JPS61217733A - 圧力検出器 - Google Patents
圧力検出器Info
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- JPS61217733A JPS61217733A JP60058499A JP5849985A JPS61217733A JP S61217733 A JPS61217733 A JP S61217733A JP 60058499 A JP60058499 A JP 60058499A JP 5849985 A JP5849985 A JP 5849985A JP S61217733 A JPS61217733 A JP S61217733A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0055—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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。
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〕
本発明は油圧あるいは内燃機関の燃焼圧等の比較的高圧
（５０ｋｇ／ｍ”以上）を検出する圧力検出器に関する
。
（５０ｋｇ／ｍ”以上）を検出する圧力検出器に関する
。
圧力センサとしては、圧電セラミックを用いたもの、金
属ストレインゲージを用いたもの、半導体ストレインゲ
ージを用いたものが一般に知られている。この中では、
圧電セラミックを用いたものは、圧力変化を加速度で測
定するため加圧状態を維持した場合の圧力測定が困難で
あり測定できたとしても、信号処理が複雑となる。金属
ストレインゲージは感度があまりよくない。半導体式セ
ンサーは感度が良好であり、圧力の絶対値がそのまま比
例して出力されるため、信号処理も簡単である。しかし
ながら市販されている半導体式圧力センサは低圧用であ
り内燃機関の油圧燃焼圧等の５０に＋ｒ／ｃａ１以上の
高圧用のものは市販されていないのが現状である。
属ストレインゲージを用いたもの、半導体ストレインゲ
ージを用いたものが一般に知られている。この中では、
圧電セラミックを用いたものは、圧力変化を加速度で測
定するため加圧状態を維持した場合の圧力測定が困難で
あり測定できたとしても、信号処理が複雑となる。金属
ストレインゲージは感度があまりよくない。半導体式セ
ンサーは感度が良好であり、圧力の絶対値がそのまま比
例して出力されるため、信号処理も簡単である。しかし
ながら市販されている半導体式圧力センサは低圧用であ
り内燃機関の油圧燃焼圧等の５０に＋ｒ／ｃａ１以上の
高圧用のものは市販されていないのが現状である。
なぜなら従来の半導体式圧力センサは半導体基板自体が
受圧部となっており基板の耐圧が低いため高圧では使用
できない問題を有するからである。
受圧部となっており基板の耐圧が低いため高圧では使用
できない問題を有するからである。
特公昭５８−５３７２号公報には、金属ダイヤフラム上
にストレインゲージを構成した圧力検出装置の例が開示
されている。ストレインゲージは、蒸着または貼着によ
り直接ダイヤフラムに密着されていることからこのスト
レインゲージは金属ストレインゲージと判断される。な
ぜなら半導体ひずみゲージは上記方法での金属への接着
は不可能だからである。
にストレインゲージを構成した圧力検出装置の例が開示
されている。ストレインゲージは、蒸着または貼着によ
り直接ダイヤフラムに密着されていることからこのスト
レインゲージは金属ストレインゲージと判断される。な
ぜなら半導体ひずみゲージは上記方法での金属への接着
は不可能だからである。
他の例として特開昭５７−４８６２９号公報に開示され
た圧力センサがある。これは、センサとして圧電セラミ
ックを用いた例である。
た圧力センサがある。これは、センサとして圧電セラミ
ックを用いた例である。
これら２つの例の圧力検出装置には高圧下においてリニ
アな出力が高感度に得られない等の問題があり改善を要
望されていた。
アな出力が高感度に得られない等の問題があり改善を要
望されていた。
本発明は感度の高い半導体ストレインゲージを用い、高
圧が検出できる高圧力検出器を提供することを目的とす
る。
圧が検出できる高圧力検出器を提供することを目的とす
る。
上記問題点は本発明によれば圧力導入部の終端に構成し
た金属ダイヤフラムと、該ダイヤフラムの圧力導入側の
反対側の該ダイヤフラム表面に接着されたガラス層と、
該ガラス層表面に接着された半導体式歪ゲージを構成す
