JPS61131567A - 半導体圧力センサ - Google Patents

半導体圧力センサ

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JPS61131567A
JPS61131567A JP25469984A JP25469984A JPS61131567A JP S61131567 A JPS61131567 A JP S61131567A JP 25469984 A JP25469984 A JP 25469984A JP 25469984 A JP25469984 A JP 25469984A JP S61131567 A JPS61131567 A JP S61131567A
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JP
Japan
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base
rubber
silicone resin
sensor body
thickness
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Pending
Application number
JP25469984A
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English (en)
Inventor
Kenji Fukase
健二 深瀬
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0061Electrical connection means
    • G01L19/0084Electrical connection means to the outside of the housing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14Housings
    • G01L19/147Details about the mounting of the sensor to support or covering means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はピエゾ抵抗効果を利用して主に気体、液体環6
〕流体圧力を測定する半導体圧力センサに関するもので
ある。
〔従来技術〕
一般にこの主圧力センサはシリコン製ダイヤフラム部に
不純物の拡散によってピエゾ抵抗素子を形成し、ダイヤ
フラム部で隔てられた両側領域の圧力差をこれによるダ
イヤフラム部の変形、即ちこの変形に伴うピエゾ抵抗素
子の抵抗値変化として捉えるようになっている。従って
ダイヤフラム部の変形が両側領域の気圧差以外の要因に
よりダイヤフラム部に変形が生じることは測定結果に重
大な影響を及ぼすこととなる6気圧差以外にダイヤフラ
ム部に変形を与える原因の一つとしてはダイヤプラム部
を備えたセンサ本体と、これを固定するケースの基台と
の熱膨張係数の差がある。これはセンサ本体はダイヤフ
ラム部の周縁部に設けた円環状基部を接着剤を用いて基
台上に固定するが、基台に熱変形が生じるとセンサ本体
に外力が作用し両者の熱膨張差に相当する歪がセンサ本
体に形成されることによる。
このため従来にあってはセンサ本体と基台との間に熱膨
張係数がセンサ本体の熱膨張係数と略等しい材質を用い
て形成した中間基台を介装する構成(特公昭54−41
′304号)、又は基台自体をセンサ本体と同様の材質
で形成する構成、或いはセンサ本体と基台との間にゲル
状シリコーン樹脂、或いはこれとゴム状物質とを介在さ
せる構成(特願昭57−213169号、特願昭58−
29070号)等が提案されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし上述した如き従来装置にあっては例えば中間基台
を介装する構成の場合、センサ本体と中間基台との間の
熱膨張係数の差に基づく歪の影響は解消し得るが、中間
基台と基台との間の熱膨張係数の差に基づく歪は依然解
消出来ず、中間基台を経てセンサ本体に及ぼす影響を排
除し得ず、製造工程上も工数が増大するという難点があ
る。またセンサ本体と基台との間にゲル状シリコン物質
を介在させる構成は周辺温度変化、或いはそれ自体の分
子構造の不安定性に起因する経時変化が生じる問題があ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は係る事情に鑑みなされたものであって、°□ 
       その目的とするところは、センサ本体と
基台との間にゴム状シリコーン樹脂であって所定の硬度
、厚さに設定して介在せしめることにより、分子構造が
安定し経時変化が小さく圧力が零の時のセンサ本体の出
力であるオフセット電圧の追随性に優れ、安定性、信頼
性の大幅な向上を図り得る半導体圧力センサを提供する
にある。
本発明に係る半導体圧力センサは、ピエゾ抵抗効果をも
つ感圧素子を備えたダイヤフラム部を有するセンサ本体
をケースの基台上に接着せしめてなる半導体圧力センサ
