JP2023099902A - Pressure sensor manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力センサチップの支持と導圧管貫通部の封止とを同時に行う圧力センサの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a pressure sensor that simultaneously supports a pressure sensor chip and seals a pressure guiding tube penetration.
従来、圧力センサとしては、例えば特許文献1に記載されているように、被測定圧力を導入するために導圧管を使用するものがある。特許文献1に開示された導圧管は、圧力測定装置ボディの導圧路と圧力センサとを接続している。導圧管と圧力センサとの接続は、例えば接着剤を使用して行うことができる。接着剤としてエポキシ系の接着剤を使用する場合は、この接着剤が吸湿して劣化することを防ぐために、接着部をセンサケースで覆うことが望ましい。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a pressure sensor, there is one that uses a pressure guiding tube for introducing a pressure to be measured, as described in
すなわち、圧力検出部を有する圧力センサチップに接着剤によって導圧管を接着し、接着部を含めて圧力センサチップをセンサケースの中に封入する。この場合、センサケースは、信号取出し構造を容易に形成できるように、セラミックスによって形成することが好ましい。圧力センサチップを覆うセラミックス製のセンサケースを使用する場合、センサケースを導圧管が貫通する部分は、半田付けにより封止する。 That is, the pressure sensor chip having the pressure detecting portion is adhered to the pressure sensor chip with an adhesive, and the pressure sensor chip including the adhered portion is enclosed in the sensor case. In this case, the sensor case is preferably made of ceramics so that the signal extraction structure can be easily formed. When using a ceramic sensor case that covers the pressure sensor chip, the part through which the impulse line penetrates the sensor case is sealed by soldering.
圧力センサチップをセンサケースの中に収容するにあたっては、圧力センサチップをセンサケースに固定する方法に問題があった。圧力センサチップは、センサケースの導体部分に電気的に接続する必要があるために、センサケースに対して移動することがないように固定しなければならない。この固定を接着剤によって行うと、圧力センサチップをセンサケースに固定するための接着工程と、圧力センサチップに導圧管を接着するための接着工程とが必要になり、製造工数が多くなって圧力センサの製造コストが高くなってしまう。 In housing the pressure sensor chip in the sensor case, there was a problem with the method of fixing the pressure sensor chip to the sensor case. Since the pressure sensor chip must be electrically connected to the conductor portion of the sensor case, it must be fixed against movement with respect to the sensor case. If this fixation is performed with an adhesive, an adhesion process for fixing the pressure sensor chip to the sensor case and an adhesion process for adhering the pressure guide pipe to the pressure sensor chip are required, increasing the number of man-hours and increasing the pressure. The manufacturing cost of the sensor becomes high.
本発明の目的は、圧力センサチップを少ない工程数でセンサケースに固定することが可能な圧力センサの製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pressure sensor manufacturing method capable of fixing a pressure sensor chip to a sensor case with a small number of steps.
この目的を達成するための本発明に係る圧力センサの製造方法は、被測定圧伝達用の導圧路に一端部が接続される導圧管の他端部に圧力センサチップを接着するとともに、前記圧力センサチップを収容するセンサケースの貫通孔に前記導圧管を通す第1のステップと、前記圧力センサチップを前記センサケースに対して位置決めし、前記導圧管を前記センサケースに半田付けする第2のステップと、前記圧力センサチップと前記センサケースの導体部分とをボンディングワイヤによって接続する第3のステップと、前記センサケースの開口部に蓋体を接合して前記センサケース内を封止する第4のステップとによって実施する方法である。 In order to achieve this object, the method of manufacturing a pressure sensor according to the present invention includes: bonding a pressure sensor chip to the other end of a pressure guiding tube, one end of which is connected to a pressure guiding path for transmitting pressure to be measured; A first step of passing the pressure guide tube through a through hole of a sensor case containing a pressure sensor chip, and a second step of positioning the pressure sensor chip with respect to the sensor case and soldering the pressure lead tube to the sensor case. a third step of connecting the pressure sensor chip and the conductor portion of the sensor case with a bonding wire; 4 steps.