る半導体チップとを有する圧力検出器によって解決され
る。
た金属ダイヤフラムと、該ダイヤフラムの圧力導入側の
反対側の該ダイヤフラム表面に接着されたガラス層と、
該ガラス層表面に接着された半導体式歪ゲージを構成す
る半導体チップとを有する圧力検出器によって解決され
る。
本発明によれば上記金属ダイヤフラム及びガラス層の熱
膨張係数が２．０ＸｌＯ−’℃伺〜６．０×１０−６℃
−１の範囲にあること（熱膨張係数は線膨張係数で表し
２０℃〜３００℃の平均熱膨張係数で示す）が好ましい
。
膨張係数が２．０ＸｌＯ−’℃伺〜６．０×１０−６℃
−１の範囲にあること（熱膨張係数は線膨張係数で表し
２０℃〜３００℃の平均熱膨張係数で示す）が好ましい
。
以下本発明を図面に基づいて説明する。
第１Ａ図は本発明に係る実施例を示す断面図であり第１
Ｂ図は第１Ａ図のＡ部分拡大断面図である。
Ｂ図は第１Ａ図のＡ部分拡大断面図である。
第１Ｂ図に示すように圧力ｌを直接受ける部分を金属ダ
イヤフラムで形成し、該ダイヤプラム２と、半導体スト
レインゲージとなるシリコン（Ｓｉ）チップ３とがガラ
ス層４を介して装着されている。
イヤフラムで形成し、該ダイヤプラム２と、半導体スト
レインゲージとなるシリコン（Ｓｉ）チップ３とがガラ
ス層４を介して装着されている。
該構成は第１Ａ図に示されたようにハウジング５とコネ
クタ６によって形成された画室７内に収納される。８は
リード線、９はセラミック基板である。
クタ６によって形成された画室７内に収納される。８は
リード線、９はセラミック基板である。
上記構成をとるに至った理由を以下説明する。
直接圧力を受ける部分は耐久性の大きい金属ダイヤフラ
ムで構成する。次にこの金属ダイヤフラムとＳｉチップ
との接着であるが我々はまず最も簡易的な方式であるは
んだにより両者を接着し圧力センサを構成し、センサ感
度が温度によりどのような影響を受けるか温度特性を測
定してみた。
ムで構成する。次にこの金属ダイヤフラムとＳｉチップ
との接着であるが我々はまず最も簡易的な方式であるは
んだにより両者を接着し圧力センサを構成し、センサ感
度が温度によりどのような影響を受けるか温度特性を測
定してみた。
その結果を第２図に示す。
感度は、単位面積あたりの単位圧力での出力（ｍＶ）で
示した。尚圧力と出力は良好な直線関係′を示していた
。図１かられかるように試作センサの温度特性はセンサ
ごとに傾向がバラバラで温度が上昇すれば感度が増加す
るものもあれば減少するものもある。このようにセンサ
ごとに温度特性の傾向が一定でないものを調整すること
は不可能である。我々はこの原因がはんだとＳｉの熱膨
張の違いからくるものであり、はんだ付は後冷却時に生
じる熱ひずみによるものでないかと考えた。
示した。尚圧力と出力は良好な直線関係′を示していた
。図１かられかるように試作センサの温度特性はセンサ
ごとに傾向がバラバラで温度が上昇すれば感度が増加す
るものもあれば減少するものもある。このようにセンサ
ごとに温度特性の傾向が一定でないものを調整すること
は不可能である。我々はこの原因がはんだとＳｉの熱膨
張の違いからくるものであり、はんだ付は後冷却時に生
じる熱ひずみによるものでないかと考えた。
Ｓｉに近い小さな熱膨張係数を有するはんだは無い。そ
こで熱膨張係数をかなりの範囲で自由に選択できるガラ
スをダイヤフラムとＳｉチップの間の媒体として使用す
ることを考慮した。下記第１表及び第３図に種々の金属
とガラスとシリコンチップの接合状態のテスト結果を示
す。
こで熱膨張係数をかなりの範囲で自由に選択できるガラ
スをダイヤフラムとＳｉチップの間の媒体として使用す
ることを考慮した。下記第１表及び第３図に種々の金属
とガラスとシリコンチップの接合状態のテスト結果を示
す。
以下余白
第 １ 表
Ｓｉチップの接合法としては次の２種類を検討した。即
ち低融点ガラス法と陽極接合法である。
ち低融点ガラス法と陽極接合法である。
低融点ガラス法は金属板上にペースト状ガラス粉を印刷
し、本焼成よりも若干低い温度で仮焼した後、Ｓｉチッ
プをのせ本焼成することにより接着する。陽極接合法は
、第４図に示すように金属板１３にガラス１２を印刷し
焼成した後、Ｓｉチップ１１をのせ真空中でＳｉチップ
側に土金属板側に−を印加し３００℃程度の温度をかけ
ることによって接着させる。１４はホルダー、１５はヒ
ータそして１６はチャンバである。第１表から明らかな
ように金属板、ガラス層、Ｓｉチップの３者の接合は金
属板ガラス層各々の熱膨張係数に大きく影響され、金属
板、ガラス層各々の熱膨張係数が２．０Ｘ１０−’〜６
．Ｏｘ １０−ｈ／℃の範囲にないとＳｉチップもしく
