JPS6221031A - 圧力センサユニツト - 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、半導体拡散抵抗のピエゾ抵抗効果な利用して
圧力を電気信号に変換する圧力センサユニットの構造に
関するものである。

〔従来の技術〕

近年、ＩＣ製造技術の発達とあいまって、単結晶シリコ
ンチップの表面に半導体拡散抵抗を形成し、該半導体拡
散抵抗をひずみゲージとして利用するダイヤフラム型半
導体圧力センサチップを有する圧力センサユニットが作
られる様になった。

前記圧力センサユニットは、導体又は半導体に加えられ
た外力の応力によって電気抵抗が変化するというピエゾ
抵抗効果を利用したもので、前記ひずみゲージをブリッ
ジ型回路に構成することにより圧力変化を電気抵抗変化
に変換し、さらにこれをブリッジ型回路の電圧変化とし
てとらえようとするもので、その性能が従来の圧力計あ
るいは圧力電気変換器に比べ、非常にすぐれているため
に、工業計測用、民生用と需要が増えてきている。

第３図は、従来の半導体圧力上ンサチップを有する圧力
センサユニットの断面図である。

６１は半導体拡散抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して圧力
を電気信号に変換するダイヤフラム型半導体圧力センサ
チップ、３２は台座であり、例えば＃７７４０ホウ硅酸
塩ガラスで、ダイヤフラム型半導体圧力センサチップ３
１と台座３２は気密に固着されている。６４は気密端子
体、６５は前記ダイヤフラム型半導体圧力センサチップ
６１の電源端子および出力端子となるステムで、ステム
３５は封止ガラス６６を使って気密端子体６４に気密に
固着されている。

以上の様なステム６５が固着された気密端子体３４と、
ダイヤフラム型半導体圧力センサチップ６１が固着され
た台座６２は気密に固着され、さらにダイヤフラム型半
導体圧力センサチップ６１とステム６５間はワイヤポン
ドにより電気的に接続されている。

６７は硬化後ゲルの状態となるポツティング樹脂で、ダ
イヤフラム型半導体圧力センサテップ３１上で硬化され
てゲル状となり、ダイヤフラム型半導体圧力センサチッ
プ６１の電気的、機械的保護を行なっている。

６６はダイヤフラム型半導体圧力センサチップ６１や内
部実装部分を機械的に保護するための、圧力導入パイプ
３３ａ付きのキャンプで、ダイヤプラム型半導体圧力セ
ンサチップ３１とステム３５間がワイヤボンドにより電
気的に接続され、さらにポツティング樹脂６７でダイヤ
フラム型半導体圧力センサチップ６１を覆った後、気密
端子体に気密に固着され、こうして相対圧（差圧）型の
圧力センサユニット６０が構成されている。

６８は図示されていない圧力測定装置の回路基板、３９
はハンダであり、圧力センサユニット６０は一般にハン
ダ３９を使って回路基板３８に固着され、図示されてい
ない圧力測定装置の回路と電気的に接続される。４０は
チューブであって、ダイヤフラム型半導体圧力センサチ
ップ６１を有する一般的な圧力センサユニント６０は通
常チーープ４０を使って圧力が印加される様になってい
る。

〔発明が解決しようとする問題点） しかしながら、以上の様な圧力センサユニット６０の構
造の場合、ダイヤフラム型半導体圧力センサチップ６１
の拡散抵抗形成面６１ａが圧力媒体にさらされ、しかも
圧力センサチップ３１０表面３１ａを覆っているゲル状
のポツティング樹脂は粘着性があってゴミ等の不純物が
付着しやすいので、圧力媒体は清浄な空気、又は清浄な
非腐蝕性の気体に限られ、圧力媒体として液体に適用す
ることが出来なかった。

しかし、前記圧力センサユニット６０を水等の液体に適
した構造とする提案は、特許出願等に於いて行われてお
り、その主なるものを下記に示す。

■拡散抵抗形成面３１ａの反対側の面３１ｂを圧力媒体
にさらす方法。

■拡散抵抗形成面３１ａの前面側に金属性のダイヤフラ
ムを設置し、一旦液体圧を金属性のダイヤプラムで受け
、シリコーンオイル等の中間圧力媒体を介してダイヤフ
ラム型半導体圧力センサチップ６１に圧力を伝達する方
法。

