JP5718140B2

JP5718140B2 - 圧力センサ

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Publication number: JP5718140B2
Application number: JP2011096150A
Authority: JP
Inventors: 正志関根; 英史原田
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: JP2012225875A

Description

本発明は、圧力センサに関し、特に、真空に近い圧力を測定するのに適した圧力センサに関する。

従来より、被測定圧力の変化を静電容量の変化として検出するダイアフラム構造を備えた圧力センサが広く知られている。例えば、現在においては、基準真空室と圧力導入部とを隔絶するセンサダイアフラムを有するセンサチップと、このセンサチップを収容するハウジング及びカバーからなるパッケージと、を備えた圧力センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような圧力センサにおいては、基準真空室内の圧力と、圧力導入部を介して印加される測定対象ガスの圧力と、の差により基準真空室側にセンサダイアフラムの中央部が撓み、センサチップの固定電極と可動電極との間隔が変化する。これにより、固定電極と可動電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を電極リード部によって圧力センサのカバーを貫通して外部に取り出すことにより、測定対象ガスの圧力を測定するようになっている。

ここで、前記した従来の圧力センサの電極リード部近傍の構成について、図１０（Ａ）を用いて説明する。従来の圧力センサ１００の電極リード部４００は、リードピン４１０及び金属製のシールド４２０を備えている。リードピン４１０は、ガラス等の絶縁性材料からなるハーメチックシール部４３０によってその中央部分が金属製のシールド４２０に埋設され、これにより、リードピン４１０の両端部間で気密状態が維持される。そして、リードピン４１０の一端はパッケージ１１０を構成するカバー１３０の外部に露出し、配線によって圧力センサ１００の出力を外部の信号処理部に伝達するようになっている。なお、シールド４２０とカバー１３０との間にもハーメチックシール部６００が介在しており、カバー１３０はアッパハウジング１２０の周壁の上端面と溶接等により接合されてパッケージ１１０を形成している。

前記した従来の圧力センサ１００のカバー１３０は、ハーメチックシール部４３０・６００への熱応力の影響が大きくならないように、ガラスに近い熱膨張率を有するコバール（Kovar）で構成されるのが一般的である。一方、このような圧力センサ１００のアッパハウジング１２０は、耐蝕性材料であるインコネル（Inconel）で構成される。この理由は、（図示されていない）ロアハウジングは内側に測定対象ガスを導く圧力導入部を有するために測定対象ガスが腐食性のガスであっても耐えられるようにする必要があり、かつ、圧力センサ１００の温度特性を考慮するとアッパハウジング１２０とロアハウジングとを異種材料で構成するのは避けるべきだからである。このような構造においては、カバー１３０を構成するコバールの耐蝕性が低く、また、コバールとインコネルとでは熱膨張率が大きく異なるので、両者間に熱応力が発生し、その熱応力によってカバー１３０の中央部が大きく内側に撓み、それによって電極リード部４００を互いに傾けるような応力が作用する。

一方、カバー１３０を貫通してパッケージ１１０の外部に突出した複数の電極リード部４００の各リードピン４１０には、外部配線が接続されるが、ノイズが混入しないように電磁シールド構造で覆う必要がある。シールド方式としては、（１）１個の電極リード部４００に対して１個の電磁シールド構造でシールドする方式と、（２）複数個（ないし全て）の電極リード部４００に対して図１０（Ａ）に示すように１個の電磁シールド構造５００でシールドする方式と、が考えられ、これらのうち（２）の方式は部品点数が少なく、製造上も有利であるとされている。

特開２００６―３２３４号公報

ところで、前記した（２）のシールド方式で採用される図１０（Ａ）の電磁シールド構造５００は、図１０（Ｂ）に示すような複数の導入孔５２０が設けられた板状のシールド部材５１０を有している。このように複数の導入孔５２０が設けられたシールド部材５１０を有する電磁シールド構造５００採用すると、複数個の電極リード部４００の先端部がシールド部材５１０の各導入孔５２０により固定されるため、各電極リード部４００の先端部の相対的な位置が拘束されることとなる。このため、前記した熱応力によってカバー１３０の中央部が大きく内側に撓み、電極リード部４００を互いに傾けるような応力が作用すると、ハーメチックシール部４３０・６００が大きな応力を受けて破損する虞がある。

本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、被測定圧力の変化を検出するダイアフラム構造を備えた圧力センサにおいて、圧力センサのパッケージにリードピンを気密封止するハーメチックシール部に作用する応力を大幅に低減することを目的とする。

