此之间互相啮合后并列设置。图上的纵向的电阻成分(与σ垂直)与横向的电阻成分(与σ平行)的电阻值之比，与压电电阻系数πl与πt之比大致相等。在本实施方式中，热敏电阻器38a、38b用多晶硅形成，压电电阻系数πl和πt，存在上述公式(2)的关系。这样，本实施方式中的热敏电阻器38a、38b，其纵向成分29的长度，就成为横向成分28的长度的3倍。因此，就成为能够抵消应力σ的影响的结构，能够降低电阻值变化，提高发热电阻器式加速度传感器的计测精度。
在本实施方式中，作为在传感器元件30上形成的电阻器，也使用了n型的多晶硅。但如果使用p型的多晶硅、n型单晶硅、p型单晶硅，也能通过将电阻器的纵向成分和横向成分的电阻，调整成压电电阻系数πl和πt之比后，获得同样的效果。另外，使用白金等金属的电阻器时，也能够获得同样的效果。
另外，在本实施方式中，也和第1、第2实施方式一样，将热敏电阻器38a、38b的形状做成一定的带宽，能够减少过度腐蚀导致的电阻比的离差。
(第4实施方式)下面，使用图12～图14，讲述第4实施方式。
本实施方式，是使用和以上各实施方式讲述的示例不同的手法，防止发热电阻式流量传感器的布线电阻的畸变导致流量测量精度下降的示例。就是说，在传感器元件1上形成的各电阻器的布线部位在应力的作用下变形，布线部位的电阻值因此而变化后，就产生流量检出误差。本实施方式旨在降低这种流量检出误差。
图12是表示本实施方式中的流量传感器元件的简要俯视图，图13是表示本实施方式中的传感器元件上的旨在控制发热电阻器6的加热温度的电电路的图形，图14是表示利用热敏电阻器7a、8a检出发热电阻器6的上下游的温度差，以便获得与流量对应的电信号的电电路的图。流量传感器的基本动作原理等，和第1实施方式相同，这里只讲述不同之处。
首先，在讲述图12的传感器元件之前，讲述图13及图14的电路图。
图13的发热电阻器的驱动电路，基本上与图1(a)的驱动电路的结构相同。在图13中，与图1(a)的不同之处是将串联的发热电阻器6和温度补偿电阻器9的电源侧的一端39a，通过布线10n、10m做媒介，作为2个端子(39a-1、39a-2)；将接地侧的一端39b，也通过布线10k、10l做媒介，作为2个端子(39b-1、39b-2)。就是说，将串联的发热电阻器的电源侧的端子和接地侧的端子，至少合计做成4个端子。
通过端子39a-1，使发热电阻器6的电源侧的一端(+侧)39a的1根布线10n，与差动放大器40的倒相输入端子连接，电源电位39c，与差动放大器40的非倒相输入端子连接。差动放大器40的输出端子，通过端子39a-2，与发热电阻器6的电源侧的一端39a的布线10m连接。
这样，就能够设置即使发热电阻器6的电源侧的一端的布线10m、10n出现变形，其布线电阻变化时，也能够始终使发热电阻器6的电源侧的一端39a维持成为电源电位39c的反馈电路40。此外，10n’、10m’，是布线10m、10n的布线电阻。
同样，通过端子39b-2，使温度补偿电阻器9的接地侧一端39b的1根布线101，与差动放大器41的倒相输入端子连接，接地电位与差动放大器41的非倒相输入端子连接。差动放大器41的输出端子，通过端子39b-1，与温度补偿电阻器的布线10k(接地侧一端39b的布线)连接。
这样，就能够设置即使温度补偿电阻器9的一端39b的布线10l、10k出现变形，其布线电阻变化时，也能够始终使温度补偿电阻器9的一端39b的电位维持成为接地电位的反馈电路41。此外，10l’、10k’，是布线10l、10k的布线电阻。发热电阻器6和温度补偿电阻器9之间的中点电位，通过布线10j做媒介，与差动放大器15的一侧连接，10j’是布线电阻。
图14的流量测量电路，基本上是和图1(b)同样的电路。但配置在发热电阻器6的上下游的热敏电阻器7a和热敏电阻器8a，分别由一个缸筒构成。
该流量测量电路的结构原理为热敏电阻器7a的两端电位和热敏电阻器8a的两端电位，分别通过布线10a、10b及10g、10h做媒介，输入差动检出电路42，能够根据其电位差，检知流量及空气流的方向性。
在本实施方式中，也将串联的热敏电阻器中的电阻器7a的电源侧的一端39c，通过布线10c、10d做媒介，作为2个端子(39c-1、39c-2)；将接地侧的一端39d，也通过布线10f、10e做媒介，作为2个端子(39d-1、39d-2)。就是说，将串联的电阻器的电源侧的端子和接地侧的端子，至少合计做成4个端子。
通过端子39c-1，使热敏电阻器7a的一端39c的1根布线10d，与差动放大器44的倒相输入端子连接，电源的基准电位Vref，与差动放大器44的非倒相输入端子连接。差动放大器44的输出端子，通过端子39c-2、布线10m，与热敏电阻器7a的一端39c连接。
