JP3987386B2

JP3987386B2 - Pressure sensor

Info

Publication number: JP3987386B2
Application number: JP2002192207A
Authority: JP
Inventors: 政義村上; 和重鈴木; 祐二金井; 和博泉屋; 一武内; 孝東條; 裕次木村
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2022-07-01
Also published as: JP2003302300A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液封型ワンチップ半導体圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧力センサは、冷凍、冷蔵、空調機器用の冷媒圧力センサ、給水、産業用ポンプなどの水圧センサ、蒸気ボイラの蒸気圧センサ、空／油圧産業機器の空／油圧センサ、自動車などの圧力センサなど、各種の用途に使用されている。
近年では、半導体技術の進歩に伴い、センサ検出素子と信号処理回路を同一のシリコンチップ上に集積化したワンチップ半導体圧力センサが開発されている。
【０００３】
従来の液封型（金属２重ダイヤフラム型）ワンチップ半導体圧力センサについて、図１１を参照して説明する。図１１において、（ａ）は液封型ワンチップ半導体圧力センサの構成を示す断面図、（ｂ）は半導体センサチップの部分を拡大して示す断面図である。
この図に示すように液封型圧力センサは、大きく分けて、圧力検出エレメント１０と、継手部３０と、コネクタ部４０とにより構成されている。
圧力検出エレメント１０は、金属製のエレメントハウジング１１と、エレメントハウジング１１の中央開口部１２にハーメチック固着されたハーメチックガラス１３と、該ハーメチックガラス１３に貫通状態でハーメチック装着された複数のリードピン１４、オイル充填用パイプ１５およびセンサチップマウント部材１６と、前記センサチップマウント部材１６の上端面にガラス１７を介して固着された圧力検出用センサチップ１８とからなっている。
図１１の（ｂ）に拡大して示すように、センサチップ１８はシリコン基板の裏面中央部をエッチングしてダイヤフラム（シリコンダイヤフラム）を形成したものであり、シリコンダイヤフラム部の上部にはブリッジ回路を形成する複数の圧力検出素子（ピエゾ抵抗素子）１８−１が形成され、その周囲に該ブリッジ回路の出力信号を処理する増幅回路、直線補正回路、温度補正回路及び補正データ保持回路などの電子回路１８−２が半導体回路集積化技術により集積化されており、さらにその表面側に酸化膜１８−３が形成されている。
圧力検出用センサチップ１８と前記リードピン１４とは、図示しないワイヤなどにより接続されており、センサチップ１８からの電気信号はリードピン１４を介して外部に導出される。
【０００４】
また、前記エレメントハウジング１１の中央開口部１２の上側開口縁部には、金属ダイヤフラム２０と、これを覆う連通孔２１を有するダイヤフラム保護カバー２２とが、それらの外周縁部を溶接することで気密に固着されている。エレメントハウジング１１の中央開口部１２、ハーメチックガラス１３および金属ダイヤフラム２０とにより、シリコンオイルなどのオイルが封入される液封室２３が形成される。
例えばステンレス製とされるオイル充填用パイプ１５は、液封室２３にオイルを充填する充填口として使用され、オイル充填完了後に外側のパイプ先端をつぶして密着され、その部分を溶接される。これにより、オイルが液封室２３に封止される。
【０００５】
圧力検出エレメント１０は、Ｏリング２４と共に、継手部３０のエレメント収納孔３１内に嵌め込まれ、リードピン１４に結線材３５が導通接続されて、結線材３５とコネクタ部４０の端子４１とが導通接続される。コネクタ部４０はＯリング２５とともに継手部３０のエレメント収納孔３１内に嵌め込まれ、エレメント収納孔３１の開口縁部３２がかしめられることにより、圧力検出エレメント１０を挟んだ状態で継手部３０と固定結合される。
【０００６】
継手部３０は、センサ取り付け用ねじ部３３により被測定部に取り付けられるようになされており、被測定流体圧通路３４を介して、流体の圧力が前記金属ダイヤフラム２０に伝達される。金属ダイヤフラム２０は極めて薄いため圧力が低下されることなくオイルに伝達され、この圧力により、センサチップ１８のシリコンダイヤフラムが変形し、これをピエゾ抵抗素子１８−１で検出した電気信号が電子回路１８−２で処理され、前記リードピン１４、端子４１を介して外部に取り出されることとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなワンチップ半導体圧力センサを使用する場合には、該圧力センサが取り付けられる装置の２次電圧（例えば、DC ５Ｖ）が前記センサチップ１８上の電子回路に供給され、前記エレメントハウジング１１は装置のフレームアースが接続される。ここで、センサチップ１８上の電子回路とエレメントハウジング１１とは高絶縁状態とされる。２次電源は１次電源とトランスなどで絶縁されているが、センサーの方のインピーダンスが高いので、エレメントハウジング１１に溶接されている金属ダイヤフラム２０とセンサーチップ１８間に電位を生じる。そして、そのことにより、センサチップ１８内の電子回路や不揮発性メモリーなどに悪影響を及ぼすことがある。
【０００８】
そこで、本発明は、装置フレームアースと２次電源との間に電位が生じた場合であっても、それによる悪影響の発生を防止することのできる圧力センサを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の圧力センサは、流体の圧力を受圧する金属製のダイヤフラムと、前記ダイヤフラムとともにオイルを封止する液封室を形成するハウジング部材と、前記液封室内で前記ハウジング部材に固着され、前記液封室内の圧力を検出する圧力検出素子及び前記圧力検出素子の出力信号を処理する集積化された電子回路とが一体に形成された圧力センサチップと、前記圧力センサチップからの電気信号を外部に導出するためのリードピンとを備える液封型の圧力センサであって、前記液封室における前記圧力センサチップと前記ダイヤフラムとの間に導電性部材を設け、前記導電性部材を前記電子回路のゼロ電位に接続したものである。
また、前記ハウジング部材は、金属製のエレメントハウジングと、前記エレメントハウジングの中央開口部に固着され前記圧力センサチップを支持するハーメチックガラスとからなるものである。
【００１０】
さらに、前記導電性部材は、前記圧力センサチップを取り囲むように設けられているものである。
さらにまた、前記導電性部材は、前記電子回路のゼロ電位に接続されたリードピンに接合されているものである。
さらにまた、前記導電性部材は、前記ハーメチックガラスに取り付けられた金属製のオイル充填用パイプにより支持されている金属板とされているものである。
さらにまた、前記導電性部材は、前記ハーメチックガラスに設けられた複数本の支持ピンにより支持されているものである。
さらにまた、記導電性部材は、前記ハーメチックガラスに設けられたリング形状の金属製の支持部材により支持されているものである。
さらにまた、前記リング形状の金属製の支持部材は前記ハーメチックガラスを貫通して設けられており、前記リング形状の金属製の支持部材における前記導電性部材を支持している側と反対側にも導電性部材が取り付けられているものである。
さらにまた、前記導電性部材は、前記金属製のエレメントハウジングに嵌合して設けられた非導電性材料からなるガイド部材により支持されているものである。
さらにまた、前記導電性部材は前記オイル充填用パイプと接合されており、前記オイル充填用パイプは前記電子回路のゼロ電位に接続されたリードピンと電気的に接続されているものである。
さらにまた、前記リング形状の金属製の支持部材は、前記電子回路のゼロ電位に接続されたリードピンと電気的に接続されているものである。
さらにまた、前記導電性部材は、前記ハーメチックガラスの内周面に嵌合された金属部材に接合されているものである。
さらにまた、前記金属部材に、前記電子回路のゼロ電位に接続されたリードピンがかしめ固定されているものである。
さらにまた、前記導電性部材は、前記圧力センサチップの前記電子回路が形成されている部分に対応する表面に設けられた金属薄膜とされているものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の圧力センサの第１の実施の形態における圧力検出エレメント１０の構成を示す図である。この図および以下の図において、前記図１１と同一の構成要素には同一の番号を付し、説明を省略する。
図１に示すように、この実施の形態では、前記センサチップ１８を取り囲むように金属製の下板５１と金属部材５２を設けて、下板５１と金属部材５２により例えば円筒状の空間を形成し、その中に前記センサチップ１８が配置されるようにしている。そして、押さえ板５４を用いて、センサチップ１８に集積されている電子回路のゼロ電位に接続されたリードピン１４−１と前記金属部材５２とを溶接などにより接続する。これにより、前記下板５１と金属部材５２の電位は、センサチップ１８上に集積されている電子回路のゼロ電位と同電位となり、下板５１と金属部材５２で囲まれた空間内にあるセンサチップ１８の周囲の電位は電子回路のゼロ電位となる。したがって、前記金属ダイヤフラム２０との間の電位差により、センサチップ１８内に集積された電子回路に対する悪影響が生じることを防止することができる。なお、前記金属部材５２には、開口部５３が設けられており、前記液封室２３内のオイルを介してセンサチップ１８のシリコンダイヤフラムに圧力が伝わるようになされている。
【００１２】
図２は、本発明の圧力センサの第２の実施の形態における圧力検出エレメント１０の構成を示す図である。
この図に示すように、この実施の形態においては、前記センサチップ１８と前記金属ダイヤフラム２０との間に金属板５５を設ける。そして、この金属板５５の端部を前記金属製のオイル充填用パイプ１５の開口部近傍で接合し、前記オイル充填用パイプ１５と前記センサチップ１８上に集積された電子回路のゼロ電位に接続されたリードピン１４−１とを電気的に接続するようにしている。なお、この金属板５５の形状は前記センサチップ１８を覆う形状であれば、円形でも四角形でもよい。
このように構成することにより、前記センサチップ１８と前記金属ダイヤフラム２０との間に、前記センサチップ１８上に集積された電子回路のゼロ電位と同電位とされる金属板５５を配置することができ、前記金属ダイヤフラム２０と前記センサチップ１８上の電子回路のゼロ電位との間に電位差があるときでも、前記センサチップ１８上の電子回路のゼロ電位と前記金属板５５との間には電位差が生じないため、センサチップ１８に集積された電子回路に対する悪影響を防止することができる。
【００１３】
図３は、本発明の圧力センサの第３の実施の形態における圧力検出エレメント１０の構成を示す図である
図３に示すように、この実施の形態では、前記ハーメチックガラス１３で支持される複数本（例えば、３本）の支持ピン５８を設け、前記センサチップ１８と前記金属ダイヤフラム２０との間に、前記支持ピン５８で支持される金属製のキャップ５６を設ける。そして、該キャップ５６と前記金属製のオイル充填用パイプ１５の先端部を溶接などにより接合するとともに、前記オイル充填用パイプ１５と前記センサチップ１８上に集積された電子回路のゼロ電位に接続されたリードピン１４−１とを接続する。なお、前記キャップ５６には、開口部５７が設けられている。
これにより、前記キャップ５６の電位は、前記センサチップ１８上に集積された電子回路のゼロ電位と同電位となり、金属ダイヤフラム２０との間に電位差が発生したとしても、センサチップ１８上の電子回路に対する悪影響が発生することを防止することができる。
