JPH06102121A - 半導体感圧素子 - Google Patents

半導体感圧素子

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JPH06102121A
JPH06102121A JP25029092A JP25029092A JPH06102121A JP H06102121 A JPH06102121 A JP H06102121A JP 25029092 A JP25029092 A JP 25029092A JP 25029092 A JP25029092 A JP 25029092A JP H06102121 A JPH06102121 A JP H06102121A
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semiconductor pressure
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Toshiaki Sakai
利明 酒井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体感圧素子の気密性の劣化は特性の変化を
もたらすので、気密性劣化が防止され、また万一劣化が
起きたときは自己診断できるようにして信頼性を高め
る。 【構成】感圧チップを固定した金属ステムと金属キャッ
プからなるキャンパッケージを樹脂支持体上に加圧して
固定し、その支持体とキャンパッケージを樹脂蓋部とそ
れをカーリングにより固定した金属台座とよりなる外部
容器中に収容して2重構造にして気密性、防爆性、信頼
性を向上させる。キャンパッケージから下方に引き出さ
れた端子は、樹脂支持体中に埋込まれたU字状導体によ
り方向反転され、外部容器上部から引出される。また自
己診断はチップ上に形成した拡散抵抗の導電性ガスによ
る抵抗変化を利用して行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ダイヤフラム部
に不純物拡散により形成した感圧ゲージのピエゾ抵抗効
果を利用した半導体感圧素子に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体感圧素子は、金属ダイヤフラム型
あるいはフローティング可変抵抗型の感圧素子に比して
外形が小さくでき、低コスト化が可能であるという特徴
をもち、自動車のエンジン制御プラントにおける圧力の
自動監視など、各種ガス圧力計測に用いられる。そし
て、半導体感圧素子のセンサ部と、その出力信号を増幅
し、また温度補償するための信号処理回路とを別個にす
ると、構造が複雑となること、また外付けの信号処理回
路は腐食性ガスなどのある外部環境の悪い所では使えな
いという問題があり、信号処理回路を感圧ゲージ部と同
一チップに集積することが進められている。そして、こ
の半導体チップをガラスなどの台座と静電接合により気
密接合し、その台座を金属ステム上に固着し、その金属
ステムと金属キャップを気密溶接封止して内部を圧力基
準室とするキャンパッケージ型半導体感圧素子は高い信
頼性を有している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】キャンパッケージは気
密性の点で信頼性が高いが、もし外力その他によりパッ
ケージが破損して気密が破壊されると感圧素子としての
機能が果たせなくなる。またセンサチップが破壊してパ
ッケージを突き破り、外部に飛散するおそれもある。
【0004】本発明の目的は、上述の問題を解決し、パ
ッケージの破損による気密性劣化が防止され、さらに万
一気密性劣化が起きたときには、それを検知できる自己
診断(ダイアグノーシス) 機能をもつ半導体感圧素子を
提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の半導体感圧素子は、ダイヤフラム部に感
圧ゲージが形成された半導体素体を収容する金属底板と
それと気密に結合された金属蓋体とからなる内部容器
が、蓋部と基部とよりなり、蓋部が弾性体を介して基部
に加圧されてそれと気密に結合される外部容器中にさら
に収容されたものとする。そして、半導体素体に感圧ゲ
ージの信号処理回路が集積されたこと、内部容器の底板
に絶縁されて気密に貫通する端子導体がその底板と外部
容器基部との間に介在する絶縁性支持体に埋込まれたU
字状導体を介して外部容器蓋部を貫通して上方に引き出
される外部端子に接続されたこと、そのU字状導体の両
端に、接続される導体が差込まれる凹形端子を有するこ
と、外部容器蓋部が外部容器基部周辺で突出する円筒体
のカーリングにより基部に加圧されること、また外部容
器の下面中央に固定用ねじ部を有し、そのねじ部の中心
軸に半導体素体のダイヤフラム部の一面に達する導圧路
に連通する導圧孔が形成されたことが有効である。別の
本発明の半導体感圧素子は、ダイヤフラム部に感圧ゲー
ジが形成された半導体素体上に導電性ガス検出用のセン
