JPH11316166A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体圧力センサにおける被測定媒体と直接接
触する低融点ガラス部の耐腐食性を向上させて、ハーメ
チックシールの信頼性を高める。 【解決手段】被測定媒体の圧力を検出する感圧素子１０
０は、シリコン基板１に形成されたダイアフラム５と該
ダイアフラムの変位を電気信号に変換する歪ゲージ６
ａ，６ｂを有する。この感圧素子１００を支持する台座
４がセンサハウジング内の台座受部１２に低融点ガラス
１６を介して接合され、この低融点ガラス１６のうち被
測定媒体に曝される箇所が被測定媒体に対して耐腐食性
を有するコーティング材（保護膜）２１により覆われて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被測定媒体の圧力を
検出する半導体圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、シリコン基板に圧力に応動し
得るようにダイアフラムを形成し、ダイアフラムの変位
を例えばピエゾ抵抗効果を利用して電気信号に変換する
半導体圧力センサが知られている。

【０００３】例えば、特開平５−２２３６７０号公報に
記載の半導体圧力センサでは、ダイアフラムを形成した
シリコン基板（半導体ダイアフラム）を台座を介してス
テムに取付け、この半導体ダイアフラムをキャップに覆
われた被測定媒体圧力導入部に臨ませている。

【０００４】この従来例の半導体圧力センサは、感圧素
子の内部（ダイアフラムと台座間の空間）を基準圧室
（真空室）として、被測定媒体の圧力が感圧素子外部か
らかかるようにしたので、感圧素子のダイアフラム（半
導体基板）と台座間の接合部を内側から離す方向に高圧
がかからず（逆に接合部を押しつける方向に力が作用す
る）、信頼性の点で評価される。

【０００５】また、ステムには複数のリードピンが貫通
しガラス封止材を介して取付けてあり、このリードピン
と半導体ダイアフラムの歪ゲージがワイヤを介して接続
されている。上記したリードピンとワイヤ及び半導体ダ
イアフラムの歪ゲージは被測定媒体に曝されるために、
例えば、被測定媒体がガソリン蒸気圧やエンジンの吸気
圧の場合には、ガソリン中のガム成分やガソリン蒸気の
混入した測定媒体中の水分などが歪ゲージ，ワイヤ及び
リードピンに付着して、これらの部材が腐食を生じ易
い。そこで、この従来例では、半導体ダイアフラム，ワ
イヤ及びリードピンに防食用の保護膜（例えば、ポリパ
ラキシレン樹脂の蒸着膜）をコートする技術が提案され
ている。なお、その他のリードピン，ワイヤ等の防食技
術としては、例えば特開平４−２４０７７７号公報，特
開平６−１３２５４５号公報に記載のように、ワイヤ及
びリードピンを電気絶縁材でモールドするものがある。

【０００６】上記した防食対策は、歪ゲージ，ワイヤ，
リードピンが被測定媒体に曝されるために生じるもので
ある。したがって、これらの要素を被測定媒体に曝さな
ければ、半導体ダイアフラム，ワイヤ，リードピンに防
食用の保護膜をコートする必要性がなくなる。

【０００７】たとえば、歪ゲージ，ワイヤ，リードピン
を被測定媒体に曝さないようにする手法としては、半導
体ダイアフラムの歪ゲージをダイアフラムの内側（被測
定媒体に曝される側と反対の面；基準圧室に臨む面）に
取付け、リードピンをステム，台座を貫通してダイアフ
ラム内側に導いて歪ゲージの電極と接続するようなこと
が考えられる。

【０００８】特開平２−１３８７７６号公報に記載され
た半導体圧力センサでは、次のようにして、リードピン
やワイヤを外部に曝さないようにしている。

【０００９】図６は特開平２−１３８７７６号公報に係
る半導体圧力センサの一部を断面して示す図で、同図に
示すように、ダイアフラムを形成したシリコン基板とガ
ラス台座とを接合してなる感圧素子（歪ゲージ）を、セ
ンサハウジングの被測定媒体圧力導入部（筒状ハウジン
グ）に配置し、この感圧素子の一部（ダイアフラム部及
びその周辺）を被測定媒体圧力導入部に臨ませた状態
で、感圧素子と筒状ハウジング内壁の間を低融点ガラス
によって気密封止し、気密封止されている側のセンサ内
部空間で図示省略したワイヤやリードピンを回路基板と
電気的に接続している。

