JPS63177030A - 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〕 本発明は圧力センサに関し、さらに詳しく述べると、半
導体のピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサに関
する。この種の圧力センサは、例えばシリコンのような
半導体の結晶格子の間隔が圧力によって変化し、キャリ
アの移動度が変わることによって電気伝導度が変化する
という特性を圧力検知に応用したものである。

〔従来の技術〕

近年、医療用血圧計などへの応用分野で圧力センサの需
要が高まっており、小形軽量、高信鯨性などの点から特
にシリコンダイヤフラムを利用した圧力センサが利用さ
れている。シリコンダイヤフラム型圧力センサは、最近
腕時計に組込まれるに至った事などからもわかるように
、ますますの小形化と低コストを要求されるに至ってい
る。このような状況のもとで、いろいろなシリコンダイ
ヤフラム型圧力センサが特許文献から公知である。

例えば、特開昭５６−５５８３１号公報に開示されてい
る半導体歪ゲージ式圧力センサは、ガラス部材にシリコ
ン部材を接着した構造で圧力センサ組立体を構成し、こ
の圧力センサ組立体をセラミックス基板の厚膜導体の形
成されていない側に配置し、セラミックス基板中の穴を
介して粒状の半田を溶融することによって、シリコン部
材の電極と厚膜導体の電気的接続を直接的に行なうこと
により、構造が簡単で、小型かつ信親性を向上させよう
というものである。また、実開昭５８−１４１３７号公
報には、流体圧力の導入孔をもった絶縁基台に複数のリ
ード片を一体に形成し、所定のリード片の上面に接着剤
層を介して感圧チップを固定するとともに、上記圧力導
入孔を上記チップの受圧部に連通させるための連通孔を
上記リード片に形成し、さらに感圧チップの設定用リー
ド片の熱膨張係数を感圧チップのそれと等しくなるよう
に選定したことを特徴とする半導体感圧装置が開示され
ている。この感圧装置によれば、基台に二律形成された
リード片に感圧チップを直接に固定したことにより従来
必須のスペーサを省略することができ、また、そのスペ
ーサを基台に装置する工程も省略でき、さらに、基台と
スペーサとの位置合わせ工程も不要となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来用いられているシリコンダイヤフラム型圧力センサ
は、上記の説明から理解される通り、装置の単純化、小
型化、そして信鎖性の向上に寄与するところが大である
。しかし、周知のように、本センサに特有の熱応力緩和
構造等の問題があるために、装置の超小型化と低価格化
の要求が十分に満たされていないのがこの分野の実状で
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、このたび、半導体のピエゾ抵抗効果を利用
した半導体圧力センサであって、そのダイヤフラム素子
が該素子を構成する半導体材料とほぼ等しい熱膨張係数
を有する基台との一体的接合によって圧力センサ素子部
を形成しており、該圧力センサ素子部がセンサのハウジ
ング内に弾性部材を介して非固定的及び非接触的に組み
付けられており、そして前記ダイヤフラム素子上の電極
が前記弾性部材でもってセンサの出力ターミナルに直接
的に圧着せしめられていることを特徴とする半導体圧力
センサによって上記問題点を解決し得るということを見
い出した。

本発明による半導体圧力センサは、ピエゾ抵抗効果を利
用したシリコンダイヤフラム型圧力センサであり、前記
ダイヤフラム素子はシリコンと熱膨張係数がほぼ等しい
基台に接合されており、形成された圧力センサ素子部の
ダイヤフラム素子上には少なくとも一層のＡＩ又はＡｕ
等の軟質かつ良導電性の金属からなる電極が形成されて
おり、前記圧力センサ素子部はセンサのケースあるいは
ハウジングに設けた電極部に前記電極が接するように配
置されており、そして前記素子部とケースとがその素子
部と前記ケースの電極部が圧着する方向にスプリング作
用を有する弾性部材を介して固定されている。