はガラス層が破損する。また陽極接合を行なった際は第
３図に示すように上記条件以外にガラス層の面粗度が０
．０５μｍＲａよりも良好なものでないと接着しないこ
とが判明した。即ち低融点ガラス接合、陽極接合とも金
属ダイヤフラム及びガラス層の熱膨張係数がシリコンに
ある程度近いことが必要であり、その範囲は、２．０Ｘ
１０−’〜６．０Ｘ１０−６℃−凰でありこの範囲を超
えるとＳｉチップの破損、ガラス層のクラツクが生じ良
好な接合ができに（い。また陽極接合を施す場合は、そ
れ以外にガラス層面粗度の管理が必要であり、その範囲
はＲａ値で０．０５μｍよりも小さい値をとる必要があ
る。
し、本焼成よりも若干低い温度で仮焼した後、Ｓｉチッ
プをのせ本焼成することにより接着する。陽極接合法は
、第４図に示すように金属板１３にガラス１２を印刷し
焼成した後、Ｓｉチップ１１をのせ真空中でＳｉチップ
側に土金属板側に−を印加し３００℃程度の温度をかけ
ることによって接着させる。１４はホルダー、１５はヒ
ータそして１６はチャンバである。第１表から明らかな
ように金属板、ガラス層、Ｓｉチップの３者の接合は金
属板ガラス層各々の熱膨張係数に大きく影響され、金属
板、ガラス層各々の熱膨張係数が２．０Ｘ１０−’〜６
．Ｏｘ １０−ｈ／℃の範囲にないとＳｉチップもしく
はガラス層が破損する。また陽極接合を行なった際は第
３図に示すように上記条件以外にガラス層の面粗度が０
．０５μｍＲａよりも良好なものでないと接着しないこ
とが判明した。即ち低融点ガラス接合、陽極接合とも金
属ダイヤフラム及びガラス層の熱膨張係数がシリコンに
ある程度近いことが必要であり、その範囲は、２．０Ｘ
１０−’〜６．０Ｘ１０−６℃−凰でありこの範囲を超
えるとＳｉチップの破損、ガラス層のクラツクが生じ良
好な接合ができに（い。また陽極接合を施す場合は、そ
れ以外にガラス層面粗度の管理が必要であり、その範囲
はＲａ値で０．０５μｍよりも小さい値をとる必要があ
る。
以上のような要求を満たして製作した圧力センサの特性
を第５図に示す。１１ｍ４〜磁６までがそれぞれ３つと
も温度上昇と共に感度が低下しており、３つとも同じ傾
向を示している。従って温度特性の傾向が一定であり調
整可能となる。以上のようにガラス層を介在させ金属ダ
イヤフラムとＳｉチップを結合した構成のものは、はん
だで見られたような問題点が解消した。
を第５図に示す。１１ｍ４〜磁６までがそれぞれ３つと
も温度上昇と共に感度が低下しており、３つとも同じ傾
向を示している。従って温度特性の傾向が一定であり調
整可能となる。以上のようにガラス層を介在させ金属ダ
イヤフラムとＳｉチップを結合した構成のものは、はん
だで見られたような問題点が解消した。
以上説明したように本発明によれば直接圧力を受ける部
分が耐久性の大きな金属ダイヤフラムで構成されている
ので高圧に耐えしかも感度のバラツキを減少させること
ができた。
分が耐久性の大きな金属ダイヤフラムで構成されている
ので高圧に耐えしかも感度のバラツキを減少させること
ができた。
第１Ａ図は本発明の実施例を示す断面図であり、第１Ｂ
図は第１Ａ図中のＡ部の拡大断面図であり、第２図は本
発明に係る温度と感度との関係を示す図であり、第３図
は陽極接合におけるガラス層の面粗面とＳｉチップ接合
強度との関係を示す図であり、第４図は本発明に係る陽
極接合法を説明するための断面図であり、第５図は本発
明に係る圧力センサの特性を示す図である。 １・・・圧力、２・・・金属ダイヤフラム、３．１１・
・・Ｓｉチップ、４．１２・・・ガラス層、５・・・ハ
ウジング、６・・・コネクタ、８・・・リード線、９・
・・セラミック基板、１３・・・金属、１４・・・ホル
ダー、１５・・・ヒータ、１６・・・チャンバ。 第１Ｂ図 ＬＱ Ｓ、 冑 ） −。 ｏ ｏ ｏ ｏ 。 ｒネ２ ； ０．０２ ０．０４ ０．０６ ０．０８
０．１ガラス層の面粗度 （ｐｋａ） ）４図 １１・・・Ｓｉチップ １２・・・ ガラス層 １３・・・金属 １４・・・ホルダー １５・・・ ヒータ １６・・・チアンバ
図は第１Ａ図中のＡ部の拡大断面図であり、第２図は本
発明に係る温度と感度との関係を示す図であり、第３図
は陽極接合におけるガラス層の面粗面とＳｉチップ接合
強度との関係を示す図であり、第４図は本発明に係る陽
極接合法を説明するための断面図であり、第５図は本発
明に係る圧力センサの特性を示す図である。 １・・・圧力、２・・・金属ダイヤフラム、３．１１・
・・Ｓｉチップ、４．１２・・・ガラス層、５・・・ハ
ウジング、６・・・コネクタ、８・・・リード線、９・
・・セラミック基板、１３・・・金属、１４・・・ホル