【００１４】
図４は、本発明の圧力センサの第４の実施の形態における圧力検出エレメント１０の構成を示す図である。
この図に示すように、この実施の形態では、前記第３の実施の形態における支持ピン５８に換えて、リング形状とされた金属製の支持リング５９が設けられており、この支持リング５９により前記キャップ５６を支持するようにしている。また、前記支持リング５の下部（リードピンの導出側）にも、金属製の第２のキャップ６０を設けている。これにより、前記キャップ５６、前記支持リング５９および第２のキャップ６０により、前記センサチップ１８、ガラス１７、センサチップマウント部材１６、リードピン１４などを全体として取り囲むことができる。なお、図中、前記第２のキャップ６０から突出していないリードピン１４があるが、これらは試験調整時にのみ使用されるリードピンである。
従って、前記金属ダイヤフラム２０と前記センサチップ１８上の電子回路との間に電位差が発生した場合であっても、センサチップ１８上に集積された電子回路に対する悪影響が生じるのを防止することができる。
【００１５】
図５は、本発明の圧力センサの第５の実施の形態における圧力検出エレメント１０の構成を示す図である。
図示するように、この実施の形態は、前述した第３および第４の実施の形態と同様に、開口部１７を有する金属製のキャップ５６を前記金属ダイヤフラム２０と前記センサチップ１８との間にセンサチップ１８を覆うように配置するものであるが、リング形状の非導電性材料からなるキャップガイド６１を前記エレメントハウジング１１に嵌合させ、このキャップガイド６１に嵌合させることにより前記キャップ５６を支持するようにしている。なお、前記キャップ５６は前述の場合と同様に、前記オイル充填用パイプ１５の先端部と接合されており、オイル充填用パイプ１５は前記センサチップ１８上に集積された電子回路のゼロ電位に接続されたリードピン１４−１と電気的に接続されている。
これにより、前記金属ダイヤフラム２０と前記センサチップ１８上の電子回路との間に電位差がある場合でも、センサチップ１８上の電子回路に対して悪影響が生じるのを防止することができる。
【００１６】
図６は、本発明の圧力センサの第６の実施の形態における圧力検出エレメント１０の構成を示す図である。
この図に示すように、この実施の形態では、前記図４に示した実施の形態と同様に、金属製の支持リング６４を設け、この支持リング６４の上端に金属板６２を接合することにより、前記金属ダイヤフラム２０と前記センサチップ１８との間に金属板６２を配置している。そして、該金属製の支持リング６４と前記センサチップ１８上に集積された電子回路のゼロ電位に接続されたリードピン１４−１とを図示するように電気的に接続することにより、センサチップ１８上の電子回路のゼロ電位と同電位の前記金属板６２と前記金属製の支持リング６４とで、前記センサチップ１８を取り囲むようにしている。なお、金属板６２には開口部６３が設けられている。
これにより、前記金属ダイヤフラム２０と前記センサチップ１８上の電子回路との間に電位差が発生しているときでも、センサチップ１８上の電子回路に悪影響が生じるのを防止することができる。
【００１７】
上述の各実施の形態においては、センサチップ１８と金属ダイヤフラム２０との間に設けられる導電性部材（図１における金属板５１と金属部材５２、図２における金属板５５、図３〜図５におけるキャップ５６、および、図６における金属板６２）を前記センサチップ１８上の電子回路のゼロ電位と等しい電位とするために、電子回路のゼロ電位に接続されたリードピン１４−１と前記金属部材５２とを接合したり（図１の実施の形態）、前記金属板５５あるいは前記キャップ５６と前記金属製のオイル充填用パイプ１５とを接合し、該オイル充填用パイプ１５と前記リードピン１４−１とをリード線などを半田付けして電気的に接続したり（図２〜図５の実施の形態）、あるいは、前記金属板６２と前記金属製の支持リング６４とを接合し、該金属製の支持リング６４と前記リードピン１４−１とをリード線などを半田付けすることにより電気的に接続したりしている（図６の実施の形態）。しかしながら、他の手段により前記電子回路のゼロ電位と金属板あるいはキャップなどを電気的に接続することもできる。
【００１８】
本発明の圧力センサの第７の実施の形態について、図７を参照して説明する。ここで、図７の（ａ）は本実施の形態における圧力検出エレメント１０の一構成例を示す図であり、（ｂ）は、図７の（ａ）においてハーメチックガラス１３を圧力センサチップ１８が搭載されている側とは逆側（以下、アウター側とよぶ）から見た様子の一部を示す図である。
図示するように、この例は、前記図６に示した実施の形態と同様に金属製の支持リング６４を設け、該支持リング６４に金属板６２を接合するものであるが、前記金属製の支持リング６４と前記電子回路のゼロ電位に接続されたリードピン１４−１との電気的接続を、半田付けではなく、前記リードピン１４−１と前記金属製の支持リング６４との間の前記ハーメチックガラス１３の表面に導電性接着剤６５を塗布することにより行っている。
なお、導電性接着剤６５を塗布する代わりに、前記リードピン１４−１と前記支持リング６４の両者に係合する導電性部品を挿入あるいは嵌入するようにしてもよい。
【００１９】
次に、本発明の第８の実施の形態について、図８及び図９を参照して説明する。この実施の形態は、前記導電性部材を前記電子回路のゼロ電位とするための前記リードピン１４−１と前記導電性部材との電気的接続を、前述した半田付けや導電性接着剤、導電性部品以外の方法で、圧力検出エレメントにおける金属ダイヤフラム側（インナー側）で行なうようにしたものである。
図８の（ａ）は、本実施の形態における圧力検出エレメント１０の構造を示す断面図である。この図に示すように、この実施の形態においては、前記ハーメチックガラス１３の外周部の高さを中心部よりも高く形成し、該外周部の内側に、リング状の金属部材６６を嵌め込むようにしている。そして、該金属部材６６に前記電子回路のゼロ電位に接続されたリードピン１４−１が挿入される孔を空け、該孔にリードピン１４−１を挿入して、前記金属部材６６をつぶしてかしめることにより、金属部材６６と前記リードピン１４−１とを機械的かつ電気的に接続するようにしている。また、該金属部材６６の上面には、金属板６２が接合される。
図８の（ｂ）は、このようにして一体化された前記金属部材６６と前記リードピン１４−１を示す上面図、（ｃ）は、その断面図である。
このように、前記金属部材６６と前記リードピン１４−１とを一体化し、これを前記ハーメチックガラス１３に挿入してガラスハーメチック処理している。
【００２０】
図９は、前記金属部材６６と前記リードピン１４−１とをかしめ固定する方法について説明するための図である。図９の（ａ）〜（ｃ）は、平板とされた金属部材６６をかしめ接続する様子を示しており、（ａ）は上側の面、（ｂ）は下側の面、（ｃ）は上下両面をかしめた場合である。また、図９の（ｄ）、（ｅ）に示すように、前記リードピン１４−１を挿入する孔の周りをバーリング加工して、かしめるようにしてもよい。このように、各種の手法でかしめ固定することができる。
【００２１】
このように、この実施の形態によれば、リードピン１４−１と金属部材６６とがかしめ接続されるため、機械強度の強い接続ができ、振動や衝撃に強い製品とすることができる。また、アウター側での接続の工程がなくなり、生産性が向上するという効果が期待できる。さらに、部品点数を少なくすることができる。
さらにまた、前記ハーメチックガラス１３の外周部内面により金属部材６６が固定されるため、充填されるオイルの量を低減することができ、センサの温度出力特性を良好なものとすることができる。
【００２２】
図１０は、本発明の圧力センサの第９の実施の形態の構成を示す図であり、（ａ）は本実施の形態におけるセンサチップ部の構成を示す断面図、（ｂ）は上からみた平面図である。前述の各実施の形態は、いずれも、前記センサチップ１８と前記金属ダイヤフラム２０との間の空間にセンサチップ１８に搭載された電子回路のゼロ電位に接続された金属板やキャップなどの金属製の部材を配置するものであったが、この実施の形態は、前記センサチップ１８の上面に金属製薄膜７０を設け、該薄膜７０を前記電子回路１８−２のゼロ電位に接続するようにしたものである。
前述のように、センサチップ１８のダイヤフラム部（圧力検出部）の上部に圧力検出素子１８−１が形成され、それを囲む形で不揮発性メモリー等を含む電子回路１８−２が配置されている。そこで、この実施の形態においては、図示するようにセンサチップ１８の前記電子回路１８−２が形成されている部分に対応する前記酸化膜１８−３の表面に金属製薄膜７０を設け、この金属製薄膜７０をセンサチップ１８上の電子回路１８−２のゼロ電位に接続するようにしている。この薄膜７０は例えばアルミ蒸着などにより形成することができる。
ここで、前記金属製薄膜７０を電子回路１８−２に対応する部分の表面にのみ設け、圧力検出素子１８−１が形成されているダイヤフラム部の表面には設けないようにしたのは、ダイヤフラム部は圧力により繰り返し応力を受けるため、金属製薄膜７０をダイヤフラム部の表面にも形成すると金属疲労が生じること、および、前記金属製薄膜７０とセンサチップ１８との熱膨張係数の差により熱歪みが発生してセンサの特性を悪化させることを防止するためである。
これにより、前記金属ダイヤフラム２０と前記センサチップ１８との間に電位差がある場合においても、前記センサチップ１８上に集積された電子回路に悪影響が発生することを防止することができる。
【００２３】
なお、以上の説明では、センサチップ１８に搭載された電子回路のゼロ電位を確保するための導電性部材（５１、５２、５５、５６、６２、５９、６４など）をいずれも金属製のものとしたが、これに替えて、導電性樹脂などを用いることもできる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の圧力センサによれば、センサーチップを無電界（ゼロ電位）内に置くことができ、装置フレームアースと２次電源との間に生じる電位の影響でチップ内の回路及び不揮発性メモリーなどが悪影響を受けないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力センサの第１の実施の形態における圧力検出エレメントの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の圧力センサの第２の実施の形態における圧力検出エレメントの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の圧力センサの第３の実施の形態における圧力検出エレメントの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の圧力センサの第４の実施の形態における圧力検出エレメントの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の圧力センサの第５の実施の形態における圧力検出エレメントの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の圧力センサの第６の実施の形態における圧力検出エレメントの構成を示す断面図である。
【図７】本発明の圧力センサの第７の実施の形態における圧力検出エレメントについて説明するための図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は支持リングとリードピンとの電気的接続部を示す図である。
【図８】本発明の圧力センサの第８の実施の形態における圧力検出エレメントについて説明するための図であり、（ａ）は圧力検出エレメントの断面図、（ｂ）は金属部材とリードピンとがカシメにより一体とされた様子を示す正面図、（ｃ）はその断面図である。
