JP3594497B2

JP3594497B2 - 絶対圧型半導体圧力センサ

Info

Publication number: JP3594497B2
Application number: JP26365198A
Authority: JP
Inventors: 功滝沢; 達也伊藤; 直塚田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: JP2000088687A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大気圧等の測定に使用される絶対圧型半導体圧力センサに関し、特に、設計上の制限が緩和された絶対圧型半導体圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、半導体圧力センサには、集積回路（ＩＣ）部品の製造と同様にしてシリコン単結晶から構成されるダイヤフラムの表面にピエゾ抵抗感圧ゲージ（半導体ひずみゲージ）が形成された感圧チップが使用されている。ダイヤフラムに圧力が印加されると、シリコン単結晶から構成されるダイヤフラムが変形してその電気抵抗が変化し、この電気抵抗の変化が感圧ゲージにより電気信号として検出される。これにより、圧力又は圧力の変化が測定される。
【０００３】
このような半導体圧力センサには、感圧チップの裏面側にガラス板が張り合わされダイヤフラムとガラス板との間に真空の空間が形成された絶対圧型半導体圧力センサがある。図３は従来の絶対圧型半導体圧力センサ内の感圧チップを示す断面図である。
【０００４】
従来の感圧チップ１１には、シリコン単結晶から成形され下面中央部に凹部１２ｂを有するシリコン基板１２が設けられている。この凹部１２ｂによりシリコン基板１２の中央部に所定の厚さのダイヤフラム１２ａが形成されている。ダイヤフラム１２ａの表面には、感圧ゲージ（図示せず）が形成されている。このように構成された感圧チップ１１の裏面側には、ガラス板１３が取り付けられており、ダイヤフラム１２ａとガラス板１３との間の凹部１２ｂにより形成される空間には、真空状態で密閉された真空室１４が形成されている。なお、図３は感圧チップ１１の表面に圧力が印加されダイヤフラム１２ａが湾曲されている状態を示している。
【０００５】
このように構成された感圧チップ１１においては、その表面に印加される被測定圧力が裏面の真空圧を基準とした絶対圧として測定される。そして、絶対圧型半導体圧力センサは、このような感圧チップ１１を筐体内に組み込むことにより構成されている。図４は従来の絶対圧型半導体圧力センサを示す断面図である。
【０００６】
筐体１５は、ガラス板１３が貼り付けられるチップ取付部１５ａ及び被測定圧力が導入される被測定圧力導入孔１６が穿設された蓋部１５ｂから構成されている。チップ取付部１５ａには、感圧ゲージの電極に接続されるリード１７が配設されている。リード１７は外部に設けられた測定用の電子機器（図示せず）に接続される。ガラス板１３は、チップ取付部１５ａの中央部に形成された凹部の底面に貼り付けられている。そして、感圧ゲージの電極はボンディングワイヤ１８を介してリード１７に接続されている。
【０００７】
このように構成された従来の絶対圧型半導体圧力センサにおいては、被測定圧力が被測定圧力導入孔１６から筐体内に導入され、この被測定圧力の絶対圧が感圧チップ１１により測定される。そして、外部に設けられた電子機器により解析される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような構成の従来の絶対圧型半導体圧力センサにおいては、小型化した場合、通常、筐体の感圧チップが取り付けられる面と被測定圧力導入孔が穿設される面とを異なる面とする必要がある。即ち、感圧チップが取り付けられるチップ取付部に被測定圧力導入孔を穿設することができないという設計上の制限がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、設計上の制限を緩和し、半導体ひずみゲージの取付位置に関係なく被測定圧力が導入される導入孔を所望の位置に設けることができる絶対圧型半導体圧力センサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る絶対圧型半導体圧力センサは、その底壁に外部と内部とを連通する被測定圧力導入孔が設けられた筐体と、この筐体内における前記底壁上に設けられた基板と、この基板上に設けられた半導体歪みゲージとを有する絶対圧型半導体圧力センサにおいて、前記底壁には、前記基板を支持する台座が、前記被測定圧力導入孔を塞ぐことなく且つ前記底壁と前記基板との間に隙間を形成して前記筐体内部の圧力空間が前記被測定圧力導入孔を介して外部に連通するように、前記筐体と一体的に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、被測定圧力導入孔が設けられた筐体の底壁に台座が設けられ、その上に基板を介して半導体歪みゲージが設けられているので、導入孔の位置に制限されることなく外部の圧力を測定することができる。従って、導入孔の位置の設計上の制限が緩和される。
【００１２】
前記筐体の底壁には前記基板及び前記歪みゲージを間隙をもって嵌合する凹部が形成されており、この凹部の底面に前記被測定圧力導入孔が設けられており、前記台座は前記凹部底面と前記基板との間に配置されていてもよい。
【００１３】
また、前記凹部の開口側には、前記凹部内面と前記基板との間隙よりも大きな圧力空間が設けられており、前記半導体歪みゲージはこの圧力空間に面して配置されていてもよい。
【００１４】