本発明に係る圧力センサは、筒状のハウジング及びこのハウジングの端部に接合される板状のカバーを有するパッケージと、パッケージの内部に形成される基準真空室と圧力導入部とを隔絶する圧力検出用のセンサチップと、一端がセンサチップに電気的に接続されるとともに他端がカバーの挿通孔を介してパッケージの外部に露出してシールドケーブルに接続される複数のリードピンと、挿通孔と各リードピンとの間を気密的に封止する封着用ガラスで構成されるハーメチックシール部と、各リードピンの他端とシールドケーブルとの接続部を電磁シールドする電磁シールド部と、を備える圧力センサであって、電磁シールド部は、複数のリードピンを導入する複数の導入孔が設けられた板状部を有し、板状部に応力緩和部が設けられるものである。

なお、電磁シールド部としては、板状部を有する第一のシールド部材と、シールドケーブルを導入するとともに第一のシールド部材と結合してリードピンの他端とシールドケーブルとの接続部を電磁シールドする第二のシールド部材と、を有するものを採用することができる。

かかる構成を採用すると、電磁シールド部の板状部に応力緩和部が設けられるので、板状部が変形し易くなる。このため、熱応力によってカバーの中央部が内側に撓みリードピンを互いに傾けるような応力が作用した場合においても、電磁シールド部の板状部の変形によるリードピン他端の位置変更が可能となる。この結果、ハーメチックシール部に作用する応力を大幅に低減させることができる。

前記圧力センサにおいて、板状部の各導入孔を区分するように形成されたスリットを有する応力緩和部を採用することができる。

かかる構成を採用すると、板状部の各導入孔を区分するように形成されたスリットを応力緩和部として機能させることができるので、きわめて簡易な構成でハーメチックシール部に作用する応力を低減させることができる。

また、前記圧力センサにおいて、板状部の中央部から縁部に向けて放射状に延在するようにスリットを形成し、板状部の縁部のスリット端部近傍部分を外方に突出させることもできる。

かかる構成を採用すると、板状部縁部のスリット端部近傍部分が外方に突出しているため、板状部がより一層変形し易くなる。この結果、ハーメチックシール部に作用する応力を一層低減させることができる。

また、前記圧力センサにおいて、（板状部の各導入孔を区分するように形成されたスリットに加え）板状部に形成された溝をさらに有する応力緩和部を採用してもよい。

かかる構成を採用すると、応力緩和部をスリットと溝との組合せで構成することができるので、板状部がより一層変形し易くなる。この結果、ハーメチックシール部に作用する応力を一層低減させることができる。

また、前記圧力センサにおいて、板状部の各導入孔を区分するように形成された溝を有する応力緩和部を採用することができる。

かかる構成を採用すると、板状部の各導入孔を区分するように形成された溝を応力緩和部として機能させることができるので、きわめて簡易な構成でハーメチックシール部に作用する応力を低減させることができる。また、溝で応力緩和部を構成することにより、電磁シールド部の板状部の開口部を少なくして板状部の強度を確保することができる。

本発明によれば、被測定圧力の変化を静電容量の変化として検出するダイアフラム構造を備えた圧力センサにおいて、圧力センサのパッケージにリードピンを気密封止するハーメチックシール部に作用する応力を大幅に低減することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサの断面図である。図１に示す圧力センサの電磁シールド部を構成する第一のシールド部材の斜視図である。図２に示す第一のシールド部材の平面図である。本発明の第２実施形態に係る圧力センサの電磁シールド部を構成する第一のシールド部材の平面図である。本発明の第３実施形態に係る圧力センサの電磁シールド部を構成する第一のシールド部材の平面図である。本発明の第４実施形態に係る圧力センサの電磁シールド部を構成する第一のシールド部材の平面図である。本発明の第５実施形態に係る圧力センサの電磁シールド部を構成する第一のシールド部材の平面図である。本発明の第６実施形態に係る圧力センサの電磁シールド部を構成する第一のシールド部材の平面図である。本発明の各実施形態に係る圧力センサのハーメチックシール部に作用する熱応力と、従来の圧力センサのハーメチックシール部に作用する熱応力と、を示すグラフである。（Ａ）は従来の圧力センサの要部断面図であり、（Ｂ）は従来の圧力センサの電磁シールド部を構成するシールド部材の斜視図である。

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、図１〜図３を用いて、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１について説明する。本実施形態に係る圧力センサ１は、図１に示すように、パッケージ１０と、パッケージ１０内に収容された台座プレート２０と、同じくパッケージ１０内に収容され台座プレート２０に接合されたセンサチップ３０と、パッケージ１０に直接取付けられパッケージ１０内外を導通接続する複数の電極リード部４０と、を備えている。また、台座プレート２０は、パッケージ１０の内壁から離隔しており、支持ダイアフラム５０のみを介してパッケージ１０に支持されている。

パッケージ１０は、ロアハウジング１１、アッパハウジング１２及びカバー１３から構成されている。ロアハウジング１１及びアッパハウジング１２は耐食性の金属であるインコネルから構成され、カバー１３はガラスに近い熱膨張率を有するコバールで構成されており、それぞれ溶接により接合されている。

