JPS61171173A - 真空基準圧形半導体圧力変換器 - 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】 〔発明の利用分野〕 不殆明は、真空基準圧形半導体圧力変換器に係シ、特に
安定な真空基準圧室形成構造に関する。

〔発明の背景〕

従来よシ子導体圧力変換器のシリコンゲージチップを接
合する台座としては、シリコンるるいはパイレックスガ
ラスが主に用いられてきた。シリコン台座は、シリコン
ゲージチップと同材質のため熱膨張係数が一致していて
都合のよいことから用いられている。しかしながら両者
を接合するためには、接合面にメタライズ層の形成が必
要であシ多くの工数を必要とするという欠点を有してい
る。また、パイレックスガラス台座はシリコンゲージチ
ップと熱膨張係数が若干異なシ、特性への影響が無視で
きない程度あるが、両者の接合という点において、陽極
接合法を用いることによシ容易に接合することができる
ため広く用いられている。

本発明はシリコンゲージチップに歴合する台座として、
パイレックスガラスを用いる後者の構造を利用し九もの
である。

従来は、第３図に示す如くパイレックスガラスダイ５１
に接合される。シリコンゲージチップは主に相対正形圧
力変換器に用いられている。そしてこのパイレックスガ
ラスダイ５１の金属あるいはプラスチックベース５２へ
の接合は、有機接着剤５３によシ行なわれてきた。

例えば、特開１１Ｉ８５８−８９８７３号公報に示され
ている。しかし、このような構造を真空基準正形圧力変
換器として用いようとした場合、真空基準圧室中に有機
接着剤５３中のペーパーが飛び出し、さらに有機接着剤
５３の層を透過した気体によシ真空の保持が着しく困難
となる。

また、パイレックスガラス台座のベース接合面側をメタ
ライズして無機接着により接合することも考えられるが
ベース接着剤との熱膨張差によりパイレックスガラス醐
にクラック等が生じる。

また、これらの問題を解決する手段として第４図に示す
ようにパイレックスガラス台座５４をさらにシリコン台
座５５に簾合し、これらを金属ベース５６に接合する構
造が提案されている。例えば特開昭５８−１０７６８０
号公ｆ４ｔ８ｔ、こ實ていう。

しかし、第４図に示す如き構造の欠点は、シリコン台座
５５と金属ベース５６との接合において、接合温度の制
限よりハンダ等の無機接着剤５７を使わざるを得ない。

ところが、無機接着剤の場合でも真空室のように圧力が
低いところにさらされ　　　　　Ｊていると、ペーパー
が発生し、真空度の維持を阻寓 ｌするほかペーパー中の腐食性ガスによシグージチップ
が侵される可能性がある。

また、圧力変換器は、高温の場所で使用されるため金４
ペース５６の材質はシリコン台座５５と同等の熱膨張係
数のものｔ−選択する必要がろシ、高価になるとともに
材質が限定される。

〔発明の目的〕

本発明の目的は安定し九真空基準室を形成するとともに
、ゲージチップの汚染を防止することのできる真空基準
圧形半導体圧力変換器を提供することにるる。

〔発明の概要〕

本発明は、従来より実施されているシリコンゲージチッ
プとパイレックスガラスの陽極接合を利用するとともに
パイレックスガラス台座のシリコンゲージチップが接合
されている側と反対偶にパイレックスガラスと熱膨張の
塙似し九金属台座を接合し、その台座と金属ベース金塑
性結合によシ旙合することにより、接着剤のペーパーに
よる間Ｉ！ｉを解決し、安定した真空基準室を形成する
とともにゲージチップの汚染を防止しようというもので
ある。

〔発明の実施例〕

第１図、第２図に本発明の一実施例金示す断面構造図が
示されている。

図において、片面に波紋により形成したピエゾ抵抗素子
、他面に凹部を形成し、薄肉化したダイヤフラムを有す
るシリコンゲージチップ１は貫通孔の設けられているパ
イレックスガラスよシなる４１の台座２にＩＩ甑接接合
法よシ接合されている。