という２つの方法があるが、■の場合はダイヤフラム型
半導体圧力センサチップ３１への圧力導入孔となる台座
６２の穴部３２ａの大きさは、ダイヤフラム型半導体圧
力センサチップ３１の大きさによって決定されるため、
あまり大きくできず、不純物の混入する液体（例えば海
水）中で繰り返して使用してゆくと、穴部３２ａが不純
物の付着によってふさがってしまうという欠点があり、
■の場合は金属性のダイヤフラムを使用するということ
でその構造が複雑になると共に、金属性のダイヤフラム
の直線性を考えた場合には金属性のダイヤフラムの直径
を小さくできないため、圧力センサユニットの太きさも
太き（なってしまうという欠点を有していた。又、ダイ
ヤフラム型半導体圧力センサチップ６１はその名の通り
半導体拡散抵抗を使用しているため、圧力センサチップ
表面に光が当るとｐｎ接合とリークが起り、光が入る様
な環境下、例えば太陽光下において圧力センサユニソト
を使用できないという欠点を有していた。

本発明の目的は、以上の様な問題点を解消させ、小型で
薄型の圧力媒体と使用環境の限定されることのない圧力
センサユニットを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成させるために、本発明は次の様な構成
としている。すなわち、有底状の第１凹部と該第１凹部
に連なって形成された開口状の第２凹部とを備えたパッ
ケージ、前記第１凹部の底部に固着された台座、該台座
上に固着された圧力センサチップよりなり、かつ前記第
一および第２凹部内にポツティング樹脂を充填してなる
圧力センサユニットにおいて、前記ポツティング樹脂は
圧力センサチップを包む第一層目をゲル状の樹脂とし、
第２層目をゴム状の樹脂とし、前記第１層目および第２
層目のポツティング樹脂のうち少なくとも一方を黒色樹
脂としている。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す圧力センサユニソトの
要部断面図であって、圧力測定装置の外装への装着状態
を示しており、第２図は第１図の圧力センサユニットを
水深計として利用した応用例を示す水深計付ダイバーズ
ウォッチの平面図である。

１は半導体拡散抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して圧力を
電気信号に変換するダイヤプラム型半導体圧力センサチ
ップ、２は台座であり、例えば＃７７４０ホウ硅酸塩ガ
ラスで、ダイヤスラム型半導体圧力センサチップ１は台
座２上に気密に固着されている。６は有底状の第１凹部
６ａと該第１凹部６ａに連なって形成された開口状の第
２凹部６ｂとを備えたパッケージであって、例えばセラ
ミックスから形成されており、前記台座２はパッケージ
乙の第１四部６ａの底部に固着されている。なお、台座
２とパッケージ乙の固着に当っては、ゴム系の接着剤、
特にシリコーンゴムを使用すると、耐熱性、耐寒性にす
ぐれた材料であり、適度な伸びを有し、かつ歪復元性に
すぐれており、振動や衝撃を吸収してしまう性質がある
ため、パッケージ３からの熱ひずみ、あるいはパッケー
ジ３の取り付けや外力等に起因するパッケージそのもの
の機械的ひずみといった様なダイヤフラム型半導体圧力
センサチップ１に対する圧力変位以外の応力をシリコー
ンゴムで吸収することが可能となり、台座２の厚さを第
３図Ｏ台座６２の厚さに比べ非常に薄くすることが可能
となっている。

前記パッケージ乙には図示されていないが、第１凹部６
ａと第２凹部３ｂの界面６ｃとパッケージの下面６ｅに
はパターンが形成されており、がつ界面６ｃと下面６ｅ
とは埋め込み型のスルーホールで電気的に接続されてお
り、界面３ｃ上のパターンと、ダイヤフラム型半導体圧
力センサチップ１のパターンをワイヤーボンドすること
によりパッケージ３内のダイヤフラム型半導体圧力セン
サチップ１との電気的信号の授受をパッケージ乙の下面
３ｅから行なう構造となっている。

