JPS62150131A - 圧力検出器 - Google Patents
圧力検出器Info
- Publication number
- JPS62150131A JPS62150131A JP29650785A JP29650785A JPS62150131A JP S62150131 A JPS62150131 A JP S62150131A JP 29650785 A JP29650785 A JP 29650785A JP 29650785 A JP29650785 A JP 29650785A JP S62150131 A JPS62150131 A JP S62150131A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chip
- glass layer
- pressure
- coefficient
- diaphragm
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- 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燃焼圧等の比較的高圧を温度特性
良く検出する半導体式の圧力検出器に関する。
良く検出する半導体式の圧力検出器に関する。
従来から、ｎ形シリコン単結晶基板上よりｐ形シリコン
などを拡散形成したシリコンチップをダイヤフラムに用
いた圧力検出器は、高感度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が簡単であるなどの
特徴を有する。
などを拡散形成したシリコンチップをダイヤフラムに用
いた圧力検出器は、高感度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が簡単であるなどの
特徴を有する。
しかしながら、前記シリコンダイヤフラム型圧力検出器
の検出可能な圧力の絶対値は、シリコンチップ自身の耐
圧およびシリコンチップと圧力導入部の接合力によって
制約され、高圧を検出することはできない。
の検出可能な圧力の絶対値は、シリコンチップ自身の耐
圧およびシリコンチップと圧力導入部の接合力によって
制約され、高圧を検出することはできない。
そこで、われわれは耐圧に優れた金属材料でダイヤフラ
ムを構成し、その上にハンダを用いてシリコンチップを
接着し高圧用圧力検出器を製作したが、シリコンチップ
の熱膨張係数が極めて小さく、接合時に大きな熱歪みを
受けるため、圧力検出器の使用できる温度範囲が極めて
狭くなってしまった。
ムを構成し、その上にハンダを用いてシリコンチップを
接着し高圧用圧力検出器を製作したが、シリコンチップ
の熱膨張係数が極めて小さく、接合時に大きな熱歪みを
受けるため、圧力検出器の使用できる温度範囲が極めて
狭くなってしまった。
本発明は、高圧を温度特性良く検出できる圧力検出器を
提供することを目的としている。
提供することを目的としている。
上記問題点は、本発明によれば金属ダイヤフラムの圧力
導入側と反対側のダイヤフラム表面にこの表面側より熱
膨張係数の大きな順にガラス層を形成し、半導体式歪み
ゲージを有する半導体チップを該ガラス層表面上に陽極
接合することにより解決される。
導入側と反対側のダイヤフラム表面にこの表面側より熱
膨張係数の大きな順にガラス層を形成し、半導体式歪み
ゲージを有する半導体チップを該ガラス層表面上に陽極
接合することにより解決される。
本発明によれば半導体チップを接合する最上部のガラス
層の熱膨張係数が２．０Ｘ１０−６°ｃ −１〜６、Ｏ
Ｘ １０−” Ｃ−’ （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。
層の熱膨張係数が２．０Ｘ１０−６°ｃ −１〜６、Ｏ
Ｘ １０−” Ｃ−’ （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。
以下本発明の一実施例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
１Ｂ図は第１Ａ図のＡ部分拡大断面図である。第１Ｂ図
に示すように金属ダイヤフラム２の表面にこの表面側よ
り熱膨張係数の大きな順に形成した複数のガラス層４−
１〜４−４が形成され、このガラス層４上にＳｉチップ
３が陽極接合されている。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はり・−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述べる。直接圧力が
印加される部分は耐圧に優れた金属ダイヤフラムで構成
し、金属ダイヤフラムとＳｉチップの接合は熱膨張係数
が比較的広範囲にあるガラスを介して陽極接合法によら
て行った。しかしながら、熱膨張係数が大きな金属をダ
イヤフラムに翔いると、金属とＳｉチップの熱膨張係数
の差が大きいため、Ｓｉチップに熱応力がかかりＳｉチ
ップにクランクが発生したり、オフセット電圧が異常に
大きな値となってしまった。したがって、金属ダイヤフ
ラム上にＳ′ｉチップを接合させ温度特性の良好な高圧
用の圧力検出器を製作するためには何らかの方法でＳｉ
チップにかかる熱応力を緩和させる必要がある。
１Ｂ図は第１Ａ図のＡ部分拡大断面図である。第１Ｂ図
に示すように金属ダイヤフラム２の表面にこの表面側よ
り熱膨張係数の大きな順に形成した複数のガラス層４−
１〜４−４が形成され、このガラス層４上にＳｉチップ
３が陽極接合されている。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はり・−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述べる。直接圧力が
印加される部分は耐圧に優れた金属ダイヤフラムで構成
し、金属ダイヤフラムとＳｉチップの接合は熱膨張係数
が比較的広範囲にあるガラスを介して陽極接合法によら
て行った。しかしながら、熱膨張係数が大きな金属をダ
イヤフラムに翔いると、金属とＳｉチップの熱膨張係数
の差が大きいため、Ｓｉチップに熱応力がかかりＳｉチ
ップにクランクが発生したり、オフセット電圧が異常に