这样，就能够设置即使热敏电阻器7a的电源侧的一端的布线10c、10d出现变形，其布线电阻变化时，也能够始终使热敏电阻器7a的电源侧的一端39c维持成为Vref的反馈电路44。此外，10c’、10d’，是布线10c、10d的布线电阻。
同样，通过端子39d-2，使热敏电阻器8a的接地侧一端39d的1根布线10e，与差动放大器45的倒相输入端子连接，接地电位，与差动放大器45的非倒相输入端子连接。差动放大器45的输出端子，通过端子39d-1，与热敏电阻器8a的布线10f(接地侧一端39d)连接。
这样，就能够设置即使热敏电阻器8a的一端39b的布线10e、10f出现变形，其布线电阻变化时，也能够始终使热敏电阻器8a的一端39d的电位维持成为接地电位的反馈电路45。此外，10e’、10f’，是布线10e、10f的布线电阻。
采用这种结构后，即使布线10a～10n的电阻值由于应力而变动，外加给发热电阻器6、热敏电阻器9、7a、8a的电压也不变动，所以进行高精度的测量检测。
在图12所示的传感器元件中，形成上述发热电阻器6、温度补偿电阻器9、热敏电阻器8a、8b，而且还形成与上述反馈元件对应的各端子39a-1、39a-2、39b-1、39b-2、39c-1、39c-2、39d-1、39d-2。
另外，将本实施方式与上述第1～第3实施方式组合后，能够降低检出部和布线部两者的应力影响，进一步提高测量精度。
权利要求
1.一种物理量传感器，在基板上形成有带状图案的用于计测物理量的电阻器，其特征在于，当将与加给所述基板的所定方向的应力相平行的方向作为横向而相垂直的方向作为纵向时，所述电阻器，具有横向电阻成分R1和纵向电阻成分Rt；在压电电阻系数π1与压电电阻系数πt之比是πt/π1＝-1/n时，其中，n为整数，所述压电电阻系数π1是当加给所述基板的所定方向的应力是加给所述横向的电阻成分R1时的压电电阻系数π1；所述压电电阻系数πt是当所述所定方向的应力是加给所述纵向的电阻成分Rt时的压电电阻系数πt，通过设定，使所述纵向的电阻成分Rt与所述横向的电阻成分R1之间的电阻比、与所述压电电阻系数π1与πt之比的绝对值大致相等R1/Rt|πt/π1|。
2.一种物理量传感器，在基板上形成有带状图案的用于计测物理量的电阻器，其特征在于，当将与加给所述基板的所定方向的应力相平行的方向作为横向而相垂直的方向作为纵向时，所述电阻器，具有横向电阻成分R1和纵向电阻成分Rt；在压电电阻系数π1与压电电阻系数πt之比是πt/π1＝-1/n时，其中，n为整数，所述压电电阻系数π1是当加给所述基板的所定方向的应力是加给所述横向的电阻成分R1时的压电电阻系数π1；所述压电电阻系数πt是当所述所定方向的应力是加给所述纵向的电阻成分Rt时的压电电阻系数πt，将所述纵向的电阻成分Rt与所述横向的电阻成分R1之间的电阻比、与所述压电电阻系数π1与πt之比，设定在R1/Rt＝(1±0.5)/n的范围内。
3.如权利要求2所述的物理量传感器，其特征在于所述电阻器，是掺入杂质的多晶硅；其纵向的电阻成分Rt与横向的电阻成分R1的电阻值之比，设定在R1/Rt＝(1±0.5)/3的范围内。
4.如权利要求2所述的物理量传感器，其特征在于所述电阻器，由多个构成；各电阻器，具有所述纵向电阻成分Rt和所述横向电阻成分R1，而且所述多个电阻器的纵向的电阻成分彼此之间以及横向的电阻成分彼此之间互相啮合地并列设置。
5.一种物理量传感器，具有用于测量物理量的电阻器，在基板上形成这些电阻器，其特征在于所述电阻器的电源端子和接地端子，至少合计4个端子以上。
6.如权利要求5所述的物理量传感器，其特征在于所述电阻器，由1个电阻器或2个以上的串联电阻器构成；在这些电阻器的电源端子和接地端子上，连接有与用于维持电源电压和接地电压的反馈元件。
7.一种发热电阻器式空气流量传感器，其特征在于由权利要求1～6任一项所述的物理量传感器构成。
8.一种发热电阻器式加速度传感器，其特征在于由权利要求1～6任一项所述的物理量传感器构成。
全文摘要
一种物理量传感器，将与所定方向(例如最大应力的外加方向)的应力(σ)平行的方向定义为横向、垂直的方向定义为纵向后，所述流量传感器的电阻器(7a、7b、8a、8b)，就具有横向电阻成分(Rl)和纵向电阻成分(Rt)。加给基板的应力σ加给横向的电阻成分Rl时的压电电阻系数πl，和应力σ加给纵向的电阻成分(Rt)时的压电电阻系数(πt)之比，是πl∶πl＝－n∶1(n为整数)时，将纵向的电阻成分(Rt)和横向的电阻成分Rl的电阻比，设定成与压电电阻系数πl与πt之比的绝对值大致相等。在确保强度的可靠性的同时，降低应力引起的电阻变化，提供高精度的物理量传感器。
文档编号G01P5/12GK1834592SQ200610005918
公开日2006年9月20日 申请日期2006年1月19日 优先权日2005年3月15日
发明者中野洋, 松本昌大, 山田雅通, 中田圭一, 渡边泉 申请人:株式会社日立制作所