JP3409792B2 - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、歪みゲージ型半導
体圧力センサに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の圧力センサとして、実開
平３−８８１３７に開示されたものが存在する。このも
のは、図12に示すように、局部的に薄く形成することに
より板状のダイヤフラムA1が設けられたシリコン製の基
板A と、ダイヤフラムA1に対向して基板A に接合された
ガラス基板（接合部材）B と、を備え、ガラス基板B と
の対向面A2とは反対の反対面A3からの圧力を受けること
によるダイヤフラムA1の撓み量でもって圧力変化を検出
するものである。詳しくは、このダイヤフラムはA1、そ
のガラス基板B との対向面A2にＳｉＯ2 膜A4が形成され
ている。 【０００３】一般に、この種の圧力センサは、ガラス基
板B と基板A との接合時に加熱を伴うから、放熱ととも
にガラス基板B とダイヤフラムA1のとの間の対向空間A5
が減圧となる。そうすると、この接合時に、ダイヤフラ
ムA1が反対面A3からの外圧を受けると、ガラス基板B へ
向かって容易に撓んでガラス基板B と接合してしまっ
て、圧力センサを製作できなくなってしまうが、実開平
３−８８１３７に開示されたものは、そのダイヤフラム
A1におけるガラス基板B との対向面A2にＳｉＯ2膜A4が
形成されているから、ガラス基板B と接合することが無
く、圧力センサを製作できるようになっている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記した従来の圧力セ
ンサにあっては、ダイヤフラムA1は、前述したように、
ガラス基板B との対向面A2にＳｉＯ2 膜A4が形成され
て、ガラス基板B と接合することが無くなり、圧力セン
サを製作できるようになっている。 【０００５】しかしながら、ダイヤフラムA1におけるガ
ラス基板B との対向面A2にＳｉＯ2膜A4を形成する比較
的複雑な工程を必要とするために、製作に手間がかかっ
ていた。 【０００６】本発明は、上記の点に着目してなされたも
ので、その目的とするところは、手間をかけることな
く、確実に製作することができる圧力センサを提供する
ことにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１記載の圧力センサは、局部的に薄く形
成することにより板状のダイヤフラムが設けられたシリ
コン製の基板と、ダイヤフラムに対向して基板に接合さ
れた接合部材と、を備え、接合部材との対向面とは反対
面からの圧力を受けることによるダイヤフラムの撓み量
をこのダイヤフラムに設けられる歪みゲージ抵抗で計測
することによって圧力変化を検出する圧力センサにおい
て、前記ダイヤフラムは、過大な圧力が伝達されて撓む
ことにより前記接合部材に当接し得るものであって、前
記接合部材は、前記ダイヤフラムとの間の対向空間に連
通する連通孔が外方面から貫通して設けられたものであ
り、かつ、前記ダイヤフラム又は前記接合部材のいずれ
か一方は、前記ダイヤフラムが撓むことにより他方に当
接し得る突起が別体として設けられたものであって、そ
の突起は金属であり弾性を有したものであり、しかも、
同突起は、ワイヤボンディングして盛付けられたパッド
部及びそのパッド部に続くワイヤ部を形成し、パッド部
とワイヤ部との境界部分となるネック部を切断すること
により設けられ、歪みゲージ抵抗とは対向しない位置に
設けられた構成にしている。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明の第１参考例を図１及び図
２に基づいて以下に説明する。 【０００９】1 は結晶方位（１００）面を有した両面が
研磨されたｎ型のシリコン製の基板であって、後述する
接合部材2 側がＫＯＨ又はＮａＯＨにより異方性エッチ
ングされて、接合部材2 と対向することとなる対向面1a
を底面に有した凹部1bが設けられる。この凹部1bの底部
は、後述するダイヤフラム1cとなるものであって、Ｓｉ
Ｏ2 をマスクとしてボロンがイオン注入又は熱拡散され
ることにより、歪みゲージ抵抗1dが設けられる。また、
この基板1 は、Ａｌが真空蒸着により、配線パターン
（図示せず）及び電極パッド1eが設けられる。この電極
パッド1eは、Ａｕ線又はＡｌ線でもってワイヤボンディ
ングされることによって、外部基板（図示せず）に設け
られた配線パターンと接続される。 【００１０】次に、凹部1bの底部は、その対向面1aとは
反対側が、ＳｉＮやＳｉＯ2 をマスクとして、例えば３
５％のＫＯＨ水溶液によりエッチングされることによ
り、局部的に薄く形成されることにより板状のダイヤフ
ラム1cとなる。また、このダイヤフラム1cは、その対向
面1aとは反対面側の反対面1fにＳｉＯ2 膜（図示せず）
がコーティングされている。なお、ＳｉＮ膜がコーティ
ングされてもよい。 【００１１】次に、陽極接合により、基板1 、後述する
接合部材2 及び台座3 を接合する。詳しくは、基板1 を
陽極とし、接合部材2 及び台座3 を負極として、約４０
０°Ｃの真空雰囲気中において、直流電圧を約４００〜
６００Ｖ印加するすることにより、陽極接合する。こう
して、基板1 のダイヤフラム1cは、接合部材2 とは間に
