JP2018048965A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018048965A JP2018048965A JP2016185684A JP2016185684A JP2018048965A JP 2018048965 A JP2018048965 A JP 2018048965A JP 2016185684 A JP2016185684 A JP 2016185684A JP 2016185684 A JP2016185684 A JP 2016185684A JP 2018048965 A JP2018048965 A JP 2018048965A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detection element
- pressure
- pressure detection
- pressure sensor
- adhesive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 96
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 20
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 abstract description 7
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 17
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 16
- 230000004044 response Effects 0.000 description 13
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 6
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 6
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 5
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 5
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 4
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000013464 silicone adhesive Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/04—Means for compensating for effects of changes of temperature, i.e. other than electric compensation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
Abstract
【課題】本発明の目的は、ピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用した圧力センサにおいて、温度変化による圧力検出素子の歪を低減し、精度の向上、及び、温度応答性の改善を図ることができる圧力センサを提供することである。
【解決手段】本発明の圧力センサ１００は、流体の圧力を検出する圧力検出素子１２６と、圧力検出素子１２６を支持するための支柱１２５とを備え、圧力検出素子１２６は、出荷時に、支柱１２５から離れた状態で保持されることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の圧力センサ１００は、流体の圧力を検出する圧力検出素子１２６と、圧力検出素子１２６を支持するための支柱１２５とを備え、圧力検出素子１２６は、出荷時に、支柱１２５から離れた状態で保持されることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、圧力センサに関し、特にピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用した圧力センサに関する。
従来から流体の圧力を検出する圧力センサとして、例えば、特許文献１に開示されるようなピエゾ抵抗効果等を利用した半導体圧力センサチップ等の圧力検出素子を使用した圧力センサが知られている。
ピエゾ抵抗方式の圧力検出素子は、ピエゾ抵抗効果を有する材料（例えば、単結晶シリコン）からなるダイヤフラムと、ダイヤフラム上に複数の半導体歪みゲージを形成し、これらの半導体歪みゲージをブリッジ接続したブリッジ回路とを備える構造を有する。そして、ダイヤフラムの変形に応じた半導体歪みゲージのゲージ抵抗の変化をブリッジ回路から電気信号として取り出すことにより、流体の圧力が検出できる。
