JPH04267565A - 高圧用半導体圧力センサ - Google Patents
高圧用半導体圧力センサInfo
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- JPH04267565A JPH04267565A JP5063091A JP5063091A JPH04267565A JP H04267565 A JPH04267565 A JP H04267565A JP 5063091 A JP5063091 A JP 5063091A JP 5063091 A JP5063091 A JP 5063091A JP H04267565 A JPH04267565 A JP H04267565A
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- pressure
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- silicon chip
- pressure sensor
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Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、油圧制御装置又は空気
圧制御装置等に使用される高圧用半導体圧力センサに関
し、特にブルドーザ及びショベルローダ等の大型油圧機
械、油圧制御サスペンション並びに高圧コンプレッサー
等に使用するのに好適の高圧用半導体圧力センサに関す
る。
圧制御装置等に使用される高圧用半導体圧力センサに関
し、特にブルドーザ及びショベルローダ等の大型油圧機
械、油圧制御サスペンション並びに高圧コンプレッサー
等に使用するのに好適の高圧用半導体圧力センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、単結晶シリコンチップを使用した
半導体圧力センサが開発されている（特開昭５８−４５
５３３号、特開昭５９−１３８３８３ 号、特開昭５９
−１３８３８４ 号、特開昭６０−５５６７２号）。
半導体圧力センサが開発されている（特開昭５８−４５
５３３号、特開昭５９−１３８３８３ 号、特開昭５９
−１３８３８４ 号、特開昭６０−５５６７２号）。
【０００３】図７は、従来の半導体圧力センサの１例を
示す断面図である。圧力導入管１１の先端には台座ガラ
ス１２が配設されている。この台座ガラス１２には、圧
力導入管１１の中心軸と同軸上に孔１２ａが設けられて
いる。この台座ガラス１２上には、シリコンチップ１３
が配置されている。このシリコンチップ１３には、台座
ガラス１２側の面をエッチングして薄肉化することによ
り形成されたダイヤフラム１４が設けられている。そし
て、このダイヤフラム１４には、例えばピエゾ抵抗素子
等の感圧素子１５が設けられている。
示す断面図である。圧力導入管１１の先端には台座ガラ
ス１２が配設されている。この台座ガラス１２には、圧
力導入管１１の中心軸と同軸上に孔１２ａが設けられて
いる。この台座ガラス１２上には、シリコンチップ１３
が配置されている。このシリコンチップ１３には、台座
ガラス１２側の面をエッチングして薄肉化することによ
り形成されたダイヤフラム１４が設けられている。そし
て、このダイヤフラム１４には、例えばピエゾ抵抗素子
等の感圧素子１５が設けられている。
【０００４】このように構成された半導体圧力センサに
おいて、例えば、ダイヤフラム１４の両側の気体の圧力
が異なると、ダイヤフラム１４は変形する。そうすると
、ダイヤフラム１４に設けられた感圧素子１５は、この
ダイヤフラム１４の変形に基づく電気信号を発生する。 この電気信号により、気体の圧力を知ることができる。
おいて、例えば、ダイヤフラム１４の両側の気体の圧力
が異なると、ダイヤフラム１４は変形する。そうすると
、ダイヤフラム１４に設けられた感圧素子１５は、この
ダイヤフラム１４の変形に基づく電気信号を発生する。 この電気信号により、気体の圧力を知ることができる。
【０００５】半導体チップを使用した圧力センサには、
圧力を高精度で測定できるという長所がある。また、セ
ンサの小型化が容易であるという長所もある。
圧力を高精度で測定できるという長所がある。また、セ
ンサの小型化が容易であるという長所もある。
【０００６】ところで、圧力導入管１１と台座ガラス１