対向空間1gを有して対向することとなる。 【００１２】接合部材2 は、硬質ガラスにより、約０．
３〜０．６ｍｍの厚みに形成され、ダイヤフラム1cとの
間の対向空間1gに連通する連通孔2aが、ピンを振動させ
て穿孔する、いわゆる超音波加工法又は放電加工によ
り、外方面から貫通して設けられ、ダイヤフラム1cの対
向面1aに大気圧の基準圧が印加されるようになる。 【００１３】台座3 は、基板1 と共に圧力センサチップ
10を構成するものであって、硬質ガラスにより、約０．
５〜２ｍｍの厚みに形成され、基板1 の反対面1f側へ至
る圧力導入孔3aが、ピンを振動させて穿孔する、いわゆ
る超音波加工法又は放電加工により設けられる。この圧
力導入孔3aに、気体又は液体が導入されることにより、
基板1 のダイヤフラム1cに圧力が伝達される。このよう
に、ダイヤフラム1cは、その対向面1aには大気圧の基準
圧が印加された状態で、反対面1fには気体又は液体が導
入されることにより圧力が伝達されて、ダイヤフラム1c
が撓むため、その歪みゲージ抵抗1dでもって、反対面1f
に伝達された気体又は液体の圧力を計測することができ
る。 【００１４】なお、ダイヤフラム1cの反対面1f側に過大
な圧力が伝達されたときは、ダイヤフラム1cは、図２に
示すように、その対向面1aが接合部材2 に当接すること
により、その撓みが規制されるので、撓み過ぎることに
よる破壊が防止される。 【００１５】かかる圧力センサにあっては、接合部材2
とダイヤフラム1cとの間の対向空間1gは、その対向空間
1gに連通する連通孔2aが接合部材2 の外方面から貫通し
て設けられているから、接合部材2 と基板1 との接合時
に加熱を伴っても、放熱とともに対向空間1gが減圧にな
ることがなく、ダイヤフラム1cが接合部材2 との間の対
向面1aとは反対側の反対面1fからの外圧を受けても、接
合部材2 へ向かって撓んで接合部材2 と接合してしまう
ことがなくなり、確実に製作することができる。しか
も、従来例のように、ダイヤフラム1cにおけるガラス基
板との対向面にＳｉＯ2 膜を形成するという比較的複雑
な工程ではなく、接合部材2 に外方面から対向空間に連
通する連通孔2aを設けるという比較的単純な工程を必要
とするだけであるから、製作に手間がかからなくなる。 【００１６】また、ダイヤフラム1cは、その対向面1aと
は反対側の反対面1fにＳｉＯ2 がコーティングされてい
るから、水、油、ガス等の腐食性流体により圧力が伝達
されても、腐食するようなことがなくなる。 【００１７】次に、本発明の第２参考例を図３に基づい
て以下に説明する。なお、第１参考例と実質的に同一の
機能を有する部材には同一の符号を付し、第１参考例と
異なるところのみ記す。第１参考例では、対向空間1g
は、基板1に凹部1bが設けられることにより形成されて
いるが、本参考例では、接合部材2に凹部2bが設けられ
ることにより形成された構成となっている。 【００１８】詳しくは、接合部材2 は、機械的な研磨又
は弗酸等による化学的なエッチングにより凹部2bが設け
られる。 【００１９】かかる圧力センサにあっては、第１参考例
の効果に加えて、過大な圧力が伝達されて接合部材2
は、基板1のように、局部的に薄く形成することにより
板状のダイヤフラム1cが設けられているわけではないか
ら、基板1に凹部1bを設けて対向空間1gを形成する場合
程、丁寧に加工しなくてもよくなり、第１参考例より
も、製作が一段とやり易くなる。 【００２０】次に、本発明の第３参考例を図４及び図５
に基づいて以下に説明する。なお、第１参考例と実質的
に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、第１
参考例と異なるところのみ記す。第１参考例では、接合
部材2におけるダイヤフラム1cとの対向面2cは、平坦状
であるが、本参考例では、突起2dが設けられた構成とな
っている。 【００２１】詳しくは、接合部材2は、弗酸等による化
学的なエッチングにより、先端面が略平坦状の突起2dが
設けられる。なお、この化学的なエッチングの開始位置
を、圧力センサチップの平面図である図５に、破線によ
り示している。従って、ダイヤフラム1cは、過大な圧力
が伝達されて撓んで突起2dに当接しても、クラック等が
発生しないようになっている。また、この突起2dは、ダ
イヤフラム1cが撓んで突起2dに当接しても、ダイヤフラ
ム1cに設けられた歪みゲージ抵抗1dに当接して破損させ
ないよう、歪みゲージ抵抗1dとは対向しない位置に設け
られている。なお、突起2dは、機械的な研磨により設け
られてもよい。 【００２２】かかる圧力センサにあっては、第１参考例
の効果に加えて、過大な圧力が伝達されて接合部材2側
に撓んだダイヤフラム1cが突起2dを介して接合部材2に
当接することにより、その撓みが規制される場合に、接
合部材2に設けられた突起2dの高さを変えることによっ
て、ダイヤフラム1cの耐久性を調節することができる。 【００２３】次に、本発明の第４参考例を図６に基づい
て以下に説明する。なお、第３参考例と実質的に同一の
機能を有する部材には同一の符号を付し、第３参考例と
異なるところのみ記す。第３参考例では、接合部材2
は、硬質ガラス製であるが、本参考例では、シリコン製
となっている。 【００２４】詳しくは、接合部材2 は、異方性エッチン
グにより、凹部2b及びその凹部2bの略中央部の突起2dが
設けられる。この接合部材2 は、対向面2cとは反対側の
