JPH0650270B2 - 高圧用圧力検出器 - Google Patents

高圧用圧力検出器

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JPH0650270B2
JPH0650270B2 JP59103433A JP10343384A JPH0650270B2 JP H0650270 B2 JPH0650270 B2 JP H0650270B2 JP 59103433 A JP59103433 A JP 59103433A JP 10343384 A JP10343384 A JP 10343384A JP H0650270 B2 JPH0650270 B2 JP H0650270B2
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JP
Japan
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pressure
sensing
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thin
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JP59103433A
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実 西田
義則 大塚
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Soken Inc
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Nippon Soken Inc
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0054Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧あるいは内燃機関の燃焼圧などの高圧ガス
など比較的高圧(50kg/cm2以上)を検出する圧力検
出器に関する。
〔従来の技術〕
一般に高い圧力を検出する場合には、金属箱歪ゲージを
用いた圧力計を用いる。金属箱歪ゲージの感度は小さい
ため回路処理が難しく、計測器として使用するにはそれ
ほど問題はないが、センサとして常時使用するには零ド
リフトなどが問題となる。また、感度の高いゲージとし
て半導体式のものが実用化されているが、低圧用であり
半導体基板の耐圧上、高圧を検出することは困難であっ
た。例えば特開昭55−20218号公報、特公昭55
−19434号公報等のものがあった。
〔発明の目的〕
本発明は感度の高い半導体歪ゲージを用い、高圧が検出
できる高圧用圧力検出器を提供することにある。
即ち、本発明は圧力導入部たるセンシングボディを金属
で構成するとともにその一部を薄肉としてダイヤフラム
としての機能を持たせ、この反対側に、半導体チップに
構成された半導体歪ゲージで間接的に圧力を検出するこ
とにより高圧による半導体チップの破壊を防止し、しか
も感度良く圧力検出を行うことにある。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず、本発明の前提となる実施例の構成について説明す
る。
第1図において、1はハウジングでありネジ山11が切
ってあり被検出体に取り付けれるようになっている。2
はハウジングの内部に設けるセンシングボディであり、
例えばSUS材等の金属より構成され、内側は一端閉鎖
の空洞となっている。閉鎖端側の終端部中央2aは非常
に薄く構成されていて、ハウジング1とは各々の端部1
aと2bを電気溶接等で密着固定されている。3はセン
シングボディに固定された半導体の歪ゲージチップであ
る。4はセラミック基板であり表面に導電性のペースト
を印刷し焼成してある。5はワイヤであり半導体チップ
電極とセラミック基板のペースト部とを電気接続してい
る。6はセラミック基板のペースト部に固定されたポス
トである。7はハウジング1に打ち込み固定してあるス
ペーサ、8はOリング、9はコネクタ、10はポスト6
とコネクタ9の電極を接続するリード線である。
センシングボディ2の詳細図を第2図に示す。センシン
グボディ2の上端は半導体チップが固定されるので平坦
とし、受圧側に凹凸をつけて薄肉部としてある。薄肉部
2aの肉厚をt、直径をDとしてある。このtとDは最
大印加圧力に安全係数を見積もってダイヤフラムとなる
薄肉部が破断されないように設計してある。(例えば薄
肉部の材質をSUSとし、1000kg/cm2の保証を得
るのにD=2.0mm、t=0.6mmあるいはD=1.0mm、t=
0.3mmとする。) 半導体チップ3の取り付け状態についての詳細図が第4
図、第5図である。第4図(A)において31〜34は
歪ゲージであり、例えばN型シリコンの基板上にボロン
を拡散させたものであり、歪ゲージの配置は第4図
(A)に示すように31,32は半導体チップ3の中央
に、33,34は半導体チップ3の端に配置する。半導
体チップ3は第4図(B)に示すように薄肉部2aが半
導体チップの中央にくるように配置するので、歪ゲージ
31,32は薄肉部で構成されるダイヤフラムの中央に
位置し、圧力によって生じるシリコン基板上の応力を等
しく受けるようになっている。また歪ゲージ33,34
はダイヤフラムからはずれた両端にあるので圧力による
応力をほとんど受けないようになっている。この4つの
歪ゲージは第4図(C)に示すように半導体チップ上に
ブリッジを構成するように半導体チップ上に電気的に結
線されている。第5図は半導体チップの断面を示すもの
である。3aはシリコン基板であり、3bはその裏面に
SiOをスパッタしたものである。さらにその上にT
