JP2001059792A - Semiconductor pressure sensor unit and its assembling method - Google Patents

Semiconductor pressure sensor unit and its assembling method

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JP2001059792A
JP2001059792A JP11235178A JP23517899A JP2001059792A JP 2001059792 A JP2001059792 A JP 2001059792A JP 11235178 A JP11235178 A JP 11235178A JP 23517899 A JP23517899 A JP 23517899A JP 2001059792 A JP2001059792 A JP 2001059792A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To adopt a one-chip integration type semiconductor pressure sensor and to reduce manufacturing cost by ingeniously absorbing assembly errors even in simple assembly. SOLUTION: In an oilless system pressure sensor unit in which a semiconductor pressure sensor chip 3 mounted to a stem 2 is combined with a metal diaphragm 1, a protrusion 1c for transferring pressure formed in a diaphragm part 1b of the metal diaphragm 1 and a silicon diaphragm 3a are united together by a thermosetting resin adhesive or a fixing agent 6 such as low-fusing-point glass, solder. As a method for assembling the unit, the fixing agent 6 is previously applied between the silicon diaphragm 3a and the tip of the protrusion 1c of the metal diaphragm 1, and a metal housing and the stem 2 are joined together by welding, then heated, cooled, and hardened to join the silicon diaphragm 3a and the tip of the protrusion 1c of the metal diaphragm 1. By this constitution, size and assembly errors which occur in the direction of assembly of each component in the assembled sate of the unit are absorbed by the fixing agent 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンダイヤフ
ラム形半導体圧力センサを金属ダイヤフラムと組合せて
構成した半導体圧力センサユニット,およびその組立方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure sensor unit formed by combining a silicon diaphragm type semiconductor pressure sensor with a metal diaphragm, and a method of assembling the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知のようにシリコンダイヤフラム形半
導体圧力センサは、シリコンのピエゾ抵抗効果を利用し
て圧力を電気信号に変換する素子であって、自動車搭載
用を中心に各種産業分野での用途拡大が進んでおり、最
近では自動車エンジンの燃焼圧測定用の圧力センサも開
発されている。
2. Description of the Related Art As is well known, a silicon diaphragm type semiconductor pressure sensor is an element for converting pressure into an electric signal by utilizing the piezoresistive effect of silicon, and is used in various industrial fields mainly for mounting on a vehicle. The pressure sensor for measuring the combustion pressure of an automobile engine has recently been developed.

【0003】このようなエンジン燃焼圧の測定に用いる
圧力センサは、高温,高圧(数MPa〜数十MPa)の
腐食性ガスに晒されることから、半導体圧力センサチッ
プのシリコンダイヤフラムと被測定ガスとの間を耐食性
の高いステンレス鋼などで作った金属ダイヤフラムで隔
離し、金属ダイヤフラムで受けた圧力を半導体圧力セン
サチップのシリコンダイヤフラムに伝えて測定するよう
な仕組みで構成している。
Since the pressure sensor used for measuring the combustion pressure of the engine is exposed to a corrosive gas of high temperature and high pressure (several MPa to several tens MPa), the silicon diaphragm of the semiconductor pressure sensor chip and the gas to be measured are not exposed. Are separated by a metal diaphragm made of highly corrosion-resistant stainless steel or the like, and the pressure received by the metal diaphragm is transmitted to the silicon diaphragm of the semiconductor pressure sensor chip and measured.

【0004】また、前記の金属ダイヤフラムで受けた圧
力を半導体圧力センサチップに伝える方式としては、セ
ンサユニット内にオイルを封入して圧力を伝えるオイル
封入方式、および金属ダイヤフラムと半導体圧力センサ
チップのシリコンダイヤフラムとの間を圧力伝達用ロッ
ドを介装して機械的に連結したオイルレス方式が知られ
ている。
Further, as a method of transmitting the pressure received by the metal diaphragm to the semiconductor pressure sensor chip, an oil sealing method of sealing the oil by sealing oil in the sensor unit and a method of transmitting the pressure by the metal diaphragm and the silicon of the semiconductor pressure sensor chip are described. There is known an oilless system in which a pressure transmitting rod is interposed between a diaphragm and a diaphragm and the diaphragm is mechanically connected.

【0005】ここで、オイル封入方式は、半導体圧力セ
ンサチップの全体に圧力が加わるために、最近主流とな
っているワンチップ集積型圧力センサ(チップ上にスト
レインゲージ抵抗のセンシング部,オペアンプ部,調整
回路部の全ての機能をワンチップに集積化した構造)が
使えないほか、封入オイルのシール構造が複雑化して製
品がコスト高となる。
[0005] Here, the oil-filled type uses a one-chip integrated pressure sensor (a sensing part of a strain gauge resistor, an operational amplifier part, In addition to this, a structure in which all the functions of the adjustment circuit are integrated on a single chip) cannot be used, and the sealing structure of the sealed oil becomes complicated, resulting in high cost of the product.

