JPH05332865A - 油封入型半導体圧力センサの組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】油封入型半導体圧力センサを対象に、金属ケー
スと金属製シールダイアフラムとの間をプロジェクショ
ン溶接する際の欠陥を回避して気密性の高い溶接接合状
態を確保するようにした組立方法を提供する。 【構成】ステム３に搭載した感圧チップと１、感圧チッ
プの外周を包囲してステムに結合した金属ケース６と、
金属ケースの開放面を覆う金属製シールダイアフラム７
と、該シールダイアフラムの加圧側を覆う金属キャップ
との組立体からなり、かつケース内に絶縁油を封入した
油封入型半導体圧力センサを組立てる際に、金属ケー
ス, および金属キャップのフランジ面上に全周に亙る突
起６ａ，８ｂを形成し、シールダイアフラムの外周縁に
は絶縁被膜１３を形成しておき、前記突起の間に金属製
シールダイアフラムを挟持した状態で溶接電極１４，１
５をセットし、加圧力を加えてプロジェクション溶接す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧などの流体圧, あ
るいは腐蝕性気体の圧力検出に用いる油封入型半導体圧
力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力センサとして、最近ではシリコンウ
ェーハのダイアフラム部にひずみゲージ抵抗を拡散形成
して感圧チップを構成した半導体圧力センサが各分野で
採用されている。かかる圧力センサを油圧, 腐蝕性気体
などの圧力検出に適用する場合に、表面加圧形の圧力セ
ンサでは感圧チップが汚染, 腐蝕を受けて特性劣化をき
たすおそれがある。そこで、このような用途向けの半導
体圧力センサとしては、感圧チップと被測定側との間を
シールダイアフラムで仕切るとともに、その内側をシリ
コーンオイルなどの油を封入し、油を導圧媒質としてシ
ールダイアフラムに加わる圧力を感圧チップに伝播させ
て検出するようにした油封入型半導体圧力センサが用い
られている。

【０００３】図５は従来における油封入型半導体圧力セ
ンサの組立構造を示すものであり、図において１は半導
体感圧チップ（チップサイズは数mm程度）、２は感圧チ
ップ１を支持したガラス台座、３は感圧チップの組立体
を搭載したコバール製のステム、４はステム３に装着し
たリード端子、５は感圧チップ１とリード端子４との間
を内部配線したボンディングワイヤ、６は感圧チップ１
を包囲してステム３の上に溶接接合した円筒形の金属ケ
ース、７は金属ケース６の開放端面を閉塞した金属製シ
ールダイアフラム、８はシールダイアフラム７の加圧面
側に被せた金属キャップ８、９ａはキャップ８に開口し
た導圧孔、９はステム３，金属ケース６，シールダイア
フラム７で囲まれた空間内に充填したシリコーン油、１
０はリード端子４に接続した外部回路のプリント配線板
である。

【０００４】ここで、前記の金属製シールダイアフラム
７は、肉厚２０〜４０μｍ程度の極薄なステンレス板の
板面に同心円状の凹凸面をプレス形成したものであり、
組立の際にはダイアフラムの外周縁を金属ケース６，金
属キャップ８のフランジ面の間に挟み込んで重ね合わせ
て回転式溶接治具にセットし、この状態でフランジ部の
上下に局部的にローラ形溶接電極１１を当てがい、溶接
治具を回しながら溶接電源１２よりローラ形電極１１を
通じて溶接部に電流を流し、フランジの全周に亙りシー
ルダイアフラム７との間をシーム溶接するようにしてい
る。なお、ステム３にはあらかじめシリコーン油を注入
するパイプが接続されており、シールダイアフラムを溶
接接合した後にケース内の空間を真空引きしてシリコー
ン油９を封入し、その後にパイプを封じ切るようにして
いる。

【０００５】かかる構成の圧力センサでは、被測定圧力
はキャップ８に穿孔した導圧孔８ａを通じてシールダイ
アフラム７に加わり、さらにシリコーン油９の媒質中を
伝播して感圧チップ２に作用し、ひずみ抵抗の変化とし
て電気的に検出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
に圧力センサの組立工程で金属ケース６，金属キャップ
８のフランジ部に金属製シールダイアフラム７を重ね合
わせてシーム溶接する組立方法では、シールダイアフラ
ムの全周を溶接するのに圧力センサ１個当たり約１分の
作業時間を要することから量産には不向きである。そこ
で、発明者等は量産性を高めることを狙いに、前記のシ
ーム抵抗溶接法に代わる溶接法としてプロジェクション
抵抗溶接法の採用を試みた。