本発明は、前記圧力センサの製造方法において、前記第1のステップは、圧力測定装置ボディに溶接されるワッシャを前記導圧管の前記一端部に溶接するステップと、前記導圧管の前記他端部を前記センサケースの貫通孔に通し、この他端部に前記圧力センサチップを接着するステップとを有し、前記第2のステップにおける前記圧力センサチップを前記センサケースに対して位置決めするステップは、前記圧力センサチップと前記センサケースとをそれぞれ半田付け用治具に組み合わせて行ってもよい。 According to the present invention, in the pressure sensor manufacturing method, the first step includes welding a washer to be welded to the pressure measuring device body to the one end of the pressure guide tube; through a through-hole of the sensor case, and bonding the pressure sensor chip to the other end of the sensor case, wherein the step of positioning the pressure sensor chip with respect to the sensor case in the second step includes: The pressure sensor chip and the sensor case may be combined with soldering jigs.
本発明は、前記圧力センサの製造方法において、前記第2のステップにおける、前記圧力センサチップと前記センサケースとをそれぞれ半田付け用治具に組み合わせるステップは、前記センサケースの開口が下方を指向する状態で前記センサケースと前記圧力センサチップを前記半田付け用治具の上に載せて行い、前記第2のステップにおける、前記導圧管を前記センサケースに半田付けするステップは、前記センサケースの上方から半田付けを行ってもよい。 In the pressure sensor manufacturing method according to the present invention, in the step of combining the pressure sensor chip and the sensor case with soldering jigs in the second step, the opening of the sensor case faces downward. The sensor case and the pressure sensor chip are placed on the soldering jig in the state of the pressure sensor, and the step of soldering the pressure guide tube to the sensor case in the second step is performed by placing the sensor case above the sensor case. Soldering may be performed from
本発明においては、導圧管をセンサケースに半田付けすることにより圧力センサチップがセンサケースに対して固定される。したがって、本発明によれば、圧力センサチップを少ない工程数でセンサケースに固定することが可能な圧力センサの製造方法を提供することができる。 In the present invention, the pressure sensor chip is fixed to the sensor case by soldering the pressure guide tube to the sensor case. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a pressure sensor manufacturing method capable of fixing a pressure sensor chip to a sensor case with a small number of steps.
以下、本発明に係る圧力センサの製造方法の一実施の形態を図1~図11を参照して詳細に説明する。
図1に示す圧力センサ1は、図4に示す圧力測定装置2に使用されるもので、圧力測定装置2の基板3に実装されるセンサケース4と、圧力測定装置2のボディ5に溶接される第1および第2の導圧管6,7とを備えている。
An embodiment of a pressure sensor manufacturing method according to the present invention will now be described in detail with reference to FIGS. 1 to 11. FIG.