上述のような圧力検出素子を使用した圧力センサでは、圧力検出素子は、例えば、Ｆｅ・Ｎｉ系合金やステンレス等の金属材料で形成された支柱やハウジング等の支持部材に接着剤で固定されている。ここで、周囲温度が変化すると、圧力検出素子、支持部材、及び、接着剤の線膨張係数の差異により熱応力が発生する。つまり、例えば、周囲温度が低下した場合には圧力検出素子と比較して接着剤が収縮し、周囲温度が上昇した場合には圧力検出素子と比較して接着剤が膨張する。この熱応力が発生すると、圧力検出素子が歪み、圧力検出素子の出力特性が変化し、センサ出力の精度が低下するという問題があった。また、接着剤の粘弾性の性質により、熱応力が変化した際に応力が平衡状態になるまでに時間がかかるため、温度応答性が悪化するという問題もあった。
従って、本発明の目的は、ピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用した圧力センサにおいて、温度変化による圧力検出素子の歪を低減し、精度の向上、及び、温度応答性の改善を図ることができる圧力センサを提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の圧力センサは、流体の圧力を検出する圧力検出素子と、上記圧力検出素子を支持するための支持部材とを備える圧力センサにおいて、上記圧力検出素子は、出荷時に、上記支持部材から離れた状態で保持されることを特徴とする。
また、上記圧力検出素子は、製造時に、上記支持部材に接着剤で仮留めされ、出荷時に、上記支持部材から離れた状態で保持されるものとしてもよい。
また、上記圧力検出素子は、製造時に、治具で仮留めされ、出荷時に、上記支持部材から離れた状態で保持されるものとしてもよい。
また、上記圧力検出素子は、出荷時に、液封室において保持されるものとしてもよい。
本発明の圧力センサによれば、ピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用した圧力センサにおいて、温度変化による圧力検出素子の歪を低減し、精度の向上、及び、温度応答性の改善を図ることができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の圧力センサ１００の圧力検出素子１２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
図１において、圧力検出素子１２６は、接着剤などで支柱１２５等の支持部材に仮留めされ、その後、圧力検出素子１２６のリード端子（図示を省略する）と、複数のリードピン１２８がワイヤボンディング工程により、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６ａにより接続される。その後、圧力検出素子１２６は、支柱１２５から離される。
圧力検出素子１２６として、ここではピエゾ抵抗効果等を利用した半導体圧力センサチップを使用する。ピエゾ抵抗効果を利用した圧力検出素子１２６は、ピエゾ抵抗効果を有する材料（例えば、単結晶シリコン）からなるダイヤフラムを有する半導体基板部と、ガラス等からなる台座部とから主に構成される。半導体基板部と、台座部は、陽極接合法などにより接合され、半導体基板部のダイヤフラムと、台座部との間の空間は、基準圧力チャンバとなる。半導体基板部のダイヤフラムには、複数の半導体歪みゲージが形成され、これらの半導体歪みゲージをブリッジ接続したブリッジ回路が構成される。このブリッジ回路により、外気圧と基準圧力チャンバとの圧力差により生じたダイヤフラムの変形を、半導体歪みゲージのゲージ抵抗の変化として、電気信号として取り出し、流体の圧力が検出される。
支柱１２５は、ここでは、Ｆｅ・Ｎｉ系合金で形成されるものとしたが、これには限定されず、ステンレス等その他の金属材料で形成されるものとしてもよい。また、支柱１２５を設けずに、ハーメチックガラス１２４の凹部を形成する平坦面に直接的に仮留めされるように構成されてもよい。
図１に示すように、本発明の圧力センサ１００では、圧力検出素子１２６は、ワイヤボンディング工程で精度が必要となるため、接着剤などで支柱１２５に一旦仮留めされ、ワイヤボンディング工程後に支柱１２５から離される。後述するように、圧力検出素子１２６は、出荷時には、シリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等で満たされた液封室１２４Ａに配置されるため、支柱１２５から離れていても、一定の力で保持される。このように、圧力検出素子１２６が、出荷時、支柱１２５から離れた状態で保持されることにより、温度変化による圧力検出素子１２６の歪を低減でき、精度向上及び温度応答性の改善を図ることができる。
ここで、このような圧力検出素子１２６の取り付け構造を有する本発明の圧力センサの一例として、液封型の圧力センサ１００の全体構造を説明する。
図２は、本発明の圧力センサの一例として液封形の圧力センサ１００の全体を示す縦断面図である。
図２において、液封型の圧力センサ１００は、圧力検出される流体を後述する圧力室１１２Ａに導入する流体導入部１１０と、圧力室１１２Ａの流体の圧力を検出する圧力検出部１２０と、圧力検出部１２０で検出された圧力信号を外部に送出する信号送出部１３０と、流体導入部１１０、圧力検出部１２０、及び、信号送出部１３０を覆うカバー部材１４０とを備える。
