JPH09236501A - 圧力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力導入管とガラス台座との位置決めを容易
に精度よく行って互いに接合することができる圧力セン
サの製造方法を提供する。 【解決手段】 貫通孔１１の軸に対する一方直交面１２
を有する金属製の圧力導入管１が挿入される下型５１
と、一面２２にメタライズ層を設け他面に圧力センサチ
ップ３を接合し軸孔２１を有したガラス台座２と圧力導
入管１とを位置決めする位置決め型５２と、圧力センサ
チップ３を押圧する重り５３ａを設けた上型５３と、で
形成される位置決め治具５でもって、一方直交面１２に
搭載されたガラス台座２と圧力導入管１とが互いの軸を
合わすよう位置決めされる位置決め工程と、次いで、複
数個の温度の異なるホットプレートを有するホットプレ
ート炉でもって、不活性ガス又は還元性ガスの雰囲気中
でガラス台座２の一面が圧力導入管１の一方直交面１２
に接合される接合工程と、を有する構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサチップ
が圧力による抵抗変化を電気信号に変換して、流体の圧
力を測定する圧力センサの製造方法における金属製の圧
力導入管とガラス台座との接合方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧力センサの製造方法と
して、ダイボンダＡが使用されている。図５及び図６に
示すように、圧力導入管Ｂが設置されたキャリアテープ
Ａ１を搬送レールＡ２上で搬送し、圧力導入管Ｂがカバ
ーＡ３の開口部Ａ４に搬送される。カバーＡ３の内部は
窒素ガス等でもって充填されて不活性雰囲気となってお
り、搬送レールＡ２の内部に加熱ブロック（図示せず）
が設けられて、開口部Ａ４に搬送された圧力導入管Ｂが
半田の溶融温度まで加熱されている。さらに開口部Ａ４
に、画像認識装置Ｃが設けられている。

【０００３】コレットＡ５が、リング半田を吸着し、そ
のリング半田を圧力導入管Ｂに設けられた貫通孔Ｂ１の
軸の一方直交面Ｂ２にセットする。同様に、軸孔の軸と
直交した一面が圧力センサチップＤ１と接合されたガラ
ス台座Ｄをリング半田の上部にセットする。次いで、画
像認識装置Ｃが、圧力導入管Ｂに対するガラス台座Ｄの
位置を一個づつ画像でもって認識し、ガラス台座Ｄと圧
力導入管Ｂとの互いの軸を合わすようコレットＡ５が水
平方向に振動して位置補正を行いながら、圧力導入管Ｂ
の一方直交面Ｂ１にガラス台座Ｄが接合される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のダイボ
ンダＡでは、ガラス台座Ｄと圧力導入管Ｂとの互いの軸
を合わせて、ガラス台座Ｄを圧力導入管Ｂの一方直交面
Ｂ１に半田でもって接合できる。

【０００５】しかしながら、画像認識装置Ｃがガラス台
座Ｄの位置を画像でもって認識し、次いで、コレットＡ
５が水平方向に振動して位置補正をしているため、圧力
導入管Ｂに対するガラス台座Ｄの位置決めが困難であ
り、かつ、高価な画像認識装置Ｃを必要としていた。

【０００６】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、圧力導入管の貫通孔とガ
ラス台座の軸孔との互いの軸を合わす位置決めを容易に
精度よく行って、圧力導入管とガラス台座とを接合する
ことができる圧力センサの製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１記載の圧力センサの製造方法は、流体
を導入する貫通孔の軸に対する一方直交面を有する金属
製の圧力導入管が挿入される下型と、軸孔の軸と直交し
た一面がメタライズされて他面が圧力センサチップと接
合されたガラス台座と圧力導入管とを位置決めする位置
決め型と、圧力センサチップを押圧する重りを設けた上
型と、で形成される位置決め治具でもって、ガラス台座
と圧力導入管とが互いの軸を合わすよう位置決めされる
位置決め工程と、次いで、複数個の温度の異なるホット
プレートを有するホットプレート炉でもって、不活性ガ
ス又は還元性ガスの雰囲気中でガラス台座の他面が圧力
導入管の一方直交面に接合される接合工程と、を有する
構成にしてある。

【０００８】請求項２記載の圧力センサの製造方法は、
請求項１記載の製造方法において、前記位置決め治具
が、複数個の前記圧力導入管と前記ガラス台座とをそれ
ぞれ搭載し得るよう形成された構成にしてある。