ロアハウジング１１は、径の異なる円筒体を連結した形状を備える部材であり、その大径部１１ａは支持ダイアフラム５０との接合部を有し、その小径部１１ｂは被測定流体が流入する圧力導入部１０Ａを形成している。なお、大径部１１ａと小径部１１ｂとの結合部にはバッフル１１ｃが形成され、バッフル１１ｃの周囲には周方向所定の間隔で圧力導入孔１１ｄが形成されている。バッフル１１ｃは、圧力導入部１０Ａからプロセスガスなどの被測定流体を後述するセンサチップ３０に直接到達させずに迂回させる役目を果たすものであり、センサチップ３０にプロセスガスの成分やプロセスガス中の不純物が堆積するのを防止するようになっている。

アッパハウジング１２は、略円筒体形状を有する部材であり、カバー１３、支持ダイアフラム５０、台座プレート２０及びセンサチップ３０とともに、パッケージ１０内に真空の基準真空室１０Ｂを形成している。基準真空室１０Ｂは、センサチップ３０によって、プロセスガスが導入される領域（圧力導入部１０Ａ）と隔てられている。基準真空室１０Ｂには、いわゆる（図示されていない）ゲッターと呼ばれる気体吸着物質が設けられており、真空度を維持している。また、アッパハウジング１２の支持ダイアフラム取付け側には、周方向適所にストッパ１２ａが突出形成されている。ストッパ１２ａは、被測定流体の急激な圧力上昇により台座プレート２０が過度に変移するのを規制する役目を果たしている。

カバー１３は、所定厚さを有する上面視円形状の板状部材であり、その中央部には複数の電極リード挿通孔１３ａが形成されている。電極リード挿通孔１３ａには電極リード部４０が埋め込まれており、電極リード部４０と電極リード挿通孔１３ａとの間は、封着用ガラスで構成されるハーメチックシール部６０によって気密的に封止されている。

支持ダイアフラム５０は、パッケージ１０の形状に合わせた外形形状を有するインコネルの薄板からなり、周囲縁部は上述したロアハウジング１１とアッパハウジング１２の縁部に挟まれて溶接等により接合されている。支持ダイアフラム５０の厚さは、例えば本実施形態の場合数十ミクロンであって、各台座プレート２１・２２より充分薄い厚さとなっている。また、支持ダイアフラム５０の中央部分には、センサチップ３０に圧力を導くための圧力導入孔５０ａが形成されている。支持ダイアフラム５０の両面には、支持ダイアフラム５０とパッケージ１０の接合部から周方向全体にわたってある程度隔間した位置に酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアからなる薄いリング状のロア台座プレート（第１の台座プレート）２１と、アッパ台座プレート（第２の台座プレート）２２と、が接合されている。

各台座プレート２１・２２は、支持ダイアフラム５０の厚さに対して上述の通り十分に厚くなっており、かつ支持ダイアフラム５０を両台座プレート２１・２２でいわゆるサンドイッチ状に挟み込む構造を有している。これによって、支持ダイアフラム５０と台座プレート２０の熱膨張率の違いによって発生する熱応力でこの部分が反るのを防止している。また、アッパ台座プレート２２には、酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアでできた上面視矩形状のセンサチップ３０が、酸化アルミニウムベースの接合材を介して接合されている。

センサチップ３０は、上面視で１ｃｍ角以下の大きさを有し四角角型の薄板からなるスペーサ３１と、スペーサ３１に接合されかつ圧力の印加に応じてひずみが生じるセンサダイアフラム３２と、センサダイアフラム３２に接合して真空の容量室（リファレンス室）３０Ａを形成するセンサ台座３３と、を有している。また、真空の容量室３０Ａと基準真空室１０Ｂとは、センサ台座３３の適所に穿設された図示しない連通孔を介して、略同一の真空度を保っている。なお、スペーサ３１、センサダイアフラム３２及びセンサ台座３３はいわゆる直接接合によって互いに接合され、一体化したセンサチップ３０を構成している。

また、センサチップ３０の容量室３０Ａには、センサ台座３３の凹み部３３ａに金又は白金等の導体でできた固定電極３３ｂ・３３ｃが形成されているとともに、これと対向するセンサダイアフラム３２の表面上に金又は白金等の導体でできた可動電極３２ｂ・３２ｃが形成されている。また、センサチップ３０の上面には、金又は白金からなるコンタクトパッド３５・３６が形成され、これらの固定電極３３ｂ・３３ｃと可動電極３２ｂ・３２ｃはコンタクトパッド３５・３６と図示しない配線によって接続されている。