大きな値となってしまった。したがって、金属ダイヤフ
ラム上にＳ′ｉチップを接合させ温度特性の良好な高圧
用の圧力検出器を製作するためには何らかの方法でＳｉ
チップにかかる熱応力を緩和させる必要がある。
本発明では複数のガラス層４−１〜４−４を金属ダイヤ
フラム２とＳｉチップ３の側熱膨張係数の中間範囲内の
ものとし、その範囲内で熱膨張係数の大きな順に各ガラ
ス層４−１〜４−４金属ダイヤフラム２上に形成した後
、Ｓｉチップ３をガラス層表面上に陽極接合することに
より、熱応力を緩和させた。
フラム２とＳｉチップ３の側熱膨張係数の中間範囲内の
ものとし、その範囲内で熱膨張係数の大きな順に各ガラ
ス層４−１〜４−４金属ダイヤフラム２上に形成した後
、Ｓｉチップ３をガラス層表面上に陽極接合することに
より、熱応力を緩和させた。
この効果の確認のため５ＵＳ４３０ （ステンレス材料
）板上に複数の熱膨張係数の異なったガラス層４を積層
し、このガラス層４上にＳｉチップ３を陽極接合した後
の接合状態の調査を行った。
）板上に複数の熱膨張係数の異なったガラス層４を積層
し、このガラス層４上にＳｉチップ３を陽極接合した後
の接合状態の調査を行った。
その結果を表１に示す。
（以下余白）
表１において、冷熱試験は一４０℃（ＩＨｒ）０１２０
°Ｃ（１１（ｒ）を１サイクルとして２０サイクル実施
した後、ガラスＮ４およびＳｉチ・ノブ３のクランクの
発生の有無を判定した。５ＵＳ４３０の熱膨張係数は１
２．６ Ｘ １０−” Ｃ−’であるため、Ｓｉチップ
３にかかる熱応力のクラ・７りが発生させない程度に緩
和させるには、２層以上のガラス層４が必要である。表
１において左の欄外にＯ印を付したものが本発明を示す
ガラス層の構成例であり、５ＵＳ４３０とＳｉチ・ノブ
の陽極接合が可能な組み合せである。
°Ｃ（１１（ｒ）を１サイクルとして２０サイクル実施
した後、ガラスＮ４およびＳｉチ・ノブ３のクランクの
発生の有無を判定した。５ＵＳ４３０の熱膨張係数は１
２．６ Ｘ １０−” Ｃ−’であるため、Ｓｉチップ
３にかかる熱応力のクラ・７りが発生させない程度に緩
和させるには、２層以上のガラス層４が必要である。表
１において左の欄外にＯ印を付したものが本発明を示す
ガラス層の構成例であり、５ＵＳ４３０とＳｉチ・ノブ
の陽極接合が可能な組み合せである。
上記のガラス層は、フリットガラスをスクリーン印刷な
どによって形成した後溶着形成した。３ｉチツプを最上
部のガラス層に陽極接合させるためには、最上部のガラ
ス層の熱膨張係数が２．０×１０−” Ｃ−’ 〜６．
ＯＸ ｌ Ｏ−” Ｃ−’の範囲にあることと、表面
粗さが中心線平均粗さ（Ｒａ）でも、０．５μｍに示す
ようにＳｉチップの陽極接合においてはかなり大きな電
圧が印加されるが、その印加できる電圧値はガラス層の
厚さに依存する。５ｉチツプとガラスを陽極接合するに
は５００■以上の電圧させる必要があり、その電圧に耐
えるにはガラス層が５０μｍ程度必要である。なお、第
２図中１１はＳｉチップ、１２はガラス層、１３は金属
、１４はホルダー、１５はヒータ、１６はチャンバであ
る− 以上のように熱膨張係数の大きな順に形成した複数のガ
ラス層により、Ｓｉチップと５ＵＳ４３０の熱膨張係数
の差による熱応力を大きく緩和させることができ、ＳＵ
Ｓ ４３０を金属ダイヤフラムとして使用することが可
能となる。
どによって形成した後溶着形成した。３ｉチツプを最上
部のガラス層に陽極接合させるためには、最上部のガラ
ス層の熱膨張係数が２．０×１０−” Ｃ−’ 〜６．
ＯＸ ｌ Ｏ−” Ｃ−’の範囲にあることと、表面
粗さが中心線平均粗さ（Ｒａ）でも、０．５μｍに示す
ようにＳｉチップの陽極接合においてはかなり大きな電
圧が印加されるが、その印加できる電圧値はガラス層の
厚さに依存する。５ｉチツプとガラスを陽極接合するに
は５００■以上の電圧させる必要があり、その電圧に耐
えるにはガラス層が５０μｍ程度必要である。なお、第
２図中１１はＳｉチップ、１２はガラス層、１３は金属
、１４はホルダー、１５はヒータ、１６はチャンバであ
る− 以上のように熱膨張係数の大きな順に形成した複数のガ
ラス層により、Ｓｉチップと５ＵＳ４３０の熱膨張係数
の差による熱応力を大きく緩和させることができ、ＳＵ
Ｓ ４３０を金属ダイヤフラムとして使用することが可
能となる。
また金属ダイヤフラム材料としては、耐圧に優れ５ＵＳ
４３０と同程度の熱膨張係数を有しかつガラスの接合が
可能なものなら使用でき、かなり広範囲に金属ダイヤフ
ラム材料として選択できる。
４３０と同程度の熱膨張係数を有しかつガラスの接合が
可能なものなら使用でき、かなり広範囲に金属ダイヤフ
ラム材料として選択できる。
以上説明したように本発明によれば高圧を受ける部分を
金属ダイヤフラムで構成し、該金属ダイヤフラムとＳｉ
デツプは熱膨張係数の大きな順に構成した複数のガラス
層を介して陽極接合されているので、高圧を精度良く検
出できる圧力検出器の製作が可能となる。
金属ダイヤフラムで構成し、該金属ダイヤフラムとＳｉ
デツプは熱膨張係数の大きな順に構成した複数のガラス
層を介して陽極接合されているので、高圧を精度良く検
出できる圧力検出器の製作が可能となる。
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図は陽
極接合を説明するための断面図である。 ２・・・金属ダイヤフラム、３・・・Ｓｔチップ、４−
１〜４−４・・・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。
図は第１Ａ図中のＡ部の拡大断面図であり、第２図は陽
極接合を説明するための断面図である。 ２・・・金属ダイヤフラム、３・・・Ｓｔチップ、４−
１〜４−４・・・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。
Claims (4)
- （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と反対側の該ダイヤフラ
ム表面に該表面側より熱膨張係数の大きな順に積層した
複数のガラス層と、該ガラス層表面上に陽極接合された
半導歪みゲージを構成する半導体チップとを有すること
