JPS6215132B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車用圧力センサに好適な半導体
歪ゲージ式圧力センサの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、燃料の節約や排気ガス対策など社会的要
請にともない、マイクロコンピユータを用い、エ
ンジンの電子式燃料噴射制御、点火時期制御およ
び排気ガス還流量の制御といつた種々の制御が
種々のセンサを用いて行われるようになつてき
た。

このエンジンの電子制御において、前記種々の
制御を適確に行うためには、自動車が走行する際
の周囲の条件が常に変化するものであるため、そ
の変化に応じた制御を行わなければならず、その
ため大気およびインテークマニホールド内の相対
圧を正確に検出することが極めて重要なことであ
る。したがつて、信頼性の高い圧力センサが要求
されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来は大気およびインテークマ
ニホールド内の相対圧の検出をそれぞれ別の圧力
センサで検出していたため部品数の増加に伴う信
頼性の低下や、生産上コスト高になるといつた欠
点を有していた。

そこで、本発明は信頼性が高く、かつ真空の感
圧ダイヤフラム室の形成を容易にする半導体歪ゲ
ージ式圧力センサの製造方法を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

大気側に開放される一方の面に２個のピエゾ抵
抗式ひずみ計が形成され、かつ、他方の面に前記
各ひずみ計にそれぞれ対応して内部が真空状態と
される第１の感圧ダイヤフラム室および自動車エ
ンジンのインテークマニホールドに連通される第
２の感圧ダイヤフラム室が形成された半導体ダイ
ヤフラムを設け、前記半導体ダイヤフラムの他方
の面に、前記第２の感圧ダイヤフラム室に連通す
る連通穴を有し前記半導体ダイヤフラムの膨張係
数にほぼ等しい膨張係数の材料からなる部材を真
空雰囲気中において陽極接合法により接着するこ
とを特徴とするものである。

〔作用〕

上記本発明の構成によれば、半導体ダイヤフラ
ムと部材との接着を真空雰囲気中において陽極接
合法により行うものであるため、陽極接合法によ
る接着に際しての端子等の金属部分の熱劣化（化
学変化）を防止することができ、したがつて高信
頼性を確保することができる。また、真空雰囲気
中で行うものであるから第１の感圧ダイヤフラム
室内の真空状態を容易に作り出すことができる。

すなわち、陽極接合法による接着は、一般には
必ずしも真空中で行なわれるものではなく、導体
と絶縁物間に高電圧を印加し、約350℃程度に加
熱することによつて行われるものであるが、空気
中で行う場合には端子等の金属がその高温のため
に化学変化を生じ易い。また、感圧ダイヤフラム
室内を真空にするためにはその分だけ工程を必要
とする。そこで、本発明の製造方法の如く真空中
にて接着することにより、上記化学変化を防止
し、かつ、真空感圧ダイヤフラム室の形成を容易
とすることができるものである。

このような高信頼性を確保することができ、か
つ製造が容易な半導体歪ゲージ式圧力センサの製
造法は、特に自動車の点火時期制御や燃料噴射制
御に用いる圧力センサに要求される大量生産下で
の一定品質の確保ならびに高生産性の確保を達成
する上で重要なものである。

〔実施例〕

以下、実施例について説明する。

第１図に、本発明に係る半導体歪ゲージ式圧力
センサの一実施例を示す。

第１図において、シリコンダイヤフラム１の上
面両側には、ボロン等の不純物が拡散されてお
り、半導体歪ゲージ８ａ，８ｂが形成されてい
る。半導体歪ゲージ８ａ，８ｂの一端には、それ
ぞれ抵抗の引回し部分９ａ，９ｂを介し、Alま
たはTi−Pd−Au等の耐食性のある電極１０ａ，
１０ｂが蒸着あるいはスパツタ等適宜方法によつ
て固着形成されている。この半導体歪ゲージ８
ａ，８ｂを拡散してあるシリコンダイヤフラム１
の上面には、通常、電極１０ａ，１０ｂを除き、
酸化シリコン等によつてパツシベーシヨン膜が施
されている。

