JP3365028B2 - Pressure detector - Google Patents

Pressure detector

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JP3365028B2
JP3365028B2 JP04247294A JP4247294A JP3365028B2 JP 3365028 B2 JP3365028 B2 JP 3365028B2 JP 04247294 A JP04247294 A JP 04247294A JP 4247294 A JP4247294 A JP 4247294A JP 3365028 B2 JP3365028 B2 JP 3365028B2
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精一郎 大竹
和義 長瀬
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば内燃機関の燃焼
ガス検出用として用いられ、特に半導体のピエゾ効果を
利用した圧力検出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure detecting device used for detecting combustion gas in an internal combustion engine, and more particularly to a pressure detecting device utilizing the piezoelectric effect of a semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の圧力検出装置にあって
は、特開昭64−36081号公報に開示されるものが
ある。この圧力検出装置によると、圧縮応力が加えられ
る面として(110)面の結晶面を有するように切り出
した厚みと不純物濃度が均ーなSi単結晶体上に、ー対
の出力電極と入力電極とを直交する方向に相対して設け
ている。そして、この結晶面に垂直に加えられる圧縮応
力を常時分散して伝達可能な台座を、結晶面に接合固定
している。さらに、結晶面に対向するSi単結晶体の他
の面に、圧縮応力の生じる方向に十分な剛性を備えた支
持基台を接合固定している。このようにSi単結晶体を
支持基台に接合固定することにより、結晶面に垂直に圧
縮応力が作用したときにSi単結晶体に単純な圧縮応力
のみを生じさせている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of pressure detecting device, there is one disclosed in JP-A-64-36081. According to this pressure detection device, a pair of output electrode and input electrode are formed on a Si single crystal body having a uniform thickness and impurity concentration that is cut out so as to have a (110) crystal face as a face to which compressive stress is applied. And are provided so as to face each other in a direction orthogonal to each other. Then, a pedestal capable of constantly transmitting and transmitting the compressive stress applied perpendicularly to the crystal plane is bonded and fixed to the crystal plane. Further, a supporting base having sufficient rigidity in the direction in which the compressive stress is generated is joined and fixed to the other surface of the Si single crystal body facing the crystal plane. By bonding and fixing the Si single crystal body to the support base in this manner, only a simple compressive stress is generated in the Si single crystal body when the compressive stress acts perpendicularly to the crystal plane.

【0003】以上のような構成により、温度変化に伴い
増加する歪みゲージの抵抗値がもたらす特性への悪影響
を低減しようとしている。ここで、上記Si単結晶体は
図24に示す62のような構成となっており、入力電極
63a、63bよりx方向に電流を流すとともにz方向
に圧縮力を加えた場合に、入力電極63a、63bと直
交するy方向に配置した出力電極64a、64bに電位
差が発生するπ’63ゲージを用いている。なお、65は
台座が結晶面を押圧する押圧面を示す。
With the above-mentioned structure, it is attempted to reduce the adverse effect on the characteristics caused by the resistance value of the strain gauge which increases as the temperature changes. Here, the above-mentioned Si single crystal body has a structure as shown in 62 shown in FIG. 24. When a current is applied from the input electrodes 63a and 63b in the x direction and a compressive force is applied in the z direction, the input electrode 63a , 63b, a π ′ 63 gauge that causes a potential difference between the output electrodes 64a and 64b arranged in the y-direction orthogonal to the electrodes 63a and 63b is used. Reference numeral 65 indicates a pressing surface on which the pedestal presses the crystal surface.

【0004】また、電極形成時において、通常マスクを
使用したパターンニングによるプレーナ技術が実施され
るので、図24に示すようにある程度の電極幅Wが形成
されるている。また、電極はAl等の金属で形成される
ので、電極内での抵抗は非常に小さいものとなってい
る。
Further, since a planar technique by patterning using a mask is usually used at the time of forming the electrodes, a certain electrode width W is formed as shown in FIG. Further, since the electrodes are made of a metal such as Al, the resistance inside the electrodes is very small.

【0005】次に、この種の他の圧力検出装置として、
本出願人は日本電装公開技報(整理番号92−220)
において図25に示すものを開示している。図25にお
いて、螺子部66を有するハウジング67(ケース)の
先端側開口部に金属ダイヤフラム部68を備えたコップ
69が設けられている。そして、この内部にはリード7
0をハーメチックシールして保持する支持台71が設け
られ、この支持台71上にゲージ抵抗(図示せず)が形
成された感圧素子72が設けられ、さらにその上には荷
重伝達用として上面が球面状にロッド73が設けられて
いる。また、支持台71下側には放熱剤74が設けられ
ている。そして、装置が螺子部66でエンジンブロック
(図示せず)に接続されているため、支持台71はエン
ジンブロックと導通しボディアースとなっている。
Next, as another pressure detecting device of this type,
The applicant is Nippon Denso Public Technical Report (reference number 92-220)
In FIG. 25 is disclosed. In FIG. 25, a cup 69 having a metal diaphragm portion 68 is provided at the front end side opening of a housing 67 (case) having a screw portion 66. And inside this lead 7
A support base 71 for hermetically sealing 0 is provided, and a pressure sensitive element 72 having a gauge resistance (not shown) is provided on the support base 71, and an upper surface for load transmission is further provided thereon. Is provided with a rod 73 in a spherical shape. Further, a heat dissipation agent 74 is provided below the support base 71. Since the device is connected to the engine block (not shown) by the screw portion 66, the support base 71 is electrically connected to the engine block and serves as a body ground.

【0006】このように、ロッド73と感圧素子72と
の間、および感圧素子72と支持台71との間は絶縁性
の接着剤75により接着固定されている。こうして、各
々の間はこの接着剤75からなる絶縁接着層により絶縁
されている。また、感圧素子72とリード70との間は
ボンディングワイヤ76により電気的に接続されてい
る。
In this way, the rod 73 and the pressure-sensitive element 72, and the pressure-sensitive element 72 and the support base 71 are bonded and fixed by the insulating adhesive 75. In this way, the spaces are insulated from each other by the insulating adhesive layer made of the adhesive 75. The pressure sensitive element 72 and the lead 70 are electrically connected by a bonding wire 76.

【0007】この構成の圧力検出装置によれば、ダイヤ
フラム部68に印加された圧力はロッド73を介して感
圧素子72に導かれ、感圧素子72上のゲージ抵抗に生
ずるピエゾ抵抗効果によって圧力が検出されることにな
る。
According to the pressure detecting device having this structure, the pressure applied to the diaphragm portion 68 is guided to the pressure sensitive element 72 through the rod 73, and the pressure is generated by the piezoresistive effect generated in the gauge resistance on the pressure sensitive element 72. Will be detected.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭64−36081号公報に開示される圧力検出装置
によれば、実際に台座を結晶面に接合固定する際には台
座のずれが少なからず生じるが、この場合、従来の構成
ではSi単結晶体62表面全体にゲージ抵抗を配置し、
この表面の押圧面65、即ち圧縮応力の作用面を台座に
より押さえているので、位置の同位性がくずれて感度
低下をもたらすという問題がある。
However, according to the pressure detecting device disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 64-36081, the displacement of the pedestal is not a little when actually bonding and fixing the pedestal to the crystal plane. In this case, a gauge resistor is arranged on the entire surface of the Si single crystal body 62 in the conventional configuration.
Since the pressing surface 65 on this surface, that is, the surface on which the compressive stress acts, is pressed by the pedestal, there is a problem in that the isotope of the position collapses and the sensitivity decreases.

【0009】また、押圧面65よりゲージ領域が大きい
ので、内燃機関で使用するときの台座からの熱により台
座直下の押圧面65とそれ以外の領域との間で温度差が
発生し、特に上記のように台座が押圧面65からずれる
と温度特性がばらつくという問題がある。また、Si単
結晶体62は1本のゲージ抵抗で電位差を検出する構成
としているので、圧縮応力が結晶面に加わった際に、上
記のようにある程度の電極幅Wを有し金属等からなる電
極では電極内での抵抗は非常に小さく殆ど同電位となっ
てしまう。従って、せっかく発生した電位を相殺させて
しまい、これにより感度が低下するという問題もある。
Further, since the gauge area is larger than the pressing surface 65, the heat from the pedestal when used in the internal combustion engine causes a temperature difference between the pressing surface 65 immediately below the pedestal and the other areas, particularly the above-mentioned. If the pedestal deviates from the pressing surface 65 as described above, there is a problem that the temperature characteristics vary. Further, since the Si single crystal body 62 is configured to detect the potential difference with a single gauge resistance, when the compressive stress is applied to the crystal plane, it has a certain electrode width W as described above and is made of metal or the like. At the electrodes, the resistance inside the electrodes is very small and they are almost at the same potential. Therefore, there is a problem in that the generated potentials are canceled out, which lowers the sensitivity.

【0010】次に、上記日本電装公開技報(整理番号9
2−220)に開示する圧力検出装置では、図25にお
けるG部の部分拡大図26のように、支持台71の表面
には小さな凹凸が存在しているので、支持台71と感圧
素子72が部分接触し導通することがある。従って、絶
縁接着層による絶縁だけでは不十分である。この場合、
感圧素子72と支持台71との間での非絶縁からケース
−ゲージ抵抗間でケース67へのリーク電流がながれ、
特性が不安定となるという問題がある。
Next, the above-mentioned Nippon Denso Public Technical Report (reference number 9
2-220), the support base 71 and the pressure-sensitive element 72 have small irregularities on the surface of the support base 71 as shown in a partially enlarged view of the G portion in FIG. 25. May make partial contact and become conductive. Therefore, insulation by the insulating adhesive layer is not sufficient. in this case,
Leakage current flows from the non-insulation between the pressure sensitive element 72 and the support base 71 to the case 67 between the case and the gauge resistance,
There is a problem that the characteristics become unstable.

【0011】通常、ゲージ抵抗は数百Ω〜数十kΩ程度
あり、このゲージ抵抗が、例えば数十pFの容量でケー
ス67と容量結合されると、数十MHz以上の高周波ノイ
ズがゲージ出力信号に混入し装置が誤動作する。ここで
本発明者らは、この寄生容量により高周波ノイズがゲー
ジ出力信号に混入するという点について検討したとこ
ろ、リード70のハーメチックシール部と、支持台71
と感圧素子72との間の絶縁接着層によるものと、感圧
素子72とロッド73との間の絶縁接着層によるもの、
との3箇所に寄生容量が発生しており、各々のコンデン
サカップリングによりゲージ出力信号に高周波ノイズが
混入して装置が誤動作していることを見出した。
Usually, the gauge resistance is about several hundred Ω to several tens kΩ, and when this gauge resistance is capacitively coupled to the case 67 with a capacitance of several tens pF, for example, a high frequency noise of several tens MHz or more causes a gauge output signal. And the device malfunctions. Here, the present inventors have examined the fact that high frequency noise is mixed in the gauge output signal due to this parasitic capacitance. As a result, the hermetically sealed portion of the lead 70 and the support base 71 are examined.
And an insulating adhesive layer between the pressure-sensitive element 72 and the pressure-sensitive element 72, and an insulating adhesive layer between the pressure-sensitive element 72 and the rod 73,
It has been found that parasitic capacitances are generated at three locations, and high frequency noise is mixed in the gauge output signal due to the coupling of each capacitor and the device malfunctions.

【0012】よって、この構成には、これら3箇所の寄
生容量により高周波ノイズがゲージ出力信号に混入し装
置が誤動作するという問題がある。以上説明したよう
に、圧力検出装置を構成し用いる場合の特性変動の要因
として、台座の位置ずれと電極幅Wに起因するもので特
に温度特性が大きくばらつくことがある。さらに、感圧
素子と支持台間での非絶縁から生じるリーク電流による
ものと、リードのハーメチックシール部での寄生容量お
よび支持台と感圧素子間の絶縁接着層での寄生容量およ
び感圧素子とロッド間の絶縁接着層での寄生容量により
ゲージ出力信号に混入する高周波ノイズによるものがあ
る。
Therefore, this configuration has a problem in that high-frequency noise is mixed into the gauge output signal due to the parasitic capacitances at these three locations, and the device malfunctions. As described above, as a factor of the characteristic variation when the pressure detecting device is constructed and used, the temperature characteristic may greatly vary due to the positional displacement of the pedestal and the electrode width W. In addition, the leakage current caused by non-insulation between the pressure sensitive element and the support base, the parasitic capacitance at the hermetically sealed portion of the lead and the parasitic capacitance and pressure sensitive element at the insulating adhesive layer between the support base and the pressure sensitive element. There is a high frequency noise mixed in the gauge output signal due to the parasitic capacitance in the insulating adhesive layer between the rod and the rod.

【0013】そこで、本発明は上記問題を達成するため
になされたものであり、電極幅に関係なく、仮に圧縮応
力の作用面がずれたとしても感度が低下せず、精度の良
い温度特性を得ることのできる圧力検出装置を提供する
ことを第1の目的とする。さらに、リーク電流や高周波
ノイズによる特性変動を抑止することを第2の目的とす
る。
Therefore, the present invention has been made in order to achieve the above-mentioned problems. Regardless of the electrode width, the sensitivity does not decrease even if the acting surface of the compressive stress is deviated, and accurate temperature characteristics are obtained. A first object is to provide a pressure detecting device that can be obtained. A second object is to suppress the characteristic variation due to the leak current and the high frequency noise.

