JP2013003098A - Pressure sensor - Google Patents

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Akiyuki Katou
暁之 加藤
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To materialize a pressure sensor having high reliability to abrupt pressure fluctuation such as water impact, stabilizing temperature characteristics, and capable of saving a cost.SOLUTION: A pressure sensor formed with a strain sensor on a measurement diaphragm includes: a first measurement chamber of a recessed-shape formed on one surface of a first insulation substrate; a first pressure guide hole provided on the first insulation substrate, and communicating to the first measurement chamber; a semiconductor substrate joined with one surface of the first insulation substrate on one surface, and forming the measurement diaphragm; a semiconductor strain gauge provided at a position corresponding to the first measurement chamber on the other surface of the semiconductor substrate; a second insulation substrate joined with the other surface of the semiconductor substrate on one surface; a second measurement chamber symmetrically provided on the one surface of the second insulation substrate so as to oppose to the first measurement chamber; and a second pressure guide hole provided on the second insulation substrate and communicating to the second measurement chamber.

Description

本発明は、圧力センサに関するものである。
更に詳述すれば、急激な圧力変動に対して信頼性が高く、温度特性が安定で、ローコスト化が可能な、圧力センサに関するものである。
The present invention relates to a pressure sensor.
More specifically, the present invention relates to a pressure sensor that is highly reliable with respect to sudden pressure fluctuations, has stable temperature characteristics, and can be reduced in cost.

図7は従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
図において、1は本体ボディで、円柱状の首部1Aと、首部1Aの端部外周縁部1Cにおいて溶接接続されたブロック状の受圧部1Bとよりなる。首部1Aと受圧部1Bとは、この場合は、ステンレス材よりなる。
本体ボディ1の両側に、高圧側ーフランジ2、低圧側ーフランジ3が溶接等によって固定されており、両カバーフランジ2,3には測定せんとする高圧側圧力PHの高圧流体の導入口4、低圧側圧力PLの低圧流体の導入口5が設けられている。
FIG. 7 is an explanatory view showing the structure of the main part of a conventional example that is generally used.
In the figure, reference numeral 1 denotes a main body, which includes a columnar neck portion 1A and a block-shaped pressure receiving portion 1B welded and connected at an outer peripheral edge portion 1C of the neck portion 1A. In this case, the neck portion 1A and the pressure receiving portion 1B are made of stainless steel.
The high pressure side-flange 2 and the low pressure side-flange 3 are fixed to both sides of the main body 1 by welding or the like. Both cover flanges 2, 3 have high pressure fluid inlets 4 of high pressure side pressure PH to be measured, low pressure A low-pressure fluid inlet 5 having a side pressure PL is provided.

本体ボディ1内に圧力測定室6が形成されており、この圧力測定室6内にセンタダイアフラム7とシリコンダイアフラム8が設けられている。
センタダイアフラム7とシリコンダイアフラム8は、それぞれ別個に圧力測定室6の壁に固定されており、センタダイアフラム7とシリコンダイアフラム8の両者でもって圧力測定室6を2分している。
A pressure measurement chamber 6 is formed in the main body 1, and a center diaphragm 7 and a silicon diaphragm 8 are provided in the pressure measurement chamber 6.
The center diaphragm 7 and the silicon diaphragm 8 are separately fixed to the wall of the pressure measurement chamber 6. The center diaphragm 7 and the silicon diaphragm 8 divide the pressure measurement chamber 6 into two.

センタダイアフラム7と対向する圧力測定室6の壁には、バックプレ―ト6A,6Bが形成されている。センタダイアフラム7は周縁部を本体ボディ1に溶接されている。
シリコンダイアフラム8は全体が単結晶のシリコン基板から形成されている。
シリコン基板の一方の面にボロン等の不純物を選択拡散して4個のストレインゲ―ジ80を形成し、他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイアフラム8を形成する。
Back plates 6A and 6B are formed on the wall of the pressure measurement chamber 6 facing the center diaphragm 7. The center diaphragm 7 is welded to the main body 1 at the periphery.
The entire silicon diaphragm 8 is formed from a single crystal silicon substrate.
Impurities such as boron are selectively diffused on one surface of the silicon substrate to form four strain gauges 80, and the other surface is machined and etched to form a concave diaphragm 8 as a whole.

