JPH09325082A - 半導体圧力変換器 - Google Patents

半導体圧力変換器

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JPH09325082A
JPH09325082A JP14401696A JP14401696A JPH09325082A JP H09325082 A JPH09325082 A JP H09325082A JP 14401696 A JP14401696 A JP 14401696A JP 14401696 A JP14401696 A JP 14401696A JP H09325082 A JPH09325082 A JP H09325082A
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JP
Japan
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pedestal
semiconductor pressure
pressure sensor
semiconductor
groove
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Application number
JP14401696A
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English (en)
Inventor
Masayuki Yoneda
雅之 米田
Takeshi Fukiura
健 吹浦
Satoshi Suetaka
聡 末高
Shiyouji Nagasaki
昇治 長▲埼▼
Tadayo Miyashita
禎世 宮下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溝の洗浄性を向上させると共に、同一の接合
方法による接合を可能にする。 【解決手段】 第1の台座21を半導体圧力センサ4の
熱膨張係数と近似した熱膨張係数を有する材料で形成
し、この第1の台座21上に半導体圧力センサ4を陽極
接合する。第2の台座22を半導体圧力センサ4と同一
の半導体によって形成し、その上に第1の台座21を陽
極接合する。また、第2の台座21の上面には、第1の
台座21との接合部を形成する突起部23を設けると共
に、井桁状の応力絶縁溝24を形成し、その溝端を台座
側面に開放させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は差圧または圧力を検
出する半導体圧力変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、半導体圧力センサを利用した
半導体圧力変換器としては種々提案されている(例:実
開昭59−135654号公報等)。半導体圧力センサ
は、半導体基板の表面に不純物の拡散もしくはイオン打
ち込み技術によりピエゾ抵抗領域として作用するゲージ
を形成すると共に、Alの蒸着等によりリードを形成
し、裏面の一部をエッチングによって除去することによ
り厚さ20μm〜50μm程度の起歪部、すなわちダイ
アフラムを形成して構成したもので、ダイアフラムの表
裏面に測定圧力をそれぞれ加えると、ダイアフラムの変
形に伴いゲージの比抵抗が変化し、この時の抵抗変化に
伴う出力電圧を検出し、差圧または圧力を測定するもの
である。このような半導体圧力センサは、一般に金属の
支持台上にガラス基板を介して設置されている。ガラス
基板としては、半導体圧力センサを接合するときの熱歪
みが半導体圧力センサに伝わるとセンサの温度特性を低
下させ零点シフトの原因となるため、半導体圧力センサ
の熱膨張係数に近似した熱膨張係数を有するパイレック
スガラス、セラミックス等を用いている。
【0003】また、材料の相違による接合時の熱歪みに
よる影響を軽減、緩和するようにした半導体圧力変換器
も知られている。この半導体圧力変換器は、図4に示す
ように金属支持体2上に設置されるガラス基板3と半導
体圧力センサ4との間に半導体圧力センサ4と同一の半
導体からなる支持基板5を介在させている。また、この
支持基板5の下面中央部には、ガラス基板3との接合部
を形成する突起部6を突設すると共に応力絶縁溝7を形
成している。このような構造にすると、ガラス基板3と
支持基板5を陽極接合するときに発生する材料の相違に
よる熱歪みが半導体圧力センサ4に伝わるのを少なくす
ることができる。
【0004】金属支持体2は、耐食性と溶接性のよい材
料、例えばステンレス、コバール等によって形成され
る。ガラス基板3は、半導体圧力センサ4と熱膨張係数
が近似したパイレックスガラス、セラミックス等によっ
て形成され、金属支持体2上にろう材8によって接合さ
れる。半導体圧力センサ4は、n型単結晶Si(シリコ
ン)等の半導体基板10からなり、その中央には凹部1
1の形成によって起歪部としてのダイアフラム13が設
けられている。このダイアフラム13は、厚さが20μ
m〜50μm程度で、表面側には半導体圧力検出素子1
5が形成されている。凹部11は、半導体基板10の裏
面側をエッチングすることにより形成される。なお、1
6,17,18は、測定圧力をダイアフラム3に導くた
めに金属支持体2、ガラス基板3および支持基板5にそ
れぞれ形成された連通孔である。
【0005】このような構造において、ダイアフラム1
3の表裏面に測定圧力P1 ,P2 を導くと、その差圧に
応じてダイアフラム13が変形し、この変形に伴い半導
体圧力検出素子15の比抵抗が変化し、測定圧力P1 ,
P2 の差圧に対応した電気信号を出力することにより差
圧または圧力を測定することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
