JP2890204B2 - 圧力センサパッケージ - Google Patents
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- JP2890204B2 JP2890204B2 JP2052876A JP5287690A JP2890204B2 JP 2890204 B2 JP2890204 B2 JP 2890204B2 JP 2052876 A JP2052876 A JP 2052876A JP 5287690 A JP5287690 A JP 5287690A JP 2890204 B2 JP2890204 B2 JP 2890204B2
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- G01L19/14—Housings
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般に、応力感知半導体を内蔵する圧力感
知装置に関し、特に、より低価格でより高い性能を得る
ために、エラストマー接着剤から成る連続する周囲ビー
ドの間に半導体ダイが装着されているような改良された
湿対湿式圧力センサパツケージに関する。
知装置に関し、特に、より低価格でより高い性能を得る
ために、エラストマー接着剤から成る連続する周囲ビー
ドの間に半導体ダイが装着されているような改良された
湿対湿式圧力センサパツケージに関する。
これまで、様々な用途に適用するための多様な圧力変
換器が開発されているが、そのような変換器の多くは、
片面に圧電抵抗素子が装着されている感圧シリコンダイ
を内蔵する。圧電抵抗素子は、圧力に応答してダイがた
わんだときに、対応する電気信号を発生する。感圧シリ
コンダイを適正に装着することは変換器の性能に関して
重大な意味をもつている。
換器が開発されているが、そのような変換器の多くは、
片面に圧電抵抗素子が装着されている感圧シリコンダイ
を内蔵する。圧電抵抗素子は、圧力に応答してダイがた
わんだときに、対応する電気信号を発生する。感圧シリ
コンダイを適正に装着することは変換器の性能に関して
重大な意味をもつている。
そのような種類の変換器の１つが、いわゆる「湿対湿
式」圧力変換器であり、この場合、ダイは、それと直接
に接触している２つの流体圧力媒体の間でダイアフラム
として作用する。このような変換器は医療用や自動車
用，自動販売機用などに様々に使用されている。この種
の圧力変換器では、ダイは、必要な機械的支持体を形成
するばかりでなく、特定の用途に応じた流密シールをも
構成するように装着されなければならない。ダイは流体
媒体と直接接触しているので、保護被覆膜を設ける場合
が多いのであるが、この被覆膜は感度と繰返し精度に影
響を及ぼすことがある。従つて、最良の性能を得るため
には、ダイに外から加わる応力をできる限り少なくする
と共に、必要な機械的支持体と流体シールを構成すると
いう条件を満たすように、ダイを装着することが特に望
ましい。
式」圧力変換器であり、この場合、ダイは、それと直接
に接触している２つの流体圧力媒体の間でダイアフラム
として作用する。このような変換器は医療用や自動車
用，自動販売機用などに様々に使用されている。この種
の圧力変換器では、ダイは、必要な機械的支持体を形成
するばかりでなく、特定の用途に応じた流密シールをも
構成するように装着されなければならない。ダイは流体
媒体と直接接触しているので、保護被覆膜を設ける場合
が多いのであるが、この被覆膜は感度と繰返し精度に影
響を及ぼすことがある。従つて、最良の性能を得るため
には、ダイに外から加わる応力をできる限り少なくする
と共に、必要な機械的支持体と流体シールを構成すると
いう条件を満たすように、ダイを装着することが特に望
ましい。
エラストマーマウント部を有する圧力変換器も、これ
までに、利用できるようになつている。たとえば、本発
明の譲受人であるHoneywell Inc.に譲渡されたRosenber
gerの米国特許第4,656,454号には、ハウジングの対向す
る部分に嵌合され、予備形成されたエラストマーリング
シールの間にタイが挾持されているような湿対湿式圧力
センサが示されている。この圧力変換器はきわめて適切
に機能するが、利用されている特定の種類のマウント部
にはいくつかの欠点がある。シリコンダイは絶えず応力
を受けており、そのため、感度がそこなわれる。予備形
成されたエラストマーシールの製造時のわずかなばらつ
き及び／又はパツケージの組立て時の変動が応力をさら
に大きくしてしまうと考えられ、その結果、適正な流体
シールに影響が及び、感度はさらに低下する。また、マ
ウント部の構成は、実質的には、ダイの露出した回路素
子の上に保護被覆膜を設けることを必要とするものであ
り、それによつて、ヒステリシス効果が増大するので、
繰返し精度と性能は低下する。この点に関して、Glenn