iを蒸着したものが3cであり、3dはその上にNiを
蒸着したものであり、さらに3eはその上にAuを蒸着
したものである。シリコン基板は直接ハンダがのらない
ので上記のように4層薄膜を重ねるようにして半導体チ
ップの裏面をメタライズし、最終層であるAuを介し
て、第4図(B)に示すようにセンシングボディ2の上
面にハンダ100で固定してある。
次に上記実施例の作動について説明する。センサに圧力
が印加されるとセンシングボディ2の内側には圧力がか
かり薄肉部は内部応力により歪み、歪ゲージ31,32
は抵抗値が増加する。一方歪ゲージ33,34には応力
が加わらないので抵抗値は変化しない。圧力が印加され
る前の4つの歪ゲージの抵抗値をRΩとし、ある圧力が
印加されたときの歪ゲージ31,32の抵抗値をR+Δ
Rとすると、第4図(C)の端子35,37に一定電圧
Eを印加しておくと端子36,38の電位差は{ΔR/
(2R+ΔR)}Eとなり、この値は圧力の変化に応じ
て変わるので、圧力検出を行うことができる。
ここで、上述の前提構成を示す実施例によれば、金属製
のセンシングボディ2の一部を薄肉化してダイヤフラム
とすることで、高耐圧なダイヤフラムを得ることがで
き、高感度な検出を半導体式歪ゲージにて実現すること
ができる。しかしながら、その反面センシングボディ2
を金属製とするため、センシングボディ2を構成する圧
力導管部と薄肉部とを一体に製作することが難しくなる
ということがある。
次に、本発明を適用した具体的な一実施例について説明
する。
第3図は本発明一実施例を適用したセンシングボディを
示すもので、上述の第1図におけるセンシングボディ2
に相当する。本一実施例において、センシングボディ
は、半導体チップに対応して薄肉部を形成したセンシン
グ部21と圧力を薄肉部に導入する圧力導管22とから
構成され、両者はハンダ23等で密着固定されている。
従って、上述の前提構成である実施例に比べてセンシン
グボディを分割してあるので空洞部分および薄肉ダイヤ
フラム部分の製作が容易である。
また、センシング部21は圧力導管22に密着固定され
るとともに、センシング部21外周には段部24が設け
られており、圧力導管22内周に突設したストッパ部2
5に嵌合せしめられている。従って、圧力導管22の圧
力導入口側より高圧が導入されてもセンシング部21の
ずれが生じるおそれはない。また、仮に過大圧力によっ
てセンシング部21と圧力導管22の接合部が損なわれ
ても、高圧圧力はセンシング部21のストッパ部25へ
の押力として作用するため、センシング部21の抜けを
防止することができる。このように、センシングボディ
を分割構成しても、センシング部21を圧力導管22に
確実に密着固定することができ、高圧流体のシール性,
安全性が飛躍的に向上し、高圧用として高い信頼性を有
する圧力検出器が実現できる。
また、第3図に示すようにセンシング部21の上面と圧
力導管22との上面とがほぼ同一高さとなるように構成
すれば、薄肉上に配置する半導体チップ3とその外側の
センシングボディ2を構成する圧力導管22上に配置す
るセラミック基板4との高低差を極めて小さくでき、両
者間のワイヤ5による電気接続は容易となる。さらに、
第3図に示すように、センシング部21の上面と圧力導
管22の上面とを同一平面とすれば、薄肉部上に配置さ
れる半導体チップの大きさに自由度がとれることにな
る。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば以下の効果がある。被
検出流体(液体あるいは気体)に面する金属製のセンシ
ングボディの一部を薄肉部分とすることで、この薄肉部
分がダイヤフラムとなり薄肉部分の内側に密着固定され
た半導体式歪ゲージでダイヤフラムに加えられる圧力を
高感度で検出することができる。また、受圧部分(ダイ
ヤフラム)は金属製のセンシングボディの薄肉部分にて
構成してあるので薄肉部の破断による被検出流体のもれ
はなく、高耐圧であり高圧検出に使用することができ
る。さらに、センシングボディを分割構成するようにし
ているため、金属製としても空洞部分及び薄肉部分の製
作が容易である。さらに、センシングボディをセンシン
グ部と圧力導管とに分割構成した際に問題となる接合部
におけるシール性の低下,特に高圧流体印加時に想定さ
れる接合部破損によるセンシング部のずれ、あるいはセ
ンシング部のぬけは、センシング部の外周に段部を設け
て圧力導管内周に突設したストッパ部に嵌合せしめるこ
とで確実に防止でき、高圧用として高い信頼性を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の前提構成を示す実施例の要部縦断面
図、第2図は第1図図示のセンシングボディの詳細図、
第3図は本発明一実施例のセンシングボディの詳細図、
第4図(A)は半導体チップと歪ゲージを示す半導体チ
ップ上面図、第4図(B)は半導体チップと薄肉部を示
す半導体チップ取付図、第4図(C)は歪ゲージ回路
図、第5図は半導体チップ拡大図である。 1……ハウジング,2……センシングボディ,2a……
薄肉部,3……半導体チップ,4……セラミック基板,
9……コネクタ,10……リード線,21……センシン
グ部,22……圧力導管,23……ハンダ,24……段
部,25……ストッパ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−51489(JP,A) 特開 昭54−78991(JP,A) 特開 昭55−22815(JP,A) 特開 昭55−30698(JP,A) 特公 昭48−35032(JP,B1) 実公 昭44−9672(JP,Y1) 工業計測技術大系編集委員会「圧力・真 空・レベル測定」日刊工業新聞社(昭40− 5−31)P.174−175

