JPH03201336A - 圧力センサパッケージ - Google Patents
圧力センサパッケージInfo
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- JPH03201336A JPH03201336A JP2052876A JP5287690A JPH03201336A JP H03201336 A JPH03201336 A JP H03201336A JP 2052876 A JP2052876 A JP 2052876A JP 5287690 A JP5287690 A JP 5287690A JP H03201336 A JPH03201336 A JP H03201336A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/145—Housings with stress relieving means
- G01L19/146—Housings with stress relieving means using flexible element between the transducer and the support
-
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
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。
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、一般に、応力感知半導体を内蔵する圧力感知
装置に関し、特に、よう低価格でよシ高い性能を得るた
めに、エラストマー接着剤から成る連続する周囲ビード
の間に半導体ダイか装着されているような改良された湿
対湿式圧力センサバツケージに関する。
装置に関し、特に、よう低価格でよシ高い性能を得るた
めに、エラストマー接着剤から成る連続する周囲ビード
の間に半導体ダイか装着されているような改良された湿
対湿式圧力センサバツケージに関する。
これ筐で、様々な用途に適用するための多様な圧力変換
器が開発されているが、そのような変換器の多くは、片
面に圧電抵抗素子が装着されている感圧シリコンダイを
内蔵する。圧電抵抗素子は、圧力に応答してダイかたわ
んだときに、対応する電気信号を発生する。感圧シリコ
ンダイを適正に装着することは変換器の性能に関して重
大な意味をもっている。
器が開発されているが、そのような変換器の多くは、片
面に圧電抵抗素子が装着されている感圧シリコンダイを
内蔵する。圧電抵抗素子は、圧力に応答してダイかたわ
んだときに、対応する電気信号を発生する。感圧シリコ
ンダイを適正に装着することは変換器の性能に関して重
大な意味をもっている。
そのような種類の変換器の１つが、いわゆる「湿対湿式
」圧力変換器であう、この場合、ダイは、それと直接に
接触している２つの流体圧力媒体の間でダイアフラムと
して作用する。このような変換器は医療用や自動車用、
自動販売機用などに様々に使用されている。この種の圧
力変換器では、ダイは、必要な機械的支持体を形成する
ばかシでなく、特定の用途に応じた流密シールをも構成
するように装着されｉければならない。ダイは流体媒体
と直接接触しているので、保護被覆膜を設ける場合が多
いのであるが、この被覆膜は感度と繰返し精度に影響を
及ぼすことがある。従って、最良の性能を得るためには
、ダイに外から加わる応力をできる限シ少なくすると共
に、必要な機械的支持体と流体シールを構成するという
条件を満た・すように、ダイを装着することが特に望号
しい。
」圧力変換器であう、この場合、ダイは、それと直接に
接触している２つの流体圧力媒体の間でダイアフラムと
して作用する。このような変換器は医療用や自動車用、
自動販売機用などに様々に使用されている。この種の圧
