JP3120388B2

JP3120388B2 - 半導体圧力変換器

Info

Publication number: JP3120388B2
Application number: JP06214590A
Authority: JP
Inventors: 圭三大谷
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 2000-12-25
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JPH0875577A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は差圧または圧力を検出す
る半導体圧力変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体圧力変換器として
は半導体圧力センサを利用したものが知られている
（例：実開昭５９−１３５６５４号公報等）。半導体圧
力センサは、半導体基板の表面に不純物の拡散もしくは
イオン打ち込み技術によりピエゾ抵抗領域として作用す
るゲージを形成すると共に、Ａｌの蒸着等によりリード
を形成し、裏面の一部をエッチングによって除去するこ
とにより厚さ２０μｍ〜５０μｍ程度の薄肉部、すなわ
ちダイヤフラムを形成して構成したもので、ダイヤフラ
ムの表裏面に測定圧力をそれぞれ加えると、ダイヤフラ
ムの変形に伴いゲージの比抵抗が変化し、この時の抵抗
変化に伴う出力電圧を検出し、差圧または圧力を測定す
るものである。

【０００３】また、最近では温度や静圧により生じるセ
ンサの零点変化を防止するため、静圧および温度を検出
し、これらの検出信号により差圧または圧力信号を補正
することにより、差圧または圧力をより高精度に測定し
得るようにした複合機能型半導体圧力センサも知られて
いる（例：特開平４−１１３２３９号公報）。特に、温
度補償は、半導体基板の不純物濃度が低くなるとピエゾ
抵抗係数の温度依存性が大きくなることから重要であ
る。

【０００４】図３および図４はこのような複合機能型半
導体圧力センサを備えた半導体圧力変換器の従来例を示
す平面図および断面図で、支持台１上にガラスチューブ
２を設置し、さらにその上に半導体圧力センサ３を設置
して構成したものである。支持台１はステンレス、コバ
ール等によって形成され、中心に圧力導入孔４を有し、
また外周寄りには導電路を形成する複数本の導電ピン６
が気密端子５を介して貫通立設されている。ガラスチュ
ーブ２は半導体圧力センサ３と熱膨張係数が近似したパ
イレックスガラス、セラミックス等によって形成されて
支持台１上にろう材７によって接合固定されており、中
心には前記圧力導入孔４に連通する挿通孔８が貫通形成
されている。

【０００５】前記半導体圧力センサ３は、ｎ型単結晶Ｓ
ｉ（シリコン）等からなり前記ガラスチューブ２の上面
に静電接合された半導体基板９を備えている。この半導
体基板９は、裏面側にエッチングにより設けられた凹部
１０のため厚さ２０μｍ〜５０μｍ程度の薄肉部を形成
する部分が円板状の差圧感圧用ダイヤフラム部１１を形
成し、このダイヤフラム部１１の表面側には不純物の拡
散もしくはイオン打ち込み技術によりピエゾ抵抗領域と
して作用する４つの差圧検出用ゲージ１２が形成されて
いる。これらのゲージ１２は、リード１３により互いに
接続されてホイールストーンブリッジを構成し、その差
圧検出用電源端子部１５ａおよび差圧信号取出用端子部
１５ｂがリード線１６によって前記導電ピン６にそれぞ
れ接続されており、ダイヤフラム部１１の表裏面に測定
圧力Ｐ1 ，Ｐ2 がそれぞれ印加されると、その変形に伴
い各ゲージ１２の比抵抗が変化し、圧力Ｐ1 ，Ｐ2 の差
圧信号を差動的に出力する。この時の差圧検出用ゲージ
１２の出力電圧は、ダイヤフラム部１１の形状、肉厚、
差圧検出用ゲージ１２の形成位置、ゲージ自体の向き等
によっても異なる。例えば、差圧検出用ゲージ１２の向
きについていえば、結晶面方位（００１）のＳｉ上にゲ
ージを設ける場合、ピエゾ抵抗係数が最大になる向きは
＜１１０＞の結晶軸方向であるため、この方向に差圧検
出用ゲージ１２を形成することが望ましい。