【０００９】請求項３記載の圧力センサの製造方法は、
請求項１記載の製造方法において、前記還元性ガスが、
爆発限界以下の水素を含んだ窒素ガスである構成にして
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１乃至
図３に基づいて以下に説明する。先ず、部材及びその機
能について説明する。

【００１１】１は圧力導入管で、コバール又はＦｅＮｉ
合金等の金属により、円筒状に形成され、圧力を持った
測定対象である流体を導入する貫通孔１１が設けられ、
その貫通孔１１の軸に対する一方直交面１２を有して、
一方直交面１２及び外周面がＡｕＣｏ合金にてめっきさ
れている。

【００１２】２はガラス台座で、パイレックスガラス等
のガラスにより、略四角形の筒状に形成され、軸孔２１
が設けられ、軸孔２１の軸と直交した一面２２が蒸着又
はスパッタ等でもって金属でメタライズされている。こ
のメタライズ面である一面２２が、圧力導入管１の貫通
孔１１の軸と軸孔２１の軸との互いの軸を合わせて、圧
力導入管１の一方直交面１２に半田でもって接合されて
いる。

【００１３】３は圧力センサチップで、シリコン半導体
により、シリコンダイヤフラム３１上にピエゾ抵抗（図
示せず）を配することによって歪みゲージが形成され、
ガラス台座２の軸孔２１がシリコンダイヤフラム３１に
位置するよう、ガラス台座２の他面に陽極接合でもって
接合されている。さらに電極（図示せず）が設けられ、
その電極と端子（図示せず）とがワイヤでもってワイヤ
ボンディングされ電気的に接続されて、流体の圧力を変
換した電気信号を端子に伝達する。

【００１４】ベース４は、樹脂により、筒状に形成さ
れ、内部に圧力導入管１の一方直交面１２側外周面と図
示しない端子とを固着して、一方直交面１２側方から突
出した突出部を有して、一方直交面１２を底面とする有
底穴部４１を形成している。

【００１５】このものの製造方法を以下に説明する。先
ず、位置決め工程において、圧力導入管１が位置決め治
具５の下型５１に設けられて段差を有した有底穴に挿入
された後、筒状の位置決め型５２が、有底穴部４１の内
周面に係合するよう挿入されて圧力導入管１の一方直交
面１２に搭載される。この状態で、リング半田６が、つ
づいて他面に圧力センサチップ３を接合したガラス台座
２が位置決め型５２の内部に設置される。

【００１６】次いで、上型５３を覆設して、上型５３に
設けられた重り５３ａでもって、チップ保護板５３ｂを
介して圧力センサチップ３を押圧する。このようにし
て、下型５１と位置決め型５２と上型５３とで形成され
る位置決め治具５でもって、ガラス台座２の軸孔２１と
圧力導入管１の貫通孔１１との互いの軸が合うように、
圧力導入管１に対してガラス台座２が位置決めされる。

【００１７】次いで、接合工程において、図２及び図３
に示すホットプレート炉７でもって、ガラス台座２と圧
力導入管１とを接合する。ホットプレート炉７は、６個
の温度の異なるホットプレート７１が設けられて、内２
個を温度が低い予熱用ホットプレート７１ａ，７１ｂ、
内２個を半田の溶融温度より温度が高い加熱用ホットプ
レート７１ｃ，７１ｄ、内２個を略室温の冷却用ホット
プレート７１ｅ，７１ｆで構成されている。冷却用ホッ
トプレート７１ｅ，７１ｆの側方には、冷却フィン７２
ａを有する冷却ファン７２が設けられている。さらに、
上下左右に閉ループを形成するよう動くウオーキングビ
ーム７３が、ホットプレート７１の内部に２個設けられ
て、ホットプレート７１の上に載置される位置決め治具
５を順次次のホットプレートへ、たとえば７１ａから７
１ｂへ、搬送する。

【００１８】また、出入口部にシャッターを有してホッ
トプレート７１を覆設するカバー７４と、そのカバー７
４の側面にガスを噴射する噴射ノズル７５とが設けられ
ている。噴射されるガスが、２ｖｏｌ％の水素を含んだ
窒素ガスであるので、カバー７４の内部が還元性ガスの
雰囲気となって、さらに、遠赤外線ヒータ７６が予熱用
ホットプレート７１ａ，７１ｂ及び加熱用ホットプレー
ト７１ｃ，７１ｄの上部に設けられている。

【００１９】ガラス台座２が圧力導入管１に対して位置
決めされた位置決め治具５をホットプレート７１ａに載
置すると、位置決め治具５は、ウオーキングビーム７３
でもって順次ホットプレート７１ａからホットプレート
７１ｆまで決められた時間ごとに移動する。