電極リード部４０は、電極リードピン４１と、金属製のシールド４２と、を備えている。電極リードピン４１は、金属製のシールド４２にガラスなどの絶縁性材料からなるハーメチックシール部４３によってその中央部分が埋設され、電極リードピン４１の両端部間で気密状態を保っている。電極リードピン４１の一端は、センサチップ３０に電気的に接続されている。また、電極リードピン４１の他端は、カバー１３の挿通孔１３ａを介してパッケージ１０の外部に露出し、シールドケーブル９０に接続されて圧力センサ１の出力を外部の信号処理部に伝達するようになっている。なお、シールド４２とカバー１３との間にも、上述の通りハーメチックシール部６０が介在している。また、電極リードピン４１の一端には、導電性を有するコンタクトバネ４５・４６が接続されている。コンタクトバネ４５・４６は、圧力導入部１０Ａからプロセスガスなどの被測定流体が急に流れ込むことで発生する急激な圧力上昇により支持ダイアフラム５０が若干変移しても、コンタクトバネ４５・４６の付勢力がセンサチップ３０の測定精度に影響を与えない程度の十分な柔らかさを有している。

電極リードピン４１の他端とシールドケーブル９０との接続部は、電磁シールド部７０によって電磁シールドされる。電磁シールド部７０は、板状部７１ａを有する第一のシールド部材７１と、シールドケーブル９０を導入するとともに第一のシールド部材７１と結合して電極リードピン４１の他端とシールドケーブル９０との接続部を電磁シールドする第二のシールド部材７２と、を有している。第一及び第二のシールド部材７２は、ＳＵＳやコバール等の金属材料で構成することができる。

第一のシールド部材７１は、図２及び図３に示すように、平面視略矩形状の板状部７１ａを有している。板状部７１ａには、複数（本実施形態においては４本）の電極リード部４０を導入する複数（４個）の導入孔７１ｂが設けられている。また、板状部７１ａには、各導入孔７１ｂを区分するように形成された平面視十字型のスリット部を有している。スリット部は、板状部７１ａを変形し易くする応力緩和部として機能するものである。本実施形態におけるスリット部は、図２及び図３に示すように、２本の直線状のスリット７１ｃを板状部７１ａの中央部で交差させたものであり、板状部７１ａの中央部から４つの縁部に向けて四方に放射状に延在するように形成されている。直線状のスリット７１ｃの幅や長さは、板状部７１ａの厚さや材料に応じて適宜設定することができる。本実施形態においては、２本の直線状のスリット７１ｃの長さを略同一に設定している。また、第一のシールド部材７１の板状部７１ａの一対の対向する縁部の中央部には、第二のシールド部材７２と結合する際にカシメ部となる断面コ字状の延出部７１ｄが設けられている。本実施形態におけるスリット７１ｃは、延出部７１ｄまでは到達していない。

なお、各電極リード部４０のパッケージ１０外部に露出した部分の外周には、図１に示すように、径の異なる二つの絶縁用円環型部材であるテフロン（登録商標）ブッシュ８１及びＳＵＳブッシュ８２が取り付けられている。

続いて、本実施形態に係る圧力センサ１の作用について説明する。なお、本実施形態においては、圧力センサ１を例えば半導体製造装置の適当な場所に取付け、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの半導体製造プロセス中において、プロセスガスの真空に近い微小圧力（以下、「微圧」とする）を測定する際における圧力センサ１の作用について説明することとする。

プロセスガスは、圧力センサ１の圧力導入部１０Ａから圧力導入孔１１ｄを介してパッケージ内に流入する。この際、プロセスガスの急激な流入が生じても、バッフル１１ｃと圧力導入孔１１ｄを介してプロセスガスを迂回させてパッケージ１０内に流入させるので、センサダイアフラム３２にプロセスガスが直接当たることがない。そのため、センサダイアフラム３２にプロセスガスの成分やプロセスガスに含まれる不純物の再堆積を防止できる。

なお、プロセスガスが微圧であっても、センサチップ３０の容量室内は真空のため、センサダイアフラム３２が撓んで、センサチップ３０の固定電極３３ｂ・３３ｃと可動電極３２ｂ・３２ｃとの間隔が変化する。これによって、固定電極３３ｂ・３３ｃと可動電極３２ｂ・３２ｃで構成されたコンデンサの容量値が変化する。かかる容量値の変化を電極リード部４０によって圧力センサ１の外部に取り出すことにより、プロセスガスの微圧を測定することができる。

一方、本実施形態においては、圧力センサ１は半導体製造プロセスに設置されており、プロセスガスは高温であるため、半導体製造装置へのプロセスガスの流入前と流入後とで圧力センサ１が取付けられた部分に大きな熱的変化が生じる。また、センサ自身も（例えば最大２００℃程度まで）加熱して使うので熱的変化が生じる。さらに、圧力センサ１製作時の受圧部製作工程においては約３００℃の加熱が必要となるため、圧力センサ１を構成する部品には大きな熱的変化が生じる。