流体導入部１１０は、圧力検出される流体が導かれる配管に接続される金属製の継手部材１１１と、継手部材１１１の配管に接続される端部と別の端部に溶接等により接続されるお椀形状を有する金属製のベースプレート１１２とを備える。
継手部材１１１には、配管の接続部の雄ねじ部にねじ込まれる雌ねじ部１１１ａと、配管から導入された流体を圧力室１１２Ａに導くポート１１１ｂとが形成される。ポート１１１ｂの開口端は、ベースプレート１１２の中央に設けられた開口部に溶接等により接続される。なお、ここでは、継手部材１１１に雌ねじ部１１１ａが設けられるものとしたが、雄ねじが設けられるものとしてもよく、または、継手部材１１１の代わりに、銅製の接続パイプが接続されるものとしてもよい。ベースプレート１１２は、継手部材１１１と対向する側に向かい広がるお椀形状を有し、後述するダイヤフラム１２２との間に圧力室１１２Ａを形成する。
圧力検出部１２０は、貫通孔を有するハウジング１２１と、上述の圧力室１１２Ａと後述する液封室１２４Ａとを隔絶するダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム１２２の圧力室１１２Ａ側に配置されるダイヤフラム保護カバー１２３と、ハウジング１２１の貫通孔内部にはめ込まれるハーメチックガラス１２４と、ハーメチックガラス１２４の圧力室１１２Ａ側の凹部とダイヤフラム１２２との間にシリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等の圧力伝達媒体が充填される液封室１２４Ａと、ハーメチックガラス１２４の中央の貫通孔に配置される支柱１２５と、支柱１２５に支持され液封室１２４Ａ内部に配置される圧力検出素子１２６と、液封室１２４Ａの周囲に配置される電位調整部材１２７と、ハーメチックガラス１２４に固定される複数のリードピン１２８と、ハーメチックガラス１２４に固定されるオイル充填用パイプ１２９とを備える。
ハウジング１２１は、例えばＦｅ・Ｎｉ系合金やステンレス等の金属材料により形成される。ダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム保護カバー１２３は、共に金属材料で形成され、共にハウジング１２１の圧力室１１２Ａ側の貫通孔の外周縁部において溶接される。ダイヤフラム保護カバー１２３は、ダイヤフラム１２２を保護するために圧力室１１２Ａ内部に設けられ、流体導入部１１０から導入された流体が通過するための複数の連通孔１２３ａが設けられる。ハウジング１２１は、圧力検出部１２０が組み立てられた後、流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周縁部において、溶接等により接続される。
支柱１２５は、液封室１２４Ａ側に、圧力検出素子１２６が仮留めなどにより支持されるためのものである。圧力検出素子１２６は、流体導入部１１０から圧力室１１２Ａに導入された流体の圧力を、ダイヤフラム１２２を介して液封室１２４Ａ内のシリコーンオイル等の圧力変動として検出するものである。なお、本発明の圧力センサ１００では、圧力検出素子１２６と支柱１２５は、出荷時には、接着剤などで固定されず、液封室１２４Ａ内で離れた状態で保持される。
電位調整部材１２７は、特許第３９８７３８６号公報に記載されているように、圧力検出素子１２６を無電界（ゼロ電位）内に置き、フレームアースと２次電源との間に生じる電位の影響でチップ内の回路などが悪影響を受けないようにするために設けられる。電位調整部材１２７は、液封室１２４Ａ内の圧力検出素子１２６とダイヤフラム１２２との間に配置され、金属等の導電性の材料で形成され、圧力検出素子１２６のゼロ電位に接続される端子に接続される。
ハーメチックガラス１２４には、複数のリードピン１２８と、オイル充填用パイプ１２９が貫通状態でハーメチック処理により固定される。本実施形態では、リードピン１２８として、全部で８本のリードピン１２８が設けられている。すなわち、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、駆動電圧供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本のリードピン１２８と、圧力検出素子１２６の調整用の端子として５本のリードピン１２８が設けられている。なお、図２においては、８本のリードピン１２８のうち４本が示されている。複数のリードピン１２８は、例えば、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６ａにより圧力検出素子１２６に接続され、圧力検出素子１２６の外部入出力端子を構成している。
オイル充填用パイプ１２９は、液封室１２４Ａの内部に圧力伝達媒体として、例えば、シリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等を充填するために設けられる。なお、オイル充填用パイプ１２９の一方の端部は、オイル充填後、図２の点線で示されるように、押し潰されて閉塞される。
