JP2018205263A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力センサに関する。 The present invention relates to a pressure sensor.
特許文献1に開示された圧力センサは、ダイアフラムを有するセンサチップを配線基板に接合することによって形成されている。具体的には、配線基板は、センサチップにおけるダイアフラム周囲の厚肉部に、接着剤を介して接合されている。この圧力センサは、導入された圧力によるダイアフラムの歪みを、ピエゾ抵抗効果による信号として出力するようになっている。
The pressure sensor disclosed in
この種の圧力センサにおいて、配線基板等の支持部材とセンサチップとの接合部における接合状態は、圧力センサにおける良好な性能を保持する上で重要である。即ち、例えば、圧力の印加によって接合部に剥離が発生しないようにする必要がある。あるいは、接合部にて、圧力測定対象である流体のリークが発生しないようにする必要がある。この点、センサチップを小型化すると、接合部の面積が減少し、剥離等の発生の懸念が生じる。 In this type of pressure sensor, the bonding state at the bonding portion between the support member such as the wiring board and the sensor chip is important for maintaining good performance in the pressure sensor. That is, for example, it is necessary to prevent peeling at the joint due to application of pressure. Alternatively, it is necessary to prevent leakage of the fluid that is a pressure measurement target at the joint. In this regard, when the sensor chip is downsized, the area of the joint portion is reduced, and there is a concern that peeling or the like occurs.
本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、ダイアフラムを有するセンサチップとこれを支持する支持部材との接合性を向上することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances exemplified above. That is, an object of the present invention is to improve the bondability between a sensor chip having a diaphragm and a support member that supports the sensor chip.
請求項1に記載の圧力センサ(1)は、圧力測定対象である流体の圧力に対応した出力を発生するように構成されている。
この圧力センサは、
互いに平行な表面(21)及び裏面(22)と、前記表面及び前記裏面と交差する端面(23)と、前記裏面側に設けられた第一凹部(24)とを有する板状部材であって、前記第一凹部に対応する位置にて薄板状に形成されたダイアフラム(25)と、前記ダイアフラムの周囲に設けられていて前記ダイアフラムの外縁部と結合された厚肉部(26)とを備えた、センサチップ(2)と、
前記裏面と対向するように設けられた底面(35)と、前記端面と対向するように設けられた壁面(36)とによって形成された第二凹部(34)を有し、前記第二凹部に前記センサチップを収容することで前記センサチップを支持するように設けられた、支持部材(3)と、
前記厚肉部に対応する前記センサチップの前記裏面と前記第二凹部の前記底面との間、及び、前記センサチップの前記端面と前記第二凹部の前記壁面との間に充填されることで、前記センサチップと前記支持部材とを接合するように設けられた、接合層(4)と、
を備えている。
The pressure sensor (1) according to
This pressure sensor
A plate-like member having a front surface (21) and a back surface (22) parallel to each other, an end surface (23) intersecting the front surface and the back surface, and a first recess (24) provided on the back surface side. A diaphragm (25) formed in a thin plate shape at a position corresponding to the first recess, and a thick part (26) provided around the diaphragm and coupled to the outer edge of the diaphragm. Sensor chip (2),
A second recess (34) formed by a bottom surface (35) provided to face the back surface and a wall surface (36) provided to face the end surface; A support member (3) provided to support the sensor chip by accommodating the sensor chip;
By filling between the back surface of the sensor chip corresponding to the thick part and the bottom surface of the second recess, and between the end surface of the sensor chip and the wall surface of the second recess. A bonding layer (4) provided to bond the sensor chip and the support member;
It has.