ここで、パッケージ１０を構成するロアプレート１１及びアッパプレート１２はインコネルで構成されるのに対し、カバー１３はコバールから構成されており、これら部材間の熱膨張率が異なる。このため、図１０（Ａ）に示すような従来のパッケージ１１０を採用すると、熱膨張率差による熱応力が発生し、この熱応力によってカバー１３０の中央部が内側に撓み電極リード部４００を互いに傾けるような応力が作用する。一方、従来の圧力センサ１００においては、複数個の電極リード部４００の先端部の相対的な位置が、電磁シールド構造５００のシールド部材５１０の各導入孔５２０（図１０（Ｂ））により拘束される。この結果、前記した熱応力によって、ハーメチックシール部４３０・６００が大きな応力が作用することとなる。

これに対し、本実施形態における圧力センサ１の場合、熱応力によってカバー１３の中央部が内側に撓み電極リード部４０を互いに傾けるような応力が作用した場合においても、第一のシールド部材７１の板状部７１ａが変形することにより、複数個の電極リード部４０の先端部の相対的な位置を変更させることが可能となる。この結果、ハーメチックシール部４３・６０に作用する応力を大幅に低減させることができる。

以上説明した実施形態に係る圧力センサ１においては、電磁シールド部７０を構成する第一のシールド部材７１の板状部７１ａに応力緩和部としてのスリット部が設けられるので、板状部７１ａが変形し易くなる。このため、熱応力によってカバー１３の中央部が内側に撓み電極リードピン４１を互いに傾けるような応力が作用した場合においても、第一のシールド部材７１の板状部７１ａの変形による電極リードピン４１の他端の位置変更が可能となる。この結果、ハーメチックシール部４３・６０に作用する応力を大幅に低減させることができる。また、本実施形態においては、板状部７１ａの各導入孔７１ｂを区分するように形成された２本の直線状のスリット７１ｃを応力緩和部として機能させることができるので、きわめて簡易な構成でハーメチックシール部４３・６０に作用する応力を低減させることができる。

続いて、図４〜図８を用いて、本発明の第２〜第６実施形態に係る圧力センサについて説明する。以下の各実施形態に係る圧力センサは、第一実施形態に係る圧力センサ１の電磁シールド部７０の第１のシールド部材７１の構成のみを変更したものであり、その他の構成については実質的に第１実施形態と共通である。このため、異なる構成を中心に説明することとし、共通する構成については第１実施形態と同様の符号を付して詳細な説明を省略することとする。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態における第一のシールド部材７１Ａは、図４に示すように、第１実施形態と同様に２本の直線状のスリット（第一のスリット７１ｃ及び第二のスリット７１ｅ）から形成された平面視十字型のスリット部を有している。スリット部は、板状部７１ａを変形し易くする応力緩和部として機能するものである。本実施形態におけるスリット部を構成する第一のスリット７１ｃは、板状部７１ａの中央部から延出部７１ｄが設けられていない一対の縁部に向けて延在するように形成されている。第二のスリット７１ｅは、板状部７１ａの中央部から一対の延出部７１ｄに向けて第一のスリット７１ｃと直行する方向に延在するように形成されている。第二のスリット７１ｅは、板状部７１ａの縁部を超えて延在し、延出部７１ｄの端部付近まで到達している。すなわち、第二のスリット７１ｅは、第一のスリット７１ｃよりも若干長くなるように設定されている。

以上説明した実施形態に係る圧力センサにおいても、電磁シールド部を構成する第一のシールド部材７１Ａの板状部７１ａに応力緩和部としてのスリット部が設けられるので、板状部７１ａが変形し易くなる。このため、熱応力によってカバーの中央部が内側に撓み電極リードピンを互いに傾けるような応力が作用した場合においても、第一のシールド部材７１Ａの板状部７１ａの変形による電極リードピンの他端の位置変更が可能となる。この結果、ハーメチックシール部に作用する応力を大幅に低減させることができる。また、本実施形態においては、板状部７１ａの各導入孔７１ｂを区分するように形成された第一及び第二のスリット７１ｃ・７１ｅを応力緩和部として機能させることができるので、きわめて簡易な構成でハーメチックシール部に作用する応力を低減させることができる。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態における第一のシールド部材７１Ｂは、図５に示すように、長さの異なる２本の長尺スリット（第一のスリット７１ｃ及び第二のスリット７１ｅ）と、これら長尺スリットに直行する方向に延在する短尺スリット（第三のスリット７１ｆ及び第四のスリット７１ｇ）と、から形成されたスリット部を有している。スリット部は、板状部７１ａを変形し易くする応力緩和部として機能するものである。第一及び第二のスリット７１ｃ・７１ｅは、第２実施形態で説明したものと実質的に同一であるので説明を省略する。第三のスリット７１ｆは、第一のスリット７１ｃの最端部に配置されており、これにより第一のスリット７１ｃの端部付近ではＴ字型が形成されている。一方、第四のスリット７１ｇは、第二のスリット７１ｅの最端部よりも内側（延出部７１ｄよりも内側）に配置されており、これにより第二のスリット７１ｅの端部付近では十字型が形成されている。