本発明の圧力センサにおいて、圧力センサ素子部の基台
は好ましくは硼珪酸ガラス、例えばパイレックス＃７７
４０　（商品名）として入手可能なものからなり、ダイ
ヤフラム素子と陽極接合されている。

本発明では弾性部材とその形状及び配置も重要である０
弾性部材は、それが所期のスプリング作用を奏する限り
において特に限定されないというものの、ゴムリング、
クリップ等の形をしたものが有利である０弾性部材は、
前記した通り、圧力センサ素子部をケースあるいはハウ
ジングに組み付ける働き、そして圧力センサ素子部の電
極とセンサの出力ターミナルとの直接の電気的接続を保
証する働きを有している。さらに、弾性部材は、もしも
それがゴムリングの形をしたものであるならば、測定圧
、例えば２系統の測定圧と基準大気圧との遮蔽壁として
も機能することができる。

本発明によれば、圧力センサ素子上のＡ２電掻等を直接
にケース等のリード等の電極にコンタクトさせるために
、半田付は工程や、ボンディングワイヤ等の使用による
横方向のスペースが不要となる。一般的には、３〜４鶴
角程度の圧力センサ素子で従来のワイヤボンディング構
造ではデュアルラインパッケージタイプで１５鶴角程度
の大きさが一般であるのに対し、本発明では約７〜８鶴
角と３分の工程度の面積にすることが可能である。

さらに、組立て構造が簡単なために低コスト化が実現で
きる０例えば、以下に説明するけれども、第１図の構成
では、圧力センサ素子部をセントしてクリップにはさみ
込むだけである。また、第２図の構成では、第１図の構
成と同様に素子部をセントしてからゴムリングをセット
し、次にケースとケースを瞬間接着剤等で固定すれば組
立て完了である。低コスト化を実現することにより、使
い捨て可能な価格が要求されている方面での利用が拡大
できる１例えば気象用ゾンデとか医用けいたい用使い捨
て血圧計などがそれである。

周知のように、ピエゾ抵抗効果を利用したシリコンダイ
ヤフラム型の圧力センサは、組立て構造の外囲器等から
の熱歪等の応力緩和が重要となるけれども、本発明のセ
ンサの構造では、圧力センサ素子部を外部ケース等に完
全に固定していないために（非固定及び非接触）、外部
応力の影響をきわめて小さくすることができる。即ち、
電極部は、例えばｔＣテスターにおける電気検査時のブ
ロービングと同じ考えにもとづく接触方式であり、熱膨
張の違いによる変位はセンサ素子上の電極とリード電極
との間のスベリにより吸収される。また、基台は、スプ
リング方式での固定を採用しており、完全固定方式に比
べて熱応力の発生は少ない、実際に確認したところでは
、本発明では、公′知のシリコンゴム等の応力吸収材を
用いた固定方式と同程度の応力緩和を得ることが可能で
ある。

このように素子部への外部応力の影響が小さい構造であ
るので、基台は比較的薄くできるとか、ケースの材質選
択に自由度があるとかのメリットがある。基台の厚さは
、使用条件（振動、測定圧力。

スプリング力等）によって異なるけれども、３１角圧カ
センサ素子の場合に１鶴であれば十分であり、スプリン
グ効果によるソリなどの影響は性能上問題のないレベル
である。

〔実施例〕

次いで、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照し
ながら説明する。

第１図は、基準圧室を有する絶対圧センサの構造を示し
た略示図である０図示の圧力センサにおいて、基板１は
、合成樹脂製であって、それにインサートモールドされ
た一対のリード端子３Ａ及び３Ｂを有している。この樹
脂基板１の両端には、該基板と一体となっている壁体２
が設けられている。シリコンダイヤフラム素子４は、硼
珪酸ガラスからなる基台５に陽極接合等の手法によって
一体的に接合されていて、ここでいう“圧力センサ素子
部”を構成している０図中の７は真空室であり、この絶
対圧センサの基準室となっている。