【００１０】この従来例では、ガラス台座はシリコン基
板と熱膨張係数が近似するもの、すなわちパイレックス
ガラスを使用する。また、センサハウジングもシリコン
基板，ガラス台座と熱膨張係数の整合性の良いＦｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ系合金（商品名：コバール）またはＮｉ−Ｆｅ
系合金（商品名：４２アロイ）を使用する。

【００１１】低融点ガラスとして、その熱膨張係数が感
圧素子（シリコン基板，ガラス台座）と上記センサハウ
ジング（コバール又は４２アロイ）との間のものを用い
ることが可能であるので、低融点ガラスを上記感圧素子
・センサハウジング内壁間に介在させることで、センサ
内部の良好なハーメチックシールを保つことができる。

【００１２】ちなみに、シリコン基板として用いるＳｉ
の熱膨張係数は３１×１０~⁷／℃、台座として用いるパ
イレックスガラスの熱膨張係数は３２．５×１０~⁷／
℃、センサハウジングとして用いるコバールの熱膨張係
数は５２〜５４×１０~⁷／℃、４２アロイの熱膨張係数
はコバールとほぼ同じ、低融点ガラスの熱膨張係数は４
０〜５０×１０~⁷／℃である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、セン
サの歪ゲージ，ワイヤ，リードピン等を被測定媒体圧力
導入部に曝さないことで、これらの部品に保護膜やモー
ルドを施さなくとも防食を図ることが可能になる。

【００１４】しかし、センサ構成部品の気密封止のため
に上記したような低融点ガラスを用いた場合、被測定媒
体が腐食性物質（特には強酸性、強アルカリ性）を含む
場合には、次のような腐食メカニズムが生じることが判
明した。

【００１５】低融点ガラスの組成は、Ｐｂ：７２％ｗ
ｔ、ＴｉＯ₂：１０％ｗｔ、Ｂ₂Ｏ₃：５％ｗｔ、他１３
％ｗｔであり、このうち、特に鉛は酸（特にＨＮＯ₃）
に溶けやすい性質を有しており、これが腐食原因とな
る。

【００１６】本発明者らの実験によれば、ＰｂＯを硫
酸、塩酸、硝酸の２０％水溶液（２０℃）に１０分浸漬
して実験した結果、次のような結果を得た。

【００１７】ＰｂＯについて、硫酸の場合の腐食量は単
位接触面積あたり０．１（ｍｇ／ｃｍ²）、塩酸の場合
には腐食量が０．５（ｍｇ／ｃｍ²）、硝酸の場合には
腐食量が１２５（ｍｇ／ｃｍ²）である。このうち、硫
酸、塩酸の場合には、ＰｂＯの表面に不動態皮膜が形成
されるために、ＰｂＯが酸と接触しなくなるため、腐食
反応が進まなくなる。これに対して、硝酸の場合には、
ＰｂＯの表面に不動態皮膜が形成されず、次の反応式で
生成されるＰｂ（ＮＯ₃）₂が水に溶解するために、どん
どん反応が進む。

【００１８】

【化１】ＰｂＯ＋２ＨＮＯ₃→Ｐｂ（ＮＯ₃）₂＋Ｈ₂Ｏ 本発明は以上の知見の基になされたもので、その目的
は、半導体圧力センサにおける被測定媒体と直接接触す
る低融点ガラス部等の感圧素子・台座受部の接合部の耐
腐食性を向上させて、半導体圧力センサのハーメチック
シールの信頼性を高めることにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、基本的には、次のように構成する（構成要素
に付した符号は図１の実施例のものを引用した）。