更に、前記圧力空間に露出して、前記感圧チップにワイヤボンディングにより接続され、前記感圧チップの電極を外部に導出するリードが設けられていてもよく、前記台座は前記導入孔を中心として等間隔に配置されていてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る絶対圧型半導体圧力センサについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例に係る半導体圧力センサを示す断面図である。また、図２は本発明の実施例に係る半導体圧力センサのチップ取付部を示す模式図である。
【００１６】
本実施例においては、図３に示す従来の感圧チップと同様に、シリコン基板２にピエゾ抵抗感圧ゲージ（半導体歪みゲージ）が形成され、感圧チップ１はガラス板３に取り付けられており、真空室４が設けられている。また、感圧チップ１が取り付けられるチップ取付部５ａには、凹部が形成されており、その中央部にチップ取付部５ａを貫通し被測定圧力が導入される被測定圧力導入孔６が穿設されている。なお、チップ取付部５ａは、例えば樹脂材を成形することにより作製されている。更に、凹部の被測定圧力導入孔６の周囲には、島状に４個の台座９が導入孔６を中心として等間隔に配置されている。チップ取付部５ａには、感圧ゲージの電極に接続される複数個のリード７が配設されており、リード７は外部に設けられた測定用の電子機器（図示せず）に接続される。そして、ガラス板３が台座９に貼り付けられることにより、感圧チップ１がチップ取付部５ａに取り付けられ、感圧ゲージの電極がボンディングワイヤ８を介してリード７に接続されている。また、複数個のリード７同士は、電気的に絶縁されている。そして、内部の気密を封止するための蓋部５ｂがチップ取付部５ａに連結され、チップ取付部５ａ及び蓋部５ｂにより、筐体５が構成されている。
【００１７】
なお、図２においては、蓋部５ｂ、ワイヤ８、シリコン基板２及びガラス板３が省略されている。
【００１８】
このように構成された本実施例の半導体圧力センサにおいては、内部の圧力空間が４個の台座９間の空隙部及びチップ取付部５ａに穿設された被測定圧力導入孔６を介して外部に連通している。従って、被測定圧力導入孔６から導入された被測定圧力は、感圧チップ１のダイヤフラムに印加され、このダイヤフラムの変形による電気抵抗の変化が感圧チップ１に設けられたピエゾ抵抗感圧ゲージにより検出される。そして、外部に設けられた電子機器により圧力の解析が行われる。これにより、被測定圧力が真空室４内の真空圧を基準とした絶対圧として測定される。
【００１９】
このように、本実施例によれば、チップ取付部５ａの凹部内に感圧チップ１が取り付けられる台座９を設けているので、半導体圧力センサ内の空間と圧力が測定される外部とを連通する被測定圧力導入孔６をチップ取付部５ａに穿設することができる。従って、設計上、被測定圧力導入孔をチップ取付部５ａに設ける必要がある場合であっても、その設計に本実施例を適用することが可能である。
【００２０】
なお、本発明においては、被測定圧導入孔が設けられる位置は、チップ取付部の凹部の中央に限定されるものではない。
【００２１】
また、本実施例においては、４個の台座９が筐体５内に配設されているが、台座の個数は限定されるものではない。例えば、台座を１個とし、その周辺領域に被測定圧力導入孔が設けられていてもよい。
【００２２】
また、本実施例においては、台座９とチップ取付部５ａとが異なる部材から構成されているが、これらが一体に成形されて１つの部材から構成されていてもよい。
【００２３】
更に、本発明は、感度温度特性等の特性の向上を図る半導体圧力センサに適用することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、被測定圧導入孔が設けられている位置に関係することなく外部の圧力を測定することができる。従って、設計上の制限を緩和し、半導体歪みゲージの取付位置に制限されることなく被測定圧力が導入される導入孔を所望の位置に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る半導体圧力センサを示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る半導体圧力センサのチップ取付部を示す模式図である。
【図３】従来の絶対圧型半導体圧力センサ内の感圧チップを示す断面図である。
【図４】従来の絶対圧型半導体圧力センサを示す断面図である。
【符号の説明】
１、１１；感圧チップ
２、１２；シリコン基板
３、１３；ガラス板
４、１４；真空室
５、１５；筐体
５ａ、１５ａ；チップ取付部
５ｂ、１５ｂ；蓋部
６、１６；被測定圧力導入孔
７、１７；リード
８、１８；ワイヤ
９；台座

Claims

その底壁に外部と内部とを連通する被測定圧力導入孔が設けられた筐体と、この筐体内における前記底壁上に設けられた基板と、この基板上に設けられた半導体歪みゲージとを有する絶対圧型半導体圧力センサにおいて、前記底壁には、前記基板を支持する台座が、前記被測定圧力導入孔を塞ぐことなく且つ前記底壁と前記基板との間に隙間を形成して前記筐体内部の圧力空間が前記被測定圧力導入孔を介して外部に連通するように、前記筐体と一体的に形成されていることを特徴とする絶対圧型半導体圧力センサ。
前記筐体の底壁には前記基板及び前記歪みゲージを間隙をもって嵌合する凹部が形成されており、この凹部の底面に前記被測定圧力導入孔が設けられており、前記台座は前記凹部底面と前記基板との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の絶対圧型半導体圧力センサ。
前記凹部の開口側には、前記凹部内面と前記基板との間隙よりも大きな圧力空間が設けられており、前記半導体歪みゲージはこの圧力空間に面して配置されていることを特徴とする請求項２に記載の絶対圧型半導体圧力センサ。