JPS62242831A - 圧力検出器 - 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、油や気体のような流体の圧力が電圧に変換す
るための圧力変換素子を用いた圧力検出器に係り、特に
高圧流体の圧力を検出するのに適した圧力検出器に関す
るものである。

〔従来の技術〕

一般に高い圧力を検出する場合にはブルドン管を用いた
圧力計や金属箔ゲージを用いた圧力計が使用される。前
者は構成が簡単で安定した出力を得ることができるが、
形状が大きいという難点があり、後者は金属箔ゲージの
感度が小さいために回路処理が難しく計測器として使用
するのには良いが圧力検出センサとして常時使用するに
は零ドリフトが問題となる。

感度の高いゲージとして半導体ゲージを用いたものが知
られている（例えば、実開昭５５−４７６１５号公報、
実開昭５６−９６３４４号公ａ）。

これらは一般に大気圧前後の低圧の流体圧力を検出する
ことを目的としたもので、このため、半導体ウェハーの
片面をエツチングすることにより薄いダイヤフラム部分
が形成されている。

ここで本発明の目的のように高耐圧を実現するにはダイ
ヤフラムとなる半導体ウェハーを厚くする必要があり、
検出可能な感度を確保するようにシリコンの板厚を決め
た場合ダイヤフラム周辺において応力が集中し、シリコ
ンの強度（曲げ強度７〜３５ｋｇ／ｃａｌ）からみて破
壊の危険性があり、破壊しないように十分に厚くした場
合には所望の感度が得られないという問題のため高耐圧
の圧力検出器の実現はできなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記した問題点を解消すべく、ダイヤフラム
となるチップを小型にでき、量産的であり、しかも高耐
圧の圧力検出器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〕

本発明は、ダイヤフラムに窒化ケイ素系のセラミックス
（例えば曲げ強度６０ｋｇ／ｃａ１以上）を用い、また
窒化ケイ素系セラミックスの上への歪ゲージの構成はシ
リコンウェハーと同様に、厚さ０゜２〜０．５鰭程度の
シートをつくり、これを研摩して用いる。

〔作用〕

本発明による圧力検出器においては、ダイヤフラムに窒
化ケイ素系のセラミックスを用いているから、ダイヤフ
ラム自体の強度を大きくすることができ、またセラミッ
クスのウェハー上の歪ゲージの形成プロセスは半導体の
プロセスを用いることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本発明になる圧力検出器の一実施例の構成を示
す要部縦断面図で、■は圧力を検出するセンシングエレ
メント、２はハウジングであり、このハウジング２には
ネジ山２ｂが形成されており、図示していない被検出体
に取り付けられるようになっている。前記センシングエ
レメント１の端部１ａとハウジング２の端部２ａとは電
気溶接等により密着固定されている。３はセンシングエ
レメント１の信号を処理して出力するための処理回路で
ある。４はセンシングエレメントと処理回路を電気的に
接続するための第１リード線である。

５はハウジング２の上面をシールするためのシール樹脂
である。６はシール樹脂５を押さえるためのリングであ
り、ハウジング２に打ち込み固定しである。７はシール
のためのモールド樹脂である。

８は処理回路３の信号を外部に取り出すための第２リー
ド線であり、前記シール樹脂５とは密着固定されており
気密が保たれている。第２図（Ａ）、（Ｂ）は前記セン
シングエレメントｌの詳細を示す図で、第２図（Ａ）は
上部から見た平面図、第２図（Ｂ）は縦断面図で、１０
は金属からなるセンシングエレメントのボディであり、
端部１ａは突起状になっており、中央に直径りの円形の
穴１０ａが設けられている。１１はセラミックス（この
場合は窒化ケイ素系セラミックス）から成るチップであ
り、１２はチップ１１上に形成された５ｉＯｔ等からな
るセラミックスとポリシリコンとになじみの良い絶縁膜
であり、１３はポリシリコンの歪ゲージで、図示のよう
に４個の歪ゲージ１３ａ、１３ｂｓ　１００％　１３ｄ
より構成されている。１４は金属薄膜より成る電極で、
４個の電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄより構成さ
れ、これにより前記歪ゲージ１３はフルブリッジに構成
されている。１５は前記各電極上に設置されたポストで
ある。１６はボディｌＯとチップ１１を接合するための
ロー材である。