サが設けられたものとする。そして、導電性ガス検出用
のセンサが、半導体素体に形成された拡散抵抗の両端の
電極間の抵抗値の変化により素体上の雰囲気中の導電性
ガスの存在を検出するものであることが有効である。
【0006】
【作用】感圧機能をもつ半導体素体を二重の容器に収容
することにより、外力による内部容器の破損の防止、素
体の破壊の時の安全性の確保および二重構造による気密
性の向上が達せられる。また、内部容器の金属蓋部に絶
縁されて気密に貫通する端子導体の形成は困難なので、
内部容器底板を貫通する端子導体を、内部容器の絶縁性
支持体中にあるU字状導体により上方に方向反転し、外
部容器蓋部から上方へ外部端子導体を引き出すことによ
り、外部回路との接続が容易になる。さらに、半導体素
体上に、例えば大気中の水蒸気のような導電性ガスの接
触により抵抗の変化する拡散抵抗のようなガスセンサを
設けることにより、気密性の劣化によるガスの侵入を検
知する自己診断機能が確保される。
【0007】
【実施例】図1は本発明の絶対圧型半導体感圧素子にお
ける一実施例を示す。ダイヤフラム部に感圧ゲージが形
成されている感圧チップ1は静電接合によりガラズ台座
2の上に固着され、そのガラス台座ははんだ3によって
金属ステム4にろう付けされている。この金属ステム4
は金属キャップ5に溶接されて気密容器を形成する。ス
テム4にガラス6によってシールされて貫通する端子7
は、感圧チップ1の出力端子と導線8により接続されて
いる。そして、このステム4はゴム板9を介して樹脂支
持体10に加圧、固定される。加圧は、支持体10周縁で突
出する円筒体11の三角形断面を有する頭部によって行わ
れる。さらに、樹脂支持体10はねじ部12を有する金属台
座13の上に置かれ、ソケット16を有する樹脂製の外部容
器蓋部15によりゴム板14を介して加圧される。加圧は、
台座13の周縁近くで突出する円筒体17の上部をカーリン
グすることにより行われる。樹脂支持体10にはU字状導
体18が埋込まれている。このU字状導体18の両端には凹
形端子19、20が形成され、凹形端子19に内部容器の金属
ステム4を貫通する端子7を、凹形端子20には途中に応
力を吸収する可撓部を有する外部出力端子21を差込むこ
とにより、はんだ付等洗浄を要する作業を必要とするこ
となく接続ができる。外部出力端子21の上部は予め蓋部
15に埋込まれており、上端はソケット16の中で外部に引
き出されている。台座13と蓋部15からなる外部容器の外
部および台座の中心軸に開けられた導圧孔22との間の気
密封止は、ゴム板14に圧着する蓋部15および支持体10の
当接面に凸部23、24を形成することにより確保される。
同様の凸部は、金属ステム4のゴム板9との当接面に形
成してもよい。この素子の取付時などに加わる外力は、
プラスチックからなる支持体10と蓋部15との係合部のみ
にかかり、キャンパッケージ4、5には伝わらない。ま
た上下方向の応力は、二重のゴム板9、14が緩和する。
なお、金属台座13にねじ部12を有するのでエンジン制御
プラントへの実装が簡単にできる。
【0008】この感圧素子は、導圧孔22より測定圧を導
入すると、圧力はゴム板14の穴、支持体10の穴、ゴム板
9の穴、金属ステム4の穴、台座2の穴からなる導圧路
を経由してチップ1に伝えられ、金属ステム4とキャッ
プ5により形成されるキャンパッケージ内の圧力基準室
25の圧力との差に応じた信号を出力する。キャンパッケ
ージの気密劣化の場合は、圧力基準室25の圧力を大気よ
り低く設定することによって、外部から侵入した空気中
の水蒸気がチップ1の上で結露する。そこで図2に示す
ような拡散抵抗31をチップ表面層に形成し、Al導体32に
よりジグザグ状に接続する。図3はその断面図で、33は
パッシベーション膜を示している。水滴の付着により、
34あるいは35の部分にリークが起こり、抵抗値が低下す
る。図4はこのような変化による自己診断機能の等価回
路で、感圧ゲージ41の出力信号は演算増幅器42を介して
out 端子から取出される。一方、拡散抵抗31と基準抵
抗43とにより電源電圧を分圧すれば、拡散抵抗31の抵抗
の低下はコンパレータ44によって自己診断出力として端
子45から取出される。さらに大きな気密性の変化があれ
ば、素子の出力信号も大きく変化することがわかってお
り、この出力を常時モニタすることによって、電源オン
などの初期レベルとの比較を接続したマイコンなどで処
理できる対応ができる。チップに集積されたIC回路の
不動作故障などは、出力が下限飽和0.2V以下、上限飽
和4.9V以上などで常時モニタすることができる。
【0009】図5は本発明の相対圧型半導体感圧素子に
おける一実施例を示す。この場合は、キャンパッケージ
の内部空間25を大気に開放するために、金属蓋体51に孔
部26を、外部容器蓋部15に孔部27を設けてある。この孔
部27は孔部26より低い位置にあり、外部からの水分がキ
ャンパッケージ内部空間25に浸入しにくくしてある。ま