の米国特許第4,665,754号,Leの第4,658,651号及びKelle
rの第4,373,397号も、従来の技術を代表するものであ
る。
までに、利用できるようになつている。たとえば、本発
明の譲受人であるHoneywell Inc.に譲渡されたRosenber
gerの米国特許第4,656,454号には、ハウジングの対向す
る部分に嵌合され、予備形成されたエラストマーリング
シールの間にタイが挾持されているような湿対湿式圧力
センサが示されている。この圧力変換器はきわめて適切
に機能するが、利用されている特定の種類のマウント部
にはいくつかの欠点がある。シリコンダイは絶えず応力
を受けており、そのため、感度がそこなわれる。予備形
成されたエラストマーシールの製造時のわずかなばらつ
き及び／又はパツケージの組立て時の変動が応力をさら
に大きくしてしまうと考えられ、その結果、適正な流体
シールに影響が及び、感度はさらに低下する。また、マ
ウント部の構成は、実質的には、ダイの露出した回路素
子の上に保護被覆膜を設けることを必要とするものであ
り、それによつて、ヒステリシス効果が増大するので、
繰返し精度と性能は低下する。この点に関して、Glenn
の米国特許第4,665,754号,Leの第4,658,651号及びKelle
rの第4,373,397号も、従来の技術を代表するものであ
る。
このように、必要な流体シールを構成するという条件
を満たすと同時に、ダイに不要な応力が加わるのを防ぎ
且つ露出した回路素子を流体媒体との接触による腐食か
ら保護して、感度及び性能を向上させることができるよ
うなより良いエラストマーマウント部を有する改良され
た湿対湿式圧力センサが必要になつているのである。
を満たすと同時に、ダイに不要な応力が加わるのを防ぎ
且つ露出した回路素子を流体媒体との接触による腐食か
ら保護して、感度及び性能を向上させることができるよ
うなより良いエラストマーマウント部を有する改良され
た湿対湿式圧力センサが必要になつているのである。
本発明は、従来の技術と関連する上記の問題点及びそ
の他の問題点を克服する圧力センサパツケージから成
る。本発明によれば、ハウジングの内部でエラストマー
マウント部により支持される感圧シリコンチツプ、すな
わち、ダイを具備する改良された湿対湿式圧力センサパ
ツケージが提供される。エラストマーマウント部はダイ
を外部の応力から隔離し、必要な流体シールを構成する
と共に、露出した回路素子を保護して、感度，繰返し精
度及び総性能を向上させる。ダイは、ハウジングの同じ
部分で、エラストマー接着剤から成る２つの連続する周
囲ビードの間に、ハウジングの他のどの部分とも重なり
合い又は直接の接触を生じることなく装着される。
の他の問題点を克服する圧力センサパツケージから成
る。本発明によれば、ハウジングの内部でエラストマー
マウント部により支持される感圧シリコンチツプ、すな
わち、ダイを具備する改良された湿対湿式圧力センサパ
ツケージが提供される。エラストマーマウント部はダイ
を外部の応力から隔離し、必要な流体シールを構成する
と共に、露出した回路素子を保護して、感度，繰返し精
度及び総性能を向上させる。ダイは、ハウジングの同じ
部分で、エラストマー接着剤から成る２つの連続する周
囲ビードの間に、ハウジングの他のどの部分とも重なり
合い又は直接の接触を生じることなく装着される。
以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。図面中、同じ図中符号はいくつかの図を通して同様
の要素又は対応する要素を示す。図面には、本発明の改
良された湿対湿式圧力センサパツケージ10が示されてい
る。以下にさらに詳細に説明するが、圧力センサパツケ
ージ10は、応力を隔離し、流体シールを形成し且つ露出
した回路素子を保護するためにエラストマー接着剤から
成る周囲ビードに取付けられた感圧素子を含む。
る。図面中、同じ図中符号はいくつかの図を通して同様
の要素又は対応する要素を示す。図面には、本発明の改
良された湿対湿式圧力センサパツケージ10が示されてい
る。以下にさらに詳細に説明するが、圧力センサパツケ
ージ10は、応力を隔離し、流体シールを形成し且つ露出
した回路素子を保護するためにエラストマー接着剤から
成る周囲ビードに取付けられた感圧素子を含む。
圧力センサパツケージ10はハウジング12を具備し、図
示されている形態によれば、このハウジング12は、周囲
を取囲んでいる側壁18により互いに離間する関係で結合
された対向するカバー14及び16を含む。ハウジング12
は、その内部に、狭いチヤンバを規定している。上部カ
バー14は、外側端部から上部カバーを貫通して内側端部
の凹部22に至る軸方向ポート、すなわち、孔20を含む。
上部カバー14の外面の周囲には、圧力を監視すべき流体
の供給源まで延出するある長さの導管26の一端を受入れ