【0006】かかる点、オイルの代わりにロッドを介し
て圧力を伝達するオイルレス方式は、測定圧力が高い場
合でも圧力の大半を金属ダイヤフラムに吸収させること
かができ、かつ構造,シール面でもオイル封入方式と比
べて簡単である。
[0006] In this respect, the oil-less system in which pressure is transmitted via a rod instead of oil can absorb most of the pressure to the metal diaphragm even when the measured pressure is high, and the structure and the sealing surface can be used for oil. It is simpler than the enclosing method.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したオ
イルレス方式の圧力センサユニットは、構造が簡単にな
る利点がある反面、その組立には非常に高い組立精度が
要求されるという問題がある。
The oil-less pressure sensor unit described above has an advantage that its structure is simple, but has a problem that its assembly requires extremely high assembly accuracy.

【0008】すなわち、金属ダイヤフラムで受けた圧力
をロッドを介して半導体圧力センサチップのシリコンダ
イヤフラムに正しく伝達させるには、圧力荷重方向での
ミクロンオーダの誤差も許されず、センサの組立状態で
圧力伝達部材であるロッドの先端とシリコンダイヤフラ
ムとの間に僅かなクリアランスが生じていると圧力の測
定が不能となったり、逆にシリコンダイヤフラムを押し
過ぎるとセンサ出力が過大になるなど測定精度,感度に
大きな影響を及ぼす。
That is, in order to correctly transmit the pressure received by the metal diaphragm to the silicon diaphragm of the semiconductor pressure sensor chip via the rod, an error on the order of micron in the direction of the pressure load is not allowed. If there is a slight clearance between the tip of the rod, which is a member, and the silicon diaphragm, pressure measurement cannot be performed. Conversely, if the silicon diaphragm is pushed too much, the sensor output will be excessive, resulting in excessive measurement accuracy and sensitivity. Have a big impact.

【0009】そのための対策として、論文「希薄燃焼エ
ンジン用燃焼圧センサの開発」(社団法人 自動車技術
会 学術講演前刷集 924127(1992年10
月))で述べられているように、金属ダイヤフラムと半
導体センサチップを搭載したステムとを軸方向へスライ
ド可能にいんろう式に組合せた上で、金属ダイヤフラム
とステムとの間を側面からレーザ溶接法で溶接接合する
ものとし、その溶接の際にシリコンダイヤフラムに対し
て使用温度範囲で先記したクリアランスが生じないだけ
のプリロード(軸方向の初期荷重)を加えながら溶接す
る組立方法が開示されている。
As a countermeasure for this, a paper "Development of a combustion pressure sensor for lean-burn engines" (Preprint of the academic lecture of the Society of Automotive Engineers of Japan 924127 (Oct. 1992)
As described in), a metal diaphragm and a stem on which a semiconductor sensor chip is mounted are combined in a slidable manner so as to be slidable in the axial direction, and then a laser welding is performed from a side surface between the metal diaphragm and the stem. An assembly method is disclosed in which welding is performed by applying a preload (initial load in the axial direction) that does not cause the above-mentioned clearance in the operating temperature range to the silicon diaphragm during welding. I have.

【0010】しかしながら、前記した圧力センサの組立
構造,方法では、プリロードを調整しながらのレーザ溶
接を行うことが必要で、安価な抵抗溶接が使えないため
に組立コストが高くなる。また、前記の圧力センサには
その圧力検出素子としてダイヤフラムを用いない専用の
半導体センサチップが使われている。一般的な半導体ピ
エゾ抵抗型圧力センサ(例えばウエーハの結晶方位{1
00}で、シリコンダイヤフラムの撓みで生じるダイヤ
フラム面と平行な方向の応力を拡散ゲージ抵抗で検出す
る)を利用する場合は、微小で薄肉なシリコンダイヤフ
ラムが撓むことが可能な範囲でプリロードを調整する必
要があり、現実的には溶接作業が極めて0難である。
However, in the pressure sensor assembly structure and method described above, it is necessary to perform laser welding while adjusting the preload, so that inexpensive resistance welding cannot be used, which increases the assembly cost. The pressure sensor uses a dedicated semiconductor sensor chip which does not use a diaphragm as a pressure detecting element. A general semiconductor piezoresistive pressure sensor (for example, wafer crystal orientation {1
00 °, the stress in the direction parallel to the diaphragm surface caused by the deflection of the silicon diaphragm is detected by a diffusion gauge resistance). In this case, the preload is adjusted within a range where the minute and thin silicon diaphragm can bend. In practice, welding work is extremely difficult.

