JPH01172720A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は自動車などの内燃機関の吸入空気圧や大気圧ま
たはエキゾースト圧などを検出するのに用いる半導体圧
力センサに関する。

従来の技術 近年、自動車などの排気ガス規制の強化に伴い、自動車
用エンジンなどにおいては、その運転状態のいかんを問
わず常に最良の燃焼状態が得られるように制御してやる
必要がある。そこで、この−環として圧力変換器を用い
、エンジンの吸気圧力を検出して電気信号に変換し、こ
の信号で燃料の供給量を電子的に制御したり、点火時期
を制御してエンジンの燃焼状態を最適な状態に維持する
方法や、大気圧の変化を検知して高度補正を行なう方法
などが採用されるようになってきた。

ところで、このような自動車用として使用される圧力変
換器は耐熱性、耐震性などに優れたものが要求され、こ
れに応するものとして半導体歪ゲージ形の圧力センサが
広く採用されるようになってきた。これに伴い種々改良
された圧力センサが提案されている。

以下、従来の圧力センサのチップ構成の一例を図面を用
いて説明する。

第５図は従来の半導体圧力センサの概略構成図である。

第５図において１０１はステム、１０２は台座で接合剤
１０３を用いてステム１０１上に固定している。１０４
はダイヤフラム１０６を有したシリコンダイヤフラムチ
ップで、ダイヤプラム１０６に圧力検出用ホイーストン
ブリノジ抵抗を設けて台座１０２上に取り付けている。

１０５はステム１０１からの熱応力を緩和するため台座
１０２に設けた切り欠き溝である。１０７は台座１０２
を貫通して設けたリードピンで、台座１０２との隙間は
ガラス１１５でハーメチック封止状態にしている。１０
８はシリコンダイヤフラムチップ１０４のブリッジ電極
とリードピン１０７とを接続した導電性のワイヤである
。１０９はステム１０１上に取り付けたシリコンダイヤ
フラムチップ１０４と台座１０２とを外側から覆って真
空チャンバー１１３を形成するキャップで、封止穴１１
１を上部に設けている。１１４はステム１０１および台
座１０２内を通ってシリコンダイヤフラムチップ１０４
の下面に流体を導く圧力導入用のパイプで、ステム１０
１の下面にロウ付けなどの手段で固定している。また台
座１０２はシリコンダイヤフラムチップ１０４と近似す
る熱膨張係数を有した材質で形成し、切り欠き溝１０５
とともにステム１０１からの熱応力を緩和している。

そして上記従来の半導体圧力センナは組み立てる場合、
ステム１０１にキャップ１０９を取り付ける前に、まず
ステム、１０１側に台座１０２、シリコンダイヤフラム
チップ１０４、取付用リードピン１０７、ワイヤ１０８
および圧力導入パイプ１１４などを取り付けておく。次
に封止穴１１１を封止していない状態でキャップ１０９
をステム１０１に取り付け、圧接または溶接などの手段
でステム１０１の外周部１１０に封着接合する。この接
合後、真空中においてキャップ１０９内の空気を抜くと
同時に封止穴１１１をハンダ１１２で密閉封着する。す
るとキャップ１０９内に真空チャンバー１１３が形成さ
れて組み立てられる。

したがって、この半導体圧力センサではシリコンダイヤ
フラムチップ１０４のダイヤフラム１０６を真空チャン
バー１１３の中に収納しているので、この真空圧を基準
圧として圧力導入パイプ１１４から導入する流体を絶対
圧で測定できる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記従来の半導体圧力センサを用いた圧力
変換器では、ステム１０１や、台座１０２とステム１０
１間の接合剤１０３からシリコンダイヤフラムチップ１
０４に及ぼす熱応力の影響が大きく、この熱応力がシリ
コンダイヤフラムチップ１０４に歪みを与える。このた
めダイヤフラム１０６に形成したホイーストンブリッジ
抵抗の値が温度によってばらつき、これに伴い圧力検出
特性も大きくばらつく欠点があった。この問題は主にシ
リコンダイヤフラムチップ１０４、ステム１０１、台座
１０２および接合剤１０３の熱膨張係数の違いに起因す
るものである。