【００２０】すなわち、被測定媒体の圧力を検出する感
圧素子１００を有する半導体圧力センサにおいて、セン
サ構成部品の接合部のうち被測定媒体に曝される前記感
圧素子と前記台座受部の接合部が被測定媒体に対して耐
腐食性を有するコーティング材２１により覆ったことを
特徴とする（請求項１対応）。このようなコーティング
材としては、フッ素ゴム或いはポリイミド樹脂が適して
いる。

【００２１】また、上記の下位概念発明として、次のよ
うなものを提案する。

【００２２】一つは、前記感圧素子１００がシリコン基
板１に形成されたダイアフラム５と該ダイアフラムの変
位を電気信号に変換する歪ゲージ６ａ，６ｂを有し、こ
の感圧素子１００を支持する台座４がセンサハウジング
１７内の台座受部１２に低融点ガラス１６を介して接合
され、この低融点ガラス１６のうち被測定媒体に曝され
る箇所が被測定媒体に対して耐腐食性を有するコーティ
ング材２１により覆われている（請求項２対応）。

【００２３】さらに、センサハウジング１７の内部に信
号処理回路１５の収容部１９とセンサハウジング外部よ
り被測定媒体の圧力を導入する圧力導入部１８とが形成
され、この信号処理回路の収容部１９と圧力導入部１８
との間にリードピン挿通部３０が形成され、このリード
ピン挿通部３０をリードピン挿通用のスルーホール１２
Ａを有する台座受部１２で閉ざすことで前記信号処理部
の収容部１９が気密封止され、前記感圧素子１００は、
シリコン基板１に形成されたダイアフラム５と該ダイア
フラムの変位を電気信号に変換する歪ゲージ６ａ，６ｂ
を有し、この感圧素子を支持する台座４が被測定媒体の
圧力導入部１８に臨む位置にて低融点ガラス１６を用い
て台座受部１２に接合され、低融点ガラス１６のうち被
測定媒体に曝される箇所が被測定媒体に対して耐腐食性
を有するコーティング材２１により覆われており、且
つ、歪ゲージ６ａ，６ｂはダイアフラム５のうち被測定
媒体の受圧面と反対側にある基準圧室３２に臨むように
配設され、この歪ゲージの電極７と信号処理回路１５と
がセンサハウジング１７のリードピン挿通部３０，台座
受部１２のスルーホール１２Ａ，台座４に設けたリード
ピン導入孔９を通したリードピン１４を介して接続され
ている（請求項３対応）。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。

【００２５】図１は本発明の第１実施例に係る半導体圧
力センサを示す縦断面図、図２は上記半導体圧力センサ
に用いる歪ゲージ付きシリコン基板（第２のシリコン基
板）の平面図である。

【００２６】図１において、半導体圧力センサのハウジ
ング１７は、例えばステンレスで形成され、被測定媒体
の圧力導入部１８と、信号処理回路１５の収容部１９と
の２室に分けられ、この２室間にリードピン１４を通す
挿通部３０を有する仕切り壁３１が介在し、仕切り壁３
１のうち信号処理回路収容部１９に臨む側の一面に信号
処理回路１５が固定され、圧力導入部１８に臨む側にリ
ードピン挿通部３０を塞ぐように台座受部（以下、ステ
ムと称する）１２が溶接されている。

【００２７】ステム１２は次に述べるセンサ部（検出
部）を支持するもので、例えばコバールにより形成さ
れ、４本のリードピン１４を通す４つのスルーホール１
２Ａが配設され、リードピン１４を通した後にスルーホ
ール１２Ａに硬質ガラス１３が充填されることで信号処
理回路収容部１９がハーメチックにシールされている。
すなわち、リードピン挿通部３０をステム１２で閉ざす
ことで信号処理回路収容部１９が気密封止される。

【００２８】センサ部は、絶縁基板となるガラス台座４
の一面に接合により配置したＳＯＩ（silicon on insul
ator）基板１００を主要素とする。ＳＯＩ基板１００は
感圧素子となるもので、第１のシリコン基板（ダイアフ
ラム付き基板）１と熱酸化膜３と第２のシリコン基板
（歪ゲージ付き基板）とで構成される。