4個のストレインゲ―ジ80は、シリコンダイアフラム8が差圧ΔPを受けてたわむ時、2個が引張り、2個が圧縮を受けるようになっており、これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵抗変化が差圧ΔPの変化として検出される。
シリコンダイアフラム8は、首部1Aを2個のセンサ室81,82に分ける。
支持体9の圧力測定室6側端面に、低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラム8が接着固定されている。
The four strain gauges 80 are designed such that when the silicon diaphragm 8 is bent under the differential pressure ΔP, two are tensioned and two are compressed, and these are connected to the Wheatstone bridge circuit. Then, a resistance change is detected as a change in the differential pressure ΔP.
The silicon diaphragm 8 divides the neck portion 1 </ b> A into two sensor chambers 81 and 82.
A silicon diaphragm 8 is bonded and fixed to the end surface of the support 9 on the pressure measurement chamber 6 side by a method such as low melting point glass connection.

本体ボディ1と高圧側フランジ2、および低圧側フランジ3との間に、圧力導入室10,11が形成されている。
この圧力導入室10,11内に高圧側,低圧側シールダイアフラム12,13を設け、このシールダイアフラム12,13と対向する本体ボディ1の壁にシールダイアフラム12,13と類似の形状のバックプレ―ト10A,11Aが形成されている。
シールダイアフラム12,13と高圧側,低圧側バックプレ―ト10A,11Aとにより、高圧側,低圧側シールダイアフラム室12A,13Aが構成される。
Pressure introduction chambers 10 and 11 are formed between the main body 1 and the high-pressure side flange 2 and the low-pressure side flange 3.
High pressure side and low pressure side seal diaphragms 12 and 13 are provided in the pressure introducing chambers 10 and 11, and a back plate having a shape similar to that of the seal diaphragms 12 and 13 is formed on the wall of the main body 1 facing the seal diaphragms 12 and 13. 10A, 11A are formed.
The seal diaphragms 12 and 13 and the high pressure side and low pressure side backplates 10A and 11A constitute high pressure side and low pressure side seal diaphragm chambers 12A and 13A.

シールダイアフラム12,13は、受圧部1Bに、シールリング121,131により周縁部が溶接されている。
この場合は、シールダイアフラム12,13と、シールリング121,131とは、ステンレス材よりなる。
シールダイアフラム室12A,13Aと圧力測定室6とは、連通孔14,15を介して導通されている。
The seal diaphragms 12 and 13 are welded to the pressure receiving portion 1B at the periphery by seal rings 121 and 131.
In this case, the seal diaphragms 12 and 13 and the seal rings 121 and 131 are made of stainless steel.
The seal diaphragm chambers 12 </ b> A and 13 </ b> A and the pressure measurement chamber 6 are electrically connected through the communication holes 14 and 15.

そして、シールダイアフラム室12A,13Aにシリコンオイル等の封入液101,102が満たされ、この封入液101,102が高圧側,低圧側伝導穴16,17を介してシリコンダイアフラム8の上下面にまで至っている。
封入液101,102は、センタダイアフラム7とシリコンダイアフラム8とによって2分されているが、その量が、ほぼ均等になるように配慮されている。
The sealing diaphragm chambers 12A and 13A are filled with filled liquids 101 and 102 such as silicon oil, and the filled liquids 101 and 102 reach the upper and lower surfaces of the silicon diaphragm 8 through the high-pressure side and low-pressure side conduction holes 16 and 17, respectively. Has reached.
The encapsulated liquids 101 and 102 are divided into two by the center diaphragm 7 and the silicon diaphragm 8, and consideration is given so that the amounts thereof are substantially equal.

以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、高圧側シールダイアフラム12に作用する圧力が封入液101によってシリコンダイアフラム8に伝達される。
一方、低圧側から圧力が作用した場合、低圧側シールダイアフラム13に作用する圧力が封入液102によってシリコンダイアフラム8に伝達される。
この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコンダイアフラム8が歪み、この歪み量がストレインゲ―ジ80によって電気的に取出され、差圧の測定が行なわれる。
In the above configuration, when pressure is applied from the high pressure side, the pressure acting on the high pressure side seal diaphragm 12 is transmitted to the silicon diaphragm 8 by the sealing liquid 101.
On the other hand, when pressure acts from the low pressure side, the pressure acting on the low pressure side seal diaphragm 13 is transmitted to the silicon diaphragm 8 by the sealing liquid 102.
As a result, the silicon diaphragm 8 is distorted in accordance with the pressure difference between the high-pressure side and the low-pressure side, and the strain amount is electrically taken out by the strain gauge 80, and the differential pressure is measured.