を特徴とする圧力検出器。 - （２）前記ガラス層において、前記半導体チップを陽極
接合する最上部の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）前記ガラス層において、前記半導体チップを陽極
接合する最上部のガラス層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。 - （４）前記各ガラス層の厚さを１０μｍ以上とし、全ガ
ラス層の厚さの総和を５０μｍ以上とすることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の圧力検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29650785A JPS62150131A (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | 圧力検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29650785A JPS62150131A (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | 圧力検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62150131A true JPS62150131A (ja) | 1987-07-04 |
Family
ID=17834435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29650785A Pending JPS62150131A (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | 圧力検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62150131A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0483139A (ja) * | 1990-07-26 | 1992-03-17 | Nippondenso Co Ltd | 半導体歪みセンサ |
| WO2006072391A1 (de) | 2005-01-03 | 2006-07-13 | Hydac Electronic Gmbh | Vorrichtung zum messen von dräften, insbesondere drucksensor, und zugehöriges herstellverfahren |
| WO2015098324A1 (ja) * | 2013-12-25 | 2015-07-02 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 圧力測定装置 |
| EP3321653A4 (en) * | 2015-07-07 | 2019-01-09 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | SEMICONDUCTOR DEVICE, DYNAMIC QUANTITY MEASUREMENT DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD |
-
1985
- 1985-12-24 JP JP29650785A patent/JPS62150131A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0483139A (ja) * | 1990-07-26 | 1992-03-17 | Nippondenso Co Ltd | 半導体歪みセンサ |
| WO2006072391A1 (de) | 2005-01-03 | 2006-07-13 | Hydac Electronic Gmbh | Vorrichtung zum messen von dräften, insbesondere drucksensor, und zugehöriges herstellverfahren |
| WO2015098324A1 (ja) * | 2013-12-25 | 2015-07-02 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 圧力測定装置 |
| JPWO2015098324A1 (ja) * | 2013-12-25 | 2017-03-23 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 圧力測定装置 |
| EP3088859A4 (en) * | 2013-12-25 | 2017-04-19 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Pressure measurement device |
| US10139300B2 (en) | 2013-12-25 | 2018-11-27 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | High pressure strain detection device with a base made of a first brittle material and a strain detection element bonded to the base via a second brittle material |
| EP3321653A4 (en) * | 2015-07-07 | 2019-01-09 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | SEMICONDUCTOR DEVICE, DYNAMIC QUANTITY MEASUREMENT DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD |
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