【００２９】第１のシリコン基板１には、エッチング加
工によってダイアフラム５となる薄肉部が形成され、そ
の一面に絶縁膜となるＳｉＯ₂の熱酸化膜３が形成さ
れ、この熱酸化膜３を介して歪ゲージ６ａ，６ｂを有す
る第２のシリコン基板２がシリコン基板１の一面に接合
される。この第１のシリコン基板１，熱酸化膜３，第２
のシリコン基板２より成るＳＯＩ基板１００がホウ珪酸
ガラスよりなるガラス台座（絶縁基板）４に陽極接合で
気密に接合し、このＳＯＩ基板１００とガラス台座４と
の積層構造体が後述する低融点ガラス１６を介してステ
ム（台座受部）１２にハーメチックに接合されている。
低融点ガラス１６は、熱膨張係数がガラス台座（ホウ珪
酸ガラス）４とステム（コバール）１２の間の数値とな
るので、熱応力緩和に優れている。

【００３０】第１のシリコン基板１と第２のシリコン基
板２の外枠部８とガラス台座４で囲まれる空間は基準圧
室（真空）としてあり、後述の歪ゲージ（ピエゾ抵抗素
子）６ａ，６ｂはダイアフラム５の被測定媒体受圧面と
反対側の面（基準圧室３２に臨む面）上に配置されてい
る。

【００３１】ここで、図２を参照して第２のシリコン基
板（歪ゲージ付きシリコン基板）２について説明する。
図２において、白抜きの箇所がエッチングにより除去さ
れた部分、ハッチングを入れた領域がシリコン基板２の
エッチング残存領域である。

【００３２】シリコン基板２には、外枠部８に囲まれる
ようにしてＶｃｃ（電源）端子７ａ、第１の出力端子７
ｃ、第２の出力端子７ｄ、ＧＮＤ（接地）端子７ｂの４
つの電極が形成されており、このうちＧＮＤ端子７ｂが
外枠部８に接続されている。

【００３３】また、第２のシリコン基板２には、第１の
シリコン基板１に設けたダイアフラム５上に位置するよ
う半径方向（ここで半径方向とはダイアフラム５の半径
線上に一致する意味である）のゲージ６ａと、接線方向
（ここで接線方向とは、ダイアフラム５の上記半径線に
直交する半径線とダイアフラム円周との交点位置におけ
る接線方向を指す）のゲージ６ｂがエッチング加工によ
り各２個ずつ形成され、同じく前記第２のシリコン基板
２をエッチング加工することによって形成された薄肉の
配線部２２を介して、各歪ゲージ６ａ，６ｂが対応の電
極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに電気的に接続されてい
る。

【００３４】第２のシリコン基板２は、（１００）面Ｐ
型で比抵抗０．０１〜１．０Ω・ｃｍの単結晶シリコン
ウェハが用いられており、拡散等に形成されたピエゾ抵
抗効果のひずみゲージ６ａ，６ｂの電気抵抗値は数百Ω
〜数キロΩの値に設定されている。なお、前記ゲージ部
６ａ，６ｂ以外の配線部２２には、アルミスパッタなど
による金属薄膜の形成あるいはボロン等の打ち込みによ
って電気抵抗を小さくしている。

【００３５】電極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ上には多層
の導電膜１０（Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）が形成されて
いる。この導電膜１０は、ＳＯＩ基板１００とガラス台
座４を接合した後に、スパッタ、蒸着、めっきなどの手
法で形成される。

【００３６】ＳＯＩ基板１００とガラス台座４との接合
態様は、第２のシリコン基板２の外枠部８がガラス台座
４に陽極接合され、第２のシリコン基板２の電極部７ａ
〜７ｄがガラス台座４に設けたリードピン導入孔９にＰ
ｂ−Ｓｎ半田１１を介して接続される態様をなす。この
接合により、歪みゲージ群６ａ，６ｂはＳＯＩ基板１０
０の第１のシリコン基板１の一面、第２のシリコン基板
２の外枠部８及びガラス台座４によって気密に密封され
ている。

