JPH11230845A - 半導体圧力検出装置 - Google Patents
半導体圧力検出装置Info
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Abstract
測定することができる半導体圧力センサを提供する。 【解決手段】 圧力導入孔を有するパッケージと、中央
部に第1貫通孔を有し該第1貫通孔が圧力導入孔と略同
心となるようにパッケージ内に設けられたベース板と、
中央部に第2貫通孔を有し該第2貫通孔が第1貫通孔と
略同心となるようにベース板上に設けられた台座と、台
座上に設けられ圧力導入孔及び第1第2貫通孔を介して
導入された圧力を検出する半導体圧力センサチップとを
備えた半導体圧力検出装置であって、ベース板において
第1貫通孔の回りに肉厚部を形成し、該肉厚部の外側に
おいて上記パッケージに溶接して固定する。
Description
検出する歪みゲージ型の半導体圧力検出装置に関する。
置は、例えば、特開平7−294353号公報に開示さ
れている。ここに開示された半導体圧力検出装置は、図
4に示すように、ボティ101に形成された凹部101
b上に、金属台座102(本発明におけるベース板に対
応する。)とガラス台座103とを介して圧力センサチ
ップ104が設けられ、ボティ101、金属台座102
及びガラス台座103にそれぞれ互いに同心となるよう
に設けられた貫通孔101a、102a、103aを介
して圧力センサチップ104に圧力が印加される。ここ
で、金属台座102はその周辺部でボディ101にレー
ザ溶接されて固定されるが、この従来例では、レーザ溶
接部分の内側に貫通孔102aと同心の溝102bが形
成されるように中央部を高くすることにより、レーザ溶
接時の熱による各部品の熱膨張によってガラス台座10
3及び圧力センサチップ104に不要な応力がかかるの
を防止している。
の半導体圧力検出装置は、レーザ溶接工程に時間がかか
るため、安価に製造することができないという問題点が
あった。また、この問題点を解決するために、プロジェ
クション溶接を用いることも考えられるが、この場合、
接合時の衝撃又は熱による残留応力により台座接合部が
破損する場合があるという問題点があった。さらに、外
部から高い圧力を加えたときに金属台座が反り、高い圧
力まで測定するための十分なマージンが得られないとい
う問題点があった。
を解決して、安価で信頼性が高くしかも比較的高い圧力
を測定することができる半導体圧力検出装置を提供する
ことを目的とする。
第1の半導体圧力検出装置は、圧力導入孔を有するパッ
ケージと、中央部に第1貫通孔を有し該第1貫通孔が上
記圧力導入孔と略同心となるように上記パッケージ内に
設けられたベース板と、中央部に第2貫通孔を有し該第
2貫通孔が上記第1貫通孔と略同心となるように上記ベ
ース板上に設けられた台座と、上記台座上に設けられ上
記圧力導入孔及び上記第1第2貫通孔を介して導入され
た圧力を検出する半導体圧力センサチップとを備えた半
導体圧力検出装置であって、上記ベース板は上記第1貫
通孔の回りに肉厚部を有し、該肉厚部の外側において上
記パッケージに溶接されて固定されていることを特徴と
する。以上のようにベース板に上記肉厚部を形成するこ
とにより、ベース基板に圧力又は応力がかかった場合の
肉厚部の変形を小さくできる。
装置においては、上記台座の横断面形状が四角形であり
かつ上記肉厚部の横断面形状が該四角形における対角線
の長さと略等しい直径を有する円形であって、上記肉厚
部の直上に上記台座を設けることが好ましい。
装置は、圧力導入孔を有するパッケージと、中央部に第
1貫通孔を有し該第1貫通孔が上記圧力導入孔と略同心
となるように上記パッケージ内に設けられたベース板
と、中央部に第2貫通孔を有し該第2貫通孔が上記第1
貫通孔と略同心となるように上記ベース板上に設けられ