The
センサケース4は、図2に示すように、有底角筒状に形成されたケース本体11と、このケース本体11の開口部を閉塞する蓋体12とによって構成されている。ケース本体11はセラミックス材料によって形成され、蓋体12はセラミックス材料または金属材料によって形成されている。ケース本体11の底壁13には第1の貫通孔14と第2の貫通孔15が形成されている。これらの第1および第2の貫通孔14,15には、第1の導圧管6と第2の導圧管7とが挿通されている。これらの第1および第2の導圧管6,7は、センサケース4の中に収容された圧力センサチップ16に接続されている。
As shown in FIG. 2, the
圧力センサチップ16は、複数のシリコン製の板状部材を厚み方向に重ねて立方体状に形成されている。圧力センサチップ16には、第1の導圧管6が挿入される第1の孔17と、第2の導圧管7が挿入される第2の孔18とが形成されている。第1の孔17の内部は、圧力センサチップ16の第1の圧力室16aに連通され、第2の孔18の内部は、圧力センサチップ16の第2の圧力室16bに連通されている。この実施の形態による圧力センサチップ16は、第1の孔17から第1の圧力室16aに伝達された圧力と、第2の孔18から第2の圧力室16bに伝達された圧力との差圧を検出するように構成されている。
The
第1および第2の導圧管6,7は、それぞれステンレス鋼によって形成され、所定の形状に曲げられている。また、これらの第1および第2の導圧管6,7は、図3に示すように、圧力センサチップ16に接着剤19によって接着されている。この接着剤19としては、エポキシ系の接着剤を用いることができる。センサケース4の内部は、エポキシ系の接着剤19が吸湿することがない状態になっている。この状態は、真空状態あるいはN2ガスなどの不活性ガスで満たされた状態である。センサケース4内をこのような不活性な状態に保つために、蓋体12がセンサケース4に溶接あるいはろう付けされるとともに、第1および第2の導圧管6,7におけるセンサケース4の第1および第2の貫通孔14,15を貫通する部分が半田付けによって封止されている。導圧管貫通部の半田付けは、半田20が第1および第2の貫通孔14,15の周囲の全域にわたって濡れ拡がるように行われている。
The first and second
ケース本体11の第1および第2の貫通孔14,15およびこれらの第1および第2の貫通孔14,15の開口部の周辺は、半田付けを行うことができるように、メタライズ処理が施されている。また、第1および第2の導圧管6,7における第1および第2の貫通孔14,15に挿通される部分には、半田付け用のめっきが施されている。この半田付け用のめっきは、Niを下地とするAuめっきである。
The first and second through-
センサケース4の内側部には、本発明でいう「導体部分」としてのボンディングパッド21が設けられている。このボンディングパッド21は、圧力センサチップ16のボンディングパッド22にボンディングワイヤ23を介して電気的に接続されている。また、センサケース4のボンディングパッド21は、図示してはいないが、センサケース4の外側底面に設けられた電極にセンサケース4内の導体を介して電気的に接続されている。センサケース4の電極は、基板3(図5参照)の半田付け用ランド24に半田付けされる。基板3は、圧力測定装置2のボディ5に樹脂ケース25を介して支持されている。
A
圧力センサ1の第1および第2の導圧管6,7は、圧力センサチップ16とは反対側の端部に第1および第2のワッシャ31,32が溶接され、これらの第1および第2のワッシャ31,32を介して圧力測定装置2のボディ5に接続されている。第1および第2のワッシャ31,32は、それぞれステンレス鋼によって円板状に形成され、ボディ5に溶接されている。
ボディ5は、ステンレス鋼によって形成されており、図4に示すように、第1および第2のワッシャ31,32が溶接された有底円筒状の検出部33と、板状に形成された受圧部34とを有している。検出部33には樹脂ケース25が組付けられている。
First and
The
受圧部34は、図6に示すように、厚み方向(図6においては左右方向)の一方の端部に第1の配管35が接続されるとともに、厚み方向の他方の端部に第2の配管36が接続される。第1の配管35の内部は、測定対象である第1のプロセス流体37で満たされている。第2の配管36の内部は、測定対象である第2のプロセス流体38で満たされている。
受圧部34における第1の配管35と接続される一端部には、第1のプロセス流体37の圧力を受圧する第1の受圧ダイアフラム41が設けられているとともに、この第1の受圧ダイアフラム41が壁の一部となる第1の圧力伝達室42が形成されている。
受圧部34における第2の配管36と接続される他端部には、第2のプロセス流体38の圧力を受圧する第2の受圧ダイアフラム43が設けられているとともに、この第2の受圧ダイアフラム43が壁の一部となる第2の圧力伝達室44が形成されている。
As shown in FIG. 6, the
A first pressure-receiving
A second