【００３７】導電膜１０は、ＳＯＩ基板１００の電極部
７ａ〜７ｄとガラス台座４に設けたリードピン導入孔９
の壁面とにかけてスパッタ、蒸着、メッキ等によって多
層（Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）に形成され、各電極部７
ａ〜７ｄは、これらの導電膜１０及びＰｂ−Ｓｎ半田１
１を介してリードピン導入孔９に導入した各リードピン
１４に電気的に接続されて、さらにこのリードピン１４
を介して歪みゲージ６ａ，６ｂが信号処理回路１５と接
続される。

【００３８】ガラス台座４とステム１２を低融点ガラス
１６を用いて接合する際に、ステム１２から突出したリ
ードピン１４先端はガラス台座４のリードピン導入孔９
内に挿入され、低融点ガラス１６を溶融する際、半田１
１も同時に溶融することによってリードピン１４と電極
部７が電気的に接続される。

【００３９】センサ部を構成するＳＯＩ基板１００とガ
ラス台座４、及びそれらを支持するステム１２は、ハウ
ジング１７の圧力導入部１８に臨むようにして配置さ
れ、そのうちの第１のシリコン基板１と第２のシリコン
基板２との接合部、第２のシリコン基板２とガラス台座
４との接合部、ガラス台座４とステム１２との接合部に
は、被測定媒体の圧力印加時に圧縮応力がかかる構造と
なっているため（すなわち、センサ部の内側から圧力が
かかるのではなく外側から圧力がかかるため）、上記各
接合部には接合面を押しつける圧力が作用するので、接
合部が剥離することなく、その意味で耐圧的に有利とな
る。また、仮に高圧によって、ダイアフラム５が破損し
た場合においても、ハーメチックシールされた前記ステ
ム１２の存在によって被測定媒体が前記信号処理回路収
容部１９ヘリークすることがなく、気密性に関して２重
構造となっている。

【００４０】また、歪ゲージ６ａ，６ｂをダイアフラム
５の内側（被測定媒体に曝される側と反対の面）に取付
け、リードピン１４をステム１２，台座４を貫通してダ
イアフラム内側に導いて歪ゲージ６ａ，６ｂの電極７と
接続することで、歪ゲージ，リードピン等の電気部品が
被測定媒体に曝されなくてすみ、これらの電気部品に防
食用の保護膜をコートする必要性がなくなる。

【００４１】センサ部のうちダイアフラムの被測定媒体
受圧面や低融点ガラス１６は、被測定媒体（例えば、ガ
ソリン、軽油、ＬＰＧ、ＣＮＧ）に曝されるが、このう
ち、Ｐｂを含む低融点ガラス１６においては、耐腐食性
（特に硝酸に対して）が弱いために、この低融点ガラス
部１６のうち、被測定媒体に接触する側を耐腐食性保護
膜（コーティング材）２１により被覆する。

【００４２】保護膜２１となるコーティング材は、無機
あるいは有機材料で構成されており、特には蒸着、ディ
ップ、塗布などにより低融点ガラス部１６を覆う。本実
施例の保護膜２１としては、耐腐食性に優れ且つ耐熱
性，絶縁性を有するものを使用し、例えば、フッ素ゴ
ム、ポリイミド樹脂等がある。

【００４３】図３に低融点ガラスの耐腐食性実験結果を
示す。

【００４４】本実験は、２０％ＨＮＯ₃，２０℃溶液に
低融点ガラスを浸した時の時間−腐食量（溶液と接触す
る単位面積あたりの重量減少量）を示しており、実験結
果によればコーティング材（保護膜２１に相当するも
の）のないものは、ガラスが溶けて腐食しているのに対
し、フッ素ゴムやポリイミド樹脂のコーティング材を施
しているものは腐食防止が図られることが判明した。な
お、ＨＮＯ₃以外の酸成分についてガソリンベースで同
じ実験を行ったが、上記同様の結果が得られている。な
お、これら以外のコーティング材候補についても実験し
てみたが、剥離，変色等が生じ腐食防止としては有効な
結果が得られなかった。