圧力変換器においては、ガラス基板3と支持基板5を接
合するときの熱歪みの発生による半導体圧力センサ4へ
の影響を少なくするために、支持基板5の下面中央に突
起部6を形成してガラス基板3との接合面積を小さくす
ると共に、その周囲に応力絶縁溝7を形成していた。こ
の応力絶縁溝7は、X,Y方向の応力を吸収するために
突起部6を取り巻くように環状に形成されている。しか
しながら、このような圧力変換器にあっては、応力絶縁
溝7を環状溝に形成しているので、溝の洗浄性が悪いと
いう問題があった。すなわち、ガラス基板3と支持基板
5を接合した後の洗浄工程においては、これら両基板間
の隙間が微小であるため、洗浄液を応力絶縁溝7の細部
にまで導くことが難しく、また溝に入った洗浄液は流れ
ないで溜まってしまうので汚れを完全に取り除くことが
難しく、半導体圧力センサの特性劣化の要因の一つとな
っている。
【0007】また、ガラス基板3、半導体圧力センサ4
および支持基板5を接合するには、ガラス基板3と支持
基板5を陽極接合によって接合し、半導体圧力センサ4
と支持基板5を接着によって接合しているので、2種類
の接合工程が必要であるという問題もあった。
【0008】本発明は上記した従来の問題点を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、溝の
洗浄性を向上させると共に、1種類の接合方法による接
合を可能にした半導体圧力変換器を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、中央部に凹部の形成によってダイアフラム
が設けられ外周部が厚肉の固定部を形成する半導体圧力
センサと、この半導体圧力センサの固定部が接合された
第1の台座と、この第1の台座が接合された第2の台座
と、この第2の台座が接合された支持台とを備え、前記
ダイアフラムの表裏面に圧力を導くようにした半導体圧
力変換器において、前記第1、第2の台座の互いに対向
する面のうちいずれか一方の台座の対向面中央に突起部
を突設し、この突起部を他方の台座の対向面に接合する
と共に、これら両台座の互いに対向する面の少なくとも
いずれか一方に溝端が台座側面に開放する井桁状の応力
絶縁溝を形成したことを特徴とする。また、本発明は、
第1の台座を熱膨張係数が半導体圧力センサの熱膨張係
数と近似した材料で形成し、第2の台座を半導体で形成
し、前記半導体圧力センサと第1の台座および第1の台
座と第2の台座をそれぞれ陽極接合したことを特徴とす
る。
【0010】本発明において、突起部は、第1、第2の
台座の接合面積を小さくするので、熱歪みの伝達を少な
くする。応力絶縁溝は井桁状に形成され、その溝端が台
座側面に開放しているので、洗浄液を流れ易くする。洗
浄液は、一方の溝端から他方の溝端に向かって流れるの
で、応力絶縁溝に溜まらず、溝を清浄に洗浄する。半導
体圧力センサと第1の台座および第1、第2の台座は、
同一の陽極接合によって接合されるので、接合方法の種
類を少なくする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る半
導体圧力変換器の一実施の形態を示す断面図、図2は第
2の台座の平面図である。なお、図中従来技術の欄で示
した構成部材等と同一のものについては同一符号をもっ
て示し、その説明を適宜省略する。これらの図におい
て、半導体圧力センサ4は、ダイアフラム13の外周部
に設けた厚肉の固定部20の下面が第1の台座21上に
接合されている。第1の台座21は、半導体圧力センサ
4を構成する半導体基板10の熱膨張係数に近似した熱
膨張係数を有する材料、例えばパイレックスガラス、セ
ラミックス等によって正方形の板状体に形成されてい
る。そのため、半導体圧力センサ4と第1の台座21
は、陽極接合によって接合される。また、この第1の台
座21は、第2の台座22上に同じく陽極接合によって
接合される。
【0012】第2の台座22は、前記半導体基板10と
同一の半導体によって角筒体に形成され、上面中央には
第1の台座21との接合部を形成する角型の突起部23
が一体に突設されている。この突起部23のため第1の
台座21の下面と第2の台座22の上面は互いに対向
し、微小な隙間Gを形成している。また、第2の台座2
2の上面には、溝端が側面に開放する井桁状の応力絶縁
溝24が公知のハーフカットダイシングまたは異方性エ
ッチングによって形成されている。そして、第2の台座
22は、ステンレス、コバール等の金属からなる支持台
25上にろう材8によって接合されている。
【0013】ここで、本実施の形態においては、応力絶
縁溝24として、断面形状が矩形のものを示したが、こ
れに限らずV字状、円弧状等の適宜な形状の溝とするこ
とができる。また、応力絶縁溝24を突起部23の四辺
にそれぞれ接する4つの溝で構成したが、突起部23か
ら離間した溝で構成されるものであってもよい。なお、
26,27,28は、半導体圧力センサ4の凹部11に
圧力を導くために、第1、第2の台座21,22および
支持台25にそれぞれ形成された連通孔である。
【0014】このような構造からなる半導体圧力変換器
にあっては、第2の台座22に井桁状の応力絶縁溝24
を形成し、その溝端を第2の台座22の側面に開放させ
ているので、第1、第2の台座21,22を接合した
後、および台座21,22の接合体を支持体25に接合
した後の洗浄工程において、洗浄液を応力絶縁溝24内
に確実に導くことができる。また、洗浄液は溝を通って
台座の側方に流れ出るので、溝内に溜まらず、確実に洗
浄することができ、洗浄性を向上させることができる。
【0015】また、第1の台座21をパイレックスガラ