かかる構成においては、前記センサチップは、前記支持部材に設けられた前記第二凹部に収容された状態で、前記接合層を介して前記支持部材と接合される。具体的には、前記センサチップの前記厚肉部における前記裏面は、前記接合層を介して、前記支持部材の前記第二凹部における前記底面と接合される。また、前記センサチップにおける前記端面は、前記接合層を介して、前記支持部材の前記第二凹部における前記壁面と接合される。即ち、前記センサチップは、前記裏面及び前記端面にて、前記支持部材と接合される。したがって、かかる構成によれば、前記ダイアフラムを有する前記センサチップと、これを支持する前記支持部材との接合性を、従来よりも向上することが可能となる。 In this configuration, the sensor chip is bonded to the support member via the bonding layer in a state of being accommodated in the second recess provided in the support member. Specifically, the back surface of the thick portion of the sensor chip is bonded to the bottom surface of the second recess of the support member via the bonding layer. Further, the end surface of the sensor chip is bonded to the wall surface of the second recess of the support member via the bonding layer. That is, the sensor chip is joined to the support member at the back surface and the end surface. Therefore, according to this configuration, it is possible to improve the bondability between the sensor chip having the diaphragm and the support member that supports the sensor chip as compared with the related art.
なお、上記及び特許請求の範囲の欄における、各手段に付された括弧付きの参照符号は、同手段と後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。よって、本発明の技術的範囲は、上記の参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。 Note that the reference numerals in parentheses attached to each means in the above and claims column indicate an example of the correspondence between the means and specific means described in the embodiments described later. Therefore, the technical scope of the present invention is not limited at all by the description of the above reference numerals.
(実施形態)
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると当該実施形態の理解が妨げられるおそれがあるため、当該実施形態の説明の後にまとめて記載する。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that various modifications applicable to the embodiment may interfere with understanding of the embodiment if inserted in the middle of a series of descriptions regarding the embodiment. This will be described later.
(構成)
図1を参照すると、本発明の一実施形態に係る圧力センサ1は、流体導入空間Sに導入された圧力測定対象である流体の圧力に対応した出力(例えば電圧)を発生するように構成されている。圧力測定対象である流体は、例えば、空気、EGRガス、排気ガス、等である。EGRはExhaust Gas Recirculationの略である。
(Constitution)
Referring to FIG. 1, a
以下、圧力センサ1の構成要素である各部の構成について説明する。なお、説明の便宜上、各図において、図示の通りに右手系XYZ直交座標系を設定する。このとき、図中Z軸と平行な方向を「軸方向」と称し、Z軸と直交する任意の方向を「沿面方向」と称する。即ち、沿面方向は、XY平面と平行な方向である。また、対象物を図中Z軸負方向に見ることを「平面視」と称し、対象物を図中Z軸正方向に見ることを「底面視」と称する。
Hereinafter, the structure of each part which is a component of the
圧力センサ1は、センサチップ2と、支持部材3と、第一接合層4と、ケース部材5と、第二接合層6と、裏面ゲル7とを備えている。
The
センサチップ2は、軸方向と平行な厚さ方向を有する板状部材であって、平面視にて略矩形状に形成されている。即ち、センサチップ2は、沿面方向に延び互いに平行な表面21及び裏面22を有している。また、センサチップ2は、表面21及び裏面22と交差する端面23を有している。具体的には、本実施形態においては、端面23は、表面21及び裏面22と直交するように形成されている。