【００４５】ダイアフラム５は、保護膜２１によって被
覆されないようにしてある。これは、ダイアフラム５は
直接被測定媒体に接触するようにした方がセンサの感度
低下や誤差を招かない点で有利なためである。

【００４６】本実施例によれば、特にＰｂを含む低融点
ガラス１６が酸，特に硝酸に対して耐腐食の点で弱い
が、耐腐食性保護膜２１を低融点ガラス１６にコーティ
ングすることによって、低融点ガラスが保護され、ひい
ては、半導体圧力センサのハーメチックシールが保証さ
れてセンサの信頼性を高めることができる。

【００４７】低融点ガラス１６は、その外側面が丸みを
帯びて外側に膨らみをもった曲面を呈している。これ
は、ガラス台座４とステム１２との接合時に低融点ガラ
スが窒素雰囲気下で４４０℃程度の温度で加熱溶融され
るが、その時に低融点ガラスの表面張力が大きいためで
ある。低融点ガラス１６がこのような外側曲面をもつ
と、保護膜２１は、その一部が符号２５，２５´で示す
箇所（低融点ガラス１６とステム１２、低融点ガラス１
６とガラス台座４とで形成される断面が楔形に近い隙
間）に入り込むことになる。２５，２５´に入り込んだ
保護膜２１は、硬い材質で熱膨張係数が大きいと、温度
変化による熱応力で低融点ガラス１６・ステム１２間及
び低融点ガラス１６・ガラス台座４間の接合部を離す方
向に力が作用するが、この点については、保護膜２１を
ゴム状，ゲル状，薄膜状にすることで対処すなわち楔形
隙間部での熱応力集中を緩和でき、本実施例では、一例
として保護膜２１をゲル状にしている。

【００４８】低融点ガラス１６には、表面及び内部に多
数の気泡が存在するため、被測定媒体に異物が混入して
いた場合、低融点ガラス１６表面に付着し易く、腐食の
基点となりうるが、前記のように低融点ガラス１６を保
護膜２１でコーティングすることによってこれを低減す
ることができる。

【００４９】ここで、センサ部の各部の概略寸法につい
て、述べる。第１のシリコン基板１の非エッチング部の
厚さは約数百ミクロン、エッチング部（ダイアフラム
５）の厚さは約１００ミクロン、熱酸化膜３の厚さは約
１ミクロン、第２のシリコン基板２の外枠部８及び電極
部７の厚さは約１０ミクロン、また歪みゲージ群６ａ，
６ｂ、配線部を含む薄肉部の厚さは約数ミクロン、ガラ
ス台座４の厚さは約１ミリ、リードピン導入孔９の径は
約数百ミクロン、低融点ガラス１６の厚さは約数百ミク
ロン、ステム１２の厚さは約２ｍｍ、感圧素子部全体の
平面寸法は約数ミリ角である。

【００５０】次に動作原理を簡単に説明する。図１でダ
イアフラム５が被測定媒体の圧力と基準圧との差圧によ
ってガラス台座４側にたわむと、接線ゲージ６ｂの電気
抵抗値は増加し、半径ゲージ６ａの抵抗値は減少する。
したがって、接線ゲージ６ｂと半径ゲージ６ａをブリッ
ジ回路に結線し、ＶＣＣ端子７ａとＧＮＤ端子７ｂ間に
定電圧を供給すると第１出力端子７ｃと第２出力端子７
ｄ間に計測すべき圧力に応じた差電圧がえられる。本セ
ンサの場合、印加電圧数Ｖに対し数十ｍＶの差電圧が発
生する。図１で、リードピン１４と結線された信号処理
回路（センサ回路）１５と接続することによって、数Ｖ
に増幅された出力信号はピン２３とターミナル２４によ
ってセンサ外部に出力される。