【0011】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、その目的は前記課題を解決し、圧力検出素子として
ワンチップ集積形の半導体ピエゾ抵抗型圧力センサが採
用でき、しかも簡単な組立工程で寸法,組立誤差を巧み
に吸収し、製作コストの低減化が図れるよう改良した半
導体圧力センサユニットを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, so that a one-chip integrated semiconductor piezoresistive pressure sensor can be used as a pressure detecting element, and a simple assembling process can be adopted. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor pressure sensor unit improved so as to effectively absorb dimensions and assembly errors and to reduce manufacturing costs.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、半導体圧力センサユニットを、円
筒形ハウジングの中央に圧力伝達用突起付きの平板ダイ
ヤフラムを一体形成した金属ダイヤフラムと、該金属ダ
イヤフラムのハウジング下面に突き合わせて溶接接合し
たステムと、前記ダイヤフラム部の突起先端に対向して
ステム上に台座を介して搭載したシリコンダイヤフラム
形半導体圧力センサとの組立体からなり、かつ加工,組
立誤差の吸収手段として、前記金属ダイヤフラムの突起
先端とシリコンダイヤフラムの間をユニット組立状態で
硬化させた熱硬化性樹脂接着材,もしくは低融点ガラ
ス,半田の固着材料で連結結合して構成する(請求項
1)ものとし、またその組立方法は、金属ダイヤフラム
のハウジングにステムを突き合わせた組立途中の段階
で、シリコンダイヤフラムと金属ダイヤフラムの突起先
端との間に熱硬化性樹脂接着材,もしくは低融点ガラ
ス,半田の固着材を付加しておき、金属ハウジングとス
テムの間を溶接接合した後に、加熱,冷却工程を経て前
記固着材を固化させてシリコンダイヤフラムと金属ダイ
ヤフラムの突起先端との間を連結結合する(請求項2)
ものとする。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a semiconductor pressure sensor unit is provided with a metal diaphragm integrally formed with a flat diaphragm having a pressure transmitting projection at the center of a cylindrical housing. An assembly consisting of a stem welded and joined to the lower surface of the housing of the metal diaphragm, and a silicon diaphragm type semiconductor pressure sensor mounted on the stem via a pedestal facing the tip of the projection of the diaphragm portion, and processed. As an assembling error absorbing means, a structure is employed in which the tip of the metal diaphragm and the silicon diaphragm are connected to each other with a thermosetting resin adhesive hardened in a unit assembled state or a low-melting glass or solder fixing material. (Claim 1) The method of assembling the metal diaphragm housing to the stem At the stage of the assembling process, a thermosetting resin adhesive or a low-melting glass or solder fixing material is added between the silicon diaphragm and the tip of the metal diaphragm projection, and the metal housing and the stem are welded. After joining, the fixing material is solidified through a heating and cooling process to connect and connect the silicon diaphragm and the tip of the projection of the metal diaphragm (claim 2).
Shall be.

【0013】上記のように圧力センサユニットの組立工
程で、金属ダイヤフラムにステムを突き合わせて溶接接
合する際に、前もってシリコンダイヤフラムと金属ダイ
ヤフラムの突起先端との間に熱硬化性樹脂接着材(未硬
化の状態)、ないしは低融点ガラス,半田を付加してお
き、金属ハウジングとステムの間を溶接接合した組立段
階で、熱硬化性接着材を使用の場合には接着材の硬化温
度まで加熱し、また低融点ガラス,半田の場合には融点
温度まで加熱して一旦溶融させた後に冷却して固着材を
固化させるとにより、熱硬化性樹脂接着材、ないしは低
融点ガラス,半田がユニットの寸法,組立誤差を吸収し
てシリコンダイヤフラムと金属ダイヤフラムの突起との
間にクリアランスなどを生じることなく両者が適正に結
合連結され、この状態で金属ダイヤフラムで受けた圧力
が正しくシリコンダイヤフラムに伝達されるようにな
る。
In the process of assembling the pressure sensor unit as described above, when the stem is butted and welded to the metal diaphragm, a thermosetting resin adhesive (uncured) is previously placed between the silicon diaphragm and the tip of the projection of the metal diaphragm. State) or adding a low-melting glass and solder, and in the assembly stage where the metal housing and the stem are welded together, if a thermosetting adhesive is used, it is heated to the curing temperature of the adhesive, In the case of low-melting glass or solder, the thermosetting resin adhesive or the low-melting glass or solder is heated to the melting point and then melted and then cooled to solidify the fixing material. Absorbing assembly errors, the two are properly connected and connected without any clearance between the silicon diaphragm and the projection of the metal diaphragm. The pressure received by the metal diaphragm in condition is to be transmitted correctly silicon diaphragm.

【0014】したがって、先記した従来の圧力センサユ
ニットのように、金属ダイヤフラムのハウジングとステ
ムとの結合部にスライド可能ないんろう式結合構造を採
用した上で、圧力センサチップに所定のプリロードを加
えながレーザ溶接する複雑な組立構造,手順を要するこ
となく、単純な突き合わせ結合構造を採用して抵抗溶接
することができ、これにより構造,組立工程が単純で製
作コストの低減化が図れる。
Therefore, as in the above-mentioned conventional pressure sensor unit, a predetermined preload is applied to the pressure sensor chip after adopting a non-slidable soldering connection structure at the connection portion between the housing of the metal diaphragm and the stem. In addition, the resistance welding can be performed by adopting a simple butt-joining structure without requiring a complicated assembly structure and procedure for laser welding, thereby simplifying the structure and the assembly process and reducing the manufacturing cost.

