JPS5856367A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体圧力センサに係シ、特に測定圧力範囲お
よび測定対称流体範囲が広く、かつ、高精度の圧力測定
を行うのに好適な金属部材に半導体部材を固定してなる
半導体圧カセ／すに関するものである。

まず、従来のこの種半導体圧力センサについて第１図を
用いて説明する。第１図（ａ）は平面図、（ｂ）は断面
図で、フラットな金属ダイヤフラム１にバルク形の半導
体ストレンゲージ２を図示のように貼りつけた構造の半
導体圧力センサとしである。

この種のものは、金属ダイヤフラム１で測定圧力を受け
るため、測定対称流体が気体、液体を問わず、低圧から
高圧まで測定でき、かつ安価であるという利点があるが
、半導体ストレングージ２を金属ダイヤフラム１の感歪
部に貼りつけであるため、圧力によって半導体ストレン
ゲージ２を接着している接着層にひずみが発生し、この
接着層が経年変化（クリープ）し、測定精度が低下する
という問題を生ずる。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、接着層が経時変化することがなく、高精度、
高信頼性とすることができる半導体圧力センサを提供す
ることにある。

本発明の特徴は、肉薄起歪部の内側および外側に肉厚部
を有する金属部材に少なくとも片面に複数個のゲージ抵
抗を形成させた半導体部材を上記金属部材の肉薄起歪部
をまたぐように上記内側肉厚部と上記外側肉厚部の部分
で固定した構成とした点にある。

Ｊ、ｄ下本発明を第２図ないし第５図に示した実施例を
用いて詳細に説明する。

第２図は本発明の半導体圧力セ／すの一実施例を示す構
造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

第２図において、３は金属ダイヤフラム（金属部材）で
、例えば、外径３０ｓａ＋の５＋ｏ＋厚さのステンン円
板にり／グ状の溝を設け、外径１５ｍ、内径６關、厚さ
１暉のリング状肉薄起歪部４を形成してあり、この肉薄
起歪部４の内側と外側とはそれぞれ内側肉厚部５、外側
肉厚部６としてあり、それぞれの肉厚は同一としである
。７け半導体チップ（半導体部材）で、半導体チップ７
の上面には拡散法によって複数個のゲージ抵抗８を形成
してあり、これを金属ダイヤフラム３の肉薄起歪部４を
またぐようにガラススペーサ９を介して金属ダイヤフラ
７−３の内側肉厚部５と外側肉厚部６の部分で金属ダイ
ヤフラム３に接着して固定しである。

なお、半導体テップ７の金属ダイヤフラム３へ固定する
固定部１０は、図示しであるように、他の領域１１の厚
さよりも厚くしである。ここで、ガラススペーサ９とし
ては、その熱膨張係数が半導体チップ７の熱膨張係数に
近いものを選定してあシ、半導体チップ７とガラススペ
ーサ９とは陽極結合により接合し、ガラススペーサ９と
金属ダイヤフラム３の内側肉厚部５、外側肉厚部６とは
、有機材や低融点ガラスで接着しである。

上記した実施例の半導体圧力センサによれば、測定圧力
Ｐを第２図（ｂ）の図示矢印方向から作用させると、金
属ダイヤフラム３のリング状肉薄起歪部４がたわみ、内
側肉厚部５が変位する。したがって、内側肉厚部５およ
び外側肉厚部６に固定した半導体チップ７は、内側肉厚
部５に固定した部分が変位して変形する。このとき発生
したひずみが半導体チップ７の表面に形成したゲージ抵
抗７の抵抗値変化として測定される。

上記した本発明の実施例によれば、金属ダイヤフラム３
の内側肉厚部５は上下に変位するだけで、ひずみを発生
しない。もちろん外側肉厚部６にもひずみが発生しない
。また、半導体チップ７の固定部１０を厚くシ、ゲージ
抵抗形成部を含む領域１１を薄くしであるから、半導体
チップ７における圧力による変形は、肉薄領域１１に起
シ、固定部１０にはひずみが発生しない。まだ、肉薄領
域１１のたわみによる反力も小さい。したがって、金属
ダイヤフラム３と半導体チップ７との接合部は、圧力が
作用してもひずみを発生せず、かつ、そこに働く力が小
さいから、繰り返し圧力によシ接着層にクリープによる
経時変化が生ずることがなく、高精度で高信頼性の半導
体圧カセ／すとすることができる。