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【課題を達成するための手段】 本発明は上記目的を達成
するために、請求項1、6によれば、半導体基板からな
り、少なくとも4個のゲージ抵抗を有し、圧力に応じた
信号を出力する感圧素子と、該感圧素子に圧力を伝達す
る圧力伝達部材と、温度に応じて抵抗値変化する温度補
償抵抗とを備え、前記感圧素子のゲージ抵抗を有する面
上に前記圧力伝達部材を設置してなる圧力検出装置であ
って、前記感圧素子の面方位を(110)面とし、結晶
軸<110>方向に一対の前記ゲージ抵抗を配置すると
ともに結晶軸<100>方向に他の一対の前記ゲージ抵
抗を配置し互いに接続してブリッジ回路を構成し、さら
に結晶軸<100>方向に該温度補償抵抗を配置し 、少
なくとも前記感圧素子を前記圧力伝達部材が押圧する該
感圧素子の押圧面内に前記温度補償抵抗および前記ブリ
ッジ回路が収まり、そして、前記ゲージ抵抗および前記
温度補償抵抗を前記圧力伝達部材下端直下の前記感圧素
子表面における押圧面中央部に配置している。
The present invention achieves the above object.
In order to achieve this, according to claims 1 and 6, a semiconductor substrate is used.
Has a gauge resistance of at least 4 and responds to pressure
A pressure sensitive element that outputs a signal and a pressure that is transmitted to the pressure sensitive element
Pressure transmitting member and temperature compensation that changes the resistance value according to temperature.
Compensation resistance and a surface having a gauge resistance of the pressure-sensitive element
A pressure detecting device having the pressure transmitting member installed above.
Then, the plane orientation of the pressure sensitive element is set to the (110) plane, and the crystal
When the pair of gauge resistors are arranged in the axis <110> direction,
Both of the other pairs of gauge resistances in the <100> crystal axis direction.
And connect them together to form a bridge circuit,
The temperature compensating resistor is arranged in the crystal axis <100> direction, and the temperature compensating resistor and the bridge circuit are housed at least within the pressing surface of the pressure sensitive element where the pressure transmitting member presses the pressure sensitive element, and The gauge resistance and the temperature compensation resistance are arranged in the central portion of the pressing surface on the surface of the pressure sensitive element immediately below the lower end of the pressure transmitting member.

【0017】また、請求項2によれば、ゲージ抵抗を有
し、圧力に応じた信号を出力する感圧素子と、該感圧素
子のゲージ抵抗を有する面に配置し、該感圧素子に圧力
を伝達する圧力伝達部材と、温度に応じて抵抗値変化す
る温度補償抵抗と、前記感圧素子を着設する導電性のス
テムと、該ステムを保持する導電性のハウジングとを備
えてなる圧力検出装置であって、前記感圧素子を前記圧
力伝達部材が押圧する該感圧素子の押圧面内に前記温度
補償抵抗および前記ゲージ抵抗が収まり、該感圧素子の
押圧面に対向する面に絶縁膜を設けて該感圧素子を前記
ステムに絶縁性の接着剤にて着設している。
According to a second aspect of the present invention, the pressure sensitive element which has a gauge resistance and outputs a signal according to the pressure and the surface of the pressure sensitive element having the gauge resistance are arranged in the pressure sensitive element. The pressure transmitting member that transmits pressure and the resistance value changes according to the temperature.
A pressure detecting device comprising: a temperature compensating resistor, a conductive stem to which the pressure sensitive element is attached, and a conductive housing holding the stem, wherein the pressure sensitive element is the pressure transmitting member. The temperature within the pressing surface of the pressure-sensitive element
A compensation resistance and the gauge resistance are settled, an insulating film is provided on the surface facing the pressing surface of the pressure sensitive element, and the pressure sensitive element is attached to the stem with an insulating adhesive.

【0018】そして、請求項3によれば、ゲージ抵抗を
有する半導体基板からなり、圧力に応じた信号を出力す
る感圧素子と、該感圧素子のゲージ抵抗を有する面に配
置し、該感圧素子に圧力を伝達する圧力伝達部材と、前
記感圧素子を着設する導電性のステムと、該ステムに嵌
挿してハーメチックシールし、前記感圧素子と外部との
間の信号の授受を行う信号伝達媒体と、前記圧力伝達部
材と前記ステムとを保持する導電性のハウジングとを備
えてなる圧力検出装置であって、前記感圧素子を前記圧
力伝達部材が押圧する該感圧素子の押圧面内に前記ゲー
ジ抵抗を収め、前記信号伝達媒体をゲージ出力をインピ
ーダンス変換した信号伝達媒体とし、該感圧素子の押圧
面に対向する面に絶縁膜を設けるとともに前記半導体基
板を接地しこの感圧素子を前記ステムに絶縁性の接着剤
にて着設し、前記感圧素子のゲージ抵抗上に絶縁膜を介
して導電性のシール部材を設けるとともに該シール部材
を接地しこのシール部材上に前記圧力伝達部材を絶縁性
の接着剤にて着設している。
According to claim 3, the gauge resistance is
It is composed of a semiconductor substrate that has a
The pressure-sensitive element and the surface of the pressure-sensitive element that has a gauge resistance.
A pressure transmitting member for transmitting pressure to the pressure sensitive element,
A conductive stem on which the pressure sensitive element is attached and the stem
And hermetically seal it to connect the pressure sensitive element to the outside.
A signal transmission medium for exchanging signals between the pressure transmission unit and the pressure transmission unit
Material and a conductive housing holding the stem
A pressure detecting device comprising:
The gate is placed in the pressing surface of the pressure-sensitive element pressed by the force transmitting member.
The resistance is accommodated, the signal transmission medium is used as a signal transmission medium obtained by impedance-converting the gauge output, an insulating film is provided on the surface facing the pressing surface of the pressure sensitive element, and the semiconductor substrate is grounded. The stem is attached to the stem with an insulating adhesive, a conductive seal member is provided on the gauge resistor of the pressure sensitive element via an insulating film, and the seal member is grounded, and the pressure transmission member is provided on the seal member. Is attached with an insulating adhesive.

【0019】さらに、請求項4によれば、請求項2、3
に記載の前記接着剤は前記感圧素子の下部端面において
該感圧素子側面へはい上がっている。そして、請求項5
によれば、請求項3、4に記載の前記半導体基板を電源
に接続している。また、請求項6によれば、請求項1に
記載の前記ゲージ抵抗および前記温度補償抵抗を前記圧
力伝達部材下端直下の前記感圧素子表面における押圧面
中央部に配置している。
Further, according to claim 4, claim 2, 3
The adhesive described in (1) is raised to the side surface of the pressure-sensitive element at the lower end surface of the pressure-sensitive element. And claim 5
According to the third aspect, the semiconductor substrate according to the third aspect is connected to a power source. Further, according to claim 6, according to claim 1,
The gauge resistance and the temperature compensation resistance described are
Pressing surface on the surface of the pressure-sensitive element immediately below the lower end of the force transmission member
It is located in the center.

【0020】[0020]

【発明の作用効果】本発明の請求項1、2および6によ
れば、圧力は圧力伝達部材を介して感圧素子上のゲージ
抵抗に伝達される。そして、ゲージ抵抗に圧力が伝達さ
れると感圧素子はこの圧力に応じた信号を出力する。こ
こで、圧力伝達部材が押圧する感圧素子の押圧面内にゲ
ージ抵抗が収まっており、さらに温度補償抵抗も押圧面
内に収まっており、これらのゲージ抵抗および温度補償
抵抗を圧力伝達部材下端直下の感圧素子表面における押
圧面中央部に配置しているので、仮に圧縮応力の作用面
がずれたとしてもゲージ抵抗および温度補償抵抗は圧力
伝達部材の押圧面より外れることはない。かつ、ゲージ
抵抗と温度補償抵抗が共に圧力伝達部材下端直下にある
ため、ゲージ抵抗と温度補償抵抗は同一温度になる。よ
って、感度が低下せず、精度の良い温度特性を得ること
ができる。
According to the first , second and sixth aspects of the present invention, the pressure is transmitted to the gauge resistance on the pressure sensitive element through the pressure transmitting member. When the pressure is transmitted to the gauge resistance, the pressure sensitive element outputs a signal corresponding to this pressure. Here, the gauge resistance is contained in the pressing surface of the pressure-sensitive element pressed by the pressure transmitting member, and the temperature compensating resistance is also contained in the pressing surface. Since it is arranged at the central portion of the pressing surface on the surface of the pressure sensitive element immediately below, the gauge resistance and the temperature compensation resistance will not deviate from the pressing surface of the pressure transmitting member even if the surface on which the compressive stress acts is displaced. Moreover, since both the gauge resistance and the temperature compensation resistance are directly below the lower end of the pressure transmission member, the gauge resistance and the temperature compensation resistance have the same temperature. Therefore, the sensitivity does not decrease and accurate temperature characteristics can be obtained.

【0021】また、請求項2乃至5によれば、さらに感
圧素子とステム間は完全に絶縁されこの部分に生ずるリ
ーク電流は阻止され、ハーメチックシール部での寄生容
量、ステムと感圧素子間の絶縁接着層での寄生容量、お
よび感圧素子と荷重伝達部材間の絶縁接着層での寄生容
量により発生する高周波ノイズの混入は防止されるの
で、感度が良好で、精度の良い温度特性を得ることがで
きる。
Further, according to the second to fifth aspects, the pressure sensitive element and the stem are completely insulated from each other, and the leak current generated in this portion is blocked, the parasitic capacitance in the hermetically sealed portion, the stem and the pressure sensitive element. Since high-frequency noise generated by the parasitic capacitance in the insulating adhesive layer and the parasitic capacitance in the insulating adhesive layer between the pressure-sensitive element and the load transfer member is prevented, the sensitivity is good and the temperature characteristic with high accuracy is obtained. Obtainable.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明のー実施例を図に従って説明す
る。図1は本発明の圧力検出装置のー例を示す全体概略
の断面図であり、例えば内燃機関のエンジンブロック
(図示せず)に取り付けられるものである。図1の圧力
検出装置は、両端が開口した円筒のステンレス(以下、
SUSと略す)からなるハウジング7を有し、このハウ
ジング7の外周面には螺子部8が形成され、この螺子部
8はエンジンブロックのシリンダヘッド(図示せず)に
貫設された螺子孔(図示せず)に螺子締めされ、ハウジ
ング7とエンジンブロックとの間に電気的導通がとられ
るとともに、この螺子部8での接触を通じて外部へ熱を
逃がす放熱効果を有する。このとき、シール用リングと
してガスケット12をハウジング六角部9とエンジンブ
ロック間で上記シリンダヘッドの外面に押しつけて、ガ
ス封止がなされる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a pressure detecting device of the present invention, which is attached to an engine block (not shown) of an internal combustion engine, for example. The pressure detection device of FIG. 1 is a cylindrical stainless steel (hereinafter,
A housing 7 made of SUS) is formed, and a screw portion 8 is formed on the outer peripheral surface of the housing 7. The screw portion 8 is provided with a screw hole (not shown) formed through a cylinder head (not shown) of the engine block. (Not shown) is screwed to establish electrical connection between the housing 7 and the engine block, and has a heat dissipation effect of releasing heat to the outside through contact with the screw portion 8. At this time, a gasket 12 as a sealing ring is pressed against the outer surface of the cylinder head between the hexagonal portion 9 of the housing and the engine block to perform gas sealing.

【0023】また、Oリング13が外部との防水用とし
てケース14の所定箇所に設けられ、かつリード6とハ
ウジング7との絶縁を確保するためのスペーサ11がハ
ウジング7の内部に設けられ、このスペーサ11をハウ
ジング7に保持しつつケース14がハウジング7のかし
め部10によりかしめられると同時に、Oリング13が
固定されている。
An O-ring 13 is provided at a predetermined position of the case 14 for waterproofing against the outside, and a spacer 11 for ensuring insulation between the lead 6 and the housing 7 is provided inside the housing 7. While holding the spacer 11 in the housing 7, the case 14 is crimped by the crimping portion 10 of the housing 7, and at the same time, the O-ring 13 is fixed.

【0024】ハウジング7の先端側(燃焼室側)の開口
部は、その要部を拡大した図2に示すような構成となっ
ており、薄肉状のコップ1が押入されている。そしてコ
ップ1の底部外周(図示A部に相当)は、ハウジング7
の先端に溶接されて前記開口部を前記燃焼室から密閉し
ている。こうしてコップ1とハウジング7との間で電気
的導通がとられる。このとき、コップ1の円板状の底部
は受圧部となり、ここで受けた圧力は圧力伝達部材とし
ての荷重伝達ロッド2に伝達される。即ちこの受圧部は
ダイヤフラムとして機能するため、以下、ダイヤフラム
部1aと称する。このようなダイヤフラム部1aを有す
るコップ1は、例えば耐高温用SUS等のバネ性、耐腐
食性、耐熱性等に優れた素材にて構成することが望まし
い。
The opening on the front end side (combustion chamber side) of the housing 7 has a structure as shown in FIG. 2 in which an essential part is enlarged, and a thin cup 1 is pushed in. The outer periphery of the bottom portion of the cup 1 (corresponding to the portion A in the drawing) is the housing 7
Is welded to the tip of the to seal the opening from the combustion chamber. In this way, electrical connection is established between the cup 1 and the housing 7. At this time, the disc-shaped bottom portion of the cup 1 serves as a pressure receiving portion, and the pressure received here is transmitted to the load transmission rod 2 as a pressure transmission member. That is, since this pressure receiving portion functions as a diaphragm, it is hereinafter referred to as a diaphragm portion 1a. It is desirable that the cup 1 having such a diaphragm portion 1a is made of a material having excellent spring properties, corrosion resistance, heat resistance, etc., such as high temperature resistant SUS.