第1の圧力伝達室42と第2の圧力伝達室44は、ボディ5内に形成された被測定圧伝達用の第1の導圧路45および第2の導圧路46と、第1の導圧路45および第2の導圧路46の開口部分に溶接された第1および第2のワッシャ31,32と、第1および第2の導圧管6,7とを介して圧力センサチップ16の第1および第2の圧力室16a,16bに接続されている。第1および第2の圧力伝達室42,44から圧力センサチップ16の第1、第2の圧力室16a,16bに至る圧力伝達系は、圧力伝達媒体47(図3参照)で満たされている。
The first
ボディ5の検出部33は、円筒状に形成され、受圧部34とは反対の方向に向けて開口している。検出部33の開口部分は、図示していないカバーによって閉塞される。
検出部33の内側底部には、第1および第2の導圧路45,46がそれぞれ開口している。第1の導圧路45の開口端には、第1のワッシャ31が溶接され、第2の導圧路46の開口端には第2のワッシャ32が溶接されている。第1のワッシャ31と第2のワッシャ32は、樹脂ケース25に形成された貫通穴48に通されている。
The detecting
First and second
次に、圧力センサ1の製造方法を図7に示すフローチャートと図8~図11とを参照して説明する。
圧力センサ1は、図7のフローチャートの第1のステップS1~第4のステップS4を実施することにより製造される。第1のステップS1においては、先ず、図8(A)に示すように、第1および第2の導圧管6,7に第1および第2のワッシャ31,32を溶接する(ステップS1A)。なお、第1および第2の導圧管6,7は、第1および第2のワッシャ31,32が溶接される部分を除いて半田付け用のめっきが施されたものを使用するか、半田付け用のめっきが施されていないものを使用する。半田付け用のめっきが施されていない第1および第2の導圧管6,7を使用する場合は、第1および第2のワッシャ31,32が溶接された後に第1および第2の導圧管6,7に半田付け用のめっきを施す。
Next, a method of manufacturing the
The
第1および第2のワッシャ31,32が溶接されて半田付け用のめっきが施された第1および第2の導圧管6,7は、管内を含めて洗浄した後に、図8(B)に示すようにケース本体11の第1および第2の貫通孔14,15に通し、圧力センサチップ16の第1の孔17と第2の孔18とに挿入する。そして、第1および第2の導圧管6,7を圧力センサチップ16に接着剤19によって接着し(ステップS1B)、図8(C)に示すように圧力センサチップ16をケース本体11の中に挿入する。
The first and second
次に、第2のステップS2を実施する。第2のステップS2においては、先ず、図8(D)に示すように、ケース本体11と圧力センサチップ16を第1および第2の導圧管6,7が上に位置する姿勢として半田付け用治具51に載せる。半田付け用治具51は、図9に示すように、ケース本体11の一側部と他側部とが嵌合する一対の第1の溝52と、圧力センサチップ16が嵌合する第2の溝53とが形成されている。第1の溝52にケース本体11が嵌合するとともに第2の溝53に圧力センサチップ16が嵌合することにより、ケース本体11に対して圧力センサチップ16が位置決めされる(ステップS2A)。このように半田付け用治具51にケース本体11と圧力センサチップ16とを嵌合させた後、図8(E)に示すように、第1および第2の導圧管6,7をケース本体11に半田付けする(ステップS2B)。
Next, a second step S2 is performed. In the second step S2, first, as shown in FIG. 8(D), the case
そして、図10に示すように、ケース本体11のボンディングパッド21と圧力センサチップ16のボンディングパッド22とをボンディングワイヤ23によって接続する(第3のステップS3)。次いで、図11に示すように、ケース本体11の開口部に蓋体12をシーム溶接またはろう付けによって接合し(第4のステップS4)、ケース本体11を封止する。蓋体12をケース本体11に接合するにあたっては、ケース本体11と蓋体12とを図示していないチャンバーの中に装填し、チャンバー内を不活性ガスの雰囲気とするか、真空状態として行う。蓋体12がケース本体11に接合されることにより、圧力センサ1が完成する。
Then, as shown in FIG. 10, the
このように形成された圧力センサ1を圧力測定装置2のボディ5に組み付けるためには、先ず、センサケース4を基板3に実装する。このとき、第1および第2のワッシャ31,32を基板3の二つの貫通穴3a,3a(図5参照)に通し、第1および第2の導圧管6,7を基板3のスリット3bに通す。そして、第1および第2のワッシャ31,32を樹脂ケース25の貫通穴48に通し、基板3を樹脂ケース25に載せる。このとき、第1および第2のワッシャ31,32は、第1および第2の導圧路45,46の開口部分に接続する。そして、図示していない抵抗溶接用の棒状電極を樹脂ケース25の貫通穴48に挿入して第1および第2のワッシャ31,32に重ね、棒状電極とボディ5との間に第1および第2のワッシャ31,32を挟んで抵抗溶接によって第1および第2のワッシャ31,32をボディ5に溶接する。