【００２０】すなわち、予熱用ホットプレート７１ａ，
７１ｂで予熱され、加熱用ホットプレート７１ｃ，７１
ｄでリング半田６が溶融して、重り５３ａでもってガラ
ス台座２が圧力導入管１の一方直交面１２に押圧されて
接合される。このとき、カバー７４の内部が還元性ガス
の雰囲気であるから、ガラス台座２の一面２２に形成さ
れたメタライズ層が酸化せず、半田がよく流れる状態と
なる。次いで、冷却用ホットプレート７１ｅ，７１ｆで
冷却されて接合が完了する。

【００２１】このものの動作を説明する。ガラス台座２
の軸孔２１と圧力導入管１の貫通孔１１との互いの軸が
合うよう位置決めされた後、それぞれが接合されている
ので、軸孔２１と貫通孔１１とが連通している。この状
態で、気体又は液体の流体は、圧力を持って圧力導入管
１の貫通孔１１に導入される。圧力センサチップ３が、
ガラス台座２の軸孔２１を遮蔽するようガラス台座２と
接合されて、圧力導入管１の一方直交面１２がガラス台
座２の一面２２と半田でもって接合されているから、流
体は漏れることがない。

【００２２】流体の圧力が圧力センサチップ３に負荷さ
れると、圧力センサチップ３に形成されたシリコンダイ
ヤフラム３１が、流体の圧力と大気圧との差に比例して
撓む。そして、シリコンダイヤフラム３１上に形成され
たピエゾ抵抗の抵抗値が撓みの大きさに比例して変化
し、この抵抗値を電気信号として端子に出力して、流体
の圧力を測定する。

【００２３】かかる第１実施形態の圧力センサの製造方
法にあっては、上記したように、下型５１、位置決め型
５２及び上型５３で形成される位置決め治具５でもっ
て、ガラス台座２と圧力導入管１とが位置決めされた
後、ホットプレート炉７を使用して、ガラス台座２が圧
力導入管１の一方直交面１２に接合されるから、圧力導
入管１の貫通孔１１とガラス台座２の軸孔２１との互い
の軸を合わす位置決めが精度よくかつ容易にできて、従
来必要であった高価な画像認識装置が不要となり安価な
設備費用でもって、圧力センサを量産することができ
る。

【００２４】また、還元性ガスが爆発限界以下の水素を
含んだ窒素ガスであるから、接合工程において、ガラス
台座２の一面２２に設けられたメタライズ層が、純窒素
ガスのときと比較して加熱によって酸化されにくく、ガ
ラス台座２と圧力導入管１とをばらつきなく安定して接
合して、かつ爆発限界以下であるから安全上も問題な
く、信頼性の高い圧力センサを量産できる。

【００２５】なお、第１実施形態では、還元性ガスの雰
囲気中でガラス台座２が圧力導入管１の一方直交面１２
に接合されるものとしたが、窒素ガス等の不活性ガス中
で接合されてもよく、限定されない。

【００２６】また、第１実施形態では、ガラス台座２が
圧力導入管１の一方直交面１２に半田でもって接合され
るものとしたが、ＰｂＯ系の低融点ガラス等で接合され
てもよく、限定されない。

【００２７】本発明の第２実施形態を図４に基づいて以
下に説明する。なお、第２実施形態では第１実施形態と
異なる機能について述べることとし、第１実施形態と実
質的に同一機能を有する部材については、同一符号を付
してある。

【００２８】位置決め治具５は、下型５１、第１位置決
め型５４、第２位置決め型５５、及び上型５３で構成さ
れている。下型５１は段差を有した四角形状の凹部５１
ａが、上型５３は貫通穴５３ｃがそれぞれ複数個形成さ
れている。第１位置決め型５２は四角形状に形成され貫
通穴を有した凹部５４ａが設けられ、第２位置決め型５
２は、四角形状のチップ穴５５ａを略中央部に設けて四
角形状に形成された位置決め部５５ｂを複数個連接して
構成されている。

【００２９】位置決め工程において、圧力導入管１が第
１位置決め型５２に設けられた貫通穴５１ａに挿入され
て、この状態で、複数の第１位置決め型５４が下型５１
に設けられた凹部５１ａに挿入される。次いで、複数個
の位置決め部５５ｂは、その外周が第１位置決め型５４
の凹部５４ａの内周に係合するよう挿入されて、この状
態で、リング半田６つづいて圧力センサチップ３を接合
したガラス台座２がチップ穴５５ａに挿入される。

