JPH06151894A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 キャンタイプの半導体圧力センサにおいて、
圧力媒体の流出を安価な構造で防止することができ、し
かもゲージ圧を直接測定できるようにする。 【構成】 一面に基準圧が、他面に測定対象とする圧力
が印加される半導体圧力センサチップ３と、このセンサ
チップを搭載するステム２と、このステムと結合して前
記センサチップの周囲を覆うキャン１と、このキャン内
に前記基準圧としての大気圧を導入して前記センサチッ
プの前記一面に印加する大気開放孔１２と、前記センサ
チップの前記他面に測定対象とする圧力媒体を導入する
圧力媒体導入孔４と、前記キャン内の圧力が所定値を越
えて外部の大気圧より上昇したとき、前記大気開放孔を
自動的に閉塞するダイヤフラム型の封止弁８とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤフラム部の両面
に加わる圧力の差を検出する半導体圧力センサに関し、
特に測定対象とする圧力媒体の流出事故を防止するよう
にしたキャンタイプの半導体圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】薄いダイヤフラム部の両面にそれぞれ基
準圧と測定対象とする圧力を印加する半導体圧力センサ
は、時として両圧力の差によってダイヤフラム部が破損
したり、センサチップの接着部が剥離してしまうことが
ある。このような場合に、測定対象とする圧力媒体が漏
れると、周辺機器を破損したり、周囲の人体に影響を与
えることもある。この傾向は基準圧に真空を利用する絶
対圧センサの場合に顕著であるため、従来は圧力媒体漏
れが生じても周囲に流出しないように、全体をキャンで
包む構造とすることがある。

【０００３】図３は、上述したキャンタイプの半導体圧
力センサの一例を示す断面構造で、１はキャン、２はそ
の開口を閉塞するステム、３はステム２に搭載された半
導体圧力センサチップ、４はステム２を貫通してセンサ
チップ３の測定面に圧力媒体を導入する導入孔、５はセ
ンサチップ３から検出信号を取り出すリード、６はセン
サチップ３とステム２との接合部である。センサチップ
３は半導体ダイヤフラム３１と圧力媒体導入用の台座ガ
ラス３２とを一体化したもので、歪み検出用の素子を形
成したダイヤフラム３１の下面が測定面、上面が基準面
となる。この種の絶対圧センサでは基準圧を真空にする
ため、キャン１の内部を真空引きした真空室７としてあ
る。

【０００４】このようなキャンタイプの半導体圧力セン
サは、ダイヤフラム３１が破損しても、或いはチップ３
とステム２との接合部６が剥離しても、導入孔４から内
部に導入された圧力媒体はキャン１の内部に留まり、外
部に流出することがない。このため、不幸にしてこの種
の事故が生じても、外部に対する影響を最小限に止める
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３の
構造の圧力センサは、キャン１により形成される真空室
７の気密性を保持するために、チップ接合部６を半田接
合としなければならないので、その接合自体がコストア
ップ要因となる。加えて、チップ接合部６の気密性チェ
ックには、ラジオアイソトープを利用したリークチェッ
クが必要となり、これを全製品に対し行うと、更にコス
トアップする。

【０００６】しかも、真空圧を基準とする絶対圧センサ
では、大気圧を基準としたゲージ圧を測定する場合、媒
体圧力の測定だけでなく、そのときの大気圧も測定して
補正する必要があり、１度の圧力測定だけで済まない煩
雑さがある。特に、ゲージ圧の測定は、通常の圧力測定
の中でも頻度が高いので、これを直接行えない点は圧力
センサとして不利である。

【０００７】本発明は、基準圧を大気圧とすることによ
り、圧力媒体の流出を安価な構造で防止することがで
き、しかもゲージ圧を直接測定できるようにすることを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体圧力センサは、一面に基準圧が、他
面に測定対象とする圧力が印加される半導体圧力センサ
チップと、このセンサチップを搭載するステムと、この
ステムと結合して前記センサチップの周囲を覆うキャン
と、このキャン内に前記基準圧としての大気圧を導入し
て前記センサチップの前記一面に印加する大気開放孔
と、前記センサチップの前記他面に測定対象とする圧力
媒体を導入する圧力媒体導入孔と、前記キャン内の圧力
が所定値を越えて外部の大気圧より上昇したとき、前記
大気開放孔を自動的に閉塞するダイヤフラム型の封止弁
とを備えてなることを特徴としている。

【０００９】

【作用】本発明の圧力センサでは、キャン内部の圧力は
大気圧であるため、これを基準圧力とすることにより、
ゲージ圧を直接計測することができる。また、この様な
ゲージ圧センサは、絶対値センサより半導体チップのダ
イヤフラムに加わる圧力差が少ないため、ステムとチッ
プとの接合は樹脂等による簡単なもので済み、コストダ
ウンを図ることができる。更に、センサチップのダイヤ
フラム破損や接合部剥離に伴う圧力媒体の流出は、ダイ
ヤフラム型の封止弁で確実に抑止されるため、キャンタ
イプ特有の安全性はそのまま保障される。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の第１の実施例を示す構造図で、
（ａ）は全体の断面図、（ｂ）大気開放孔封止弁単体の
平面図、（ｃ）封止弁の動作状態図である。これらの図
において、１は金属性のキャン、２はその底部開口を閉
塞する金属性のステム、３はステム２の上面に搭載され
た半導体圧力センサチップ、４はこの圧力センサチップ
３の下面に測定対象とする圧力媒体を導入する圧力媒体
導入孔、５は圧力センサチップから検出信号を取り出す
リード、６はセンサチップ３をステム２に接着する接着
部であり、ここまでの構造は図３と変わらない。したが
って、圧力センサ３は半導体ダイヤフラム３１とガラス
台座３２とからなる。但し、接合部６は圧力差が少ない
ため、半田接合の必要はなく、樹脂等による接着でよ
い。