特開平05−172676号公報JP 05-172676 A 特開2005−049245号公報JP 2005-049245 A

このような装置においては、以下の問題点がある。
このような半導体圧力センサを使った伝送器では、高圧側と低圧側のオイルが封入されている伝導穴構造、特に,圧力センサ周辺部の構造が違うため配管抵抗や封入されているオイル量が異なる。
温度変化によるオイルの膨張、収縮で圧力が変化するが、オイル量が若干違うと圧力も異なるため、センサ特性へ影響を与える。
Such an apparatus has the following problems.
In a transmitter using such a semiconductor pressure sensor, the resistance of the pipe and the amount of oil enclosed are reduced due to the difference in the structure of the conduction hole in which the oil on the high-pressure side and the low-pressure side are enclosed. Different.
The pressure changes due to the expansion and contraction of oil due to temperature changes, but if the amount of oil is slightly different, the pressure is also different, which affects the sensor characteristics.

過大圧保護をするためのセンターダイアフラムが必要で部品数が多くなるためにコストがかかる。
更に、圧力、特に、静圧(両側にかかる圧力)下でプロセスラインでの水衝撃(ウォータハンマー)等によって急激に圧力が変化する場合がある。この際に,高圧側及び低圧側の配管抵抗とオイル量が異なるため,オイル収縮の影響で高圧側と低圧側の圧力に時間のズレが発生するため,過大圧保護の動作点がずれてしまう場合がある。その時に,センサ部に大きな差圧が発生して圧力センサのダイアフラムに大きな差圧が加わりダイアフラムが破壊してしまう場合がある。
A center diaphragm is required for overpressure protection, and the number of parts increases, which increases costs.
Furthermore, the pressure may change suddenly due to water impact (water hammer) or the like in the process line under pressure, particularly static pressure (pressure applied to both sides). At this time, because the pipe resistance and oil amount on the high pressure side and low pressure side are different, the pressure on the high pressure side and the low pressure side is shifted due to the oil contraction, and the operating point of overpressure protection is shifted. There is a case. At that time, a large differential pressure may be generated in the sensor unit, and a large differential pressure may be applied to the diaphragm of the pressure sensor, causing the diaphragm to break.

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、水衝撃のような急激な圧力変動に対して信頼性が高く、温度特性が安定で、ローコスト化が可能な、圧力センサを提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a pressure sensor that is highly reliable against sudden pressure fluctuations such as a water shock, has stable temperature characteristics, and can be manufactured at low cost. It is in.

このような課題を達成するために、本発明では、請求項1の圧力センサにおいては、
測定ダイアフラムに歪センサが形成されている圧力センサにおいて、第1の絶縁基板の一方の面に形成された凹状の第1の測定室と、前記第1の絶縁基板に設けられ前記第1の測定室に連通する第1の導圧孔と、前記第1の絶縁基板の一方の面に一方の面が接合され前記測定ダイアフラムを形成する半導体基板と、この半導体基板の他方の面に前記第1の測定室に対応した位置に設けられた半導体歪ゲージと、前記半導体基板の他方の面に一方の面が接合された第2の絶縁基板と、この第2の絶縁基板の前記一方の面に前記第1の測定室に対向して対称形状をなして設けられた凹状の第2の測定室と、前記第2の絶縁基板に設けられ前記第2の測定室に連通する第2の導圧孔と、を具備したことを特徴とする。
In order to achieve such a problem, in the present invention, in the pressure sensor of claim 1,
In a pressure sensor in which a strain sensor is formed on a measurement diaphragm, a concave first measurement chamber formed on one surface of a first insulating substrate, and the first measurement provided on the first insulating substrate. A first pressure introducing hole communicating with the chamber, a semiconductor substrate having one surface bonded to one surface of the first insulating substrate to form the measurement diaphragm, and the first surface formed on the other surface of the semiconductor substrate. A semiconductor strain gauge provided at a position corresponding to the measurement chamber, a second insulating substrate having one surface bonded to the other surface of the semiconductor substrate, and the one surface of the second insulating substrate. A concave second measurement chamber provided in a symmetrical shape facing the first measurement chamber, and a second pressure guide provided on the second insulating substrate and communicating with the second measurement chamber. And a hole.