信号送出部１３０は、圧力検出部１２０の圧力室１１２Ａに対向する側に設けられ、複数のリードピン１２８を配列する端子台１３１と、端子台１３１に接着剤１３２ａにより固定され、複数のリードピン１２８に接続される複数の接続端子１３２と、複数の接続端子１３２の外端部に半田付け等により電気的に接続される複数の電線１３３と、ハウジング１２１の上端部と端子台１３１の間にシリコーン系接着剤で形成される静電気保護層１３４とを備える。なお、静電気保護層１３４は、エポキシ樹脂などの接着剤でも良い。
端子台１３１は、略円柱形状であって、当該円柱の中段付近に、上述の複数のリードピン１２８をガイドするためのガイド壁を有する形状に形成され、樹脂材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により形成される。端子台１３１は、例えば、静電気保護層１３４に使用されている接着剤により、圧力検出部１２０のハウジング１２１の上部に固定される。
接続端子１３２は、金属材料で形成され、端子台１３１の上述の固定壁より上段の円柱側壁に垂直に接着剤１３２ａにより固定される。なお、本実施形態では、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、駆動電圧供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本の接続端子１３２が設けられる。３本の接続端子１３２の内端部は、それぞれ対応するリードピン１２８に溶接等により電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。
また、本実施形態では、３本の接続端子１３２に接続するために３本の電線１３３が設けられる。電線１３３は、電線１３３のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された被覆をはがした芯線１３３ａに予め予備半田を行い、その撚り線を束ねたものを、上述の接続端子１３２に半田付けや溶接等により接続端子１３２に電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。また、３本の電線１３３は、圧力センサ１００の周囲を覆うカバー部材１４０から引き出された後、３本束ねた状態にしてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された保護チューブ（図示を省略する）で覆われる。
静電気保護層１３４は、ＥＳＤ保護回路の有無に影響されることなく、圧力検出部１２０の静電気耐力を向上させるために設けられるものである。静電気保護層１３４は、主に、ハーメチックガラス１２４の上端面を覆うようにハウジング１２１の上端面に塗布され、シリコーン系接着剤により形成される所定の厚さを有する環状の接着層１３４ａと、複数のリードピン１２８が突出するハーメチックガラス１２４の上端面全体に塗布され、シリコーン系接着剤からなる被覆層１３４ｂとから構成される。端子台１３１の空洞部を形成する内周面であって、ハーメチックガラス１２４の上端面に向き合う内周面には、ハーメチックガラス１２４に向けて突出する環状の突起部１３１ａが形成されている。突起部１３１ａの突出長さは、被覆層１３４ｂの粘性等に応じて設定される。このように環状の突起部１３１ａが形成されることにより、塗布された被覆層１３４ｂの一部が、表面張力により突起部１３１ａと、端子台１３１の空洞部を形成する内周面のうちハーメチックガラス１２４の上端面に略直交する部分との間の狭い空間内に引っ張られて保持されるので、被覆層１３４ｂが端子台１３１の空洞部内における一方側に偏ることなく塗布されることとなる。また、被覆層１３４ｂは、ハーメチックガラス１２４の上端面に所定の厚さで形成されるが、図２の部分１３４ｃに示すように、ハーメチックガラス１２４の上端面から突出する複数のリードピン１２８の一部分をさらに覆うように形成されてもよい。
カバー部材１４０は、略円筒形状で圧力検出部１２０及び信号送出部１３０の周囲を覆う防水ケース１４１と、端子台１３１の上部に被される端子台キャップ１４２と、防水ケース１４１の内周面とハウジング１２１の外周面及び端子台１３１の外周面との間を充填する封止剤１４３とを備える。
端子台キャップ１４２は、例えば樹脂材料により形成される。端子台キャップ１４２は、本実施形態では、上述の円柱形状の端子台１３１の上部を塞ぐ形状に形成され、ウレタン系樹脂等の封止剤１４３が充填される前に端子台１３１の上部に被される。しかしながら、端子台キャップ１４２はこの形状には限定されず、端子台１３１の上部及び防水ケース１４１の上部を一体として塞ぐ形状に形成され、封止剤１４３が充填された後に被されるものとしても、または、端子台キャップ１４２とは別に新たな蓋部材が設けられ、端子台キャップ１４２及び封止剤１４３が配置された後に、防水ケース１４１の上部に新たな蓋部材が被されるものとしてもよい。
防水ケース１４１は、樹脂材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により略円筒形状に形成され、円筒形状の下端部には、内側に向かうフランジ部が設けられている。このフランジ部には、防水ケース１４１の上部の開口部から挿入された信号送出部１３０及び圧力検出部１２０が接続された流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周部が当接する。この状態で封止剤１４３を充填することにより圧力検出部１２０等の内部の部品が固定される。