次にチップ１１の製作について述べると、窒化ケイ素系
セラミックスを薄板状にしセラミックスウェハー（例え
ば直径３０〜１５ｆｌ）をつ（る。

これの表面を研摩し、ラッピングして表面を平坦化した
後洗浄し、表面にＳ　Ｉ　Ｏを等よりなる絶縁膜をスパ
ッタリング等の薄膜形成技術で形成する。

その後ポリシリコンを減圧ＣＶＤ装置等で形成し不純物
をドープして所定キャリア濃度のポリシリコン膜とする
。その後歪ゲージのパターニングをホトリングフライの
工程で行い、エツチングにより歪ゲージ１３を形成する
。４個の歪ゲージをフルブリフジにて接続させるために
、例えばアルミ等の金属薄膜を蒸着等により成膜し、ホ
トリングラフィとエツチングの工程により第２図（Ａ）
に示すようにパターニングを行い、その後ダイシングソ
ーにてウェハーをチップの大きさに切断して各チップを
ボディ１０とロー付けし、その後電極１４上にポスト１
５をつける。

次に、上記構成になる本発明圧力検出器の作動について
説明する。センシングエレメント１に圧力が印加される
と、チップ１１はボディ１０の円穴１０ａの部分に対応
する部分が周辺固定の円形ダイヤフラムとなって歪み、
歪ゲージ１３ａ、１３ｃは引張り応力を受けて抵抗値が
増加し、一方正ゲージ１３ｂ、１３ｄには圧縮応力が加
わって抵抗値が減少する。４個の歪ゲージ１３ａ、１３
ｂ、１３ｃ、１３ｄはフルブリッジ構成となっているの
で、例えば、電極１４ａと１４ｃの間に一定電圧Ｅを印
加し、電極１４ｂと１４ｄの間の電圧を出力とすれば、
流体圧力の変化に対応した出力が得られる。この出力を
処理回路３で増幅し、かつ温度補償をして第２１Ｊ−ド
線８より外部に出力する。

〔発明の効果〕

上述のように、本発明になる圧力検出器においては、被
検出流体に面するダイヤフラムを耐強度に優れた窒化ケ
イ素系セラミックスを用い、しかもボディにロー付けに
より接合しであるので、チップの破損やチップとボディ
のはく離等がなく、高耐圧であり、高圧の検出を安定に
行うことができるという優れた効果がある。

また、セラミックスでセンシングエレメントを一体型で
作ることも考えられるが、この場合には、セラミックス
の製作上、またフォトリングラフィの工程が難しくなる
のに対し、本発明においては、セラミックスのウェハー
に歪ゲージを形成し、それをカットして用いているので
、ウェハーの製作は容易となり、歪ゲージの形成も半導
体製造のプロセスを適用できるので、簡単になるという
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる圧力検出器の一実施例の構成を示
す要部縦断面図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図図示の
本発明圧力検出器におけるセンシングエレメントの詳細
を示す平面図及び縦断面図である。 １・・・センシングエレメント、２・・・ハウジング。 ３・・・処理回路、１０・・・ボディ、１１・・・チッ
プ、１２・・・絶縁膜、１３・・・歪ゲージ、１３ａ、
１３ｂ。 １３Ｃ，１３ｄ・・・歪ゲージ、１４・・・電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体歪ゲージにより圧力を検出するセンシングエレ
   メントと、 前記センシングエレメントと密着固定されたハウジング
   と、 前記半導体歪ゲージに接続されその信号を増幅し温度補
   償をする処理回路と、この処理回路に接続され電気信号
   を外部に取り出すコネクタ手段とから成り、 前記センシングエレメントは中央部に穴を有する金属の
   ボディと、このボディの片面に密着固定され開口部がダ
   イヤフラムとなる窒化ケイ素系セラミックスの上にポリ
   シリコンからなる半導体歪ゲージを複数個配置したこと
   を特徴とする圧力検出器。