【0015】また、本発明によれば、前記の具体的態様
として次記のように構成がある。 (1) 金属ダイヤフラムの突起先端部に固着材(接着材,
低融点ガラス,半田)の充填溜まりとなる座ぐりを形成
して、固着材の投錨効果により高い接合強度が確保でき
るようにする(請求項3)。
Further, according to the present invention, there is the following specific embodiment. (1) A bonding material (adhesive,
A counterbore serving as a filling pool of low melting point glass and solder is formed so that a high bonding strength can be secured by the anchoring effect of the fixing material.

【0016】(2) シリコンダイヤフラムのセンタ部位に
台座に向けて膨出する厚肉部を形成し、接着材などの固
着材の硬化収縮、熱膨張による応力が半導体センサチッ
プのストレインゲージ部に伝わらないようにする。(請
求項4)。
(2) A thick portion which bulges toward the pedestal is formed at the center portion of the silicon diaphragm, and the stress due to the curing contraction and thermal expansion of the fixing material such as an adhesive is transmitted to the strain gauge portion of the semiconductor sensor chip. Not to be. (Claim 4).

【0017】(3) 当該圧力センサユニットを外装ケース
に嵌挿して溶接接合するためのフランジ部を、ダイヤフ
ラム部から離れた金属ダイヤフラムのハウジング開口端
部に形成し、溶接時の残留応力,外装ケースとの熱膨張
差による応力がダイヤフラム部に伝わるのを抑制してセ
ンサの出力変動を防ぐようにする(請求項5)。
(3) A flange portion for inserting the pressure sensor unit into the outer case and joining by welding is formed at an end of the housing opening of the metal diaphragm remote from the diaphragm portion. The transmission of the stress due to the difference in thermal expansion with the diaphragm to the diaphragm portion is suppressed to prevent the output of the sensor from fluctuating.

【0018】(4) 半導体圧力センサに、単一チップにセ
ンサ部,圧力検出回路部,および調整回路部を集積した
ワンチップ集積形を採用してセンサユニットの小形,軽
量化を図るようにする(請求項6)。
(4) A one-chip integrated type in which a sensor unit, a pressure detection circuit unit, and an adjustment circuit unit are integrated on a single chip as a semiconductor pressure sensor is employed to reduce the size and weight of the sensor unit. (Claim 6).

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
実施例に基づいて説明する。なお、図示実施例はゲージ
圧力測定用の圧力センサユニットであり、図1は圧力セ
ンサユニットの内部構造を表す断面斜視図、図2は要部
の拡大図、図3は外観図、図4は分解斜視図、図5は外
装ケースへの取付状態を表す図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on illustrated embodiments. The illustrated embodiment is a pressure sensor unit for measuring a gauge pressure. FIG. 1 is a sectional perspective view showing an internal structure of the pressure sensor unit, FIG. 2 is an enlarged view of a main part, FIG. 3 is an external view, and FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view, and FIG. 5 is a diagram illustrating a state of attachment to an outer case.

【0020】すなわち、圧力センサユニットは、大別し
て金属ダイヤフラム1と、金属ダイヤフラム2に溶接接
合したステム2と、ステム2に搭載した半導体圧力セン
サチップ3,およびそのガラス台座4との組立体から構
成されている。
That is, the pressure sensor unit is roughly composed of an assembly of a metal diaphragm 1, a stem 2 welded to the metal diaphragm 2, a semiconductor pressure sensor chip 3 mounted on the stem 2, and a glass pedestal 4 thereof. Have been.

【0021】ここで、金属ダイヤフラム1は耐食性の高
いステンレス鋼などで作られており、円筒形のハウジン
グ1a、ハウジング1aの略中央を横切る平板ダイヤフ
ラム部1bのセンタ部位から下方に突き出した圧力伝達
部用突起1c、およびハウジング1aの開口端部の周縁
から鍔状に張り出すフランジ部1dが一体化され、その
上面側の開口を通じて測定圧力がダイヤフラム部1bに
加わるようにしている。また、ステム2は底面の周上に
ガラスなどで絶縁したハーメチック式の端子ピン2aを
配した皿形体で、その周縁に張出したフランジ部2bを
前記金属ダイヤフラム1のハウジング底面に突き合わせ
て溶接接合(プロジェクション溶接)されている。
Here, the metal diaphragm 1 is made of a highly corrosion-resistant stainless steel or the like, and has a cylindrical housing 1a and a pressure transmitting portion protruding downward from a center portion of the flat plate diaphragm portion 1b crossing substantially the center of the housing 1a. The projection 1c and the flange 1d projecting in a flange shape from the periphery of the opening end of the housing 1a are integrated, and the measurement pressure is applied to the diaphragm 1b through the opening on the upper surface side. The stem 2 is a dish-shaped body having a hermetic terminal pin 2a insulated with glass or the like on the periphery of the bottom surface. A flange portion 2b protruding from the periphery of the stem 2 is abutted against the housing bottom surface of the metal diaphragm 1 for welding. Projection welding).