The
センサチップ2における裏面22側には、ダイアフラム形成凹部24が設けられている。ダイアフラム形成凹部24は、センサチップ2の沿面方向における中央部に設けられた凹部であって、軸方向に沿って開口するように形成されている。即ち、ダイアフラム形成凹部24の内側には、円柱状又は角柱状の空間が形成されている。
A
センサチップ2は、ダイアフラム25と厚肉部26とを有している。ダイアフラム25は、ダイアフラム形成凹部24に対応する位置に設けられた薄肉部であって、薄板状に形成されている。本実施形態においては、ダイアフラム25は、表面21と面一に形成されている。厚肉部26は、ダイアフラム25の周囲に設けられている。即ち、厚肉部26は、ダイアフラム25を支持するように、ダイアフラム25の外縁部と結合されている。
The
センサチップ2は、いわゆるシリコン系の半導体基板であって、表面21側にて各種の回路パターン等を有している。特に、ダイアフラム25には、不図示のゲージ抵抗が形成されている。
The
支持部材3は、センサチップ2を支持する部材であって、第一接合層4を介してセンサチップ2と接合されている。具体的には、支持部材3は、アルミナ等のセラミック基板であって、図中Z軸正方向に露出する上面31と、その裏側の下面32とを有している。
The
上面31には、各種の回路パターン等が形成されている。即ち、センサチップ2に設けられた回路パターン等と、支持部材3に設けられた回路パターン等とは、ワイヤボンディング等により、電気的に接続されている。
Various circuit patterns and the like are formed on the
下面32は、第二接合層6を介して、ケース部材5と接合されている。また、下面32側からダイアフラム形成凹部24に向かって、連通孔33が形成されている。連通孔33は、支持部材3を軸方向に貫通する貫通孔であって、センサチップ2から遠ざかるにつれて開口径が大きくなるように形成されている。
The
支持部材3には、チップ収容凹部34が形成されている。チップ収容凹部34は、図中Z軸正方向に向かって開口する凹部であって、上面31側に設けられている。チップ収容凹部34は、センサチップ2を収容するように形成されている。即ち、チップ収容凹部34は、平面視にて、センサチップ2の平面視における外形形状に対応する形状を有している。
The
具体的には、チップ収容凹部34は、沿面方向に延びる底面35と、軸方向に延びる壁面36とを有している。底面35は、厚肉部26に対応する位置にて、センサチップ2の裏面22と対向するように設けられている。四角筒の内面状に設けられた壁面36は、センサチップ2の端面23と微小なギャップ、例えば、75μm程度のギャップを隔てて対向するように形成されている。
Specifically, the
第一接合層4は、センサチップ2と支持部材3とを接合するように設けられている。具体的には、本実施形態においては、第一接合層4は、厚肉部26に対応するセンサチップ2の裏面22と、チップ収容凹部34における底面35との間に充填されている。また、第一接合層4は、センサチップ2の端面23とチップ収容凹部34における壁面36との間に充填されている。第一接合層4は、シリコーン樹脂等からなる75μm程度の厚さの膜であって、接着剤を硬化させることによって形成されている。
The
ケース部材5は、合成樹脂部材であって、支持部材3を支持するように設けられている。具体的には、ケース部材5と支持部材3とは、第二接合層6を介して接合されている。第二接合層6は、シリコーン樹脂等からなる100μm程度の厚さの膜であって、接着剤を硬化させることによって形成されている。
The
ケース部材5には、基板収容凹部51と、流体導入孔52とが形成されている。基板収容凹部51は、図中Z軸正方向に向かって開口する凹部であって、支持部材3を収容可能に形成されている。流体導入孔52は、ケース部材5を軸方向に貫通する貫通孔であって、連通孔33と連通するように設けられている。即ち、連通孔33と流体導入孔52とによって、流体導入空間Sが形成されている。
The
裏面ゲル7は、シリコーン系、フッ素系、フルオロシリコーン系等のゲル材料であって、ダイアフラム形成凹部24の全体及び連通孔33におけるチップ収容凹部34に隣接する部分に充填されている。裏面ゲル7は、流体導入空間Sに侵入する水分による氷結割れからセンサチップ2を保護したり、流体に含まれる腐食性物質による接着剤の劣化や煤による閉塞を防ぐように設けられている。
The
(効果)
以下、本実施形態の構成により奏される効果について、図面を参照しつつ説明する。
(effect)
Hereinafter, effects produced by the configuration of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
この種の圧力センサ1において、センサチップ2と支持部材3との接合部における接合状態は、圧力センサ1における良好な性能を保持する上で重要である。即ち、例えば、圧力の印加によって接合部に剥離が発生しないようにする必要がある。あるいは、接合部にて、圧力測定対象である流体のリークが発生しないようにする必要がある。この点、センサチップ2を小型化すると、接合部の面積が減少し、剥離等の発生の懸念が生じる。
In this type of
本実施形態においては、センサチップ2は、支持部材3に設けられたチップ収容凹部34に収容された状態で、第一接合層4を介して支持部材3と接合される。具体的には、センサチップ2の厚肉部26における裏面22は、第一接合層4を介して、支持部材3のチップ収容凹部34における底面35と接合される。また、センサチップ2における端面23は、第一接合層4を介して、支持部材3のチップ収容凹部34における壁面36と接合される。
In the present embodiment, the