２との間及び台座ガラス１２とシリコンチップ１３との
間はいずれも気密的に接合する必要がある。従来、これ
らの接合部には、接着剤としてガラス等が使用されてい
る。
２との間及び台座ガラス１２とシリコンチップ１３との
間はいずれも気密的に接合する必要がある。従来、これ
らの接合部には、接着剤としてガラス等が使用されてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体圧力センサにおいては、シリコンの薄膜であるダ
イヤフラム１４に圧力が直接印加されると共に、シリコ
ンチップ１３と台座ガラス１２との間の接合強度が十分
でないため、高い圧力を測定しようとすると、圧力セン
サが破損してしまうという問題点がある。また、油又は
空気等の測定流体がシリコンチップ１３に直接接触する
ため、測定流体によりシリコンチップ１３が汚染される
虞れがあり、信頼性が低いという問題点もある。
半導体圧力センサにおいては、シリコンの薄膜であるダ
イヤフラム１４に圧力が直接印加されると共に、シリコ
ンチップ１３と台座ガラス１２との間の接合強度が十分
でないため、高い圧力を測定しようとすると、圧力セン
サが破損してしまうという問題点がある。また、油又は
空気等の測定流体がシリコンチップ１３に直接接触する
ため、測定流体によりシリコンチップ１３が汚染される
虞れがあり、信頼性が低いという問題点もある。
【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、測定流体による半導体チップの汚染を回避
できると共に、半導体チップに直接高い圧力が印加され
ることを回避できて、高い圧力の測定が可能な高圧用半
導体圧力センサを提供することを目的とする。
のであって、測定流体による半導体チップの汚染を回避
できると共に、半導体チップに直接高い圧力が印加され
ることを回避できて、高い圧力の測定が可能な高圧用半
導体圧力センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高圧用半導
体圧力センサは、圧力を受けて変形する金属製ダイヤフ
ラムと、その縁部及び中央部が突出しこの突出部で前記
ダイヤフラムに接合された半導体チップと、この半導体
チップに設けられた感圧素子とを有することを特徴とす
る。
体圧力センサは、圧力を受けて変形する金属製ダイヤフ
ラムと、その縁部及び中央部が突出しこの突出部で前記
ダイヤフラムに接合された半導体チップと、この半導体
チップに設けられた感圧素子とを有することを特徴とす
る。
【００１０】
【作用】本発明においては、金属製ダイヤフラムが設け
られており、半導体チップはその縁部及び中央部に設け
られた突出部でこの金属製ダイヤフラムに接合されてい
る。この半導体チップには感圧素子が設けられているた
め、前記ダイヤフラムが圧力を受けて変形した場合に、
この感圧素子からダイヤフラムの変形量に応じた電気信
号が出力される。つまり、本発明に係る半導体圧力セン
サにおいては、圧力が直接半導体チップに印加されない
ため、高圧測定時における半導体チップの破損を抑制す
ることができる。また、半導体チップは、その縁部及び
中央部の突出部でダイヤフラムに接合されているため、
ダイヤフラムの変形を比較的良好な感度で検出すること
ができる。更に、例えばダイヤフラムを金属製圧力導入
管に接合する場合に、ダイヤフラムと圧力導入管とは金
属同士の接合となるため、高い接合強度を得ることがで
きる。更にまた、油又は空気等の測定流体と半導体チッ
プとの間には金属製ダイヤフラムが介在するため、測定
流体による半導体チップの汚染を防止することができる
。
られており、半導体チップはその縁部及び中央部に設け
られた突出部でこの金属製ダイヤフラムに接合されてい
る。この半導体チップには感圧素子が設けられているた
め、前記ダイヤフラムが圧力を受けて変形した場合に、
この感圧素子からダイヤフラムの変形量に応じた電気信
号が出力される。つまり、本発明に係る半導体圧力セン
サにおいては、圧力が直接半導体チップに印加されない
ため、高圧測定時における半導体チップの破損を抑制す
ることができる。また、半導体チップは、その縁部及び
中央部の突出部でダイヤフラムに接合されているため、
ダイヤフラムの変形を比較的良好な感度で検出すること
ができる。更に、例えばダイヤフラムを金属製圧力導入
管に接合する場合に、ダイヤフラムと圧力導入管とは金
属同士の接合となるため、高い接合強度を得ることがで
