JP4103227B2

JP4103227B2 - Pressure sensor

Info

Publication number: JP4103227B2
Application number: JP03709599A
Authority: JP
Inventors: 健二生田; 正寿徳永
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2019-02-16
Also published as: JP2000234976A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力導入管部から流入した検出対象の気体或いは液体の圧力を検出する半導体圧力センサチップを備えた圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の圧力センサとして図２に示すものが供されている。この図２において、圧力センサ１は、取付部２とセンサ本体部３とを一体化して構成されている。センサ本体部３は収納ケース４と圧力導入管部５とを一体化してなる。収納ケース４には支持台座６に接合された半導体圧力センサチップ７が取着されており、圧力導入路８から導入された圧力を半導体圧力センサチップ７により検出するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、圧力センサの小形化、特に取付面積の縮小化が望まれている。この場合、取付面積の縮小化には、取付部２の面方向に沿って配設されている半導体圧力センサチップ７の小形化が有効であることから、半導体圧力センサチップ７の小形化が図られているものの、さらなる小形化は現在の技術では限界に近付きつつあり、直ちに圧力センサの小形化という要望に応えることは困難であるのが実情である。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体圧力センサチップを小形化することなく全体の小形化を容易に図ることができる圧力センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、半導体圧力センサチップは、そのチップ面の面方向が取付部の取付面方向と直交する方向に沿うようにして圧力導入管部内に配設されているので、半導体圧力センサチップは取付部の取付面と直交する方向に沿うことになる。これにより、半導体圧力センサチップが取付部の取付面方向に沿って配設されている構成に比較して、取付部ひいては全体の小形化を図ることができる。
【０００６】
また、半導体圧力センサチップは圧力導入管部の外周面に形成された陥没形状の収納部に配設されているので、半導体圧力センサチップを圧力導入管部内に容易に配設することができる。
【０００７】
さらに、収納部の取付部側となる一端は開放されているので、収納部が壁面で囲繞されている構成に比較して、圧力導入管部の全長の短縮を図ることができる。この場合、収納部は蓋部と取付部とにより気密に閉鎖されているので、半導体圧力センサチップの収納空間部の基準圧力が変動してしまうことはない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１を参照して説明する。
図１は、圧力センサを断面にして示している。この図１において、圧力センサ１１は、取付部１２と圧力導入管部１３とを一体化して構成されている。
【０００９】
取付部１２はフランジ状をなしており、その図示下面には凹部１４が形成されていると共に、その凹部１４を挟むようにして複数の取付孔１５が形成されている。
【００１０】
圧力導入管部１３は取付部１２の凹部１４に一体化されている。この圧力導入管部１３の外周面には一端が開放した凹状の収納部１６が形成されており、その収納部１６に半導体圧力センサチップ１７が配設されている。この半導体圧力センサチップ１７は、例えば単結晶シリコン基板の中央部に、エッチングにより薄肉なダイヤフラムを形成し、その上面に、例えば４個の拡散ピエゾ抵抗体をブリッジ接続した検知回路を一体に設けた周知構成であり、ダイヤフラムに作用する圧力を電気信号に変換して出力するようになっている。この半導体圧力センサチップ１７は、貫通孔１８ａを有する支持台座１８の上面に気密に接合された状態で設けられており、その支持台座１８が収納部１６の底面に接着剤により気密に取着されている。
【００１１】
圧力導入管部１３には当該圧力導入管部１３の軸心に沿って圧力導入路１９が形成されており、この圧力導入路１９の一端側が支持台座１８の貫通孔１８ａに連通している。
【００１２】
収納部１６の周縁部には段部２０が形成されており、その段部２０において半導体圧力センサ１７に隣接する部位には演算用チップ２１が実装されており、この演算用チップ２１と半導体圧力センサチップ１７とが図示しないボンディングワイヤで接続されている。この演算用チップ２１には演算回路が形成されており、半導体圧力センサチップ１７からの検知信号に基づいて演算回路が検出対象の圧力を示す圧力信号を演算して出力する。
【００１３】
段部２０には例えばインサート成形により電極２３が設けられており、その電極２３と演算用チップ２１とがボンディングワイヤ２２により接続されている。また、電極２３と導通された複数本のターミナル２４が取付部１２を貫通して突出しており、これらのターミナル２４を介して演算用チップ２１で演算された圧力信号が外部機器に出力されるようになっている。
【００１４】
収納部１６は蓋部２５により閉鎖されていると共に、収納部１６と蓋部２５とにより閉鎖された空間部はさらに取付部１２により気密に閉鎖されており、これにより、収納部１６、蓋部２５及び取付部１２により形成された密閉空間部が基準圧力に設定されている。この場合、これらの部材は超音波溶着、或いは熱溶着により気密に接合されている。
【００１５】
尚、圧力導入管部１３の収納部１６に内蔵された半導体圧力センサチップ１７及び演算用チップ２１の上面部は、全体がシリコーンゲルにより覆われて防湿性が確保されるようになっている。また、圧力導入管部１３の外周部にはＯリング２６が装着されている。
【００１６】
そして、上記構成の圧力センサ１１は、圧力導入管部１３が図示しない取付対象に設けられた穴部にＯリング２６により気密に挿入された状態で、取付部１２の取付孔１５を通じてネジ止めすることにより取付対象に装着され、その装着状態で圧力センサチップ１７のダイヤフラムの下面側に圧力導入路１９を介して検出対象の気体或いは液体が導かれるようになっている。