上記の通り、本実施形態においては、センサチップ2は、裏面22及び端面23にて、支持部材3と接合される。したがって、かかる構成によれば、ダイアフラム25を有するセンサチップ2と、これを支持する支持部材3との接合性を、従来よりも向上することが可能となる。具体的には、センサチップ2と支持部材3との接合部にて、良好な接合強度と、良好な耐リーク性とが実現され得る。また、仮にセンサチップ2を小型化して、センサチップ2と支持部材3との接合部の面積が減少しても、良好な接合強度と、良好な耐リーク性とが保持され得る。
As described above, in the present embodiment, the
(変形例)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態との相違点を主として説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一又は均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾又は特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiment. Therefore, it can change suitably with respect to the said embodiment. Hereinafter, typical modifications will be described. In the following description of the modification, differences from the above embodiment will be mainly described. Moreover, in the said embodiment and modification, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is mutually the same or equivalent. Therefore, in the following description of the modified example, regarding the components having the same reference numerals as those in the above embodiment, the description in the above embodiment can be appropriately incorporated unless there is a technical contradiction or special additional explanation.
圧力測定対象である流体は、気体に限定されない。即ち、圧力測定対象である流体は、液体又は超臨界流体であってもよい。また、圧力センサ1は、絶対圧センサであってもよいし、相対圧センサであってもよい。圧力センサ1は、被水環境で用いられるセンサ、例えば、車両のドアに収容される側面衝突検知用センサであってもよい。
The fluid whose pressure is to be measured is not limited to gas. That is, the fluid whose pressure is to be measured may be a liquid or a supercritical fluid. Further, the
本発明は、ピエゾ抵抗タイプの圧力センサに限定されない。即ち、本発明は、ピエゾ抵抗タイプとは異なるタイプ(例えば静電容量タイプや圧電タイプ)の圧力センサに対しても好適に適用可能である。 The present invention is not limited to piezoresistive pressure sensors. That is, the present invention can be suitably applied to a pressure sensor of a type (for example, a capacitance type or a piezoelectric type) different from the piezoresistive type.
センサチップ2の構成も、上記実施形態に示された具体例に限定されない。図2は、一変形例の構成を示す。図2に示されているように、センサチップ2における厚肉部26は、接合用凹部261を有していてもよい。接合用凹部261は、裏面22に形成された溝部又は孔部であって、チップ収容凹部34における底面35に向かって開口するように設けられている。接合用凹部261は、Deep RIE等のドライエッチング法によって形成され得る。RIEはReactive Ion Etchingの略である。接合用凹部261には、第一接合層4が充填されている。
The configuration of the
かかる構成によれば、センサチップ2における厚肉部26に接合用凹部261を設けて、この接合用凹部261に第一接合層4が充填されるようにセンサチップ2と支持部材3とを接合することで、センサチップ2と支持部材3との接合性をよりいっそう向上することが可能となる。
According to such a configuration, the
接合用凹部261の底面視における形状については、特段の限定はない。即ち、例えば、図3に示されているように、ダイアフラム25が底面視にて略正八角形状である場合、接合用凹部261は、ダイアフラム25の周囲を囲むように設けられた、底面視にて略正八角形状の溝部であってもよい。あるいは、図4に示されているように、接合用凹部261は、底面視にて略矩形状の溝部であってもよい。
The shape of the
接合用凹部261を溝部として形成する場合、かかる溝部は、センサチップ2の端面23に露出せず且つダイアフラム形成凹部24と連通しないように、ダイアフラム25の周囲を囲む、底面視にて閉じた曲線又は折れ線状に設けられることが好適である。これにより、良好な耐リーク性が実現され得る。
In the case where the bonding