【０００６】さらに、前記半導体基板９の表面には同じ
く４つからなり温度を検出する温度補償用ゲージ１７が
設けられている。温度補償用ゲージ１７は、前記差圧検
出用ゲージ１２と同様、不純物の拡散もしくはイオン打
ち込み技術により形成されてピエゾ抵抗領域（ピエゾ抵
抗素子）として作用し、Ａｌの蒸着等により形成された
リード（図示せず）によりホイールストーンブリッジを
構成することにより、温度を検出する。そして、このゲ
ージ１７はダイヤフラム部１１の表裏面に加えられた測
定すべき圧力Ｐ1 ，Ｐ2 に感応しないよう、半導体基板
２の厚肉部表面上に、結晶面方位（００１）におけるピ
エゾ抵抗係数の最小感度を示す向き＜０１０＞（もしく
は＜１００＞）軸方向に形成されており、その温度補償
用電源端子部１８ａおよび温度信号取出用端子部１８ｂ
がゲージ１７用の導電ピン６にリード線１９を介して接
続されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
半導体圧力変換器においては、支持台１上に導電ピン６
を各ゲージ１２，１７毎に２本ずつ貫通立設し、その上
端に差圧検出用ゲージ１２と温度補償用ゲージ１７の各
端子部１５ａ，１５ｂ、１８ａ，１８ｂをリード線１
６，１９を介して接続していた。このため、特に多くの
信号を取り出そうとする複合機能型半導体圧力センサの
製作に際しては、多くの導電ピン６が必要で、支持台１
に多くの貫通孔２０を形成して各導電ピン６を気密端子
５によりハーメチックシールしなければならず、その作
業が面倒で製造コストが高くなるという問題があった。
また、ハーメチックシールの個数が多くなればなるほ
ど、変換器自体の信頼性が低下するという問題もあっ
た。

【０００８】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、導電ピンの本数およびハーメチックシール箇所を
削減し、コスト低減と製造性および信頼性の向上を図る
ようにした半導体圧力変換器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
本発明は、半導体圧力センサを接合した支持台に気密端
子を介して導電ピンを貫通立設し、前記半導体圧力セン
サの表面に形成したパターンの端子部と前記導電ピンを
リード線で接続した半導体圧力変換器において、前記導
電ピンを、非導電材料からなり表面に導電路が形成され
た板状体を複数積層して一体的に接合されてなる少なく
とも１本の耐熱性非導電材料により形成したことを特徴
とするものである。

【００１０】

【作用】従来の導電ピンは単一の導電路を形成していた
のに対し、本発明における耐熱性非導電材料は複数の導
電路を有し、これら導電路と各ゲージがリード線で接続
されることで、複数の導電ピンとして機能する。つま
り、耐熱性非導電材料は複数の各ゲージに対して共通に
使用され、ハーメチックシール箇所を削減する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係る半導体圧力変換器
の一実施例を示す断面図、図２は耐熱性非導電材料の斜
視図である。なお、図３および図４と同一構成部材のも
のに対しては同一符号をもって示し、その説明を省略す
る。本実施例において半導体圧力センサ自体は、図３お
よび図４に示した従来の圧力センサと同様、差圧検出用
ゲージ１２と温度補償用ゲージ１７（図３参照）を備え
た複合機能型半導体圧力センサを構成している。そし
て、本実施例は支持台１の適宜箇所に複数の導電路２２
（２２ａ〜２２ｈ）を有する１本の耐熱性非導電材料２
１を貫通立設し、その上、下端部をリード線接続部Ａ，
Ｂとし、上端側リード線接続部Ａと差圧検出用ゲージ１
２および温度補償用ゲージ１７の各端子部１５ａ，１５
ｂ、１８ａ，１８ｂをリード線１６を介してそれぞれ接
続し、下端側リード線接続部Ｂに別のリード線２３の一
端を接続し、同リード線２３の他端を信号処理回路およ
び電源に接続したものである。