力変換器では、ダイは、必要な機械的支持体を形成する
ばかシでなく、特定の用途に応じた流密シールをも構成
するように装着されｉければならない。ダイは流体媒体
と直接接触しているので、保護被覆膜を設ける場合が多
いのであるが、この被覆膜は感度と繰返し精度に影響を
及ぼすことがある。従って、最良の性能を得るためには
、ダイに外から加わる応力をできる限シ少なくすると共
に、必要な機械的支持体と流体シールを構成するという
条件を満た・すように、ダイを装着することが特に望号
しい。
エラストマーマウント部を有する圧力変換器も、これ筐
でに、利用できるようになっている。たとえば、本発明
の譲受人であるＨｏｍｅ）ｒｗｅｌｌ Ｉｎｃ・に譲
渡されたＲｏｓｅｎｂｅｒｇｅｒの米国特許第４，６５
６．４５４号には、ハウジングの対向する部分に嵌合さ
れ、予備形成されたエラストマーリングシールの間にタ
イが挾持されているような湿対湿式圧力センナが示され
ている。この圧力変換器はきわめて適切に機能するが、
利用されている特定の種類のマウント部にはいくつかの
欠点がある。シリコンダイは絶えず応力を受けてカシ、
そのため、感度がそこなわれる。予備形成されたニジス
トマーシールの製造時のわずかなばらつき及び／又はパ
ッケージの組立て時の変動が応力をさらに大きくしてし
まうと考えられ、その結果、適正な流体シールに影響が
及び、感度はさらに低下する。また、マウント部の構成
は、実質的には、ダイの露出した回路素子の上に保護被
覆膜を設けることを必要とするものでろｂｌそれによっ
て、ヒステリシス効果が増大するので、繰返し精度と性
能は低下する。この点に関して、Ｇｌｅｎｎの米国特許
第４．６６５，７５４号、Ｌｅの第４．６５８，６５１
号及びＫｅｌｌｃｒの第４，３７３，３９７号も、従来
の技術を代表するものである。
でに、利用できるようになっている。たとえば、本発明
の譲受人であるＨｏｍｅ）ｒｗｅｌｌ Ｉｎｃ・に譲
渡されたＲｏｓｅｎｂｅｒｇｅｒの米国特許第４，６５
６．４５４号には、ハウジングの対向する部分に嵌合さ
れ、予備形成されたエラストマーリングシールの間にタ
イが挾持されているような湿対湿式圧力センナが示され
ている。この圧力変換器はきわめて適切に機能するが、
利用されている特定の種類のマウント部にはいくつかの
欠点がある。シリコンダイは絶えず応力を受けてカシ、
そのため、感度がそこなわれる。予備形成されたニジス
トマーシールの製造時のわずかなばらつき及び／又はパ
ッケージの組立て時の変動が応力をさらに大きくしてし
まうと考えられ、その結果、適正な流体シールに影響が
及び、感度はさらに低下する。また、マウント部の構成
は、実質的には、ダイの露出した回路素子の上に保護被
覆膜を設けることを必要とするものでろｂｌそれによっ
て、ヒステリシス効果が増大するので、繰返し精度と性
能は低下する。この点に関して、Ｇｌｅｎｎの米国特許
第４．６６５，７５４号、Ｌｅの第４．６５８，６５１
号及びＫｅｌｌｃｒの第４，３７３，３９７号も、従来
の技術を代表するものである。
このように、必要な流体シールを構成するという条件を
満たすと同時に、ダイに不要な応力が加わるのを防ぎ且
つ露出した回路素子を流体媒体との接触による腐食から
保護して、感度及び性能を向上させることができるよう
なよう良いエラストマーマウント部を有する改良された
湿対湿式圧力センナが必要になっているのである。
満たすと同時に、ダイに不要な応力が加わるのを防ぎ且
つ露出した回路素子を流体媒体との接触による腐食から
保護して、感度及び性能を向上させることができるよう
なよう良いエラストマーマウント部を有する改良された
湿対湿式圧力センナが必要になっているのである。
本発明は、従来の技術と関連する上記の問題点及びその
他の問題点を克服する圧力センサパッケージから成る。
他の問題点を克服する圧力センサパッケージから成る。