【００５１】本実施例によれば、リードピン１４，歪ゲ
ージ６ａ，６ｂ等は被測定媒体に曝されず、また、低融
点ガラス１６は保護膜２１によりコーティングされるの
で、腐食し易い物質の保護を充分に図ることができ、ま
た、保護膜２１が弾性，ゲル状等の軟質物質であるた
め、保護膜２１によって低融点ガラス１６・ステム１２
間や低融点ガラス１６・ガラス台座４間に無理な力（熱
応力）がかかることがなく、さらに、ガラス台座４・感
圧素子（ＳＯＩ基板１００）間にも内部から高圧がかか
らない構造であるので、センサの信頼性を高めることが
できる。

【００５２】図４に本発明の第２実施例を示す。図４で
は、半導体圧力センサのうち図１の実施例と異なる箇所
に絞って図示したもので、図中、第１実施例の符号と同
一のものは同一或いは共通する要素を示す。

【００５３】本実施例のうち第１実施例と異なる点は、
耐腐食性の保護膜２１を低融点ガラス１６のほかに、感
圧素子部（第１，第２のシリコン基板１，２），ガラス
台座４，ステム１２にかけて被測定媒体に曝される面に
被覆したことにある。

【００５４】本実施例によれば、保護膜２１の存在によ
って低融点ガラス１６の耐腐食を向上させるほかに、下
記の点で有利である。

【００５５】ハウジングの仕切り壁３１・ステム１２間
の溶接部２０、ステム１２・ガラス台座４間の接合部
（低融点ガラス１６）、ガラス台座４・第２のシリコン
基板２間の陽極接合部、第２のシリコン基板２・第１の
シリコン基板１間の接合部には、僅かではあるが被測定
媒体に接触する界面が存在する。被測定媒体が腐食性の
場合、ここの界面から腐食が始まり易いが、本実施例に
よれば、これらの界面部に耐腐食性保護膜２１をコーテ
ィングすることによって、実質的な界面を少なくし、よ
り一層の耐腐食性を高める効果が得られる。

【００５６】また、被測定媒体に異物，特に浮遊金属が
混入していた場合、この異物がセンサ部の構成部品（ス
テム，低融点ガラス，ガラス台座，感圧素子等）に付着
し、その結果、異物・センサ構成部品間に異種金属間の
界面が存在することになり、それにより電気化学的な腐
食が生じる基点となりうるが、本実施例のように耐腐食
性保護膜２１をコーティングすることによって、前記感
圧素子部、ガラス台座４、低融点ガラス部１６、ステム
部１２全体に渡ってこれを低減する効果を得られた。

【００５７】また前記感圧素子部、ガラス台座４、低融
点ガラス部１６、ステム部１２は熱伝導率が大きく異な
るため、被測定媒体に急激な温度変化が生じると一時的
に大きな熱応力が発生するが、熱伝導率の低い保護膜２
１が存在すると、センサ構成部品への伝熱速度を遅くし
て熱勾配が緩やかになり各界面に発生する熱応力を小さ
くできる点で有利である。特に前記感圧素子部について
は、熱応力が生じるとセンサ出力に影響を及ぼすので、
保護膜２１は出力の安定にも寄与すると言える。

【００５８】また、本構造では第２のシリコン基板２の
外枠部８が、グランド端子７ｂとリークさせているた
め、被測定媒体が導電性の場合グランド端子７ｂが被測
定媒体の影響を受けることになるが、保護膜２１が絶縁
性を有することにより、それを防ぐ効果を得られる。

【００５９】図５に本発明の第３実施例を示す。

【００６０】本例と第１実施例の異なる点は、低融点ガ
ラス部１６、ステム１２部が被覆されるように保護膜２
１を圧力導入部１８に充填したものである。

【００６１】本実施例においても、実質的に前記低融点
ガラス部１６は被測定媒体に接触しないため低融点ガラ
ス１６の腐食に対する信頼性が向上する点で有利であ
る。

【００６２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、半
導体圧力センサの低融点ガラス部を被測定媒体に対して
耐腐食性を有する部材によりコーティングすることによ
り、被測定媒体と低融点ガラス部との直接の接触がなく
なり、被測定媒体による低融点ガラス部の腐食進展を防
止することができ、センサの信頼性及びセンサの寿命を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る半導体圧力センサの
縦断面図。