【図９】本発明の圧力センサの第８の実施の形態における金属部材とリードピンとのカシメ接続の各種形態について示す図である。
【図１０】本発明の圧力センサの第９の実施の形態におけるセンサチップ部の構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図１１】従来の圧力センサの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１段部
２テーパー部
１０圧力検出エレメント
１１エレメントハウジング
１２中央開口部
１３ハーメチックガラス
１４リードピン
１４−１電子回路のゼロ電位に接続されたリードピン
１５オイル充填用パイプ
１６センサチップマウント部材
１７ガラス
１８圧力検出用センサチップ
２０金属ダイヤフラム
２１連通孔
２３液封室
３０継手部
４０コネクタ部
５１、５５、６２金属板
５２金属部材
５３、５７、６３開口部
５６、６０キャップ
５８支持ピン
５９、６４支持リング
６１キャップガイド
６５導電性接着剤
６６金属部材
７０金属薄膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid ring type one-chip semiconductor pressure sensor.
[0002]
[Prior art]
Pressure sensors include refrigerant pressure sensors for refrigeration, refrigeration and air conditioning equipment, water pressure sensors for water supply and industrial pumps, steam pressure sensors for steam boilers, air / hydraulic sensors for air / hydraulic industrial equipment, pressure sensors for automobiles, etc. It is used for various purposes.
In recent years, with the advancement of semiconductor technology, one-chip semiconductor pressure sensors in which sensor detection elements and signal processing circuits are integrated on the same silicon chip have been developed.
[0003]
A conventional liquid ring type (metal double diaphragm type) one-chip semiconductor pressure sensor will be described with reference to FIG. 11A is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid-sealed one-chip semiconductor pressure sensor, and FIG. 11B is an enlarged cross-sectional view showing a portion of the semiconductor sensor chip.
As shown in this figure, the liquid ring type pressure sensor is roughly composed of a pressure detection element 10, a joint part 30, and a connector part 40.
The pressure detection element 10 includes a metal element housing 11, a hermetic glass 13 hermetically fixed to the central opening 12 of the element housing 11, a plurality of lead pins 14 hermetically attached to the hermetic glass 13 in a penetrating manner, and oil. It consists of a filling pipe 15 and a sensor chip mount member 16, and a pressure detection sensor chip 18 fixed to the upper end surface of the sensor chip mount member 16 through a glass 17.
As shown in an enlarged view in FIG. 11 (b), the sensor chip 18 is formed by etching the center of the back surface of the silicon substrate to form a diaphragm (silicon diaphragm). A bridge circuit is formed above the silicon diaphragm portion. A plurality of pressure detection elements (piezoresistive elements) 18-1 to be formed are formed, and an electronic circuit such as an amplifier circuit, a linear correction circuit, a temperature correction circuit, and a correction data holding circuit that processes the output signal of the bridge circuit around it 18-2 is integrated by a semiconductor circuit integration technique, and an oxide film 18-3 is formed on the surface side.
The pressure detecting sensor chip 18 and the lead pin 14 are connected by a wire or the like (not shown), and an electrical signal from the sensor chip 18 is led to the outside through the lead pin 14.
[0004]
Further, a metal diaphragm 20 and a diaphragm protective cover 22 having a communication hole 21 for covering the upper edge of the central opening 12 of the element housing 11 are hermetically sealed by welding their outer peripheral edges. It is fixed to. The central opening 12 of the element housing 11, the hermetic glass 13 and the metal diaphragm 20 form a liquid sealing chamber 23 in which oil such as silicon oil is enclosed.
For example, the oil filling pipe 15 made of stainless steel is used as a filling port for filling the liquid sealing chamber 23 with oil, and after the oil filling is completed, the tip of the outer pipe is crushed and adhered, and the portion is welded. Thereby, the oil is sealed in the liquid sealing chamber 23.
[0005]
The pressure detection element 10 is fitted into the element housing hole 31 of the joint portion 30 together with the O-ring 24, the connection material 35 is conductively connected to the lead pin 14, and the connection material 35 and the terminal 41 of the connector portion 40 are conductively connected. Is done. The connector part 40 is fitted into the element housing hole 31 of the joint part 30 together with the O-ring 25, and the opening edge part 32 of the element housing hole 31 is caulked to be fixed to the joint part 30 with the pressure detection element 10 sandwiched therebetween. Combined.
[0006]
The joint portion 30 is attached to the measured portion by a sensor attaching screw portion 33, and the fluid pressure is transmitted to the metal diaphragm 20 via the measured fluid pressure passage 34. Since the metal diaphragm 20 is very thin, the pressure is transmitted to the oil without being reduced, and the pressure causes the silicon diaphragm of the sensor chip 18 to be deformed, and an electric signal detected by the piezoresistive element 18-1 is an electronic circuit 18 -2 is taken out through the lead pin 14 and the terminal 41.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