なお、本実施形態では、本発明の圧力センサの一例として、液封形の圧力センサ１００を例にとり説明するが、これには限定されず、本発明は、ピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用する全ての圧力センサに適用可能である。
次に、従来の圧力検出素子の取り付け構造を説明する。
図３は、従来の圧力センサ３００の圧力検出素子３２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
図３において、従来の圧力センサ３００の圧力検出素子３２６は、接着剤を塗布して形成される接着剤層３２５Ａを介して支柱３２５に取り付けられる。その後、圧力検出素子３２６のリード端子（図示を省略する）と、複数のリードピン１２８は、ワイヤボンディング工程により、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６ａにより接続される。
図３に示す従来の圧力センサ３００の圧力検出素子３２６の取り付け構造では、圧力検出素子３２６、支柱３２５、及び、接着剤層３２５Ａの線膨張係数の差異により、圧力検出素子３２６に歪が生じ、測定精度、及び、温度応答性が悪化するという問題が生じていた。つまり、例えば、周囲温度が低下した場合には圧力検出素子３２６と比較して接着剤層３２５Ａが収縮し、周囲温度が上昇した場合には圧力検出素子３２６と比較して接着剤層３２５Ａが膨張する。このため、圧力検出素子３２６、支柱３２５、及び、接着剤層３２５Ａの線膨張係数の差異により熱応力が発生する。この熱応力が発生すると、圧力検出素子３２６が歪み、圧力検出素子３２６の出力特性が変化し、圧力検出素子３２６の出力精度が低下する。また、接着剤層３２５Ａの粘弾性の性質により、熱応力が変化した際に応力が平衡状態になるまでに時間がかかるため、温度応答性が悪化する。以下に、この点について説明する。
図４（ａ）は、温度応答遅れのない場合の圧力検出素子３２６の出力特性を示す図であり、図４（ｂ）は、温度応答遅れのある場合の圧力検出素子３２６の出力特性を示す図である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すいずれのグラフも、所定時間の高温状態から、所定時間の低温状態に変化させる温度サイクル条件における圧力検出素子３２６の出力精度を示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すいずれのグラフも、高温状態で圧力検出素子３２６の出力精度が悪化していることがわかる。これに加えて、図４（ｂ）に示すグラフでは、温度応答遅れが発生している部分で、圧力検出素子３２６の出力精度がさらに悪化していることがわかる。
一般的に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す高温（あるいは低温）状態の圧力検出素子３２６の出力精度の悪化は、線形的に変化するため、圧力検出素子３２６の内部、あるいは、外部回路で補正が可能である。これに対して、温度応答遅れによる圧力検出素子３２６の出力精度の悪化は、非線形的に変化するため補正が難しいという問題がある。そこで、以下に、温度応答遅れの原因について検討する。
図５（ａ）は、接着剤層３２５Ａの有無による圧力検出素子３２６の出力精度を比較して示す図であり、図５（ｂ）は、荷重による変位を示す図である。
図５（ａ）に示すグラフは、高温から低温への温度変化後の圧力検出素子３２６の出力精度を示している。上述のように、圧力検出素子３２６は、接着剤層３２５Ａを介して支柱３２５に取り付けられている。ここでは、測定時に、接着剤層３２５Ａを取り付けたままの場合と、接着剤層３２５Ａを取り外した場合の比較を行っている。その結果、接着剤層３２５Ａを取り外した場合には、圧力センサ３００の出力精度の温度応答遅れがなくなっていることがわかる。
図５（ｂ）に示すグラフは、荷重がかかった場合の、上から弾性、粘性、塑性の変位を示している。このうち、弾性については、応答遅れなく、一度変位した後元に戻り、塑性については応答遅れなく変位した後元に戻らない。これに対して、粘性については、応答遅れが発生しながら変位し、元に戻らないことがわかる。つまり、温度応答遅れは、粘弾性を有する接着剤層３２５Ａが原因であることがわかる。
このため、本発明の圧力センサ１００では、上述のように、接着剤層３２５Ａを除き、圧力検出素子１２６と、支柱１２５は、出荷時には、離れた状態で保持されるように構成される。なお、上述の実施形態では、ワイヤボンディング工程で精度が必要となるため、圧力検出素子１２６が接着剤などにより支柱１２５に一旦仮留めされるものとしたが、これには限定されず、押え治具等その他の方法で仮留めするものとしてもよい。また、圧力検出素子１２６は、出荷時には、シリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等で満たされた液封室１２４Ａに保持されるものとしたが、その他の媒体、または、方法で保持されるものとしてもよい。