シリコンダイヤフラム１の下面には、圧力を感
知するための感圧ダイヤフラム７ａ，７ｂがエツ
チング加工などによつて形成されている。このシ
リコンダイヤフラム１の下面には、シリコンダイ
ヤフラム１と熱膨張係数がほぼ等しい材料で構成
される部材２が、真空雰囲気中においてアノーデ
イツク・ボンデイング（Anodic Bonding陽極接
合法）によつて接着されている。この陽極接合法
による接着は、一般には必ずしも真空中で行なわ
れるものではなく、導体と絶縁物間に高電圧を印
加し、行350℃程度に加熱することによつて行わ
れるものであるが、空気中で行う場合には端子等
の金属がその高温のために化学変化を生じ易い。
また、感圧ダイヤフラム室内を真空にするために
はその分だけ工程を必要とする。しかし、上述の
ように真空中にて接着することにより、上記化学
変化を防止し、かつ、真空感圧ダイヤフラム室の
形成を容易とすることができるものである。

本実施例において、部材２はシリコンダイヤフ
ラム１と類似の熱膨張係数を有するパイレツク
ス・ガラスで構成されている。この部材２は、金
属あるいはプラスチツクなどで構成されるパイプ
４に接着剤５によつて固着されている。また、部
材２には、シリコンダイヤフラム１にエツチング
加工などによつて形成した感圧ダイヤフラム室７
ａ，７ｂの孔すなわち、感圧ダイヤフラム室１３
ａ，１３ｂの一方の感圧ダイヤフラム室１３ｂに
インテークマニホールド内の圧力を導入するため
の連通穴１４を設けられており、パイプ４の穴１
５を介してエンジンのインテークマニホールド内
とつながつている。このパイプ４は、第２図に示
す様に、円形状に形成されており、パイプ４の円
形部分にホース等を接続してエンジンのインテー
クマニホールド内の圧力を連通穴１４を介して感
圧ダイヤフラム室１３ｂに導入することができ
る。また、他方の感圧ダイヤフラム室１３ａは、
部材２によつて密閉されており感圧ダイヤフラム
室１３ａ内は真空状態に形成されている。

パイプ４の上方は、つば状に形成されており、
このつば状に形成されている部分の上に非金属な
どの絶縁物で構成される絶縁部材６ａ，６ｂが取
り付けられている。この絶縁部材６ａ，６ｂの上
面には、厚膜導体１１ａ，１１ｂが、グリーン・
シート法などによつて形成されており、この厚膜
導体１１ａ，１１ｂは全線などの導線１２ａ，１
２ｂをワイヤボンデイングすることによつて電気
的に接続されている。また、厚膜導体１１ａ，１
１ｂは、端子３ａ，３ｂと電気的に接続されてい
る。

また、シリコンダイヤフラム１の感圧ダイヤフ
ラム７ａ，７ｂの半導体歪ゲージ８ａ，８ｂ側は
大気と接している。

シリコンダイヤフラム１の上層部は、第３図に
示す如く、接線ゲージ１６ａ，１６ｂおよび半径
ゲージ１７ａ，１７ｂが形成されており、この接
線ゲージ１６ａ，１６ｂおよび半径ゲージ１７
ａ，１７ｂは感圧ダイヤフラム７ａ，７ｂ上に形
成されている。なお、半径ゲージ１７ａ，１７ｂ
はそれぞれ第１図の半導体歪ゲージ８ａ，８ｂに
対応している。また、抵抗の引回し部分９ｃ，９
ｄはそれぞれ第２図に示されている端子３ｃ，３
ｄに電気的に接続されている。なお、シリコンダ
イヤフラム１に形成された抵抗の引回し部分１８
と１９は大気圧を測定する感圧ダイヤフラム７ａ
とエンジンのインテークマニホールド内の相対圧
を測定する感圧ダイヤフラム７ｂ間で共に共用し
ている。

第１図に示された半導体歪ゲージ式圧力センサ
が以上のように形成されているため、感圧ダイヤ
フラム７ａは、真空を基準とする大気圧の絶対圧
力変化を半導体歪ゲージ８ａで、感圧ダイヤフラ
ム７ｂは、大気圧を基準とするインテークマニホ
ールド内の相対圧力変化を半導体歪ゲージ８ｂ
で、抵抗値の変化によつて抵抗値変化を電気的に
測定することによつて検出することができる。

第１図に示された半導体歪ゲージ式圧力センサ
を用いた場合の圧力変換器の回路が第４図に示さ
れている。この回路図は２アクテイブ・ブリツジ
方式によるものでブリツジ２０および２１はそれ
ぞれ大気圧およびエンジンのインテークマニホー
ルド内の相対圧を測定するものである。抵抗
Rta，RtbおよびRra，Rrbはそれぞれ接線ゲージ
１６ａ，１６ｂおよび半径ゲージ１７ａ，１７ｂ
の抵抗値に相当する。大気圧およびエンジンのマ
ニホルド内の相対圧に比例した信号（半導体単結
晶のピエゾ抵抗効果に基づく）はそれぞれ増幅器
２２，２３で増幅されて出力端２４，２５から取
り出せる。この第４図では、増幅器２６よりブリ
ツジ２０および２１へ電源電圧を印加するのに配
線が２本必要のように思われるが第３図から分る
ように一本の配線で良いように共用できることに
なる。