きる。更にまた、油又は空気等の測定流体と半導体チッ
プとの間には金属製ダイヤフラムが介在するため、測定
流体による半導体チップの汚染を防止することができる
。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１２】図１は本発明の第１の実施例に係る半導体
圧力センサを示す断面図、図２は同じくそのシリコンチ
ップ３を示す上面図、図３は同じくそのシリコンチップ
３を示す下面図である。
圧力センサを示す断面図、図２は同じくそのシリコンチ
ップ３を示す上面図、図３は同じくそのシリコンチップ
３を示す下面図である。
【００１３】圧力導入管１の先端部には金属製薄板から
なるダイヤフラム２が設けられている。このダイヤフラ
ム２上には単結晶シリコンチップ３が接合されている。 このシリコンチップ３には、ダイヤフラム２側の面の縁
部及び中央部に夫々突出部４及びボス（突出部）５が設
けられている。この突出部４及びボス５は、例えば半導
体チップ３の一方の面に円輪状の溝をエッチング形成す
ることにより設けられたものである。このシリコンチッ
プ３は、この突出部４及びボス５の先端部においてダイ
ヤフラム２に接合されている。また、シリコンチップ３
には、ピエゾ抵抗素子からなる４個の感圧素子６が設け
られている。
なるダイヤフラム２が設けられている。このダイヤフラ
ム２上には単結晶シリコンチップ３が接合されている。 このシリコンチップ３には、ダイヤフラム２側の面の縁
部及び中央部に夫々突出部４及びボス（突出部）５が設
けられている。この突出部４及びボス５は、例えば半導
体チップ３の一方の面に円輪状の溝をエッチング形成す
ることにより設けられたものである。このシリコンチッ
プ３は、この突出部４及びボス５の先端部においてダイ
ヤフラム２に接合されている。また、シリコンチップ３
には、ピエゾ抵抗素子からなる４個の感圧素子６が設け
られている。
【００１４】シリコンチップ３の大きさは、例えば１辺
が ４ｍｍの正方形であり、厚さが ０．３ｍｍである
。また、ボス５の先端部の直径は １ｍｍであり、ボス
５と突出部４との間隔は ０．５ｍｍである。更に、ダ
イヤフラム２の厚さは、例えば０．０５乃至１．０ ｍ
ｍであり、圧力導入管１の長さは１０乃至３０ｍｍであ
る。
が ４ｍｍの正方形であり、厚さが ０．３ｍｍである
。また、ボス５の先端部の直径は １ｍｍであり、ボス
５と突出部４との間隔は ０．５ｍｍである。更に、ダ
イヤフラム２の厚さは、例えば０．０５乃至１．０ ｍ
ｍであり、圧力導入管１の長さは１０乃至３０ｍｍであ
る。
【００１５】このシリコンチップ３は、例えばダイヤフ
ラム２側の面にスパッタリングにより金属膜等を被着し
た後、はんだ等によりダイヤフラム２に接合する。又は
、樹脂接着剤により、シリコンチップ３とダイヤフラム
２とを接合してもよい。また、圧力導入管１とダイヤフ
ラム２とは、ろう付け又は溶接により接合する。なお、
圧力導入管１とダイヤフラム２とをろう付けした場合は
、ろう付け後にリフロー処理を施すことが好ましい。
ラム２側の面にスパッタリングにより金属膜等を被着し
た後、はんだ等によりダイヤフラム２に接合する。又は
、樹脂接着剤により、シリコンチップ３とダイヤフラム
２とを接合してもよい。また、圧力導入管１とダイヤフ
ラム２とは、ろう付け又は溶接により接合する。なお、
圧力導入管１とダイヤフラム２とをろう付けした場合は
、ろう付け後にリフロー処理を施すことが好ましい。
【００１６】このように構成された本実施例に係る半導
体圧力センサにおいて、圧力導入管１の内側の圧力と外
側の圧力との圧力差により、ダイヤフラム２が変形する
と、シリコンチップ３に設けられた感圧素子６がこれを
検出し、ダイヤフラム２の変形量に応じた電気信号を出
力する。この感圧素子６からの電気信号により、測定流
体（油又は空気等）の圧力を知ることができる。
体圧力センサにおいて、圧力導入管１の内側の圧力と外
側の圧力との圧力差により、ダイヤフラム２が変形する
と、シリコンチップ３に設けられた感圧素子６がこれを
検出し、ダイヤフラム２の変形量に応じた電気信号を出
力する。この感圧素子６からの電気信号により、測定流
体（油又は空気等）の圧力を知ることができる。
【００１７】この場合に、ダイヤフラム２が金属製であ
ると共に、このダイヤフラム２は圧力導入管１とろう付
け又は溶接により接合されたものであるため、ダイヤフ
