JPS60128674A - 拡散型半導体圧力変換器 - 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】 本発明は圧力全歪量に変換し、その歪量全史Ｖこ電気量
に変］央して′「玩気悟号として」収９出丁圧力亥移５
）計に１叫−Ｔるものである。特に圧力変Ｊ美器にケー
ス全外装して、外部１７ｉＢ拐に接続できる圧力変換器
に関する。

ｔ＝　ｏニｇ子として半導体ダイアフラムを形成し、ダ
イアフラム」二に拡散抵抗を形成すれｍ：、ピエゾ抵抗
効果に水いて抵抗変化が起るために、圧力１屯気量とし
て知ることかできるという原理Ｖ（錆いたもの−Ｃりる
。通常使用式了′シているＬ（力変換器に係る問題点を
以下列挙づ−る。第１に、この神の圧力変換器における
技術的問題点の一つとして、６１１ＩＸ度補償が勘る。

即ち一般にはシリコン等よりなる半導体ダイヤフラム（
以下琲にセ／サチノプと訂う）を基台（多くは金属から
成る）に取り付けた場合に、センサチップと基台の熱膨
張係数が異るため、温度敦化に対してセンザチツｆは熱
厄力全・受けるから実除に圧力が無い（でもかかわらず
、圧力を受けたと同様な出力が不用慈に出て１寸つこと
Ｖ′Ｃ−ｑろ。センサチップ上の抵抗は、第１図に示１
−ように、４木の拡散抵抗几１〜．Ｒ４でホイトストー
ンブリツヂを（（４成して使用するが、’ｒ（！ｊ記４
本の拡１牧抵抗の・２ラノキによる誤差も発生するため
高ｉｌ’ｉ度の変」奥には、何しかの補償が不可欠とな
る。

この様な場合の一例として、ホイ１、ス１、−ンブリッ
ジに１１１−並列に補償抵抗”Ｉ　＋　’２　ｔ　ｒ３
を接続例加した袖・：ｌｔＭ路を用いる（第２図参照）
。

前記センサチップに対する熱応力全除去する方法として
は、特公昭５１−３１１９７号に記載の半轡体も〜り圧
力変換器の構成のようにダイヤフラムを゛これと同−拐
料製で中央部に穴をうがった板状台に埃７ｆ；ｆ４収つ
けている例もあるが、この場合にもイ・＋ｉｉ　１１□
′ｆ砥抗が必要であることに変りはない。圧力変侯旨を
プリント基板に塔載して便つ場合は通常プリント基板上
に補償用抵抗器も塔載可能であるが、水道管やプロセス
制御機器に圧力変換器全図示して１更う」場合には問題
がある。

仄に構造上の問題について述べる。センサチップのダイ
ヤフラム上に拡散抵抗を設けることはｈｉＪ記の通りで
あるが、これを外部端子と接続するためには、拡散抵抗
端部にＡｔ等を蒸着し、Ａ４（！：端端子間全金細線の
ボンディングワイヤで接わ“こするのが一般的に採用さ
している方法で」・る。従って圧力全拡散抵抗面から加
えるとすれは、／１′］′浄空気しか使えず、若し水滴
等の混入した場合にはセンサとしての嘘能に阻害もたら
すことになる。更にｊ副食性ガス、液体等の圧力＝ｌｄ
ｔ１＋にも、自ｉＩ記ボンディングワイヤ、Ａｔノ々ノ
ドは２ｊ（（防備である。以上の理由から、圧力導入口
を拡散抵抗と反対側即ちダイアフラムの下４ｉ１１に存
在させるのが良策であるが、Ｈソンデイングワイヤの接
玩作業を考属すれば後述のような作業上の問題が生じる
。

更に構造上の問題点を含む例として第３図に従来例の圧
力変換器全図示する。第３図において、外部ＢＢ材取付
ねじＳを具えた管継手形状のケース１内に、ガラス製基
台２、端子板４含む本体α金、ゴム製０リング１ｏと管
継手内側めねし１ａと螺合するネジ６を用いて収納する
。センサチップ３ｆｑｌ、〕、←台２に接層？Ｉｌｌ竹
：て置市してあり、又ガラス基台２の中火部の貫通孔９
ば、圧力導入孔であり、センサチップ３のダイアフラム
３′に圧力を伝達する。収載のψ；１ｊ１子５はＡｉ子
基板４に挿嵌固層したもので、センサチップ３」二面の
Ａ４／々ツドとの間を金ｄ、１１目＃Ｊ！　７で接続す
る。この金細勝７の接続作業は削述通りの構造上皿に作
業上非常に煩雑且困難で・１ろる。なんとなれば、セン
サチップ３の寸法ＶＪ−１Ｗ４４　’：ｒ　ｎｒｍ角程
ｊ隻て４うす、こ扛に２５　／Ｌｍ　；ｌ呈１夏の全判
］Ｆ！　７を５小ないし６本ボンディングし、他端音引
っばり上げて端子５にがらけて尋電接右剤等で固゛′Ｊ
１ンＪ−ること＋７１ρ２１練を要し且困シ↓１１極甘
９ない作条で。１）る。　７′」−号８はイＩｆ！　’
ＩＩ（抵４元である。