【0025】ダイヤフラム部1aの燃焼ガスを直接受け
る受圧面中央部には、燃焼時の熱出力を低減するため
に、その径方向中央部が軸方向半導体素子3側へ窪んだ
恰好、換言すればダイヤフラム部1aの外周部に比して
燃焼室と反対側に落ち込んだ恰好の凹状のへこみ部1b
が設けられている。このようなダイヤフラム部1aの反
対側のコップ1の開口部には、コップ状のアイレット4
aとリード6とがガラス等からなる絶縁部材4bにて固
定されたステム4が挿入され、図示B部にてコップ1と
溶接されている。こうしてダイヤフラム部1aとステム
4との間で電気的導通がとられる。よって、上記A部お
よびB部の溶接によりステム4はエンジンブロックと導
通し、ボディアースとなっている。
In the central portion of the pressure receiving surface of the diaphragm portion 1a, which directly receives the combustion gas, the radial central portion is recessed toward the axial semiconductor element 3 side in order to reduce the heat output during combustion, in other words, Compared to the outer peripheral portion of the diaphragm portion 1a, the concave portion 1b has a concave shape that is located on the side opposite to the combustion chamber.
Is provided. A cup-shaped eyelet 4 is provided in the opening of the cup 1 on the opposite side of the diaphragm portion 1a.
The stem 4 in which a and the lead 6 are fixed by an insulating member 4b made of glass or the like is inserted, and is welded to the cup 1 at a portion B in the drawing. In this way, electrical connection is established between the diaphragm portion 1a and the stem 4. Therefore, the stem 4 is electrically connected to the engine block by the welding of the portions A and B, and serves as a body ground.

【0026】このようなステム4の平面(図2における
X方向からみた面)は、図3に示す要部拡大図のように
構成されている。ステム4には、この軸方向に貫設され
た複数の小孔15が設けられ、この小孔15には所定個
数(ここでは3個が図示される)の信号伝達媒体として
金属電極棒からなるリード6A、6B、6Cが嵌挿さ
れ、絶縁部材4bにてハーメチックシールされている。
これにより、図2のようにコップ1の開口部はステム4
により密閉空間Sとされることとなる。密閉空間Sに面
するステム4の略中央部には、処理回路ー体型の感圧素
子として半導体素子3が後述の電気絶縁性接着剤22に
より接着固定されている。この電気絶縁性接着剤22
は、熱応力の緩和としての機能を有するものである。ま
た、半導体素子3とリード6A、6B、6Cのー端はボ
ンディングワイヤ16を介してAl電極パッド18a、
18b、18cと電気的に接続されるとともに、他端は
ケース14内のコネクタ用リード17に接続され、図1
のように外部と半導体素子3との間における電気信号の
授受を可能としている。
The plane of such a stem 4 (the surface viewed from the X direction in FIG. 2) is constructed as shown in the enlarged view of the main part shown in FIG. The stem 4 is provided with a plurality of small holes 15 penetrating in the axial direction, and the small holes 15 are made of metal electrode rods as a predetermined number (here, three are shown) of signal transmission media. The leads 6A, 6B, 6C are fitted and hermetically sealed by the insulating member 4b.
As a result, as shown in FIG.
As a result, the closed space S is formed. At a substantially central portion of the stem 4 facing the closed space S, a semiconductor element 3 as a processing circuit-body type pressure sensitive element is adhered and fixed by an electrically insulating adhesive 22 described later. This electrically insulating adhesive 22
Has a function of relaxing thermal stress. Further, the semiconductor element 3 and the ends of the leads 6A, 6B, and 6C are connected to the Al electrode pad 18a via the bonding wire 16,
18b and 18c are electrically connected to each other, and the other end is connected to the connector lead 17 in the case 14.
As described above, it is possible to exchange electric signals between the outside and the semiconductor element 3.

【0027】またステム4の底部には、半導体素子3に
荷重伝達ロッド2から伝えられる熱をハウジング7を通
してエンジンブロックへ効率よく逃がすために、例えば
Siゲル等の電気絶縁性放熱剤5が充填されている。な
お、半導体素子3にはゲージ抵抗およびアルミ電極が形
成されており、このゲージ抵抗に荷重伝達ロッド2から
伝達される圧力が加わるとピエゾ抵抗効果により抵抗値
が変化し、この抵抗値の変化を電圧変化として出力して
いるが、これについては後述する。
The bottom of the stem 4 is filled with an electrically insulating heat radiating agent 5 such as Si gel in order to efficiently dissipate the heat transferred from the load transfer rod 2 to the semiconductor element 3 through the housing 7 to the engine block. ing. Note that the semiconductor element 3 is formed with a gauge resistance and an aluminum electrode. When pressure transmitted from the load transmission rod 2 is applied to this gauge resistance, the resistance value changes due to the piezoresistive effect. It is output as a voltage change, which will be described later.

【0028】半導体素子3の表面には、図3のように3
つのAl電極パッド18a、18b、18cと、圧縮歪
みに対応して抵抗値変化するゲージ抵抗としてピエゾ抵
抗素子をブリッジ構成し、このピエゾ抵抗素子へ荷重伝
達ロッド2が圧力を伝達する押圧面としてのゲージ部1
9と、ブリッジ出力を増幅する後述のアンプ回路20が
設けられている。このアンプ部20には、通常トランジ
スタ、ダイオード、コンデンサ、抵抗等が集積化され形
成配置されている。3つのAl電極パッド18a、18
b、18cは、例えば5V等の電源用の電極パッドと接
地(以下、GNDと称する)用の電極パッドと出力用の
電極パッドである。
On the surface of the semiconductor element 3, as shown in FIG.
One Al electrode pad 18a, 18b, 18c and a piezoresistive element as a gauge resistance whose resistance value changes in response to compressive strain are bridge-configured, and the load transmission rod 2 serves as a pressing surface for transmitting pressure to this piezoresistive element. Gauge section 1
9 and an amplifier circuit 20 described later that amplifies the bridge output. In the amplifier section 20, transistors, diodes, capacitors, resistors, etc. are usually integrated and formed and arranged. Three Al electrode pads 18a, 18
Reference numerals b and 18c are, for example, an electrode pad for a power supply of 5 V or the like, an electrode pad for grounding (hereinafter referred to as GND), and an electrode pad for output.

【0029】ー方、半導体素子3の裏面は、図2におけ
るC部、即ち半導体素子3とステム4との接合状態を示
す部分拡大図4のように、例えばSi−N膜のような電
気絶縁膜21で覆われてステム4との接触絶縁が確保さ
れつつ、電気絶縁性接着剤22により半導体素子3はス
テム4に接着固定されている。ここで本実施例では、こ
のように接着固定する際に電気絶縁性接着剤22の硬化
前粘度を下げているので、同様に図2におけるD部の部
分拡大図5のように、半導体素子3とステム4との接合
端面における半導体素子3の下部端面は、電気絶縁性接
着剤22のはい上がりにより確実に電気絶縁性接着剤2
2で覆われ、接合界面でのリーク電流が防止されてい
る。なおアイレット4aは、Siとの熱膨張係数を合わ
せるため、例えばコバ−ル等の金属を用いることが有効
である。
On the other hand, the back surface of the semiconductor element 3 has an electrical insulation such as a Si-N film as shown in a portion C in FIG. 2, that is, a partially enlarged view showing a joined state of the semiconductor element 3 and the stem 4. The semiconductor element 3 is adhesively fixed to the stem 4 by the electrically insulating adhesive 22 while being covered with the film 21 to ensure contact insulation with the stem 4. Here, in this embodiment, since the pre-curing viscosity of the electrically insulating adhesive 22 is lowered during the adhesive fixing as described above, the semiconductor element 3 is similarly shown as in the partially enlarged view of the portion D in FIG. The lower end face of the semiconductor element 3 at the joining end face between the stem 4 and the stem 4 is surely caused by the rising of the electrically insulating adhesive 22.
It is covered with 2 to prevent leakage current at the junction interface. The eyelet 4a is effective to use a metal such as kovar for matching the thermal expansion coefficient with Si.

【0030】また、荷重伝達ロッド2と半導体素子3と
の接合には、その状態を示す図2におけるE部の部分拡
大図6のように、ゲージ部19の直上に荷重伝達ロッド
2が配置されるように緩衝部材としての電気絶縁性のフ
ィルム23を挟み、そして電気絶縁性接着剤22を用い
てできる緩衝層を形成し、荷重伝達ロッド2と半導体素
子3は接着固定されている。ここで荷重伝達ロッド2は
荷重伝達効率を上げるために弾性率(ヤング率)の大き
い金属、セラミック等からなり、ダイヤフラム部1aか
ら伝えられた圧力を半導体素子3に伝達する作用を有す
る。なお、被測定雰囲気が高温である場合には、荷重伝
達ロッド2に選ばれる素材としてはセラミックのほうが
有効である。これは、セラミックの熱伝導率が他の金属
に比して小さく、このためダイヤフラム部1aから半導
体素子3に流れ込む熱を遮断して半導体素子3の温度を
下げる効果が大きいからである。
When the load transmitting rod 2 and the semiconductor element 3 are joined, the load transmitting rod 2 is arranged directly above the gauge portion 19 as shown in a partially enlarged view of an E portion in FIG. Thus, the load insulating rod 23 and the semiconductor element 3 are bonded and fixed by sandwiching the electrically insulating film 23 as a buffer member and forming a buffer layer using the electrically insulating adhesive 22. Here, the load transmission rod 2 is made of metal, ceramic or the like having a large elastic modulus (Young's modulus) in order to increase the load transmission efficiency, and has a function of transmitting the pressure transmitted from the diaphragm portion 1a to the semiconductor element 3. When the measured atmosphere has a high temperature, ceramic is more effective as the material selected for the load transmission rod 2. This is because the thermal conductivity of ceramics is smaller than that of other metals, and therefore the effect of blocking the heat flowing into the semiconductor element 3 from the diaphragm portion 1a and lowering the temperature of the semiconductor element 3 is great.

【0031】荷重伝達ロッド2の先端部24は図2のよ
うに球状に加工され、図示F部のようにダイヤフラム部
1aのへこみ部1bの凸状面中央、即ち底部の中心位置
にて点接触し、燃焼室側からダイヤフラム部1aを介し
て伝達される力が荷重伝達ロッド2の軸心に常時作用す
るように構成されている。このように球状による点接触
とするのは、荷重伝達ロッド2が傾いて組付けられたと
きの半導体素子3のゲージ部19への偏荷重を防止し、
常にゲージ部19に均ーな圧縮応力を伝えるためと、熱
抵抗が増大され燃焼熱を受けたダイヤフラム部1aから
の半導体素子3への断熱のための両方の効果を得るため
である。
The tip portion 24 of the load transmitting rod 2 is formed into a spherical shape as shown in FIG. 2, and a point contact is made at the center of the convex surface of the recessed portion 1b of the diaphragm portion 1a, that is, at the center of the bottom portion as shown in F portion in the figure. However, the force transmitted from the combustion chamber side via the diaphragm portion 1a always acts on the axial center of the load transmission rod 2. The point contact of the spherical shape as described above prevents an eccentric load on the gauge portion 19 of the semiconductor element 3 when the load transmission rod 2 is assembled in an inclined manner,
This is because both the effect of constantly transmitting uniform compressive stress to the gauge portion 19 and the effect of insulating the semiconductor element 3 from the diaphragm portion 1a having increased thermal resistance and receiving combustion heat are obtained.

【0032】なお、フィルム23としては荷重伝達ロッ
ド2より弾性率が小さく、かつ熱伝導度の低い樹脂また
はガラス等が用いられており、半導体素子3のゲージ部
19への圧縮応力均ー化と、温度上昇防止を行ってい
る。ただし、応力集中緩和と温度上昇防止の効果が得ら
れれば必ずしもフィルム23を使用することこだわる必
要はなく、例えば後述のフィラー入りの接着剤であって
も勿論有効である。
The film 23 is made of resin, glass, or the like, which has a smaller elastic modulus than the load transmission rod 2 and a low thermal conductivity, and is used to equalize the compressive stress on the gauge portion 19 of the semiconductor element 3. , To prevent temperature rise. However, if the effects of stress concentration relaxation and temperature rise prevention can be obtained, it is not always necessary to use the film 23, and for example, an adhesive containing a filler described below is also effective.

【0033】次に図7乃至図10を適宜用いて半導体素
子3について説明する。まず、半導体素子3は図7のよ
うな周知の製造工程を経て作成される。即ち、同図
(a)の工程においてSiウエハ表面にゲージを形成す
る。次に同図(b)の工程においてウエハの裏面を研磨
し、その面に、次の同図(c)の工程においてSiN膜
またはSiO2 膜等の電気的絶縁膜を形成する。そし
て、最後の同図(d)の工程において各ゲージチップに
切断し半導体素子3は取り出される。
Next, the semiconductor element 3 will be described with reference to FIGS. 7 to 10. First, the semiconductor element 3 is manufactured through known manufacturing steps as shown in FIG. That is, a gauge is formed on the surface of the Si wafer in the step of FIG. Next, in the step of FIG. 2B, the back surface of the wafer is polished, and an electrically insulating film such as a SiN film or SiO 2 film is formed on the back surface in the step of FIG. Then, in the last step of FIG. 6D, the semiconductor element 3 is taken out by cutting into the gauge chips.

【0034】このような製造工程を経て作成された半導
体素子3の平面は、図8に示す拡大図の如く構成されて
いる。図8において、Si基板の面方位は(110)が
用いられ、4つのピエゾ抵抗素子25a、25b、25
c、25dにてブリッジ回路が構成されている。このう
ちの1対のピエゾ抵抗素子25aと25bは〈110〉
方向に電流が流れるよう配置され、圧縮応力に対して抵
抗値がピエゾ抵抗効果により増加する。残りの1対のピ
エゾ抵抗素子25cと25dは〈100〉方向に配置さ
れ、圧縮応力に対して抵抗値変化しない。この原理は、
Siの結晶異方性によるもので、ー般にP型Si(11
0)面における圧縮応力に対する抵抗値変化量を各方向
毎に示した図10のようになることは周知である。
The plane of the semiconductor element 3 produced through the above manufacturing process is constructed as shown in the enlarged view of FIG. In FIG. 8, (110) is used as the plane orientation of the Si substrate, and four piezoresistive elements 25a, 25b, 25 are used.
A bridge circuit is configured by c and 25d. Of these, the pair of piezoresistive elements 25a and 25b are <110>
It is arranged so that a current flows in the direction, and the resistance value increases with respect to the compressive stress due to the piezoresistance effect. The remaining pair of piezoresistive elements 25c and 25d are arranged in the <100> direction, and their resistance values do not change with respect to compressive stress. This principle is
This is due to the crystal anisotropy of Si. Generally, P-type Si (11
It is well known that the amount of change in resistance value with respect to the compressive stress in the (0) plane is as shown in FIG. 10 for each direction.