た台座と、上記台座上に設けられ上記圧力導入孔及び上
記第1第2貫通孔を介して導入された圧力を検出する半
導体圧力センサチップとを備えた半導体圧力検出装置で
あって、上記ベース板は上記第1貫通孔の回りに該第1
貫通孔と同心になるように設けられた円環状のパイプを
有し、該パイプの外側において上記パッケージに溶接さ
れて固定されていることを特徴とする。以上のようにベ
ース板に上記パイプを設けることにより、ベース板に圧
力又は応力がかかった場合の、上記パイプの内側におけ
るベース板の変形を小さくできる。
装置においては、上記台座の横断面における外形と上記
パイプの横断面における外形とを実質的に一致させ、上
記パイプの直上に上記台座を設けることが好ましい。
る実施の形態について説明する。図1は、本発明に係る
一実施の形態の半導体圧力センサの構成を示す模式的な
断面図であり、該半導体圧力センサは、パッケージ4内
に半導体圧力センサチップ1が以下のように設けられて
構成される。
ける各要素について説明する。 (1)半導体圧力センサチップ1は、薄肉部に拡散抵抗
からなるブリッジ回路が形成されたシリコン基板からな
り、薄肉部に圧力が印加されると応力歪みに対応した抵
抗値の変化が生じ、この抵抗値の変化によりブリッジ回
路のバランスがくずれて、印加された圧力に対応した電
気信号を出力する。 (2)パッケージ4は、パッケージ本体部4aとパッケ
ージカバー部4bとからなり、パッケージ本体部4aと
パッケージカバー部4bとが組み合わされて、内部に半
導体圧力センサチップ1を収納するための空間を形成す
る。尚、パッケージ本体部4aには、中央部に圧力導入
孔40が形成され、該圧力導入孔40と同心になるよう
に円柱形状の第1凹部43が形成され、さらに圧力導入
孔40及び第1凹部43と同心になるようにかつ第1凹
部43より大きい径の円柱形状の第2凹部42が形成さ
れ、さらに第2凹部42の底面42aには第2凹部42
と同心円状に溶接用の突起部6が形成される。ここで、
パッケージ4は、例えば鉄又はSUS等により構成され
るが、本発明では特に材質に限定されるものではない。
れた42アロイ等からなり、中央に貫通孔30を有しか
つ貫通孔30と同心になるように貫通孔30の回りに肉
厚部7、及び該肉厚部7から離れて外周部分に薄肉部5
を有する。尚、本実施の形態においては、ベース板3の
外径は、第2凹部42より若干小さくなるように設定
し、肉厚部7の外径は、上述の第1凹部43の径より若
干小さくなるように設定する。また、薄肉部5は、ベー
ス板3がパッケージ本体部4aに載置されたときに、パ
ッケージ本体部4aに形成された溶接用の突起部6上に
位置するように形成される。尚、肉厚部7は外形(横断
面形状)は、円形であっても四角形であってもよいし、
さらに多角形等の他の形状であってもよい。また、ベー
ス板3の材質は42アロイに限られるものではない。 (4)台座2は、中央に貫通孔20を有する、柱形状の
Si又はガラス等からなる。尚、台座2の横断面形状は
半導体圧力センサチップ1の横断面形状と略同一になる
ように形成され、通常、該横断面形状は四角形である。
ここで、本発明では、台座2の横断面の外形がベース板
3の肉厚部7の横断面の外形の内側に位置するという条
件を満足する限り、肉厚部7の横方向の形状は小さい方
が好ましい。すなわち、円形の肉厚部7と横断面形状が
四角形の台座2を用いて構成する場合、好ましくは、肉
厚部7の外径(直径)と台座2の横断面における対角線
の長さが略一致するように形成する。また、横断面形状
が四角形の肉厚部7と横断面形状が四角形の台座2を用
いて構成する場合、好ましくは、肉厚部7の横断面形状
と台座2の横断面形状とが略一致するように形成する。
尚、上述の説明における略一致という表現は、製造上、
例えば組み立て工程等における製造バラツキである0.