外方面から、異方性エッチング、プラズマエッチング式
ＲＩＥ法又はＨＦ水溶液による等方的エッチングによ
り、連通孔2aが設けられる。この接合部材2 は、基板1
と重合した状態で、１０００°Ｃに加熱すると、基板1
に接合される。なお、基板1 は、前述したように、陽極
接合により台座3 と接合される。 【００２５】かかる圧力センサにあっては、第３参考例
の効果に加えて、ダイヤフラム1cは、シリコン製である
が故に弾性を有した接合部材2の突起2dに当接すること
になるから、当接のときの衝撃が緩衝されることとなっ
て、ダイヤフラム1cが破損するようなことがなくなる。 【００２６】また、接合部材2は、シリコン製であるか
ら、第３参考例よりも薄くすることができ、ひいては、
圧力センサそのものを小型化することができる。 【００２７】なお、本参考例では、接合部材2は、突起2
dが設けられているが、例えば、ダイヤフラム1cの耐久
性を調節する必要がないようなときは、突起2dが設けら
れてなくてもよく、そのときは、接合部材2の加工がよ
りやり易くなる。また、このように、接合部材2に突起2
dが設けられないときでも、ダイヤフラム1cは、過大な
圧力が伝達されて、シリコン製であるが故に弾性を有し
た接合部材2に当接することになるから、当接のときの
衝撃が緩衝されることとなって、破損するようなことが
なくなる。 【００２８】次に、本発明の第５参考例を図７に基づい
て以下に説明する。なお、第３参考例と実質的に同一の
機能を有する部材には同一の符号を付し、第３参考例と
異なるところのみ記す。第３参考例では、接合部材2に
突起2dが設けられているのに対し、本参考例では、基板
1に突起1hが設けられた構成となっている。 【００２９】詳しくは、基板1 は、凹部1bが異方性エッ
チングにより設けられるときに、その凹部1bの略中央部
に突起1hが設けられている。 【００３０】かかる圧力センサにあっては、第３参考例
の効果に加えて、ダイヤフラム1cは、過大な圧力が伝達
されて、シリコン製であるが故に弾性を有した突起1hを
介して接合部材2に当接することになるから、当接のと
きの衝撃が緩衝されることとなって、ダイヤフラム1cが
破損するようなことがなくなる。 【００３１】次に、本発明の一実施形態を図８及び図９
に基づいて以下に説明する。なお、第５参考例と実質的
に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、第５
参考例と異なるところのみ記す。第５参考例では、突起
1hは、シリコン製であるのに対し、本実施形態では、金
属製である構成となっており、弾性を有したものとなっ
ている。 【００３２】詳しくは、基板1 は、メッキ法又はスタッ
ドバンプ法により、突起1hが設けられる。メッキ法によ
り突起1hを設ける場合は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ又はＡｌ
等の金属を基板1 上にメッキする。スタッドバンプ法に
より突起1hを設ける場合は、例えば、Ａｕ製のワイヤに
よりワイヤボンディングして、図９に示すように、基板
1 への盛付られたパッド部1j及びそのパッド部1jに続く
ワイヤ部1kを形成し、パッド部1jとワイヤ部1kとの境界
部分、いわゆるネック部1mを切断することにより、突起
1hが設けられる。 【００３３】かかる圧力センサにあっては、第５参考例
と同様の効果を奏することができる。 【００３４】次に、本発明の第６参考例を図10及び図11
に基づいて以下に説明する。なお、第１参考例と実質的
に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、第１
参考例と異なるところのみ記す。第１参考例では、基板
1は、接合部材2に接合されているのに対し、本参考例で
は、タイヤフラム1cに対向配置された対向部材4及びそ
の対向部材4に接合されるパッケージ5により収容された
構成となっている。なお、図10及び図11では、ダイヤフ
ラム1cに設けられた歪みゲージ抵抗を省略している。 【００３５】詳しくは、この基板1 は、後述するパッケ
ージ5 の底部に、台座3 が接着剤5aにより接着されるこ
とにより搭載され、その電極パッド（図示せず）とパッ
ケージ5 に貫通した外部接続用リード線5bとがワイヤボ
ンディングにより接続されている。そして、この基板1
は、その対向面1a側がゲル状のシリコン樹脂1nにより封
止されている。 【００３６】対向部材4は、詳しく後述するが、パッケ
ージ5の開口部分を覆うよう被冠されることによって、
シリコン樹脂1nを介してダイヤフラム1cと対向し、ダイ
ヤフラム1cとの間に対向空間1gを形成し、その対向空間
1gに連通する連通孔4aが外方面から貫通して設けられて
いる。この対向部材4は、ダイヤフラム1cと対向する対
向面に突起4bが設けられている。 【００３７】パッケージ5 は、例えばＰＰＳ、ＰＢＴ等
のプラスチックにより、一方が開口した箱状に形成さ
れ、開口部分が対向部材4 により被冠されることによ
り、圧力センサチップ10及び電極パッド1eと外部接続用
リード線5bとを接続するワイヤボンディング部分が外力
等から機械的に保護される。このパッケージ5 は、対向
空間に連通する連通孔5c及び基板1 の反対面1f側へ至る
圧力導入孔5dが設けられている。 【００３８】なお、ダイヤフラム1cの反対面1f側に過大