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高圧の被検出体を導入するとともに終端部
    が閉塞される圧力導入部を構成し、かつ該終端部を薄肉
    として受圧部となす金属製のセンシングボディと、 該受圧部の圧力導入側と反対側の面に密着固定された半
    導体チップと、 該半導体チップに形成され、前記受圧部を介して前記半
    導体チップに作用する前記被検出体の圧力を検出する半
    導体式歪ゲージと を有する圧力検出器において、 前記センシングボディは、前記薄肉とされた受圧部を含
    む前記圧力導入部の終端部近傍を構成するセンシング部
    と、前記圧力導入部を構成するとともに前記センシング
    部と接続する圧力導管部の別体から構成され、 さらに、前記センシング部の外周に段部を設けるととも
    に、前記圧力導管部の内周には突設したストッパ部を設
    け、該段部を該ストッパ部に嵌合せしめるように前記セ
    ンシング部を前記圧力導管部の内側に密着固定せしめた
    ことを特徴とする高圧用圧力検出器。
JP59103433A 1984-05-21 1984-05-21 高圧用圧力検出器 Expired - Lifetime JPH0650270B2 (ja)

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Publication Number Publication Date
JPS60247129A JPS60247129A (ja) 1985-12-06
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH089621Y2 (ja) * 1989-04-06 1996-03-21 株式会社長野計器製作所 圧力変換器
JP2545640Y2 (ja) * 1989-04-06 1997-08-25 株式会社 長野計器製作所 圧力変換器
US4939497A (en) * 1989-04-18 1990-07-03 Nippon Soken, Inc. Pressure sensor
DE19701055B4 (de) 1997-01-15 2016-04-28 Robert Bosch Gmbh Halbleiter-Drucksensor

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Title
工業計測技術大系編集委員会「圧力・真空・レベル測定」日刊工業新聞社(昭40−5−31)P.174−175

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JPS60247129A (ja) 1985-12-06

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