ラム２自体の強度及びダイヤフラム２と圧力導入管１と
の接合強度が高い。従って、高圧測定においても圧力セ
ンサの破損を回避できる。本実施例においては、１トン
／ｃｍ２ 程度の高圧測定が可能である。また、測定流
体がシリコンチップ３を汚染する虞れがないため、信頼
性が高い。
ると共に、このダイヤフラム２は圧力導入管１とろう付
け又は溶接により接合されたものであるため、ダイヤフ
ラム２自体の強度及びダイヤフラム２と圧力導入管１と
の接合強度が高い。従って、高圧測定においても圧力セ
ンサの破損を回避できる。本実施例においては、１トン
／ｃｍ２ 程度の高圧測定が可能である。また、測定流
体がシリコンチップ３を汚染する虞れがないため、信頼
性が高い。
【００１８】図４は本発明の第２の実施例に係る半導体
圧力センサのシリコンチップ３ａを示す断面図、図５は
同じくその上面図、図６は同じくその下面図である。
圧力センサのシリコンチップ３ａを示す断面図、図５は
同じくその上面図、図６は同じくその下面図である。
【００１９】本実施例においては、シリコンチップ３ａ
のダイヤフラム側の面の縁部に突出部４ａが設けられて
いると共に、中央部にボス５ａが設けられている。この
突出部４ａ及びボス５ａは、例えばシリコンチップ３ａ
の一方の面の中央部の矩形状の領域及び縁部にマスクを
形成した後、エッチングを施すことにより形成されたも
のである。また、突出部４ａの近傍には、上面から下面
に連絡するエア抜き用の孔７が設けられている。
のダイヤフラム側の面の縁部に突出部４ａが設けられて
いると共に、中央部にボス５ａが設けられている。この
突出部４ａ及びボス５ａは、例えばシリコンチップ３ａ
の一方の面の中央部の矩形状の領域及び縁部にマスクを
形成した後、エッチングを施すことにより形成されたも
のである。また、突出部４ａの近傍には、上面から下面
に連絡するエア抜き用の孔７が設けられている。
【００２０】シリコンチップ３ａには、ピエゾ抵抗素子
からなる４個の感圧素子６ａが１直線上に配列されて形
成されている。
からなる４個の感圧素子６ａが１直線上に配列されて形
成されている。
【００２１】本実施例においては、ダイヤフラムが圧力
差により変形すると、ダイヤフラムの変形がボス５ａを
介してシリコンチップ３ａに伝達される。そして、感圧
素子６ａから、ダイヤフラムの変形量に応じた電気信号
が出力される。この電気信号により、油又は空気等の測
定流体の圧力を知ることができる。この場合に、シリコ
ンチップ３ａには孔６が設けられているため、ダイヤフ
ラムの変形に伴ってシリコンチップ３ａの下面側の空気
が孔７を通流する。これにより、本実施例に係る半導体
圧力センサにおいては、第１の実施例に比して感度特性
が良好であるという効果を得ることができる。
差により変形すると、ダイヤフラムの変形がボス５ａを
介してシリコンチップ３ａに伝達される。そして、感圧
素子６ａから、ダイヤフラムの変形量に応じた電気信号
が出力される。この電気信号により、油又は空気等の測
定流体の圧力を知ることができる。この場合に、シリコ
ンチップ３ａには孔６が設けられているため、ダイヤフ
ラムの変形に伴ってシリコンチップ３ａの下面側の空気
が孔７を通流する。これにより、本実施例に係る半導体
圧力センサにおいては、第１の実施例に比して感度特性
が良好であるという効果を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
属製ダイヤフラムが設けられており、このダイヤフラム
にその突出部で接合された半導体チップには感圧素子が
設けられているから、ダイヤフラム自体の強度が高いと
共に、例えば金属製圧力導入管とダイヤフラムとを接合
した場合に高い接合強度を得ることができる。このため
、本発明に係る半導体圧力センサは、圧力による破損を
抑制できて、高圧測定が可能である。また、油又は空気
等の測定流体が半導体チップと直接接触しないため、半
導体チップの汚染を防止でき、測定値の信頼性が高い。
属製ダイヤフラムが設けられており、このダイヤフラム
にその突出部で接合された半導体チップには感圧素子が
設けられているから、ダイヤフラム自体の強度が高いと
共に、例えば金属製圧力導入管とダイヤフラムとを接合
した場合に高い接合強度を得ることができる。このため
、本発明に係る半導体圧力センサは、圧力による破損を
抑制できて、高圧測定が可能である。また、油又は空気
等の測定流体が半導体チップと直接接触しないため、半