本発明の請求項2の圧力センサにおいては、請求項1記載の圧力センサにおいて、
前記測定ダイアフラムと前記第1の測定室との隙間と前記測定ダイアフラムと前記第2の測定室との隙間とが前記測定ダイアフラムに過大圧が印加された場合に前記測定ダイアフラムが前記測定室に当たり保護されるような隙間に調節されたことを特徴とする。
In the pressure sensor according to claim 2 of the present invention, in the pressure sensor according to claim 1,
A gap between the measurement diaphragm and the first measurement chamber and a gap between the measurement diaphragm and the second measurement chamber are protected when the measurement diaphragm hits the measurement chamber when an excessive pressure is applied to the measurement diaphragm. It is characterized in that it is adjusted to a gap as expected.

本発明の請求項3の圧力センサにおいては、請求項1又は請求項2記載の圧力センサにおいて、
前記半導体基板の他方の面に設けられ前記歪ゲージに一端がそれぞれ接続された第1,第2の半導体電気配線と、前記第2の絶縁基板に設けられ一端が前記第1,第2の半導体電気配線に電気的に接続され他方端が外部に取り出される第1,第2の電極とを具備したことを特徴とする。
In the pressure sensor according to claim 3 of the present invention, in the pressure sensor according to claim 1 or 2,
First and second semiconductor electrical wirings provided on the other surface of the semiconductor substrate and having one end connected to the strain gauge, respectively, and one end provided on the second insulating substrate and the first and second semiconductors It is characterized by comprising first and second electrodes that are electrically connected to the electrical wiring and the other ends are taken out to the outside.

本発明の請求項4の圧力センサにおいては、請求項1乃至請求項3の何れかに記載の圧力センサにおいて、
前記第1,第2の絶縁基板は、セラミックスあるいはサファイア材が使用されたことを特徴とする。
In the pressure sensor according to claim 4 of the present invention, in the pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
The first and second insulating substrates are made of ceramics or sapphire.

本発明の請求項1によれば、次のような効果がある。
圧力センサの低圧側、高圧側の構造を対称にすることで、圧力,特に静圧(両側にかかる圧力)化で急激に圧力が変化した場合でも,高圧側及び低圧側の配管抵抗とオイル量が同じであるため,オイルが収縮しても高圧側と低圧側の圧力も同じになる。そのため、プロセスラインでの水衝撃(ウォータハンマー)による急激な圧力変化でも差圧が発生しないため、ダイアフラムに過大な差圧が加わることがない。そのためセンサは破壊しない。
また、温度変化によるオイルの膨張、収縮で発生する圧力も等しくなるため、温度特性が安定になる圧力センサが得られる。
According to claim 1 of the present invention, there are the following effects.
By making the structure of the low pressure side and high pressure side of the pressure sensor symmetrical, the pipe resistance and oil amount on the high pressure side and low pressure side can be changed even when the pressure changes suddenly due to pressure, especially static pressure (pressure applied to both sides). Therefore, even if the oil contracts, the pressure on the high and low pressure sides will be the same. For this reason, even if there is a sudden pressure change due to water impact (water hammer) in the process line, no differential pressure is generated, so that no excessive differential pressure is applied to the diaphragm. Therefore, the sensor is not destroyed.
In addition, since the pressure generated by the expansion and contraction of oil due to a temperature change becomes equal, a pressure sensor with stable temperature characteristics can be obtained.

本発明の請求項2によれば、次のような効果がある。
請求項1の効果以外にギャップを調整することで過大圧が加わった場合にダイアフラムが対面にぶつかることでダイアフラム破壊を防止する設計が可能になる。そのため、過大圧保護構造であるセンタダイアフラムも不要にすることができ、低コストな圧力センサが得られる。
According to claim 2 of the present invention, there are the following effects.
In addition to the effect of the first aspect, by adjusting the gap, when an excessive pressure is applied, the diaphragm collides with the opposite surface, thereby making it possible to prevent the diaphragm from being destroyed. Therefore, the center diaphragm which is an overpressure protection structure can be eliminated, and a low-cost pressure sensor can be obtained.