たチップ1および接続導線8に保護用ポッティング樹脂
28が塗布されている。この素子においても、チップ1に
拡散抵抗31を形成することにより、導圧孔22から導入さ
れる測定ガスが気密性劣化のためキャンパッケージ内部
空間25に侵入したことを検知するのに役立つ。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、容器を二重にすること
により、気密性、防爆性の向上が達せられ、U字状導体
の利用により外部出力端子の容器上方への引出しが容易
になり、またガスセンサの内蔵により自己診断機能が備
えられるので、信頼性の高い半導体感圧素子を得ること
ができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の絶対圧型半導体感圧素子の
断面図
【図2】本発明の別の実施例に用いられるガスセンサの
平面図
【図3】図2のガスセンサの断面図
【図4】図2のガスセンサを用いた半導体感圧素子の等
価回路図
【図5】本発明のさらに別の実施例の相対圧型半導体感
圧素子の断面図
【符号の説明】
1 感圧チップ 4 金属ステム 5 金属キャップ 6 ガラス 7 端子 9 ゴム板 10 樹脂支持体 11 円筒体 12 ねじ部 13 金属台座 14 ゴム板 15 外部容器蓋部 17 円筒体 18 U字状導体 19 凹形端子 20 凹形端子 21 外部出力端子 22 導圧孔 23 凸部 24 凸部 31 拡散抵抗 32 Al導体

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ダイヤフラム部に感圧ゲージが形成された
    半導体素体を収容する金属底板とそれと気密に結合され
    た金属蓋体とからなる内部容器が、蓋部と基部とよりな
    り、蓋部が弾性体を介して基部に加圧されてそれと気密
    に結合される外部容器中にさらに収容されたことを特徴
    とする半導体感圧素子。
  2. 【請求項2】半導体素体に感圧ゲージの信号処理回路が
    集積された請求項1記載の半導体感圧素子。
  3. 【請求項3】内部容器の底板に絶縁されて気密に貫通す
    る端子導体がその底板とその下の外部容器基部との間に
    介在する絶縁性支持体に埋込まれたU字状導体を介して
    外部容器蓋部を貫通して上方に引き出される外部端子に
    接続された請求項1あるいは2記載の半導体感圧素子。
  4. 【請求項4】U字状導体の両端に、接続される導体が差
    込まれる凹形端子を有する請求項3記載の半導体感圧素
    子。
  5. 【請求項5】外部容器蓋部が外部容器基部周辺で突出す
    る円筒体のカーリングによる基部に加圧される請求項1
    ないし4のいずれかに記載の半導体感圧素子。
  6. 【請求項6】外部容器の下面中央に固定用ねじ部を有
    し、そのねじ部の中心軸に半導体素体のダイヤフラム部
    の一面に達する導圧路に連通する導圧孔が形成された請
    求項1ないし5のいずれかに記載の半導体感圧素子。
  7. 【請求項7】ダイヤフラム部に感圧ゲージが形成された
    半導体素体上に導電性ガス検出用のセンサが設けられた
    ことを特徴とする半導体感圧素子。
  8. 【請求項8】導電性ガス検出用のセンサが、半導体素体
    に形成された拡散抵抗の両端の電極間の抵抗値の変化に
    より素体上の雰囲気中の導電性ガスの存在を検出するも
    のである請求項7記載の半導体感圧素子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6422088B1 (en) 1999-09-24 2002-07-23 Denso Corporation Sensor failure or abnormality detecting system incorporated in a physical or dynamic quantity detecting apparatus
WO2004048915A1 (de) * 2002-11-26 2004-06-10 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Messumformer mit lecküberwachung
JP2006514287A (ja) * 2003-02-19 2006-04-27 フィッシャー コントロールズ インターナショナル リミテッド ライアビリティー カンパニー 危険な用途に用いられるゲージ式圧力センサ
CN109353252A (zh) * 2018-12-06 2019-02-19 吉林大学 一种具有体压感知的智能汽车座椅装置和应用方法
CN110054141A (zh) * 2019-03-27 2019-07-26 西人马联合测控(泉州)科技有限公司 压力传感器及其封装方法

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