【００３０】次いで、上型５３を覆設して、上型５３に
設けられた重り５３ａでもって、圧力センサチップ３を
圧力導入管１の一方直交面１２にチップ保護板５３ｂを
介して押圧する。このようにして、下型５１、第１位置
決め型５４、第２位置決め型５５及び上型５３で形成さ
れる位置決め治具５でもって、ガラス台座２の軸孔２１
と圧力導入管１の貫通孔１１との互いの軸が合うよう、
複数個の圧力導入管１に対して複数個のガラス台座２が
それぞれ位置決めされる。

【００３１】かかる第２実施形態の圧力センサの製造方
法にあっては、上記したように、位置決め治具５が複数
個の圧力導入管１とガラス台座２とをそれぞれ搭載し得
るよう形成されているから、位置決めし、次いで、ホッ
トプレート炉７でもって複数個の圧力導入管１とガラス
台座２とを同時に接合して、単位時間に接合できる接合
個数を増大させて、生産効率よく圧力センサを量産でき
る。

【００３２】

【発明の効果】請求項１記載の圧力センサの製造方法
は、下型、位置決め型及び上型で形成される位置決め治
具でもって、ガラス台座と圧力導入管とが位置決めされ
た後、ホットプレート炉を使用して、ガラス台座が圧力
導入管の一方直交面に接合されるから、圧力導入管の貫
通孔とガラス台座の軸孔との互いの軸を合わす位置決め
調整が精度よくかつ容易にできて、従来必要であった高
価な画像認識装置が不要となり安価な設備費用でもっ
て、圧力センサを量産することができる。

【００３３】請求項２記載の圧力センサの製造方法は、
請求項１記載の製造方法の効果に加えて、位置決め治具
が複数個の圧力導入管とガラス台座とをそれぞれ搭載し
得るよう形成されているから、位置決めし、次いで、ホ
ットプレート炉でもって複数個の圧力導入管とガラス台
座とを同時に接合して、単位時間に接合できる接合個数
を、すなわち生産個数を、増大させて効率よく圧力セン
サを量産できる。

【００３４】請求項３記載の圧力センサの製造方法は、
請求項１記載の製造方法の効果に加えて、還元性ガスが
爆発限界以下の水素を含んだ窒素ガスであるから、接合
工程において、ガラス台座２の一面２２に設けられたメ
タライズ層が、純窒素ガスのときと比較して加熱によっ
て酸化されにくく、ガラス台座２と圧力導入管１とをば
らつきなく安定して接合して、かつ爆発限界以下である
から安全上も問題なく、信頼性の高い圧力センサを量産
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す断面図である。

【図２】同上のホットプレート炉の正面図である。

【図３】同上のホットプレート炉の上面図である。

【図４】本発明の第２実施形態を示す位置決め治具の斜
視図である。

【図５】従来例を示すダイボンダの斜視図である。

【図６】同上の部分断面図である。

【符号の説明】

１ 圧力導入管 １１ 貫通孔 １２ 一方直交面 ２ ガラス台座 ２１ 軸孔 ２２ 一面 ３ 圧力センサチップ ５ 位置決め治具 ５１ 下型 ５２ 位置決め型 ５３ 上型 ５３ａ 重り ７ ホットプレート炉 ７１ ホットプレート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を導入する貫通孔の軸に対する一方
   直交面を有する金属製の圧力導入管が挿入される下型
   と、軸孔の軸と直交した一面がメタライズされて他面が
   圧力センサチップと接合されたガラス台座と圧力導入管
   とを位置決めする位置決め型と、圧力センサチップを押
   圧する重りを設けた上型と、で形成される位置決め治具
   でもって、ガラス台座と圧力導入管とが互いの軸を合わ
   すよう位置決めされる位置決め工程と、 次いで、複数個の温度の異なるホットプレートを有する
   ホットプレート炉でもって、不活性ガス又は還元性ガス
   の雰囲気中でガラス台座の一面が圧力導入管の一方直交
   面に接合される接合工程と、を有することを特徴とする
   圧力センサの製造方法。
2. 【請求項２】 前記位置決め治具が、複数個の前記圧力
   導入管と前記ガラス台座とをそれぞれ搭載し得るよう形
   成されてなることを特徴とする請求項１記載の圧力セン
   サの製造方法。
3. 【請求項３】 前記還元性ガスが、爆発限界以下の水素
   を含んだ窒素ガスであることを特徴とする請求項１記載
   の圧力センサの製造方法。