JPS61145428A - 圧力測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体拡散抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して
圧力を電気信号に変換する圧力電気変換器の圧力測定装
置への装着構造に関するものである。

〔発明の背景〕

近年、ＩＣ製造技術の発達とあいまって、単結晶シリコ
ンチップの表面に半導体拡散抵抗を形成し、該半導体拡
散抵抗をひずみゲージとして利用する圧力電気変換器が
作られる様になった。

前記圧力電気変換器は、導体又は半導体に加えられた外
力の応力によって電気抵抗が変化するとい５ピエゾ抵抗
効果を利用したもので、前記ひずみゲージをブリッジ型
回路に構成することにより、圧力変化を電気抵抗変化に
変換し、さらにこれをブリッジ型回路の電圧変化として
とらえようとするもので、その性能が従来の圧力計ある
いは圧力電気変換器に比べ非常にすぐれているために、
主に工業計測用として、開発、製造され、利用されてき
た。

最近では、ＩＣ製造技術を駆使することにより量産が可
能なことから、自動車用をはじめとし、民生用としても
需要が増えてきている。

〔従来技術と問題点〕

第５図は以上の様な需要から開発された従来の圧力測定
装置に於ける圧力電気変換器とその実装構造を示す平面
図、第６図は第５図のＣ−Ｃ断面図であって、特に第５
図は中が見える様に一部破断した図になっている。

６１は半導体拡散抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して圧力
を電気信号に変換するダイヤフラム型半導体圧力上ンサ
チップ、６２は台座であり、例えば＃７７４０ホウ硅酸
塩ガラスで、圧力センサチノブ６１と台座６２は気密に
固着されている。

６４はプラスチック材からなる基台、６５は前記圧力セ
ンサチソプ６１の電源端子および出力端子となるリード
端子で、リード端子６５はインサートモールド技術を使
って基台６４に気密に固着されている。

以上の様なリード端子６５が固着された基台６４と、圧
力センサチノプ６１が固着された台座６２は気密に固着
され、さらに圧力センサチップ６１とリード端子６５間
はワイヤーボンドにより電気的に接続されている。

６６は硬化後ゲルの状態となるコーティングレジンで、
圧力センサチップ６１上で硬化されてゲル状となる。

６６は前記圧力センサチップ６１の実装部を機械的に保
護する圧力導入パイプ３３ａ付きのキャップで、圧力セ
ンサチップ６１とリード端子６５間が電気的に接続され
、コーティングレジン６６が硬化した後、基台６４に対
して気密に固着されこうして相対圧（差圧）型の圧力電
気変換器６０が構成される。

６７は前記圧力電気変換器６０が実装される図示されて
いない血圧計等の圧力測定装置の回路基板であって、回
路基板６７には前記圧力電気変換器６０の位置決め穴と
なるリード端子６５のガイド穴３７ａがあけられており
、リード端子６５がガイド穴６７ａに通された後、ノー
ンダ６９を使ってリード端子６５を回路基板６７にノ１
ンダ付けすることにより圧力電気変換器６０は回路基板
３７上に固着される。同時に、圧力電気変換器６０と回
路基板゛６７の電気的接続も行なわれる。

６８は前記回路基板６７のパターン部３７ｂにハンダ６
９によってハンダ付けされたチップ部品、例えば抵抗、
あるいはコンデンサであって、圧力電気変換器６０の温
度補償用、定電流駆動用、あるいは増幅回路用として圧
力測定装置の回路の一部を構成する様になっている。

第７図は他の従来例を示す圧力測定装置の圧力電気変換
器とその実装構造を示す平面図、第８図は第７図のＤ−
Ｄ断面図である。

４２は台座で、第５図の台座６２と同様の材料で構成さ
れており、圧力センサチソプ６１と台座４２は気密に固
着されている。４４は圧力センサチップ６１の電源端子
および出力端子を取り出すためのパターン４４ａが印刷
技術等を使って形成され、圧力センサチップ６１を実装
するための基台で、例えばセラミックス等から形成され
ており、基台４４の外周部４４ｃには前記パターン部４
４ａと電気的に接続されたサイトスルーツ（ターン４４
ｂが形成されている。

以上の様な基台４４は、圧力センサチップ６１が固着さ
れた台座４２と気密に固着され、さらに圧力センサチッ
プ６１と基台４４のパターン部４４ａとの間はワイヤー
ポンドにより電気的に接続されている。

４６は前記圧力センサチップ６１の実装部を機械的に保
護するキャップ本実施例ではガラスから構成されており
、圧力センサチップ６１と基台４４のパターン部４４ａ
との間が電気的に接続された後、ハンダ等を使用して真
空中で基台４４に対して気密に固着され、こうしてキャ
ップ４６、基台４４、台座４２、および圧力センサチッ
プ６１で囲まれた空間を真空とした絶対圧型の圧力電気
変換器４０が構成されている。