【図２】上記実施例に用いるゲージ構造の平面図。

【図３】低融点ガラスの耐腐食性実験結果を示す説明
図。

【図４】本発明の第２実施例に係る半導体圧力センサの
部分断面図。

【図５】本発明の第３実施例に係る半導体圧力センサの
部分断面図。

【図６】半導体圧力センサの従来例を示す部分断面図。

【符号の説明】

１…第１のシリコン基板、２…第２のシリコン基板、３
…熱酸化膜、４…ガラス台座（絶縁基板）、５…ダイア
フラム、６…歪みゲージ、７…電極部、９…リードピン
導入孔、１２…ステム（台座受部）、１２Ａ…スルーホ
ール、１３…硬質ガラス、１４…リードピン、１５…信
号処理回路、１６…低融点ガラス、１７…ハウジング、
１８…圧力導入部、１９…信号処理回路の収容部、２１
…保護膜、３０…リードピン挿通部、３１…仕切り壁、
３２…基準圧室、１００…ＳＯＩ基板（感圧素子）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 敦史 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 久保田 正則 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 山口 真市 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 三木 政之 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定媒体の圧力を検出する感圧素子と
   これを固定する台座受部を有する半導体圧力センサにお
   いて、 センサ構成部品の接合部のうち被測定媒体に曝される前
   記感圧素子と前記台座受部の接合部が被測定媒体に対し
   て耐腐食性を有するコーティング材により覆われている
   ことを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】 被測定媒体の圧力を検出する感圧素子を
   有する半導体圧力センサにおいて、 前記感圧素子がシリコン基板に形成されたダイアフラム
   と該ダイアフラムの変位を電気信号に変換する歪ゲージ
   を有し、この感圧素子を支持する台座がセンサハウジン
   グ内の台座受部に低融点ガラスを介して接合され、この
   低融点ガラスのうち被測定媒体に曝される箇所が被測定
   媒体に対して耐腐食性を有するコーティング材により覆
   われていることを特徴とする半導体圧力センサ。
3. 【請求項３】 被測定媒体の圧力を検出する感圧素子を
   有する半導体圧力センサにおいて、 センサハウジングの内部に信号処理回路の収容部とセン
   サハウジング外部より被測定媒体の圧力を導入する圧力
   導入部とが形成され、この信号処理回路の収容部と圧力
   導入部との間にリードピン挿通部が形成され、このリー
   ドピン挿通部をリードピン挿通用のスルーホールを有す
   る台座受部で閉ざすことで前記信号処理部の収容部が気
   密封止され、 前記感圧素子は、シリコン基板に形成されたダイアフラ
   ムと該ダイアフラムの変位を電気信号に変換する歪ゲー
   ジを有し、この感圧素子を支持する台座が前記被測定媒
   体の圧力導入部に臨む位置にて低融点ガラスを用いて前
   記台座受部に接合され、 前記低融点ガラスのうち被測定媒体に曝される箇所が被
   測定媒体に対して耐腐食性を有するコーティング材によ
   り覆われており、 且つ、前記歪ゲージは前記ダイアフラムのうち前記被測
   定媒体の受圧面と反対側にある基準圧室に臨むように配
   設され、この歪ゲージの電極と前記信号処理回路とが前
   記センサハウジングのリードピン挿通部，前記台座受部
   のスルーホール，前記台座に設けたリードピン導入孔を
   通したリードピンを介して接続されていることを特徴と
   する半導体圧力センサ。
4. 【請求項４】 前記コーティング材は、フッ素ゴム或い
   はポリイミド樹脂よりなる請求項１ないし請求項３のい
   ずれか１項記載の半導体圧力センサ。
5. 【請求項５】 前記コーティング材は、弾性或いはゲル
   状の軟質樹脂である請求項１ないし請求項４のいずれか
   １項記載の半導体圧力センサ。