【0035】これらのブリッジ抵抗25a〜25dは荷
重伝達ロッド2の下端の範囲内に十分に収まるようにゲ
ージ部19に配置され、仮りに組付け時に荷重伝達ロッ
ド2がずれたときであっても、必ず荷重伝達ロッド2の
下端の範囲内に確実に収まるように十分小さくして配置
されている。そして、ブリッジ抵抗25a〜25dは荷
重伝達ロッド2の外側でAl配線27に接続され、ピエ
ゾ抵抗効果により発生した出力をアンプ回路20へ導
く。これにより、感度を大きくすることができ、感度の
ばらつきも小さくできる。また、ブリッジ抵抗は荷重伝
達ロッド2の下端内に収まる範囲内で任意の線幅や長さ
をとれるため、抵抗値の選択自由度が増大する。
These bridge resistors 25a to 25d are arranged in the gauge portion 19 so as to be sufficiently contained within the range of the lower end of the load transmitting rod 2, and even if the load transmitting rod 2 is displaced during assembly, The load transmission rod 2 is arranged to be small enough so as to be surely fitted within the range of the lower end of the load transmission rod 2. The bridge resistors 25a to 25d are connected to the Al wiring 27 outside the load transmission rod 2 and guide the output generated by the piezoresistance effect to the amplifier circuit 20. Thereby, the sensitivity can be increased and the variation in the sensitivity can be reduced. Further, since the bridge resistance can take an arbitrary line width and length within a range of being contained within the lower end of the load transmission rod 2, the degree of freedom in selecting the resistance value is increased.

【0036】また同様に、ブリッジの温度補償用抵抗2
6a、26bも荷重伝達ロッド2の下端の範囲内に配置
されているので、ブリッジ抵抗25a〜25dと略同ー
温度になり、他の位置に配置した時より精度が向上す
る。なお、これらの抵抗は、Alシールド領域としてシ
ール部材からなるシール膜28を避けて低シート抵抗層
29に接続され、荷重伝達ロッド2の下端のゲージ部1
9が設けられる領域から他の領域へAl配線27により
配線されるのである。
Similarly, the temperature compensating resistor 2 of the bridge
Since 6a and 26b are also arranged within the range of the lower end of the load transmission rod 2, the temperature becomes substantially the same as that of the bridge resistors 25a to 25d, and the accuracy is improved as compared with the case where they are arranged at other positions. These resistances are connected to the low sheet resistance layer 29 while avoiding the seal film 28 made of a seal member as an Al shield region, and the gauge portion 1 at the lower end of the load transmission rod 2 is connected.
The wiring is wired from the area where 9 is provided to another area by the Al wiring 27.

【0037】次に、荷重伝達ロッド2およびステム4と
の接合状態も含む半導体素子3の断面構造を図9を用い
て説明する。図9は、図8におけるA−A断面を示し、
かつ荷重伝達ロッド2およびステム4との接合状態を表
した要部拡大図である。図9において、ゲージ部19に
構成されるピエゾ抵抗素子25b上には絶縁膜30bを
介してシール膜28が形成される。このシール膜28は
図8に示すGND電極18aに接続され、荷重伝達ロッ
ド2からの高周波ノイズ(10MHz〜10GHzのもので
あり、以下、ノイズと略す)を遮断している。続いて、
シール膜28上に絶縁膜30aが形成され、さらにフィ
ルム23を介して荷重伝達ロッド2が電気絶縁性接着剤
22により接着固定されている。
Next, the cross-sectional structure of the semiconductor element 3 including the joined state of the load transmission rod 2 and the stem 4 will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a cross section taken along the line AA in FIG.
FIG. 7 is an enlarged view of a main part showing a joint state between the load transmission rod 2 and the stem 4. In FIG. 9, a seal film 28 is formed on the piezoresistive element 25b formed in the gauge portion 19 with an insulating film 30b interposed therebetween. The sealing film 28 is connected to the GND electrode 18a shown in FIG. 8 and blocks high-frequency noise (10 MHz to 10 GHz, hereinafter abbreviated as noise) from the load transmission rod 2. continue,
An insulating film 30a is formed on the seal film 28, and the load transmission rod 2 is bonded and fixed by an electrically insulating adhesive 22 via a film 23.

【0038】ー方、ピエゾ抵抗素子25b下にはN型抵
抗島31が形成され、電源電位が与えられている。さら
にその下には、P型Si基板32でGND電位が与えら
れている。そして、裏面側には電気絶縁膜21が形成さ
れ、この半導体素子3は電気絶縁性接着剤22によりス
テム4に接着固定されている。このような半導体素子3
のブリッジの出力端子I、J(後述の図20において図
示)は、予め各々の抵抗値がR25a =R25b <R25c
25d とされ、ブリッジ出力VI およびVJ がVI >V
J となるように設定されている。この状態において、本
実施例ではステム4とコップ1とを図2におけるB部に
て溶接するときにプリセット荷重を半導体素子3に印加
しR25a とR25b を増大させているので、ステム4とコ
ップ1はVI =VJ となる荷重値で製品毎に組付けられ
ることになる。このように、ブリッジ出力VI 、VJ
ばらつきは組付け時に調整される。これにより、別途オ
フセット調整したり、またはACカップリング回路(図
示せず)を用いる必要がなくなる。なお、R25a 、R
25b 、R25c 、およびR25dはピエゾ抵抗素子25a
25dの各々の抵抗である。
On the other hand, an N-type resistance island 31 is formed below the piezoresistive element 25b, and a power supply potential is given to it. Further below that, the GND potential is applied by the P-type Si substrate 32. Then, an electric insulating film 21 is formed on the back surface side, and the semiconductor element 3 is adhered and fixed to the stem 4 with an electric insulating adhesive 22. Such a semiconductor device 3
The output terminals I and J (shown in FIG. 20 to be described later) of the bridge have resistance values of R 25a = R 25b <R 25c =
R 25d and bridge outputs V I and V J are V I > V
It is set to be J. In this state, in this embodiment, when welding the stem 4 and the cup 1 at the portion B in FIG. 2, a preset load is applied to the semiconductor element 3 to increase R 25a and R 25b. The cup 1 is assembled for each product with a load value such that V I = V J. In this way, variations in the bridge outputs V I and V J are adjusted during assembly. This eliminates the need to separately adjust the offset or use an AC coupling circuit (not shown). In addition, R 25a , R
25b , R 25c , and R 25d are piezoresistive elements 25a
25d each resistance.

【0039】また、ピエゾ抵抗素子25a〜25dの製
造方法としては、例えば本出願人が既に出願済みの特開
平4−257272号公報に記載しているような製造技
術により作成され、その他のトランジスタ、抵抗等は周
知のバイポーラ製造プロセスにて作成されるため、ここ
では各々の詳細は省略する。以上のような構成の本発明
の圧力検出装置にあっては、コップ1の円板状の底部に
構成されるダイヤフラム部1aの受圧中央部には凹状の
へこみ部1bが設けられているが、このへこみ部1bに
おける作用効果について以下でさらに説明する。
Further, as a method of manufacturing the piezoresistive elements 25a to 25d, for example, other transistors formed by the manufacturing technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-257272 already filed by the present applicant, Since the resistors and the like are created by a well-known bipolar manufacturing process, details of each are omitted here. In the pressure detecting device of the present invention having the above-described configuration, the concave portion 1b is provided in the pressure-receiving central portion of the diaphragm portion 1a formed on the disc-shaped bottom portion of the cup 1. The function and effect of the recessed portion 1b will be further described below.

【0040】このへこみ部1bは図2に示すように半導
体素子3側へ窪んでいるので、ダイヤフラム部1aの表
面(被測定圧力作用面)αとその反対側の表面βとの間
における温度差が増大して表面αが表面βに対して相対
的に伸びようとする。その結果として、ダイヤフラム部
1aの径方向中央部が軸方向燃焼室側へ膨れようとして
も、へこみ部1bの斜面が逆方向に伸びるため、ダイヤ
フラム部1aは軸方向の表面α側へ変位しずらくなる。
Since the recessed portion 1b is recessed toward the semiconductor element 3 side as shown in FIG. 2, the temperature difference between the surface α of the diaphragm portion 1a (measured pressure acting surface) α and the surface β on the opposite side thereof. Increases and the surface α tends to extend relative to the surface β. As a result, even if the radial center portion of the diaphragm portion 1a tries to swell toward the combustion chamber side in the axial direction, the slope of the recessed portion 1b extends in the opposite direction, so the diaphragm portion 1a does not move toward the surface α side in the axial direction. It'll be easy.

【0041】このメカニズムを、図11を参照してより
具体的に説明する。なお、図11は本実施例のダイヤフ
ラム部1aの要部拡大断面図であり、その作用効果が明
確に理解できるようにへこみ部1b周辺を誇大図示して
いる。また、1cはダイヤフラム部1aの表面A側の最
先端平坦部、1dはへこみ部1bの表面A側における底
部平坦部、1eはへこみ部1bの表面A側における最先
端平坦部1cと底部平坦部1dとを保持するようにテー
パ状に形成された斜面部を示し、最先端平坦部1cの厚
みt1 と底部平坦部1dの厚みt2 と斜面部1eの厚み
3 はt3 ≦t 1 かつ≦t2 という関係となっている。
This mechanism will be further described with reference to FIG.
This will be specifically described. FIG. 11 shows the diaphragm of this embodiment.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of the ram portion 1a, showing its function and effect.
Exaggerate the area around the dent 1b so that you can understand it
There is. Further, 1c is the maximum on the surface A side of the diaphragm portion 1a.
The flat end portion 1d is the bottom on the surface A side of the recessed portion 1b.
Flat part, 1e is the front end of the recessed part 1b on the surface A side
The tape is held so as to hold the flat end portion 1c and the flat bottom portion 1d.
Shows the slope formed in the shape of a pad, the thickness of the most advanced flat portion 1c
Only t1And the thickness t of the bottom flat portion 1d2And the thickness of slope 1e
t3Is t3≤t 1And ≤t2It has a relationship.

【0042】ここで、表面α、β間の温度差が増大して
ダイヤフラム部1aの表面αが表面βに対して相対的に
伸びようとすると、ダイヤフラム部1aには次のような
作用が生じる。即ち、最先端平坦部1は実線矢印X方
向(図示上方向)に膨らむように伸びようとする。そし
て同様に、底部平坦部1dも破線矢印Y方向(図示上方
向)に膨らむように伸びようとするが、斜面部1eの長
手方向の伸びZ(図示、実線矢印Z)が底部平坦部1d
の伸びYを吸収するように働き、底部平坦部1dの径方
向中心部付近での変位(軸方向燃焼室側への膨れ)が殆
どなくなる。これは、少なくとも斜面部1eの厚みt3
が各平坦部1c、1dの厚みt1 、t2より小さいため
に、伸びZが伸びX、Yより大きくなることに起因して
生じる。この状態でのダイヤフラム部1aは、図11に
示す破線形状のような変位となって生じることとなる。
When the temperature difference between the surfaces α and β increases and the surface α of the diaphragm portion 1a tries to extend relatively to the surface β, the diaphragm portion 1a has the following action. . That is, the leading edge flat portion 1 c tries Nobiyo to bulge the solid arrow X direction (upward). Similarly, the bottom flat portion 1d also tries to expand so as to bulge in the direction of the dashed arrow Y (upward direction in the drawing), but the extension Z in the longitudinal direction of the slope portion 1e (shown in the solid arrow Z) is the bottom flat portion 1d.
Of the bottom flat portion 1d, there is almost no displacement (expansion toward the combustion chamber side in the axial direction) in the vicinity of the radial center of the flat portion 1d. This is at least the thickness t 3 of the slope 1e.
Is smaller than the thicknesses t 1 and t 2 of the flat portions 1c and 1d, so that the elongation Z is larger than the elongations X and Y. The diaphragm portion 1a in this state is displaced as shown by the broken line shape in FIG.

【0043】よって、本実施例では、表面α、β間の温
度差のよる変位の少ないダイヤフラム部1aの径方向中
央部に荷重伝達ロッド2が設置されているので、燃焼サ
イクルや回転数やエンジン負荷や表面αへのすすの付着
具合に原因する両表面α、β間の温度差の変動が生じて
も、荷重伝達ロッド2はこの変動の影響を殆ど受けず、
この荷重伝達ロッド2を介して圧力を感圧素子3に伝達
するので、測定精度が向上する。
Therefore, in this embodiment, since the load transmission rod 2 is installed in the radial center portion of the diaphragm portion 1a, which is less displaced due to the temperature difference between the surfaces α and β, the combustion cycle, the rotational speed, and the engine. Even if the temperature difference between both surfaces α and β changes due to the load and the degree of soot adhesion to the surface α, the load transmission rod 2 is hardly affected by this change,
Since the pressure is transmitted to the pressure sensitive element 3 via the load transmission rod 2, the measurement accuracy is improved.

