JP3444987B2 - 圧力センサ - Google Patents
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Description
下面、ダイアフラムを有するシリコンチップとが設けら
れており、該シリコンチップの上面に前記ダイアフラム
の変形を評価するための評価手段が配置されており、前
記シリコンチップはその下面で、孔を有するガラス基台
上に該孔が前記ダイアフラムにより圧力密に閉鎖される
ように取り付けられており、前記ガラス基台は、ケーシ
ングの圧力導管が前記孔と整列するように前記ケーシン
グと結合されている形式の圧力センサに関する。
1539号公報により、孔を有するガラス基台にシリコ
ンチップがその下面で取り付けられている形式の圧力セ
ンサは、すでに知られている。この場合、上記の孔の上
にダイアフラムが配置されており、したがってこの孔を
通してチップの下面に圧力を加えることができ、この圧
力によってダイアフラムが変形される。シリコンチップ
の上面には圧電測定素子が取り付けられており、この測
定素子はダイアフラムの変形を評価するために用いられ
る。ガラス基台の孔は、内部にチップの組み込まれてい
るケーシングの圧力導管と位置合わせされている。
く容易に製造可能でありプリント配線板とともに使用す
るのに著しく適した圧力センサを提供することにある。
は、ケーシングの一方の側は、プリント配線板との機械
的な結合部を成すように構成されており、前記ケーシン
グ内に、評価手段とプリント配線板との電気接続のため
の電気接続手段が設けられており、チップの上面はプリ
ント配線板の方へ向いており、前記チップの下面はプリ
ント配線板とは反対側の方向へ向いており、前記ケーシ
ングのためにセンタリングピンが設けられており、該セ
ンタリングピンにより前記プリント配線板に対するケー
シングの精確な位置合わせが行われることにより解決さ
れる。さらに本発明の課題は、ケーシングの一方の側
は、プリント配線板との機械的な結合部を成すように構
成されており、前記ケーシング内に、評価手段とプリン
ト配線板との電気接続のための電気接続手段が設けられ
ており、前記チップの上面はプリント配線板の方へ向い
ており、前記チップの下面はプリント配線板とは反対側
の方向へ向いており、前記ケーシングは基体とカバーか
ら成り、前記基体とカバーは中空室を取り囲んでおり、
該中空室内に前記チップが配置されており、前記中空室
はポリテトラフルオロエチレンのシートを介して換気さ
れることにより解決される。
ンサの有する利点とは、圧力センサを容易に製造できる
こととセンサのユーザにとって有利な特徴とが、本発明
による圧力センサによって結びつけられていることであ
る。その際、ユーザにとって著しく有利であるのは、ユ
ーザはこの圧力センサを通常の標準ユニットのようにプ
リント配線板上に実装できる点である。
向けて配向し、下面をプリント配線板とは反対側の方向
に配向させることにより、プリント配線板とは反対側か
ら圧力供給を行える。したがってユーザにとって著しく
簡単に圧力センサをプリント配線板に実装でき、ないし
は圧力ホースを圧力センサへ問題なく案内することがで
きる。さらに、化学的にきわめて安定しているシリコン
チップの下面から圧力媒体の供給が行われる。ダイアフ
ラムのための評価手段の配置されたチップの前面はプリ
ント配線板の方へ向いているので、著しく簡単な電気接
続手段を用いることができる。その際、この手段はプリ
ント配線板に対して一般に行われているSMDないしD
IL配置で構成できる。
イカスト成形されたケーシング内の金属製装着部材およ
び接続線として著しく簡単に構成される。ガラス基台の
取り付けは、ケーシング内のガイドコーナにより簡単に
できる。ケーシングが基体とカバーの2つの部分で構成
されていることにより、ケーシング内へのシリコンチッ
プの取り付けが簡単になる。プリント配線板へのケーシ
ングの取り付けを簡単にする目的で、ケーシングを掛止
するためのプリント配線板フックが設けられている。セ
ンタリングピンないしコーディングピンにより誤った取
り付けが回避される。シリコンチップの耐性は、上面に
パッシベーションを施すことで高められる。ケーシング
の換気は、好適には水を通さないテフロンのシートを介
して行うことができる。なお、「テフロン」はポリテト
ラフルオロエチレンの商標名である。
これについて以下で詳細に説明する。
3に配置されたシリコンチップ2とから成る圧力センサ
が示されている。ケーシング1は基体19とカバー18
により構成されている。基体19とカバー18により中