図5に示されているように、接合用凹部261は、ダイアフラム25の周囲にてダイアフラム形成凹部24と連通しないように設けられた、角柱状又は楕円柱状の孔部であってもよい。この場合の、接合用凹部261の個数及び配置についても、特段の限定はない。
As shown in FIG. 5, the
図6に示されているように、センサチップ2は、フランジ部262を有していてもよい。フランジ部262は、厚肉部26における裏面22を含む下端部から、裏面22に沿った沿面方向に突出するように設けられている。即ち、フランジ部262は、裏面22と面一に形成されている。
As shown in FIG. 6, the
かかる構成においては、上記実施形態と同様の効果が奏される他、以下の効果が奏され得る。即ち、フランジ部262の上側(即ち図中Z軸正方向側)に、第一接合層4を構成する接着剤を収容する空間が形成される。したがって、かかる構成によれば、ワイヤボンディング部等を有する面である、センサチップ2における表面21及び支持部材3における上面31に、接着剤が這い上がることが、良好に抑制され得る。
In this configuration, in addition to the same effects as the above embodiment, the following effects can be achieved. That is, a space for accommodating the adhesive constituting the
図7に示されているように、センサチップ2は、突出部263を有していてもよい。突出部263は、フランジ部262の沿面方向における突出端から、図中Z軸正方向に向かって突出するように設けられている。即ち、突出部263は、フランジ部262の先端部にて軸方向に沿って突設されたリブ状に形成されている。
As shown in FIG. 7, the
本変形例の構成においては、フランジ部262の外周面を構成するフランジ端面264は、支持部材3のチップ収容凹部34における壁面36と対向するように設けられている。即ち、フランジ端面264は、突出部263における壁面36と対向する外側表面であって、センサチップ2における端面23の一部を構成するように設けられている。
In the configuration of this modification, the
また、本変形例においては、厚肉部26とフランジ部262と突出部263とによって囲まれた空間によって、フランジ凹部265が形成されている。フランジ凹部265は、図中Z軸正方向に向かって開口する凹部であって、平面視にて厚肉部26の外周を囲むように設けられている。
Further, in this modification, a
かかる構成においては、図6に示された変形例の構成よりも、センサチップ2における端面23の面積が増大する。したがって、図6に示された変形例の構成よりも、接合強度が向上する。また、フランジ凹部265によって、第一接合層4を構成する接着剤を収容する空間が形成される。したがって、かかる構成によれば、ワイヤボンディング部等を有する面である、センサチップ2における表面21及び支持部材3における上面31に、接着剤が這い上がることが、良好に抑制され得る。
In such a configuration, the area of the
支持部材3は、図1等に示されているように、複数のセラミック基板を積層することによって形成され得る。あるいは、支持部材3は、1枚のセラミック基板に対して研磨等の加工を施すことによって形成され得る。
As shown in FIG. 1 and the like, the
支持部材3は、セラミック基板又は半導体基板に限定されない。即ち、例えば、支持部材3は、合成樹脂製のいわゆるプリント基板であってもよい。
The
ケース部材5は、合成樹脂製に限定されない。即ち、例えば、ケース部材5は、金属製であってもよいし、セラミックス製であってもよい。第二接合層6は、支持部材3の外端面と、基板収容凹部51の内壁面との間の隙間にも充填され得る。
The
裏面ゲル7は、省略され得る。
The
上記の説明において、互いに継目無く一体に形成されていた複数の構成要素は、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されてもよい。同様に、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されていた複数の構成要素は、互いに継目無く一体に形成されてもよい。 In the above description, the plurality of constituent elements that are integrally formed with each other seamlessly may be formed by bonding separate members to each other. Similarly, a plurality of constituent elements formed by sticking separate members to each other may be formed integrally with each other without a seam.
上記の説明において、互いに同一の材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに異なる材料によって形成されてもよい。同様に、互いに異なる材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに同一の材料によって形成されてもよい。 In the above description, the plurality of constituent elements formed of the same material may be formed of different materials. Similarly, a plurality of constituent elements formed of different materials may be formed of the same material.