本発明の請求項3によれば、次のような効果がある。
半導体基板の他方の面に設けられ、歪ゲージに一端がそれぞれ接続された第1,第2の半導体電気配線と、第2の絶縁基板に設けられ一端が第1,第2の半導体電気配線に電気的に接続され他方端が外部に取り出される第1,第2の電極とが設けられた。
According to claim 3 of the present invention, there are the following effects.
First and second semiconductor electrical wirings provided on the other surface of the semiconductor substrate, one end of which is connected to the strain gauge, respectively, and one end provided on the second insulating substrate to the first and second semiconductor electrical wirings There are provided first and second electrodes which are electrically connected and the other end is taken out to the outside.

従って、歪ゲージの形成と同時に、第1,第2の半導体電気配線は形成出来、第2の絶縁基板に設けられた、第1,第2の電極により、電気信号が取り出せるので、電極を片面に集中することで、電気信号の取出しの実装上の取扱いが容易に出来るので、構成が簡潔に出来、更に、低コストな圧力センサが得られる。   Accordingly, the first and second semiconductor electric wirings can be formed simultaneously with the formation of the strain gauge, and an electric signal can be taken out by the first and second electrodes provided on the second insulating substrate. By concentrating on, it is possible to easily handle the extraction of the electrical signal, so that the configuration can be simplified and a low-cost pressure sensor can be obtained.

本発明の請求項4によれば、次のような効果がある。
ガラスなど比べて破壊しにくいサファイアを採用するため、更に、高い信頼性を実現できる圧力センサが得られる。
According to claim 4 of the present invention, there are the following effects.
By adopting sapphire, which is harder to break than glass, a pressure sensor that can achieve higher reliability can be obtained.

本発明の一実施例の要部構成説明図である。It is principal part structure explanatory drawing of one Example of this invention. 図1の製作工程説明図である。It is a manufacturing process explanatory drawing of FIG. 図1の製作工程説明図である。It is a manufacturing process explanatory drawing of FIG. 図1の製作工程説明図である。It is a manufacturing process explanatory drawing of FIG. 図1の製作工程説明図である。It is a manufacturing process explanatory drawing of FIG. 図1の製作工程説明図である。It is a manufacturing process explanatory drawing of FIG. 従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。It is principal part structure explanatory drawing of the prior art example generally used conventionally.

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例の要部構成説明図、図2から図6は図1の製作工程説明図である。
図において、図7と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図7との相違部分のみ説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing the construction of a main part of one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 6 are explanatory views of manufacturing steps of FIG.
In the figure, the same symbol structure as in FIG. 7 represents the same function.
Only the difference from FIG. 7 will be described below.

図1において、第1の測定室22は、第1の絶縁基板21の一方の面に形成され凹状をなす。
第1の導圧孔23は、第1の絶縁基板21に設けられ、第1の測定室22に連通する。
半導体基板24は、第1の絶縁基板21の一方の面に一方の面が接合され、測定ダイアフラム25を形成する。
半導体歪ゲージ26は、半導体基板24の他方の面に、第1の測定室22に対応した位置に設けられている。
In FIG. 1, the first measurement chamber 22 is formed on one surface of the first insulating substrate 21 and has a concave shape.
The first pressure guide hole 23 is provided in the first insulating substrate 21 and communicates with the first measurement chamber 22.
One surface of the semiconductor substrate 24 is bonded to one surface of the first insulating substrate 21 to form a measurement diaphragm 25.
The semiconductor strain gauge 26 is provided on the other surface of the semiconductor substrate 24 at a position corresponding to the first measurement chamber 22.

第2の絶縁基板27は、半導体基板24の他方の面に、一方の面が接合されている。
第2の測定室28は、第2の絶縁基板27の一方の面に、第1の測定室22に対向して対称形状をなして設けられ、凹状をなす。
第2の導圧孔29は、第2の絶縁基板27に設けられ、第2の測定室28に連通する。
One surface of the second insulating substrate 27 is bonded to the other surface of the semiconductor substrate 24.
The second measurement chamber 28 is provided on one surface of the second insulating substrate 27 so as to be symmetric with respect to the first measurement chamber 22 and has a concave shape.
The second pressure introducing hole 29 is provided in the second insulating substrate 27 and communicates with the second measurement chamber 28.

