JPH05332866A - 油封入型半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】金属ケース内に封入した油の減量を可能にして
その体積変化による内圧変動を低め、併せて封入油中を
伝播して感圧チップに加わる急激な圧力上昇を緩和して
破壊から安全に保護できる油封入型半導体圧力センサを
提供する。 【構成】ステム３に搭載した感圧チップ１，金属ケース
６，金属性シールダイアフラム７，キャップ８，ケース
内に封入したシリコーン油９などで構成した油封入型半
導体圧力センサに対して、金属ケース６に中仕切壁６ａ
を設けて感圧チップ１と金属製シールダイアフラム７と
の間をで隔離し、かつ該壁に衝撃圧力波に対する緩衝穴
として機能する小径な連通穴６ｂを開口するとともに、
中仕切壁を含む金属ケースの内面に絶縁被膜１１を形成
してリード端子４，ワイヤ５との接触を許容し、金属ケ
ースを小形に構成して油封入量の減量化を図り、併せて
感圧チップに加わる急激な圧力上昇を緩和して圧力破壊
から保護する。

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３は従来における油封入型半導体圧力セ
ンサを示すものであり、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に装備したリード端
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金属ケース、７は金属ケー
ス６の開放端面を覆ってキャップ８との間に介装した金
属製シールダイアフラム、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、１０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。なお、金属製シールダイアフ
ラム７はバネ性を有し、例えば肉厚２０μｍ程度の極薄
なステンレス材で作られてたものである。

【０００４】かかる構成で、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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した油
封入形の半導体圧力センサでは、ケース内に封入したシ
リコーン油の熱膨張，収縮による体積変化が生じ、これ
が原因でケースの内圧が変動して感圧チップ１に加わる
圧力が変化する。しかも内圧変動は圧力センサの外乱と
なり、わずかな内圧の変動はシールダイアフラム７が変
形して吸収できるが、内圧の変動が大きくなるとシール
ダイアフラムで吸収し切れず、このために圧力センサの
測定精度が低下する。

【０００６】したがって、シリコーン油の体積変化に起
因して発生する内圧の変動を低く抑えるためには、油の
封入量，したがってケース内の空間を小さくすることが
必要である。しかして、図３の従来構造のままで金属ケ
ース６の径，高さ寸法を小さく設計すると、ケース内の
空間が小さくなってリード端子４，ワイヤ５と金属ケー
ス６，金属製シールダイアフラム７との間の間隔が狭ま
り、ループ状に引回して感圧チップ１とリード端子４と
の間にボンディングされたワイヤ５が金属製のシールダ
イアフラム７に直接触れてショーとしたするおそれがあ
る。また、接触に至らないまでも間隔が極端に小さくな
ると、例えば自動車に搭載した場合にはイグニッション
コイルからの電圧サージなどにより静電気破壊を引き起
こすおそれがある。そこで、従来構造では部品の寸法，
ボンディングワイヤ５のループ高さなどの寸法公差を考
慮して、設計面で金属ケース６の径，高さ寸法に十分な
余裕を持たせる必要があり、このためにシリコーン油の
封入量を減量することが中々困難であった。

【０００７】また、油封入型圧力センサでは、先記のよ
うにシールダイアフラム７に加わる被測定圧の変化は圧
力波としてシリコーン油９の媒質を伝播し、感圧チップ
１に作用するわけであるが、この場合に被測定圧が急激
に増加すると、水力学で言う水撃作用により感圧チップ
１に加わる圧力が増幅され、このために感圧チップ１に
形成した肉薄なダイアフラム部が過大な圧力で破壊され
るおそれがある。

【０００８】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、金属ケースの構
造を改良することにより油の封入量を減らしてその体積
変化による内圧の変動を低く抑え、併せて封入油中を伝
播して感圧チップに加わる急激な圧力上昇を緩和して破
壊から安全に保護できるようにした測定精度，信頼性の
高い油封入型半導体圧力センサを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
り、感圧チップと金属製シールダイアフラムとの間を、
少なくとも感圧チップとの対向面が絶縁被膜で覆われ、
かつ板面の一部に連通穴が開口する中仕切壁で隔離して
構成することにより達成される。また、前記構成におけ
る中仕切壁を金属ケースに一体形成し、かつ中仕切壁を
含めて金属ケースの内面に樹脂コーティングを施して構
成することができる。

【００１０】さらに、シールダイアフラム側から感圧チ
ップに向けて油中を伝播する急激な圧力変化を緩和する
ためには、前記構成の中仕切壁に穿孔した連通穴を、小
径な緩衝穴として構成するのがよい。

【００１１】

【作用】上記構成のように感圧チップ，リード端子など
を包囲する金属ケースに中仕切壁を設けて金属製シール
ダイアフラムと感圧チップ側の空間との間を隔離し、か
つ金属ケースの内面を絶縁被膜で覆っておくことによ
り、この絶縁被膜にリード端子，ボンディングワイヤに
直接触れても特性上の問題はなく、かつ静電気破壊耐量
も高まる。これにより、金属ケースの径，高さ寸法を小
さく設計して感圧チップを収容したケース内部の空間容
積，したがってこの空間内に封入する油量を最小限に減
量して油の熱膨張，収縮に伴う内圧変動を低めて圧力セ
ンサの測定精度を向上させることができる。

【００１２】また、中仕切壁に穿孔した連通穴を小径な
緩衝穴として構成することにより、シールダイアフラム
側から感圧チップに向けて油中を伝播する圧力波にダン
ピング作用が働くようになる。したがって、被測定圧が
急激に増加した場合でも、水撃作用による急激な圧力上
昇を緩和して感圧チップを圧力破壊から安全に保護でき
る。