４．５は黒色のボッティング樹脂であって、前記ダイヤ
スラム型半導体圧力センサチップ１とパッケージ３とが
ワイヤーボンドすることによって電気的に接続された後
、ダイヤプラム型半導体圧力センサチソプ１０表面に充
填硬化され、圧力センサチップの表面の電気的、機械的
保護を行なっており、こうして圧力センサユニット１０
が構成されている。ポツティング樹脂４は硬化後にゲル
の状態となる樹脂、例えばゲル状のシリコーンゴムであ
り、ポツティング樹脂５は硬化後にゴム状となる樹脂、
例えばゴム状のシリコーンゴムである。すなわち、その
物性から圧力損失が雫となるゲル状の樹脂には粘着性が
あり、ゴミ等の不純物が付着しやすいため、本発明では
第１層目にゲル状の樹脂４、第２層目にゴム状の樹脂を
使用している。なお、本実施例ではポツティング樹脂４
．５はいずれも黒色の場合を示したが、少なくとも一方
が黒色であれば良く、ゴム状の樹脂５は薄ければ薄いほ
ど良い。

７は樹脂リング、例えばデルリン、テフロン等から構成
されている。８は圧力測定装置の外装、例えば第２図に
示した水深計付ダイバーズウォッチの外装で、外装置に
は凹型状の段部８ａが設けられている。前記樹脂リング
７は前記外装置０段部８ａの内周部８ｂに配設され、さ
らに、圧力センサユニット１０はパッケージ乙の外周部
３ｄが樹脂リング７を圧縮する様に、樹脂リング７の内
周部７ａに押し込まれ、外装置に固定されている。

すなわち、外装置の段部８ａの内周部８ｂとパッケージ
乙の外周部３ｄによって樹脂リング７が圧縮されるため
、こうして圧力センサユニット１０は外装置に固定され
ると共に、防水機能が確保される様になっている。

６は保護板で、例えば第２図の６３の様な形状の穴を有
しており、ダイヤフラム型半導体圧力センサチップ１が
直接棒等で突つかれたり、又何らかの物体がボッティン
グ樹脂５にぶつからない様にするためのもので、以上の
様な危険のない時は省略しても良い。

１１はバネ、１２は回路基板であって、圧力センサユニ
ット１０のパッケージ６の下面６ｅのノくターンと回路
基板１２とはバネ１１を介して電気的に接続され、図示
されていない圧力測定装置の電気回路と電気的に接続さ
れる。

以上の様な圧力センサユニットの応用例が第２図の水深
計付ダイバーズウォッチであって、小型携帯機器への応
用を示す一実施例である。

１４は液晶セル、１５．１６．１７はプツシ−ボタンで
あり、ブツシュボタン１７を押すことにより水深測定モ
ードを呼び出し、この時圧力センサユニット１０が水圧
を検出すると液晶セル１４には例えば「２０ｒｒＬ」と
いった様な水深を表示できる様に構成されている。

〔発明の効果〕

以上の実施例で明らかな様に、本発明によればダイヤフ
ラム型半導体圧力センサチップがポツティング樹脂によ
って覆われるため、気体に限らず不純物を有する液体の
圧力測定が可能となり、圧力媒体の限定がなくなる。又
、金属性のダイヤフラムを使用しないため、構造が簡単
で、小型、薄形化が可能となり、コストダウンが図れる
ばかりか腕時計といった様な小型の携帯機器への使用が
可能となる。

又、ポツティング樹脂として、すくなくとも一方は黒色
の樹脂を使用しているため、光によるリークを防止でき
、光が入る様な環境下、例えば太陽下においても圧力セ
ンサユニットを使用できるという効果をもっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す圧力センサユニットの
要部断面図、第２図は第１図の圧力センサユニットを水
深計として利用した応用例を示す水深計付ダイバーズウ
ォッチの平面図、第３図は従来の半導体圧力センサチッ
プを有する圧力センサユニットの断面図である。 １．６１・・・・・・ダイヤフラム型半導体圧力センサ
チップ、 ２．３２・・・・・・台座、　　３・・・・・・パッケ
ージ、４・・・・・・ゲル状のポツティング樹脂、５・
・・・・・ゴム状のポツティング樹脂。 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）有底状の第１凹部と該第１凹部に連なって形成さ
   れた開口状の第２凹部とを備えたパッケージの前記第１
   凹部の底部に固着された台座、該台座上に固着された圧
   力センサチップよりなり、かつ前記第１および第２凹部
   内にポッティング樹脂を充填してなる圧力センサユニッ
   トにおいて、前記ポッティング樹脂は圧力センサチップ
   を包む第１層目をゲル状の樹脂とし、第２層目をゴム状
   の樹脂としたことを特徴とする圧力センサユニット。
2. （２）第１層目および第２層目のポッティング樹脂のう
   ち少なくとも一方が黒色樹脂であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の圧力センサユニット。