When such a one-chip semiconductor pressure sensor is used, a secondary voltage (for example, DC 5V) of a device to which the pressure sensor is attached is supplied to an electronic circuit on the sensor chip 18, and the element housing 11 is The frame ground of the device is connected. Here, the electronic circuit on the sensor chip 18 and the element housing 11 are in a highly insulated state. Although the secondary power source is insulated from the primary power source by a transformer or the like, since the impedance of the sensor is higher, a potential is generated between the metal diaphragm 20 welded to the element housing 11 and the sensor chip 18. As a result, the electronic circuit and the non-volatile memory in the sensor chip 18 may be adversely affected.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a pressure sensor that can prevent the occurrence of adverse effects even when a potential is generated between the apparatus frame ground and the secondary power supply.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a pressure sensor according to the present invention comprises a metal diaphragm that receives the pressure of a fluid, a housing member that forms a liquid seal chamber that seals oil together with the diaphragm, and a liquid seal chamber in the liquid seal chamber. A pressure sensor chip fixed to the housing member and integrally formed with a pressure detection element for detecting a pressure in the liquid seal chamber and an integrated electronic circuit for processing an output signal of the pressure detection element; and the pressure a liquid seal type pressure sensor and a lead pin for deriving an electrical signal from the sensor chip to the outside, the conductive member between the pressure sensor chip and before Kida Iyafuramu in the liquid seal chamber And the conductive member is connected to a zero potential of the electronic circuit .
The housing member includes a metal element housing and hermetic glass that is fixed to a central opening of the element housing and supports the pressure sensor chip.
[0010]
Further , the conductive member is provided so as to surround the pressure sensor chip.
Furthermore, the conductive member is one that is joined to the connected lead pins to zero potential of the electronic circuit.
Furthermore, the conductive member is a metal plate supported by a metal oil-filling pipe attached to the hermetic glass .
Furthermore, the conductive member is supported by a plurality of support pins provided on the hermetic glass.
Further, the conductive member is supported by a ring-shaped metal support member provided on the hermetic glass.
Furthermore, the ring-shaped metal support member is provided through the hermetic glass, and the ring-shaped metal support member is also provided on the opposite side of the ring-shaped metal support member from the side supporting the conductive member. A conductive member is attached.
Still further, the conductive member is supported by a guide member made of a non-conductive material that is fitted to the metal element housing.
Furthermore , the conductive member is joined to the oil filling pipe, and the oil filling pipe is electrically connected to a lead pin connected to a zero potential of the electronic circuit.
Furthermore , the ring-shaped metal support member is electrically connected to a lead pin connected to a zero potential of the electronic circuit.
Furthermore, the conductive member is bonded to a metal member fitted to the inner peripheral surface of the hermetic glass.
Furthermore , a lead pin connected to a zero potential of the electronic circuit is fixed to the metal member by caulking.
Furthermore, the conductive member is a metal thin film provided on a surface corresponding to a portion where the electronic circuit of the pressure sensor chip is formed .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a pressure detection element 10 in the first embodiment of the pressure sensor of the present invention. In this figure and the following figures, the same components as those in FIG.
As shown in FIG. 1, in this embodiment, a metal lower plate 51 and a metal member 52 are provided so as to surround the sensor chip 18, and a cylindrical space is formed by the lower plate 51 and the metal member 52. In addition, the sensor chip 18 is disposed therein. Then, using the holding plate 54, the lead pin 14-1 connected to the zero potential of the electronic circuit integrated in the sensor chip 18 and the metal member 52 are connected by welding or the like. Thereby, the potential of the lower plate 51 and the metal member 52 becomes the same potential as the zero potential of the electronic circuit integrated on the sensor chip 18, and the sensor is in the space surrounded by the lower plate 51 and the metal member 52. The potential around the chip 18 becomes the zero potential of the electronic circuit. Therefore, it is possible to prevent an adverse effect on an electronic circuit integrated in the sensor chip 18 due to a potential difference with the metal diaphragm 20. The metal member 52 is provided with an opening 53 so that pressure is transmitted to the silicon diaphragm of the sensor chip 18 through the oil in the liquid sealing chamber 23.
[0012]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the pressure detection element 10 in the second embodiment of the pressure sensor of the present invention.