変形例も、上記の例示に限定されない。また、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。更に、上記実施形態の全部又は一部と、任意の変形例の全部又は一部とが、互いに組み合わされ得る。 The modification is not limited to the above example. A plurality of modifications may be combined with each other. Furthermore, all or a part of the above embodiment and all or a part of any modification can be combined with each other.
1 圧力センサ
2 センサチップ
24 ダイアフラム形成凹部
25 ダイアフラム
26 厚肉部
3 支持部材
34 チップ収容凹部
35 底面
36 壁面
4 第一接合層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
互いに平行な表面(21)及び裏面(22)と、前記表面及び前記裏面と交差する端面(23)と、前記裏面側に設けられた第一凹部(24)とを有する板状部材であって、前記第一凹部に対応する位置にて薄板状に形成されたダイアフラム(25)と、前記ダイアフラムの周囲に設けられていて前記ダイアフラムの外縁部と結合された厚肉部(26)とを備えた、センサチップ(2)と、
前記裏面と対向するように設けられた底面(35)と、前記端面と対向するように設けられた壁面(36)とによって形成された第二凹部(34)を有し、前記第二凹部に前記センサチップを収容することで前記センサチップを支持するように設けられた、支持部材(3)と、
前記厚肉部に対応する前記センサチップの前記裏面と前記第二凹部の前記底面との間、及び、前記センサチップの前記端面と前記第二凹部の前記壁面との間に充填されることで、前記センサチップと前記支持部材とを接合するように設けられた、接合層(4)と、
を備えた圧力センサ。 A pressure sensor (1) configured to generate an output corresponding to the pressure of a fluid whose pressure is to be measured,
A plate-like member having a front surface (21) and a back surface (22) parallel to each other, an end surface (23) intersecting the front surface and the back surface, and a first recess (24) provided on the back surface side. A diaphragm (25) formed in a thin plate shape at a position corresponding to the first recess, and a thick part (26) provided around the diaphragm and coupled to the outer edge of the diaphragm. Sensor chip (2),
A second recess (34) formed by a bottom surface (35) provided to face the back surface and a wall surface (36) provided to face the end surface; A support member (3) provided to support the sensor chip by accommodating the sensor chip;
By filling between the back surface of the sensor chip corresponding to the thick part and the bottom surface of the second recess, and between the end surface of the sensor chip and the wall surface of the second recess. A bonding layer (4) provided to bond the sensor chip and the support member;
With pressure sensor.
請求項1に記載の圧力センサ。 The thick part in the sensor chip has a third recess (261) that opens toward the bottom surface of the second recess.
The pressure sensor according to claim 1.
請求項1又は2に記載の圧力センサ。 The sensor chip has a flange portion (262) provided so as to protrude in a creeping direction along the back surface from a lower end portion including the back surface in the thick portion.
The pressure sensor according to claim 1 or 2.
前記端面は、前記突出部における前記壁面と対向する表面(264)を含み、
前記厚肉部と前記フランジ部と前記突出部とによって、前記厚さ方向に向かって開口する凹部(264)が形成された、
請求項3に記載の圧力センサ。 The sensor chip further includes a projecting portion (263) provided so as to project from the projecting end of the flange portion along the thickness direction from the back surface toward the front surface.
The end surface includes a surface (264) facing the wall surface of the protrusion,
A concave portion (264) that opens in the thickness direction is formed by the thick portion, the flange portion, and the protruding portion.
The pressure sensor according to claim 3.
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JP2017114057A JP2018205263A (en) | 2017-06-09 | 2017-06-09 | Pressure sensor |
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Cited By (1)
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JP2021051004A (en) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | 愛知時計電機株式会社 | Pressure sensor |
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2017
- 2017-06-09 JP JP2017114057A patent/JP2018205263A/en active Pending
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JP2021051004A (en) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | 愛知時計電機株式会社 | Pressure sensor |
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