【００１７】
上記圧力センサ１１を製造するには、半導体圧力センサチップ１７を支持台座１８に気密に接合してから、その支持台座１８を圧力導入管部１３の収納部１６に配置した状態で当該支持台座１８の周囲を接着剤により気密に閉鎖すると共に、収納部１６の周縁部に位置する段部２０に演算用チップ２１を実装する。
【００１８】
続いて、半導体圧力センサチップ１７と演算用チップ２１とを図示しないボンディングワイヤで接続すると共に、演算用チップ２１と電極２３とをボンディングワイヤ２２で接続してから、各チップ１７，２１の上面をシリコーンゲルで保護する。
【００１９】
続いて、圧力導入管部１３の収納部１６を蓋部２５で閉鎖した状態で熱溶着してから、圧力導入管部１３に設けられているターミナル２４を取付部１２に貫通させた状態で圧力導入管部１３と蓋部２５との当接部位を例えば熱溶着する。これにより、収納部１６は密閉空間部となり、その密閉空間部に半導体圧力センサチップ１７が配設されることになる。
【００２０】
そして、上記構成の圧力センサ１１の圧力導入管部１３を取付対象部の穴部に挿入した状態で取付部１２の取付孔１５を介してネジ止めする。この状態で、圧力検出対象の気体或いは液体を穴部に供給すると、圧力検出対象が圧力導入管部１３の先端側から圧力導入路１９内に導入される。
【００２１】
さて、圧力検出対象の気体或いは液体が圧力導入路１９を介して半導体圧力センサチップ１７の下面に導かれると、半導体圧力センサチップ１７のダイアフラムの上面と下面との圧力差に応じて当該ダイアフラムが撓み変形する。これにより、半導体圧力センサチップ１７上に形成された検知回路をなす拡散ピエゾ抵抗体の抵抗値が変化し、それに応じて検知回路からはダイアフラムの撓み変形の度合いを示す信号が出力される。そして、演算回路は、検知回路から出力される信号に基づいて圧力検出対象の圧力を示す圧力信号を外部機器に出力する。
【００２２】
このような実施の形態によれば、半導体圧力センサチップ１７をそのチップ面の面方向が取付部１２の取付面方向と直交する方向に沿うように圧力導入管部１３に内蔵したので、半導体圧力センサチップ１７のチップ面の面方向を取付部１２の取付面方向と直交方向に沿わせることができる。従って、取付部１２の横幅を短縮化することができるので、半導体圧力センサチップ１７の面方向が圧力センサの取付方向に沿って配置されている従来構成に比較して、圧力センサ１１の小形化を図ることができる。
【００２３】
しかも、圧力導入管部１３において従来何も設けられていない部位に半導体圧力センサチップ１７を設けるようにしたので、圧力導入管部１３の全長が大幅に長くなることなく実施することができる。
【００２４】
本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
取付部１２と圧力導入管部１３とを一体成形するようにしてもよい。
半導体圧力センサチップ１７と演算用チップ２１とをユニット化した圧力センサユニットを圧力導入管部１３に装着するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における圧力センサの縦断面図
【図２】従来例を示す図１相当図
【符号の説明】
１１は圧力センサ、１２は取付部、１３は圧力導入管部、１５は取付孔、１６は収納部、１７は半導体圧力センサチップ、１８は支持台座、１９は圧力導入路、２５は蓋部である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure sensor including a semiconductor pressure sensor chip that detects the pressure of a gas or liquid to be detected that has flowed from a pressure introduction pipe.
[0002]
[Prior art]
The pressure sensor shown in FIG. 2 is provided as this type of pressure sensor. In FIG. 2, the pressure sensor 1 is configured by integrating a mounting portion 2 and a sensor main body portion 3. The sensor body 3 is formed by integrating a storage case 4 and a pressure introduction pipe 5. A semiconductor pressure sensor chip 7 joined to the support base 6 is attached to the storage case 4, and the pressure introduced from the pressure introduction path 8 is detected by the semiconductor pressure sensor chip 7.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, it is desired to reduce the size of the pressure sensor, particularly to reduce the mounting area. In this case, in order to reduce the mounting area, it is effective to reduce the size of the semiconductor pressure sensor chip 7 disposed along the surface direction of the mounting portion 2. However, further miniaturization is approaching the limit in the current technology, and it is difficult to meet the demand for miniaturization of the pressure sensor immediately.