【0022】一方、半導体圧力センサチップ3は、中央
にシリコンダイヤフラム3aを形成したシリコン基板上
にストレインゲージ抵抗のセンシング部,オペアンプ
部,調整回路部(図示せず)集積化したピエゾ抵抗形の
ワンチップ集積型圧力センサであり、ガラス台座4の上
に静電接合される。なお、図示例では図2で示すように
シリコンダイヤフラム3aのセンタ部位には下面側に膨
出した厚肉部3bが形成されている。また、ガラス台座
4はステム2の底面に半田付け,もしくは接着されてお
り、その上面にはシリコンダイヤフラム3aの厚肉部3
bに対向する円形状の逃げ用の座ぐり部4a,および
座ぐり部4aから四方に伸びた給気通路となる座ぐり部
4bを形成し、この座ぐり部を通じて外部からステム2
に開口した圧力導入口(図示せず)よりステム内に取り
込んだ大気圧をシリコンダイヤフラム3aの下面側に導
くようにしている。なお、5は半導体圧力センサチップ
3と端子ピン2aとの間を接続するボンディングワイヤ
である。
On the other hand, the semiconductor pressure sensor chip 3 is a piezoresistive type one in which a sensing unit for strain gauge resistance, an operational amplifier unit, and an adjustment circuit unit (not shown) are integrated on a silicon substrate having a silicon diaphragm 3a formed in the center. This is a chip integrated pressure sensor, which is electrostatically bonded on the glass pedestal 4. In the illustrated example, as shown in FIG. 2, a thick portion 3b bulging to the lower surface side is formed at the center of the silicon diaphragm 3a. The glass pedestal 4 is soldered or bonded to the bottom surface of the stem 2, and the thick portion 3 of the silicon diaphragm 3a is provided on the upper surface thereof.
a counterbore part 4a for escape in a circular shape facing b, and
A counterbore portion 4b is formed as an air supply passage extending in all directions from the counterbore portion 4a.
Atmospheric pressure taken into the stem through a pressure inlet (not shown) opened at the bottom is guided to the lower surface side of the silicon diaphragm 3a. Reference numeral 5 denotes a bonding wire that connects between the semiconductor pressure sensor chip 3 and the terminal pin 2a.

【0023】また、圧力センサユニットの組立状態で
は、金属ダイヤフラム1の下面にステム2のフランジ部
2bが重ね合わせて溶接接合され、また前記した金属ダ
イヤフラム1の圧力伝達用突起1cの先端と半導体圧力
センサチップ3のシリコンダイヤフラム3aとの間が、
熱硬化性樹脂接着材、もしくは低融点ガラス,半田など
の固着材6で連結結合されている。
When the pressure sensor unit is assembled, the flange 2b of the stem 2 is overlapped and welded to the lower surface of the metal diaphragm 1, and the tip of the pressure transmitting projection 1c of the metal diaphragm 1 is connected to the semiconductor pressure. The gap between the sensor chip 3 and the silicon diaphragm 3a is
They are connected and fixed by a fixing material 6 such as a thermosetting resin adhesive or low-melting glass or solder.

【0024】そして、上記の圧力センサユニットは、図
5(a),(b) で示すように円筒形の外装ケース7の開口端
に嵌入した上で、金属ダイヤフラム1のフランジ部1d
と外装ケース7の開口端縁との間をシーム溶接してシー
ルし、この外装ケース7を圧力測定の対象機器,例えば
自動車エンジンに取付けてその燃焼ガス圧を測定する。
なお、8は外装ケース7の背後に連結した圧力センサの
信号取出用コネクタである。
The pressure sensor unit is fitted into the open end of the cylindrical outer case 7 as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), and then the flange portion 1d of the metal diaphragm 1 is inserted.
The outer case 7 is sealed by seam welding between the outer case 7 and the opening edge of the outer case 7, and the outer case 7 is attached to a device to be subjected to pressure measurement, for example, an automobile engine, and its combustion gas pressure is measured.
Reference numeral 8 denotes a signal extraction connector of the pressure sensor connected behind the outer case 7.

【0025】かかる構成により、圧力測定時には被測定
ガス圧が金属ダイヤフラム1のハウジング開口面を通じ
てダイヤフラム部1bに作用し、その圧力に比例したダ
イヤフラム部1bの撓みが圧力伝達用の突起1cを介し
て半導体圧力センサチップ2のシリコンダイヤフラム3
aを押圧してゲージ圧力を計測する。
With this configuration, when measuring the pressure, the measured gas pressure acts on the diaphragm portion 1b through the housing opening surface of the metal diaphragm 1, and the deflection of the diaphragm portion 1b in proportion to the pressure is performed via the pressure transmitting projection 1c. Silicon diaphragm 3 of semiconductor pressure sensor chip 2
Press a to measure the gauge pressure.