な圧力が伝達されたときは、ダイヤフラム1cは、図11に
示すように、その対向面1aが対向部材4 の突起4bに当接
することにより、その撓みが規制されるので、撓み過ぎ
ることによる破壊が防止される。 【００３９】かかる圧力センサにあっては、対向部材4
とダイヤフラム1cとの間の対向空間1gは、その対向空間
1gに連通する連通孔4a,5c が対向部材4 及びパッケージ
5 の外方面から貫通して設けられているから、対向部材
4 とパッケージ5 との接合時に半田付けや溶接等により
加熱を伴っても、放熱とともに対向空間が減圧になるこ
とがなく、ダイヤフラム1cが対向部材4 との対向面1aと
は反対側の反対面1fからの外圧を受けても、対向部材4
へ向かって撓んで対向部材4 と接合してしまうことがな
くなり、確実に製作することができる。しかも、従来例
のように、ダイヤフラムに1cおけるガラス基板との対向
面にＳｉＯ2 膜を形成するという比較的複雑な工程では
なく、対向部材4 及びパッケージ5 に外方面から対向空
間1gに連通する連通孔4a,5c を設けるという比較的単純
な工程を必要とするだけであるから、製作に手間がかか
らなくなる。 【００４０】また、過大な圧力が伝達されて対向部材4
側に撓んだダイヤフラム1cが突起4bを介して対向部材4
に当接することにより、その撓みが規制される場合に、
対向部材4 に設けられた突起4bの高さを変えることによ
って、ダイヤフラム1cの撓み量を調節することができ
る。 【００４１】なお、本参考例では、連通孔4a,5cは、対
向部材4及びパッケージ5に設けられているが、いずれか
一方に設けられても同様の効果を奏することはでき、そ
のときは、連通孔を設ける手間が少なくなって、加工が
よりやり易くなる。 【００４２】また、本参考例では、突起4bは、対向部材
4に設けられているが、ダイヤフラム1cに設けられて
も、同様の効果を奏することができる。 【００４３】また、本参考例では、対向部材4に突起4b
が設けられているが、例えば、ダイヤフラム1cの耐久性
を調節する必要がないようなときは、突起2dが設けられ
てなくてもよく、そのときは、対向部材4の加工がより
やり易くなる。 【００４４】 【発明の効果】請求項１記載の圧力センサは、接合部材
とダイヤフラムとの間の対向空間は、その対向空間に連
通する連通孔が接合部材の外方面から貫通して設けられ
ているから、接合部材と基板との接合時に加熱を伴って
も、放熱とともに対向空間が減圧になることがなく、ダ
イヤフラムが接合部材との対向面とは反対面からの外圧
を受けても、接合部材へ向かって撓んで接合部材と接合
してしまうことがなくなり、確実に製作することができ
る。しかも、従来例のように、ダイヤフラムにおけるガ
ラス基板との対向面にＳｉＯ2 膜を形成するという比較
的複雑な工程ではなく、接合部材に外方面から対向空間
に連通する連通孔を設けるという比較的単純な工程を必
要とするだけであるから、製作に手間がかからなくな
る。 【００４５】また、過大な圧力が伝達されて接合部材側
に撓んだダイヤフラムが突起を介して接合部材に当接す
ることにより、その撓みが規制される場合に、ダイヤフ
ラム又は接合部材の少なくとも一方に設けられた突起の
高さを変えることによって、撓み量を調節することがで
きる。 【００４６】さらに、過大な圧力が伝達されて接合部材
側に撓んだダイヤフラムは、金属製の弾性を有した突起
を介して接合部材に当接するから、当接のときの衝撃が
緩衝されることとなって、ダイヤフラムが破損するよう
なことがなくなる。
体圧力センサに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の圧力センサとして、実開
平３−８８１３７に開示されたものが存在する。このも
のは、図12に示すように、局部的に薄く形成することに
より板状のダイヤフラムA1が設けられたシリコン製の基
板A と、ダイヤフラムA1に対向して基板A に接合された
ガラス基板（接合部材）B と、を備え、ガラス基板B と
の対向面A2とは反対の反対面A3からの圧力を受けること
によるダイヤフラムA1の撓み量でもって圧力変化を検出
するものである。詳しくは、このダイヤフラムはA1、そ
のガラス基板B との対向面A2にＳｉＯ2 膜A4が形成され
ている。 【０００３】一般に、この種の圧力センサは、ガラス基
板B と基板A との接合時に加熱を伴うから、放熱ととも
にガラス基板B とダイヤフラムA1のとの間の対向空間A5
が減圧となる。そうすると、この接合時に、ダイヤフラ
ムA1が反対面A3からの外圧を受けると、ガラス基板B へ
向かって容易に撓んでガラス基板B と接合してしまっ
て、圧力センサを製作できなくなってしまうが、実開平
３−８８１３７に開示されたものは、そのダイヤフラム
A1におけるガラス基板B との対向面A2にＳｉＯ2膜A4が
形成されているから、ガラス基板B と接合することが無
く、圧力センサを製作できるようになっている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記した従来の圧力セ
ンサにあっては、ダイヤフラムA1は、前述したように、
ガラス基板B との対向面A2にＳｉＯ2 膜A4が形成され
て、ガラス基板B と接合することが無くなり、圧力セン
サを製作できるようになっている。 【０００５】しかしながら、ダイヤフラムA1におけるガ
ラス基板B との対向面A2にＳｉＯ2膜A4を形成する比較