[0004]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor that can be easily downsized without downsizing a semiconductor pressure sensor chip.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the semiconductor pressure sensor chip is disposed in the pressure introducing pipe portion so that the surface direction of the chip surface is along the direction orthogonal to the mounting surface direction of the mounting portion. The pressure sensor chip is along a direction orthogonal to the mounting surface of the mounting portion. Thereby, compared with the structure by which the semiconductor pressure sensor chip is arrange | positioned along the attachment surface direction of an attachment part, an attachment part and the whole size reduction can be achieved.
[0006]
In addition , since the semiconductor pressure sensor chip is disposed in the recessed storage portion formed on the outer peripheral surface of the pressure introducing tube portion, the semiconductor pressure sensor chip can be easily disposed in the pressure introducing tube portion .
[0007]
Furthermore , since the one end which becomes the attachment part side of the accommodating part is open | released, compared with the structure where the accommodating part is enclosed by the wall surface, shortening of the full length of a pressure introduction pipe part can be aimed at. In this case, since the storage portion is hermetically closed by the lid portion and the attachment portion, the reference pressure of the storage space portion of the semiconductor pressure sensor chip does not fluctuate.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows the pressure sensor in cross section. In FIG. 1, the pressure sensor 11 is configured by integrating a mounting portion 12 and a pressure introducing pipe portion 13.
[0009]
The attachment portion 12 has a flange shape, and a concave portion 14 is formed on the lower surface of the attachment portion, and a plurality of attachment holes 15 are formed so as to sandwich the concave portion 14.
[0010]
The pressure introducing pipe portion 13 is integrated with the concave portion 14 of the attachment portion 12. On the outer peripheral surface of the pressure introducing pipe portion 13, a concave storage portion 16 having an open end is formed, and a semiconductor pressure sensor chip 17 is disposed in the storage portion 16. In the semiconductor pressure sensor chip 17, for example, a thin diaphragm is formed by etching in the central portion of a single crystal silicon substrate, and a detection circuit in which, for example, four diffusion piezoresistors are bridge-connected is integrally provided on the upper surface. This is a well-known configuration, and the pressure acting on the diaphragm is converted into an electrical signal and output. The semiconductor pressure sensor chip 17 is provided in a state of being airtightly bonded to the upper surface of the support pedestal 18 having the through hole 18a, and the support pedestal 18 is airtightly attached to the bottom surface of the storage portion 16 with an adhesive. ing.
[0011]
A pressure introduction path 19 is formed in the pressure introduction pipe section 13 along the axial center of the pressure introduction pipe section 13, and one end side of the pressure introduction path 19 communicates with the through hole 18 a of the support base 18.
[0012]
A step portion 20 is formed at the peripheral portion of the storage portion 16, and a calculation chip 21 is mounted on a portion adjacent to the semiconductor pressure sensor 17 in the step portion 20. The sensor chip 17 is connected with a bonding wire (not shown). An arithmetic circuit is formed in the arithmetic chip 21, and the arithmetic circuit calculates and outputs a pressure signal indicating the pressure to be detected based on the detection signal from the semiconductor pressure sensor chip 17.
[0013]
The step portion 20 is provided with an electrode 23 by insert molding, for example, and the electrode 23 and the arithmetic chip 21 are connected by a bonding wire 22. Further, a plurality of terminals 24 electrically connected to the electrode 23 protrude through the mounting portion 12 so that the pressure signal calculated by the calculation chip 21 is output to an external device via these terminals 24. It has become.
[0014]
The storage portion 16 is closed by the lid portion 25, and the space portion closed by the storage portion 16 and the lid portion 25 is further hermetically closed by the attachment portion 12, whereby the storage portion 16 and the lid portion are closed. The sealed space formed by 25 and the mounting portion 12 is set to a reference pressure. In this case, these members are joined in an airtight manner by ultrasonic welding or heat welding.
[0015]
The semiconductor pressure sensor chip 17 and the upper surface of the calculation chip 21 built in the storage part 16 of the pressure introducing pipe part 13 are entirely covered with silicone gel so as to ensure moisture resistance. An O-ring 26 is attached to the outer peripheral portion of the pressure introducing tube portion 13.
[0016]
The pressure sensor 11 having the above configuration is screwed through the mounting hole 15 of the mounting portion 12 in a state where the pressure introducing pipe portion 13 is airtightly inserted into the hole portion provided in the mounting target (not shown) by the O-ring 26. Thus, the gas or liquid to be detected is guided to the lower surface side of the diaphragm of the pressure sensor chip 17 through the pressure introduction path 19 in the mounted state.