なお、この場合は測定ダイアフラム25と第1の測定室22との第1の隙間31と、測定ダイアフラム25と第2の測定室28との第2の隙間32とが、測定ダイアフラム25に過大圧が印加された場合に、測定ダイアフラム25が測定室22,28に当たり保護されるような隙間31,32に調節されている。   In this case, the first gap 31 between the measurement diaphragm 25 and the first measurement chamber 22 and the second gap 32 between the measurement diaphragm 25 and the second measurement chamber 28 are overpressured on the measurement diaphragm 25. Is applied to the gaps 31 and 32 so that the measurement diaphragm 25 is protected against the measurement chambers 22 and 28 when.

第1,第2の半導体電気配線33,34は、半導体基板24の他方の面に設けられ、歪ゲージ26に一端がそれぞれ接続されている。
第1,第2の電極35,36は、第2の絶縁基板27に設けられ、一端が前記第1,第2の半導体電気配線33,34に電気的に接続され、他方端が外部に取り出される。
第1の金属のパイプ41は、第1の絶縁基板21に接着剤43により一端が接続されている
The first and second semiconductor electrical wirings 33 and 34 are provided on the other surface of the semiconductor substrate 24, and one end thereof is connected to the strain gauge 26.
The first and second electrodes 35 and 36 are provided on the second insulating substrate 27, one end is electrically connected to the first and second semiconductor electrical wirings 33 and 34, and the other end is taken out to the outside. It is.
One end of the first metal pipe 41 is connected to the first insulating substrate 21 by an adhesive 43.

第2の金属のパイプ42は、第2の絶縁基板27に接着剤43により一端が接続されている。
なお、この場合は、第1,第2の絶縁基板は、セラミックスあるいは、サファイア材が使用されている。
One end of the second metal pipe 42 is connected to the second insulating substrate 27 by an adhesive 43.
In this case, ceramics or sapphire material is used for the first and second insulating substrates.

以上の構成において、図2に示す如く、シリコン基板101に拡散抵抗などの歪ゲージ102と歪ゲージ102に一端が接続された第1,第2の半導体電気配線103,104を形成する。
図3に示す如く、シリコン基板101を所望の厚さに研削、研磨する。
In the above configuration, as shown in FIG. 2, a strain gauge 102 such as a diffused resistor and first and second semiconductor electrical wirings 103 and 104 having one end connected to the strain gauge 102 are formed on a silicon substrate 101.
As shown in FIG. 3, the silicon substrate 101 is ground and polished to a desired thickness.

図4に示す如く、2枚のサファイアの板105,106に凹部107,108と凹部107,108にそれぞれ連通する導圧孔109,111の加工を行なう。
そして、サファイアの板105,106に、第1,第2の半導体電気配線103,104の他端に接する貫通孔112,113の加工を行なう。
貫通孔112,113にそれぞれ電極114,115を形成する。
As shown in FIG. 4, recesses 107 and 108 and pressure guide holes 109 and 111 communicating with the recesses 107 and 108, respectively, are processed on two sapphire plates 105 and 106.
Then, the through holes 112 and 113 in contact with the other ends of the first and second semiconductor electric wirings 103 and 104 are processed in the sapphire plates 105 and 106.
Electrodes 114 and 115 are formed in the through holes 112 and 113, respectively.

図5に示す如く、シリコン基板101とサファイアの板105,106を常温直接接合などで貼り合わせる。
図6に示す如く、サファイアの板105,106に、ステンレスなどの金属パイプ116,117を接着材118を使って接合する。
As shown in FIG. 5, the silicon substrate 101 and the sapphire plates 105 and 106 are bonded together by room temperature direct bonding or the like.
As shown in FIG. 6, metal pipes 116 and 117 such as stainless steel are joined to sapphire plates 105 and 106 using an adhesive 118.

この結果、
圧力センサの低圧側、高圧側の構造が対称にすることで、圧力,特に静圧(両側にかかる圧力)化で急激に圧力が変化した場合でも,高圧側及び低圧側の配管抵抗とオイル量が同じになるため,オイルが収縮しても高圧側と低圧側の圧力も同じになる。そのため、センサは破壊しない。
また、温度変化によるオイルの膨張、収縮で発生する圧力も等しくなるため、温度特性が安定になる圧力センサが得られる。
As a result,
By making the pressure sensor's low pressure side and high pressure side structures symmetrical, pipe resistance and oil volume on the high pressure side and low pressure side can be changed even if the pressure changes suddenly due to pressure, especially static pressure (pressure applied to both sides). Therefore, even if the oil contracts, the pressure on the high and low pressure sides will be the same. Therefore, the sensor is not destroyed.
In addition, since the pressure generated by the expansion and contraction of oil due to a temperature change becomes equal, a pressure sensor with stable temperature characteristics can be obtained.