【0044】なお、上記説明したダイヤフラム部1aの
作用効果を十分発揮するために、本実施例のへこみ部1
bはダイヤフラム部1aの中心軸に対して対称となるよ
うに形成される。また、ー例としてダイヤフラム部1a
の平面形状を図12に示すような円形状としているが、
へこみ部1bがダイヤフラム部1aの中心軸に対して対
称となる形状であれば、円形状に固守する必要はなく、
例えば方形状や星形状であっても本実施例と同様な効果
を得ることができる。なお、図12は図11において図
示上方向から見た平面図であり、ハウジング六角部等は
省略している。
Incidentally, in order to fully exert the function and effect of the diaphragm portion 1a described above, the recessed portion 1 of the present embodiment.
b is formed so as to be symmetrical with respect to the central axis of the diaphragm portion 1a. Also, as an example, the diaphragm portion 1a
Although the plane shape of is a circular shape as shown in FIG. 12,
If the recessed portion 1b has a shape symmetrical with respect to the central axis of the diaphragm portion 1a, it is not necessary to adhere to the circular shape,
For example, even if it is a square shape or a star shape, the same effect as this embodiment can be obtained. Note that FIG. 12 is a plan view seen from above in FIG. 11, and the hexagonal portion of the housing and the like are omitted.

【0045】また、変動による影響が最も小さくなるへ
こみ部1bの表面β側平坦部略中心に荷重伝達ロッド2
を配置して、例えば本実施例と同様図13のように先端
部24を球状に加工して点接触するように、その先端
24がへこみ部1bに点接触するような先端形状であれ
ば、両表面α、β間の温度差が変動することによる影響
をさらに抑止することができる。つまり、荷重伝達ロッ
ド2の先端部24の形状は球状に固守する必要はなく、
へこみ部1bの表面β側平坦部略中心に点接触する形状
であり、感圧素子3に圧力を伝達可能な形状であれば良
い。
In addition, the load transmission rod 2 is located approximately at the center of the flat portion on the surface β side of the recessed portion 1b where the influence of fluctuations is minimized.
If the tip shape is such that the tip 24 is point-contacted with the dented portion 1b so that the tip 24 is spherically processed and point-contacted as in FIG. It is possible to further suppress the influence of the variation in the temperature difference between the two surfaces α and β. That is, the shape of the tip portion 24 of the load transmission rod 2 does not need to be spherically adhered,
Any shape may be used as long as it has a shape in which it makes point contact with the approximate center of the flat portion on the surface β side of the recessed portion 1b and is capable of transmitting pressure to the pressure sensitive element 3.

【0046】これに対して、ダイヤフラム部1aにへこ
み部1bを設けることなく両表面α、β間の撓み量の変
動を減少することを可能とする他の実施例を、図14を
参照して説明する。この圧力検出装置では、ダイヤフラ
ム部1a自体はその径方向中央部が軸方向半導体素子3
側へ窪んでいない,所謂へこみ部1bのない構成をとっ
ているが、ダイヤフラム部33の径方向中央部の表面α
側に径小の支柱34が立設されており、さらにこの支柱
34の頂部にダイヤフラム部33と平行に円板からなる
熱遮蔽傘状板35が配設されている。なお、このような
支柱34および熱遮蔽傘板35はダイヤフラム部33と
ー体に形成されている。
On the other hand, another embodiment which makes it possible to reduce the variation in the amount of bending between the surfaces α and β without providing the dented portion 1b on the diaphragm portion 1a will be described with reference to FIG. explain. In this pressure detecting device, the central portion in the radial direction of the diaphragm portion 1a itself is the semiconductor element 3 in the axial direction.
Although it is configured to have no so-called recessed portion 1b that is not recessed to the side, the surface α of the central portion in the radial direction of the diaphragm portion 33 is formed.
A column 34 having a small diameter is erected on the side, and a heat-shielding umbrella-shaped plate 35 made of a disc is arranged parallel to the diaphragm portion 33 on the top of the column 34. The pillar 34 and the heat-shielding umbrella plate 35 are formed as a body of the diaphragm portion 33.

【0047】このようにすれば、燃焼ガスから放射され
る放射熱エネルギがダイヤフラム部33により受熱され
ることが阻害される。その結果、各種のエンジン運転条
件の変動に伴う燃焼ガス温度の変動により、ダイヤフラ
ム部33の表面αの温度変化が減少する。この温度変化
の減少により、ダイヤフラム部33の撓み量の変動が減
少し、半導体素子3の出力誤差が低減されることとな
る。
In this way, the radiation heat energy radiated from the combustion gas is prevented from being received by the diaphragm portion 33. As a result, the change in the temperature of the surface α of the diaphragm portion 33 is reduced due to the change in the combustion gas temperature accompanying the change in various engine operating conditions. Due to the decrease in the temperature change, the variation in the deflection amount of the diaphragm portion 33 is reduced, and the output error of the semiconductor element 3 is reduced.

【0048】上記これらに対し、さらに他の実施例を図
15を参照して説明する。この圧力検出装置でも、ダイ
ヤフラム部36自体は図2に示すダイヤフラム部1aと
同様に、その径方向中央部が軸方向半導体素子3側へ窪
んでいる。ここで本実施例では、さらにダイヤフラム部
36の径方向中央部の表面α側に径小の支柱37が植設
されており、さらに、この支柱37の頂部にダイヤフラ
ム部36と平行に円板からなる熱遮蔽傘状板38が配設
されている。
In contrast to the above, still another embodiment will be described with reference to FIG. Also in this pressure detection device, the diaphragm portion 36 itself has a radial center portion recessed toward the semiconductor element 3 in the axial direction, as in the diaphragm portion 1a shown in FIG. Here, in this embodiment, a small-diameter support 37 is further planted on the surface α side of the central portion in the radial direction of the diaphragm 36, and the top of the support 37 is parallel to the diaphragm 36 from the disk. A heat shield umbrella-shaped plate 38 is provided.

【0049】このようにすれば、図2のようなへこみ部
1b付きのダイヤフラム部1aによる撓み低減効果と、
図14のような熱遮蔽傘板35による撓み低減効果との
相乗効果が得られる。上記これらに対し、さらに他の実
施例を図16を参照して説明する。この圧力検出装置で
も、ダイヤフラム部39自体は図2に示すダイヤフラム
部1aと同様に、その径方向中央部が軸方向半導体素子
3側へ窪んでいる。ここで本実施例では、さらに,SU
Sからなる浅いカップ状の熱遮蔽缶40がダイヤフラム
部39の周囲に被せられている。薄肉の熱遮蔽缶40の
周壁には燃焼ガス出入口41が開口され、ダイヤフラム
部39に燃焼ガスが作用可能となっている。この熱遮蔽
缶40は、図14と図15の熱遮蔽傘板35および38
と同様に燃焼ガスから放射される放射熱エネルギがダイ
ヤフラム部39の表面αで受熱されるのを阻害し、図1
4および図15の構成をとる場合と同様な効果を奏す
る。
In this way, the effect of reducing deflection by the diaphragm portion 1a with the recessed portion 1b as shown in FIG.
A synergistic effect with the bending reduction effect by the heat shielding umbrella plate 35 as shown in FIG. 14 is obtained. In contrast to the above, another embodiment will be described with reference to FIG. Also in this pressure detecting device, the diaphragm 39 itself has a central portion in the radial direction recessed toward the semiconductor element 3 in the axial direction, like the diaphragm 1a shown in FIG. Here, in the present embodiment, the SU
A shallow cup-shaped heat shield can 40 made of S is placed around the diaphragm portion 39. A combustion gas inlet / outlet 41 is opened on the peripheral wall of the thin heat shield can 40, and the combustion gas can act on the diaphragm portion 39. This heat shield can 40 is provided with the heat shield umbrella plates 35 and 38 shown in FIGS.
Similarly to the above, the radiant heat energy radiated from the combustion gas is prevented from being received by the surface α of the diaphragm portion 39.
4 and FIG. 15 have the same effect.

【0050】上記これらに対し、さらに他の実施例を図
17を参照して説明する。この圧力検出装置では、ダイ
ヤフラム部42自体は図2に示すダイヤフラム部1aと
同様に、その径方向中央部が軸方向半導体素子3側へ窪
んでいる。ここで本実施例では、さらに、例えばアルミ
ナ等のセラミック溶射により熱遮蔽層43がダイヤフラ
ム部42の表面αに被着されている。
In contrast to the above, another embodiment will be described with reference to FIG. In this pressure detection device, the diaphragm portion 42 itself has a radial center portion recessed toward the axial semiconductor element 3 side, as in the diaphragm portion 1a shown in FIG. Here, in this embodiment, the heat shield layer 43 is further adhered to the surface α of the diaphragm portion 42 by thermal spraying of a ceramic such as alumina.

【0051】この熱遮蔽層43は、図14と図15の熱
遮蔽傘板35、38および図16の熱遮蔽缶40と同様
に、燃焼ガスから放射熱エネルギがダイヤフラム部42
の表面αで受熱されるのを阻害し、図14、図15、お
よび図16の構成をとる場合と同様な効果を奏する。次
に、上記図4で説明した半導体素子3とステム4との接
合状態について、さらに詳述する。
The heat shield layer 43 is similar to the heat shield umbrella plates 35 and 38 in FIGS. 14 and 15 and the heat shield can 40 in FIG.
Heat is inhibited from being received at the surface α of the, and the same effect as in the case of adopting the configurations of FIGS. 14, 15, and 16 is obtained. Next, the bonding state between the semiconductor element 3 and the stem 4 described in FIG. 4 will be described in more detail.

【0052】エンジンブロックにねじ締めされるハウジ
ング7はダイヤフラム部1aを構成するコップ1を介し
てステム4との間で電気的導通がとられているので、ス
テム4はエンジンブロックと導通し、よってボディアー
スとなっていることは既に述べた。このとき、図4およ
び図5に示すようにステム4の表面には小さな凹凸が存
在しており、ステム4と半導体素子3が部分接触し導通
するという可能性を含んでいる。この場合、半導体素子
3はボディアースが受ける影響を直接受けてセンサ特性
が変動してしまうので、半導体素子3の裏面全体に電気
絶縁性接着剤22を用いて絶縁膜を形成してステム4と
半導体素子3との絶縁を行っている。
Since the housing 7 screwed to the engine block is electrically connected to the stem 4 through the cup 1 forming the diaphragm portion 1a, the stem 4 is electrically connected to the engine block. It has already been mentioned that it has a body ground. At this time, small irregularities are present on the surface of the stem 4 as shown in FIGS. 4 and 5, and there is a possibility that the stem 4 and the semiconductor element 3 are partially in contact with each other to be electrically connected. In this case, since the semiconductor element 3 is directly affected by the body ground and the sensor characteristics fluctuate, an insulating film is formed on the entire back surface of the semiconductor element 3 using the electrically insulating adhesive 22 to form the stem 4. Insulation from the semiconductor element 3 is performed.

【0053】しかしながら、裏面全体に絶縁膜を形成し
ても完全に絶縁されない場合がある。つまり、半導体素
子3の下部端面において電気絶縁性接着剤22がこの半
導体素子3の側面まではい上がらないことがあり、よっ
て半導体素子3側面での界面リークが発生する。従っ
て、本発明においては、半導体素子3側面への電気絶縁
性接着剤22のはい上がりを確実に行うために、加熱等
の手段により予め電気絶縁性接着剤22の粘度を下げて
いる。こうして、図5に示すように、半導体素子3側面
を電気絶縁性接着剤22のはい上がりで被覆し、界面リ
ークを完全に防止している。
However, even if an insulating film is formed on the entire back surface, it may not be completely insulated. That is, the electrically insulating adhesive 22 may not reach the side surface of the semiconductor element 3 at the lower end surface of the semiconductor element 3, so that an interface leak occurs on the side surface of the semiconductor element 3. Therefore, in the present invention, the viscosity of the electrically insulative adhesive 22 is reduced in advance by means such as heating in order to surely raise the electrically insulative adhesive 22 to the side surface of the semiconductor element 3. Thus, as shown in FIG. 5, the side surface of the semiconductor element 3 is covered by the rising of the electrically insulating adhesive 22 to completely prevent the interface leak.

【0054】なお、絶縁膜の膜厚を、例えば数十μmと
厚くすることにより、電気絶縁性接着剤22の粘度を下
げることなく界面リークの発生は防止可能であるが、放
熱性が低下することと膜形成に要する時間が増大するこ
とを考慮すれば、電気絶縁性接着剤22の粘度を下げる
手段を講じるのがよいことは明らかである。また、少な
くとも半導体素子3が配設される位置のステム4表面に
絶縁コーティング(図示せず)を施すことで、半導体素
子3の裏面全体に絶縁膜を形成することなくステム4と
半導体素子3との絶縁を行うこともできる。
By increasing the thickness of the insulating film to, for example, several tens of μm, it is possible to prevent the occurrence of interfacial leak without lowering the viscosity of the electrically insulating adhesive 22, but the heat dissipation is lowered. In consideration of the fact that the time required for film formation and the time required for film formation increase, it is obvious that it is preferable to take measures to reduce the viscosity of the electrically insulating adhesive 22. In addition, at least the surface of the stem 4 where the semiconductor element 3 is disposed is provided with an insulating coating (not shown), so that the stem 4 and the semiconductor element 3 can be formed without forming an insulating film over the entire back surface of the semiconductor element 3. It can also be insulated.

