JP3089853B2 - 半導体感圧素子 - Google Patents
半導体感圧素子Info
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- JP3089853B2 JP3089853B2 JP04250290A JP25029092A JP3089853B2 JP 3089853 B2 JP3089853 B2 JP 3089853B2 JP 04250290 A JP04250290 A JP 04250290A JP 25029092 A JP25029092 A JP 25029092A JP 3089853 B2 JP3089853 B2 JP 3089853B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ダイヤフラム部
に不純物拡散により形成した感圧ゲージのピエゾ抵抗効
果を利用した半導体感圧素子に関する。
に不純物拡散により形成した感圧ゲージのピエゾ抵抗効
果を利用した半導体感圧素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体感圧素子は、金属ダイヤフラム型
あるいはフローティング可変抵抗型の感圧素子に比して
外形が小さくでき、低コスト化が可能であるという特徴
をもち、自動車のエンジン制御プラントにおける圧力の
自動監視など、各種ガス圧力計測に用いられる。そし
て、半導体感圧素子のセンサ部と、その出力信号を増幅
し、また温度補償するための信号処理回路とを別個にす
ると、構造が複雑となること、また外付けの信号処理回
路は腐食性ガスなどのある外部環境の悪い所では使えな
いという問題があり、信号処理回路を感圧ゲージ部と同
一チップに集積することが進められている。そして、こ
の半導体チップをガラスなどの台座と静電接合により気
密接合し、その台座を金属ステム上に固着し、その金属
ステムと金属キャップを気密溶接封止して内部を圧力基
準室とするキャンパッケージ型半導体感圧素子は高い信
頼性を有している。
あるいはフローティング可変抵抗型の感圧素子に比して
外形が小さくでき、低コスト化が可能であるという特徴
をもち、自動車のエンジン制御プラントにおける圧力の
自動監視など、各種ガス圧力計測に用いられる。そし
て、半導体感圧素子のセンサ部と、その出力信号を増幅
し、また温度補償するための信号処理回路とを別個にす
ると、構造が複雑となること、また外付けの信号処理回
路は腐食性ガスなどのある外部環境の悪い所では使えな
いという問題があり、信号処理回路を感圧ゲージ部と同
一チップに集積することが進められている。そして、こ
の半導体チップをガラスなどの台座と静電接合により気
密接合し、その台座を金属ステム上に固着し、その金属
ステムと金属キャップを気密溶接封止して内部を圧力基
準室とするキャンパッケージ型半導体感圧素子は高い信
頼性を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】キャンパッケージは気
密性の点で信頼性が高いが、もし外力その他によりパッ
ケージが破損して気密が破壊されると感圧素子としての
機能が果たせなくなる。またセンサチップが破壊してパ
ッケージを突き破り、外部に飛散するおそれもある。
密性の点で信頼性が高いが、もし外力その他によりパッ
ケージが破損して気密が破壊されると感圧素子としての
機能が果たせなくなる。またセンサチップが破壊してパ
ッケージを突き破り、外部に飛散するおそれもある。
【０００４】本発明の目的は、上述の問題を解決し、パ
ッケージの破損による気密性劣化が防止され、さらに万
一気密性劣化が起きたときには、それを検知できる自己
診断(ダイアグノーシス) 機能をもつ半導体感圧素子を
提供することにある。
ッケージの破損による気密性劣化が防止され、さらに万
一気密性劣化が起きたときには、それを検知できる自己
診断(ダイアグノーシス) 機能をもつ半導体感圧素子を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の半導体感圧素子は、ダイヤフラム部に感
圧ゲージが形成された半導体素体を収容する金属底板と
この金属底板と気密に結合された金属蓋体とからなる内
部容器と、外部容器蓋部が弾性体を介して外部容器基部
に加圧されて気密に結合された外部容器と、この外部容
器中に前記内部容器が収容されたものとする。そして、
半導体素体に感圧ゲージの信号処理回路が集積されたこ
とでよい。また、内部容器の底板に絶縁されて気密に貫
通する端子導体がその底板とその下の外部容器基部との
間に介在する絶縁性支持体に埋め込まれたＵ字状導体を
介して外部容器蓋部を貫通して上方に引き出される外部
端子に接続されたことが有効である。さらに、そのＵ字
状導体の両端に、接続される導体が差込まれる凹形端子
を有することでよい。そして、外部容器蓋部が外部容器
基部周辺で突出する円筒体のカーリングにより基部に加
