JPH0345161Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は半導体圧力センサー、詳しくは高圧状
態での使用に際し、センサー保護体の取付の容易
な半導体圧力センサーに関する。

一般に半導体圧力センサーは、シリコン（Si）
等の半導体チツプで形成されたダイヤフラムの表
面にピエゾ抵抗層を設け、ダイヤフラムに加わる
圧力をピエゾ抵抗層の比抵抗の変化を利用して電
気信号に変換するもので、自動車用、コンプレツ
サーを利用する冷蔵庫やエアコン等の家電用、医
療用、工業計測用等にその利用分野が拡大されつ
つある。

〔従来の技術〕

しかして従来の半導体圧力センサーは、表面に
ｐ型Siからなる拡散ピエゾ抵抗層を形成し、底面
に凹部を形成したｎ型Siダイヤフラムを、圧力導
入孔を形成させたステムに取付け、これをさらに
金属容器の外装支持体に接着して取付けたものが
一般的である。しかし、従来の圧力センサーはSi
ダイヤフラムの台座にSi単結晶を使用しているの
で一般に耐電圧特性に乏しく、又、使用目的上か
らも負圧乃至１〜２気圧程度の低圧条件下で使用
される場合が殆どであるため高圧状態での使用に
際してはそのまま適用しえないものが多く、使用
範囲の拡大に対応してこれらの改善が強く要請さ
れている。

従来、半導体圧力センサーの耐電圧特性の向上
を目的としたものとしては、例えば第５図に示す
ようなものが知られている。

即ち、第５図に示される圧力センサーは、ピエ
ゾ抵抗層を表面に設けたSi等の半導体ダイヤフラ
ムチツプ１をセラミツクスあるいはパイレツクス
ガラス等の耐電圧特性を有する材料からなるステ
ム２に取付けたものである。

なお、３は図示しない電子回路に連結されるリ
ード端子、４はリード端子３と半導体ダイヤフラ
ムチツプ１の抵抗層とを連結する金属線、５はス
テム２に貫設されたリード端子３をステム２に密
封するためのシール、６は半導体ダイヤフラムチ
ツプ１の凹部に連通してステム２に貫設された圧
力導入孔である。

ところで、かかる形状構造の圧力センサーを
種々の圧力検出部位に組込んで使用する場合に
は、通常金属製容器の外装支持体に接着する必要
があるが、従来の圧力センサーは低圧状態で使用
される場合がほとんどであるため、接着剤による
接着でも十分であつた。しかし、圧力センサーを
高圧状態で使用する場合には、セラミツクス材料
等と外装支持体との固着は接着剤では耐圧性がえ
られないため、金属材料に溶接する手段が不可欠
である。

しかし、セラミツクス材料で形成されたステム
に鉄、ニツケル、銅、不銹鋼（SUS）等の金属
材料で形成した保護体を直接溶接することは現状
においては極めて困難とされている。

即ちこの理由は、セラミツクスに上記の金属材
料を溶接するいわゆるメタライズ加工には、先ず
セラミツクスの溶接すべき表面に予めモリブデン
−マンガン等をペースト状にして塗布するか又は
真空蒸着し拡散焼結したのちニツケルメツキを施
こし、その面にFe−Ni合金、Fe−Ni−Co合金
（通称コバール合金）等のセラミツクスと熱膨脹
係数の近い金属層をクツシヨン材として銀ロウ付
する手段を必要とし、作業工程が極めて煩雑とな
ることに起因する。

従つて、セラミツクス材料等からなるステムに
半導体ダイヤフラムチツプを保持させて耐電圧特
性の向上をはかつた半導体圧力センサーを高圧状
態で使用する場合には上記のような煩雑なメタラ
イズ加工を使用の都度行なう必要があるという欠
点があつた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

本考案はセラミツクス材料等からなるステムに
半導体ダイヤフラムチツプを保持させて耐電圧特
性の向上をはかつた半導体圧力センサーを高圧状
態で使用する場合の上記の問題点に着目してなさ
れたもので、半導体圧力センサーを耐圧性の保護
体に装着する場合、その装着が容易な半導体圧力
センサーを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本考案において
は、半導体ダイヤフラムの表面にピエゾ抵抗層を
形成してなる半導体圧力センサーチツプを耐電圧
材料からなるステムに取り付けてなる圧力センサ
ーにおいて、該ステムの外周に鍔部を環設した両
端開放の筒体からなる金属ステムを固着し、該鍔
部の表裏両面に継手とカバーの端部接合面を当接
させてこれらの接合外周縁を一体に溶接する構成
を採用した。

〔実施例〕

以下に本考案の半導体圧力センサーを実施例を
示す図面に基づいて説明する。

第１図は本考案の半導体圧力センサーの概略縦
断面図で、ピエゾ抵抗層を表面に形成したSi等か
らなる半導体ダイヤフラムチツプ１を、圧力導入
孔６を貫設したセラミツクスあるいはガラス等の
耐電圧特性を有するステム２に取付け、ステム２
にハーメチツクシール５を介して貫挿されたリー
ド端子３の一端を金属線４により半導体ダイヤフ
ラムチツプ１の抵抗層に連結して構成される点に
おいては第５図に示す従来の圧力センサーと同様
であるが、本考案にあつては、ステム２は十分な
厚みを有して形成され、又ステム２の外周に鍔７
ａを環設した両端開放の筒体からなる金属ステム
７が固着されている。金属ステム７の材料として
は圧力媒体を導入する保護体と溶接が容易な同種
金属であることが望ましく、又セラミツクス等か
らなるステム２への金属ステム７の固着手段とし
ては前述のメタライズ加工等を適用することがで
きる。