４７は前記圧力電気変換器４０が実装される図示されて
いない気圧計等の圧力測定装置の回路基板であって、回
路基板４７に形成されたパターン部４７ａに圧力電気変
換器４０のサイドスルーパターン４４ｂが合わされた後
（すなわち位置決めされた後）、ハンダ４９を使ってサ
イドスルーパターン４４ｂを回路基板４７上のパターン
部４７ａとハンダ付けすることにより圧力電気変換器４
０は回路基板４７上に固着される。同時に、圧力電気変
換器４０と回路基板４７の電気的接続も行なわれる。

一般的に、圧力測定装置に使用される圧力電気変換器の
構造は、第５図、第６図の様に基台６４にインサートモ
ールド技術で固着されたリード端子６５、あるいは図示
されていないが基台にガラス等で気密に固着されたステ
ムと呼ばれるリードピンを有しており、リード端子６５
あるい（まＩＪ−ドピン等を図示されていない圧力測定
装置の回路基板６７にあけられたガイド穴６７ａに入れ
ることにより圧力電気変換器は圧力測定装置の回路基板
６７上に位置決めされる構造となっている。このため、
圧力電気変換器３０と回路基板６７との、固定と電気的
接続は、回路基板６７をはさんで圧力電気変換器６０と
反対側の面３７ｅでしか）１ンダ付けできない構造とな
っている。従って、第５図、第６図の様に、圧力電気変
換器６０と同じ回路基板側３７ｄにチップ部品６８等の
電子部品を配列する構造をとった圧力測定装置にしたい
場合、回路基板６７にはスルーホール６７Ｃを設けて回
路基板６７０反対側６７ｅからパターン３７ｂを電気的
に接続しなければならず、・・ンダ付は作業時にはいち
いち反対側にひっくり返さなければならないという欠点
があった。

第７図、第８図は以上に対抗して最近開発された圧力電
気変換器４０が圧力測定装置に使用された例であって、
基台４４にサイドスルーパターン４４ｂを使用すること
によって、第５図、第６図と違って圧力電気変換器４０
の同面側４４ｄにハンダ付けにより圧力電気変換器４０
の圧力測定装置の回路基板４７への固定と電気的接続と
が行なわれる構造となっているが、この場合、圧力電気
変換器４０の圧力測定装置の回路基板４７への位置決め
部材がないため、圧力電気変換器４０全体が動いてしま
い、いちいちピンセット等の冶具や何かで押えながらハ
ンダ付けしなければならないという欠点があった。又、
圧力導入パイプが基台４４に固着された場合でも、圧力
導入パイプが回路基板４７の案内役にはなるが、圧力電
気変換器４０全体が圧力導入パイプを中心に回転してし
まって、実質的には位置決めとして全く役にたたないと
いう欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、以上の様な欠点を除去し、圧力測定装置にお
ける圧力電気変換器の回路基板への位置決めが簡単で、
しかも圧力電気変換器と回路基板との電気的接続面を選
択できる圧力電気変換器を有する圧力測定装置を提供す
ることを目的としている。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す圧力測定装置の圧力電
気変換器とその実装構造を示す平面図、第２図は第１図
のＡ−Ａ断面図であって、特に第１図は中が見える様に
一部破断した図になっている。

１は半導体拡散抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して圧力を
電気信号に変換するダイヤフラム型半導体圧力センサチ
ップ、２は台座であり、例えば、＃７７４０ホウ硅酸塩
ガラスで、圧カセンサチソプ１と台座２は気密に固着さ
れている。４はガイド穴４ｂ、４ｃを有するプラスック
材から成る基台、５は前記圧力センサチソプ１の電源端
子および出力端子となるリード端子で、リード端子５は
インサートモールド技術を使って基台４に気密に固着さ
れており、リード端子５の先端５ａは第２図の様に曲げ
られている。

以上の様なリード端子５が固着された基台４と、圧力セ
ンサチップ１が固着された台座２は気密に固着され、さ
らに圧力センサチソプ１とリード端子５間はワイヤーボ
ンドにより電気的に接続されている。こうして圧力セン
サチップ１は基台４に実装されている。