この第１の台座２は、第１の台座２と熱膨張係数の類似
した３９〜４１チＮ１−ｐｅからなるｇ２の台座３に陽
極接合法により接合されている。このＩ第２のせ座３は
、円面形で外周には、７ｓ２図に示すように層性結合用
の円周＃４が形成されている。

この第２の台座３は、金属ベース５に固着されている。

この第２の台座３と金属ベース５との固着は第２の台座
３の外周に設けられた円周溝４に金属ベース５の一部が
ＩＮ２図に示す如くくい込んだ状態でなされている。こ
の金属ベース５は、第２の台座３よシ軟かいｉＩ′ｅ系
の材料からなシ、ガラスハーメチックシール６によシ固
持されたリードピン７と、シリコンゲージチク１１０貫
通孔よりも大きい径の圧力導入穴８とが設けられている
。

このリードピン７は、ｋ’　ｅ−Ｎｉ系の材質を有し４
面に金メッキが施されている。この第２の台座３と金属
ベース５との接合は次の９口く行う。すなわち、押圧金
属を用い、第２の台座３の外周面近傍７＆：第２図で下
方に押圧することによシ金属ベース５を押圧透性変形さ
ぜ凹部９ｔ−形成する。この理圧塑１生度形によって金
属ベース５の一部が円周溝４にくい込む。このように、
第２の台座３と金属ベース５との接合は第２の台座３の
円周溝４と金属ベース５のくい込み１０とによシ行なわ
れる。

シリコンゲージチップｌの入出力端子とリードピン７は
金ＩＩＩＡａ１１によシＩＩＣ気的に接続されてい机 このように形成されたベースアツシ品に真空中で金＃４
−Ｐヤッグ１２を溶接すれば真空基準圧室１３が形成さ
れる。

したがって、本実施例に工れば、接着剤ｔ−まったく便
用しない常温接合を行うことができる効果かめる。

第５図には、本発明の第２のｌｉｌ、月例が示されてい
る。溝部は第１図図示第１の実施例と同一であるが、本
実施例は第２の台座３に塑性結合用の外に円周１１１１
４が形成されている。これは、ｄ！ｉ２の台座３と金属
ベース５の塑性結合による残留応力の影響がシリコンゲ
ージチッグエへ達するのを阻止するためのものである。

し九がって、本実施例によれば、金属ベース５の塑性変
形の際の残留応か 力の影響！シリコンゲージチップ１に達するのを阻止す
ることができる。この結果第１の台座２゜第２の台座３
ｔ−短かくできコストダウンを図ることができる。

第６図には、塑性結合用の１１ｔ−形成した３９〜４１
　％　ｈ’ｓ　ｉ　−１＋’　ｅからなる第２の台座３
に半導体歪ゲージチップ１とパイレックスガラス２を高
温剤を用いない無歪接合で６９、ペーパー等の発生は全
くない。

これに、Ｆ１１！−Ｎｉ系のリードピン７ｔ−ハーメチ
ックシール６したＦｅ系のベース５に挿入し、金型３０
により押圧加工し、ペースｓｔ−盟性変形させ台座３の
溝部に結合する。

リードピン７とゲージチップ１ｔ−金線１１で接続し、
４隼圧室で、金属キャップ１２を＃屓することによシ、
基準圧冨１３を形成する。

第７図には、３９〜４１チＮｉ−Ｆｅからなる第２の台
座７０に、０．２ピツチの溝を形成したものが示されて
いる。第８図はＪ７図■部分の拡大図でろる。

ベース６０の一部金第６図で説明したグロセスに詑い、
金型で１５０〜２５０匂／鴎２の抑圧を加え、ベース６
０金深さ方向で０．１５　ｍ、幅で０．２ｍ＋塑性変形
させ、ＭＸ２の台座７０に結合させる。本結合により、
接着剤ｔ−使用せず気密結合ができる。

第９図には、ベース６１と第２の台座７０とを鋼リング
２０を介して結合したものが示されてい　　　　　゛る
。第１θ図は第９図０部分の拡大図である。第９図０部
分合は、金型の押圧が１００〜１５０〜／ｗａ　”でよ
い。