As shown in this figure, in this embodiment, a metal plate 55 is provided between the sensor chip 18 and the metal diaphragm 20. The end of the metal plate 55 is joined in the vicinity of the opening of the metal oil filling pipe 15 and connected to the zero potential of the electronic circuit integrated on the oil filling pipe 15 and the sensor chip 18. The lead pins 14-1 thus connected are electrically connected. The metal plate 55 may be circular or square as long as it covers the sensor chip 18.
With this configuration, a metal plate 55 having the same potential as the zero potential of the electronic circuit integrated on the sensor chip 18 can be disposed between the sensor chip 18 and the metal diaphragm 20. Even when there is a potential difference between the metal diaphragm 20 and the zero potential of the electronic circuit on the sensor chip 18, there is a potential difference between the zero potential of the electronic circuit on the sensor chip 18 and the metal plate 55. Therefore, an adverse effect on the electronic circuit integrated in the sensor chip 18 can be prevented.
[0013]
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the pressure detection element 10 in the third embodiment of the pressure sensor of the present invention. As shown in FIG. 3, in this embodiment, a plurality of pieces supported by the hermetic glass 13 are used. Three (for example, three) support pins 58 are provided, and a metal cap 56 supported by the support pins 58 is provided between the sensor chip 18 and the metal diaphragm 20. The cap 56 and the tip of the metal oil filling pipe 15 are joined by welding or the like, and connected to the zero potential of the electronic circuit integrated on the oil filling pipe 15 and the sensor chip 18. The lead pin 14-1 is connected. The cap 56 is provided with an opening 57.
As a result, the potential of the cap 56 becomes the same as the zero potential of the electronic circuit integrated on the sensor chip 18, and even if a potential difference occurs between the metal diaphragm 20 and the electronic circuit on the sensor chip 18. It is possible to prevent the adverse effect on
[0014]
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the pressure detection element 10 in the fourth embodiment of the pressure sensor of the present invention.
As shown in this figure, in this embodiment, instead of the support pin 58 in the third embodiment, a ring-shaped metal support ring 59 is provided. The cap 56 is supported. Further, a second cap 60 made of metal is also provided at the lower part of the support ring 5 (lead pin lead-out side). As a result, the cap 56, the support ring 59 and the second cap 60 can surround the sensor chip 18, the glass 17, the sensor chip mount member 16, the lead pin 14 and the like as a whole. In the figure, there are lead pins 14 that do not protrude from the second cap 60, but these are lead pins that are used only during test adjustment.
Therefore, even when a potential difference is generated between the metal diaphragm 20 and the electronic circuit on the sensor chip 18, it is possible to prevent an adverse effect on the electronic circuit integrated on the sensor chip 18 from occurring. .
[0015]
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the pressure detection element 10 in the fifth embodiment of the pressure sensor of the present invention.
As shown in the figure, in this embodiment, a metal cap 56 having an opening 17 is interposed between the metal diaphragm 20 and the sensor chip 18 in the same manner as the third and fourth embodiments described above. A cap guide 61 made of a ring-shaped non-conductive material is fitted into the element housing 11, and the cap 56 is fitted into the cap guide 61 by covering the sensor chip 18. I try to support it. The cap 56 is joined to the tip of the oil filling pipe 15 as described above, and the oil filling pipe 15 is connected to the zero potential of the electronic circuit integrated on the sensor chip 18. The lead pins 14-1 are electrically connected.
Thereby, even when there is a potential difference between the metal diaphragm 20 and the electronic circuit on the sensor chip 18, it is possible to prevent an adverse effect on the electronic circuit on the sensor chip 18.
[0016]
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the pressure detection element 10 in the sixth embodiment of the pressure sensor of the present invention.
As shown in this figure, in this embodiment, similarly to the embodiment shown in FIG. 4, a metal support ring 64 is provided, and a metal plate 62 is joined to the upper end of the support ring 64. A metal plate 62 is disposed between the metal diaphragm 20 and the sensor chip 18. Then, the metal support ring 64 and the lead pin 14-1 connected to the zero potential of the electronic circuit integrated on the sensor chip 18 are electrically connected as shown in the drawing, so that the sensor chip 18 The sensor plate 18 is surrounded by the metal plate 62 and the metal support ring 64 having the same potential as the zero potential of the electronic circuit. The metal plate 62 is provided with an opening 63.