導体チップの汚染を防止でき、測定値の信頼性が高い。
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体圧力センサ
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る半導体圧力センサ
のシリコンチップの上面図である。
のシリコンチップの上面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る半導体圧力センサ
のシリコンチップの下面図である。
のシリコンチップの下面図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る半導体圧力センサ
のシリコンチップを示す断面図である。
のシリコンチップを示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る半導体圧力センサ
のシリコンチップの上面図である。
のシリコンチップの上面図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る半導体圧力センサ
のシリコンチップの下面図である。
のシリコンチップの下面図である。
【図７】従来の半導体圧力センサを示す断面図である。
１，１１；圧力導入管
２，１４；ダイヤフラム
３，３ａ，１３；シリコンチップ
１２；台座ガラス
４，４ａ；突出部
５，５ａ；ボス
６，６ａ，１５；感圧素子
Claims (1)
- 【請求項１】 圧力を受けて変形する金属製ダイヤフ
ラムと、その縁部及び中央部が突出しこの突出部で前記
ダイヤフラムに接合された半導体チップと、この半導体
チップに設けられた感圧素子とを有することを特徴とす
る高圧用半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5063091A JPH04267565A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 高圧用半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5063091A JPH04267565A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 高圧用半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04267565A true JPH04267565A (ja) | 1992-09-24 |
Family
ID=12864297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5063091A Pending JPH04267565A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 高圧用半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04267565A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6495388B1 (en) * | 1997-07-18 | 2002-12-17 | Kavlico Corporation | Surface micro-machined sensor with pedestal |
| JP2009258044A (ja) * | 2008-04-21 | 2009-11-05 | Denso Corp | 圧力センサおよびその製造方法 |
-
1991
- 1991-02-22 JP JP5063091A patent/JPH04267565A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6495388B1 (en) * | 1997-07-18 | 2002-12-17 | Kavlico Corporation | Surface micro-machined sensor with pedestal |
| JP2009258044A (ja) * | 2008-04-21 | 2009-11-05 | Denso Corp | 圧力センサおよびその製造方法 |
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