【0026】次に、前記圧力センサユニットの組立方法
について述べる。まず、半導体圧力センサチップを作り
込んだウエーハとガラス台座用のウエーハとを静電接合
した後にチップ単位にダイシングし、これをステム2に
実装してワイヤ5をボンディング接続する。次に、金属
ダイヤフラム1のダイヤフラム部1aから突出する突起
1cの先端に固着材6として熱硬化性樹脂接着材を塗布
した上で、金属ダイヤフラム1のハウジング1aの下面
にステム2のフランジ部2bを重ね合わせ、この状態で
両者の間を抵抗溶接法で溶接接合する。なお、金属ダイ
ヤフラム1の突起1cに接着材を塗布するに際しては、
突起1cの先端にはあらかじめ図2で示すように固着材
溜まりとなる凹状の座ぐり部1c-1を形成しておくのが
よい。また、接着材は金属ダイヤフラム1の突起1cに
塗布する代わりに、半導体圧力センサチップ2のシリコ
ンダイヤフラム3aの上面にスクリーン印刷法などによ
り塗布することも可能である。そして、金属ダイヤフラ
ム1にステム2を溶接接合した後、ユニット組立体を前
記接着材の硬化温度まで加熱して金属ダイヤフラム1の
ダイヤフラム部1bと半導体圧力センサチップ2との間
を接着材で結合し両者間を機械的に連結状態にする。
Next, a method of assembling the pressure sensor unit will be described. First, a wafer on which a semiconductor pressure sensor chip is fabricated and a wafer for a glass pedestal are electrostatically bonded, and then diced into chips, mounted on the stem 2 and bonded by wires 5. Next, after applying a thermosetting resin adhesive as a fixing material 6 to the tip of the projection 1c projecting from the diaphragm portion 1a of the metal diaphragm 1, the flange portion 2b of the stem 2 is attached to the lower surface of the housing 1a of the metal diaphragm 1. In this state, the two are overlapped and welded to each other by resistance welding. When applying the adhesive to the projection 1c of the metal diaphragm 1,
As shown in FIG. 2, a recessed counterbore 1c-1 serving as a fixing material reservoir is preferably formed at the tip of the projection 1c in advance. Instead of applying the adhesive to the projections 1c of the metal diaphragm 1, it is also possible to apply the adhesive to the upper surface of the silicon diaphragm 3a of the semiconductor pressure sensor chip 2 by a screen printing method or the like. Then, after welding the stem 2 to the metal diaphragm 1, the unit assembly is heated to the curing temperature of the adhesive, and the diaphragm 1 b of the metal diaphragm 1 and the semiconductor pressure sensor chip 2 are joined with the adhesive. Both are mechanically connected.

【0027】この組立方法により、金属ダイヤフラム1
にステム2を突き合わせて溶接接合した組立状態で各部
品の組付け方向に集積した寸法,組立誤差は未硬化状態
の接着材で吸収され、接着材を加熱硬化させた後の状態
では金属ダイヤフラム1の突起1cの先端とシリコンダ
イヤフラム3aとの間にクリアランスを残したり、逆に
突起1cがシリコンダイヤフラム3aを過剰に押したり
することなく、両者間を適正に連結結合させることがで
きる。また、金属ダイヤフラム1とステム2との間の結
合についても、単純なフランジの突き合わせと抵抗溶接
法により両者間を溶接接合することができる。
According to this assembling method, the metal diaphragm 1
The dimensions and assembly errors accumulated in the assembling direction of the parts in the assembled state where the stem 2 is butted and welded to the metal diaphragm 1 are absorbed by the uncured adhesive, and the metal diaphragm 1 after the adhesive is heated and cured. Thus, the clearance between the two can be properly connected without leaving a clearance between the tip of the projection 1c and the silicon diaphragm 3a, or on the contrary, the projection 1c excessively pushing the silicon diaphragm 3a. Also, the connection between the metal diaphragm 1 and the stem 2 can be welded and joined by a simple flange butt and resistance welding method.

【0028】さらに、図示実施例の圧力センサユニット
では、金属ダイヤフラム1のフランジ部1dをダイヤフ
ラム部1bから最も離れたハウジング1aの開口端に設
け、図5のように当該圧力センサユニットを外装ケース
7に嵌入してた状態で、外装ケース7と前記フランジ部
1dとの間を溶接するようにしている。これにより、溶
接時の残留応力,外装ケース7との熱膨張差による応力
が金属ダイヤフラム1の突起部1cと半導体圧力センサ
チップ3のシリコンダイヤフラム3aとの接合部に直接
作用するのを防ぐことができ、これに起因するセンサの
出力変動を低く抑えることができる。
Further, in the pressure sensor unit of the illustrated embodiment, the flange portion 1d of the metal diaphragm 1 is provided at the open end of the housing 1a farthest from the diaphragm portion 1b, and as shown in FIG. Is welded between the exterior case 7 and the flange portion 1d. Thus, it is possible to prevent the residual stress at the time of welding and the stress due to the difference in thermal expansion from the outer case 7 from directly acting on the joint between the projection 1c of the metal diaphragm 1 and the silicon diaphragm 3a of the semiconductor pressure sensor chip 3. Therefore, the output fluctuation of the sensor due to this can be suppressed low.