5mm程度の差は一致していることを意味する。しかし
ながら、本発明においては、肉厚部7と台座2との外形
形状における関係は、上述したものに限定されるもので
はなく、台座2の破壊応力より、ベース板3の反りによ
り台座2にかかる応力が小さいという関係を満足するか
ぎり、肉厚部7の横断面における外形は、台座2の横断
面における外形より小さくてもよいし、大きくてもよ
い。尚、台座2の破壊応力より、ベース板3の反りによ
る台座にかかる応力が小さいという関係を満たすか否か
は、肉厚部7及び台座2の形状、ベース板3及び台座2
の材質、さらには、印加されるであろう最大の圧力等に
より決定される。
aに、ベース板3、台座2、半導体圧力センサチップ1
及び回路基板50を設け、必要な配線をした後パッケー
ジカバーを取り付けて、実施の形態の半導体圧力センサ
を作成する。さらに詳細に説明すると、本実施の形態に
おいて、ベース板3は、パッケージ本体部4aに、肉厚
部7が第1凹部43内に位置しかつ貫通孔30が圧力導
入孔40と略同心になるように載置され、薄肉部5と突
起部6とをプロジェクション溶接することにより固定さ
れる。また、台座2は、貫通孔20と貫通孔30が略同
心になるようにベース板3上に接着されて固定される。
半導体圧力センサチップ1は、拡散抵抗が形成された薄
肉部が貫通孔20の直上に位置するように、台座2上に
接着剤等を用いて固定される。尚、半導体圧力センサチ
ップは、例えばワイヤボンディング等により必要な内部
配線がされ、検出した信号は回路基板50及び出力端子
51を介して出力される。
圧力センサは、ベース基板3において台座2を接合する
部分に肉厚部7を形成しているので、比較的高い圧力が
ベース板3にかかっても台座2直下のベース板(肉厚
部)の反りを小さくでき、高い圧力の測定ができる。
は、ベース基板3において台座2を接合する部分に肉厚
部7を形成しているので、溶接時の衝撃や熱による応力
が台座2に伝達されるのを阻止でき、台座2とベース板
3との接合部の破損を防止することができる。従って、
本実施の形態の半導体圧力センサは、レーザ溶接等に比
較して短時間で溶接することができるプロジェクション
溶接を用いて製造することができ、安価に製造できる。
て台座2が設けられる部分の厚さを厚くして台座2の下
においてベース板3が変形することを防止したが、本発
明はこれに限らず、図2に示すように、ベース板におい
て、台座と反対側の下面に円環状のパイプ8を例えばろ
う付け等によりもうけてもよい。以上のようにしても実
施の形態と同様の効果を有するとともに、目的に応じた
大きさ又は長さを有するパイプを選択して取り付けるこ
とができるので、設計の自由度を大きくできる。例え
ば、図1の実施の形態のようにベース板に肉厚部7を形
成する構造では、ベース板をプレス等により金型の打ち
抜きで作成しようとすると、肉厚部7の厚さには一定の
制限があるが、パイプ8を別体で取り付ける方法を用い
るとそのような制限はない。尚、図3は本変形例のベー
ス板の上下を逆にして示した斜視図である。
本発明に係る第1の半導体圧力検出装置は、圧力導入孔
を有するパッケージと、中央部に第1貫通孔を有し該第
1貫通孔が圧力導入孔と略同心となるようにパッケージ
内に設けられたベース板と、中央部に第2貫通孔を有し
該第2貫通孔が第1貫通孔と略同心となるようにベース
板上に設けられた台座と、台座上に設けられた半導体圧
力センサチップとを備えた半導体圧力検出装置であっ
て、上記ベース板の上記第1貫通孔の回りに肉厚部を形
成し、上記ベース板を該肉厚部の外側で上記パッケージ
に溶接して固定しているので、ベース基板に圧力又は応
力がかかった場合の肉厚部の変形を小さくできる。これ
によって、本発明の第2の半導体圧力検出装置は、製造
時に短時間で溶接が可能なプロジェクション溶接を用い