以上説明した実施形態に係る圧力センサにおいても、電磁シールド部を構成する第一のシールド部材７１Ｂの板状部７１ａに応力緩和部としてのスリット部が設けられるので、板状部７１ａが変形し易くなる。このため、熱応力によってカバーの中央部が内側に撓み電極リードピンを互いに傾けるような応力が作用した場合においても、第一のシールド部材７１Ｂの板状部７１ａの変形による電極リードピンの他端の位置変更が可能となる。この結果、ハーメチックシール部に作用する応力を大幅に低減させることができる。また、本実施形態においては、板状部７１ａの各導入孔７１ｂを区分するように形成された第一及び第二のスリット７１ｃ・７１ｅと、これに直行する第三及び第四のスリット７１ｆ・７１ｇと、を応力緩和部として機能させることができるので、きわめて簡易な構成でハーメチックシール部に作用する応力を低減させることができる。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態における第一のシールド部材７１Ｃにおいては、図６に示すように、板状部７１ａの縁部のスリット端部近傍部分を外方に突出させている。すなわち、延出部７１ｄが設けられていない一対の縁部の中央部に、若干外方に突出した平面視半円形状の突出部７１ｈが設けられている。また、本実施形態における第一のシールド部材７１Ｃは、２本の直線状のスリット（第一のスリット７１ｉ及び第二のスリット７１ｅ）から形成された平面視十字型のスリット部を有している。スリット部は、板状部７１ａを変形し易くする応力緩和部として機能するものである。本実施形態におけるスリット部を構成する第一のスリット７１ｉは、板状部７１ａの中央部から一対の突出部７１ｈに向けて延在するように形成されている。第一のスリット７１ｉは、板状部７１ａの縁部を超えて延在し、突出部７１ｈの端部付近まで到達している。第二のスリット７１ｅは、第２実施形態と同様に、板状部７１ａの中央部から一対の延出部７１ｄに向けて第一のスリット７１ｃと直行する方向に延在するように形成されており、板状部７１ａの縁部を超えて延在し、延出部７１ｄの端部付近まで到達している。

以上説明した実施形態に係る圧力センサにおいても、電磁シールド部を構成する第一のシールド部材７１Ｃの板状部７１ａに応力緩和部としてのスリット部が設けられるので、板状部７１ａが変形し易くなる。このため、熱応力によってカバーの中央部が内側に撓み電極リードピンを互いに傾けるような応力が作用した場合においても、第一のシールド部材７１Ｃの板状部７１ａの変形による電極リードピンの他端の位置変更が可能となる。この結果、ハーメチックシール部に作用する応力を大幅に低減させることができる。また、本実施形態においては、板状部７１ａの各導入孔７１ｂを区分するように形成された第一及び第二のスリット７１ｉ・７１ｅを応力緩和部として機能させることができるので、きわめて簡易な構成でハーメチックシール部に作用する応力を低減させることができる。また、本実施形態においては、板状部７１ａ縁部のスリット端部近傍部分が外方に突出している（突出部７１ｈ）ため、板状部７１ａがより一層変形し易くなる。この結果、ハーメチックシール部に作用する応力を一層低減させることができる。

＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態における第一のシールド部材７１Ｄにおいても、図７に示すように、板状部７１ａの縁部のスリット端部近傍部分を外方に突出させている。すなわち、第４実施形態と同様に、延出部７１ｄが設けられていない一対の縁部の中央部に、若干外方に突出した平面視半円形状の突出部７１ｈが設けられている。また、本実施形態における第一のシールド部材７１Ｄは、２本の長尺スリット（第一のスリット７１ｉ及び第二のスリット７１ｅ）と、これら長尺スリットの端部付近に形成されたスリット（第三のスリット７１ｊ及び第四のスリット７１ｇ）と、から形成されたスリット部を有している。スリット部は、板状部７１ａを変形し易くする応力緩和部として機能するものである。第一及び第二のスリット７１ｉ・７１ｅは、第４実施形態で説明したものと実質的に同一であるので説明を省略する。第三のスリット７１ｊは、突出部７１ｈと同様に平面視半円形状に形成されたスリットであり、第一のスリット７１ｉの最端部に配置されている。一方、第四のスリット７１ｇは、第二のスリット７１ｅの最端部よりも内側（延出部７１ｄよりも内側）に配置されており、これにより第二のスリット７１ｅの端部付近では十字型が形成されている。