空室21が形成されており、この中空室内にチップ2が
置かれている。圧力導管9を通して外部から中空室21
の内部へ圧力を導くことができるが、この中空室は圧力
導管9に対しシリコンチップ2により密閉されている。
さらに、中空室21中に含まれている気体を、テフロン
シート17およびここには図示されていないカバー18
における孔により交換できる。しかしこのテフロンシー
ト17により、いかなる流体も外部から中空室21内に
浸入できなように構成される。プリント配線板13上へ
取り付けるために、ケーシング1にプリント配線板用フ
ック14が設けられている。これらのフックはプリント
配線板13の開口部を貫通して差し込まれ、プリント配
線板13においてケーシング1を機械的に掛止する。さ
らに、ケーシング1をプリント配線板13にこのように
して差し込む際の調整補助手段としてセンタリングピン
15が設けられており、これはプリント配線板フック1
4のための機械的なガイドとして用いられる。その際、
このセンタリングピン15を非対称に構成することによ
り、ないしはさらに別のピンを非対称に配置することに
より、ケーシング1をプリント配線板13のただ1つの
位置にしかはめ込むことができないように構成できる。
3の横断面がさらに詳細に示されている。シリコンチッ
プ2はダイアフラム5を有しており、これはガラス基台
3における孔4を密閉している。この構成により保証さ
れることは、孔4を通して導入される圧力によりダイア
フラム5の変形が生じることである。このため、シリコ
ンチップ2はその下面6でガラス基台3と気密に結合さ
れている。シリコンチップ2の上面7には評価手段8が
配置されており、この評価手段によりダイアフラム5の
変形を検出できる。この評価手段にはたとえば、ダイア
フラム5の領域に配置された圧電抵抗素子を用いること
ができ、この素子によってダイアフラム5の機械的な応
力を検出できる。さらに、シリコンチップ2上において
そのまますでに、評価手段8によりダイアフラム変形の
信号処理を行うことができる。この形式のシリコンチッ
プ2は通常、上面7上に慣用の手法で評価手段用の半導
体素子を形成することによって製造される。そして下面
6に開口部23を設けることにより、ダイアフラム5が
形成される。ガラス基台3との結合は通常、下面6にお
いて行われる。その理由は、この面にはそのほかにいか
なる構造体も設けられておらず、したがってチップ面を
結合面として空けておく必要がないからである。また、
孔4に対向するチップ2の表面はもっぱらシリコンだけ
により構成されている。この材料は化学的にきわめて安
定しており、したがって場合によっては孔を通って侵入
してくる腐食性の気体または液体に対し、このチップは
耐久性がある。
は、孔4が圧力導管9と整列するようにケーシング1の
基体19内に組み込まれる。さらにこの圧力導管9には
ソケット管10が設けられており、これによって圧力セ
ンサのユーザはこの部分で圧力導入ホースを接続するこ
とができる。このようにしてたとえばエンジン制御装置
の場合であれば、圧力センサをプリント配線板13上に
配置することができ、圧力ホースを介してこのセンサを
接続することができる。
り、これは図1のラインIII−IIIに沿って見た断
面図に相応する。図1によって既知の部材にはここでも
同じ参照番号が付されている。ここでは図1とは異な
り、チップ2の電気接点とプリント配線板13との電気
接続手段が示されている。この電気接続手段は、接続線
12と金属製装着部材11により構成されている。基体
19の製造は、好適にはプラスチックダイカストにより
行われる。このダイカストプロセスにおいて、金属製装
着部材11を基体19の壁部に流し込むことができ、こ
れは後になって、ケーシング1の内面つまり中空室21
からケーシングの外面つまりプリント配線板13への電
気接続部として用いられる。この場合、金属製装着部材
11は、この部材が接続線12と接触接続可能に構成さ
れている。さらに、チップ2上には接続線12のための
接続領域が設けられており、したがってチップ2の接続
領域、接続線12および金属製装着部材11を介して、
チップ上に配置されている評価手段8をプリント配線板
13と接続することができる。その際、金属製装着部材
11とプリント配線板13との接続は2つの異なる形式
で行える。金属製装着部材11を、この部材がプリント
配線板13の上面の上に載置されそこにおいて導体路と
はんだ付け可能であるように曲げることができる。さら
に金属製装着部材11を、この部材をプリント配線板1
3の孔を貫通して差し込めるように構成することも可能
である。この場合、金属製装着部材11とプリント配線