Ａｌ１図は第７図図示実施例を用い九場合の、第１２図
は第９図図示実施例を用いた場合のそれぞれのｌ（ｅリ
ークによる第２の台座とベースの気密性試験の結果を示
す図である。なお、合否判定は、歪ゲージチップが付い
ている備を１０１Ｔｏｒｒに減圧し、他方を大気圧とし
た場合、１（ｅｌＪ−り量が、Ｉ　Ｘ　１０”　ｃｃ／
ｓｅａを越えるか越えないかで判定した。

第７図で作成したＣｕ　リングを介さない結合を利用し
たサンプルは、０．１■橿度の押込みから安定した気密
性が得られた。

また第９図で作成したＣｕリングを介した結果は０．１
７■以上の押込みで同様な気密が得られた。

ｓ１３図、第１４図、第１５図には、第９図図示第２の
台座７０の溝加工の変形例が示されている。

第１３図は、０．２ｙａａピツチの溝を３本としたもの
、第１４図は、溝形状を半円１ケとしたもの、４ｇ１５
図は、溝形式を半円２ケとしたものである。

いずれにしても、台座に較べて軟質の鋼リングが塑性変
形してくい込む適当な溝が形成されていればよい。溝形
状により金型による押盪、押位置等が変化する。

〔発明の効果〕

以上説明した工うに、本発明によれば、接着剤ｔ−ｔＣ
用せずイ成できるため、信頼性の高い真空基準圧室の提
供が可能でおる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図
は４１図図示Ａ部拡大図、第３図、５ｇ４図は従来の圧
力変換器の構造図、第５図は本発明の第２の実施例を示
す断面図、第６図は本発明の第３の実月例を示す図、第
７図は本発明の戚４の実施例を示す図、第８図は第９図
図示０部分の拡大図、第９図は本発明の第５の実施例を
示す図、第１０図は第９図図示０部分の拡大図、第１１
図は第７図図示実施例を用いた場合の気密性試験結果を
示す図、第１２図は第９図図示実施例を用いた場合の気
密性試験結果を示す図、第１３図、第１４図、第１５−
はそれぞれ第９図図示第２の台座の変形例を示す図であ
る。 １・・・シリコンゲージチップ、２・・・第１の台座、
３・・・第２の台座、４・・・円周溝、５・・・金属ベ
ース、６・・・ガラスハーメチックシール、７・・・リ
ードピン、８・・・圧力導入穴、９・・・押圧塑性変形
部、１０・・・くい込み部、１１・・・細線、１２・・
・金属キャップ、１３・・・真空基準圧室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一方の面に拡散技術によりピエゾ抵抗素子を形成し
   他面に凹部加工を施し薄肉化することによつて形成され
   たダイヤフラムを有するシリコンゲージチップを貫通孔
   が設けられシリコンと熱膨張係数の類似した脆性材料か
   らなる第１の台座に固着し、該第１の台座は第１の台座
   と熱膨張係数の類似した円筒形の金属材料からなる第２
   の台座に固着され、該第２の台座は、圧力導入穴を有す
   るベースに接合され、該ベースには、入出力用リードペ
   ンがガラスシールにより固持され、前記シリコンゲージ
   チツプ表面に形成されたピエゾ抵抗素子の入出力端子と
   前記リードピンが細線により電気的に接続され、前記シ
   リコンゲージチップ、第１の台座、第２の台座、リード
   ピンおよび細線が、金属キャップによつて封止され、該
   金属キャップとベースとによつて真空基準圧室の形成さ
   れた真空基準圧形半導体圧力変換器において、上記金属
   材料からなる第２の台座とベースとを塑性結合により接
   続して形成したことを特徴とする真空基準圧形半導体圧
   力変換器。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発明において、上記脆
   性材料からなる第１の台座をパイレックスガラス、上記
   金属材料からなる第２の台座を３９〜４１％ニツケル−
   鉄合金とし上記ベースに第２の台座である金属材料より
   軟かい材料を用いたことを特徴とする真空基準圧形半導
   体圧力変換器。