的複雑な工程を必要とするために、製作に手間がかかっ
ていた。 【０００６】本発明は、上記の点に着目してなされたも
ので、その目的とするところは、手間をかけることな
く、確実に製作することができる圧力センサを提供する
ことにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１記載の圧力センサは、局部的に薄く形
成することにより板状のダイヤフラムが設けられたシリ
コン製の基板と、ダイヤフラムに対向して基板に接合さ
れた接合部材と、を備え、接合部材との対向面とは反対
面からの圧力を受けることによるダイヤフラムの撓み量
をこのダイヤフラムに設けられる歪みゲージ抵抗で計測
することによって圧力変化を検出する圧力センサにおい
て、前記ダイヤフラムは、過大な圧力が伝達されて撓む
ことにより前記接合部材に当接し得るものであって、前
記接合部材は、前記ダイヤフラムとの間の対向空間に連
通する連通孔が外方面から貫通して設けられたものであ
り、かつ、前記ダイヤフラム又は前記接合部材のいずれ
か一方は、前記ダイヤフラムが撓むことにより他方に当
接し得る突起が別体として設けられたものであって、そ
の突起は金属であり弾性を有したものであり、しかも、
同突起は、ワイヤボンディングして盛付けられたパッド
部及びそのパッド部に続くワイヤ部を形成し、パッド部
とワイヤ部との境界部分となるネック部を切断すること
により設けられ、歪みゲージ抵抗とは対向しない位置に
設けられた構成にしている。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明の第１参考例を図１及び図
２に基づいて以下に説明する。 【０００９】1 は結晶方位（１００）面を有した両面が
研磨されたｎ型のシリコン製の基板であって、後述する
接合部材2 側がＫＯＨ又はＮａＯＨにより異方性エッチ
ングされて、接合部材2 と対向することとなる対向面1a
を底面に有した凹部1bが設けられる。この凹部1bの底部
は、後述するダイヤフラム1cとなるものであって、Ｓｉ
Ｏ2 をマスクとしてボロンがイオン注入又は熱拡散され
ることにより、歪みゲージ抵抗1dが設けられる。また、
この基板1 は、Ａｌが真空蒸着により、配線パターン
（図示せず）及び電極パッド1eが設けられる。この電極
パッド1eは、Ａｕ線又はＡｌ線でもってワイヤボンディ
ングされることによって、外部基板（図示せず）に設け
られた配線パターンと接続される。 【００１０】次に、凹部1bの底部は、その対向面1aとは
反対側が、ＳｉＮやＳｉＯ2 をマスクとして、例えば３
５％のＫＯＨ水溶液によりエッチングされることによ
り、局部的に薄く形成されることにより板状のダイヤフ
ラム1cとなる。また、このダイヤフラム1cは、その対向
面1aとは反対面側の反対面1fにＳｉＯ2 膜（図示せず）
がコーティングされている。なお、ＳｉＮ膜がコーティ
ングされてもよい。 【００１１】次に、陽極接合により、基板1 、後述する
接合部材2 及び台座3 を接合する。詳しくは、基板1 を
陽極とし、接合部材2 及び台座3 を負極として、約４０
０°Ｃの真空雰囲気中において、直流電圧を約４００〜
６００Ｖ印加するすることにより、陽極接合する。こう
して、基板1 のダイヤフラム1cは、接合部材2 とは間に
対向空間1gを有して対向することとなる。 【００１２】接合部材2 は、硬質ガラスにより、約０．
３〜０．６ｍｍの厚みに形成され、ダイヤフラム1cとの
間の対向空間1gに連通する連通孔2aが、ピンを振動させ
て穿孔する、いわゆる超音波加工法又は放電加工によ
り、外方面から貫通して設けられ、ダイヤフラム1cの対
向面1aに大気圧の基準圧が印加されるようになる。 【００１３】台座3 は、基板1 と共に圧力センサチップ
10を構成するものであって、硬質ガラスにより、約０．
５〜２ｍｍの厚みに形成され、基板1 の反対面1f側へ至
る圧力導入孔3aが、ピンを振動させて穿孔する、いわゆ
る超音波加工法又は放電加工により設けられる。この圧
力導入孔3aに、気体又は液体が導入されることにより、
基板1 のダイヤフラム1cに圧力が伝達される。このよう
に、ダイヤフラム1cは、その対向面1aには大気圧の基準
圧が印加された状態で、反対面1fには気体又は液体が導
入されることにより圧力が伝達されて、ダイヤフラム1c
が撓むため、その歪みゲージ抵抗1dでもって、反対面1f
に伝達された気体又は液体の圧力を計測することができ
る。 【００１４】なお、ダイヤフラム1cの反対面1f側に過大
な圧力が伝達されたときは、ダイヤフラム1cは、図２に
示すように、その対向面1aが接合部材2 に当接すること
により、その撓みが規制されるので、撓み過ぎることに
よる破壊が防止される。 【００１５】かかる圧力センサにあっては、接合部材2
とダイヤフラム1cとの間の対向空間1gは、その対向空間
1gに連通する連通孔2aが接合部材2 の外方面から貫通し
て設けられているから、接合部材2 と基板1 との接合時
に加熱を伴っても、放熱とともに対向空間1gが減圧にな
ることがなく、ダイヤフラム1cが接合部材2 との間の対
向面1aとは反対側の反対面1fからの外圧を受けても、接
合部材2 へ向かって撓んで接合部材2 と接合してしまう
ことがなくなり、確実に製作することができる。しか
も、従来例のように、ダイヤフラム1cにおけるガラス基
板との対向面にＳｉＯ2 膜を形成するという比較的複雑