【００１２】前記耐熱性非導電材料２１としては積層セ
ラミックが用いられる。このような耐熱性非導電材料２
１の製作に際しては、Ｓｉ単結晶からなる薄くて長さの
異なる複数枚、例えば４枚の板状体２１ａ〜２１ｄの一
方の面に、図２に示すように例えば２つの導電路２２を
全長にわたってそれぞれ印刷形成した後、これら板状体
２１ａ〜２１ｄをその中央部を一致させて、かつ導電部
２２が形成されている面を上にして長さの長い順に順次
積層し一体的に接合することにより製作することができ
る。このため、耐熱性非導電材料２１のリード線接続部
Ａ，Ｂを構成する両端部は段部を形成しており、これに
より各板状体２１ａ〜２１ｄに形成されている導電路２
２の端部が外部に露呈し前記リード線１６，２３の接続
を可能にしている。

【００１３】かくしてこのような構成からなる半導体圧
力変換器にあっては、耐熱性非導電材料２１のリード線
接続部Ａに差圧検出用ゲージ１２および温度補償用ゲー
ジ１７の各端子部１５ａ，１５ｂ、１８ａ，１８ｂをリ
ード線１６を介してそれぞれ接続することができるの
で、１本の耐熱性非導電材料２１が従来の支持台１上に
貫通立設していた複数本の導電ピン６と同等の機能を果
たすことができる。このため、支持台１には唯１つの貫
通孔２０を形成して気密端子５によりシールするだけで
よく、部品点数、貫通孔の穴明け加工およびハーメチッ
クシールの個数を大幅に削減することができ、コスト低
減が可能である。また、ハーメチックシールの個数が減
少すれば、半導体圧力変換器の製造性および信頼性を向
上させることができる。

【００１４】なお、本実施例は差圧検出用ゲージ１２お
よび温度補償用ゲージ１７に対して１本の耐熱性非導電
材料２１を用いた場合について示したが、本発明はこれ
に何等特定されるものではなく、例えば各ゲージ１２，
１７毎にそれぞれ耐熱性非導電材料２１を立設してもよ
いことは勿論である。また、本実施例は耐熱性非導電材
料２１の素材としてＳｉ単結晶からなる４枚の板状体２
１ａ〜２１ｄを用いて形成した場合を示したが、本発明
はこれに限らず、樹脂等の他の非導電材料からなる板状
体で形成されるものであってもよい。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
圧力変換器は、半導体圧力センサを接合した支持台に気
密端子を介して導電ピンを貫通立設し、前記半導体圧力
センサの表面に形成したパターンの端子部と前記導電ピ
ンをリード線で接続した半導体圧力変換器において、前
記導電ピンを、非導電材料からなり表面に導電路が形成
された板状体を複数積層して一体的に接合されてなる少
なくとも１本の耐熱性非導電材料により形成したので、
従来の導電ピンに比べて耐熱性非導電材料の本数が少な
く、したがって、部品点数、支持台に形成する貫通孔の
数およびハーメチックシール箇所を大幅に削減すること
ができ、製造コストを削減することができる。また、ハ
ーメチックシール箇所が少なければ、半導体圧力変換器
の製造性および信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体圧力変換器の一実施例を
示す断面図である。

【図２】耐熱性非導電材料の斜視図である。

【図３】半導体圧力変換器の従来例を示す平面図であ
る。

【図４】同変換器の断面図である。

【符号の説明】

１…支持台、２…ガラスチューブ、３…半導体圧力セン
サ、４…圧力導入孔、５…気密端子、６…導電ピン、７
…ろう材、８…挿通孔、９…半導体基板、１１…ダイヤ
フラム部、１２…差圧検出用ゲージ、１６…リード線、
１７…温度補償用ゲージ、２１…耐熱性非導電材料、２
２…導電路、２３…リード線。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体圧力センサを接合した支持台に気
密端子を介して導電ピンを貫通立設し、前記半導体圧力
センサの表面に形成したパターンの端子部と前記導電ピ
ンをリード線で接続した半導体圧力変換器において、前記導電ピンを、非導電材料からなり表面に導電路が形
成された板状体を複数積層して一体的に接合されてなる
少なくとも１本の耐熱性非導電材料により形成したこと
を特徴とする半導体圧力変換器。