このため従来の半導体圧力センサの構造では、上述した
ように台座１０２にシリコンダイヤフラムチップ１０４
とできるだけ近似する熱膨張係数を有した材質を用いる
とともに、ステム１０１からの熱応力を緩和する目的で
台座１０２の厚みを高くしたり、あるいは台座１０２に
切り欠き溝１０５を設げるなどの手段を症している。こ
の結果、台座１０２の加工性が悪く、また接合する箇所
が多くなるため作業性も悪くコスト高になるばかりか信
頼性も低下していた。

またキャップ１０９で真空チャンバー１１３を形成する
作業が難しく、さらにキャップ１０９が不透明材で形成
されているので組立後に真空チャンバー１１３の内部を
目視点検することができなかった。

本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、
圧力検出特性を改善するとともに構造を単純化して信頼
性の向上と品質の安定化およびコスト低減を図ることの
できる半導体圧力センサを提供することを目的とするも
のである。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上記目的を達成するために、変形を検出して電
気信号を出力する手段を有する感圧ダイヤフラム面を設
けた半導体単結晶感圧ダイヤフラムチップと、透視ガラ
ス材で形成されて前記感圧ダイヤフラム面上に真空チャ
ンバーを形成したキャップとを備えた構成にしたもので
ある。

作用 したがって本発明によれば、キャップの材質をガラスに
しているので、キャンプをガラスハンダする際の信頼性
が向上する。またキャップで真空チャンバーを形成する
際に、真空中でキャップをガラスハンダして真空チャン
バーを形成する方法と、予めキャップに真空引き部を形
成しておきガラスハンダ封着後に真空引きをして熱封着
をする方法などを採用することができる。また透視ガラ
スでキャンプを形成しているので、キャップ内部の目視
点検が可能になる。

実施例 第１図乃至第２図は本発明の一実施例の構成を示すもの
である。第１図乃至第２図において、１は中央部分に貫
通穴２を設けたステムで、貫通穴２を囲んだ周囲に合計
４個のリードピン取付穴３を設けてガラスまたはシリコ
ン材などで一体成形されている。４は中央に圧力導入孔
５を設けた圧力導入パイプで、貫通穴２に圧力導入孔５
を対応させてステム１にロウ付は接合している。６は取
付穴３に取り付けているリードピンで、一端ガステム１
の上面から突出し他端が下面から突出した状態で４個の
取付穴３に個々に配置し、さらに封着ガラス７でハーメ
チック封着されている。８はステム１と近似する熱膨張
係数を有した材質で形成している台座で、貫通穴２に対
応した貫通穴９を有し、また貫通穴２と貫通穴９とを対
応させた状態でステム１上に接合剤１０を用いて封着さ
れている。１１は中央に圧力検出用ホイーストンブリッ
ジ抵抗を形成してなる感圧ダイヤフラム面１２を有した
半導体単結晶感圧ダイヤフラムチップである。この感圧
ダイヤフラムチップ１１はステム１および台座８と近似
する熱膨張係数を有したガラスまたはシリコンなどで形
成されており、感圧ダイヤフラム面１２を貫通穴９に対
応させた状態で台座８上に封着接合されている。１３は
感圧ダイヤフラム面１２上に形成した圧力検出用ホイー
ストンブリッジ抵抗とリードピン６とを電気接合した金
線などのワイヤーである。１４は透視ガラス材で形成し
たキャップで、ステム１の外用部分に形成している環状
溝１５内に端部を入れた後、ガラスハンダによって環状
溝１５内で封着接合されている。そしてキャップ１４を
取り付ける場合、圧力導入パイプ４、台座８、感圧ダイ
ヤフラムチップ１１、ワイヤ１３、リードピン６などを
ステム１に取り付けた後、このステム１とキャップ１４
を真空中に配置させ、この真空中においてガラスハンダ
している。したがってステム１の上面にキャップ１４で
真空チャンバー１６が形成され、この真空チャンバー１
６で圧力測定時の基準圧を作る。そして、この基準圧が
０であることから圧力を絶対圧で測定することができる
尖りにしている。