において、前記基台とセンサ本体との間をゴム状シリコ
ーン樹脂であって、JIS K 6301に基づく硬度
(JIS^)が10以上40以下に、また厚さは10μ
−以上200μ餉以下に設定したことを特徴とする。
〔実施例〕
以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。第1図は本発明に係る半導体圧力センサ(以下
本発明品という)の断面構造図であり、図中lはケース
、2はセンサ本体を示している。ケース1は鉄、コバー
ル等の金属製の基台la、キャップ1bにて構成されて
おり、基台1aの上面中央にセンサ本体2を配設し、こ
れを覆う如くにキャンプ1bを基台1aに被せその周縁
部を基台1aに気密状態に接着固定せしめである。基台
1aの中央及びキャップ1bの上面中央には夫々センサ
本体2の両側領域A、Bに連なる圧力導入口1d+ l
eが開口せしめられている。センサ本体2は中央部を薄
肉にしてダイヤフラム部2aとし、周縁部を厚肉にして
円環状基部2bを形成したn型シリコン半導体基板にお
ける前記ダイヤフラム部2aの表面に不純物を拡散せし
めてピエゾ抵抗素子2cを形成して構成されてり、円環
状基部2bの下面をゴム状シリコーン樹脂2dを用いて
基台1aに固定され、またリード線1g、 1gを介し
て基台1aに貫設したリードピンif、ifに接続され
、この状態でこれらをシリコーン系の被覆材5にて覆わ
れている。
ゴム状シリコーン樹脂2dとしてはJIS A CJT
S K630■加硫ゴム物理試験方法に基づく値)によ
る硬度(以下単に硬度という)が10以上、40以下と
し、また厚さは約IOμ鋼以上、200μm以下に設定
されていこのようなゴム状シリコーン樹脂としては品番
TSE325. YE5822. TST3130 (
東芝・シリコーン株式会社製) 、 JCR6101(
東し・シリコーン株式会社製)等がある。
第2図はゴム状シリコーン樹脂の硬度とセンサ本体の出
力特性との関係を示すグラフであって、センサ本体周辺
の温度を50℃から20℃まで毎分2℃の速度で略15
分で下降し、その間のセンサ本体出力を検出した。グラ
フは横軸にゴム状シリコーン樹脂の硬度をとり1.また
縦軸には一例に温度変化に対するオフセント応答時間(
温度が変化した後一定となった状態下で、センサ本体の
出力が安定するまでの時間)を、他側にセンサ本体のう
ける応力をとって示しである。グラフ中実線はゴム状シ
リコーン樹脂硬度と温度変化に対するオフセント応答時
間との関係を1.また破線はゴム状シリコーン樹脂硬度
とセンサ本体の受ける応力との関係を夫々示しである。
このグラフから明らかな如く、温度変化に対するオフセ
ント電圧の応答性はゴム状シリコーン樹脂の硬度の低下
に伴って悪化し、またセンサ本体の受ける応力は、ゴム
状シリコーン樹脂の硬度が高くなるに従って急激に太き
くなることが解る。圧力センサとしての実用上の精度を
考慮すればゴム状シリコーン樹脂の硬度は10以上40
以下とするのが望ましいといえる。
第3図は硬度が15のゴム状シリコーン樹脂を用いて前
記第2図のグラフを求めたのと同じ条件でその厚さく半
導体基板における円環状基部下面と基台上面との間のゴ
ム状シリコーン樹脂の厚さ)とセンサ本体の出力特性と
の関係を示すグラフであり、横軸にゴム状シリコーン樹
脂の厚さを、また縦軸には一例に温度変化に対するオフ
セント応答時間(第2図で求めたのと同じ)を、他側に
オフセット電圧の経時変動量をとって示しである。
グラフ中実線はゴム状シリコーン樹脂の厚みと温度変化
に対するオフセット応答時間との関係を、また破線はゴ
ム状シリコーン樹脂の厚みとオフセット電圧経時変動量
との関係を示している。
このグラフから明らかなように温度変化に対するオフセ
ット応答時間はゴム状シリコーン樹脂の厚みが一定以下
になると、またオフセット電圧経時変動量は逆にゴム状
シリコーン樹脂の厚みが一定以上になると急速に大きく
なることが解る。このことから圧力センサとしての実用
上の精度を確保するためにはゴム状シリコーン樹脂の厚
みが108m以上200μm以下とするのが、望ましい
といえる。
次に本発明品と従来品との比較試験結果について示す。
第4図は第2図のグラフを求めた条件と同じ条件で半導
体圧力センサの周囲温度を変化させたときのオフセント
電圧(mV)の変化を縦軸にとり、また時間を横軸にと
って示しである。グラフ中実線が本発明品の結果を、ま
た破線は従来品の結果を示している。このグラフから明
らかなように本発明品のオフセット電圧の追随性は従来
品に比較して格段に良いことが解る。これは本発明品に
用いたゴム状シリコーン樹脂は従来品に用いたゲル状シ
リコーン樹脂に比較して温度変化に対する体積変化等の
応答性が速いことに依ると考えられる。
第5図は半導体圧力センサを常温中で50日間保持した
場合におけるオフセット電圧の経時変化を示すグラフで
あって縦軸にオフセット電圧(IIIV)を、また横軸
に時間(日)をとって示している。グラフ中実線は本発
明品の、また破線は従来品の各結果を示している。この
グラフから明らかなように本発明品に用いたゴム状シリ
コーン樹脂は従来品に用いたゲル状シリコーン樹脂に比