以上説明した実施形態に係る圧力センサにおいても、電磁シールド部を構成する第一のシールド部材７１Ｄの板状部７１ａに応力緩和部としてのスリット部が設けられるので、板状部７１ａが変形し易くなる。このため、熱応力によってカバーの中央部が内側に撓み電極リードピンを互いに傾けるような応力が作用した場合においても、第一のシールド部材７１Ｄの板状部７１ａの変形による電極リードピンの他端の位置変更が可能となる。この結果、ハーメチックシール部に作用する応力を大幅に低減させることができる。また、本実施形態においては、板状部７１ａの各導入孔７１ｂを区分するように形成された第一及び第二のスリット７１ｉ・７１ｅと、これら第一及び第二のスリット７１ｉ・７１ｅの端部付近に形成された第三及び第四のスリット７１ｊ・７１ｇと、を応力緩和部として機能させることができるので、きわめて簡易な構成でハーメチックシール部に作用する応力を低減させることができる。また、本実施形態においては、板状部７１ａ縁部のスリット端部近傍部分が外方に突出している（突出部７１ｈ）ため、板状部７１ａがより一層変形し易くなる。この結果、ハーメチックシール部に作用する応力を一層低減させることができる。

＜第６実施形態＞
本発明の第６実施形態における第一のシールド部材７１Ｅにおいても、図８に示すように、板状部７１ａの縁部のスリット端部近傍部分を外方に突出させている。すなわち、第４・第５実施形態と同様に、延出部７１ｄが設けられていない一対の縁部の中央部に、若干外方に突出した平面視半円形状の突出部７１ｈが設けられている。また、本実施形態における第一のシールド部材７１Ｄは、２本の長尺スリット（第一のスリット７１ｉ及び第二のスリット７１ｅ）と、これら長尺スリットに直行する方向に延在する短尺スリット（第三のスリット７１ｋ及び第四のスリット７１ｇ）と、から形成されたスリット部を有している。スリット部は、板状部７１ａを変形し易くする応力緩和部として機能するものである。第一及び第二のスリット７１ｉ・７１ｅは、第４・第５実施形態で説明したものと実質的に同一であるので説明を省略する。第三のスリット７１ｋは、第一のスリット７１ｉの最端部よりも内側（突出部７１ｈよりも内側）に配置されており、これにより第一のスリット７１ｉの端部付近では十字型が形成されている。一方、第四のスリット７１ｇは、第二のスリット７１ｅの最端部よりも内側（延出部７１ｄよりも内側）に配置されており、これにより第二のスリット７１ｅの端部付近においても十字型が形成されている。

以上説明した実施形態に係る圧力センサにおいても、電磁シールド部を構成する第一のシールド部材７１Ｅの板状部７１ａに応力緩和部としてのスリット部が設けられるので、板状部７１ａが変形し易くなる。このため、熱応力によってカバーの中央部が内側に撓み電極リードピンを互いに傾けるような応力が作用した場合においても、第一のシールド部材７１Ｄの板状部７１ａの変形による電極リードピンの他端の位置変更が可能となる。この結果、ハーメチックシール部に作用する応力を大幅に低減させることができる。また、本実施形態においては、板状部７１ａの各導入孔７１ｂを区分するように形成された第一及び第二のスリット７１ｉ・７１ｅと、これに直行する第三及び第四のスリット７１ｋ・７１ｇと、を応力緩和部として機能させることができるので、きわめて簡易な構成でハーメチックシール部に作用する応力を低減させることができる。また、本実施形態においては、板状部７１ａ縁部のスリット端部近傍部分が外方に突出している（突出部７１ｈ）ため、板状部７１ａがより一層変形し易くなる。この結果、ハーメチックシール部に作用する応力を一層低減させることができる。

図９は、本発明の第１〜第６実施形態に係る圧力センサ（図１〜図８）を３００℃で加熱した場合にハーメチックシール部に作用する熱応力と、従来の圧力センサ（図１０）を３００℃で加熱した場合にハーメチックシール部に作用する熱応力と、を示すグラフである。図９においては、圧力センサの電磁シールド部を構成する第一のシールド部材を「ＳＵＳ」で構成した場合の熱応力を右下がり斜線の棒グラフで示している。また、従来及び第４〜第６実施形態に係る圧力センサにおいては、電磁シールド部を構成する第一のシールド部材を「コバール」で構成した場合の熱応力を右上がり斜線の棒グラフで示している。第一のシールド部材を「ＳＵＳ」で構成した場合には、従来の圧力センサのハーメチックシール部に作用する熱応力よりも、本発明の各実施形態に係る圧力センサのハーメチックシール部に作用する熱応力が格段に小さくなり、特に第６実施形態に係る圧力センサを採用すると熱応力を約１／４に低減することができ、応力低減効果が顕著となることが図９から明らかである。また、第一のシールド部材を「コバール」で構成した場合においても同様に、ハーメチックシール部に作用する熱応力を低減することができる。