圧されることでよい。また、外部容器の下面中央に固定
用ねじ部を有し、そのねじ部の中心軸に半導体素体のダ
イヤフラム部の一面に達する導圧路に連通する導圧孔が
形成されたことでよい。そして、内部容器は弾性体を介
して絶縁性支持体に加圧され固定されることでよい。ま
た、弾性体に圧着する少なくとも外部容器蓋部および絶
縁支持体のいずれかの当接面が凸形状であることが有効
である。別の本発明の半導体感圧素子は、ダイヤフラム
部に感圧ゲージが形成された半導体素体上に導電性ガス
検出用のセンサが設けられたものとする。そして、導電
性ガス検出用のセンサが、半導体素体に形成された拡散
抵抗の両端の電極間の抵抗値の変化により半導体素体上
の雰囲気中の導電性ガスの存在を検出するものであるこ
とが有効である。
めに、本発明の半導体感圧素子は、ダイヤフラム部に感
圧ゲージが形成された半導体素体を収容する金属底板と
この金属底板と気密に結合された金属蓋体とからなる内
部容器と、外部容器蓋部が弾性体を介して外部容器基部
に加圧されて気密に結合された外部容器と、この外部容
器中に前記内部容器が収容されたものとする。そして、
半導体素体に感圧ゲージの信号処理回路が集積されたこ
とでよい。また、内部容器の底板に絶縁されて気密に貫
通する端子導体がその底板とその下の外部容器基部との
間に介在する絶縁性支持体に埋め込まれたＵ字状導体を
介して外部容器蓋部を貫通して上方に引き出される外部
端子に接続されたことが有効である。さらに、そのＵ字
状導体の両端に、接続される導体が差込まれる凹形端子
を有することでよい。そして、外部容器蓋部が外部容器
基部周辺で突出する円筒体のカーリングにより基部に加
圧されることでよい。また、外部容器の下面中央に固定
用ねじ部を有し、そのねじ部の中心軸に半導体素体のダ
イヤフラム部の一面に達する導圧路に連通する導圧孔が
形成されたことでよい。そして、内部容器は弾性体を介
して絶縁性支持体に加圧され固定されることでよい。ま
た、弾性体に圧着する少なくとも外部容器蓋部および絶
縁支持体のいずれかの当接面が凸形状であることが有効
である。別の本発明の半導体感圧素子は、ダイヤフラム
部に感圧ゲージが形成された半導体素体上に導電性ガス
検出用のセンサが設けられたものとする。そして、導電
性ガス検出用のセンサが、半導体素体に形成された拡散
抵抗の両端の電極間の抵抗値の変化により半導体素体上
の雰囲気中の導電性ガスの存在を検出するものであるこ
とが有効である。
【０００６】
【作用】感圧機能をもつ半導体素体を二重の容器に収容
することにより、外力による内部容器の破損の防止、素
体の破壊の時の安全性の確保および二重構造による気密
性の向上が達せられる。また、内部容器の金属蓋部に絶
縁されて気密に貫通する端子導体の形成は困難なので、
内部容器底板を貫通する端子導体を、内部容器の絶縁性
支持体中にあるＵ字状導体により上方に方向反転し、外
部容器蓋部から上方へ外部端子導体を引き出すことによ
り、外部回路との接続が容易になる。さらに、半導体素
体上に、例えば大気中の水蒸気のような導電性ガスの接
触により抵抗の変化する拡散抵抗のようなガスセンサを
設けることにより、気密性の劣化によるガスの侵入を検
知する自己診断機能が確保される。
することにより、外力による内部容器の破損の防止、素
体の破壊の時の安全性の確保および二重構造による気密
性の向上が達せられる。また、内部容器の金属蓋部に絶
縁されて気密に貫通する端子導体の形成は困難なので、
内部容器底板を貫通する端子導体を、内部容器の絶縁性
支持体中にあるＵ字状導体により上方に方向反転し、外
部容器蓋部から上方へ外部端子導体を引き出すことによ
り、外部回路との接続が容易になる。さらに、半導体素
体上に、例えば大気中の水蒸気のような導電性ガスの接
触により抵抗の変化する拡散抵抗のようなガスセンサを
設けることにより、気密性の劣化によるガスの侵入を検
知する自己診断機能が確保される。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の絶対圧型半導体感圧素子にお
ける一実施例を示す。ダイヤフラム部に感圧ゲージが形
成されている感圧チップ１は静電接合によりガラズ台座
２の上に固着され、そのガラス台座ははんだ３によって
金属ステム４にろう付けされている。この金属ステム４
は金属キャップ５に溶接されて気密容器を形成する。ス
テム４にガラス６によってシールされて貫通する端子７
は、感圧チップ１の出力端子と導線８により接続されて
いる。そして、このステム４はゴム板９を介して樹脂支
持体10に加圧、固定される。加圧は、支持体10周縁で突
出する円筒体11の三角形断面を有する頭部によって行わ
れる。さらに、樹脂支持体10はねじ部12を有する金属台
座13の上に置かれ、ソケット16を有する樹脂製の外部容
器蓋部15によりゴム板14を介して加圧される。加圧は、
台座13の周縁近くで突出する円筒体17の上部をカーリン
