JPH0662344U - 半導体圧力計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】応答速度が早く、かつ過大圧保護機構を有し、
高感度な半導体圧力計を提供するにある。 【構成】本体ボディに設けられた内部空所を有する一液
型の半導体圧力計において、前記本体ボディに設けられ
た過大圧保護室と、該過大圧保護室と前記内部空所とを
連通する第３連通孔と、前記過大圧保護室の第３連通孔
開口部に設けられ常時は前記第３連通孔を閉鎖し前記シ
ールダイアフラムに過大圧が印加された場合に第３連通
孔を開とする弁と、前記過大圧保護室の外部開口部分に
設けられた封止栓と、前記過大圧保護室に設けられ一端
が前記弁に接し他端が前記封止栓に接するばねとを具備
したことを特徴とする半導体圧力計である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、応答速度が早く、かつ過大圧保護機構を有し、高感度な半導体圧力 計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図４は、従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、例えば、特開 昭５９―５６１３７号の第１図に示されている。 図において、ハウジング１の両側に円筒状のフランジ２、フランジ３が組み立 てられ溶接等によって固定されており、フランジ３には測定せんとする圧力Ｐ_m の導入口５が設けられている。ハウジング１内に圧力測定室６が形成されており 、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８が設け られている。

【０００３】 センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８はそれぞれ別個に圧力測定室 ６の壁に固定されており、センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８の両 者でもって圧力測定室６を２分している。センタダイアフラム７と対向する圧力 測定室６の壁には、バックプレ―ト６Ａ，６Ｂが形成されている。 センタダイアフラム７は周縁部をハウジング１に溶接されている。 シリコンダイアフラム８は全体が単結晶のシリコン基板から形成されている。

【０００４】 シリコン基板の一方の面にボロン等の不純物を選択拡散して４っのストレンゲ ―ジ８０を形成し、他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイアフ ラムを形成する。４っのストレインゲ―ジ８０は、シリコンダイアフラム８が差 圧ΔＰを受けてたわむ時、２つが引張り、２つが圧縮を受けるようになっており 、これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵抗変化が差圧ΔＰの変 化として検出される。 ８１は、ストレインゲ―ジ８０に一端が取付けられたリ―ドである。 ８２は、リ―ド８１の他端が接続されたハ―メチック端子である。

【０００５】 支持体９は、ハ―メチック端子を備えており、支持体９の圧力測定室６側端面 に低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラム８が接着固定されている。 ハウジング１とフランジ２、およびフランジ３との間に、圧力導入室１０，１ １が形成されている。この圧力導入室１０，１１内に隔液ダイアフラム１２，１ ３を設け、この隔液ダイアフラム１２，１３と対向するハウジング１の壁１０Ａ ，１１Ａに隔液ダイアフラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―トが形成さ れている。圧力導入室１０は、この場合、真空に保たれている。

【０００６】 隔液ダイアフラム１２，１３とバックプレ―ト１０Ａ，１１Ａとで形成される 空間と、圧力測定室６は、連通孔１４，１５を介して導通している。そして、隔 液ダイアフラム１２，１３間にシリコンオイル等の封入液１０１，１０２が満た され、この封入液が連通孔１６，１７を介してシリコンダイアフラム８の上下面 にまで至っている、封入液１０１，１０２はセンタダイアフラム７とシリコンダ イアフラム８とによって２分されているが、その量が、ほぼ均等になるように配 慮されている。

【０００７】 以上の構成において、導入口５から測定圧力が作用した場合、隔液ダイアフラ ム１３に作用する圧力が封入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達さ れる。 一方、圧力導入室１０は真空に保たれ、この圧力が隔液ダイアフラム１２に作 用する。隔液ダイアフラム１２に作用する圧力が封入液１０１によってシリコン ダイアフラム８に伝達される。

【０００８】 この結果、シリコンダイアフラム８に作用する圧力差に応じてシリコンダイア フラム８が歪み、この歪み量がストレインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され 、絶対圧力の測定が行なわれる。

【０００９】 しかしながら、この様な装置においては、過大圧保護機構を有するが、常に圧 力の伝達に封入液１０１，１０２の移動を伴うため、応答速度が遅い。

【００１０】 図５は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、例えば、実開昭 ６１ー１４９８５１号公報に示されている。 図において、 ２１は本体ボディである。 ２２は本体ボディ２１に設けられた内部空所である。

【００１１】 ２３は内部空所２２に設けられた半導体チップである。 ２４は半導体チップ２３に設けられ半導体チップ２３に起歪部たるダイアフラ ム２５を構成する凹部である。 ２６は、半導体チップ２３の起歪部２５に設けられた半導体圧力検出素子であ る。

【００１２】 ２７は、半導体チップ２３に一面が接続され、凹部２４と圧力導入室２８を構 成するガラスよりなる支持基板である。 ２９は、支持基板２７に一端が固定されたパイプ状の金属の支持体である。 ３１は、支持体２９と支持基板２７とに設けられ、圧力導入室２８と外部とを 連通する第１連通孔である。