【００１３】

【実施例】以下本発明の実施例を図１，図２に基づいて
説明する。なお、図中で図３に対応する同一部材には同
じ符号が付してある。すなわち、図示実施例の構成にお
いては、感圧チップ１の収容空間を感圧チップ側と金属
シールダイアフラム７側とに仕切るように、感圧チップ
１を包囲してステム３に結合した金属ケース６の上面側
に中仕切壁６ａが一体形成されており、かつ該中仕切壁
６ａの板面には導圧用の連通穴６ｂが開口している。さ
らに、中仕切壁６ａを含めて金属ケース６の内面全域が
例えばポリイミド樹脂を均一な厚さにコーティングして
絶縁被膜１１が形成されている。

【００１４】また、中仕切壁６ａに穿孔した連通穴６ａ
は、圧力測定時にシリコーン油９を伝播してシールダイ
アフラム７から感圧チップ１に加わる圧力波にダンピン
グ作用を与えるために小径な緩衝穴とし、図２（ａ),
（ｂ）で示すようにパターンで壁面の一箇所ないし複数
箇所に分散して穿孔されている。かかる構成により、圧
力測定時にキャップ８の導圧孔８ａを通じてシールダイ
アフラム８に加わる圧力は、金属ケース６の中仕切壁６
ａに穿孔した連通穴６ｂを通じて感圧チップ１に伝播す
る。ここで、被測定圧が急激に増加した場合には、前記
構造の金属ケース６が水撃作用に対する一種のダンパと
して機能し、中仕切壁６ａに穿孔した小径の連通穴（緩
衝穴）６ｂがシリコーン油９を伝播して感圧チップ１に
作用する圧力の急激な上昇を緩和させ、感圧チップ１に
形成した肉薄なダイアフラム部を圧力破壊から安全に保
護する。

【００１５】また、前記のように金属ケース６に中仕切
壁６ａを設けたことで、感圧チップ１とリード端子４と
の間を接続するワイヤ５が金属製シールダイアフラム７
に直接触れ合うおそはれはなく、かつ中仕切壁６ａを含
めて金属ケース６の内面には絶縁被膜１１が施されてい
るので、仮にリード端子４，ワイヤ５が絶縁被膜に触れ
ていてもショートのおそれはなく、圧力センサの機能に
支障をきたすことがない。したがって、パッケージの設
計上で感圧チップ１を包囲する金属ケース６の径，高さ
寸法を従来構造よりも縮小しても何等の問題はなく、し
かも金属ケースを小形化することによって、シリコーン
油９の封入量が少なくて済み、この結果としてシリコー
ン油の熱膨張，収縮に伴う内圧の変動幅が小さくなって
圧力センサの測定精度が向上する。なお、発明者等が設
計，試作した圧力センサで、金属ケース６の内面とリー
ド端子４，ワイヤ５との間の間隔を0.２mmまで縮減した
ことにより、従来構造と比べてシリコーン油の封入量を
0.３ccから0.２ccに減量できることが確認されている。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、圧力センサの内部配線上での問題なしに感圧チップ
を収容する金属ケースの径, 高さ寸法を小形に設計, 製
作することが可能となり、かつ金属ケースの小形化によ
り油の封入量を減量して油の熱膨張, 収縮に伴う内圧の
変動を低く抑えることができ、これにより圧力センサの
測定精度の向上化が図れる。また、金属ケースの中仕切
壁に穿孔した連通穴を小径な緩衝穴とすることにより、
油の媒質を伝播してシールダイアフラム側から感圧チッ
プに作用する圧力の急激な上昇を緩和して感圧チップを
水撃作用による破壊から安全に保護するなど、測定精
度, 信頼性の高い油封入型半導体圧力センサを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の構成断面図

【図２】図１における金属ケースの裏面図であり、
（ａ),（ｂ）は中仕切壁に穿孔した連通穴の異なるパタ
ーンを表す図

【図３】従来における油封入型半導体圧力センサの構成
断面図

【符号の説明】

１ 感圧チップ ３ ステム ４ リード端子 ５ ワイヤ ６ 金属ケース ６ａ 中仕切壁 ６ｂ 連通穴 ７ 金属性シールダイアフラム ８ キャップ ８ａ 導圧孔 ９ シリコーン油 １１ 絶縁被膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リード端子を備えたステムと、該ステム上
   に台座を介して搭載した半導体感圧チップと、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端面を閉塞する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
   付きキャップとの組立体からなり、前記感圧チップとリ
   ード端子との間をワイヤで接続し、かつステム, ケー
   ス, シールダイアフラムで囲まれた空間内に油を充填し
   た油封入型半導体圧力センサにおいて、感圧チップと金
   属製シールダイアフラムとの間を、少なくとも感圧チッ
   プとの対向面が絶縁被膜で覆われ、かつ板面の一部に連
   通穴が開口する中仕切壁で隔離したことを特徴とする油
   封入型半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】請求項１記載の圧力センサにおいて、中仕
   切壁を金属ケースに一体形成し、かつ中仕切壁を含めて
   金属ケースの内面に樹脂コーティングを施したことを特
   徴とする油封入型半導体圧力センサ。
3. 【請求項３】請求項１記載の圧力センサにおいて、中仕
   切壁に穿孔した連通穴を、シールダイアフラム側から感
   圧チップに向けて油中を伝播する急激な圧力変化を緩和
   させる小径な緩衝穴としたことを特徴とする油封入型半
   導体圧力センサ。