【０００７】このプロジェクション抵抗溶接法は、あら
かじめ金属ケース６，金属キャップ８の各フランジ面に
中心からの半径を合わせて全周に亙り高さ１００μｍ程
度の突起をリング状に形成しておき、この突起の間に金
属製シールダイアフラム７の外周縁を挟持した仮組立状
態でフランジの全周に溶接電極を当てがい、加圧力を加
えながら前記突起部へ電流を集中的に流してシールダイ
アフラムに溶着接合する方法であり、このプロジェクシ
ョン抵抗溶接法では圧力センサ１個分の溶接時間が僅か
５秒程度で済み、従来のシーム溶接法に比べて遥かに高
いスループット性の得られることが確認されている。

【０００８】しかしながら、プロジェクション溶接を行
う際に、金属ケース，金属製シールダイアフラム，金属
キャップを上下に重ね合わせた状態で各部品の相互間に
僅かでも相対的なセンタずれがあると、金属ケースの突
起と金属キャップの突起とが上下に正しく重なり合わ
ず、このために加圧力を加えた際に肉薄なシールダイア
フラムが変形してその外周部分に反りが生じ、かつこの
反りが大きいと突起以外の箇所でシールダイアフラムの
外周縁が金属ケース，金属キャップに直接接触するよう
な状態となる。しかも、この状態のまま溶接電極より電
流を流してプロジェクション溶接を行うと、突起部以外
の接触部分にも溶接電流の一部が回り込んで流れ、この
結果として突起部の溶け込みが不十分となり、シールダ
イアフラムと金属ケースとの間の気密性の高い接合状態
が確保できないといった溶接上での欠陥が生じる。

【０００９】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記課題を解決し、金属ケースと金
属製シールダイアフラムとの間をプロジェクション溶接
する際の欠陥発生を防止して気密性の高い溶接接合状態
が確保できるようにした油封入形半導体圧力センサの組
立方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の組立方法は、金属ケース, および金属キャ
ップのフランジ面上に互いに位置を合わせて全周に亙る
突起を形成しておき、該突起の間に金属製シールダイア
フラムの周縁を挟持して金属ケース, 金属製シールダイ
アフラム, 金属キャップを重ね合わせ、かつ前記突起を
除く重ね合わせ面の残り面域に電気的な絶縁を施した状
態で、外部より加圧力を加えてプロジェクション溶接す
るものとする。

【００１１】また、前記方法における重ね合わせ面の電
気的な絶縁手段として次記のような実施態様がある。 （１）金属製シールダイアフラムに対し、プロジェクシ
ョン溶接箇所より外側の周縁域にあらかじめ絶縁被膜を
形成してプロジェクション溶接を行う。 （２）金属ケース, および金属キャップのフランジ面と
金属製シールダイアフラムとの間の突起より外周域に絶
縁シートを挟み込んでプロジェクション溶接を行う。

【００１２】（３）金属ケース, および金属キャップの
フランジ面に対し、突起を除く領域にあらかじめ絶縁被
膜を形成してプロジェクション溶接を行う。

【００１３】

【作用】上記の組立方法によれば、金属製シールダイア
フラムを金属ケース，金属キャップのフランジ面に形成
した突起の間に挟持した状態でのセンタずれ等に起因し
て外部から加圧力を加えた際にシールダイアフラムが変
形し、そのためにダイアフラムの外周縁に反りが生じて
も、絶縁物の介在により突起部以外の箇所で金属製シー
ルダイアフラム，金属ケース，金属キャップの相互間で
金属の地肌同士が直接触れ合うことがない。したがっ
て、プロジェクション溶接の際には電流の全てが突起部
に通電し、それ以外の箇所に電流が回り込むことが回避
される。これにより、突起部の全周域が均一に金属製シ
ールダイアフラムに溶着し、各部品の相互間で気密性の
高い溶接接合状態が確保される。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。なお、各実施例の図中で図５に対応する同一部材に
は同じ符号が付してある。 実施例１：図１，図２は本発明の請求項１，２に対応す
る実施例を示すものであり、図において、まず、金属製
シールダイアフラム７と溶接接合し合う金属ケース６，
金属キャップ８のフランジ面には、あらかじめ中心から
の半径位置を合わせてフランジ全周に亙り高さ１００μ
ｍ程度のリング状突起６ａ，８ｂが互いに向かい合うよ
うに膨出形成しておく。また、金属製シールダイアフラ
ム７に対しては、図２のように溶接接合部（前記の突起
６ａ，８ｂとの接触する部分）より外周側の上下面に、
例えばポリイミド樹脂を厚さ２０〜３０μｍ程度にコー
ティングして電気的な絶縁被膜１３を成形しておく。