且つ固着するための複数の長手方向リブ24が設けられて
いる。図示されるような好ましい実施例においては、下
部カバー16は軸方向ポート、すなわち、孔28と、凹部30
と、外面の長手方向リブ32とを含む全く同じ構成を有す
る。別の流体源から下部カバー16に、別の導管（図示せ
ず）が接続される。
示されている形態によれば、このハウジング12は、周囲
を取囲んでいる側壁18により互いに離間する関係で結合
された対向するカバー14及び16を含む。ハウジング12
は、その内部に、狭いチヤンバを規定している。上部カ
バー14は、外側端部から上部カバーを貫通して内側端部
の凹部22に至る軸方向ポート、すなわち、孔20を含む。
上部カバー14の外面の周囲には、圧力を監視すべき流体
の供給源まで延出するある長さの導管26の一端を受入れ
且つ固着するための複数の長手方向リブ24が設けられて
いる。図示されるような好ましい実施例においては、下
部カバー16は軸方向ポート、すなわち、孔28と、凹部30
と、外面の長手方向リブ32とを含む全く同じ構成を有す
る。別の流体源から下部カバー16に、別の導管（図示せ
ず）が接続される。
好ましい実施例では、ハウジング12のカバー14及び16
は同じものである。それぞれのカバー14及び16はテーパ
形の外側端部と、直径の大きな内側端部とを有し、内側
端部の外面には、側壁18を受入れる段部を規定するため
に、切欠きが形成されている。カバー14及び16と、側壁
18とは適切な熱可塑性樹脂から成形され、超音波溶接用
接着剤又はその他の適切な手段によつて一体に固着され
るのが好ましい。
は同じものである。それぞれのカバー14及び16はテーパ
形の外側端部と、直径の大きな内側端部とを有し、内側
端部の外面には、側壁18を受入れる段部を規定するため
に、切欠きが形成されている。カバー14及び16と、側壁
18とは適切な熱可塑性樹脂から成形され、超音波溶接用
接着剤又はその他の適切な手段によつて一体に固着され
るのが好ましい。
特に第２図及び第３図を参照して説明すると、下部カ
バー16の内側には応力感知チツプ又はダイ34が完全に支
持されている。詳細にいえば、ダイ34は、シリコンなど
の半導体材料から成るほぼ長方形又は矩形のチツプであ
り、周縁部36と、ダイアフラム38を形成する肉薄の中央
円形領域とを有する。圧電抵抗器と、他の導電領域とか
ら成る構成を形成するために、ダイ34の上面40には不純
物が添加されている。周縁部36の上面には接点パツド42
や、その他の露出された回路素子が配置されている。
バー16の内側には応力感知チツプ又はダイ34が完全に支
持されている。詳細にいえば、ダイ34は、シリコンなど
の半導体材料から成るほぼ長方形又は矩形のチツプであ
り、周縁部36と、ダイアフラム38を形成する肉薄の中央
円形領域とを有する。圧電抵抗器と、他の導電領域とか
ら成る構成を形成するために、ダイ34の上面40には不純
物が添加されている。周縁部36の上面には接点パツド42
や、その他の露出された回路素子が配置されている。
ダイ34は、エラストマー接着剤から成る２つの連続す
るすビード46及び48により構成されたエラストマーマウ
ント部44の内部に支持されている。詳細にいえば、エラ
ストマー接着剤から成る下方のビード46は、ダイ34の下
方周縁部36と、下部カバー16の凹部30とに沿つて延出し
ている。尚、この凹部30は、ダイと凹部との接触又は接
合を回避するために、ダイ34より相対的に大きい。エラ
ストマー接着剤から成る上方のビード48は、ダイ34の上
方周縁部36と、金属リードフレーム50の内側端部と、下
部カバー16の中間部分とに沿つて延出している。尚、上
方ビード48は接点パツド42及びその他の露出した回路素
子と、ダイ34上の接点パツドを、下部カバー16の内側端
部に成形されているリードフレーム50と接続するワイヤ
ボンド52とをさらに被覆し、それにより、それらの部分
を保護しており、露出した回路素子を腐食から守つてい
る。リードフレーム50の内側端部は下部カバー16に固着
されるが、リードフレーム50の外側端部は、制御回路
（図示せず）のワイヤ54への接続のために、ハウジング
12の外へ延出している。
るすビード46及び48により構成されたエラストマーマウ
ント部44の内部に支持されている。詳細にいえば、エラ
ストマー接着剤から成る下方のビード46は、ダイ34の下
方周縁部36と、下部カバー16の凹部30とに沿つて延出し
ている。尚、この凹部30は、ダイと凹部との接触又は接
合を回避するために、ダイ34より相対的に大きい。エラ
ストマー接着剤から成る上方のビード48は、ダイ34の上
方周縁部36と、金属リードフレーム50の内側端部と、下
部カバー16の中間部分とに沿つて延出している。尚、上
方ビード48は接点パツド42及びその他の露出した回路素
子と、ダイ34上の接点パツドを、下部カバー16の内側端
部に成形されているリードフレーム50と接続するワイヤ