本発明によれば、−・ウジングの内部でエラストマーマ
ウント部により支持される感圧シリコンチップ、すｉわ
ち、ダイを具備する改良された湿対湿式圧力センサバツ
ケージが提供される。エラストマーマウント部はダイを
外部の応力から隔離し、必要な流体シールを構成すると
共に、露出した回路素子を保護して、感度、繰返し精度
及び縮性能を向上させる。ダイは、ハウジングの同じ部
分で、エラストマー接着剤から成る２つの連続する周囲
ビードの間に、ハウジングの他のどの部分とも重なり合
い又は直接の接触を生じることなく装着される。
ウント部により支持される感圧シリコンチップ、すｉわ
ち、ダイを具備する改良された湿対湿式圧力センサバツ
ケージが提供される。エラストマーマウント部はダイを
外部の応力から隔離し、必要な流体シールを構成すると
共に、露出した回路素子を保護して、感度、繰返し精度
及び縮性能を向上させる。ダイは、ハウジングの同じ部
分で、エラストマー接着剤から成る２つの連続する周囲
ビードの間に、ハウジングの他のどの部分とも重なり合
い又は直接の接触を生じることなく装着される。
以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。
図面中、同じ図中符号はいくつかの図を通して同様のｌ
Ｐｍ又は対応する要素を示す。図面には、本発明の改良
された湿対湿式圧力センサバツケージ１０が示されてい
る。以下にさらに詳細に説明するが、圧力センサパッケ
ージ１０ば、応力を隔離し、流体シールを形成し且つ露
出した回路素子を保護するためにエラストマー接着剤か
ら成る周囲ビードに取付けられた感圧素子を含む。
Ｐｍ又は対応する要素を示す。図面には、本発明の改良
された湿対湿式圧力センサバツケージ１０が示されてい
る。以下にさらに詳細に説明するが、圧力センサパッケ
ージ１０ば、応力を隔離し、流体シールを形成し且つ露
出した回路素子を保護するためにエラストマー接着剤か
ら成る周囲ビードに取付けられた感圧素子を含む。
圧力センサパッケージ１０はハウジング１２を具備し、
図示されてしる形態によれば、このハウジング１２は、
周囲を取囲んでいる側壁１Ｂにより互いに離間する関係
で結合された対向するカバー１４及び１６を含む。ハウ
ジング１２は、その内部に、狭いナヤンパを規定してい
る。上部カバー１４は、外側端部から上部カバーを貫通
して内側端部の凹部２２に至る軸方向ポート、すなわち
、孔２０を含む。上部カバー１４の外面の周囲には、圧
力を監視すべき流体の供給源まで延出するある長さの導
管２６の一端を受入れ且つ固着するための複数の長手方
向リブ２４が設けられている。図示されるような好まし
い実施例においては、下部カバー１６は軸方向ポート、
すなわち、孔２８と、凹部３０と、外面の長手方向リプ
３２とを含む全く同じ構成を有する。別の流体源から下
部カバー１６に、別の導管（図示せず）が接続される。
図示されてしる形態によれば、このハウジング１２は、
周囲を取囲んでいる側壁１Ｂにより互いに離間する関係
で結合された対向するカバー１４及び１６を含む。ハウ
ジング１２は、その内部に、狭いナヤンパを規定してい
る。上部カバー１４は、外側端部から上部カバーを貫通
して内側端部の凹部２２に至る軸方向ポート、すなわち
、孔２０を含む。上部カバー１４の外面の周囲には、圧
力を監視すべき流体の供給源まで延出するある長さの導
管２６の一端を受入れ且つ固着するための複数の長手方
向リブ２４が設けられている。図示されるような好まし
い実施例においては、下部カバー１６は軸方向ポート、
すなわち、孔２８と、凹部３０と、外面の長手方向リプ
３２とを含む全く同じ構成を有する。別の流体源から下
部カバー１６に、別の導管（図示せず）が接続される。
好ましい実施例では、ハウジング１２のカバー１４及び
１６は同じものである。それぞれのカバー１４及び１６