【００１５】そして、圧力センサの組立工程では、感圧
チップ１を搭載したステム３に金属ケース６を溶接した
後、該金属ケース６の上に金属製シールダイアフラム
７，金属キャップ８を順に重ね合わせてシールダイアフ
ラムを突起６ａと８ｂの間に挟み込んで仮組立する。こ
の仮組立工程では、前記の絶縁被膜１３を位置決めガイ
ドとしてその内周側に金属ケース６，金属キャップ８の
突起６ａ，８ｂが当接するように重なり合い位置を決め
て組立てることにより、部品相互間での正しい位置決め
が一義的になされる。次に、この仮組立状態を保持した
まま圧力センサの上下に溶接電極１４，１５を図示のよ
うにセットし、かつ電極１４，１５に上下より加圧力を
加えながら溶接電源１２より通電してプロジェクション
溶接を行う。なお、溶接後は従来と同様にケース内の空
間にシリコーン油（図示せず）を封入して圧力センサの
製品を完成する。

【００１６】前記のように金属製シールダイアフラム７
の外周縁に絶縁被膜１３をあらかじめ形成しておくこと
により、プロジェクション溶接工程で加圧力を加えた際
にシールダイアフラム自身に反りが生じたとしても、突
起６ａ，８ｂ以外の箇所でシールダイアフラム７の金属
地肌がが金属ケース６，金属キャップ８のフランジに触
れ合うことがない。これにより、溶接時には突起６ａ，
８ｂ以外の箇所に電流が不当に回り込むことが回避さ
れ、電流は全て突起８ａ，８ｂに集中して流れるので、
金属製シールダイアフラム７との間で気密性の高い溶接
接合状態が得られる。

【００１７】実施例２：図３は本発明の請求項３に対応
する実施例を示すものである。この実施例においては、
圧力センサの構成要素部品とは別に（ｂ）図のように例
えば５０μｍ厚程度のフッ素系樹脂で作られた二つ割り
構造のリング状絶縁シート１６を用意しておく。そし
て、金属製シールダイアフラム７を金属ケース６，金属
キャップ８の突起６ａ，８ｂの間に挟持した仮組立状態
でプロジェクション溶接を行う際には、（ａ）図のよう
に前記した絶縁シート１６を金属製シールダイアフラム
７の上下面と金属ケース６，金属キャップ８のフランジ
面との間に残存する隙間に外周側は挿入して挟み込み、
この状態で溶接電極に通電してプロジェクション溶接を
行う。このように絶縁シート１６を溶接箇所の残余隙間
に介装しておくことにより、金属製シールダイアフラム
７の加圧による不要な反り，変形が防げるほか、実施例
１と同様に溶接電流が突起６ａ，８ｂ以外の箇所に回り
込むのを確実に回避しつつ安定した状態でのプロジェク
ション溶接が行える。

