JPS62148827A - 半導体圧力センサ - 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、感圧半導体素子を利用した圧力センサに関す
る。

〔従来の技術〕

この種の半導体圧力センサとして、既に、感圧半導体素
子をガラスチューブ等からなる筒状ホルダを介してヘッ
ダに固定したものが提案されている（例えば特開昭５９
−２１０３３８号公報）。筒状ホルダを長くとることに
より、ヘッダへの固着の影響で感圧半導体素子に与えら
れる歪を軽減することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような半導体圧力センサにおいて、数百Ｋｆ／ｄも
の静圧にも耐える機械的強度を確保し、かつ感圧半導体
素子部を有効に保護し得る構造として、リードピンが気
密固定されたヘッダを有底筒状に形成し、その内部に感
圧半導体素子を収容してしまうことが望ましい。

その場合、上記ヘッダの開放端部に、感圧半導体素子を
覆うようにキャップを配置すれば、上記感圧半導体素子
の保護は万全となり、このキャップを金属製とし感圧半
導体素子と接続することにより両者間の電位差をなくす
ことができ望ましい。

ところが、このようなセンサを圧カドランスジューサ本
体に組み込もうとすると、上述したようにキャップを金
属とした場合には、何らかの絶縁手段を別に講じる必要
が生ずる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、内面にのみ導電性物質が被着された絶縁物か
らなるキャップを用いたものである。

〔作用〕

少なくとも感圧半導体素子の上面を覆う部分の内面に導
電性物質が被着してあればそれをシールド用として利用
することができ、他方外面は絶縁物からなるためそのま
まで外部との絶縁が保たれる。

〔実施例〕

第２図（ａ）は本発明の一実施例を示す側面図、同図（
ｂ）はそのｂ−ｂ断面図である。図において、１１はス
テンレス鋼からなる有底円筒状のヘッダで、底部を貫い
てリードピン１２が、ガラスシール部１１１において気
密に固定されている。同様に底部内面に設けた凹部には
スリーブ１３がろう付けしてあり、このスリーブ１３に
１端を嵌装するようにガラスチューブからなる円筒ホル
ダ１４が固定されている。スリーブ１３には、ガラスと
熱膨張係数の近いコバールが用いられている。

円筒ホルダ１４の他端に、ピエゾ抵抗素子を形成したシ
リコンダイアフラムからなる感圧半導体素子１５が固着
されている。周知のように、ンリコン単結晶はヒステリ
シス特性がなく非常に良好な弾性体であることからスト
レンゲージとしてきわめて有用である。ヘッダ１１への
固定による歪をこの感圧半導体素子１５に伝え々いため
、円筒ホルダ１４は十分な長さに形成しである。

ヘッダ１１内部の空間には、シリコンオイルからなる封
入液が封入されるが、この封入液は、ヘッダ１１その他
の構成部材に比較して熱膨張係数が著しく大きく動作上
不安定要素となりやすいため、その量は極力少なく抑え
たい。このため、ヘッダ１１と円筒ホルダ１４との間の
空隙にはスペーサ１６を配置しである。このスペーサ１
６は、Ａ　ｔ、　０３を９２係含むセラミック（京セラ
＠）八−４７３）からなシ、リードピン１２が通る貫通
孔１６１を備えている。リードピン１２は、ガラスシー
ルされる関係上、熱膨張係数がそのガラスに近い５０％
Ｎ１−Ｆ、合金を用い、その熱膨張係数は約５ｘｔｏ−
２℃である。これに対し、スペーサ６の熱膨張係数は約
ＢｘｌＯ／’Ｃであり、リードピン１２のそれよりは太
きいがヘッダ１１よりは小さくとっである。

また、１Ｔはスペーサ１６と同様のセラミックからなる
板で、同じくリードピン１２の貫通孔１７１を備えてい
る。各リードピン１２は、この端子板１７上に施された
メタリゼーション膜からなる電極およびボンディングワ
イヤ１８を介して感圧半導体素子１５上の各電極パッド
と電気的に接続されている。１９はフッ素系樹脂製のス
プリングで、端子板１７は、このスプリング１９を介し
てスペーサ１６の端面に配置されている。

さらに、有底円筒状のヘッダ１１の開放端部に、感圧半
導体素子１５を覆うように有底円筒状のキャップ２０が
配置されている。このキャップ２０は、その外周面がヘ
ッダ１１の内周面に接するようにヘッダ１１内に嵌装さ
れている。キャップ２０はまた、その底部に開口２０１
を有しており、この間口２０１が、感圧半導体素子１５
に対する一方の圧力導入路となる。ヘッダ１１にはスリ
ーブ１３および円筒ホルダ１４の内部を介して感圧半導
体素子１５の他面に至る他方の圧力導入路１１２．１１
３が設けである。

ここで、スペーサ１６のへラダ１１内周面に接する外周
面にはへラダ１１の開放端側端部から底部側端部へ向け
て延在する凹部１６２を２箇所に（図では１箇所しか表
われていない）設け、ここからディスペンサーを挿入し
、接着剤を当該凹部１６２の終端部に付与してスペーサ
１６をヘッダ１１へ固定するよってしである。また、ヘ
ッダ１１底部に接する面には凸部１６３および凹部１６
４を設け、広い面積にわたって平面どうしが接触するの
を避けて、真空引きの段階でガスが容易に抜けるように
しである。

このようなスペーサ１６に対し、スプリング１９を介し
て端子板１７を配置したが、これにより、端子板１Ｔと
感圧半導体素子１５のボンディング面相互の位置関係に
多少のばらつきがあっても、上記スプリング１９の変形
によってこれを吸収することか可能となるため、ポンデ
ィングの自動化が容易となる。また、ポンディング時の
熱による応力の影響を緩和する機能も有する。