板13とのはんだ付けは、プリント配線板13において
圧力センサとは反対側の面で行うこともできる。このよ
うにして圧力センサは、プリント配線板13への実装の
ために一般に行われるようなSMDデバイス(Surface
Mounted Device)、DILデバイス(Dual In-Line)デ
バイスまたはSILデバイス(Single In-Line)として
構成することができる。このように、圧力センサをプリ
ント配線板13上へ実装するために、プリント配線板の
装着およびはんだ付けにおいて一般に用いられているあ
らゆる装置や機械を利用できる。したがってユーザは、
付加的なコストをかけることなく圧力センサをプリント
配線板13上に実装できる。
の底面図が示されているが、この場合、プリント配線板
13とカバー18は取り除かれている。この図からわか
るように、チップ2は基体19内に組み込まれている。
まずはじめにチップ2がガラス基台3と結合される。こ
の結合は通常、多数のシリコンチップ2を有する1つの
シリコンウェハと多数のガラス基台3を有する1つのガ
ラスウェハとの結合により行われる。そしてこのウェハ
を細分することで、1つのガラス基台3上に多数の個別
のシリコンチップ2が形成される。ガラス基台3とチッ
プ2のこのような結合体を組み込む際に圧力導管9に対
する孔4の配向を容易にする目的で、基体19内に複数
のガイドコーナ20が設けられている。これらのガイド
コーナは、孔4と圧力導管9が互いに精確に配向される
ように配置されている。組み込み作業を簡単にする目的
で、これらのガイドコーナ20を円錐形に構成すること
ができる。基体19の下面にはさらに接着周縁部22が
設けられており、この上にテフロンシート17が接着さ
れる。中空室21はこのようにして密閉される。ガラス
基台3ないしシリコンチップ2により、圧力導管9に対
する圧力密な閉鎖が保証される。テフロンシート17に
より周囲との気体交換を行うことはできるが、液体が入
り込む可能性はない。ここではシリコンチップ2は、見
やすくする理由でその上面にいかなる構造体も設けられ
ていないように示されている。さらにここには、プリン
ト配線板フック14を上から見た様子も示されている。
これらのフックの機能および作用はすでに図1から明ら
かである。さらに4つの別のフック16も設けられてお
り、これらはカバー18を取り付けるために用いられ
る。これらのフックは弾性に構成されており、カバーフ
ック16を掛けることでカバー18を基体19とは反対
側の面で保持することができる。テフロンシート17と
基体19との間はすでにもともと密に接合されているの
で、このようなきわめて簡単な封止方式を利用できる。
選択的に、カバー18をたとえば接着、溶接またはねじ
止めのような他の手段で取り付けることももちろん可能
である。
簡単に製造できる。基体19は金属製装着部材11とと
もに、周知のようにダイカストにより製造できる。そし
て接着により、ガラス基台3はシリコンチップ2ととも
に基体19と接合される。シリコンチップ2の上面はま
だ自由に取り扱える状態であるので、この段階で周知の
ように1つの接続線を用いてシリコンチップ2と金属製
装着部材11との間の接続を形成でき、パッシベーショ
ンたとえばシリカゲルをシリコンチップ2上に塗布する
ことができる。そして接着剤を接着周縁部22に塗布し
シートを置きカバー18を載置することにより、ケーシ
ングが閉鎖される。これらの製造ステップはすべてすで
に公知であり試験済みであって、自動化可能である。こ
のようにして、圧力センサの製造は著しく簡単に行われ
る。さらにこの圧力センサは、プリント配線板13上へ
の実装にきわめて適している。ケーシング1の一方の面
に、プリント配線板フック14、センタリングピン15
および金属製装着部材11のような、プリント配線板1
3への接続のためのすべての部材が設けられている。ユ
ーザはこの圧力センサを通常のSMDまたはDILデバ
イスのようにプリント配線板上に容易に実装できるの
で、この圧力センサのユーザにとって取り扱いは著しく
簡単である。さらにこの場合、ソケット管10はプリン
ト配線板から離れている。このことにより圧力センサを
問題なくはんだ付けできる。それというのは圧力導管の
汚れるおそれがないからである。メーカにとってもユー
ザにとっても有利であるこのような圧力センサの組み立
ては、プリント配線板に対する圧力センサチップ2のフ
ェースダウン実装技術により実現可能であり、つまり評
価素子8の配置されているチップ2の上面がプリント配
線板の方へ向かって配向されるようにして行われる。こ
のことによりすべての電気接続手段をチップから見てプ