ダー、１５・・・ヒータ、１６・・・チャンバ。 第１Ｂ図 ＬＱ Ｓ、 冑 ） −。 ｏ ｏ ｏ ｏ 。 ｒネ２ ； ０．０２ ０．０４ ０．０６ ０．０８
０．１ガラス層の面粗度 （ｐｋａ） ）４図 １１・・・Ｓｉチップ １２・・・ ガラス層 １３・・・金属 １４・・・ホルダー １５・・・ ヒータ １６・・・チアンバ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、圧力導入部の終端に構成した金属ダイヤフラムと、
該ダイヤフラムの圧力導入側の反対側の該ダイヤフラム
表面に接着されたガラス層と、該ガラス層表面に接着さ
れた半導体式歪ゲージを構成する半導体チップとを有す
る圧力検出器。 ２、上記金属ダイヤフラム及びガラス層の熱膨張係数が
２．０×１０＾−＾６℃＾−＾１〜６．０×１０＾−＾
６℃＾−＾１の範囲にあることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の圧力検出器。 ３、金属ダイヤフラム上に接着されたガラス層表面の面
粗度が中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．０５μｍよりも小
さな値を示すことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の圧力検出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60058499A JPH0746065B2 (ja) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | 高圧用圧力検出器 |
| US06/842,175 US4712082A (en) | 1985-03-25 | 1986-03-21 | Pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60058499A JPH0746065B2 (ja) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | 高圧用圧力検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61217733A true JPS61217733A (ja) | 1986-09-27 |
| JPH0746065B2 JPH0746065B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=13086111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60058499A Expired - Lifetime JPH0746065B2 (ja) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | 高圧用圧力検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4712082A (ja) |
| JP (1) | JPH0746065B2 (ja) |
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| WO2018038068A1 (ja) | 2016-08-23 | 2018-03-01 | 日本特殊陶業株式会社 | 歪みセンサ |
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| DE19525388B4 (de) * | 1994-07-12 | 2005-06-02 | Mitsubishi Denki K.K. | Elektronikbauteil mit anodisch gebondetem Leiterrahmen |
| JP3383081B2 (ja) | 1994-07-12 | 2003-03-04 | 三菱電機株式会社 | 陽極接合法を用いて製造した電子部品及び電子部品の製造方法 |
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| JP4161410B2 (ja) | 1997-07-25 | 2008-10-08 | 株式会社デンソー | 圧力検出装置 |
| JP2000009569A (ja) * | 1998-06-26 | 2000-01-14 | Denso Corp | 圧力センサの製造方法 |
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