ス、セラミックス等の材料で製作し、第2の台座22を
半導体で形成しているので、半導体圧力センサ4と第1
の台座21および第1の台座21と第2の台座22を同
じ陽極接合によってそれぞれ接合することができる。し
たがって、図4に示した従来の圧力変換器の製造におい
て必要とされていた接着による接合工程を廃止すること
ができる。また、陽極接合は、接着材などの中間物を用
いないので、接合部で発生する歪みをきわめて小さくす
ることができる。また、第2の台座22に設けた突起部
23により第1の台座21と第2の台座22との接合面
積を小さくするとともに、応力絶縁溝22を設けている
ので、接合時の材料の相違による熱歪みが半導体圧力セ
ンサ4に伝わるのを少なくすることができる。
【0016】図3は本発明の他の実施の形態を示す断面
図である。この実施の形態においては、第1の台座21
をパイレックス等の材料によって角筒体に形成し、その
下面中央に第2の台座22との接合部を形成する突起部
23を一体に突設し、この突起部23を第2の台座22
の上面に陽極接合によって接合すると共に、この突起部
23の周囲に井桁状の応力絶縁溝24を形成し、その溝
端を第1の台座21の側面に開放させている。第2の台
座22は、半導体圧力センサ4と同一の半導体によって
正方形の板体に形成されている。その他の構成は上記し
た実施の形態と同一である。
【0017】このような構造においても上記した実施の
形態と同一の効果を得ることができる。
【0018】なお、本発明は上記した実施の形態に限定
されるものではなく、種々の変更、変形が可能であり、
例えば第1、第2の台座21,22を円板状または円筒
状に形成してもよい。また、井桁状の応力絶縁溝24を
第1,第2の台座21,22の互いに対向する面にそれ
ぞれ形成してもよい。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
圧力変換器は、中央部に凹部の形成によってダイアフラ
ムが設けられ外周部が厚肉の固定部を形成する半導体圧
力センサと、この半導体圧力センサの固定部が接合され
た第1の台座と、この第1の台座が接合された第2の台
座と、この第2の台座が接合された支持台とを備え、前
記ダイアフラムの表裏面に圧力を導くようにした半導体
圧力変換器において、前記第1、第2の台座の互いに対
向する面のうちいずれか一方の台座の対向面中央に突起
部を突設し、この突起部を他方の台座の対向面に接合す
ると共に、これら両台座の互いに対向する面の少なくと
もいずれか一方に溝端が台座側面に開放する井桁状の応
力絶縁溝を形成したので、第1、第2の台座を接合した
後であっても応力絶縁溝を確実に洗浄することができ、
また溝内に洗浄液が溜まったりすることがないので、溝
の洗浄性を向上させることができる。
【0020】また、本発明は、第1の台座を熱膨張係数
が半導体圧力センサの熱膨張係数と近似した材料で形成
し、第2の台座を半導体で形成し、前記半導体圧力セン
サと第1の台座および第1の台座と第2の台座をそれぞ
れ陽極接合したので、接合方法の種類を少なくすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る半導体圧力変換器の一実施の形
態を示す断面図である。
【図2】 第2の台座の平面図である。
【図3】 本発明の他の実施の形態を示す断面図である
【図4】 半導体圧力変換器の従来例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
2…金属支持体、3…ガラス基板、4…半導体圧力セン
サ、5…支持基板、6…突起部、7…応力絶縁溝、8…
ろう材、10…突起部、11…凹部、13…ダイアフラ
ム、15…圧力検出素子、21…第1の台座、22…第
2の台座、23…突起部、24…応力絶縁溝、25…支
持台。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長▲埼▼ 昇治 東京都渋谷区渋谷2丁目12番19号 山武ハ ネウエル株式会社内 (72)発明者 宮下 禎世 東京都渋谷区渋谷2丁目12番19号 山武ハ ネウエル株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中央部に凹部の形成によってダイアフラ
    ムが設けられ外周部が厚肉の固定部を形成する半導体圧
    力センサと、この半導体圧力センサの固定部が接合され
    た第1の台座と、この第1の台座が接合された第2の台
    座と、この第2の台座が接合された支持台とを備え、前
    記ダイアフラムの表裏面に圧力を導くようにした半導体
    圧力変換器において、前記第1、第2の台座の互いに対
    向する面のうちいずれか一方の台座の対向面中央に突起
    部を突設し、この突起部を他方の台座の対向面に接合す
    ると共に、これら両台座の互いに対向する面の少なくと
    もいずれか一方に溝端が台座側面に開放する井桁状の応
    力絶縁溝を形成したことを特徴とする半導体圧力変換
    器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体圧力変換器におい
    て、第1の台座を熱膨張係数が半導体圧力センサの熱膨
    張係数と近似した材料で形成し、第2の台座を半導体で
    形成し、前記半導体圧力センサと第1の台座および第1
    の台座と第2の台座をそれぞれ陽極接合したことを特徴
    とする半導体圧力変換器。
JP14401696A 1996-06-06 1996-06-06 半導体圧力変換器 Pending JPH09325082A (ja)

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