図６（ａ）は、押え治具により圧力検出素子が仮留めされる状態を示す正面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す状態の上面図である。
図６（ａ）、及び、図６（ｂ）において、圧力検出素子１２６を仮留めするための押え治具６００は、２本のアーム６０１と、アーム６０１の先端に設けられ、圧力検出素子１２６を傷つけないために、ゴムなどの材料で形成された、緩衝部材６０２とを備える。図６（ｂ）に示すように、アーム６０１は、ここでは２本設けるものとしたが、圧力検出素子１２６を確実に固定するために、２本より多い本数のアーム６０１を設けるものとしてもよい。
図６（ａ）、及び、図６（ｂ）に示すように、２本のアーム６０１により、圧力検出素子１２６を仮留めした後、高い精度が必要とされる、圧力検出素子１２６のパッド部（図示を省略する。）と、リードピン１２８との間をボンディングワイヤ１２６ａで接続する、ワイヤボンディング工程が実施される。なお、ここでは、ボンディングワイヤ１２６ａ及びリードピン１２８は、８本としたが、これには限定されず、圧力検出素子１２６の仕様に合わせた本数設けるものとすればよい。ワイヤボンディング工程が実施された後、２本のアーム６０１が外され、押え治具６００が取り外され、次の製造工程が実施される。このように押え治具６００を使用することにより、仮留め用の接着剤を使用する必要がなくなり、製造工数を抑制することができる。
以上のように、本発明の圧力センサによれば、ピエゾ抵抗効果等を利用した圧力検出素子を使用した圧力センサにおいて、温度変化による圧力検出素子の歪を低減し、精度の向上、及び、温度応答性の改善を図ることができる。
１００、３００ 圧力センサ
１１０ 流体導入部
１１１ 継手部材
１１１ａ 雌ねじ部
１１１ｂ ポート
１１２ ベースプレート
１１２Ａ 圧力室
１２０ 圧力検出部
１２１ ハウジング
１２２ ダイヤフラム
１２３ ダイヤフラム保護カバー
１２３ａ 連通孔
１２４ ハーメチックガラス
１２４Ａ 液封室
１２５、３２５ 支柱
１２６、３２６ 圧力検出素子
１２６ａ ボンディングワイヤ
１２７ 電位調整部材
１２８ リードピン
１２９ オイル充填用パイプ
１３０ 信号送出部
１３１ 端子台
１３２ 接続端子
１３２ａ 接着剤
１３３ 電線
１３３ａ 芯線
１３４ 静電気保護層
１３４ａ 接着層
１３４ｂ 被覆層
１３４ｃ 部分
１４０ カバー部材
１４１ 防水ケース
１４２ 端子台キャップ
１４３ 封止剤
３２５Ａ 接着剤層
６００ 押え治具
６０１ アーム
６０２ 緩衝部材
１１０ 流体導入部
１１１ 継手部材
１１１ａ 雌ねじ部
１１１ｂ ポート
１１２ ベースプレート
１１２Ａ 圧力室
１２０ 圧力検出部
１２１ ハウジング
１２２ ダイヤフラム
１２３ ダイヤフラム保護カバー
１２３ａ 連通孔
１２４ ハーメチックガラス
１２４Ａ 液封室
１２５、３２５ 支柱
１２６、３２６ 圧力検出素子
１２６ａ ボンディングワイヤ
１２７ 電位調整部材
１２８ リードピン
１２９ オイル充填用パイプ
１３０ 信号送出部
１３１ 端子台
１３２ 接続端子
１３２ａ 接着剤
１３３ 電線
１３３ａ 芯線
１３４ 静電気保護層
１３４ａ 接着層
１３４ｂ 被覆層
１３４ｃ 部分
１４０ カバー部材
１４１ 防水ケース
１４２ 端子台キャップ
１４３ 封止剤
３２５Ａ 接着剤層
６００ 押え治具
６０１ アーム
６０２ 緩衝部材
Claims (5)
- 流体の圧力を検出する圧力検出素子と、
前記圧力検出素子を支持するための支持部材と
を備える圧力センサにおいて、
前記圧力検出素子は、出荷時に、前記支持部材から離れた状態で保持されることを特徴とする圧力センサ。 - 前記圧力検出素子は、製造時に、前記支持部材に接着剤で仮留めされ、出荷時に、前記支持部材から離れた状態で保持されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
- 前記圧力検出素子は、製造時に、押え治具で仮留めされ、出荷時に、前記支持部材から離れた状態で保持されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
- 前記押え治具は、少なくとも２本のアームを有し、前記少なくとも２本のアームにより前記圧力検出素子を仮留めし、ワイヤボンディング工程が実施された後、前記少なくとも２本のアームが外されることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
- 前記圧力検出素子は、出荷時に、液封室において保持されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016185684A JP2018048965A (ja) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | 圧力センサ |
| CN201780057867.2A CN109716087A (zh) | 2016-09-23 | 2017-08-14 | 压力传感器 |