グすることにより行われる。樹脂支持体10にはＵ字状導
体18が埋込まれている。このＵ字状導体18の両端には凹
形端子19、20が形成され、凹形端子19に内部容器の金属
ステム４を貫通する端子７を、凹形端子20には途中に応
力を吸収する可撓部を有する外部出力端子21を差込むこ
とにより、はんだ付等洗浄を要する作業を必要とするこ
となく接続ができる。外部出力端子21の上部は予め蓋部
15に埋込まれており、上端はソケット16の中で外部に引
き出されている。台座13と蓋部15からなる外部容器の外
部および台座の中心軸に開けられた導圧孔22との間の気
密封止は、ゴム板14に圧着する蓋部15および支持体10の
当接面に凸部23、24を形成することにより確保される。
同様の凸部は、金属ステム４のゴム板９との当接面に形
成してもよい。この素子の取付時などに加わる外力は、
プラスチックからなる支持体10と蓋部15との係合部のみ
にかかり、キャンパッケージ４、５には伝わらない。ま
た上下方向の応力は、二重のゴム板９、14が緩和する。
なお、金属台座13にねじ部12を有するのでエンジン制御
プラントへの実装が簡単にできる。
ける一実施例を示す。ダイヤフラム部に感圧ゲージが形
成されている感圧チップ１は静電接合によりガラズ台座
２の上に固着され、そのガラス台座ははんだ３によって
金属ステム４にろう付けされている。この金属ステム４
は金属キャップ５に溶接されて気密容器を形成する。ス
テム４にガラス６によってシールされて貫通する端子７
は、感圧チップ１の出力端子と導線８により接続されて
いる。そして、このステム４はゴム板９を介して樹脂支
持体10に加圧、固定される。加圧は、支持体10周縁で突
出する円筒体11の三角形断面を有する頭部によって行わ
れる。さらに、樹脂支持体10はねじ部12を有する金属台
座13の上に置かれ、ソケット16を有する樹脂製の外部容
器蓋部15によりゴム板14を介して加圧される。加圧は、
台座13の周縁近くで突出する円筒体17の上部をカーリン
グすることにより行われる。樹脂支持体10にはＵ字状導
体18が埋込まれている。このＵ字状導体18の両端には凹
形端子19、20が形成され、凹形端子19に内部容器の金属
ステム４を貫通する端子７を、凹形端子20には途中に応
力を吸収する可撓部を有する外部出力端子21を差込むこ
とにより、はんだ付等洗浄を要する作業を必要とするこ
となく接続ができる。外部出力端子21の上部は予め蓋部
15に埋込まれており、上端はソケット16の中で外部に引
き出されている。台座13と蓋部15からなる外部容器の外
部および台座の中心軸に開けられた導圧孔22との間の気
密封止は、ゴム板14に圧着する蓋部15および支持体10の
当接面に凸部23、24を形成することにより確保される。
同様の凸部は、金属ステム４のゴム板９との当接面に形
成してもよい。この素子の取付時などに加わる外力は、
プラスチックからなる支持体10と蓋部15との係合部のみ
にかかり、キャンパッケージ４、５には伝わらない。ま
た上下方向の応力は、二重のゴム板９、14が緩和する。
なお、金属台座13にねじ部12を有するのでエンジン制御
プラントへの実装が簡単にできる。
【０００８】この半導体感圧素子は、導圧孔２２により
測定圧を導入すると、圧力はゴム板の１４の穴、支持体
１０の穴、ゴム板９の穴、金属ステム４の穴、台座２の
穴、からなる導圧路を経由して感圧チップ１に伝えら
れ、金属ステム４と金属キャップ５により形成されるキ
ャンパッケージ内の圧力基準室２５の圧力との差に応じ
た信号を出力する。キャンパッケージの気密劣化の場合
は、圧力基準室２５の圧力を大気より低く設定すること
によって、外部から侵入した空気中の水蒸気が感圧チッ
プ１の上で結露する。そこで、図２に示すような拡散抵
抗３１を感圧チップ１の表面層に形成し、Ａｌ導体３２
によりジグザグ状に接続する。図3はその断面図で、３
３はパッシベーション膜を示している。水滴の付着によ
り、３４あるいは３５の部分にリークが起こり、抵抗値
が低下する。図4はこのような変化による自己診断機能
の等価回路で、感圧ゲージ４１の出力信号は演算増幅器
４２を介してＶｏｕｔ端子から取出される。一方、拡散
抵抗３１と基準抵抗４３とにより電源電圧を分圧すれ
ば、拡散抵抗３１の抵抗値の低下はコンパレータ４４に
よって自己診断出力として端子４５から取出される。さ
らに大きな気密性の変化があれば、出力信号も大きく変
化することがわかっており、この出力を常時モニタする
ことによって、電源オンなどの初期レベルとの比較をマ
イコンなどで処理し対応ができる。感圧チップ１に集積
されたＩC回路の不動作故障などは、出力が下限飽和
０．２Ｖ以下、上限飽和４．９Ｖ以上などで常時モニタ
することができる。
測定圧を導入すると、圧力はゴム板の１４の穴、支持体
１０の穴、ゴム板９の穴、金属ステム４の穴、台座２の
穴、からなる導圧路を経由して感圧チップ１に伝えら
れ、金属ステム４と金属キャップ５により形成されるキ