リント配線板の方向に配置することができ、他方、圧力
供給を他の側から行うことができる。ケーシング底部へ
の圧力センサチップ2の直接的なフェースダウン実装は
不可能である。その理由は、それによってチップ内に機
械的な応力が発生してしまい、測定信号の誤りが生じて
しまうからである。この種の機械的な緊張を緩和するこ
とこそがガラス基台3の機能である。
実施例が示されている。同じはたらきをする部材にはこ
こでも同じ参照符号が付されている。図1〜図4による
実施例とは異なり、ここではプリント配線板13に対し
平行に配向されたソケット管10の配置構成が示されて
いる。この構成により圧力センサの全高が低減され、そ
の結果、設置場所が狭い状況でもこの圧力センサを使用
できる。
造可能でありプリント配線板とともに使用するのに著し
く適した圧力センサが実現される。
に沿って見た断面図である。
センサの底面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ケーシング(1)と、上面(7)、下面
(6)、ダイアフラム(5)を有するシリコンチップ
(2)とが設けられており、 該シリコンチップ(2)の上面(7)に前記ダイアフラ
ム(5)の変形を評価するための評価手段(8)が配置
されており、 前記シリコンチップ(2)はその下面(6)で、孔
(4)を有するガラス基台(3)上に該孔(4)が前記
ダイアフラム(5)により圧力密に閉鎖されるように取
り付けられており、 前記ガラス基台(3)は、ケーシング(1)の圧力導管
(9)が前記孔(4)と整列するように前記ケーシング
(1)と結合されている形式の圧力センサにおいて、 前記ケーシング(1)の一方の側は、プリント配線板
(13)との機械的な結合部を成すように構成されてお
り、 前記ケーシング(1)内に、評価手段(8)とプリント
配線板(13)との電気接続のための電気接続手段(1
1、12)が設けられており、 前記チップ(2)の上面(7)はプリント配線板(1
3)の方へ向いており、前記チップ(2)の下面(6)
はプリント配線板(13)とは反対側の方向へ向いてお
り、 前記ケーシング(5)のためにセンタリングピン(1
5)が設けられており、該センタリングピン(15)に
より前記プリント配線板(13)に対するケーシング
(1)の精確な位置合わせが行われる ことを特徴とする
圧力センサ。 - 【請求項2】 ケーシング(1)と、上面(7)、下面
(6)、ダイアフラム(5)を有するシリコンチップ
(2)とが設けられており、 該シリコンチップ(2)の上面(7)に前記ダイアフラ
ム(5)の変形を評価するための評価手段(8)が配置
されており、 前記シリコンチップ(2)はその下面(6)で、孔
(4)を有するガラス基台(3)上に該孔(4)が前記
ダイアフラム(5)により圧力密に閉鎖されるように取
り付けられており、 前記ガラス基台(3)は、ケーシング(1)の圧力導管
(9)が前記孔(4) と整列するように前記ケーシング
(1)と結合されている形式の圧力センサにおいて、 前記ケーシング(1)の一方の側は、プリント配線板
(13)との機械的な結合部を成すように構成されてお
り、 前記ケーシング(1)内に、評価手段(8)とプリント
配線板(13)との電気接続のための電気接続手段(1
1、12)が設けられており、 前記チップ(2)の上面(7)はプリント配線板(1
3)の方へ向いており、前記チップ(2)の下面(6)
はプリント配線板(13)とは反対側の方向へ向いてお
り、 前記ケーシング(1)は基体(19)とカバー(18)
から成り、前記基体(19)とカバー(18)は中空室
(21)を取り囲んでおり、該中空室内(21)に前記
チップ(2)が配置されており、 前記中空室(21)はポリテトラフルオロエチレンのシ
ート(17)を介して換気されることを特徴とする圧力
センサ。 - 【請求項3】 前記基体(19)はダイカストにより製
造され、該基体(19)の壁部に金属製装着部材(1
1)が流し込まれており、該金属製装着部材は接続線
(12)とともに電気接続手段を形成する、請求項2記
載の圧力センサ。 - 【請求項4】 前記基体(19)内にガイドコーナ(2
0)が設けられており、該ガイドコーナにより圧力導管
(9)に対する孔(4)の位置合わせが行われる、請求
項2または3記載の圧力センサ。 - 【請求項5】 前記シリコンチップ(2)の上面(7)
にたとえばシリカゲルによるパッシベーションが施され
ている、請求項1から4のいずれか1項記載の圧力セン
サ。
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