[0017]
In order to manufacture the pressure sensor 11, the semiconductor pressure sensor chip 17 is airtightly joined to the support pedestal 18, and then the support pedestal 18 is disposed in the storage portion 16 of the pressure introducing pipe portion 13. Is closed in an airtight manner with an adhesive, and a calculation chip 21 is mounted on the stepped portion 20 located at the peripheral edge of the storage portion 16.
[0018]
Subsequently, the semiconductor pressure sensor chip 17 and the calculation chip 21 are connected by a bonding wire (not shown), and the calculation chip 21 and the electrode 23 are connected by a bonding wire 22, and then the upper surfaces of the chips 17 and 21 are connected. Protect with silicone gel.
[0019]
Subsequently, after heat-sealing in a state where the storage portion 16 of the pressure introduction tube portion 13 is closed by the lid portion 25, the pressure is applied in a state where the terminal 24 provided in the pressure introduction tube portion 13 is passed through the attachment portion 12. For example, the contact portion between the introduction tube portion 13 and the lid portion 25 is thermally welded. Thereby, the storage portion 16 becomes a sealed space portion, and the semiconductor pressure sensor chip 17 is disposed in the sealed space portion.
[0020]
Then, the pressure introduction pipe portion 13 of the pressure sensor 11 having the above-described configuration is screwed through the attachment hole 15 of the attachment portion 12 in a state where the pressure introduction tube portion 13 is inserted into the hole portion of the attachment target portion. In this state, when a gas or a liquid to be detected for pressure is supplied to the hole, the object to be detected for pressure is introduced into the pressure introduction path 19 from the distal end side of the pressure introduction pipe portion 13.
[0021]
When the gas or liquid to be detected is introduced to the lower surface of the semiconductor pressure sensor chip 17 via the pressure introduction path 19, the diaphragm is changed according to the pressure difference between the upper surface and the lower surface of the diaphragm of the semiconductor pressure sensor chip 17. Deforms and deforms. As a result, the resistance value of the diffusion piezoresistor constituting the detection circuit formed on the semiconductor pressure sensor chip 17 changes, and a signal indicating the degree of deformation of the diaphragm is output from the detection circuit accordingly. The arithmetic circuit then outputs a pressure signal indicating the pressure to be detected to the external device based on the signal output from the detection circuit.
[0022]
According to such an embodiment, since the semiconductor pressure sensor chip 17 is built in the pressure introducing pipe portion 13 so that the surface direction of the chip surface is perpendicular to the mounting surface direction of the mounting portion 12, the semiconductor pressure sensor chip 17 is provided. The surface direction of the chip surface of the sensor chip 17 can be along the direction orthogonal to the mounting surface direction of the mounting portion 12. Accordingly, since the lateral width of the mounting portion 12 can be shortened, the pressure sensor 11 can be reduced in size as compared with the conventional configuration in which the surface direction of the semiconductor pressure sensor chip 17 is arranged along the mounting direction of the pressure sensor. Can be achieved.
[0023]
In addition, since the semiconductor pressure sensor chip 17 is provided at a portion where nothing has been provided in the pressure introducing pipe portion 13 conventionally, the entire length of the pressure introducing pipe portion 13 can be implemented without significantly increasing.
[0024]
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
The mounting portion 12 and the pressure introducing tube portion 13 may be integrally formed.
A pressure sensor unit in which the semiconductor pressure sensor chip 17 and the calculation chip 21 are unitized may be attached to the pressure introducing pipe portion 13.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view corresponding to FIG.
11 is a pressure sensor, 12 is a mounting portion, 13 is a pressure introducing pipe portion, 15 is a mounting hole, 16 is a storage portion, 17 is a semiconductor pressure sensor chip, 18 is a support base, 19 is a pressure introducing path, and 25 is a lid portion. is there.

Claims

A flange-shaped mounting portion attached to the attachment object, the so in a direction perpendicular to the mounting surface to be attached to the attachment object along the axial direction of the mounting portion, is integrated in a recess formed in said mounting surface In a pressure sensor comprising a pressure introduction tube portion inserted into a hole provided in the attachment target, and a semiconductor pressure sensor chip that outputs a pressure signal according to the pressure introduced from the pressure introduction tube portion,
A recessed-shaped storage part formed along the axial direction on the outer peripheral surface of the pressure introducing pipe part, and having one end on the attachment part side opened,
A lid that closes the one end other than the one end,
The semiconductor pressure sensor chip is disposed in the storage portion so that the surface direction of the chip surface is along the axial direction of the pressure introducing pipe portion,
The pressure sensor, wherein the storage portion is hermetically sealed by the attachment portion and the lid portion.