ボンド52とをさらに被覆し、それにより、それらの部分
を保護しており、露出した回路素子を腐食から守つてい
る。リードフレーム50の内側端部は下部カバー16に固着
されるが、リードフレーム50の外側端部は、制御回路
（図示せず）のワイヤ54への接続のために、ハウジング
12の外へ延出している。
好ましい実施例においては、エラストマービード46及
び48は、GE自然加硫（RTV）シリコーンゴムno.162など
の柔軟なエラストマー接着剤から形成される。流体環境
が敵性、すなわち、腐食性のものである場合には、GEフ
ルオロシリコーンを使用することができる。
び48は、GE自然加硫（RTV）シリコーンゴムno.162など
の柔軟なエラストマー接着剤から形成される。流体環境
が敵性、すなわち、腐食性のものである場合には、GEフ
ルオロシリコーンを使用することができる。
図示されるように、圧力センサパツケージ10は、ハウ
ジング12のポート20及び28にそれぞれ接続される２つの
流体の相対圧力差を感知する。しかしながら、必要に応
じて、ポート28を密閉し、ポート28の内部に真空基準を
発生させるようにその内部を真空排気することにより、
ポート20に接続される流体の絶対圧力、すなわち、ゲー
ジ圧を感知するように、センサパツケージ10を変形する
ことができる。
ジング12のポート20及び28にそれぞれ接続される２つの
流体の相対圧力差を感知する。しかしながら、必要に応
じて、ポート28を密閉し、ポート28の内部に真空基準を
発生させるようにその内部を真空排気することにより、
ポート20に接続される流体の絶対圧力、すなわち、ゲー
ジ圧を感知するように、センサパツケージ10を変形する
ことができる。
18種類の抜取単位によつて得た実験結果は、このセン
サパツケージ10の性能の向上を確証している。本発明の
圧力センサパツケージと、米国特許第4,656,454号に示
されているModel 16PCとについて、1psi及び17psiで直
接比較試験を実施した。ヒステリシスに重点を置いた
が、試験の結果は次の通りであつた。
サパツケージ10の性能の向上を確証している。本発明の
圧力センサパツケージと、米国特許第4,656,454号に示
されているModel 16PCとについて、1psi及び17psiで直
接比較試験を実施した。ヒステリシスに重点を置いた
が、試験の結果は次の通りであつた。
このように、以上の説明から、本発明は、従来の技術
と比較して数多の利点を有する改良された湿対湿式圧力
センサパツケージを構成することがわかるであろう。重
大な利点の１つは、感度及び精度を向上させるようにダ
イを応力から隔離するために、ダイが、ハウジングの同
じ部分に固着され且つ支持されたエラストマーマウント
部の内部に懸垂されていることである。上方ビードは、
ダイの周囲のワイヤボンド及びその他の露出した回路素
子を、中央のダイアフラム領域と重なり合うことなく、
腐食から保護する働きもする。その他の利点は当業者に
は自明であろう。
と比較して数多の利点を有する改良された湿対湿式圧力
センサパツケージを構成することがわかるであろう。重
大な利点の１つは、感度及び精度を向上させるようにダ
イを応力から隔離するために、ダイが、ハウジングの同
じ部分に固着され且つ支持されたエラストマーマウント
部の内部に懸垂されていることである。上方ビードは、
ダイの周囲のワイヤボンド及びその他の露出した回路素
子を、中央のダイアフラム領域と重なり合うことなく、
腐食から保護する働きもする。その他の利点は当業者に
は自明であろう。
本発明の特定の実施例を添付の図面に示し且つ〔実施
例〕の項で説明したが、本発明が開示した実施例のみに
限定されず、特許請求の範囲により規定される本発明の
範囲の中に入る代替物，同等物、変形及び／又は再構成
の全てを包含するものであることは理解されるであろ
う。
例〕の項で説明したが、本発明が開示した実施例のみに
限定されず、特許請求の範囲により規定される本発明の
範囲の中に入る代替物，同等物、変形及び／又は再構成
の全てを包含するものであることは理解されるであろ
う。
第１図は、本発明の湿対湿式圧力センサパツケージの斜
視図、第２図は、その湿対湿式圧力センサパツケージの
拡大縦断面図、第３図は、本発明の感圧ダイのエラスト
マーマウント部の拡大横断面図である。 10……圧力センサパツケージ、12……ハウジング、14,1
6……カバー、20,28……軸方向ポート、34……感圧ダ
イ、36……ダイの周縁部、38……ダイアフラム、42……
接点パツド、44……エラストマーマウント部、46,48…
…ビード、50……リードフレーム、52……ワイヤボン
ド。
視図、第２図は、その湿対湿式圧力センサパツケージの
拡大縦断面図、第３図は、本発明の感圧ダイのエラスト
マーマウント部の拡大横断面図である。 10……圧力センサパツケージ、12……ハウジング、14,1