又第３図ＶＣ１２１示の構造でネジ６、めねじ１ａとｋ
　’ｊｆｉｌｆめイ・］けて、Ｏリングエ０が十分にケ
ースＪの密閉性を維持するように構成すると、ねじ６に
ょる締め付は応力が基台２に加ゎりその結果センサチッ
プ３に歪みを発生させる起因となる。

本発明は、前記に列挙したセンサチップに対する熱応ツ
バ締め伺は応力に関する欠陥除去ｒｌｃ対処し、かつ組
立が容易で安１ｌＩＩＩな、接散可能なｉ箭精能高圧セ
ンザ全提供することを目的とするものである。

以下本発明に係る一実施例全ルＩ」する。第４図は本発
明の圧力変換器の断面図、第５図は第４図全矢印の方面
より児た底面図である。−万の外側に他部拐と螺合可能
な取伺ねじＳと内１１１Ｉに後述するねじｌａを具えた
管継手状ケースｌ内にゝゝ０“リングＩＯを弁してガラ
ス基台１３等を含む圧ヵ変挾器本体βヲ祁み込み、その
基台にセンサチップ：うを接着することは従来例を図示
する第３図のＮ’ｉ写成と同一である。本発明ではガラ
ス７ｉｌｊ台＋　３はセ／すｆ　’）　ｆ　３と熱膨張
係数が類似する・ξイし・ノクスガラス（）♀イし・ツ
クスは商標名である）を用いると共にその高き全調整し
て、センサチップ３と端子板４をほぼ同一し・ベルの冒
ざに形成する。従って☆１１′１１子板４とセノサチツ
ゾ３を後述する導体部を介して接続するボンディングワ
イヤ７のボンディングマ／ン等を用いて（幾（成約に実
施できるから組立作業工程の削減ひいては能率向上に役
立つ。

ケース］とキャップ１１全除去したガラス示合１３、セ
ンサチップ３並に端子板４０組立てしわだ＋ａｒ　ｌｆ
＋ｉを別に第６図に、又そのｊ弐面図を第７図にボす。

前記図１月において、ガラス基台１３に（づ、」策状ス
リソｌ−］７Ｉがｊ１１通導人］」９を囲繞しこｒしと
同一方間に開Ｌ１するより（／ＣＣ没設れ、Ｍｊ！ｉ：
子５−：、ガラス基台１３に装着てれた端子板４に嵌挿
固定訟れ、更にのひて☆１．′１１子板４に接着した断
面コ字状のキャップ１１に設けた枚数の孔部に嵌合さね
た後、ギヤツプ１．　］−Ｖこ設？−Ｊた導体部ＶｒＣ
はんた伺けさｔた電気的接続月１中継島゛１．ｉ子であ
る。端子板４は通常ｊ同請伺ガラスエポキシ基板からな
り、その４′４一体部１５に（づ：　７１Ｘンデイング
ワイヤ７を機械的にボンディング−１ｉＪ能なように金
めつき等か施をれている。符号１６ｆｚｉセンザチソゾ
３のＡｔパッドγｌｌ？ｆ示し、半嗜体製造工程におい
て、アルミニューム蒸着がなされたものである。

キャップ１１はセラミック等よ！ｌｌなジ、その裏面す
なわち第５図に図示の表面に厚膜１焼成によジ導体、抵
抗体全印刷焼成してお９、前述のように端子板４に設け
た端子５群を表より挿入して後こｔら端子群とキャップ
］１の導体部とをばんだ（＝１により連結する。外部端
子１２はキャンプ１１に嵌挿きれ＋１！ｉＡｉ子５と同
様ＶＣはんだ刊等によジキャノプ１Ｊの所定のｍ体部と
電気的接わｄかなされる。

第８図は前記のように接続された端子５と外”：Ｓ［Ｉ
端子１２を名’　ｔｒ　１ｕＪ　ｉｔ噴図′ρ１ｊで必
９、Ｉｔ、　、　Ｒ，２、１１，３，１１，４（１拡故
抵抗、ｒＩ　、ｌ’２　＋　ｒ３は補償抵抗を小才。こ
の様に構ｒａさ扛だキャップ１１上（、’ｉ：配設した
。ｆｌＩＩ偵抵抗回路の抵抗はレーザトｌ）　ミング装
置等を用いて、商Ａ４ｔ　Ｉ及Ｖこ抵抗値設足呵能であ
る力・ら、従来列のものとして第３図に示した補償抵抗
８より遥かに補償精度が高い。

次に再ひ第４図を参照す汎は、前記の通Ｖガラス基台Ｌ
３ＶＣは中央部と周辺部との間に環状スリ　“ツ）１４
が穿設されている。この環状スリット１４（：Ｊニガラ
ス基台１：３と七ンサチノプ３の熱ｊ彫張係数の差異に
起因するセンザチソプ３の熱応力を低減さぜるの（・こ
役立つのみならず、ケース１を本発明の圧力変使器に夕
ｌ装したＪ弱含にケースの内側］ねじ１、］とねじ６並
にケース］の外側ｊ取伺ねじＳと連結１１１ニ材とのｉ
ｌｉ’ｉｆ７　（’Ｊけ作業によって起きる機械的歪に
原因する）心力による不具合全是正できる。