はテーバ形の外側端部と、直径の大きな内側端部とを有
し、内側端部の外面には、側壁１８を受入れる段部を規
定するために、切欠きが形成されている。カバー１４及
び１６と、側壁１８とは適切な熱可堕性樹脂から成形さ
れ、超音波溶接用接着剤又はその他の適切な手段によっ
て一体に固着されるのが好ましい。
１６は同じものである。それぞれのカバー１４及び１６
はテーバ形の外側端部と、直径の大きな内側端部とを有
し、内側端部の外面には、側壁１８を受入れる段部を規
定するために、切欠きが形成されている。カバー１４及
び１６と、側壁１８とは適切な熱可堕性樹脂から成形さ
れ、超音波溶接用接着剤又はその他の適切な手段によっ
て一体に固着されるのが好ましい。
特に第２図及び第３図を参照して説明すると、下部カバ
ー１６の内側には応力感知チップ又はダイ３４が完全に
支持されている。詳細にいえば、ダイ３４は、シリコン
などの半導体材料から成るほぼ長方形又は矩形のチップ
であり、周縁部３６と、ダイアフラム３８を形成する肉
薄の中央円形領域とを有する。圧電抵抗器と、他の導電
領域とから成る構成を形成するために、ダイ３４の上面
４０には不純物が添加されている。周縁部３６の上面に
は接点パッド４２や、その他の露出された回路素子が配
置されている。
ー１６の内側には応力感知チップ又はダイ３４が完全に
支持されている。詳細にいえば、ダイ３４は、シリコン
などの半導体材料から成るほぼ長方形又は矩形のチップ
であり、周縁部３６と、ダイアフラム３８を形成する肉
薄の中央円形領域とを有する。圧電抵抗器と、他の導電
領域とから成る構成を形成するために、ダイ３４の上面
４０には不純物が添加されている。周縁部３６の上面に
は接点パッド４２や、その他の露出された回路素子が配
置されている。
ダイ３４は、ニジストマー接着剤から成る２つの連続す
るビード４６及び４８によυ構成されたエラストマーマ
ウント部４４の内部に支持されている。詳細にいえば、
エラストマー接着剤から成る下方のビード４６は、ダイ
３４の下方周縁部３６と、下部カバー１６の凹部３０と
に沿って延出している。尚、この凹部３０は、ダイと凹
部との接触又は接合を回避するために、ダイ３４よシ相
対的に大きい。エラストマー接着剤から成る上方のビー
ド４Ｂは、ダイ３４の上方周縁部３６と、金属リードフ
レーム５０の内側端部と、下部カバー１６の中間部分と
に沿って延出している。尚、上方ビード４８は接点パッ
ド４２及びその他の露出した回路素子と、ダイ３４上の
接点パッドを、下部カバー１６の内側端部に成形されて
いるリードフレーム５０と接続するツイヤボンド５２と
をさらに被覆し、それにより、それらの部分を保護して
＞、６、露出した回路素子を腐食から守っている。
るビード４６及び４８によυ構成されたエラストマーマ
ウント部４４の内部に支持されている。詳細にいえば、
エラストマー接着剤から成る下方のビード４６は、ダイ
３４の下方周縁部３６と、下部カバー１６の凹部３０と
に沿って延出している。尚、この凹部３０は、ダイと凹
部との接触又は接合を回避するために、ダイ３４よシ相
対的に大きい。エラストマー接着剤から成る上方のビー
ド４Ｂは、ダイ３４の上方周縁部３６と、金属リードフ
レーム５０の内側端部と、下部カバー１６の中間部分と
に沿って延出している。尚、上方ビード４８は接点パッ
ド４２及びその他の露出した回路素子と、ダイ３４上の
接点パッドを、下部カバー１６の内側端部に成形されて
いるリードフレーム５０と接続するツイヤボンド５２と
をさらに被覆し、それにより、それらの部分を保護して
＞、６、露出した回路素子を腐食から守っている。
リードフレーム５０の内側端部は下部カバー１６に固着
されるが、リードフレーム５０の外側端部は、制御回路
（図示せず）のワイヤ５４への接続のために、ハウジン
グ１２の外へ延出してしる。