【0029】また、金属ダイヤフラム1のダイヤフラム
部1aと半導体圧力センサチップ2のシリコンダイヤフ
ラム3aとの間を結合する固着材6としては、前記した
熱硬化性樹脂接着材の代わりに、低融点ガラス,あるい
は半田を用いて実施することもできる。この場合にはガ
ラス,半田の融点まで加熱して前記した組立誤差を吸収
させ、しかる後に冷却してガラス,半田を固化させて金
属ダイヤフラム1とシリコンダイヤフラム3aの間を結
合させる。
As the fixing material 6 for bonding between the diaphragm portion 1a of the metal diaphragm 1 and the silicon diaphragm 3a of the semiconductor pressure sensor chip 2, low-melting glass, instead of the above-mentioned thermosetting resin adhesive, is used. Alternatively, it can be carried out using solder. In this case, the glass and solder are heated to the melting point to absorb the above-described assembly error, and then cooled to solidify the glass and solder to connect the metal diaphragm 1 and the silicon diaphragm 3a.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、半
導体圧力センサに金属ダイヤフラムを組合せたオイルレ
ス方式の圧力センサユニットを対象に、金属ダイヤフラ
ムに形成した圧力伝達用の突起先端とシリコンダイヤフ
ラムの間をユニット組立状態で硬化させた熱硬化性樹脂
接着材,もしくは低融点ガラス,半田の固着材で連結結
合して構成するものとし、その組立方法として、シリコ
ンダイヤフラムと金属ダイヤフラムの突起先端との間に
前記固着材を付加しておき、金属ハウジングとステムの
間を溶接接合した後に、加熱,冷却工程を経て前記固着
材を固化させてシリコンダイヤフラムと金属ダイヤフラ
ムの突起先端との間を連結結合するようにしたことによ
り、ユニットの組立状態で各部品の組付け方向に生じた
寸法,組立誤差を固着材で吸収させることができ、圧力
測定時には金属ダイヤフラムで受けた圧力が正しくシリ
コンダイヤフラムに伝達されるようになる。
As described above, according to the present invention, an oilless type pressure sensor unit in which a semiconductor pressure sensor is combined with a metal diaphragm is intended for use with a pressure transmitting projection formed on the metal diaphragm and a silicon. The gap between the diaphragms is connected and connected with a thermosetting resin adhesive or a low-melting glass or solder fixing material that is cured in a unit assembled state. As a method for assembling, the tip of the projection of the silicon diaphragm and the metal diaphragm is used. After the welding is performed between the metal housing and the stem, the bonding material is solidified through a heating and cooling process to form a gap between the silicon diaphragm and the tip end of the projection of the metal diaphragm. By connecting and connecting, the dimensions and assembly errors generated in the assembly direction of each part in the assembly state of the unit can be reduced. It can be absorbed by the adherend, so that the pressure received by the metal diaphragm is transmitted to properly silicon diaphragm during pressure measurement.

【0031】したがって、従来構造のように、金属ダイ
ヤフラムのハウジングと半導体圧力センサを搭載したス
テムとの結合にスライドが可能ないんろう式の結合構造
を採用した上で、圧力センサチップに所定のプリロード
を加えながレーザ溶接する複雑な組立手順を要すること
なく、単純な突き合わせ結合構造を採用して抵抗溶接す
ることができ、これにより簡単な組立工程で、しかも測
定精度の高い圧力センサユニットを低コストで提供する
ことができる。
Therefore, as in the conventional structure, a solderless connection structure is used in which the housing of the metal diaphragm and the stem having the semiconductor pressure sensor are not slidable, and a predetermined preload is applied to the pressure sensor chip. Without the need for complicated assembly procedures of laser welding, a simple butt-joint structure can be used for resistance welding, which makes it possible to reduce the pressure sensor unit with a simple assembly process and high measurement accuracy. Can be provided at cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例による圧力センサユニットの組
立構造を表した断面斜視図
FIG. 1 is a sectional perspective view showing an assembly structure of a pressure sensor unit according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1における要部の拡大図FIG. 2 is an enlarged view of a main part in FIG.

【図3】図1の圧力センサユニットの外観図FIG. 3 is an external view of the pressure sensor unit of FIG. 1;

【図4】図1の圧力センサユニットの分解斜視図FIG. 4 is an exploded perspective view of the pressure sensor unit of FIG. 1;

【図5】図1の圧力センサユニットを外装ケースに装着
した状態を表す図であり、(a)は側面図、(b) は上面図
5A and 5B are diagrams showing a state in which the pressure sensor unit of FIG. 1 is mounted on an outer case, wherein FIG. 5A is a side view, and FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 金属ダイヤフラム 1a ハウジング 1b ダイヤフラム部 1c 圧力伝達用の突起 1c-1 固着材溜まり用の座ぐり部 1d フランジ部 2 ステム 3 半導体圧力センサチップ 3a シリコンダイヤフラム 3b 厚肉部 4 ガラス台座 6 固着材 7 外装ケース DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal diaphragm 1a Housing 1b Diaphragm part 1c Protrusion for pressure transmission 1c-1 Counterbore part for accumulating adhesive material 1d Flange part 2 Stem 3 Semiconductor pressure sensor chip 3a Silicon diaphragm 3b Thick part 4 Glass pedestal 6 Adhesive material 7 Exterior Case