な工程ではなく、接合部材2 に外方面から対向空間に連
通する連通孔2aを設けるという比較的単純な工程を必要
とするだけであるから、製作に手間がかからなくなる。 【００１６】また、ダイヤフラム1cは、その対向面1aと
は反対側の反対面1fにＳｉＯ2 がコーティングされてい
るから、水、油、ガス等の腐食性流体により圧力が伝達
されても、腐食するようなことがなくなる。 【００１７】次に、本発明の第２参考例を図３に基づい
て以下に説明する。なお、第１参考例と実質的に同一の
機能を有する部材には同一の符号を付し、第１参考例と
異なるところのみ記す。第１参考例では、対向空間1g
は、基板1に凹部1bが設けられることにより形成されて
いるが、本参考例では、接合部材2に凹部2bが設けられ
ることにより形成された構成となっている。 【００１８】詳しくは、接合部材2 は、機械的な研磨又
は弗酸等による化学的なエッチングにより凹部2bが設け
られる。 【００１９】かかる圧力センサにあっては、第１参考例
の効果に加えて、過大な圧力が伝達されて接合部材2
は、基板1のように、局部的に薄く形成することにより
板状のダイヤフラム1cが設けられているわけではないか
ら、基板1に凹部1bを設けて対向空間1gを形成する場合
程、丁寧に加工しなくてもよくなり、第１参考例より
も、製作が一段とやり易くなる。 【００２０】次に、本発明の第３参考例を図４及び図５
に基づいて以下に説明する。なお、第１参考例と実質的
に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、第１
参考例と異なるところのみ記す。第１参考例では、接合
部材2におけるダイヤフラム1cとの対向面2cは、平坦状
であるが、本参考例では、突起2dが設けられた構成とな
っている。 【００２１】詳しくは、接合部材2は、弗酸等による化
学的なエッチングにより、先端面が略平坦状の突起2dが
設けられる。なお、この化学的なエッチングの開始位置
を、圧力センサチップの平面図である図５に、破線によ
り示している。従って、ダイヤフラム1cは、過大な圧力
が伝達されて撓んで突起2dに当接しても、クラック等が
発生しないようになっている。また、この突起2dは、ダ
イヤフラム1cが撓んで突起2dに当接しても、ダイヤフラ
ム1cに設けられた歪みゲージ抵抗1dに当接して破損させ
ないよう、歪みゲージ抵抗1dとは対向しない位置に設け
られている。なお、突起2dは、機械的な研磨により設け
られてもよい。 【００２２】かかる圧力センサにあっては、第１参考例
の効果に加えて、過大な圧力が伝達されて接合部材2側
に撓んだダイヤフラム1cが突起2dを介して接合部材2に
当接することにより、その撓みが規制される場合に、接
合部材2に設けられた突起2dの高さを変えることによっ
て、ダイヤフラム1cの耐久性を調節することができる。 【００２３】次に、本発明の第４参考例を図６に基づい
て以下に説明する。なお、第３参考例と実質的に同一の
機能を有する部材には同一の符号を付し、第３参考例と
異なるところのみ記す。第３参考例では、接合部材2
は、硬質ガラス製であるが、本参考例では、シリコン製
となっている。 【００２４】詳しくは、接合部材2 は、異方性エッチン
グにより、凹部2b及びその凹部2bの略中央部の突起2dが
設けられる。この接合部材2 は、対向面2cとは反対側の
外方面から、異方性エッチング、プラズマエッチング式
ＲＩＥ法又はＨＦ水溶液による等方的エッチングによ
り、連通孔2aが設けられる。この接合部材2 は、基板1
と重合した状態で、１０００°Ｃに加熱すると、基板1
に接合される。なお、基板1 は、前述したように、陽極
接合により台座3 と接合される。 【００２５】かかる圧力センサにあっては、第３参考例
の効果に加えて、ダイヤフラム1cは、シリコン製である
が故に弾性を有した接合部材2の突起2dに当接すること
になるから、当接のときの衝撃が緩衝されることとなっ
て、ダイヤフラム1cが破損するようなことがなくなる。 【００２６】また、接合部材2は、シリコン製であるか
ら、第３参考例よりも薄くすることができ、ひいては、
圧力センサそのものを小型化することができる。 【００２７】なお、本参考例では、接合部材2は、突起2
dが設けられているが、例えば、ダイヤフラム1cの耐久
性を調節する必要がないようなときは、突起2dが設けら
れてなくてもよく、そのときは、接合部材2の加工がよ
りやり易くなる。また、このように、接合部材2に突起2
dが設けられないときでも、ダイヤフラム1cは、過大な
圧力が伝達されて、シリコン製であるが故に弾性を有し
た接合部材2に当接することになるから、当接のときの
衝撃が緩衝されることとなって、破損するようなことが
なくなる。 【００２８】次に、本発明の第５参考例を図７に基づい
て以下に説明する。なお、第３参考例と実質的に同一の
機能を有する部材には同一の符号を付し、第３参考例と
異なるところのみ記す。第３参考例では、接合部材2に
突起2dが設けられているのに対し、本参考例では、基板
1に突起1hが設けられた構成となっている。 【００２９】詳しくは、基板1 は、凹部1bが異方性エッ
チングにより設けられるときに、その凹部1bの略中央部
に突起1hが設けられている。 【００３０】かかる圧力センサにあっては、第３参考例
の効果に加えて、ダイヤフラム1cは、過大な圧力が伝達
されて、シリコン製であるが故に弾性を有した突起1hを