されるが、リードフレーム５０の外側端部は、制御回路
（図示せず）のワイヤ５４への接続のために、ハウジン
グ１２の外へ延出してしる。
好ましい実施例においては、エラストマービード４６及
び４８は、ＧＥ自然加硫（ＲＴｖ）シリコーンゴムｎｏ
、１６２などの柔軟なエラストマー接着剤から形成され
る。流体環境が敵性、すなわち、腐食性のものである場
合には、ＧＥフルオロシリコーンを使用することができ
る。
び４８は、ＧＥ自然加硫（ＲＴｖ）シリコーンゴムｎｏ
、１６２などの柔軟なエラストマー接着剤から形成され
る。流体環境が敵性、すなわち、腐食性のものである場
合には、ＧＥフルオロシリコーンを使用することができ
る。
図示されるように、圧力センサパッケージ１０は、ハウ
ジング１２のポート２０及び２８にそれぞれ接続される
２つの流体の相対圧力差を感知する。しかしながら、必
要に応じて、ポート２８を密閉し、ポート２８の内部に
真空基準を発生させるようにその内部を真空排気するこ
とによう、ポート２０に接続される流体の絶対圧力、す
ｉわち、ゲージ圧を感知するように、センサパッケージ
１０を変形することができる。
ジング１２のポート２０及び２８にそれぞれ接続される
２つの流体の相対圧力差を感知する。しかしながら、必
要に応じて、ポート２８を密閉し、ポート２８の内部に
真空基準を発生させるようにその内部を真空排気するこ
とによう、ポート２０に接続される流体の絶対圧力、す
ｉわち、ゲージ圧を感知するように、センサパッケージ
１０を変形することができる。
１８種類の抜取単位によって得た実験結果は、このセン
サパッケージ１０の性能の向上を確証している。本発明
の圧力センサパッケージと、米国特許第４６５６．４５
４号に示されているＭｏｄｅｌ １６ＰＣとについて
、１ｐａｉ及び１７ｐｓｉで直接比較試験を実施した。
サパッケージ１０の性能の向上を確証している。本発明
の圧力センサパッケージと、米国特許第４６５６．４５
４号に示されているＭｏｄｅｌ １６ＰＣとについて
、１ｐａｉ及び１７ｐｓｉで直接比較試験を実施した。
ヒステリシスに重点を置いたが、試験の結果は次の通う
であった。
であった。
零点シフト ±４．０ ｍｖ Ｏ〜１．８
６ ｍｖ（０１５０℃） 逆、 ＯＡＯ℃） （最悪の単位で０１６％ Ｆ、Ｓ、Ｏ，） 直線性 ±０．５０％Ｆ、Ｓ、Ｏ，最悪の単位
テ０２０ Ｔ。
６ ｍｖ（０１５０℃） 逆、 ＯＡＯ℃） （最悪の単位で０１６％ Ｆ、Ｓ、Ｏ，） 直線性 ±０．５０％Ｆ、Ｓ、Ｏ，最悪の単位
テ０２０ Ｔ。
Ｆ、Ｓ、Ｏ。
ただし、Ｆ、Ｓ、Ｏ，＝ フルスケール出力このように
、以上の説明から、本発明は、従来の技術と比較して数
多の利点を有する改良された湿対湿式圧力センサパツケ
ージを構成することがわかるであろう。重大な利点の１
つは、感度及び精度を向上させるようにダイを応力から
隔離するために、ダイか、ハウジングの同じ部分に固着
され且つ支持されたエラストマーマウント部の内部に懸
垂されていることである。上方ビードは、ダイの周囲の
ワイヤボ・ンド及びその他の露出した回路素子を、中央
のダイアフラム領域と重なり合うことなく、腐食から保
護する働きもする。その他の利点は当業者には自明であ
ろう。
、以上の説明から、本発明は、従来の技術と比較して数
多の利点を有する改良された湿対湿式圧力センサパツケ
ージを構成することがわかるであろう。重大な利点の１
つは、感度及び精度を向上させるようにダイを応力から
隔離するために、ダイか、ハウジングの同じ部分に固着
され且つ支持されたエラストマーマウント部の内部に懸
垂されていることである。上方ビードは、ダイの周囲の
ワイヤボ・ンド及びその他の露出した回路素子を、中央
のダイアフラム領域と重なり合うことなく、腐食から保
護する働きもする。その他の利点は当業者には自明であ
ろう。
本発明の特定の実施例を添付の図面に示し且つ〔実施例