また、ガラススペーサ９を半導体テップ７の肉厚固定部
１０の裏面に結合しであるから、金属ダイヤフラム３の
肉厚部５，６との接合によるひずみがゲージ抵抗８に伝
達されることが極めて少ない。

第３図は本発明の他の実施例を示す構造図で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は断面図である。第３図において、第２
図と同一部分および同一作用物は同じ符号で示し、ここ
では説明を省略する。第３図においては、半導体チップ
７を、図示しであるように、金属ダイヤフラム３の外側
肉厚部６の両側と内側肉厚部５とにガラススペ〒す９を
介して接着によって固定しである。第３図によれば、金
属ダイヤフラム３のステイフネスが半導体チップ７のそ
れよシも小さくとも、圧力を作用させたときに金属ダイ
ヤフラム３の内側肉厚部５が上下のみに変位するから、
半導体チップ７の両側の肉薄部１１ａ。

１１ｂは２つの片持梁で近似できる働きを示す。

その他の効果は第２図の場合と同様である。

第４図は本発明のさらに他の実施例を示す構造図で、（
ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であシ、第２図と同一部
分は同じ符号で示しである。第４図においては、半導体
チップ７の金属ダイヤフラム３の内側肉厚部５に固定す
る固定部１０の肉薄部ｌｌ側に上面（ゲージ抵抗８を形
成しである面）から加工して形成した縦方向の肉薄部１
２を設けである。

このようにすると、半導体チップ７の肉薄部１１に大き
なたわみが生じても、肉薄部１１の全体のという新たな
効果がある。その他の効果は第２図と同様である。

第５図は本発明のさらに他の実施例を示す構造図で、（
ａ）は平面図、Φ）は断面図であり、第２図と同一部分
は同じ符号で示しである。第５図においては、金属ダイ
ヤフラム３の内側肉厚部５を外径２咽以下と細くしであ
る。第５図によれば、半導体チップ７が大きくたわみ、
肉薄部１１に全体の伸びが発生したとき（バルーン増果
）、金属ダイヤフラム３の内側肉厚部５がたわむから、
肉薄部１１の全体の伸びが低減し、第４図と同様直線性
を改善できるという効果がある。

なお、かかる半導体圧力センサにおいては、測定圧力が
零のときの出力をできるだけ小さくすることが必要であ
り、そのためには、金属ダイヤフラム３に半導体チップ
７を固定したときに半導体チップ７にたわみが生じない
ようにしなければならない。したがって、金属ダイヤフ
ラム３の内側肉厚部５と外側肉厚部６の厚さを同一にす
るほか、半導体チップ７の両側の固定部１０の厚さも同
一とし、さらに、それぞれのガラススペーサ９の厚さも
同一にすることが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、接着層が経時変
化することがなく、高精度で、高信頼性の半導体圧力セ
ンサとすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半導体圧力セ／すの構造図、第２図は本
発明の半導体圧力センサの一実施例を示す構造図、第３
図〜第５図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す構造図
である。 ３・・・金属ダイヤフラム、４・・・肉薄起歪部、５・
・・内側肉厚部、６・・・外側肉厚部、７・・・半導体
チップ、８・・・ゲージ抵抗、９・・・ガラススペーサ
、１０・・・固（ほか１名） 第１図 （Ｃｔ） 第２図 （ａ−２ 第　３旧 （ａ−２ 第　４図 椿１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属部材に半導体部材を固定してなる半導体圧力セ
   ンサにおいて、前記金属部材は肉薄起歪部の内側および
   外側に肉厚部を有し、前記半導体部材は少なくとも片面
   に複数個のゲージ抵抗を形成させてアシ、該半導体部材
   を前記金属部材の肉薄起歪部がまたぐように前記内側肉
   厚部と前記外側肉厚部の部分で前記金属部材に固定しで
   あることを特徴とする半導体圧力センサ。 ２、前記半導体部材は前記金属部材に前記半導体部材の
   熱膨張係数に近似した熱膨張係数のスペーサを介して固
   定しである特許請求の範囲第１項記載の半導体圧力セン
   サ。 ３、前記金属部材の内側肉厚部と外側肉厚部とは同一厚
   さと゛しである特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の半導体圧力センサ。 ４、前記半導体部材は前記金属部材へ固定す、る部分の
   厚さを他の部分の厚さよりも厚くしである特許請求の範
   囲第１項または第２項または第３項記載の半導体圧力セ
   ンサ。