【0055】このようにして、ステム4と半導体素子3
とが完全に非絶縁されて、リーク電流による特性変動を
なくすことが可能となる。次に、上記図6で説明した荷
重伝達ロッド2と半導体素子3との接合状態について、
図18(a)、(b)、および図19を参照して詳述す
る。通常、硬い半導体素子45に硬い荷重伝達ロッド4
4をじかに付き当てた場合、硬い荷重伝達ロッド44直
下で半導体素子45上に発生する応力は荷重伝達ロッド
44の外周部直下に集中する。このような場合は図18
(a)に示すようになり、半導体素子45強度の低下を
招く。そこで、同図(b)のように荷重伝達ロッド44
と半導体素子45との間に応力の緩衝層として柔らかい
部材46を挟むことで外周部の応力集中はなくなる。
In this way, the stem 4 and the semiconductor element 3 are
Since and are completely non-insulated, it is possible to eliminate characteristic fluctuation due to leak current. Next, regarding the joining state between the load transmitting rod 2 and the semiconductor element 3 described in FIG. 6,
This will be described in detail with reference to FIGS. 18A, 18B, and 19. Normally, a hard semiconductor element 45 is attached to a hard load transmission rod 4
When 4 is directly applied, the stress generated on the semiconductor element 45 immediately below the hard load transmitting rod 44 is concentrated immediately below the outer peripheral portion of the load transmitting rod 44. In such a case, FIG.
As shown in (a), the strength of the semiconductor element 45 is reduced. Therefore, as shown in FIG.
By sandwiching the soft member 46 as a stress buffer layer between the semiconductor element 45 and the semiconductor element 45, stress concentration on the outer peripheral portion is eliminated.

【0056】しかしながら、圧力伝達路に柔らかい部材
46を介在させるというのは圧力伝達ロスを引き起こし
ていることに他ならないので、これに起因する半導体素
子45の感度のばらつきを防止するために柔らかい部材
46のバネ特性を管理する必要がある。従って、柔らか
い部材46のバネ特性を決定する要因である弾性率や厚
さを所望の値に管理する必要がある。ところが、半導体
素子45と荷重伝達ロッド44との接合に使用する接着
剤はー般に液状若しくはゲル状であるので、この接着剤
の厚さを管理するのは甚だ困難である。そこで本実施例
においては、緩衝層の厚さの管理に関しては、弾性率が
小さく、かつ熱伝導度の低い樹脂またはガラス等のフィ
ルム23に求めており、荷重伝達ロッド2の外周部直下
での応力集中を緩和して圧縮応力が所望の値になるよう
に緩衝層のバネ特性を巧く管理している。
However, interposing the soft member 46 in the pressure transmission path is nothing but causing the pressure transmission loss. Therefore, in order to prevent the variation in the sensitivity of the semiconductor element 45 due to this, the soft member 46 is prevented. It is necessary to manage the spring characteristics of. Therefore, it is necessary to manage the elastic modulus and thickness, which are factors that determine the spring characteristics of the soft member 46, to desired values. However, since the adhesive used for joining the semiconductor element 45 and the load transmission rod 44 is generally liquid or gel, it is very difficult to control the thickness of the adhesive. Therefore, in the present embodiment, regarding the management of the thickness of the buffer layer, the film 23 such as resin or glass having a small elastic modulus and a low thermal conductivity is required, and the film 23 immediately below the outer peripheral portion of the load transmission rod 2 is required. The spring characteristics of the buffer layer are skillfully managed so that the stress concentration is relaxed and the compressive stress reaches a desired value.

【0057】また、このフィルム23に感圧素子3に接
する面積は荷重伝達ロッド2の感圧素子3への押圧面
(ゲージ部19)の面積と略同様な大きさとする、若し
くはそれ以上とすることで、より確実に荷重伝達ロッド
2の外周部直下での応力集中を緩和することが可能とな
る。従って、荷重伝達ロッド2直下の感圧素子3表面に
おける圧縮応力の集中は回避され緩和される。
The area of the film 23 in contact with the pressure-sensitive element 3 is substantially the same as or larger than the area of the pressing surface (gauge portion 19) of the load transmission rod 2 against the pressure-sensitive element 3. As a result, it is possible to more surely alleviate the stress concentration immediately below the outer peripheral portion of the load transmission rod 2. Therefore, the concentration of compressive stress on the surface of the pressure sensitive element 3 directly below the load transmission rod 2 is avoided and alleviated.

【0058】よって、圧力集中のない状態での圧力検出
を行うことができることとなる。また、このように圧縮
応力が感圧素子3上で緩和されるために、Si基板強度
の低下はなくなり、圧力の比較的高い場所での使用が可
能となるので、使用範囲が従来以上に広がることにな
る。ところで、本実施例における電気絶縁性接着剤22
とフィルム23による緩衝層は、上記のように荷重によ
り発生する応力の集中を緩和するという機能を有する
が、図19に示すような構成を採ることも可能である。
即ち、図19ではフィルム23を用いず電気絶縁性接着
剤22または低融点ガラスそのものを緩衝層として用い
ており、この場合に必要な緩衝層の厚さを確保するため
に、この電気絶縁性接着剤22中にガラス、セラミッ
ク、樹脂等の絶縁性のあるフィラー47を添加してい
る。
Therefore, the pressure can be detected without pressure concentration. Further, since the compressive stress is relaxed on the pressure-sensitive element 3 in this manner, the strength of the Si substrate is not reduced, and the pressure sensor 3 can be used in a place where the pressure is relatively high. It will be. By the way, the electrically insulating adhesive 22 in the present embodiment
The buffer layer formed of the film 23 has a function of relieving the concentration of the stress generated by the load as described above, but it is also possible to adopt the configuration shown in FIG.
That is, in FIG. 19, the electrically insulating adhesive 22 or the low melting point glass itself is used as the buffer layer without using the film 23. In order to secure the thickness of the buffer layer necessary in this case, this electrically insulating adhesive is used. Insulating filler 47 such as glass, ceramics, and resin is added to the agent 22.

【0059】なお、本実施例では圧力に応じた信号を出
力する装置をー例として示したが、応力の発生手段はこ
のように圧力の印加に限られる必要はなく、荷重伝達ロ
ッド2を介して感圧素子3に応力が伝達可能な荷重手
段、例えば加速度や磁力や静電気力等により荷重伝達ロ
ッド2に応力を伝達する荷重手段であっても本実施例の
要旨を逸脱するとなく実現可能であることは言うまでも
ない。
In the present embodiment, the device for outputting a signal according to the pressure is shown as an example, but the stress generating means need not be limited to the application of the pressure as described above, and the load transmitting rod 2 is used. Even load means capable of transmitting stress to the pressure sensitive element 3, for example, load means transmitting stress to the load transmitting rod 2 by acceleration, magnetic force, electrostatic force or the like can be realized without departing from the gist of the present embodiment. Needless to say.

【0060】次に、上記図8で説明した半導体素子3
に、荷重伝達ロッド2からの圧力が伝達されたときの作
用効果を詳述する。半導体素子3に作用する応力、即ち
荷重伝達ロッド2の下端直下の半導体素子3上のゲージ
部19に配置されるブリッジ抵抗に作用する応力とし
て、荷重伝達ロッド2からの加圧方向の応力のみを考慮
すると、(110)面におけるピエゾ抵抗効果は、
Next, the semiconductor element 3 described with reference to FIG.
First, the function and effect when the pressure from the load transmission rod 2 is transmitted will be described in detail. As the stress acting on the semiconductor element 3, that is, the stress acting on the bridge resistance arranged in the gauge portion 19 on the semiconductor element 3 just below the lower end of the load transmitting rod 2, only the stress in the pressing direction from the load transmitting rod 2 is used. Considering this, the piezoresistive effect in the (110) plane is

【0061】[0061]

【数1】 [Equation 1]

【0062】のようになる。ここで、E〈100〉、E
〈110〉は電界であり、i〈100〉、i〈110〉
は電流密度の各結晶軸方向成分であり、ρは抵抗率であ
り、σZZは半導体素子面に垂直方向(ロッドからの加圧
方向)の応力成分であり、π11、π12、π44は結晶主軸
に対するピエゾ抵抗係数である。
It becomes as follows. Where E <100>, E
<110> is an electric field, i <100>, i <110>
Is the component of the current density in each crystal axis direction, ρ is the resistivity, σ ZZ is the stress component in the direction perpendicular to the semiconductor element surface (pressure direction from the rod), and π 11 , π 12 , π 44 Is the piezoresistance coefficient with respect to the crystal principal axis.

【0063】ここで、通常のP型Si基板の場合、
π11、π12≪π44となるため、〈100〉方向に配置さ
れたー対のピエゾ抵抗素子には殆どピエゾ抵抗効果は発
生せず、〈110〉方向に配置された他のー対のピエゾ
抵抗素子に対して最大のピエゾ抵抗効果が得られること
になる。即ち、ρZZ方向の圧縮応力により〈110〉方
向の抵抗が増加するのである。従って、このようなピエ
ゾ抵抗効果を最も効率よく利用するためには、〈10
0〉、〈110〉方向にピエゾ抵抗素子を各々配置して
ブリッジ型に接続することが重要となる。
Here, in the case of a normal P-type Si substrate,
Since π 11 and π 12 << π 44 , the piezoresistive elements arranged in the <100> direction hardly generate a piezoresistive effect, and other piezoresistive elements arranged in the <110> direction do not. The maximum piezoresistive effect can be obtained for the piezoresistive element. That is, the resistance in the <110> direction increases due to the compressive stress in the ρ ZZ direction. Therefore, in order to use such a piezoresistive effect most efficiently, <10
It is important to arrange piezoresistive elements in the <0> and <110> directions, respectively, and connect them in a bridge type.

【0064】そこで、本発明にあっては、ピエゾ抵抗効
果素子25a〜25dとして半導体素子3表面に垂直な
圧縮応力に対して抵抗値変化するπ’13ゲージ抵抗を用
いており、出力端子のコンタクト電極幅(図示せず)の
影響を除去し感度を向上させている。さらに、このπ’
13ゲージ抵抗にてブリッジ構成したピエゾ抵抗素子25
a、〜25d総てを荷重伝達ロッド2下端直下の半導体
素子3にあるゲージ部19内に配置しているので、感度
のばらつきが小さくでき、かつ温度特性のばらつきを小
さくすることができる。
[0064] Therefore, in the present invention, it uses a [pi '13 gauge resistors that vary the resistance value with respect to the vertical compressive stress on the semiconductor element 3 surface as a piezoresistive element 25 a to 25 d, the contact of the output terminals The influence of the electrode width (not shown) is removed to improve the sensitivity. Furthermore, this π '
Piezoresistive element 25 composed of 13- gauge bridge
Since all of a and 25d are arranged in the gauge portion 19 of the semiconductor element 3 just below the lower end of the load transmission rod 2, variations in sensitivity can be reduced and variations in temperature characteristics can be reduced.

【0065】このときの感度に関して、本発明者らが実
施したFEMの効果によれば、本実施例のブリッジ接続
のゲージ抵抗25a〜25dは正方形ゲージ抵抗(図示
せず)の略1.5倍の感度が得られることを確認した。
よって、感圧素子3の電極幅に関係なく、仮に荷重伝達
ロッド2による圧縮応力の作用面がずれたとしても感度
が低下せず、精度の良い温度特性を得ることが可能とな
る。
Regarding the sensitivity at this time, according to the effect of the FEM carried out by the present inventors, the bridge-connected gauge resistors 25a to 25d of the present embodiment are approximately 1.5 times the square gauge resistors (not shown). It was confirmed that the sensitivity of was obtained.
Therefore, irrespective of the electrode width of the pressure sensitive element 3, even if the acting surface of the compressive stress due to the load transmitting rod 2 is displaced, the sensitivity does not decrease, and accurate temperature characteristics can be obtained.

【0066】さらに、ブリッジの温度補償用抵抗26
a、26bも荷重伝達ロッド2の下端の範囲内に配置さ
れていることも既に上記図8において説明した。このよ
うにゲージ抵抗および温度補償用抵抗がロッドの下端の
範囲内に配置され、さらには図8のように半導体素子3
の中央付近に配置されているのは、荷重伝達ロッド2と
の接合面における半導体素子3表面中で、この箇所が最
も温度勾配の小さい箇所として選ばれるからである。な
お、この温度補償用抵抗26a、26bはゲージ抵抗2
5c、25dと同様な結晶軸〈100〉方向に配置され
ている。よって、温度補償用抵抗26a、26bの抵抗
値は応力に対して殆ど変化しないので、この抵抗に起因
して生ずる圧力による増幅率の変化を抑止することがで
きる。
Further, the temperature compensating resistor 26 of the bridge
It has already been described in FIG. 8 above that a and 26b are also arranged within the range of the lower end of the load transmission rod 2. In this way, the gauge resistance and the temperature compensation resistance are arranged within the range of the lower end of the rod, and further, as shown in FIG.
The reason why it is arranged near the center is because this portion is selected as the portion having the smallest temperature gradient in the surface of the semiconductor element 3 at the joint surface with the load transmission rod 2. The temperature compensating resistors 26a and 26b are the gauge resistors 2
It is arranged in the crystal axis <100> direction similar to 5c and 25d. Therefore, the resistance values of the temperature compensating resistors 26a and 26b hardly change with respect to the stress, so that the change in the amplification factor due to the pressure caused by the resistance can be suppressed.

【0067】このように、各々の抵抗25a〜25d、
26a、26bが配置されたゲージ部19とアンプ回路
20からなる等価回路を図20に示す。図20におい
て、4本のピエゾ抵抗素子25a〜25dがブリッジ接
続されピエゾ抵抗効果による抵抗値の変化が電圧変化と
して検出される。そして、この出力電圧をオペアンプ
(OP)で増幅する際にオペアンプ(OP)の増幅率を
温度補償抵抗26a、26bにより変化させて、ピエゾ
抵抗素子25a〜25dの温度特性による感度変化を補
償している。
In this way, the resistances 25a to 25d,
FIG. 20 shows an equivalent circuit including a gauge section 19 in which 26a and 26b are arranged and an amplifier circuit 20. In FIG. 20, four piezoresistive elements 25a to 25d are bridge-connected and a change in resistance value due to a piezoresistive effect is detected as a voltage change. Then, when the output voltage is amplified by the operational amplifier (OP), the amplification factor of the operational amplifier (OP) is changed by the temperature compensation resistors 26a and 26b to compensate for the sensitivity change due to the temperature characteristics of the piezoresistive elements 25a to 25d. There is.