介して接合部材2に当接することになるから、当接のと
きの衝撃が緩衝されることとなって、ダイヤフラム1cが
破損するようなことがなくなる。 【００３１】次に、本発明の一実施形態を図８及び図９
に基づいて以下に説明する。なお、第５参考例と実質的
に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、第５
参考例と異なるところのみ記す。第５参考例では、突起
1hは、シリコン製であるのに対し、本実施形態では、金
属製である構成となっており、弾性を有したものとなっ
ている。 【００３２】詳しくは、基板1 は、メッキ法又はスタッ
ドバンプ法により、突起1hが設けられる。メッキ法によ
り突起1hを設ける場合は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ又はＡｌ
等の金属を基板1 上にメッキする。スタッドバンプ法に
より突起1hを設ける場合は、例えば、Ａｕ製のワイヤに
よりワイヤボンディングして、図９に示すように、基板
1 への盛付られたパッド部1j及びそのパッド部1jに続く
ワイヤ部1kを形成し、パッド部1jとワイヤ部1kとの境界
部分、いわゆるネック部1mを切断することにより、突起
1hが設けられる。 【００３３】かかる圧力センサにあっては、第５参考例
と同様の効果を奏することができる。 【００３４】次に、本発明の第６参考例を図10及び図11
に基づいて以下に説明する。なお、第１参考例と実質的
に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、第１
参考例と異なるところのみ記す。第１参考例では、基板
1は、接合部材2に接合されているのに対し、本参考例で
は、タイヤフラム1cに対向配置された対向部材4及びそ
の対向部材4に接合されるパッケージ5により収容された
構成となっている。なお、図10及び図11では、ダイヤフ
ラム1cに設けられた歪みゲージ抵抗を省略している。 【００３５】詳しくは、この基板1 は、後述するパッケ
ージ5 の底部に、台座3 が接着剤5aにより接着されるこ
とにより搭載され、その電極パッド（図示せず）とパッ
ケージ5 に貫通した外部接続用リード線5bとがワイヤボ
ンディングにより接続されている。そして、この基板1
は、その対向面1a側がゲル状のシリコン樹脂1nにより封
止されている。 【００３６】対向部材4は、詳しく後述するが、パッケ
ージ5の開口部分を覆うよう被冠されることによって、
シリコン樹脂1nを介してダイヤフラム1cと対向し、ダイ
ヤフラム1cとの間に対向空間1gを形成し、その対向空間
1gに連通する連通孔4aが外方面から貫通して設けられて
いる。この対向部材4は、ダイヤフラム1cと対向する対
向面に突起4bが設けられている。 【００３７】パッケージ5 は、例えばＰＰＳ、ＰＢＴ等
のプラスチックにより、一方が開口した箱状に形成さ
れ、開口部分が対向部材4 により被冠されることによ
り、圧力センサチップ10及び電極パッド1eと外部接続用
リード線5bとを接続するワイヤボンディング部分が外力
等から機械的に保護される。このパッケージ5 は、対向
空間に連通する連通孔5c及び基板1 の反対面1f側へ至る
圧力導入孔5dが設けられている。 【００３８】なお、ダイヤフラム1cの反対面1f側に過大
な圧力が伝達されたときは、ダイヤフラム1cは、図11に
示すように、その対向面1aが対向部材4 の突起4bに当接
することにより、その撓みが規制されるので、撓み過ぎ
ることによる破壊が防止される。 【００３９】かかる圧力センサにあっては、対向部材4
とダイヤフラム1cとの間の対向空間1gは、その対向空間
1gに連通する連通孔4a,5c が対向部材4 及びパッケージ
5 の外方面から貫通して設けられているから、対向部材
4 とパッケージ5 との接合時に半田付けや溶接等により
加熱を伴っても、放熱とともに対向空間が減圧になるこ
とがなく、ダイヤフラム1cが対向部材4 との対向面1aと
は反対側の反対面1fからの外圧を受けても、対向部材4
へ向かって撓んで対向部材4 と接合してしまうことがな
くなり、確実に製作することができる。しかも、従来例
のように、ダイヤフラムに1cおけるガラス基板との対向
面にＳｉＯ2 膜を形成するという比較的複雑な工程では
なく、対向部材4 及びパッケージ5 に外方面から対向空
間1gに連通する連通孔4a,5c を設けるという比較的単純
な工程を必要とするだけであるから、製作に手間がかか
らなくなる。 【００４０】また、過大な圧力が伝達されて対向部材4
側に撓んだダイヤフラム1cが突起4bを介して対向部材4
に当接することにより、その撓みが規制される場合に、
対向部材4 に設けられた突起4bの高さを変えることによ
って、ダイヤフラム1cの撓み量を調節することができ
る。 【００４１】なお、本参考例では、連通孔4a,5cは、対
向部材4及びパッケージ5に設けられているが、いずれか
一方に設けられても同様の効果を奏することはでき、そ
のときは、連通孔を設ける手間が少なくなって、加工が
よりやり易くなる。 【００４２】また、本参考例では、突起4bは、対向部材
4に設けられているが、ダイヤフラム1cに設けられて
も、同様の効果を奏することができる。 【００４３】また、本参考例では、対向部材4に突起4b
が設けられているが、例えば、ダイヤフラム1cの耐久性
を調節する必要がないようなときは、突起2dが設けられ