【００１１】図１の実施例が従来構造と違う点は、キャ
ン１の頂部に大気開放孔１２を形成し、キャン１の内部
空間を外部の大気に連通させた基準室１１にしたこと、
および基準室１１の内部圧力が急激に外部の大気圧より
高くなったときに、自動的に大気開放孔１２を閉塞する
ダイヤフラム型の大気開放孔封止弁８をキャン１の内側
に取り付けたことである。

【００１２】この封止弁８は、キャン１に接合させる円
環状の接合部８１と、この接合部８１から内部へ延びる
弾性を有した板バネ状の支持部８２と、この支持部８２
で支持される円盤状の受圧部８３と、この受圧部８３の
中心部に固定された封止栓８４とからなる。支持部８２
はプレス加工で湾曲させられているため弾性を持ち、且
つ接合部８１と受圧部８３との間に内抜き孔８５が形成
されているため、受圧部８３は封止栓８４を伴って軸方
向に移動することができる。

【００１３】受圧弁８３の両面に圧力差が生じないとき
は、図１（ａ）に示すように、封止栓８４は支持部８２
の弾性で後退して大気開放孔１２を開放している。この
状態では、基準室１１内は大気圧に保たれるので、導入
孔４から導入した圧力媒体のゲージ圧を大気圧を基準と
して測定することができる。この圧力測定中に、導入媒
体の圧力でチップ接合部６が剥離したり、ダイヤフラム
部３１が破損すると、導入孔４から導入された圧力媒体
はキャン１内に急激に流入する。この結果、キャン１内
の圧力が急激に外部の大気圧より高くなると、封止弁８
の受圧部８３がこの圧力差により低圧力側へ変位し、大
気開放孔１２を閉塞する。この場合、封止栓８４が例え
ばゴム素材のように弾力性を有すると、圧力差によって
大気開放孔１２内に吸い込まれるようにその一部が入り
込み、キャン１内を完全に気密状態にしてしまう。した
がって、キャン１内に漏れた圧力媒体がキャン１の外へ
流出することは確実に防止される。

【００１４】大気開放孔封止弁８は、ベアリングタイプ
とする事も可能であるが、本発明のようにダイヤフラム
型とする場合には、次のような利点がある。 （１）接合部８１、支持部８２、受圧部８３をプレス加
工により一枚の板金から容易に作成できるので、低コス
トで済む。また、封止栓８４はゴム素材等であり、これ
を受圧部８３の中心部に形成した孔に圧入することで確
実に取り付けることができる。 （２）キャン１に対する接合は接着或いはスポット溶接
等により行うことができるので、量産する場合にも自動
化することができ、製造コストを引き下げることが可能
である。 （３）大気開放孔１２に対する封止栓８４の位置決め
は、接合部８１の外径をキャン１の内径より若干小さく
しておくことで容易に（自動的に）行うことができる。

【００１５】図１の実施例では、２本の支持部８２で受
圧部８３を支持する例を示したが、図２（ａ）に示すよ
うに４本の支持部８２で受圧部８３を支持したり、同図
（ｂ）に示すように３本の支持部８２で受圧部８３を支
持することもできる。また、接合部８１を円環状とする
代わりに、同図（ｃ）に示すように支持部８２の延長部
分としてもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、キャ
ンタイプの半導体圧力センサにおいて、基準圧を大気圧
としたので、ゲージ圧を直接測定することができ、しか
もダイヤフラム型の封止弁を使用したので、圧力媒体の
流出を安価な構造で防止することができる。このため、
媒体漏れの心配のある油圧センサやエアコン用センサ等
としても幅広く利用できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例を示す構造図である。

【図２】 本発明の大気開放孔封止弁の他の例を示す平
面図である。

【図３】 従来のキャンタイプの半導体圧力センサの断
面図である。

【符号の説明】

１…キャン、２…ステム、３…半導体圧力センサチッ
プ、３１…ダイヤフラム部、３２…ガラス台座、４…圧
力媒体導入孔、５…リード、６…チップ接合部、８…大
気開放孔封止弁、８１…接合部、８２…支持部、８３…
受圧部、８４…封止栓、８５…打抜き孔、１１…基準
室、１２…大気開放孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面に基準圧が、他面に測定対象とする
   圧力が印加される半導体圧力センサチップと、 このセンサチップを搭載するステムと、 このステムと結合して前記センサチップの周囲を覆うキ
   ャンと、 このキャン内に前記基準圧としての大気圧を導入して前
   記センサチップの前記一面に印加する大気開放孔と、 前記センサチップの前記他面に測定対象とする圧力媒体
   を導入する圧力媒体導入孔と、 前記キャン内の圧力が所定値を越えて外部の大気圧より
   上昇したとき、前記大気開放孔を自動的に閉塞するダイ
   ヤフラム型の封止弁とを備えてなることを特徴とする半
   導体圧力センサ。