【0068】ここで、ー般に拡散抵抗の抵抗値の温度係
数およびピエゾ抵抗効果の温度係数には不純物濃度依存
性があるため、前記のような補償を行うためには各々の
抵抗25a〜25d、26a、26bの不純物濃度を適
当な値に設定する必要がある。そこで本実施例ではー例
として、各々の抵抗25a〜25d、26a、26bに
例えば同じ濃度の抵抗を用い、さらに温度補償抵抗26
a、26bと共に増幅率を決めている抵抗R1、R2に
温度係数0の抵抗を用いている。
In general, the temperature coefficient of the resistance value of the diffusion resistance and the temperature coefficient of the piezoresistive effect depend on the impurity concentration. Therefore, in order to perform the above-mentioned compensation, each of the resistances 25a to 25d. , 26a, 26b, it is necessary to set the impurity concentration to an appropriate value. Therefore, in the present embodiment, as an example, the resistors 25a to 25d, 26a, and 26b have the same concentration, and the temperature compensation resistor 26 is used.
A resistors having a temperature coefficient of 0 are used for the resistors R1 and R2 that determine the amplification factor together with a and 26b.

【0069】この回路におけるトランジスタTrおよび
抵抗R4 、R5 、R6 はオペアンプ(OP)の仮想GN
Dを設定する定電圧回路であり、抵抗R3 はオペアンプ
オフセット調整用抵抗である。そして、抵抗R5 、R6
はウエハ上でレーザトリミングされる薄膜抵抗である。
また、アンプ(OP)を複数個使用することによって高
精度な増幅回路とすることができる。
The transistor Tr and the resistors R 4 , R 5 and R 6 in this circuit are virtual GNs of the operational amplifier (OP).
It is a constant voltage circuit for setting D, and the resistor R 3 is a resistor for adjusting the operational amplifier offset. And the resistors R 5 and R 6
Is a thin film resistor laser trimmed on the wafer.
Further, by using a plurality of amplifiers (OP), a highly accurate amplifier circuit can be obtained.

【0070】次に、上記図9で説明した構成からなる半
導体素子3における作用効果を詳述する。エンジンブロ
ックに点火ノイズやトランシーバー等のノイズが混入し
てきたとき、荷重伝達ロッド2が金属で構成されている
場合は電気的に導通するので、この荷重伝達ロッド2に
はこのノイズが伝わる。このとき、図9のようにピエゾ
抵抗素子25a〜25d上にはGND電位のシール膜2
8があるので、荷重伝達ロッド2とこのシール膜28と
の間にできる寄生容量によりノイズが吸収される。これ
により、ピエゾ抵抗素子25a〜25dへのノイズの影
響は除去されることとなる。また、同様にステム4にも
ノイズが伝わるが、半導体素子3のP型Si基板32電
位がGNDに接続されているので、ステム−GND間に
できる寄生容量によりノイズは吸収される。よって、同
様にピエゾ抵抗素子25a〜25dへのノイズの影響は
除去されることとなる。よって、ノイズによる特性変動
を抑止することが可能となる。
Next, the function and effect of the semiconductor element 3 having the structure described in FIG. 9 will be described in detail. When ignition noise or noise from a transceiver or the like is mixed into the engine block, the load transmission rod 2 is electrically connected to the load transmission rod 2 if the load transmission rod 2 is made of metal, so that the noise is transmitted to the load transmission rod 2. At this time, as shown in FIG. 9, the sealing film 2 of GND potential is formed on the piezoresistive elements 25a to 25d.
8, the noise is absorbed by the parasitic capacitance formed between the load transmission rod 2 and the sealing film 28. As a result, the influence of noise on the piezoresistive elements 25a to 25d is removed. Similarly, although the noise is transmitted to the stem 4, since the potential of the P-type Si substrate 32 of the semiconductor element 3 is connected to the GND, the noise is absorbed by the parasitic capacitance formed between the stem and the GND. Therefore, similarly, the influence of noise on the piezoresistive elements 25a to 25d is eliminated. Therefore, it is possible to suppress the characteristic variation due to noise.

【0071】そこで、図20に示す等価回路に、さらに
上記寄生容量をも考慮した等価回路を表すと図21のよ
うになる。図21において、C1 、C2 、C3 はリード
6A、6B、6Cからなる信号線18a、18b、18
cとステム4との間の絶縁部材4bによりできる上記寄
生容量である。このとき、それぞれのリード6A、6
B、6Cはゲージ出力をオペアンプ(OP)またはトラ
ンジスタ(Tr)にてインピーダンス変換した出力端子
であり、各信号線ともそのインピーダンスは1Ω以下で
あるのでノイズの影響を受けることはない。また、出力
信号に影響しない調整用端子(図示せず)を追加した
り、さらに、図示はしないが電源−GND間、出力−G
ND間に容量をつけても同様にノイズの影響を防止する
ことができる。
Therefore, the equivalent circuit shown in FIG. 20 is shown in FIG. 21 in consideration of the parasitic capacitance. In FIG. 21, C 1 , C 2 and C 3 are signal lines 18a, 18b and 18 composed of leads 6A, 6B and 6C.
It is the parasitic capacitance formed by the insulating member 4b between the c and the stem 4. At this time, the respective leads 6A, 6
B and 6C are output terminals obtained by impedance-converting the gauge output by an operational amplifier (OP) or a transistor (Tr). Since the impedance of each signal line is 1Ω or less, it is not affected by noise. Also, an adjustment terminal (not shown) that does not affect the output signal is added, and further, although not shown, between the power supply-GND and the output-G.
Even if a capacitor is provided between the NDs, the influence of noise can be similarly prevented.

【0072】C4 はステム4とP型Si基板32との間
の電気絶縁性接着剤22と電気絶縁膜21によりできる
寄生容量であり、これはGND線に接続されているので
ピエゾ抵抗素子25a〜25dへのノイズの影響は除去
される。また、C6 〜C9 はピエゾ抵抗素子25a〜2
5dとシール膜28との間にできる寄生容量、C5 はシ
ール膜28と荷重伝達ロッド3との間にできる寄生容量
であり、このシール膜28が低インピーダンスの信号
線、即ちGNDに接続されているのでピエゾ抵抗素子2
5a〜25dへのノイズの影響は除去される。
C 4 is a parasitic capacitance formed by the electrically insulating adhesive 22 and the electrically insulating film 21 between the stem 4 and the P-type Si substrate 32. Since this is connected to the GND line, the piezoresistive element 25a. The effect of noise on ~ 25d is eliminated. Also, C 6 to C 9 are piezoresistive elements 25a to 2
Parasitic capacitance formed between the 5d and the sealing film 28, C 5 is the parasitic capacitance formed between the sealing membrane 28 and the load transmission rod 3, the seal film 28 is connected a low impedance of the signal line, namely the GND Piezoresistive element 2
The influence of noise on 5a to 25d is removed.

【0073】なお、本実施例では荷重伝達ロッド2は導
電性の部材により構成しているためゲージ抵抗25a〜
25d上に絶縁膜30a、30bを介してAlシール膜
28を設けているが、絶縁性の部材からなる荷重伝達ロ
ッド2を用いればシール膜28の必要はなくなる。ま
た、図示はしないが、上記のようなシール膜28を用い
ないで、ゲージ抵抗25a〜25d上の絶縁性の接着剤
22を厚くしてブリッジの出力端子I−GND間および
ブリッジの出力端子J−GND間に容量をつけてもよ
い。
In this embodiment, since the load transmission rod 2 is made of a conductive member, the gauge resistors 25a ...
Although the Al seal film 28 is provided on 25d via the insulating films 30a and 30b, the seal film 28 is not necessary if the load transmission rod 2 made of an insulating member is used. Although not shown, without using the seal film 28 as described above, the insulating adhesive 22 on the gauge resistors 25a to 25d is made thicker so that the bridge output terminals I and GND and the bridge output terminal J are connected. A capacitance may be added between GND and GND.

【0074】次に、ブリッジ出力VI 、VJ のばらつき
を調整しながら組付ける本実施例の製造方法について図
22、図23を参照して詳述する。図22は、製品毎に
プリセット荷重を設定する組付け装置の全体概略図であ
る。図22において、半導体素子3、ステム4、および
ボンディングワイヤ16からなるセンサユニット48は
保持用治具49にセットされ、さらにリード6A、6
B、6Cは信号取り出し用のソケット50に挿入されて
いる。そして、リード6Aに製品電源線51が接続さ
れ、リード6Bに製品GND線52が接続され、リード
6Cに製品出力信号線53が接続され、各々が制御ユニ
ット54に接続されている。制御ユニット54内には、
製品駆動用電源55の電圧と基準電圧56と製品出力信
号線53からの入力電圧とを比較して荷重調整信号58
を出力する比較器57が備えられている。制御ユニット
54から荷重調整信号58が出力されると、荷重発生器
59はこれを受けて荷重を発生し、この荷重をプリセッ
ト荷重印加治具60に伝える。そして、プリセット荷重
印加治具60はコップ1に設けられているダイヤフラム
部1aにセットされており、コップ1は荷重伝達ロッド
2と共にセンサユニット48と同軸にセットされてい
る。このように、プリセット荷重印加治具60、ダイヤ
フラム部1aおよびコップ1、荷重伝達ロッド2、セン
サユニット48、保持用治具49、ソケット50は総て
同軸上に配置されている。
Next, the manufacturing method of this embodiment for assembling while adjusting the variations of the bridge outputs V I and V J will be described in detail with reference to FIGS. 22 and 23. FIG. 22 is an overall schematic view of an assembling device that sets a preset load for each product. In FIG. 22, the sensor unit 48 including the semiconductor element 3, the stem 4, and the bonding wire 16 is set on the holding jig 49, and the leads 6A, 6
B and 6C are inserted in the socket 50 for signal extraction. The product power supply line 51 is connected to the lead 6A, the product GND line 52 is connected to the lead 6B, the product output signal line 53 is connected to the lead 6C, and each is connected to the control unit 54. In the control unit 54,
The load adjustment signal 58 is obtained by comparing the voltage of the product driving power supply 55 with the reference voltage 56 and the input voltage from the product output signal line 53.
And a comparator 57 for outputting When the load adjustment signal 58 is output from the control unit 54, the load generator 59 receives this and generates a load, and transmits this load to the preset load applying jig 60. The preset load applying jig 60 is set on the diaphragm portion 1a provided on the cup 1, and the cup 1 is set coaxially with the sensor unit 48 together with the load transmission rod 2. Thus, the preset load applying jig 60, the diaphragm portion 1a and the cup 1, the load transmitting rod 2, the sensor unit 48, the holding jig 49, and the socket 50 are all arranged coaxially.

【0075】このような構成の組付け装置によれば、図
20のように構成される半導体素子3のウエハ上で抵抗
3 は調整され、オペアンプ(OP)のオフセット電圧
は0Vとなる。また、ゲージ出力△VG =0V時に抵抗
6 が0点電圧(例えば1.2V)になるように調整さ
れる。このときゲージオフセット電圧は負電圧(例えば
−60mV)に設定されている。この状態でのゲージ出
力△VG とプリセット荷重Fとの関係は図23のように
なる。
According to the assembling apparatus having such a configuration, the resistance R 3 is adjusted on the wafer of the semiconductor element 3 configured as shown in FIG. 20, and the offset voltage of the operational amplifier (OP) becomes 0V. Further, when the gauge output ΔV G = 0V, the resistance R 6 is adjusted so as to have a zero-point voltage (for example, 1.2V). At this time, the gauge offset voltage is set to a negative voltage (for example, -60 mV). The relationship between the gauge output ΔV G and the preset load F in this state is as shown in FIG.

【0076】図23において、プリセット荷重印加治具
60をダイヤフラム部1aにセットする前のゲージ出力
△VG にばらつきがあり、例えばサンプルγとサンプル
δのような値を示す場合、センサ出力が0点電圧になる
ようにサンプルγに対してはプリセット荷重γ’を印加
し、サンプルδに対してはプリセット荷重δ’を印加す
ることでゲージ出力△VG を0Vとしている。このよう
にゲージオフセット電圧がばらついていても常にゲージ
オフセット電圧は0Vにできるので、電源ノイズの影響
を受けることはない。
In FIG. 23, when the preset load applying jig 60 is set on the diaphragm portion 1a, the gauge output ΔV G varies, and for example, when the values show sample γ and sample δ, the sensor output is 0. A preset load γ ′ is applied to the sample γ so that the voltage becomes a point voltage, and a preset load δ ′ is applied to the sample δ so that the gauge output ΔV G is 0V. Even if the gauge offset voltage varies in this way, the gauge offset voltage can always be set to 0 V, and thus is not affected by power supply noise.

【0077】このように、ブリッジ回路の出力が0Vに
なるように荷重を感圧素子3に作用させて、この出力を
維持させれば、センサ出力の0点電圧のばらつきが防止
可能となる。よって、荷重発生器59でー定のプリセッ
ト荷重Fを製品にかけた状態を保持しつつ、上記同軸上
に配置した各々の部材を回転軸61を中心に同時に回転
させながらレーザ光を図2に示すB部に照射させてステ
ム4とコップ1とを全周溶接しているので、ブリッジ出
力VI 、VJ のばらつきが調整された製品を得ることが
できるのである。
As described above, by applying a load to the pressure sensitive element 3 so that the output of the bridge circuit becomes 0 V and maintaining this output, it is possible to prevent the zero-point voltage of the sensor output from varying. Therefore, the laser beam is shown in FIG. 2 while keeping the state where the load generator 59 applies a constant preset load F to the product and simultaneously rotating the respective members arranged coaxially with each other about the rotation shaft 61. Since the stem 4 and the cup 1 are welded all around by irradiating the portion B, it is possible to obtain a product in which variations in the bridge outputs V I and V J are adjusted.

