JPH02248831A

JPH02248831A - 半導体圧力センサ

Info

Publication number: JPH02248831A
Application number: JP7089489A
Authority: JP
Inventors: Shogo Asano; 浅野　勝吾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1990-10-04

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
、エギゾースト圧などを検出する場合に用いる半導体圧
力センサに関する。

従来の技術近年、自動車などの燃料の節約や排気対策などの社会的
要請に伴い、マイクロコンピュータによるエンジンの電
子式燃料噴射制御、点火時期制御、排気ガスの還流量の
制御などを種々のセンサを用いて行うようになっている
。

このエンジンの電子制御において、大気圧やマニホール
ド内の絶対圧を正確に検出することは極めて重要なこと
であり、したがって、信頼性の高い圧力センサの要求に
応じるために、種々の改良された圧力センサが提案され
ている。

第２図は、従来の半導体圧力センサの側面断面図を示す
。

第２図において、１０１はステム、１０２は台座であり
、ステム１０１と台座１０２の中心部は共に空洞であり
、また、台座１０２は、接合剤１０３を介してステム１
０１上に固定されている。１０４は、台座１０２上に取
り付けられたシリコンダイヤフラムチップであり、この
チップ１０４は、圧力検出用のホイートストンブリッジ
抵抗が形成されたダイヤフラム１０６を有する。１０５
は、ステム１０１からの熱応力を緩和するために台座１
０２に形成された切り欠き溝である。

１０７は、ステム１０１を貫通して取り付けられたリー
ドビンであり、リードビン１０７とシリコンダイヤフラ
ム１０４のブリッジ電極は、導電性のワイヤ１０８を介
して接続されている。尚、ステム１０１とリードビン１
０７の隙間は、ガラス１１５によりハーメチックシール
されている。　１０９は、ステム１０１上に取り付けら
れたシリコンダイヤフラム１０４と台座を覆って真空チ
ャンバ１１３を形成するためのキャップであり、キャッ
プ１０９の中央には予め封止穴１１１が形成される。

１１４は、外部の流体をその先端開口からステム１０１
、台座１０２内を通ってシリコンダイアフラムチップ１
０４の下面に導く圧力導入バイブであり、このバイブ１
１４は、ステム１０１の下面にろう付けなどにより固定
されている。尚、台座１０２は、シリコンダイアフラム
チップ１０４と近似する熱膨脹係数を有する材料で形成
され、切り欠き溝１０５ともにステム１０１からの熱応
力を緩和している。

上記従来の半導体圧力センサを組み立てる場合、ステム
１０１にキャップを取り付ける前に、まずステム１０１
側に台座１０２、シリコンダイアフラムチップ１０４、
取付用リードビン１０７、ワイヤ１０８及び圧力導入バ
イブ１１４などを取り付ける。

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、圧接又は溶接などの
手段によりステム１０１の外周部に封着接合する。

この接合後、真空中においてキャップ１０９内の空気を
抜（と同時に封止穴１１１をはんだ１１２で密着封着す
ると、キャップ１０９内に真空チャンバ１１３が形成さ
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
アフラムチップ１０４のダイヤフラム１０６を真空チャ
ンバ１１３の中に収納しているので、この真空圧を基準
圧として圧力導入バイブ１１がら導入される流体を絶対
圧で測定することができる。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記従来の半導体圧力センサを用いた圧
力変換器では、基本的に一個のセンサで一つの絶対圧し
か測定できず、また、ステム１０１や、台座１０２とス
テム１０１間の接合剤１０３がらジノコンダイアフラム
チップ１０４に歪みを与えるので、ダイヤフラム１０６
に形成されたホイートストンブリッジ抵抗の値が温度に
よってばらつき、これによって圧力検出特性も太き（ば
らつくという問題点がある。

尚、この問題点は主に、シリコンダイアフラムチップ１
０４、ステム１０１、台座１０２及び接合剤１０３の熱
膨脹係数の違いに起因するものである。

したがって、上記従来の半導体圧力センサでは、台座１
０２としてシリコンダイアフラムチップ１０４とできる
だけ近似する熱膨脹係数を有する材料を用いるとともに
、ステム１０１からの熱応力を緩和するために、台座１
０２の厚みを高（したり、或は台座１０２に切り欠き溝
１０５を設けるなどの手段を施すので、台座１０２の加
工性が悪く、また接合箇所が多くなるので作業性も悪く
、コスト高になるばかりか信頼性も低下するという問題
点がある。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、圧力検出特性を改善
し、かつ構造を単純化して信頼性の向上と品質の安定化
を図ることができる半導体圧力センサを提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段本発明は上記目的を達成するために、ダイヤフラムが形
成された半導体単結晶チップと、この半導体単結晶チッ
プと近似する熱膨脹係数を有する材料で貫通孔を備える
ように形成され、その貫通孔の上端開口に半導体単結晶
チップが接合される台座と、半導体単結晶チップと近似
する熱膨脹係数を有する材料で、台座の貫通穴と対応す
るように貫通孔を備え、台座の下端が接合される凹部が
形成されたステムと、このステムの凹部の裏側にフィル
タを介して接合される圧力導入パイプとを備えたもので
ある。