| PCT/JP2017/029308 WO2018055953A1 (ja) | 2016-09-23 | 2017-08-14 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016185684A JP2018048965A (ja) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | 圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018048965A true JP2018048965A (ja) | 2018-03-29 |
Family
ID=61690886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016185684A Pending JP2018048965A (ja) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | 圧力センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018048965A (ja) |
| CN (1) | CN109716087A (ja) |
| WO (1) | WO2018055953A1 (ja) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63211641A (ja) * | 1987-02-26 | 1988-09-02 | Nec Corp | 半導体デバイス測定方法 |
| JPH09189629A (ja) * | 1996-01-05 | 1997-07-22 | Yokogawa Electric Corp | 絶対圧センサ |
| JP2002039887A (ja) * | 2000-07-25 | 2002-02-06 | Denso Corp | 半導体力学量センサおよびその製造方法 |
| US6453292B2 (en) * | 1998-10-28 | 2002-09-17 | International Business Machines Corporation | Command boundary identifier for conversational natural language |
| JP2002296548A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-10-09 | Seiko Epson Corp | 光学部品用治具およびそれを用いたプラスチックレンズの製造方法 |
| JP2003302300A (ja) * | 2001-11-20 | 2003-10-24 | Saginomiya Seisakusho Inc | 圧力センサ |
| JP2008210948A (ja) * | 2007-02-26 | 2008-09-11 | Yoshihiko Hirao | ボンディング装置 |
| JP2013010156A (ja) * | 2011-06-28 | 2013-01-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 実装方法、実装装置、および実装治具 |
| JP2016003993A (ja) * | 2014-06-18 | 2016-01-12 | セイコーエプソン株式会社 | 電子装置、電子装置の製造方法、電子機器および移動体 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6543292B1 (en) * | 2001-03-29 | 2003-04-08 | Rockwell Collins, Inc. | Piezoresistive air pressure sensor |
| KR101483279B1 (ko) * | 2012-06-11 | 2015-01-14 | 가부시키가이샤 사기노미야세이사쿠쇼 | 압력 센서 및 압력 센서의 제조 방법 |
| KR101483280B1 (ko) * | 2012-06-13 | 2015-01-14 | 가부시키가이샤 사기노미야세이사쿠쇼 | 압력 센서 |
| US9863828B2 (en) * | 2014-06-18 | 2018-01-09 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor, electronic device, altimeter, electronic apparatus, and mobile object |
| JP2017134014A (ja) * | 2016-01-29 | 2017-08-03 | 株式会社鷺宮製作所 | 圧力センサ |
-
2016
- 2016-09-23 JP JP2016185684A patent/JP2018048965A/ja active Pending
-
2017
- 2017-08-14 WO PCT/JP2017/029308 patent/WO2018055953A1/ja active Application Filing