６は硬化後ゲルの状態となるコーティングレジンで、圧
力センサチップ１上で硬化されてゲル状となる。

６は前記圧力センサチップ１の実装部を機械的に保護す
るキャップで、圧力導入バイブロａが設けられており、
キャップ６にはさらに位置決めピン６ｂ、６Ｃが設けら
れている。該位置決めピン６ｂ、６Ｃは基台４に設けら
れたガイド穴４ｂ、４Ｃとはスキマバメの関係となりて
おり、圧力センサチップ１とリード端子５が電気的に接
続され、コーティングレジン６が硬化した後、位置決め
ピン６ｂ、６ｃはガイド穴４ｂ、４ｃを案内として挿入
、貫通され、こうしてキャップ６は有機接着等により基
台４と気密に固着される。そして基台４にあけた穴４ａ
を大気側に開放した相対圧（差圧）型の圧力電気変換器
１０が構成される。

７は前記圧力電気変換器１０が実装される図示されてい
ない血圧計等の圧力測定装置の回路基板であって、回路
基板７には前記キャップ乙に設けた基台４を貫通する位
置決めピン６ｂ、３ｃ’のガイド穴７ｂ、７ｃがあけら
れており、位置決めピン３ｂ、３ｃが回路基板７のガイ
ド穴７ｂ、７ｃに挿入されることにより圧力電気変換器
１０は図示されていない圧力測定装置の回路基板７に位
置決めされる様になっている。そして、その後、ハンダ
９を使ってリード端子５を回路基板７のパターン部７ａ
にノ・ンダ付けすることにより、圧力電気変換器１０は
回路基板７上に固着され、同時に圧力電気変換器１０と
回路基板７の電気的接続も行なわれる。

８は前記回路基板７のパターン部７ａにノ・ンダ９によ
ってノ・ンダ付けされたチップ部品、例えば抵抗、ある
いはコンデンサであって、圧力電気変換器１０の温度補
償用、定電流駆動用、あるいは増幅回路用として圧力測
定装置の回路の一部を構成する様になっている。

第３図は本発明の他の実施例を示す圧力測定装置の圧力
電気変換器とその実装構造を示す平面図、第４図は第３
図のＢ−Ｂ断面図であって、特に第３図は中が見える様
に一部破断した図になっている。

１１は半導体拡散抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して圧力
を電気信号に変換するダイヤフラム型半導体圧力センサ
チップ、１２は前記圧力センサチップ１１の電源端子お
よび出力端子を取り出すためのパターン１２ａがエツチ
ング技術等を使って形成された圧力センサチップの実装
される基台で、例えばガラス入りエポキシ樹脂、セラミ
ックス等から形成されており、基台１２の外周部１２ｃ
にはサイドスルーパターン１２ｂが設けられており、さ
らに基板１２にはガイド穴１２ｄ、１２ｅが設けられて
いる。

１６はシリコーンゴムで、スクリーン印刷技術、転写技
術等を利用して基台１２上に均一に塗布される。この状
態で圧力センサチップ１１はシリコーンゴム１６上にの
せられ、シリコーンゴム１６を接着層と（２て圧カセ／
サチップ１１は基台１２上に直接接着される。こうして
圧力センサチップ１１と基板１２は気密に固着、封止さ
れる。

前記シリコーンゴム１６は、−５０〜＋２５００Ｇとい
った広範囲な温度範囲にわたってゴム弾性を維持する耐
熱性・耐寒性のすぐれた材料で、適当な伸びを有し、か
つ歪復元性にすぐれており、振動や衝撃を吸収してしま
う性質があり、本実施例の様に、シリコーンゴム１６を
接着層として圧力センサチノプ１１を直接接着しても、
基台１２からの熱ひずみ、あるいは圧力電気変換器１０
の取付けや、外力等に起因する基台１２そのものの機械
的なひずみといった様な圧力センサチップ１１に対する
圧力変位以外の応力を、シリコーンゴム１６の接着層で
吸収することが可能となり、本実施例ではシリコーンゴ
ム１６を圧力センサチップ１１の実装部に採用した例を
示した。

こうして圧力センサチップ１１が基台１２に接着された
後、ワイヤーボンドにより圧力センサチップ１１と基台
１２のパターン１２ａは電気的に接続される。

１４は硬化した後がゲルの状態となるゲル状のコーティ
ングレジンで、圧力センサチップ１１の電気的、機械的
保護を目的として圧力センサチノブ１１の表面を覆って
おり、圧力センサチップ１１は、ゲル状のコーティング
レジンを介して圧力を検出する構造となっている。

１５は圧力センサチップ１１の実装部を機械的に保護す
るキャンプ、１５ａは圧力導入パイプであって、圧力導
入パイプ１５ａは圧力七ンサチップの受圧１１１ａ、１
１ｂに対しほぼ平行な方向に設けられており、本実施例
では、キャップ１５の材料としてプラスチックを用いる
ことにより、圧力導入パイプ１５ａとキャップ１５は一
体成形されている場合を示した。もちろん、キャップ１
５と圧力導入バイブ１５ａは金属等の別の材料から構成
し、後で固着しても良い。１５ｄ、１５ｅはキャップ１
５に設けられ、基台１２を貫通する位置決めピンであっ
て、基台１２に設けられたガイド穴１２ｄ、１２ｅとは
スキマバメの関係となっており、位置決めピン１５ｄ、
１５ｅはガイド穴１２ｄ、１２ｅを案内として挿入、貫
通され、こうしてキャップ１５は有機接着材等を使用し
て基台１２に気密に固着され、基台１２にあけた穴１２
ｆを大気側に開放した相対圧（差圧）型の圧力電気変換
器２０が構成されている。