6……カバー、20,28……軸方向ポート、34……感圧ダ
イ、36……ダイの周縁部、38……ダイアフラム、42……
接点パツド、44……エラストマーマウント部、46,48…
…ビード、50……リードフレーム、52……ワイヤボン
ド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−154332（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−243830（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−88930（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−134034（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01L 9/04 101
Claims (2)
- 【請求項１】互いに離間して対向する上部端壁及び下部
端壁により一部境界を限定されたチヤンバを規定するハ
ウジングと； 周縁部と、肉薄の中央部と、その中央部にあつては、周
縁部にある接点パツドを含めた複数の露出した回路素子
に接続されている圧電抵抗回路を有する上面と，下面と
を含む前記ハウジングの下部端壁の凹部配設される感圧
ダイと； 前記ハウジングの下部端壁に、前記ダイと離間する関係
で固着され、複数の内側端部及び外側端部を含むリード
フレームと； 前記ダイの接点パツドと、前記リードフレームの内側端
部とを互いに接続する複数のワイヤボンドと； 前記ダイを前記ハウジングの下部端壁の凹部と、前記リ
ードフレームの内側端部と、前記ハウジングの下部端壁
の中間部分との間に懸垂すると共に、前記ダイの肉薄の
中央部と重なり合うことなく、前記ダイにある露出した
回路素子及び接点パツドと、前記ワイヤボンドとを被覆
保護するビード手段とを具備する圧力センサパツケー
ジ。 - 【請求項２】互いに離間して対向する上部端壁及び下部
端壁により一部境界を限定されたチヤンバを規定するハ
ウジングと； 周縁部と、中央ダイアフラム部分とダイアフラム部分に
あつては、周縁部にある接点パツドを含めた複数の露出
した回路素子に接続されている圧電抵抗回路を有する上
面と，下面とを含み、前記ハウジングの下部端壁の凹部
に遊びをもつて配設される感圧ダイと； 前記ハウジングの下部端壁に、前記ダイと離間する関係
で固着され、複数の内側端部及び外側端部を含むリード
フレームと； 前記ダイの接点パツドと、前記リードフレームの内側端
部とを互いに接続する複数のワイヤボンドと； エラストマー接着剤から成り、前記ダイの下面側周縁部
と、前記ハウジングの下部端壁の凹部との間に延出する
連続する下方ビードと； エラストマー接着剤から成り、前記ダイの上面側周縁部
と、前記リードフレームの内側端部と、前記ハウジング
の下部端壁の中間部分との間に連続して延出し、前記ダ
イのダイアフラム部分と重なり合うことなく、前記ダイ
にある露出した回路素子及び接点パツドと、ワイヤボン
ドとを被覆保護する上方ビードと； 前記ハウジングの上部端壁に流体ボートを規定する手段
と； 前記ハウジングの下部端壁の凹部に連通する流体ボート
を規定する手段とを具備する圧力センサパツケージ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/320,170 US4942383A (en) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | Low cost wet-to-wet pressure sensor package |
| US320170 | 1989-03-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03201336A JPH03201336A (ja) | 1991-09-03 |
| JP2890204B2 true JP2890204B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=23245190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2052876A Expired - Fee Related JP2890204B2 (ja) | 1989-03-06 | 1990-03-06 | 圧力センサパッケージ |
Country Status (6)
| Country | Link |
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| US (1) | US4942383A (ja) |
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