【００１８】なお、絶縁シート１６はプロジェクション
溶接の後に溶接部から抜き取って繰り返し使用すること
ができる。 実施例３：図４は本発明の請求項４に対応する実施例を
示すものである。この実施例においては、金属ケース
６，金属キャップ８に対してフランジ面には突起６ａ，
８ｂを除く面域に例えばポリイミド樹脂を５０μｍ厚程
度にあらかじめコーティングして絶縁被膜１７を形成し
ておき、その後に圧力センサを仮組立てして金属ケース
６，金属キャップ８と金属製シールダイアフラム７との
間をプロジェクション溶接する。この方法においても、
前記実施例１，２と同様に加圧力により金属製シールダ
イアフラム７の周縁にに反りが生じても、突起６ａ，８
ｂ以外の箇所で金属ケース６，金属キャップ８の金属地
肌にダイアフラムが直接触れるおそれはない。したがっ
て、溶接電流の不要な回り込みを回避して突起６ａ，８
ｂと金属性シールダイアフラム７との間をプロジェクシ
ョン溶接して気密性の高い接合状態を確保することがで
きる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の組立方法に
よれば、圧力センサの組立工程で金属ケースに金属製シ
ールダイアフラムを溶接接合する際の方法としてプロジ
ェクション溶接法を採用したことにより、従来のシーム
溶接法と比べて圧力センサ１個当たりの溶接時間を大幅
に短縮して圧力センサの生産性が向上する。しかも、金
属ケース，金属キャップに形成した突起の間に金属製シ
ールダイアフラムを挟み込んでプロジェクション溶接を
行う状態では、正規の溶接地点である突起部を除いた重
なり合いの残余面が電気的に絶縁されているので、外部
からの加圧力によって肉薄なシールダイアフラムに反
り，変形が生じても、突起以外の箇所で各部品の金属地
肌同士が直接触れるおそれがなく、これにより突起部以
外への溶接電流の不当な回り込みを阻止し、これに起因
する溶接欠陥の発生を回避して絶縁油の封入に必要な気
密性の高い溶接接合状態が確保できるなど、高量産性に
加えて溶接欠陥のない高品質の油封入型半導体圧力セン
サを製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に対応する金属製シールダイ
アフラムの溶接工程図

【図２】図１における金属製シールダイアフラムを表し
た部分図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図

【図３】本発明の実施例２に対応する実施例を表す図で
あり、（ａ）は溶接接合時の仮組立状態を表す断面図、
（ｂ）は（ａ）図における絶縁シートの平面図

【図４】本発明の実施例３に対応する実施例の構成断面
図

【図５】従来における油封入型半導体圧力センサの構
成，並びに金属製シールダイアフラムの溶接工程の説明
図

【符号の説明】

１ 感圧チップ ３ ステム ６ 金属ケース ６ａ 突起 ７ 金属製シールダイアフラム ８ 金属キャップ ８ｂ 突起 ９ シリコーン油 １３ 絶縁被膜 １４ 溶接電極 １５ 溶接電極 １６ 絶縁シート １７ 絶縁被膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステム上に搭載した感圧チップと、該感圧
   チップの外周を包囲してステムに結合した金属ケース
   と、該金属ケースの開放面を覆う金属製シールダイアフ
   ラムと、該シールダイアフラムの加圧側を覆う導圧孔付
   き金属キャップとの組立体からなり、ケース内に絶縁油
   を封入した油封入型半導体圧力センサの組立方法であっ
   て、金属ケース, および金属キャップのフランジ面上に
   互いに位置を合わせて全周に亙る突起を形成しておき、
   該突起の間に金属製シールダイアフラムの周縁を挟持し
   て金属ケース, 金属製シールダイアフラム, 金属キャッ
   プを重ね合わせ、かつ前記突起を除く重ね合わせ面の残
   り面域に電気的な絶縁を施した状態で、外部より加圧力
   を加えてプロジェクション溶接したことを特徴とする油
   封入型半導体圧力センサの組立方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の組立方法において、金属製
   シールダイアフラムに対し、プロジェクション溶接箇所
   より外側の周縁域にあらかじめ絶縁被膜を形成してプロ
   ジェクション溶接を行うことを特徴とする油封入型半導
   体圧力センサの組立方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の組立方法において、金属ケ
   ース, および金属キャップのフランジ面と金属製シール
   ダイアフラムとの間の突起より外周域に絶縁シートを挟
   み込んでプロジェクション溶接を行うことを特徴とする
   油封入型半導体圧力センサの組立方法。
4. 【請求項４】請求項１記載の組立方法において、金属ケ
   ース, および金属キャップのフランジ面に対し、突起を
   除く領域にあらかじめ絶縁被膜を形成してプロジェクシ
   ョン溶接を行うことを特徴とする油封入型半導体圧力セ
   ンサの組立方法。