【００１３】 ３２は、本体ボディ２１の外表面に設けられ、本体ボディ２１とシールダイア フラム室３３を構成するシールダイアフラムである。 ３４は、シールダイアフラム室３３と内部空所２２とを連通する第２連通孔で ある。 １０３は、内部空所２２、第２連通孔３４とシールダイアフラム室３３とを満 たす封入液である。

【００１４】 以上の構成において、圧力導入室２８に基準圧Ｐｓが導入され、ダイアフラム ２５の外側から測定圧Ｐｍが加わると、ダイアフラム２５は、測定圧Ｐｍ―基準 圧Ｐｓの差圧により変位する。この変位を電気的に検出すれば、測定圧Ｐｍに対 応した電気信号出力が得られる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、この様な装置においては、応答速度は早いが、過大圧保護機構 がない。 本考案は、この問題点を、解決するものである。 本考案の目的は、応答速度が早く、かつ過大圧保護機構を有し、高感度な半導 体圧力計を提供するにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するために、本考案は、本体ボディと、該本体ボディに設けら れた内部空所と、該内部空所に設けられた半導体チップと、該半導体チップに設 けられ該半導体チップに起歪部たるダイアフラムを構成する凹部と、前記半導体 チップの起歪部に設けられた半導体圧力検出素子と、前記半導体チップに一面が 接続され他面が前記内部空所の壁面に取り付けられ前記凹部と圧力導入室を構成 するチップ支持基板と、前記本体ボディに設けられ一面が該チップ支持基板に接 続された支持体と、該支持体と前記チップ支持基板とに設けられ前記圧力導入室 と外部とを連通する第１連通孔と、前記本体ボディの外表面に設けられ該本体ボ ディとシールダイアフラム室を構成するシールダイアフラムと、前記シールダイ アフラム室と前記内部空所とを連通する第２連通孔とを具備する半導体圧力計に おいて、 前記本体ボディに設けられた過大圧保護室と、該過大圧保護室と前記内部空所 とを連通する第３連通孔と、前記過大圧保護室の第３連通孔開口部に設けられ常 時は前記第３連通孔を閉鎖し前記シールダイアフラムに過大圧が印加された場合 に第３連通孔を開とする弁と、前記過大圧保護室の外部開口部分に設けられた封 止栓と、前記過大圧保護室に設けられ一端が前記弁に接し他端が前記封止栓に接 するばねとを具備したことを特徴とする半導体圧力計を構成したものである。

【００１７】

【作用】

以上の構成において、圧力導入室に基準圧が導入され、ダイアフラムの外側か ら測定圧が加わると、ダイアフラムは、測定圧―基準圧の差圧により直ちに変位 する。この変位を電気的に検出すれば、測定圧に対応した電気信号出力が得られ る。

【００１８】 従って、シリコンダイアフラムに作用する圧力差に応じてシリコンダイアフラ ムが歪み、この歪み量が半導体圧力検出素子に因って電気的に取出され、圧力の 測定が行なわれる。

【００１９】 一方、過大圧が加わった場合には、過大圧保護室のばねが縮み、弁が第３連通 孔を開き、シールダイアフラムが本体ボディに接し、それ以上の圧力が半導体チ ップに加わらない。 以下、実施例に基づき詳細に説明する。

【００２０】

【実施例】

図１は本考案の一実施例の要部構成説明図である。 図において、図５と同一記号の構成は同一機能を表わす。 以下、図５と相違部分のみ説明する。 ４１は、本体ボディ２１に設けられた過大圧保護室である。

【００２１】 ４２は、過大圧保護室４１と内部空所２２とを連通する第３連通孔である。 ４３は、過大圧保護室４１の第３連通孔４２の開口部に設けられ、常時は、第 ３連通孔４２を閉鎖し、シールダイアフラム３２に過大圧が印加された場合に、 第３連通孔４２を開とする弁である。 ４４は、過大圧保護室４１の外部開口部分に設けられた封止栓である。

【００２２】 ４５は、過大圧保護室４１に設けられ、一端が弁４３に接し、他端が封止栓４ ４に接するばねである。 １０４は、内部空所２２、第２連通孔３４、シールダイアフラム室３３と第３ 連通孔４２を満たす封入液である。 ４６は、ばね４５の回りに設けられ、封入液１０４の回り込みを防止する収縮 材で、この場合は、シリコンゴムが使用されている。

【００２３】 以上の構成において、図２に示す如く、圧力導入室２８に基準圧Ｐｓが導入さ れ、ダイアフラム２５の外側から測定圧Ｐｍが加わると、ダイアフラム２５は、 測定圧Ｐｍ―基準圧Ｐｓの差圧により変位する。この変位を電気的に検出すれば 、測定圧Ｐｍに対応した電気信号出力が得られる。

【００２４】 従って、シリコンダイアフラム２５に作用する圧力差に応じてシリコンダイア フラム２５が歪み、この歪み量が半導体圧力検出素子２６に因って電気的に取出 され、圧力の測定が行なわれる。