てなくてもよく、そのときは、対向部材4の加工がより
やり易くなる。 【００４４】 【発明の効果】請求項１記載の圧力センサは、接合部材
とダイヤフラムとの間の対向空間は、その対向空間に連
通する連通孔が接合部材の外方面から貫通して設けられ
ているから、接合部材と基板との接合時に加熱を伴って
も、放熱とともに対向空間が減圧になることがなく、ダ
イヤフラムが接合部材との対向面とは反対面からの外圧
を受けても、接合部材へ向かって撓んで接合部材と接合
してしまうことがなくなり、確実に製作することができ
る。しかも、従来例のように、ダイヤフラムにおけるガ
ラス基板との対向面にＳｉＯ2 膜を形成するという比較
的複雑な工程ではなく、接合部材に外方面から対向空間
に連通する連通孔を設けるという比較的単純な工程を必
要とするだけであるから、製作に手間がかからなくな
る。 【００４５】また、過大な圧力が伝達されて接合部材側
に撓んだダイヤフラムが突起を介して接合部材に当接す
ることにより、その撓みが規制される場合に、ダイヤフ
ラム又は接合部材の少なくとも一方に設けられた突起の
高さを変えることによって、撓み量を調節することがで
きる。 【００４６】さらに、過大な圧力が伝達されて接合部材
側に撓んだダイヤフラムは、金属製の弾性を有した突起
を介して接合部材に当接するから、当接のときの衝撃が
緩衝されることとなって、ダイヤフラムが破損するよう
なことがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１参考例の断面図である。
【図２】同上のダイヤフラムの撓む状態を示す断面図で
ある。 【図３】本発明の第２参考例の断面図である。 【図４】本発明の第３参考例の断面図である。 【図５】同上の圧力センサチップの平面図である。 【図６】本発明の第４参考例の断面図である。 【図７】本発明の第５参考例の断面図である。 【図８】本発明の一実施形態の断面図である。 【図９】同上突起をスタッドバンプ法により設ける場合
の手順を示す説明図である。 【図１０】本発明の第６参考例の断面図である。 【図１１】同上のダイヤフラムの撓む状態を示す断面図
である。 【図１２】従来例の断面図である。 【符号の説明】 1 基板 1a 対向面 1c ダイヤフラム 1f 反対面 1g 対向空間 1h 突起 2 接合部材 2a 連通孔 2b 凹部 2d 突起 4 対向部材 4a 連通孔 4b 突起 5 パッケージ 5c 連通孔
ある。 【図３】本発明の第２参考例の断面図である。 【図４】本発明の第３参考例の断面図である。 【図５】同上の圧力センサチップの平面図である。 【図６】本発明の第４参考例の断面図である。 【図７】本発明の第５参考例の断面図である。 【図８】本発明の一実施形態の断面図である。 【図９】同上突起をスタッドバンプ法により設ける場合
の手順を示す説明図である。 【図１０】本発明の第６参考例の断面図である。 【図１１】同上のダイヤフラムの撓む状態を示す断面図
である。 【図１２】従来例の断面図である。 【符号の説明】 1 基板 1a 対向面 1c ダイヤフラム 1f 反対面 1g 対向空間 1h 突起 2 接合部材 2a 連通孔 2b 凹部 2d 突起 4 対向部材 4a 連通孔 4b 突起 5 パッケージ 5c 連通孔
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭58−211619（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−318473（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−332863（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−272166（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01L 9/00 303
G01L 19/06
H01L 29/84
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 局部的に薄く形成することにより板状の
ダイヤフラムが設けられたシリコン製の基板と、ダイヤ
フラムに対向して基板に接合された接合部材と、を備
え、接合部材との対向面とは反対面からの圧力を受ける
ことによるダイヤフラムの撓み量をこのダイヤフラムに
設けられる歪みゲージ抵抗で計測することによって圧力
変化を検出する圧力センサにおいて、 前記ダイヤフラムは、過大な圧力が伝達されて撓むこと
により前記接合部材に当接し得るものであって、前記接
合部材は、前記ダイヤフラムとの間の対向空間に連通す
る連通孔が外方面から貫通して設けられたものであり、
かつ、前記ダイヤフラム又は前記接合部材のいずれか一
方は、前記ダイヤフラムが撓むことにより他方に当接し
得る突起が別体として設けられたものであって、その突
起は金属であり弾性を有したものであり、しかも、同突
起は、ワイヤボンディングして盛付けられたパッド部及
びそのパッド部に続くワイヤ部を形成し、パッド部とワ
イヤ部との境界部分となるネック部を切断することによ
り設けられ、歪みゲージ抵抗とは対向しない位置に設け
られたものであることを特徴とする圧力センサ。
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