Thereby, even when a potential difference is generated between the metal diaphragm 20 and the electronic circuit on the sensor chip 18, it is possible to prevent the electronic circuit on the sensor chip 18 from being adversely affected.
[0017]
In each of the above-described embodiments, the conductive members (the metal plate 51 and the metal member 52 in FIG. 1, the metal plate 55 in FIG. 2, the metal plate 55 in FIGS. 3 to 5) provided between the sensor chip 18 and the metal diaphragm 20. In order to make the cap 56 and the metal plate 62) in FIG. 6 equal to the zero potential of the electronic circuit on the sensor chip 18, the lead pin 14-1 connected to the zero potential of the electronic circuit and the metal member 52 (The embodiment of FIG. 1), the metal plate 55 or the cap 56 and the metal oil filling pipe 15 are joined, and the oil filling pipe 15 and the lead pin 14-1 Are electrically connected by soldering lead wires or the like (the embodiment of FIGS. 2 to 5), or the metal plate 62 and the metal support ring 64 are joined. Is or are electrically connected by soldering the lead wire and the lead pins 14-1 and the metal support ring 64 (the embodiment of FIG. 6). However, the zero potential of the electronic circuit can be electrically connected to the metal plate or cap by other means.
[0018]
A seventh embodiment of the pressure sensor of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 7A is a diagram showing a configuration example of the pressure detection element 10 in the present embodiment, and FIG. 7B is a diagram illustrating the hermetic glass 13 and the pressure sensor chip 18 in FIG. It is a figure which shows a part of a mode seen from the side (henceforth an outer side) opposite to the side currently mounted.
As shown in the figure, in this example, a metal support ring 64 is provided as in the embodiment shown in FIG. 6 and a metal plate 62 is joined to the support ring 64. The hermetic glass between the lead pin 14-1 and the metal support ring 64 is not soldered for electrical connection between the support ring 64 and the lead pin 14-1 connected to the zero potential of the electronic circuit. This is done by applying a conductive adhesive 65 to the surface of 13.
Instead of applying the conductive adhesive 65, conductive parts that engage both the lead pin 14-1 and the support ring 64 may be inserted or inserted.
[0019]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the electrical connection between the lead pin 14-1 and the conductive member for setting the conductive member to zero potential of the electronic circuit is performed by the above-described soldering, conductive adhesive, conductive This is performed on the metal diaphragm side (inner side) of the pressure detection element by a method other than the parts method.
(A) of FIG. 8 is sectional drawing which shows the structure of the pressure detection element 10 in this Embodiment. As shown in this figure, in this embodiment, the height of the outer peripheral portion of the hermetic glass 13 is formed higher than the center portion, and a ring-shaped metal member 66 is fitted inside the outer peripheral portion. Yes. Then, a hole for inserting the lead pin 14-1 connected to the zero potential of the electronic circuit is made in the metal member 66, the lead pin 14-1 is inserted into the hole, and the metal member 66 is crushed and caulked. Thus, the metal member 66 and the lead pin 14-1 are mechanically and electrically connected. A metal plate 62 is joined to the upper surface of the metal member 66.
FIG. 8B is a top view showing the metal member 66 and the lead pin 14-1 integrated in this manner, and FIG. 8C is a sectional view thereof.
In this way, the metal member 66 and the lead pin 14-1 are integrated and inserted into the hermetic glass 13 for glass hermetic treatment.
[0020]
FIG. 9 is a view for explaining a method of caulking and fixing the metal member 66 and the lead pin 14-1. 9A to 9C show a state in which the flat metal member 66 is caulked and connected, where (a) is an upper surface, (b) is a lower surface, and (c) is an upper surface. This is a case where both upper and lower sides are caulked. Further, as shown in FIGS. 9D and 9E, the periphery of the hole into which the lead pin 14-1 is inserted may be burred and caulked. Thus, it can fix by various methods.
[0021]
Thus, according to this embodiment, since the lead pin 14-1 and the metal member 66 are caulked and connected, a connection with high mechanical strength can be achieved, and a product resistant to vibration and impact can be obtained. In addition, the effect of improving productivity can be expected because there is no connection step on the outer side. Furthermore, the number of parts can be reduced.
Furthermore, since the metal member 66 is fixed by the inner surface of the outer peripheral portion of the hermetic glass 13, the amount of oil to be filled can be reduced, and the temperature output characteristics of the sensor can be improved.
[0022]