ここで、キャップ２０は、スペーサ１６および端子板１
７と同様のセラミック製で、内面に、ボンディングワイ
ヤ１Ｂとリードピン１２とを電気的に接続するために端
子板１７上に形成した電極と同様のメタリゼーション膜
が施されている。

第１図はこのキャップ２０の構成を示し、同図（ａ）は
左側面図、同図（ｂ）はそのｂ−ｂ断面図である。

本体は前述したセラミックからなる成形品で有底円筒状
の形状を有し、その底部に開口２０１を備えている。ま
たその内面には、同図において１点鎖線で示したように
メタリゼーション膜２０２が形成されている。このメタ
リゼーション膜２０２は、本実施例ではモリブデン−マ
ンガン合金からなる下層と、ニッケルからなる中間層お
よび金からなる上層の３層構造とし、総膜厚は最大で２
５μｍとする。このうち下層はセラミックとの結合を強
固にするためで膜厚は０．１／ｚｍ以上必要である。ま
た、上層の金は半田付けを容易にするためで、膜厚は０
．２μｍ以上、中間層のニッケルは金の半田中への拡散
を防止するためのもので、膜厚は２μｍ以上とする。ニ
ッケル層に直接半田付けを行なおうとするとフラックス
が多量に必要となり、その成分のイオンが後に悪影響を
与えることと々って好ましく々い。

第３図は端子板１Ｔの構成を示し、同図（、）は右側面
図、同図（ｂ）はそのｂ−ｂ断面図である。端子板１７
の突出した上面にはメタリゼーション膜２０２と同様の
３層構造（膜厚は下層、中間層、上層が各０．１μｍ以
上、２μｍ以上、１μｍ以上）のメタリゼーション膜１
７２（１７２１〜１７２ａ）が各貫通孔１７１を中心に
形成され、第４図に示したようにこれらのメタリゼーシ
ョン膜を介して感圧半導体素子１５と各リードピン１２
との接続が行なわれるが、そのうち感圧半導体素子１５
のシリコン基板に接続するメタリゼーション膜１７２６
については、上面の周縁まで延長して形成しであるとと
もに、別に、同じく上記周縁まで形成したメタリゼーシ
ヨン膜１７２゜が設けである。

前述したキャップ２０の開口２０１は、これらのメタリ
ゼーション膜１７２６および１７２ｏ　　に対応して配
置してあり、当該キャップ２０を、その開放端部が端子
板１７の周辺段差部１７３に当接するようにヘッダ１１
に嵌め込んだ後、上記開口２０１から半田ごてを挿入し
、上記メタリゼーション膜１７２６および１７２゜とメ
タリゼーション膜２０２とを半田付けすることにより、
両者を電気的に接続すると同時にキャップ２０を機械的
に固定する。

これらの固定部に予め半田を施しておき、上記開口２０
１から熱風を送って半田を溶融させ固着してもよい。

このようにキャップ２０を内面で固定できるため、当該
キャップ２０はへラダ１１の内周面に嵌装する形にでき
、センサ外形を小さくすることができる。また、メタリ
ゼーション膜２０２と感圧半導体素子１５のシリコン基
板との間の電位差をなくすことができ、キャップ−シリ
コン基板間で封入液中のイオンの泳動が生じるのを防ぐ
ことができる。この意味では、メタリゼーション膜２０
２は少なくとも感圧半導体素子１５の上面を覆うように
形成しておく必要がある。なお、メタリゼーション膜１
７２ｓ　と１７２０の２箇所で接続したのは、１箇所で
は安定に固定することが困難なためである。

他方、キャップ２０の本体はセラミック製であることか
ら、センサ外部（圧カドランスジューサ本体）との間に
大きな電位差が生じた場合にセンサ内部のシリコンおよ
び回路部の破壊を防ぐ機能を有している。

以上、ヘッダ１１を有底筒状に一体形成した場合を例に
説明したが、例えば底部と側壁部とを別体に形成し、溶
接により接合して有底筒状とした場合にも、本発明は同
様に適用可能である。もちろん、一体形成した方が溶接
等の工程が省け、また耐圧も太きいものが得られるため
に肉厚が薄くて済み、外径を小さくできる利点がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によねば、内面にのみ導電
性物質が被着された絶縁物からなるキャップを用いたこ
とにより、当該キャップと感圧半導体素子間の電位差を
なくす一方、センサ外部との間に大きな電位差が生じた
場合に内部の破壊を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示す図で、第
１図（ａ）はキャップの左側面図、同図（ｂ）は同図（
−）のｂ−ｂ断面図、第２図（ＩＬ）はセンサの側面図
、同図（ｂ）は同図（ａ）のｂ−ｂ断面図、第３図（ａ
）は端子板の右側面図、同図（ｂ）は同図Ｃ）のｂ−ｂ
断面図、第４図は感圧半導体素子と端子板との接続を示
す側面図である。 １１・・拳・ヘッダ、１２・・・−リードピン、１４・
・・・円筒ホルダ、１５・・・・感圧半導体素子、１６
．−・・スペーサ、１７．・０．端子板、２０・・番・
キャップ、２０２・・・・メタリゼーション膜。 特許出願人　山武ハネウェル株式会社 代　理　人　　山　　川　　政　　樹（はか２名）第１
図 （ａ）（ｂ） −ｂ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 底部を貫いて気密固定されたリードピンを有する有底筒
   状ヘッダと、このヘッダの底部内面に筒状ホルダを介し
   て固定された感圧半導体素子と、上記有底筒状ヘッダの
   開放端部に上記感圧半導体素子を覆うように配置された
   キャップとを有し、キャップは、内面にのみ導電性物質
   が被着された絶縁物からなることを特徴とする半導体圧
   力センサ。