- 2017-08-14 CN CN201780057867.2A patent/CN109716087A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63211641A (ja) * | 1987-02-26 | 1988-09-02 | Nec Corp | 半導体デバイス測定方法 |
| JPH09189629A (ja) * | 1996-01-05 | 1997-07-22 | Yokogawa Electric Corp | 絶対圧センサ |
| US6453292B2 (en) * | 1998-10-28 | 2002-09-17 | International Business Machines Corporation | Command boundary identifier for conversational natural language |
| JP2002039887A (ja) * | 2000-07-25 | 2002-02-06 | Denso Corp | 半導体力学量センサおよびその製造方法 |
| JP2002296548A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-10-09 | Seiko Epson Corp | 光学部品用治具およびそれを用いたプラスチックレンズの製造方法 |
| JP2003302300A (ja) * | 2001-11-20 | 2003-10-24 | Saginomiya Seisakusho Inc | 圧力センサ |
| JP2008210948A (ja) * | 2007-02-26 | 2008-09-11 | Yoshihiko Hirao | ボンディング装置 |
| JP2013010156A (ja) * | 2011-06-28 | 2013-01-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 実装方法、実装装置、および実装治具 |
| JP2016003993A (ja) * | 2014-06-18 | 2016-01-12 | セイコーエプソン株式会社 | 電子装置、電子装置の製造方法、電子機器および移動体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018055953A1 (ja) | 2018-03-29 |
| CN109716087A (zh) | 2019-05-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7216546B2 (en) | Pressure sensor having integrated temperature sensor | |
| JP3987386B2 (ja) | 圧力センサ | |
| US5604363A (en) | Semiconductor pressure sensor with package | |
| US10422710B2 (en) | Semiconductor differential pressure sensor | |
| KR102249785B1 (ko) | 압력센서 | |
| JP2017134014A (ja) | 圧力センサ | |
| WO2018055952A1 (ja) | 圧力センサ | |
| KR102164947B1 (ko) | 센서칩의 접합구조, 및 압력센서 | |
| JP2006194683A (ja) | 温度センサ一体型圧力センサ装置 | |
| JP6480969B2 (ja) | 圧力センサ | |
| JP6621854B2 (ja) | 圧力センサ | |
| WO2018055953A1 (ja) | 圧力センサ | |
| WO2018055954A1 (ja) | 圧力センサ | |
| CN110319969B (zh) | 压力传感器 | |
| JP6810680B2 (ja) | 圧力センサ | |
| JP6580079B2 (ja) | 圧力センサ、および、圧力センサの製造方法 | |
| EP3225964B1 (en) | Semiconductor sensor device | |
| JP2002107249A (ja) | 半導体圧力センサ | |
| JP6554786B2 (ja) | 半導体センサ装置 | |
| JP2019184470A (ja) | 圧力センサ | |
| JP2014228354A (ja) | 圧力センサモジュール及び圧力センサユニット |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180514 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181120 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181228 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190416 |