ギャップを調整することで過大圧が加わっても圧力センサが破壊しない設計が可能になる。そのため、過大圧保護構造であるセンタダイアフラム7も不要にすることができる。 更に、急激に圧力が変化した場合に、圧力センサ自体に過大圧保護構造があるため圧力センサの破壊を防止できる圧力センサが得られる。   By adjusting the gap, it is possible to design the pressure sensor so that it does not break even if an excessive pressure is applied. Therefore, the center diaphragm 7 which is an overpressure protection structure can be eliminated. Furthermore, when the pressure changes abruptly, since the pressure sensor itself has an overpressure protection structure, a pressure sensor that can prevent the pressure sensor from being destroyed can be obtained.

半導体基板24の他方の面に設けられ、歪ゲージ26に一端がそれぞれ接続された第1,第2の半導体電気配線31,32と、第2の絶縁基板27に設けられ、一端が第1,第2の半導体電気配線31,32に電気的に接続され、他方端が外部に取り出される第1,第2の電極33,34とが設けられた。   Provided on the other surface of the semiconductor substrate 24 and connected to the strain gauge 26 at one end, the first and second semiconductor electrical wirings 31 and 32, and provided on the second insulating substrate 27. First and second electrodes 33 and 34 are provided which are electrically connected to the second semiconductor electrical wirings 31 and 32 and the other ends are taken out to the outside.

従って、歪ゲージ26の形成と同時に、第1,第2の半導体電気配線31,32は形成出来、第2の絶縁基板27に設けられた、第1,第2の電極33,34により、電気信号が取り出せるので、電極を片面に集中することで、電気信号の取出しの実装上の取扱いが容易に出来るので、構成が簡潔に出来、更に、低コストな圧力センサが得られる。   Accordingly, the first and second semiconductor electrical wirings 31 and 32 can be formed simultaneously with the formation of the strain gauge 26, and the first and second electrodes 33 and 34 provided on the second insulating substrate 27 can be electrically connected. Since the signal can be taken out, the electrode can be concentrated on one side, so that the handling of the taking out of the electric signal can be easily performed, so that the configuration can be simplified and a low-cost pressure sensor can be obtained.

ガラスなど比べて破壊しにくいセラミックスあるいはサファイアが採用されたため、更に、高い耐圧の信頼性が実現できる圧力センサが得られる。   Since ceramics or sapphire, which is harder to break than glass or the like, is employed, a pressure sensor that can achieve higher pressure resistance reliability can be obtained.

なお、前述の実施例においては、ステンレスなどの金属パイプ116,117に付いて、サファイアの板105,106に、接着材を使って接合すると説明したが、これに限ることはなく、例えば、金属パイプ116,117はコバール材をであっても良く、要するに、金属材であれば良い。   In the above-described embodiment, it has been described that the metal pipes 116 and 117 such as stainless steel are attached to the sapphire plates 105 and 106 by using an adhesive, but the present invention is not limited thereto. The pipes 116 and 117 may be made of Kovar material. In short, any metal material may be used.

なお、前述の実施例においては、金属パイプ116,117に付いて、サファイアの板105,106に接着材を使って接合すると説明したが、これに限ることはなく、例えば低融点ガラス、ろう付けであっても良く、要するに、金属パイプ116,117を板105,106に接合出来れば良い。   In the above-described embodiment, it has been described that the metal pipes 116 and 117 are joined to the sapphire plates 105 and 106 using an adhesive, but the present invention is not limited thereto. In short, it is sufficient that the metal pipes 116 and 117 can be joined to the plates 105 and 106.

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
The above description merely shows a specific preferred embodiment for the purpose of explanation and illustration of the present invention.
Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes many changes and modifications without departing from the essence thereof.