In order to assemble the
第1および第2のワッシャ31,32がボディ5に溶接された後、第1および第2の圧力伝達室42,44から圧力センサチップ16内に至る圧力伝達経路に圧力伝達媒体47を充填する。この充填は、第1および第2の圧力伝達室42,44からボディ5の外に延びる充填孔(図示せず)を用いて行う。
その後、ボディ5の検出部33にカバーを組み付けることにより圧力測定装置2が完成する。
After the first and
After that, the
この実施の形態による圧力センサ1は、第1および第2の導圧管6,7に圧力センサチップ16を接着するとともに、センサケース4の第1および第2の貫通孔14,15に第1および第2の導圧管6,7を通す第1のステップS1と、圧力センサチップ16をセンサケース4のケース本体11に対して位置決めして第1および第2の導圧管6,7をケース本体11に半田付けする第2のステップS2と、圧力センサチップ16とケース本体11のボンディングパッド21(導体部分)とをボンディングワイヤ23によって接続する第3のステップS3と、ケース本体11の開口部に蓋体12を接合してケース本体11内を封止する第4のステップS4とを実施することにより製造されている。
この製造方法においては、第2のステップS2で第1および第2の導圧管6,7をケース本体11に半田付けすることにより、圧力センサチップ16がケース本体11に対して固定される。したがって、この実施の形態によれば、圧力センサチップを少ない工程数でセンサケースに固定することが可能な圧力センサの製造方法を提供することができる。
特に、この製造方法を採ることにより、圧力センサチップ16がセンサケース4に接触することがなくなるから、圧力センサチップ16に外力がセンサケース4を介して加えられることによる影響を最小化することができる。
In the
In this manufacturing method, the
In particular, by adopting this manufacturing method, the
この実施の形態による第1のステップS1は、圧力測定装置2のボディ5に溶接される第1および第2のワッシャ31,32を第1および第2の導圧管6,7の一端部に溶接するステップS1Aと、第1および第2の導圧管6,7の他端部をケース本体11の第1および第2の貫通孔14,15に通し、この他端部に圧力センサチップ16を接着するステップS1Bとによって実施している。また、第2のステップS2における圧力センサチップ16をケース本体11に対して位置決めするステップS2Aは、圧力センサチップ16とケース本体11とをそれぞれ半田付け用治具51に組み合わせて行っている。このため、圧力センサチップ16が半田付け用治具51によって保持された状態で第1および第2の導圧管6,7をケース本体11に半田付けすることができるから、半田付けを精度良く行うことができる。
In the first step S1 according to this embodiment, the first and
この実施の形態において、圧力センサチップ16とケース本体11とをそれぞれ半田付け用治具51に組み合わせるステップS2Aは、センサケース4の開口が下方を指向する状態でケース本体11と圧力センサチップ16を半田付け用治具51の上に載せて行い、その後、半田付けをセンサケース4の上方から行っている。このため、ケース本体11と圧力センサチップ16の位置決めを簡単に行うことができるとともに、半田20が十分に拡がるように半田付けを行うことができる。
In this embodiment, the step S2A of combining the
上述した実施の形態においては、第1および第2の導圧管6,7に第1および第2のワッシャ31,32を溶接した後に第1および第2の導圧管6,7を圧力センサチップ16に接着する方法を採っているが、第1および第2のワッシャ31,32は、第1および第2の導圧管6,7がケース本体11に半田付けされた後に第1および第2の導圧管6,7に溶接してもよい。この場合は、第1および第2の導圧管6,7を圧力センサチップ16に接着した後に第1および第2の導圧管6,7をケース本体11の第1および第2の貫通穴に通すことができる。
In the above-described embodiment, the
1…圧力センサ、2…圧力測定装置、4…センサケース、5…ボディ、12…蓋体、14…第1の貫通孔、15…第2の貫通孔、16…圧力センサチップ、21…ボンディングパッド(導体部分)、23…ボンディングワイヤ、31…第1のワッシャ、32…第2のワッシャ、45…第1の導圧路、46…第2の導圧路、51…半田付け用治具、S1…第1のステップ、S2…第2のステップ、S3…第3のステップ、S4…第4のステップ。
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
前記圧力センサチップを前記センサケースに対して位置決めし、前記導圧管を前記センサケースに半田付けする第2のステップと、
前記圧力センサチップと前記センサケースの導体部分とをボンディングワイヤによって接続する第3のステップと、