１７は前記圧力電気変換器２０が実装される血圧計等の
図示されていない圧力測定装置の回路基板でありて、回
路基板１７には前記キャップ１５に設けた基台１２を貫
通する位置決めピン１５ｄ、１５ｅのガイド穴１７ｄ、
１７ｅがあけられており、位置決めピン１５ｄ、１５ｅ
が回路基板１７のガイド穴１７ｄ、１７ｅに挿入される
ことにより圧力電気変換器２０は圧力測定装置の回路基
板１７に位置決めされる様になっている。そして、この
後ハンダ１９を使って基台１２の外周部１２ｃに設けた
サイドスルーパターン部１２ｂを回路基板１７のパター
ン部１７ａにハンダ付けすることにより、圧力電気変換
器２０は回路基板１７上に固着され、同時に圧力電気変
換器２０と回路基板１７の接続も行なわれる。

１８．２１は前記回路基板１７のパターン部１７ａにハ
ンダ１９によってハンダ付けされたチップ部品、例えば
抵抗あるいはコンデンサであって、圧力電気変換器の温
度補償用、定電流駆動用、あるいは増幅回路用として圧
力測定装置の回路の一部を構成する様になっている。

以上の様に構成された圧力測定装置においては本実施例
の様に、基台１２のサイドスルーパタン１２ｂで圧力電
気変換器を固定する場合を含め圧力電気変換器１０．２
０は基台４．１２を貫通するキャップ６．１５に設けた
位置決めピン６ｂ１．３ｃ、１５ｄ、１５ｅによって非
常に簡単に、しかも確実に回路基板７．１７に位置決め
されるのがわかる。

さらに、第１図、第２図において、圧力電気変換器１０
の回路基板７への固定と電気的接続は位置決め部材と共
通とならないため、第５図、第６図の様に回路基板６７
の一方の面５７ｅに限られることはなく、リード端子５
の先端５ａをまっすぐにして回路基板７を貫通する様に
長くするだけで圧力電気変換器１０の固定と電気的接続
を回路基板７の一方７ｄから反対側７ｅで行なわせるこ
とも自由にできる様になっている。

〔発明の効果〕

以上の実施例から明らかな様に、本発明によれば、キャ
ップに設けた基台を貫通する位置決めピンによって、圧
力電気変換器を圧力測定装置の回路基板へ非常に簡単に
、しかも確実に位置決めすることができる。又、圧力電
気変換器の位置決めと固定とを別の部材で行なうため、
圧力測定装置の構造によりて圧力電気変換器の電気的接
続面を自由に選択できるという効果をもっている。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す圧力測定装置、の圧力
電気変換器とその実装構造を示す平面図、第２図は第１
図のＡ−Ａ断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す
圧力測定装置の圧力電気変換器とその実装構造を示す平
面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ断面図、第５図は従来の
圧力測定装置の圧力電気変換器とその実装構造を示す平
面図、第６図は第５図のＣ−Ｃ断面図、第７図は他の従
来技術を示す圧力測定装置の圧力電気変換器とその実装
構造を示す平面図、第８図は第７図のＤ−Ｄ断面図であ
る。 １．１１．６１・・・・・・ダイヤフラム型半導体圧力
センサチップ、４．１２．６４．４４・・・・・・基台
、６．１５．３３．４６・・・・・・キャップ、３ｂ。 ６Ｃ１１５ｄ　、　　１５　ｅ　−・−−−−位置決め
ピン、７．１７．６７．４７・・・・・・回路基板。　
　　　−一一一第１図 第２図 第３図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧力電気変換器を備えた圧力測定装置において、前記圧
   力電気変換器は半導体ピエゾ抵抗効果を利用して圧力を
   電気信号に変換するダイヤフラム型半導体圧力センサチ
   ップと、該圧力センサチップの実装される基台と、前記
   圧力センサチップの実装部を機械的に保護するキャップ
   とにより構成され、該圧力電気変換器は前記キャップに
   設けられて基台を貫通する位置決めピンを有し、該基台
   を貫通する位置決めピンによって前記圧力電気変換器が
   圧力測定装置の回路基板へ位置決めされることを特徴と
   する圧力測定装置。