21 第1の絶縁基板
22 第1の測定室
23 第1の導圧孔
24 半導体基板
25 測定ダイアフラム
26 半導体歪ゲージ
27 第2の絶縁基板
28 第2の測定室
29 第2の導圧孔
31 第1の隙間
32 第2の隙間
33 第1の半導体電気配線
34 第2の半導体電気配線
35 第1の電極
36 第2の電極
41 第1の金属のパイプ
42 第2の金属のパイプ
43 接着剤
101 シリコン基板
102 歪ゲージ102
103 第1の半導体電気配線
104 第2の半導体電気配線
105 板
106 板
107 凹部
108 凹部
109 導圧孔
111 導圧孔
112 貫通孔
113 貫通孔
114 電極
115 電極
116 金属パイプ
117 金属パイプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 1st insulated substrate 22 1st measurement chamber 23 1st pressure-induction hole 24 Semiconductor substrate 25 Measurement diaphragm 26 Semiconductor strain gauge 27 2nd insulation substrate 28 2nd measurement chamber 29 2nd pressure-induction hole 31 1st 1 gap 32 second gap 33 first semiconductor electrical wiring 34 second semiconductor electrical wiring 35 first electrode 36 second electrode 41 first metal pipe 42 second metal pipe 43 adhesive 101 Silicon substrate 102 Strain gauge 102
DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 1st semiconductor electrical wiring 104 2nd semiconductor electrical wiring 105 board 106 board 107 recessed part 108 recessed part 109 pressure hole 111 pressure hole 112 through hole 113 through hole 114 electrode 115 electrode 116 metal pipe 117 metal pipe

Claims (4)

測定ダイアフラムに歪センサが形成されている圧力センサにおいて、
第1の絶縁基板の一方の面に形成された凹状の第1の測定室と、
前記第1の絶縁基板に設けられ前記第1の測定室に連通する第1の導圧孔と、
前記第1の絶縁基板の一方の面に一方の面が接合され前記測定ダイアフラムを形成する半導体基板と、
この半導体基板の他方の面に前記第1の測定室に対応した位置に設けられた半導体歪ゲージと、
前記半導体基板の他方の面に一方の面が接合された第2の絶縁基板と、
この第2の絶縁基板の前記一方の面に前記第1の測定室に対向して対称形状をなして設けられた凹状の第2の測定室と、
前記第2の絶縁基板に設けられ前記第2の測定室に連通する第2の導圧孔と、
を具備したことを特徴とする圧力センサ。
In a pressure sensor in which a strain sensor is formed on the measurement diaphragm,
A concave first measurement chamber formed on one surface of the first insulating substrate;
A first pressure introduction hole provided in the first insulating substrate and communicating with the first measurement chamber;
A semiconductor substrate having one surface bonded to one surface of the first insulating substrate to form the measurement diaphragm;
A semiconductor strain gauge provided on the other surface of the semiconductor substrate at a position corresponding to the first measurement chamber;
A second insulating substrate having one surface bonded to the other surface of the semiconductor substrate;
A concave second measurement chamber provided on the one surface of the second insulating substrate so as to be opposed to the first measurement chamber and having a symmetrical shape;
A second pressure introduction hole provided in the second insulating substrate and communicating with the second measurement chamber;
A pressure sensor comprising:
前記測定ダイアフラムと前記第1の測定室との隙間と前記測定ダイアフラムと前記第2の測定室との隙間とが前記測定ダイアフラムに過大圧が印加された場合に前記測定ダイアフラムが前記測定室に当たり保護されるような隙間に調節されたこと
を特徴とする請求項1記載の圧力センサ。
A gap between the measurement diaphragm and the first measurement chamber and a gap between the measurement diaphragm and the second measurement chamber are protected when the measurement diaphragm hits the measurement chamber when an excessive pressure is applied to the measurement diaphragm. The pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure sensor is adjusted to such a gap.
前記半導体基板の他方の面に設けられ前記歪ゲージに一端がそれぞれ接続された第1,第2の半導体電気配線と、
前記第2の絶縁基板に設けられ一端が前記第1,第2の半導体電気配線に電気的に接続され他方端が外部に取り出される第1,第2の電極と
を具備したことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の圧力センサ。
First and second semiconductor electrical wirings provided on the other surface of the semiconductor substrate and connected to the strain gauge at one end,
The first and second electrodes provided on the second insulating substrate and having one end electrically connected to the first and second semiconductor electric wirings and the other end taken out to the outside are provided. The pressure sensor according to claim 1 or 2.
前記第1,第2の絶縁基板は、セラミックスあるいはサファイア材が使用されたこと
を特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の圧力センサ。
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second insulating substrates are made of ceramic or sapphire.
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