【００２５】 一方、図３に示す如く、過大圧Ｐｔが加わった場合には、過大圧保護室４１の ばね４５が縮み、弁４３が第３連通孔４２を開き、シールダイアフラム３２が本 体ボディ２１に接し、それ以上の圧力が半導体チップ２３に加わらない。

【００２６】 この結果、図５に示す如き、従来の過大圧保護機構の無い半導体圧力計では、 半導体チップ２３自身に強度を持たせる必要があり、実際には、使用許容圧の５ 〜１０倍の強度を持たせており、その分、感度を犠牲にしている。 本考案によれば、図５従来例のように、応答速度が早く、なおかつ、過大圧保 護機構が設けられているので、半導体チップ２３の強度を従来より小さくでき、 その分、感度を高くすることができ、応答速度が早く、高感度の半導体圧力計が 得られる。

【００２７】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案は、本体ボディと、該本体ボディに設けられた内 部空所と、該内部空所に設けられた半導体チップと、該半導体チップに設けられ 該半導体チップに起歪部たるダイアフラムを構成する凹部と、前記半導体チップ の起歪部に設けられた半導体圧力検出素子と、前記半導体チップに一面が接続さ れ他面が前記内部空所の壁面に取り付けられ前記凹部と圧力導入室を構成するチ ップ支持基板と、前記本体ボディに設けられ一面が該チップ支持基板に接続され た支持体と、該支持体と前記チップ支持基板とに設けられ前記圧力導入室と外部 とを連通する第１連通孔と、前記本体ボディの外表面に設けられ該本体ボディと シールダイアフラム室を構成するシールダイアフラムと、前記シールダイアフラ ム室と前記内部空所とを連通する第２連通孔とを具備する半導体圧力計において 、 前記本体ボディに設けられた過大圧保護室と、該過大圧保護室と前記内部空所 とを連通する第３連通孔と、前記過大圧保護室の第３連通孔開口部に設けられ常 時は前記第３連通孔を閉鎖し前記シールダイアフラムに過大圧が印加された場合 に第３連通孔を開とする弁と、前記過大圧保護室の外部開口部分に設けられた封 止栓と、前記過大圧保護室に設けられ一端が前記弁に接し他端が前記封止栓に接 するばねとを具備したことを特徴とする半導体圧力計を構成した。

【００２８】 この結果、従来の過大圧保護機構の無い半導体圧力計では、半導体チップ自身 に強度を持たせる必要があり、実際には、使用許容圧の５〜１０倍の強度を持た せており、その分、感度を犠牲にしている。 本考案によれば、、応答速度が早く、なおかつ、過大圧保護機構が設けられて いるので、半導体チップの強度を従来より小さくでき、その分、感度を高くする ことができ、応答速度が早く、高感度の半導体圧力計が得られる。

【００２９】 従って、本考案によれば、応答速度が早く、かつ過大圧保護機構を有し、高感 度な半導体圧力計を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の動作説明図である。

【図３】図１の動作説明図である。

【図４】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。

【図５】従来より一般に使用されている他の従来例の構
成説明図である。

【符号の説明】

２１…本体ボディ ２２…内部空所 ２３…半導体チップ ２４…凹部 ２５…ダイアフラム ２６…半導体圧力検出素子 ２７…支持基板 ２８…圧力導入室 ２９…支持体 ３１…第１連通孔 ３２…シールダイアフラム ３３…シールダイアフラム室 ３４…第２連通孔 ４１…過大圧保護室 ４２…第３連通孔 ４３…弁 ４４…封止栓 ４５…ばね ４６…収縮材 １０４…封入液

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】本体ボディと、該本体ボディに設けられた
   内部空所と、該内部空所に設けられた半導体チップと、
   該半導体チップに設けられ該半導体チップに起歪部たる
   ダイアフラムを構成する凹部と、前記半導体チップの起
   歪部に設けられた半導体圧力検出素子と、前記半導体チ
   ップに一面が接続され他面が前記内部空所の壁面に取り
   付けられ前記凹部と圧力導入室を構成するチップ支持基
   板と、前記本体ボディに設けられ一面が該チップ支持基
   板に接続された支持体と、該支持体と前記チップ支持基
   板とに設けられ前記圧力導入室と外部とを連通する第１
   連通孔と、前記本体ボディの外表面に設けられ該本体ボ
   ディとシールダイアフラム室を構成するシールダイアフ
   ラムと、前記シールダイアフラム室と前記内部空所とを
   連通する第２連通孔とを具備する半導体圧力計におい
   て、 前記本体ボディに設けられた過大圧保護室と、 該過大圧保護室と前記内部空所とを連通する第３連通孔
   と、 前記過大圧保護室の第３連通孔開口部に設けられ常時は
   前記第３連通孔を閉鎖し前記シールダイアフラムに過大
   圧が印加された場合に第３連通孔を開とする弁と、 前記過大圧保護室の外部開口部分に設けられた封止栓
   と、 前記過大圧保護室に設けられ一端が前記弁に接し他端が
   前記封止栓に接するばねとを具備したことを特徴とする
   半導体圧力計。