ャンパッケージ内の圧力基準室２５の圧力との差に応じ
た信号を出力する。キャンパッケージの気密劣化の場合
は、圧力基準室２５の圧力を大気より低く設定すること
によって、外部から侵入した空気中の水蒸気が感圧チッ
プ１の上で結露する。そこで、図２に示すような拡散抵
抗３１を感圧チップ１の表面層に形成し、Ａｌ導体３２
によりジグザグ状に接続する。図3はその断面図で、３
３はパッシベーション膜を示している。水滴の付着によ
り、３４あるいは３５の部分にリークが起こり、抵抗値
が低下する。図4はこのような変化による自己診断機能
の等価回路で、感圧ゲージ４１の出力信号は演算増幅器
４２を介してＶｏｕｔ端子から取出される。一方、拡散
抵抗３１と基準抵抗４３とにより電源電圧を分圧すれ
ば、拡散抵抗３１の抵抗値の低下はコンパレータ４４に
よって自己診断出力として端子４５から取出される。さ
らに大きな気密性の変化があれば、出力信号も大きく変
化することがわかっており、この出力を常時モニタする
ことによって、電源オンなどの初期レベルとの比較をマ
イコンなどで処理し対応ができる。感圧チップ１に集積
されたＩC回路の不動作故障などは、出力が下限飽和
０．２Ｖ以下、上限飽和４．９Ｖ以上などで常時モニタ
することができる。
【０００９】図５は本発明の相対圧型半導体感圧素子に
おける一実施例を示す。この場合は、キャンパッケージ
の内部空間25を大気に開放するために、金属蓋体51に孔
部26を、外部容器蓋部15に孔部27を設けてある。この孔
部27は孔部26より低い位置にあり、外部からの水分がキ
ャンパッケージ内部空間25に浸入しにくくしてある。ま
たチップ１および接続導線８に保護用ポッティング樹脂
28が塗布されている。この素子においても、チップ１に
拡散抵抗31を形成することにより、導圧孔22から導入さ
れる測定ガスが気密性劣化のためキャンパッケージ内部
空間25に侵入したことを検知するのに役立つ。
おける一実施例を示す。この場合は、キャンパッケージ
の内部空間25を大気に開放するために、金属蓋体51に孔
部26を、外部容器蓋部15に孔部27を設けてある。この孔
部27は孔部26より低い位置にあり、外部からの水分がキ
ャンパッケージ内部空間25に浸入しにくくしてある。ま
たチップ１および接続導線８に保護用ポッティング樹脂
28が塗布されている。この素子においても、チップ１に
拡散抵抗31を形成することにより、導圧孔22から導入さ
れる測定ガスが気密性劣化のためキャンパッケージ内部
空間25に侵入したことを検知するのに役立つ。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、容器を二重にすること
により、気密性、防爆性の向上が達せられ、Ｕ字状導体
の利用により外部出力端子の容器上方への引出しが容易
になり、またガスセンサの内蔵により自己診断機能が備
えられるので、信頼性の高い半導体感圧素子を得ること
ができた。
により、気密性、防爆性の向上が達せられ、Ｕ字状導体
の利用により外部出力端子の容器上方への引出しが容易
になり、またガスセンサの内蔵により自己診断機能が備
えられるので、信頼性の高い半導体感圧素子を得ること
ができた。
【図１】本発明の一実施例の絶対圧型半導体感圧素子の
断面図
断面図
【図２】本発明の別の実施例に用いられるガスセンサの
平面図
平面図
【図３】図２のガスセンサの断面図
【図４】図２のガスセンサを用いた半導体感圧素子の等
価回路図
価回路図
【図５】本発明のさらに別の実施例の相対圧型半導体感
圧素子の断面図
圧素子の断面図
１ 感圧チップ ４ 金属ステム ５ 金属キャップ ６ ガラス ７ 端子 ９ ゴム板 １０ 樹脂支持体 １１ 円筒体 １２ ねじ部 １３ 金属台座 １４ ゴム板 １５ 外部容器蓋部 １７ 円筒体 １８ Ｕ字状導体 １９ 凹形端子 ２０ 凹形端子 ２１ 外部出力端子 ２２ 導圧孔 ２３ 凸部 ２４ 凸部 ３１ 拡散抵抗 ３２ Al導体
Claims (10)
- 【請求項１】ダイヤフラム部に感圧ゲージが形成された
半導体素体を収容する金属底板とこの金属底板と気密に
結合された金属蓋体とからなる内部容器と、外部容器蓋
部の当接面が弾性体を介して外部容器基部に加圧されて
気密に結合された外部容器と、この外部容器中に前記内
部容器が収容されたことを特徴とする半導体感圧素子。 - 【請求項２】前記半導体素体に感圧ゲージの信号処理回
路が集積されたことを特徴とする請求項１記載の半導体
感圧素子。 - 【請求項３】前記内部容器の底板に絶縁されて気密に貫
通する端子導体がその底板とその下の前記外部容器基部
との間に介在する絶縁性支持体に埋め込まれたＵ字状導
体を介して前記外部容器蓋部を貫通して上方に引き出さ
れる外部端子に接続されたことを特徴とする請求項１あ
るいは２記載の半導体感圧素子。 - 【請求項４】前記Ｕ字状導体の両端に、接続される導体
が差込まれる凹形端子を有することを特徴とする請求項