〕の項で説明したが、本発明が開示した実施例のみに限
定されず、特許請求の範囲により規定される本発明の範
囲の中に入る代替物、同等物、変形及び／又は再構成の
全てを包含するものであることは理解されるであろう。
〕の項で説明したが、本発明が開示した実施例のみに限
定されず、特許請求の範囲により規定される本発明の範
囲の中に入る代替物、同等物、変形及び／又は再構成の
全てを包含するものであることは理解されるであろう。
第１図は、本発明の湿対湿式圧力センサパツケージの斜
視図、第２図は、その湿対湿式圧力セン面図である。 １０・・・・圧力センサパッケージ、１２・・・・ハウ
ジング、１４，１６・・・・カバー２０．２８・・・・
軸方向ポート、３４・・・・感圧ダイ、３６・・・・ダ
イの周縁部、３８・・・・ダイアフラム、４２・・・・
接点パッド、４４・・・・エラストマービード）部、４
６．４８・・・・ビード、５０−・・・リードフレーム
、５２・・・・ワイヤポンド。
視図、第２図は、その湿対湿式圧力セン面図である。 １０・・・・圧力センサパッケージ、１２・・・・ハウ
ジング、１４，１６・・・・カバー２０．２８・・・・
軸方向ポート、３４・・・・感圧ダイ、３６・・・・ダ
イの周縁部、３８・・・・ダイアフラム、４２・・・・
接点パッド、４４・・・・エラストマービード）部、４
６．４８・・・・ビード、５０−・・・リードフレーム
、５２・・・・ワイヤポンド。
Claims (2)
- （１）互いに離間して対向する上部端壁及び下部端壁に
より一部境界を限定されたチャンバを規定するハウジン
グと； 周縁部と、肉薄の中央部と、その中央部にあつては、周
縁部にある接点パッドを含めた複数の露出した回路素子
に接続されている圧電抵抗回路を有する上面と、下面と
を含む前記ハウジングの下部端壁の凹部配設される感圧
ダイと； 前記ハウジングの下部端壁に、前記ダイと離間する関係
で固着され、複数の内側端部及び外側端部を含むリード
フレームと； 前記ダイの接点パッドと、前記リードフレームの内側端
部とを互いに接続する複数のワイヤボンドと； 前記ダイを前記ハウジングの下部端壁の凹部と、前記リ
ードフレームの内側端部と、前記ハウジングの下部端壁
の中間部分との間に懸垂すると共に、前記ダイの肉薄の
中央部と重なり合うことなく、前記ダイにある露出した
回路素子及び接点パッドと、前記ワイヤボンドとを被覆
保護するビード手段とを具備する圧力センサパッケージ
。 - （２）互いに離間して対向する上部端壁及び下部端壁に
より一部境界を限定されたチャンバを規定するハウジン
グと； 周縁部と、中央ダイアフラム部分とダイアフラム部分に
あつては、周縁部にある接点パッドを含めた複数の露出
した回路素子に接続されている圧電抵抗回路を有する上
面と、下面とを含み、前記ハウジングの下部端壁の凹部
に遊びをもつて配設される感圧ダイと； 前記ハウジングの下部端壁に、前記ダイと離間する関係
で固着され、複数の内側端部及び外側端部を含むリード
フレームと； 前記ダイの接点パッドと、前記リードフレームの内側端
部とを互いに接続する複数のワイヤボンドと； エラストマー接着剤から成り、前記ダイの下面側周縁部
と、前記ハウジングの下部端壁の凹部との間に延出する
連続する下方ビードと； エラストマー接着剤から成り、前記ダイの上面側周縁部
と、前記リードフレームの内側端部と、前記ハウジング
の下部端壁の中間部分との間に連続して延出し、前記ダ
イのダイアフラム部分と重なり合うことなく、前記ダイ
にある露出した回路素子及び接点パッドと、ワイヤボン
ドとを被覆保護する上方ビードと； 前記ハウジングの上部端壁に流体ポートを規定する手段
と； 前記ハウジングの下部端壁の凹部に連通する流体ポート
を規定する手段とを具備する圧力センサパッケージ。
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