前記センサケースの開口部に蓋体を接合して前記センサケース内を封止する第4のステップとによって実施することを特徴とする圧力センサの製造方法。 A pressure sensor chip is adhered to the other end of a pressure guiding tube, one end of which is connected to a pressure guiding path for transmitting pressure to be measured, and the pressure guiding tube is passed through a through hole of a sensor case that accommodates the pressure sensor chip. 1 step;
a second step of positioning the pressure sensor chip with respect to the sensor case and soldering the pressure guide tube to the sensor case;
a third step of connecting the pressure sensor chip and the conductor portion of the sensor case with a bonding wire;
and a fourth step of joining a cover to the opening of the sensor case to seal the inside of the sensor case.
前記第1のステップは、
圧力測定装置ボディに溶接されるワッシャを前記導圧管の前記一端部に溶接するステップと、
前記導圧管の前記他端部を前記センサケースの貫通孔に通し、この他端部に前記圧力センサチップを接着するステップとを有し、
前記第2のステップにおける前記圧力センサチップを前記センサケースに対して位置決めするステップは、前記圧力センサチップと前記センサケースとをそれぞれ半田付け用治具に組み合わせて行うことを特徴とする圧力センサの製造方法。 In the method of manufacturing a pressure sensor according to claim 1,
The first step includes
welding a washer to be welded to the pressure measuring device body to the one end of the impulse tube;
a step of passing the other end of the pressure guide tube through the through hole of the sensor case and bonding the pressure sensor chip to the other end;
The step of positioning the pressure sensor chip with respect to the sensor case in the second step is performed by combining the pressure sensor chip and the sensor case with soldering jigs. Production method.
前記第2のステップにおける、前記圧力センサチップと前記センサケースとをそれぞれ半田付け用治具に組み合わせるステップは、前記センサケースの開口が下方を指向する状態で前記センサケースと前記圧力センサチップを前記半田付け用治具の上に載せて行い、
前記第2のステップにおける、前記導圧管を前記センサケースに半田付けするステップは、前記センサケースの上方から半田付けを行うことを特徴とする圧力センサの製造方法。 In the method of manufacturing a pressure sensor according to claim 2,
In the step of combining the pressure sensor chip and the sensor case with soldering jigs in the second step, the sensor case and the pressure sensor chip are assembled with the opening of the sensor case facing downward. Place it on the soldering jig,
A method of manufacturing a pressure sensor, wherein the step of soldering the pressure guiding tube to the sensor case in the second step performs soldering from above the sensor case.
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