以上のような構成を有するものであるから本実
施例によれば、部材２がシリコンダイヤフラム１
と類似の熱膨張係数を有するパイレツクスガラス
によつて構成されているため高温、高電圧下の陽
極接合法によつて両者を接着し、接着後常温まで
温度を低下させても熱歪によつて接着部が破壊さ
れることがない。

また、本実施例によれば、２つの圧力センサの
機能を一体化構造にしたことにより、大気圧およ
びエンジンのインクテークマニホールド内の相対
圧を同時に測定でき、シリコンダイヤフラム１、
部材２、パイプ４、接着材５など共用できる部品
が多数生じるためこの分だけ従来より部品数を減
少することができる。すなわち、半導体歪ゲージ
のパターン上の内部結線で共用でき配線数を減少
することができるため、半導体歪ゲージ式圧力セ
ンサがエンジン・ルーム内に置かれる場合には、
車室内に設けられている増幅器までの距離から非
常に有利である。

したがつて、本実施例による半導体歪ゲージ式
圧力センサは簡単な構造で大気圧およびエンジン
のインテークマニホールド内の相対圧を同時に測
定でき、しかも部品数を減少することができるた
め、低価格の圧力センサを提供でき信頼性の向上
を計ることができる。

また、第４図に示すサーミスタ２７は、周囲温
度変化による圧力センサのスパン変化を補償する
（電圧Ｅの分圧比を変化させることによつて）も
のであるが、従来、スパン補償には２個のサーミ
スタが必要であつたが、本実施例では一体化構造
にしてあるため感圧ダイヤフラム７ａ，７ｂ間の
温度勾配が無視できるので１個のサーミスタでス
パン補償ができる。

また、本実施例によれば、零点の温度補償につ
いても補償用サーミスタとの共用化をはかること
ができる。

このように大気圧およびエンジンのインテーク
マニホールド内の相対圧を圧力センサを一体構造
としてあるため信頼性を向上することができる。

〔発明の効果〕

半導体ダイヤフラムと部材との接着を真空雰囲
気中において陽極接合法により行うものであるた
め、陽極接合法による接着に際しての端子等の金
属部分の熱劣化（化学変化）を防止することがで
き、したがつて高信頼性を確保することができ
る。また、真空雰囲気中で行うものであるから第
１の感圧ダイヤフラム室内の真空状態を作りだす
ことができる。

このような高信頼性を確保することができ、か
つ製造が容易な半導体歪ゲージ式圧力センサの製
造法は、特に自動車の点火時期制御や燃料噴射制
御に用いる圧力センサに要求される大量生産下で
の一定品質の確保ならびに高生産性の確保を達成
する上で重要なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る半導体歪ゲージ式圧力
センサの一実施例の一部断面測面図、第２図は、
第１図図示実施例の底面図、第３図は、第１図図
示実施例のシリコンダイヤフラムの正面図、第４
図は、第１図図示実施例を含む圧力変換器の回路
図である。 １……シリコンダイヤフラム、２……部材、３
ａ，３ｂ……端子、４……パイプ、５……接着
剤、６ａ，６ｂ……絶縁部材、７ａ，７ｂ……感
圧ダイヤフラム、８ａ，８ｂ……半導体歪ゲー
ジ、９ａ，９ｂ……抵抗の引回し部分、１０ａ，
１０ｂ……電極、１３ａ，１３ｂ……感圧ダイヤ
フラム室、１４……連通穴、１５……穴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 大気側に開放される一方の面に２個のピエゾ
   抵抗式ひずみ計が形成され、かつ、他方の面に前
   記各ひずみ計にそれぞれ対応して内部が真空状態
   とされる第１の感圧ダイヤフラム室および自動車
   エンジンのインテークマニホールドに連通される
   第２の感圧ダイヤフラム室が形成された半導体ダ
   イヤフラムを設け、 前記半導体ダイヤフラムの他方の面に、前記第
   ２の感圧ダイヤフラム室に連通する連通穴を有し
   前記半導体ダイヤフラムの膨張係数にほぼ等しい
   膨張係数の材料からなる部材を真空雰囲気中にお
   いて陽極接合法により接着することを特徴とする
   半導体歪ゲージ式圧力センサの製造方法。