【0078】また、制御ユニット54における制御をパ
ソコン等を用いてソフト的に実施することもできる。ま
た、制御ユニット54の機能にレーザ制御および回転制
御を加えることにより、オートマチックに全自動化が可
能となる。なお、本発明の圧力検出装置にあっては各箇
所に様々な工夫を凝らしているが、その趣旨を逸脱しな
い範囲において種々の変形が可能であることは言うまで
もない。
Further, the control in the control unit 54 can be implemented by software using a personal computer or the like. Also, by adding laser control and rotation control to the function of the control unit 54, automatic automation can be achieved. It should be noted that the pressure detecting device of the present invention is devised in various ways at each location, but it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の圧力検出装置の全体概略断面図であ
る。
FIG. 1 is an overall schematic cross-sectional view of a pressure detection device of the present invention.

【図2】本発明のハウジング先端部の要部拡大図であ
る。
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of a front end portion of a housing according to the present invention.

【図3】本発明のステム平面を示す要部拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a main part showing a stem plane of the present invention.

【図4】本発明の半導体素子とステムとの接合状態を示
す部分拡大図である。
FIG. 4 is a partial enlarged view showing a bonded state of the semiconductor element of the present invention and a stem.

【図5】本発明の半導体素子とステムとの端面の接合状
態を示す部分拡大図である。
FIG. 5 is a partial enlarged view showing a joined state of the end faces of the semiconductor element of the present invention and the stem.

【図6】本発明の荷重伝達ロッドと半導体素子との端面
の接合状態を示す部分拡大図である。
FIG. 6 is a partially enlarged view showing a joined state of the end faces of the load transmission rod and the semiconductor element of the present invention.

【図7】本発明の半導体素子の製造工程を示す図であ
り、(a)は表面ゲージ形成、(b)は裏面研磨、
(c)は絶縁膜形成、(d)はカットである。
FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device of the present invention, in which (a) is surface gauge formation, (b) is back surface polishing,
(C) is an insulating film formation, (d) is a cut.

【図8】本発明の半導体素子の平面拡大図である。FIG. 8 is an enlarged plan view of a semiconductor device of the present invention.

【図9】本発明の図8におけるA−A断面を示し、かつ
荷重伝達ロッドおよびステムとの接合状態を表した要部
拡大図である。
9 is an enlarged view of an essential part showing a cross section taken along line AA in FIG. 8 of the present invention and showing a joint state with a load transmission rod and a stem.

【図10】P型Si(110)面における圧縮応力に対
する抵抗値変化量を各方向毎に示した図である。
FIG. 10 is a diagram showing the amount of change in resistance value with respect to the compressive stress in the P-type Si (110) plane for each direction.

【図11】本発明のダイヤフラム部の要部拡大図であ
る。
FIG. 11 is an enlarged view of a main part of the diaphragm portion of the present invention.

【図12】図11における平面図である。FIG. 12 is a plan view of FIG.

【図13】本実施例のダイヤフラム部の他の要部拡大図
である。
FIG. 13 is an enlarged view of another main part of the diaphragm portion of the present embodiment.

【図14】本発明のダイヤフラム部を構成するコップの
他の実施例を示す図である。
FIG. 14 is a view showing another embodiment of the cup constituting the diaphragm portion of the present invention.

【図15】本発明のダイヤフラム部を構成するコップの
さらに他の実施例を示す図である。
FIG. 15 is a view showing still another embodiment of the cup constituting the diaphragm portion of the present invention.

【図16】本発明のダイヤフラム部を構成するコップの
さらに他の実施例を示す図である。
FIG. 16 is a view showing still another embodiment of the cup constituting the diaphragm portion of the present invention.

【図17】本発明のダイヤフラム部を構成するコップの
さらに他の実施例を示す図である。
FIG. 17 is a view showing still another embodiment of the cup constituting the diaphragm portion of the present invention.

【図18】ロッドの外周部直下の圧縮応力の状態を示す
図であり、(a)は緩衝層なし、(b)は緩衝層ありの
場合である。
FIG. 18 is a diagram showing a state of compressive stress just below the outer peripheral portion of the rod, where (a) is a case without a buffer layer and (b) is a case with a buffer layer.

【図19】本発明の緩衝層の他の実施例を示す図であ
る。
FIG. 19 is a diagram showing another example of the buffer layer of the present invention.

【図20】本発明のゲージ部とアンプ回路から構成され
る等価回路である。
FIG. 20 is an equivalent circuit including a gauge unit and an amplifier circuit according to the present invention.

【図21】図20に寄生容量を考慮した場合の等価回路
である。
FIG. 21 is an equivalent circuit in the case where parasitic capacitance is taken into consideration in FIG.

【図22】本発明のプリセット荷重を設定する組付け装
置の全体概略図である。
FIG. 22 is an overall schematic view of an assembly device for setting a preset load according to the present invention.

【図23】ゲージ出力△VG と印加荷重Fの関係を示す
図である。
FIG. 23 is a diagram showing the relationship between gauge output ΔV G and applied load F.

【図24】従来の圧力検出装置の説明図である。FIG. 24 is an explanatory diagram of a conventional pressure detecting device.

【図25】従来の他の圧力検出装置の説明図である。FIG. 25 is an explanatory diagram of another conventional pressure detection device.

【図26】図25におけるG部の部分拡大図である。26 is a partially enlarged view of a G portion in FIG. 25.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a、33、36、39、42 ダイヤフラム部 1b へこみ部 2 荷重伝達ロッド(圧力伝達部材) 3 半導体素子(感圧素子) 4 ステム 6A、6B、6C リード(信号伝達媒体) 7 ハウジング 11 スペーサ 14 ケース 18a、18b、18c Al電極パッド 19 ゲージ部 20 アンプ回路 21 電気絶縁膜 22 電気絶縁性接着剤 23 フイルム(緩衝部材) 25a、25b、25b、25d ピエゾ抵抗素子(ゲ
ージ抵抗) 26a、26b 温度補償用抵抗 28 シール膜(シール部材) 48 センサユニット 49 保持用治具 54 制御ユニット 59 荷重発生器 60 プリセット荷重印加治具 61 回転軸
1a, 33, 36, 39, 42 Diaphragm part 1b Dent part 2 Load transmission rod (pressure transmission member) 3 Semiconductor element (pressure sensitive element) 4 Stems 6A, 6B, 6C Lead (signal transmission medium) 7 Housing 11 Spacer 14 Case 18a, 18b, 18c Al electrode pad 19 Gauge section 20 Amplifier circuit 21 Electrical insulating film 22 Electrically insulating adhesive 23 Film (buffer member) 25a, 25b, 25b, 25d Piezoresistive element (gauge resistor) 26a, 26b For temperature compensation Resistance 28 Seal film (seal member) 48 Sensor unit 49 Holding jig 54 Control unit 59 Load generator 60 Preset load applying jig 61 Rotating shaft

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−257272(JP,A) 特開 平4−43680(JP,A) 特開 平6−50829(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 23/18 G01L 23/22 G01L 9/00 303 G01L 9/04 101 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-257272 (JP, A) JP-A-4-43680 (JP, A) JP-A-6-50829 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) G01L 23/18 G01L 23/22 G01L 9/00 303 G01L 9/04 101

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板からなり、少なくとも4個の
ゲージ抵抗を有し、圧力に応じた信号を出力する感圧素
子と、該感圧素子に圧力を伝達する圧力伝達部材と、温
度に応じて抵抗値変化する温度補償抵抗とを備え、前記
感圧素子のゲージ抵抗を有する面上に前記圧力伝達部材
を設置してなる圧力検出装置であって、前記感圧素子の
面方位を(110)面とし、結晶軸<110>方向に一
対の前記ゲージ抵抗を配置するとともに結晶軸<100
>方向に他の一対の前記ゲージ抵抗を配置し互いに接続
してブリッジ回路を構成し、さらに結晶軸<100>方
向に前記温度補償抵抗を配置し、少なくとも前記感圧素
子を前記圧力伝達部材が押圧する該感圧素子の押圧面内
に前記温度補償抵抗および前記ブリッジ回路が収まるこ
とを特徴とする圧力検出装置。
1. A pressure sensitive element made of a semiconductor substrate, having at least four gauge resistors, for outputting a signal according to pressure, a pressure transmitting member for transmitting pressure to the pressure sensitive element, and a pressure sensitive member for varying temperature. And a temperature compensating resistor for changing the resistance value, wherein the pressure transmitting member is installed on a surface of the pressure sensitive element having a gauge resistance, and a plane orientation of the pressure sensitive element is set to (110 ) Plane, the pair of gauge resistors are arranged in the crystal axis <110> direction, and the crystal axis <100
The other pair of gauge resistors arranged in the> direction and connected to each other to form a bridge circuit, and the temperature compensation resistor is arranged in the crystal axis <100> direction. A pressure detecting device characterized in that the temperature compensating resistor and the bridge circuit are accommodated within a pressing surface of the pressure-sensitive element to be pressed.
【請求項2】 ゲージ抵抗を有し、圧力に応じた信号を
出力する感圧素子と、該感圧素子のゲージ抵抗を有する
面に配置し、該感圧素子に圧力を伝達する圧力伝達部材
と、温度に応じて抵抗値変化する温度補償抵抗と、前記
感圧素子を着設する導電性のステムと、該ステムを保持
する導電性のハウジングとを備えてなる圧力検出装置で
あって、前記感圧素子を前記圧力伝達部材が押圧する該
感圧素子の押圧面内に前記温度補償抵抗および前記ゲー
ジ抵抗が収まり、該感圧素子の押圧面に対向する面に絶
縁膜を設けて該感圧素子を前記ステムに絶縁性の接着剤
にて着設することを特徴とする圧力検出装置。
2. A pressure sensitive element which has a gauge resistance and outputs a signal according to pressure, and a pressure transmission member which is arranged on a surface of the pressure sensitive element having the gauge resistance and transmits pressure to the pressure sensitive element. A pressure detecting device comprising a temperature compensating resistance whose resistance value changes according to temperature, a conductive stem on which the pressure sensitive element is attached, and a conductive housing holding the stem, The temperature compensation resistance and the gauge resistance are accommodated within the pressing surface of the pressure sensitive element against which the pressure transmitting member presses the pressure sensitive element, and an insulating film is provided on a surface facing the pressing surface of the pressure sensitive element. A pressure detecting device, wherein a pressure-sensitive element is attached to the stem with an insulating adhesive.
【請求項3】 ゲージ抵抗を有する半導体基板からな
り、圧力に応じた信号を出力する感圧素子と、該感圧素
子のゲージ抵抗を有する面に配置し、該感圧素子に圧力
を伝達する圧力伝達部材と、前記感圧素子を着設する導
電性のステムと、該ステムに嵌挿してハーメチックシー
ルし、前記感圧素子と外部との間の信号の授受を行う信
号伝達媒体と、前記圧力伝達部材と前記ステムとを保持
する導電性のハウジングとを備えてなる圧力検出装置で
あって、前記感圧素子を前記圧力伝達部材が押圧する該
感圧素子の押圧面内に前記ゲージ抵抗を収め、前記信号
伝達媒体をゲージ出力をインピーダンス変換した信号伝
達媒体とし、該感圧素子の押圧面に対向する面に絶縁膜
を設けるとともに前記半導体基板を接地しこの感圧素子
を前記ステムに絶縁性の接着剤にて着設し、前記感圧素
子のゲージ抵抗上に絶縁膜を介して導電性のシール部材
を設けるとともに該シール部材を接地しこのシール部材
上に前記圧力伝達部材を絶縁性の接着剤にて着設するこ
とを特徴とする圧力検出装置。
3. A pressure sensitive element which is made of a semiconductor substrate having a gauge resistance and outputs a signal according to pressure, and the pressure sensitive element is arranged on a surface having the gauge resistance and transmits pressure to the pressure sensitive element. A pressure transmitting member, a conductive stem on which the pressure-sensitive element is attached, a signal-transmitting medium that is fitted into the stem and hermetically sealed to exchange signals between the pressure-sensitive element and the outside, A pressure detecting device comprising a pressure transmitting member and a conductive housing holding the stem, wherein the gauge resistor is provided in a pressing surface of the pressure sensitive element against which the pressure transmitting member presses the pressure sensitive element. The signal transmission medium is used as a signal transmission medium obtained by impedance-converting the gauge output, an insulating film is provided on the surface facing the pressing surface of the pressure sensitive element, and the semiconductor substrate is grounded, and the pressure sensitive element is used as the stem. Insulation Of the pressure sensitive element, a conductive seal member is provided on the gauge resistor of the pressure-sensitive element via an insulating film, and the seal member is grounded to insulate the pressure transmitting member on the seal member. A pressure detecting device characterized by being attached by an adhesive.
【請求項4】 前記接着剤は前記感圧素子の下部端面に
おいて該感圧素子側面へはい上がっていることを特徴と
する請求項2または3に記載の圧力検出装置。
4. The pressure detecting device according to claim 2, wherein the adhesive is raised to a side surface of the pressure-sensitive element at a lower end surface of the pressure-sensitive element.
【請求項5】 前記半導体基板を電源に接続することを
特徴とする請求項3または4に記載の圧力検出装置。
5. The pressure detecting device according to claim 3, wherein the semiconductor substrate is connected to a power source.
【請求項6】 前記ゲージ抵抗および前記温度補償抵抗
を前記圧力伝達部材下端直下の前記感圧素子表面におけ
る押圧面中央部に配置することを特徴とする請求項1記
載の圧力検出装置。
6. The pressure detecting device according to claim 1, wherein the gauge resistor and the temperature compensating resistor are arranged in a central portion of a pressing surface on the surface of the pressure sensitive element immediately below a lower end of the pressure transmitting member.
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