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the ninth embodiment of the pressure sensor of the present invention, (a) is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor chip portion in the present embodiment, and (b) is viewed from above It is a top view. In each of the embodiments described above, a metal plate such as a metal plate or a cap connected to the zero potential of the electronic circuit mounted on the sensor chip 18 in the space between the sensor chip 18 and the metal diaphragm 20 is used. In this embodiment, a metal thin film 70 is provided on the upper surface of the sensor chip 18, and the thin film 70 is connected to the zero potential of the electronic circuit 18-2. Is.
As described above, the pressure detection element 18-1 is formed above the diaphragm portion (pressure detection portion) of the sensor chip 18, and the electronic circuit 18-2 including a nonvolatile memory is disposed so as to surround the pressure detection element 18-1. . Therefore, in this embodiment, as shown in the drawing, a metal thin film 70 is provided on the surface of the oxide film 18-3 corresponding to the portion where the electronic circuit 18-2 of the sensor chip 18 is formed. The thin film 70 is connected to the zero potential of the electronic circuit 18-2 on the sensor chip 18. The thin film 70 can be formed by, for example, aluminum vapor deposition.
Here, the metal thin film 70 is provided only on the surface corresponding to the electronic circuit 18-2, and is not provided on the surface of the diaphragm portion on which the pressure detecting element 18-1 is formed. Since the portion is repeatedly stressed by pressure, metal fatigue occurs when the metal thin film 70 is also formed on the surface of the diaphragm portion, and thermal strain is caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the metal thin film 70 and the sensor chip 18. This is to prevent the occurrence of the occurrence of deterioration of the sensor characteristics.
Thereby, even when there is a potential difference between the metal diaphragm 20 and the sensor chip 18, it is possible to prevent an adverse effect on the electronic circuit integrated on the sensor chip 18.
[0023]
In the above description, the conductive members (51, 52, 55, 56, 62, 59, 64, etc.) for securing the zero potential of the electronic circuit mounted on the sensor chip 18 are all made of metal. However, instead of this, a conductive resin or the like can be used.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the pressure sensor of the present invention, the sensor chip can be placed in no electric field (zero potential), and the circuit in the chip is affected by the potential generated between the device frame ground and the secondary power source. In addition, non-volatile memory and the like can be prevented from being adversely affected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a pressure detection element in a first embodiment of a pressure sensor of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a pressure detection element in a second embodiment of a pressure sensor of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a pressure detection element in a third embodiment of a pressure sensor of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a pressure detection element in a fourth embodiment of a pressure sensor of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a pressure detection element in a fifth embodiment of a pressure sensor of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a pressure detection element in a sixth embodiment of the pressure sensor of the present invention.
7A and 7B are views for explaining a pressure detection element in a seventh embodiment of the pressure sensor of the present invention, where FIG. 7A is a cross-sectional view, and FIG. 7B is an electrical connection portion between a support ring and a lead pin; FIG.
FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining a pressure detection element in an eighth embodiment of the pressure sensor of the present invention, FIG. 8A is a cross-sectional view of the pressure detection element, and FIG. 8B is a view showing a metal member and a lead pin; The front view which shows a mode integrated by crimping, (c) is the sectional drawing.
FIG. 9 is a diagram showing various forms of caulking connection between a metal member and a lead pin in an eighth embodiment of the pressure sensor of the present invention.
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing a configuration of a sensor chip part in a ninth embodiment of the pressure sensor of the present invention, wherein FIG. 10A is a cross-sectional view and FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional pressure sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Step part 2 Taper part 10 Pressure detection element 11 Element housing 12 Center opening part 13 Hermetic glass 14 Lead pin 14-1 Lead pin 15 connected to the zero electric potential of an electronic circuit 16 Oil filling pipe 16 Sensor chip mounting member 17 Glass 18 Pressure detection Sensor chip 20 Metal diaphragm 21 Communication hole 23 Liquid seal chamber 30 Joint part 40 Connector part 51, 55, 62 Metal plate 52 Metal member 53, 57, 63 Opening part 56, 60 Cap 58 Support pin 59, 64 Support ring 61 Cap Guide 65 Conductive adhesive 66 Metal member 70 Metal thin film