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F055 AA23 BB20 CC02 DD05 EE14 FF43 FF49 GG01 GG12 GG25 HH05 HH08 4M112 AA01 BA01 CA12 CA15 CA16 DA18 EA02 EA14 FA09 GA01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F055 AA23 BB20 CC02 DD05 EE14 FF43 FF49 GG01 GG12 GG25 HH05 HH08 4M112 AA01 BA01 CA12 CA15 CA16 DA18 EA02 EA14 FA09 GA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】円筒形ハウジングの中央に圧力伝達用突起
付きの平板ダイヤフラムが一体形成された金属ダイヤフ
ラムと、該金属ダイヤフラムのハウジング下面に突き合
わせて溶接接合したステムと、前記ダイヤフラム部の突
起先端に対向してステム上に台座を介して搭載したシリ
コンダイヤフラム形半導体圧力センサとの組立体からな
り、かつ寸法,組立誤差の吸収手段として、前記金属ダ
イヤフラムの突起先端とシリコンダイヤフラムの間をユ
ニット組立状態で硬化させた熱硬化性樹脂接着剤,もし
くは低融点ガラス,半田の固着剤で連結結合したことを
特徴とする半導体圧力センサユニット。
1. A metal diaphragm in which a plate diaphragm having a pressure transmitting projection is integrally formed at the center of a cylindrical housing, a stem which is welded and joined to the lower surface of the housing of the metal diaphragm, and a projection end of the diaphragm portion. It is an assembly of a silicon diaphragm type semiconductor pressure sensor mounted on the stem via a pedestal, and as a means for absorbing size and assembly errors, a unit assembly state is provided between the tip of the metal diaphragm projection and the silicon diaphragm. A semiconductor pressure sensor unit, which is connected and connected with a thermosetting resin adhesive cured with a low-melting glass or a solder fixing agent.
【請求項2】請求項1記載の圧力センサユニットの組立
方法であって、金属ダイヤフラムのハウジングにステム
を突き合わせた組立途中の段階で、シリコンダイヤフラ
ムと金属ダイヤフラムの突起先端との間に熱硬化性樹脂
接着材,もしくは低融点ガラス,半田の固着材を付加し
ておき、金属ハウジングとステムの間を溶接接合した後
に、加熱,冷却工程を経て前記固着材を固化させてシリ
コンダイヤフラムと金属ダイヤフラムの突起先端との間
を連結結合したことを特徴とする半導体圧力センサユニ
ットの組立方法。
2. A method for assembling a pressure sensor unit according to claim 1, wherein a thermosetting material is provided between the silicon diaphragm and the tip of the projection of the metal diaphragm at the stage of assembling the stem against the housing of the metal diaphragm. A resin adhesive or a low-melting glass or solder fixing material is added, and after welding and joining between the metal housing and the stem, the fixing material is solidified through a heating and cooling process to form a silicon diaphragm and a metal diaphragm. A method for assembling a semiconductor pressure sensor unit, wherein the semiconductor pressure sensor unit is connected to a tip of a projection.
【請求項3】請求項1記載の圧力センサユニットにおい
て、金属ダイヤフラムの突起先端部に固着材溜まりとな
る座ぐりを形成したことを特徴とする半導体圧力センサ
ユニット。
3. The semiconductor pressure sensor unit according to claim 1, wherein a counterbore serving as an accumulation of fixing material is formed at the tip of the projection of the metal diaphragm.
【請求項4】請求項1記載の圧力センサユニットにおい
て、シリコンダイヤフラムのセンタ部位に台座に向けて
膨出する厚肉部を形成したことを特徴とする半導体圧力
センサユニット。
4. A semiconductor pressure sensor unit according to claim 1, wherein a thick portion bulging toward the pedestal is formed at a center portion of the silicon diaphragm.
【請求項5】請求項1記載の圧力センサユニットにおい
て、当該圧力センサユニットを外装ケースに嵌挿して溶
接接合するためのフランジ部を金属ダイヤフラムのハウ
ジング開口端部に形成したことを特徴とする半導体圧力
センサユニット。
5. A semiconductor device according to claim 1, wherein a flange portion for fitting said pressure sensor unit into an outer case and joining it by welding is formed at an end of a housing opening of said metal diaphragm. Pressure sensor unit.
【請求項6】請求項1記載の圧力センサユニットにおい
て、半導体圧力センサが、単一チップにセンサ部,圧力
検出回路部,および調整回路部を集積したワンチップ集
積形であることを特徴とする半導体圧力センサユニッ
ト。
6. The pressure sensor unit according to claim 1, wherein the semiconductor pressure sensor is a one-chip integrated type in which a sensor unit, a pressure detection circuit unit, and an adjustment circuit unit are integrated on a single chip. Semiconductor pressure sensor unit.
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