較してオフセット電圧の経時変化が少なく、信頼性が高
いことが解る。
これは本発明品に用いたゴム状シリコーン樹脂は従来品
に用いたゲル状シリコーン樹脂に比較してその分子構造
が安定していることに依ると考えられる。
〔効果〕
以上の如く本発明品にあってはセンナ本体とこれを配設
する基台との間に所定硬度のゴム状シリコーン樹脂を所
定厚さに介在せしめることとしであるから、オフセット
電圧の追随性に優れ、またオフセット電圧の経時的変化
が小さく信頼性が高いなど、本発明は優れた効果を奏す
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明品の断面構造図、第2図は本発明品に用
いるゴム状シリコーン樹脂の2度とセンサ本体の出力特
性との関係を示すグラフ、第3図は同じく本発明品に用
いるゴム状シリコーン樹脂の厚さとセンサ本体の出力特
性との関係を示すグラフ、第4,5図は本発明品と従来
品との比較試験結果を示すグラフである。 ■・・・ケース 1a・・・基台 1b・・・キャップ
 2・・・センサ本体 2a・・−ダイヤフラム部 2
b・・・円環状基部2c・・・ピエゾ抵抗素子 3・・
・ゴム状シリコーン樹脂5・・・被覆材 特 許 出願人  三洋電機株式会社 代理人 弁理士  河 野  登 夫 第1図 OIQ    20   30   40  50コ゛
ム汰シリコーン甜脂b¥#、(JISΔ)第2図 コス状シリコーン捌fiFrM4漬M)ht(、&rn
)第3図 8舎 Ivlc日) ’#5121 時  聞  0時) 第4図 手続1市正書 (自発)6゜ 昭和60年1月30rl    (i−1昭和59年特
許願第254699℃            (2)
2、 発明の名称                 
  と4゛μ導体圧カセンサ            
   (3)3、 補正をする者          
        部1事件との関係 特許出願人   
        (4)所在地  守口市京阪本通2丁
目18番地     人名 称  (188)三洋電機
株式会社      ン・代表者  井 植   薫 
     (5)4、代理人            
         う住 所  ■543大阪市天王寺
区四天王寺    うI丁目14番22号 日進ビル2
07号   (6)明細書の「発明の詳細な説明」及び
「図面の   6−:簡単な説明」の掴並びに図面 補正の内容 [−発明の詳細な説明」の掴 明HJ7iの第2頁11行目に1円環状基部」とあを、
「矩形状基部」と訂正する。 明細♂の第5頁4行目に「圧力導入口1d、le jち
るを、[圧力導入口1d、1c Jと訂正する。 明Il[l書の第5頁7行目、lO行目に「円環状基と
b」とあるを、「矩形状基部2bJと訂正する。 明細書の第5頁lO行目乃至11行目、■5行目に々「
シリコーン樹脂2dlとあるを、「シリコ−1脂3」と
訂正する。 明細書の第5頁19行目に「定されていこのよなゴム状
」とあるを、「定されている。このよなゴム状」と訂正
する。 明m書の第5頁20行目にrTST3130 Jとある
、rTsJ3130 Jと訂正する。 明細書の第7頁6行目に「円環状基部」とあを、「矩形
状基部」と訂正する。 4、図面の簡単な説明 明細書の第10頁7行目にr2b・・・円環状基部」と
あるを1−2b・・・矩形状基部」と訂正する。 6−3図面 第1図を別紙のとおり訂正する。 7゜ 添付書類の目録 (1)訂正図面           1通第 1 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、ピエゾ抵抗効果をもつ感圧素子を備えたダイヤフラ
    ム部を有するセンサ本体をケースの基台上に接着せしめ
    てなる半導体圧力センサにおいて、前記基台とセンサ本
    体との間をゴム状シリコーン樹脂であって、JISK6
    301に基づく硬度(JISA)が10以上40以下に
    、また厚さは10μm以上200μm以下に設定したこ
    とを特徴とする半導体圧力センサ。
JP25469984A 1984-11-30 1984-11-30 半導体圧力センサ Pending JPS61131567A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0476960A (ja) * 1990-07-19 1992-03-11 Mitsubishi Electric Corp 圧力検出装置
JPH0476957A (ja) * 1990-07-19 1992-03-11 Mitsubishi Electric Corp 加速度検出装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5821131A (ja) * 1981-07-29 1983-02-07 Toshiba Corp 半導体圧力センサ
JPS59154332A (ja) * 1983-02-22 1984-09-03 Sanyo Electric Co Ltd 半導体圧力センサ

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