次に上記実施例の測定方法と動作について説明する。

上記実施例において、例えば内燃機関の吸入空気圧を測
定する場合は圧力導入パイプ４の他端を吸気マニホール
ドの吸気孔に接続する。すると、この接続で感圧ダイヤ
フラムチップ１１の感圧ダイヤフラム面１２にマニホー
ルド吸気孔からの流体が圧力導入パイプ４内を通って導
入され、これにより感圧ダイヤフラム面１２に歪を与え
る。そして歪が感圧ダイヤフラム面１２上に形成した圧
力検出用ホイーストンブリッジ抵抗系の抵抗値を変化さ
せ、この信号がリードプン６を通して外部に取り出され
る。すなわち、この抵、抗値を知ることにより吸気マニ
ホールド内の絶対圧を知ることができる。

したがって、この構造ではキャップ１４を透視ガラスで
形成しているので組立完成後もキャップ１４内に配置さ
れたワイヤ１３の接続状態や、感圧ダイヤフラムチップ
１１、台座８の封着接合状態などを外から目視すること
ができる。この結果、組立完成後であっても内部点検を
目視で行なうことができるので、品質が向上し、また信
頼性も得られる。さらにキャップをガラス材で形成して
いるので、ガラスハンダによる封着ができ真空チャンバ
ー１６の形成が容易になる。

次に第３図乃至第４図は本発明の他の実施例の構成を示
すものである。第３図乃至第４図において第１図乃至第
２図と同一符号を付したものは第１図乃至第２図と同一
のものを示している。そして、この実施例ではキャップ
１４の頂部に真空引き部１７を続け、この真空引き部１
７でキャップ１４内の空気を抜いた後真空引き部１７を
熱封着させて真空チャンバー１６を形成するように構成
したもので、その他の構造および測定方法は第１図乃至
第２図に示した実施例と同じである。

発明の効果 本発明は上記実施例により明らかのように、キャップの
材質をガラスにしている。ので、キャップをガラスハン
ダで封着する作業が簡単になり、かつ真空度が向上して
センサとしての安定した出力特性が得られる。この透視
ガラス材でキャップを形成しているので、キャップの取
り付は後でもキャップ内部を目視することができ、点検
が容易になる。この結果、信頼性の向上と品質の安定化
およびコスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る半導体圧力センサの上
面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第３図
は本発明の他の実施例に係る半導体圧力センサの上面図
、第４図は第３図のＢ−Ｂ線に溢う断面図、第５図は従
来の半導体圧力センサの一例を示した断面図である。 ■・・・ステム、４・・・圧力導入パイプ、６・・・リ
ードピン、訃・・台座、１１・・・感圧ダイヤフラムチ
ップ、１２・・・感圧ダイヤフラム面、１３・・・ワイ
ヤ、１４・・・キャップ、１６・・・真空チャンバー、
１７・・・真空引き部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名：　
　；　１１１　！ｉｊ！ 一捗−＜ＩＱ：ｌミミう＝ミ ｆ 〜） ＼　　　　＼５ 彎） ＼ 第３図 第４図　　　　　　　１７−真室！１さ部第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 変形を検出して電気信号を出力する手段を有する感圧ダ
   イヤフラム面を設けた半導体単結晶感圧ダイヤフラムチ
   ップと、透視ガラス材で形成されて前記感圧ダイアフラ
   ム面上に真空チャンバーを形成したキャップとを備える
   構成にした半導体圧力センサ。