Claims

A metal diaphragm that receives the pressure of the fluid;
A housing member that forms a liquid sealing chamber for sealing oil together with the diaphragm;
A pressure sensor fixed to the housing member in the liquid seal chamber and integrally formed with a pressure detection element for detecting the pressure in the liquid seal chamber and an integrated electronic circuit for processing an output signal of the pressure detection element Chips,
A liquid ring type pressure sensor comprising a lead pin for leading an electric signal from the pressure sensor chip to the outside ,
A pressure sensor, wherein the liquid conductive member between the pressure sensor chip and before Kida Iyafuramu provided in sealed chambers and connecting said conductive member to zero potential of the electronic circuit.

2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the housing member is made of a metal element housing and hermetic glass which is fixed to a central opening of the element housing and supports the pressure sensor chip.

The conductive member, the pressure sensor according to claim 1 or 2, characterized in that is provided so as to surround the pressure sensor chip.

The pressure sensor according to claim 3 , wherein the conductive member is bonded to a lead pin connected to a zero potential of the electronic circuit.

The conductive member, the pressure sensor according to claim 2, wherein the is a metal plate which is supported by a metallic OIL filler pipe attached to the hermetic glass.

3. The pressure sensor according to claim 2, wherein the conductive member is supported by a plurality of support pins provided on the hermetic glass.

The pressure sensor according to claim 2, wherein the conductive member is supported by a ring-shaped metal support member provided on the hermetic glass.

The ring-shaped metal support member is provided through the hermetic glass, and the conductive member is also provided on the opposite side of the ring-shaped metal support member from the side supporting the conductive member. The pressure sensor according to claim 7, wherein the pressure sensor is attached.

The pressure sensor according to claim 2, wherein the conductive member is supported by a guide member made of a non-conductive material provided to be fitted to the metal element housing.

Claim 5 wherein the conductive member is the oil filling pipe and are joined, the oil filler pipe is characterized in that it is connected electrically connected to the lead pins to the zero potential of the electronic circuit The pressure sensor according to any one of 9 .

The pressure sensor according to claim 7, wherein the ring-shaped metal support member is electrically connected to a lead pin connected to a zero potential of the electronic circuit.

The pressure sensor according to claim 2, wherein the conductive member is joined to a metal member fitted to an inner peripheral surface of the hermetic glass.

The pressure sensor according to claim 12 , wherein a lead pin connected to a zero potential of the electronic circuit is fixed to the metal member by caulking.

The conductive member, the pressure sensor according to claim 1 or 2, characterized in that a metal thin film provided on the surface corresponding to a portion of the electronic circuitry of the pressure sensor chip is formed.