作用本発明は上記構成により、台座とステムが°ともに、半
導体単結晶チップと近似する熱膨脹係数を有する材料で
形成されているので、圧力検出特性を改善し、かつ構造
を単純化して信頼性の向上と品質の安定化を図ることが
できる。

実施例以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
（ａ）は、本発明に係る半導体圧力センサの一実施例を
示す平面図、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）の線Ｘ−Ｘ
に沿った断面図、第１図（ｃ）は、第１図（ａ）の線Ｙ
−Ｙに沿った断面図である。

第１図において、１は、金属がプレス成形されたステム
であり、ステム１の底部には、貫通穴１７ａ、１７ｂを
有する凹部１２ａ、１２ｂが形成されるとともに、パイ
プ１３．１４．１５．１６の外周部がろう付けなどによ
り気密固定されている。

パイプ１３〜１６の穴にはそれぞれ、電源供給用リード
ビン１８、出力用リードビン１９．２０、アース用リー
ドビン２１がステム１の上下面にそれぞれ突出するよう
に、封着ガラス４により絶縁かつハーメチックで固定さ
れている。１１は、各リードビン１８〜２１に装着され
た貫通コンデンサである。

ステム１の凹部１２ａ、１２ｂの裏側には、圧力導入孔
２２ａ、２２ｂを有する圧力導入バイブ３ａ、３ｂが溶
接等により気密固定され、ステム１の凹部１２ａ、１２
ｂ内にはそれぞれ、台座８ａ、８ｂが接合剤により固定
されている。

台座８ａ、８ｂにはそれぞれ、ステム１の貫通穴１７ａ
、１７ｂに対応する貫通穴７ａ、７ｂが形成され、した
がって、その貫通穴７ａ、７ｂと、ステム１の貫通穴１
７ａ、１７ｂと、フィルタ６ａ、６ｂと、圧力導入バイ
ブ３ａ、３ｂの圧力導入孔２２ａ、２２ｂがそれぞれ連
通した一体の貫通穴となる。

２３ａ、２３ｂはともに、シリコンダイヤフラムチップ
などの半導体単結晶チップであり、半導体単結晶チップ
２３ａ、２３ｂをそれぞれ台座８ａ、８ｂの上端に取り
付けることにより、ダイヤフラム２４ａ、２４ｂがそれ
ぞれ台座８ａ、８ｂの上端開口を封止し、この封止した
ダイヤフラム２４ａ、２４ｂを２つの流体の圧力印加部
にしている。尚、ステム１と台座８ａ、８ｂは、半導体
単結晶チップ２３ａ、２３ｂの熱膨脹係数と近似する材
料で形成される。

２５は、半導体単結晶チップ２３ａ、２３ｂのブノッジ
電極と、ステム１上に接着された基板１０の温度補償や
増幅用の回路を接続する導電性ワイヤ、２は、ステム１
上に台座８ａ、８ｂ、半導体単結晶チップ２３ａ、２３
ｂ、導電性ワイヤ２５を取り付けた後、これらの部材を
覆うようにステム１上に取り付けて真空チャンバ２６を
形成するためのキャップである。

上記構成に係る半導体圧力センサを組み立てる場合は、
キャップ２を取り付ける前に、まずパイプ１３〜１６、
リードビン１８〜２１をステム１に取り付け、また、半
導体単結晶チップ２３ａ、２３ｂをそれぞれ取り付けた
台座８ａ、８ｂをステム１に取り付ける。

次いで、フィルタ６ａ、６ｂを装着した圧力導入バイブ
３ａ、３ｂを溶接などによりステム１に固定するととも
に、基板１０とワイヤ２５などを取り付け、真空中で圧
接又は溶接などにより、キャップ２をステム１上の外周
部に封着接合する。したがって、キャップ２内に真空チ
ャンバ２６が形成され、真空チャンバ２６内の圧力が基
準圧になる。