又、第１図の実施例では金属ステム７の鍔７ａ
は筒体の下端部に環設した場合を示したが、第４
図に示すように筒体の上端部に環設してもよい。

第２図は本考案の他の実施例を示したもので、
セラミツクス等の材料は金属に比し平面度が出し
にくい欠点があるため、半導体ダイヤフラムチツ
プ１をセラミツクス等からなるステム２に接着す
る場合におけるリニアリテイーおよびヒステリシ
スへの影響を考慮してシリコン等の半導体ダイヤ
フラムチツプ１と線膨脹係数が極めて近似するコ
バール合金等のFe−Ni系金属材料からなる台座
８をステム２の上面に固着し、半導体ダイヤフラ
ムチツプ１をこの台座８に接合するようにしたも
のである。この場合、台座８とリード端子３との
距離は耐電圧特性を損ずることのないよう充分に
確保する必要がある。なお、その他の構成につい
ては第１図と同様である。本実施例によれば、さ
らに精度の高い圧力センサーとすることができ
る。

第３図は第１図に示す本考案の半導体圧力セン
サーに継手９およびカバー１０を装着した高圧条
件下での実施態様の一例を示す。

図示の継手９は中央部に圧力導入孔９ａを貫設
し、上部周縁にねじ９ｂを螺刻したSUS等の金
属材料からなるフレア継手の例を示したが、用途
に応じてPT継手その他適宜のねじ継手を使用し
得る。又、カバー１０はリード端子を介して半導
体圧力センサーに連結される電子回路１１を保護
するための前記継手と同様の金属材料からなる外
筒で、図示しない機器の外装容器等に連設して設
けることもできる。

本考案の半導体圧力センサーに継手９およびカ
バー１０を装着するには、金属ステム７の鍔部７
ａの表裏両面に継手９およびカバー１０の端部接
合面を当接させ、これらの接合外周縁１２を一体
に溶接すればよく、これによつて容易に半導体圧
力センサーの高圧条件での使用が可能となる。こ
の場合、本考案によれば金属ステム７がステム２
の外周に幅広にメタライズ加工等により固着され
ているので、半導体圧力センサーを十分耐圧状態
に保持している。又、溶接時の発生熱は継手９お
よびカバー１０への熱電導によつて迅速に放散さ
れて半導体圧力センサー等に及ばす影響は殆ど回
避され、従つて、従来のように半導体圧力センサ
ーを直接外装支持体に溶着する場合に比し、耐熱
特性についても向上する。

又、第４図は耐電圧特性を有するステム２の外
周に、上端部に鍔部７ａを環設した金属ステム７
を固着してなる本考案の半導体圧力センサーに、
継手１３及びカバー１０を第３図の場合と同様に
して溶接固着した場合を示している。この例は、
導入圧力媒体が半導体圧力センサーの機能を害す
るような流体である場合等に適する。即ち、継手
１３の圧力導入孔１３ａの導入端部１３ｂはラツ
パ状に形成され、金属ステム７の鍔部７ａの開口
面に張設されたダイヤフラム等の隔壁１４により
圧力媒体が半導体ダイヤフラムチツプ１に直接接
触することが回避され、隔壁１４に作用する圧力
は充填された非圧縮性のオイル等により伝達され
て間接的に半導体圧力センサーが作動する。

このように鍔部７ａを金属ステム７の筒体の上
端部に環設した場合には、第３図の場合と同様に
継手１３とカバー１０とを鍔部７ａを介して一体
に溶接することにより半導体圧力センサーの高圧
条件での使用が容易であり、又耐熱特性の向上が
得られるのみならず、圧力センサーに有害な圧力
媒体を遮断するための隔壁を取付けるに際しても
有効に機能する。

〔考案の効果〕

本考案は上記した如くに、半導体ダイヤフラム
の表面にピエゾ抵抗層を形成してなる半導体圧力
センサーチツプを耐電圧材料からなるステムに取
り付けてなる圧力センサーにおいて、該ステムの
外周に鍔部を環設した両端開放の筒体からなる金
属ステムを固着し、該鍔部の表裏両面に継手とカ
バーの端部接合面を当接させてこれらの接合外周
縁を一体に溶接して成るものであるから、種々の
耐圧を必要とする用途に適用することができ、耐
圧特性の向上のみならず、耐熱特性についても向
上させることができる特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の半導体圧力センサーの概略縦
断面図、第２図は本考案の半導体圧力センサーの
他の実施例を示す概略縦断面図、第３図は本考案
の半導体圧力センサーの実施態様の一例を示す説
明図、第４図は本考案の半導体圧力センサーの実
施態様の他の一例を示す説明図、第５図は従来の
半導体圧力センサーの概略縦断面図である。 １……半導体ダイヤフラムチツプ、２……ステ
ム、３……リード端子、７……金属ステム、７ａ
……鍔部、８……台座、９……継手、１０……カ
バー、１１……電子回路、１３……継手。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 半導体ダイヤフラムの表面にピエゾ抵抗層を形
   成してなる半導体圧力センサーチツプを耐電圧材
   料からなるステムに取り付けてなる圧力センサー
   において、該ステムの外周に鍔部を環設した両端
   開放の筒体からなる金属ステムを固着し、該鍔部
   の表裏両面に継手とカバーの端部接合面を当接さ
   せてこれらの接合外周縁を一体に溶接して成るこ
   とを特徴とする半導体圧力センサー。