なお、以上の各実施形態においては、応力緩和部としてスリットを採用した例を示したが、スリットに代えて「溝」を応力緩和部として採用することもできる。また、スリットと溝の組み合わせにより応力緩和部を構成してもよい。

また、以上の各実施形態においては、支持ダイアフラム５０はインコネルでできていたが、必ずしもこれに限定されず、ステンレスやコバールなどの耐食性金属でできていても良い。また、台座プレート２０やセンサチップ３０はサファイアできていたが、必ずしもこの材質に限定されず、シリコンやアルミナ、シリコンカーバイド、又は石英などでできていても良い。また、コンタクトパッド３５・３６と電極リード部４０との接続部はいわゆるコンタクトバネ４５・４６の形態で構成されていたが、十分な可撓性を有すれば必ずしもこれに限定されず、板バネのような形態であっても良い。さらには、電極リード部４０とコンタクトパッド３５・３６を十分に柔らかい導電ワイヤで繋いでいても良い。また、センサチップ３０、台座プレート２０、電極リード部４０、パッケージ１０の形状は上述の実施形態に限定されるものでないことは言うまでもない。

また、以上の各実施形態は、静電容量式のセンサチップを用いた場合について説明したが、このセンサチップの代わりに例えばシリコンでできたピエゾ抵抗式センサチップを備えた圧力センサであっても、上述した構成を有することによって、発生した熱応力をハーメチックシール部に伝わるのを効果的に防止できる。

１…圧力センサ
１０…パッケージ
１０Ａ…圧力導入部
１０Ｂ…基準真空室
１１…ロアハウジング
１２…アッパハウジング
１３・１３Ａ…カバー
１３ａ…挿通孔
１３ｂ…環状溝（凹部）
１３ｃ・１３ｃＡ…薄肉部
１３ｄ…凹部
３０…センサチップ
４１…電極リードピン
４３…ハーメチックシール部
６０…ハーメチックシール部
７０…電磁シールド部
７１・７１Ａ・７１Ｂ・７１Ｃ・７１Ｄ・７１Ｅ…第一のシールド部材
７１ａ…板状部
７１ｂ…導入孔
７１ｃ・７１ｅ・７１ｆ・７１ｇ・７１ｉ・７１ｊ・７１ｋ…スリット（応力緩和部）
７１ｈ…突出部
７２…第二のシールド部材
９０…シールドケーブル

Claims

筒状のハウジング及びこのハウジングの端部に接合される板状のカバーを有するパッケージと、前記パッケージの内部に形成される基準真空室と圧力導入部とを隔絶する圧力検出用のセンサチップと、一端が前記センサチップに電気的に接続されるとともに他端が前記カバーの挿通孔を介して前記パッケージの外部に露出してシールドケーブルに接続される複数のリードピンと、前記挿通孔と前記各リードピンとの間を気密的に封止する封着用ガラスで構成されるハーメチックシール部と、前記各リードピンの前記他端と前記シールドケーブルとの接続部を電磁シールドする電磁シールド部と、を備える圧力センサであって、
前記電磁シールド部は、前記複数のリードピンを導入する複数の導入孔が設けられた板状部を有し、前記板状部に応力緩和部が設けられ、
前記応力緩和部は、前記板状部の前記各導入孔を区分するように形成されたスリットを有するものである、圧力センサ。
前記板状部の中央部から縁部に向けて放射状に延在するように前記スリットが形成されるとともに、前記板状部の前記縁部のスリット端部近傍部分が外方に突出されてなる、請求項１に記載の圧力センサ。
前記応力緩和部は、前記板状部に形成された溝をさらに有するものである、請求項１又は２に記載の圧力センサ。
筒状のハウジング及びこのハウジングの端部に接合される板状のカバーを有するパッケージと、前記パッケージの内部に形成される基準真空室と圧力導入部とを隔絶する圧力検出用のセンサチップと、一端が前記センサチップに電気的に接続されるとともに他端が前記カバーの挿通孔を介して前記パッケージの外部に露出してシールドケーブルに接続される複数のリードピンと、前記挿通孔と前記各リードピンとの間を気密的に封止する封着用ガラスで構成されるハーメチックシール部と、前記各リードピンの前記他端と前記シールドケーブルとの接続部を電磁シールドする電磁シールド部と、を備える圧力センサであって、
前記電磁シールド部は、前記複数のリードピンを導入する複数の導入孔が設けられた板状部を有し、前記板状部に応力緩和部が設けられ、
前記応力緩和部は、前記板状部の前記各導入孔を区分するように形成された溝を有するものである、圧力センサ。
前記電磁シールド部は、前記板状部を有する第一のシールド部材と、前記シールドケーブルを導入するとともに前記第一のシールド部材と結合して前記リードピンの前記他端と前記シールドケーブルとの接続部を電磁シールドする第二のシールド部材と、を有するものである、請求項１から４の何れか一項に記載の圧力センサ。