尚本発明実施例ε１３４図ｔｉｃおいては、貫通尋人１
］９を・中心としてこれ全囲繞した環状スリット１．４
を９かった側音図示しているが、前記のように熱ｊ心力
を是ｉ１Ｏ，１，，た夕、ねしのｉｉｉ利は作業によっ
ておさえ）不只・音を口坊屯する効果をつるため（ｔｒ
Ｃ（ｄ必ずしも前記と回−’　４１’、Ｆｆ　ｉ戎の」
屓状スリツトケ芽設しなくと・もよい。こ１．７−１環
状ノリソトの代りに、端子５と同、ＩＪ　（ｊ）孔７ｉ
１（を！Ａ１１ハ偉人孔９と平行に且同−万１６盲Ｃ聞
］し８Ｉ″るよつ（Ｃ基台１３に穿設すること（７Ｃ、
Ｊ：　Ｊ前記１１・１１．Ｒの効果を得ることも出来る
し、又貫通導入孔１）を中心と１〜でこ汁ヶ囲繞するよ
うに且専入孔９と平行て同一方向Ｖこ開口する孔Ｒ１Ｓ
を基台１３に穿設する代Ｖ（・Ｃ，貫通導入孔９に対し
鉛直方向に構成されたトンネル孔又は環状孔を前記基台
１３に穿設してもよいことは勿朧である。

又ガラス基台ｊ３の１相としてセンザチソプと同−拐質
のシリコンを使用すれは、熱応力対抗策として更に有効
ではあるか、シリコンをこの目的にそつように加工する
ことは４４質的に困難性が任任し、且加工のためのロ８
テ間的要因の不利も伴い能率的でない。−刃基台」３に
ガラス％’ｒ１Ｓ材を使用す７Ｌば、金型を用いて容易
に成形できるし又技術的に機械加工も容易である等の長
所がある。

上述のよう（で本発明においては、基台の中央部と周辺
部の間に環状スリットや複数の孔；４ｉ（を穿設しであ
るから、ガラス基台］３とセンツチソプの熱彰張保叡の
差異Ｖこ起因するヒンザチツプの熱応力を低減せしめる
のみならず１圧力変換器本体βに外装したケース１の外
１１１１１敗・卜］ねじ、内側ねし等の締イマ］け作業
による端子板４、センザチツゾ３、基台１３等を含む圧
力変換器本体βに対する機械的歪による応力にも対処で
きる１、又キャップ１］上面に補償抵抗回路を一体に配
設できる力）ら、１・リミング装置等音用いて高精度に
抵抗値設定が可能である等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は拡散抵抗回路図。第２図は補償抵抗を付加した
回路図。第３図は従来例の拡散抵抗圧力変換器の断面図
。第４図は本発明（Ｃ係る圧力変換器の断面図。第５図
は第４図金矢印方同より見た底面図で回路図を除去した
もの。第６図はキャップとケースを除去した第４図と同
様の断面図。第７図は第６図の底面図。第８図はキャッ
プ裏面に設けた拡大回１烙図。 β・・・本体　１・・・管断手形状のケース：３・・−
センサチップ　４　・端子板５−・−ｙ晶子　９・−貫
通４つ一入［１１１・・・キャップ　１３・・・基台（
ガラス）１４・−環状スリット 特許出願人　コパル電子株式会社 代理人　弁理士　小　林　栄 第　１　図 第３図 第４図 第　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　外ｔｅｌ（ｉ’ｉｔｓ　Ａ−と連結可能となしたケ
   ース内に収納さすした基台のほぼ中央に１設した導入口
   端部に装置１ｆしたセンザチソプと、前記尋人１コを囲
   繞１−ろように基台（ｒｃ穿設し、一方向に開（コシた
   環状スリットと荀具え、ゎ１］記基台上に配設した端１
   ′・（反Ｑこ接冶したキャップの裏面に補償砥粒回路を
   （１′Ｉ′ｆ成してなる拡散型半畳体圧力変換器。 ２１（−カセンザチッブとほぼ等しいに１冒］彰張１糸
   数金イ■すえ）杷・１メ情イ・ｊよりなる基台を有する
   特許１．請求の１記聞第１項に記載の拡散型生得体圧力
   変換器３゜ ３　トリミング装置を用いて高精度に抵抗値設′／Ｊｌ
   ”Ｊ’　ＩＩＩ：な袖１賞回路を具えたキャップをイ１
   する特１ｔ’ｌ’　ｉ！ｌ°ｉ水の範囲第１項にｄ己載
   の拡散型半導体圧力変換器。 ・１４人口と平イｉに且同−万同に開口する複数の孔部
   を基台に穿設した特許請求の範囲第１項に記載の拡散型
   半導体圧力変換器。 ５、導入口に対し鉛直方向に形成した環状孔全基台に１
   設した特許請求の範囲第１項（て記載の拡散型半導体圧
   力変換器。