て製造できるので、安価に製造でき、かつ使用時におい
て圧力が印加されたときに半導体センサチップに不要な
応力がかかるのを防止できるので、信頼性を高くできし
かも比較的高い圧力まで測定することができる。
装置において、上記台座の横断面形状を四角形としかつ
上記肉厚部の横断面形状が該四角形における対角線の長
さと略等しい直径を有する円形として、上記肉厚部の直
上に上記台座を設けることにより、圧力が印加されたと
きに半導体センサチップに不要な応力がかかるのをより
効果的に防止できるので、より信頼性を高くできかつよ
り高い圧力まで測定することができる。
装置は、上記ベース板に上記第1貫通孔の回りに該第1
貫通孔と同心になるように円環状のパイプを設け、上記
ベース板を該パイプの外側で上記パッケージに溶接して
固定しているので、ベース板に圧力又は応力がかかった
場合の、上記パイプの内側におけるベース板の変形を小
さくできる。これによって、本発明の第2の半導体圧力
検出装置は、製造時に短時間で溶接が可能なプロジェク
ション溶接を用いて製造できるので、安価に製造でき、
かつ使用時において圧力が印加されたときに半導体セン
サチップに不要な応力が係るのを防止できるので、信頼
性を高くできしかも比較的高い圧力まで測定することが
できる。
装置においては、上記台座の横断面における外形と上記
パイプの横断面における外形とを実質的に一致させ、上
記パイプの直上に上記台座を設けることにより、圧力が
印加されたときに半導体センサチップに不要な応力がか
かるのをより効果的に防止できるので、より信頼性を高
くできかつより高い圧力まで測定することができる。
装置の構成を示す断面図である。
る。
面図である。
板、4 パッケージ、5薄肉部、6 突起部、7 肉厚
部、20,30 貫通孔、40 圧力導入孔、42,4
3 凹部。
Claims (4)
- 【請求項1】 圧力導入孔を有するパッケージと、中央
部に第1貫通孔を有し該第1貫通孔が上記圧力導入孔と
略同心となるように上記パッケージ内に設けられたベー
ス板と、中央部に第2貫通孔を有し該第2貫通孔が上記
第1貫通孔と略同心となるように上記ベース板上に設け
られた台座と、上記台座上に設けられ上記圧力導入孔及
び上記第1第2貫通孔を介して導入された圧力を検出す
る半導体圧力センサチップとを備えた半導体圧力検出装
置であって、 上記ベース板は上記第1貫通孔の回りに肉厚部を有し、
該肉厚部の外側において上記パッケージに溶接されて固
定されていることを特徴とする半導体圧力検出装置。 - 【請求項2】 上記台座の横断面形状が四角形でありか
つ上記肉厚部の横断面形状が該四角形における対角線の
長さと略等しい直径を有する円形であって、上記肉厚部
の直上に上記台座を設けた請求項1記載の半導体圧力検
出装置。 - 【請求項3】 圧力導入孔を有するパッケージと、中央
部に第1貫通孔を有し該第1貫通孔が上記圧力導入孔と
略同心となるように上記パッケージ内に設けられたベー
ス板と、中央部に第2貫通孔を有し該第2貫通孔が上記
第1貫通孔と略同心となるように上記ベース板上に設け
られた台座と、上記台座上に設けられ上記圧力導入孔及
び上記第1第2貫通孔を介して導入された圧力を検出す
る半導体圧力センサチップとを備えた半導体圧力検出装
置であって、 上記ベース板は上記第1貫通孔の回りに該第1貫通孔と
同心になるように設けられた円環状のパイプを有し、該
パイプの外側において上記パッケージに溶接されて固定
されていることを特徴とする半導体圧力検出装置。 - 【請求項4】 上記台座の横断面における外形と上記パ
イプの横断面における外形とを実質的に一致させ、上記
パイプの直上に上記台座を設けた請求項3記載の半導体
圧力検出装置。
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