３記載の半導体感圧素子。 - 【請求項５】前記外部容器蓋部が前記外部容器基部周辺
で突出する円筒体のカーリングにより基部に加圧される
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の
半導体感圧素子。 - 【請求項６】前記外部容器の下面中央に固定用ねじ部を
有し、そのねじ部の中心軸に前記半導体素体のダイヤフ
ラム部の一面に達する導圧路に連通する導圧孔が形成さ
れたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記
載の半導体感圧素子。 - 【請求項７】前記内部容器は弾性体を介して絶縁性支持
体に加圧され固定されることを特徴とする請求項１ない
し６のいずれかに記載の半導体感圧素子。 - 【請求項８】前記弾性体に圧着する少なくとも前記外部
容器蓋部および絶縁支持体のいずれかの当接面が凸形状
であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに
記載の半導体感圧素子。 - 【請求項９】ダイヤフラム部に感圧ゲージが形成された
半導体素体上に導電性ガス検出用のセンサが設けられた
ことを特徴とする半導体感圧素子。 - 【請求項１０】前記導電性ガス検出用のセンサが、半導
体素体に形成され拡散抵抗の両端の電極間の抵抗値の変
化により半導体素体上の雰囲気中の導電性ガスの存在を
検出するものであることを特徴とする請求項９に記載の
半導体感圧素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04250290A JP3089853B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 半導体感圧素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04250290A JP3089853B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 半導体感圧素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06102121A JPH06102121A (ja) | 1994-04-15 |
| JP3089853B2 true JP3089853B2 (ja) | 2000-09-18 |
Family
ID=17205711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04250290A Expired - Fee Related JP3089853B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 半導体感圧素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3089853B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6422088B1 (en) | 1999-09-24 | 2002-07-23 | Denso Corporation | Sensor failure or abnormality detecting system incorporated in a physical or dynamic quantity detecting apparatus |
| DE10255279A1 (de) * | 2002-11-26 | 2004-06-03 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Messumformer mit Lecküberwachung |
| US6715360B1 (en) * | 2003-02-19 | 2004-04-06 | Fisher Controls International, Llc | Gauge pressure sensor for hazardous applications |
| CN109353252B (zh) * | 2018-12-06 | 2023-06-23 | 吉林大学 | 一种具有体压感知的智能汽车座椅装置和应用方法 |
| CN110054141A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-26 | 西人马联合测控（泉州）科技有限公司 | 压力传感器及其封装方法 |
-
1992
- 1992-09-21 JP JP04250290A patent/JP3089853B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06102121A (ja) | 1994-04-15 |
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