次に、上記実施例の動作を説明する。

上記実施例において、例えば内燃機関の吸入空気圧を測
定する場合に、例えば圧力導入バイブ３ａをマニホール
ドの吸気孔に接続し、吸気マニホールドの吸気孔からの
流体の圧力が圧力導入バイブ３ａの貫通穴２２ａ、ステ
ム１の貫通穴１７ａ、台座８ａの貫通穴７ａを介してダ
イヤプラム２４ａの圧力印加部に印加されるようにし、
他方、大気が他方の圧力導入パイプ３ｂの貫通穴２２ｂ
に通じるようにし、大気圧が他方のダイヤフラム２４ｂ
の圧力印加部に印加されるようにする。

吸気マニホールドの吸気孔からの流体の圧力と大気圧が
それぞれ、ダイヤフラム２４ａ、２４ｂに歪みを与え、
ダイヤフラム２４ａ、２４ｂに形成された圧力検出用ホ
イートストンブリッジの抵抗値を変化させ、圧力検出信
号が出力用リードビン１９．２０を介して取り出される
。

したがって、上記実施例によれば、ダイヤフラム２４ａ
、２４ｂを境に圧力印加側と真空チャンバ２６　（ｉｌ
ｌＩとが反対に位置するので、２つの流体の絶対圧を同
時に測定することができる。

また、上記実施例では、ステム１と、台座８ａ、８ｂと
半導体単結晶チップ２３ａ、２３ｂが近似の熱膨脹係数
を有する材料で形成されているので、温度変化時にステ
ム１と、台座８ａ、８ｂ半導体単結晶チップ２３ａ、２
３ｂに及ぼす熱応力の影響を少なくすることができ、し
たがって、ダイヤフラム２４ａ、２４ｂに形成された圧
力検出用ホイートストンブリッジの抵抗値の熱応力によ
る変動差がなくなり、圧力センサとしての特性が安定す
る。

更に、圧力導入パイプ３ａ、３ｂがそれぞれ、フィルタ
６ａ、６ｂを介してステムｌに取り付けられているので
、圧力導入パイプ３ａ、３ｂの先端を直接エンジンの吸
気ホースに接続することができ、また、温度補償や増幅
用の回路基板１０が内蔵されているので、トランスデユ
ーサ自体がセンサとして機能し、したがって、従来外付
けされていた圧力検出回路の部品点数が少なくなるとと
もに、効率的に回路を組み立てることができ、信頼性が
向上する。

発明の詳細な説明したように、本発明は、ダイヤフラムが形成され
た半導体単結晶チップと、この半導体単結晶チップと近
似する熱膨脹係数を有する材料で貫通孔を備えるように
形成され、その貫通孔の上端開口に半導体単結晶チップ
が接合される台座と、半導体単結晶チップと近似する熱
膨脹係数を有する材料で、台座の貫通穴と対応するよう
に貫通孔を備え、台座の下端が接合される凹部が形成さ
れたステムと、このステムの凹部の裏側にフィルタを介
して接合される圧力導入パイプとを備えたので、圧力検
出特性を改善し、かつ構造を単純化して信頼性の向上と
品質の安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明に係る半導体圧力センサの一実
施例を示す平面図、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）の線
Ｘ−Ｘに沿った断面図、第１図（ｃ）は、第１図（ａ）
の線Ｙ−Ｙに沿った断面図図、第２図は、従来の半導体
圧力センサを示す断面図である。１・・・ステム、２・・・キャップ、３ａ、３ｂ・・・
圧力導入パイプ、６ａ、６ｂ・・・フィルタ、７ａｌ　
７ｂｌ　２２ａ、２２ｂ・・・貫通孔、８ａ、８ｂ・・
・台座、１０　・・・基板、１２ａ、１２ｂ−凹部、２
３ａ、２３ｂ・・・半導体単結晶チップ、２４ａ、２４
ｂ・・・ダイヤフラム、２６・・・真空チャンバ。第１図（久）Ｙ−’−１（ｅ）代テ人の片名

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ダイヤフラムが形成された半導体単結晶チップと
、前記半導体単結晶チップと近似する熱膨脹係数を有する
材料で貫通孔を備えるように形成され、その貫通孔の上
端開口に前記半導体単結晶チップが接合される台座と、前記半導体単結晶チップと近似する熱膨脹係数を有する
材料で、前記台座の貫通穴と対応するように貫通孔を備
え、前記台座の下端が接合される凹部が形成されたステ
ムと、前記ステムの凹部の裏側にフィルタを介して接合される
圧力導入パイプとを有する半導体圧力センサ。
（２）前記半導体単結晶チップと、台座と、圧力導入パ
イプを２つ備えた請求項（１）記載の半導体圧力センサ
。
（３）前記半導体単結晶チップにより検出された圧力検
出信号を温度補償し、増幅する回路部品が実装された基
板を前記ステム上に取り付けた請求項（１）又は（２）
記載の半導体圧力センサ。