６＾及び６Ｂは、それぞれ前記圧力センサ素子部上に形
成されているＡ１等よりなる電極である。

８は樹脂基板１と前記圧カセシサ素子部を一体的に保持
するためのスプリング機能を有するクリップである。

第２図には本発明による半導体圧力センサのもう１つの
実施例であるゲージ圧センサ（大気圧基準）が略示され
ている０合成樹脂又はセラミック等の絶縁材料からなる
ケース９は、図示される通り、それに挿入固定されたり
−ドピンＩＯＡ及び１０Ｂを有している。ケース１１も
ケース９と同様の材料からできており、これらのケース
は接着剤等の手段を介して固定されている。圧力センサ
素子部は、第１図に示した絶対圧センサと同様、シリコ
ンダイヤフラム素子１４、硼珪酸ガラスからなる基台１
５、そしてＡＩ等よりなる電極１６Ａ及び１６Ｂから構
成されており、ゴムリング１２を介してケース内に一体
的に保持されている。ケース１１には測定圧力を導入す
る圧力ボート１３があり、基台１５の開孔１９を通して
ダイヤフラム素子１４に測定圧を伝達する。ケース１１
の開孔１８は、基準圧となる大気圧の開放孔であり、大
気圧はダイヤフラム素子１４の測定圧とは反対側の面に
通じている。また、測定圧と大気圧とを仕切る機能を上
述のゴムリング１２が奏している。なお、図示の例にお
いて、リードビンＩＯＡ及びＩＯＢとケース９の界面、
あるいはケース１１とケース９の接合部に大気が通じ得
る程度の孔を設けた場合には、特に開孔１８を設定する
ことは不必要である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の小型圧力センサよりもさらに小
型な圧力センサを提供することができる。

さらに、本発明の圧力センサは、組立て構造が簡単であ
り、また、したがって、低コスト化を実現することがで
きる。さらに、本発明の圧力センサでは、圧力センサ素
子部を外部ケース等に完全に固定する構造をとっていな
いので、外部応力の影響をきわめて小さくすることがで
き、また、これに関連したメリットを得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による絶対圧センサの一例を示した断面
図、そして 第２図は本発明によるゲージ圧センサの一例を示した断
面図である。 図中、１は基板、３Ａ及び３Ｂはリード端子、４はダイ
ヤプラム素子、５は基台、６Ａ及び６Ｂは電極、８はり
、リップ、９及び１１はケース、１０Ａ及びＩＯＢはり
−ドピン、１２はゴムリング、１４はダイヤフラム素子
、１５は基台、そして１６Ａ及び１６Ｂは電極である。 １・・・基板 ３Ａ、３Ｂ・・・　リード端子 ４・・・ダイヤフラム素子 ５・・・基台 ６Ａ、６Ｂ・・・電極 ８・・・クリップ １０Ａ、１０Ｂ・・・　リードピン １２・・・ゴムリング １４・・・ダイヤフラム素子 １５・・・基台 １６Ａ、１６Ｂ・・・電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体のピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力セン
   サであって、そのダイヤフラム素子が該素子を構成する
   半導体材料とほぼ等しい熱膨張係数を有する基台との一
   体的接合によって圧力センサ素子部を形成しており、該
   圧力センサ素子部がセンサのハウジング内に弾性部材を
   介して非固定的及び非接触的に組み付けられており、そ
   して前記ダイヤフラム素子上の電極が前記弾性部材でも
   ってセンサの出力ターミナルに直接的に圧着せしめられ
   ていることを特徴とする半導体圧力センサ。 ２、前記基台が硼珪酸ガラスからなり、前記ダイヤフラ
   ム素子と陽極接合されている、特許請求の範囲第１項に
   記載の半導体圧力センサ。 ３、前記弾性部材がゴムリングであり、これが測定圧と
   基準大気圧の遮蔽壁となっている、特許請求の範囲第１
   項に記載の半導体圧力センサ。 ４、前記ゴムリングが２系統の測定圧の遮蔽壁となって
   いる、特許請求の範囲第３項に記載の半導体圧力センサ
   。 ５、前記弾性部材がクリップであり、そのスプリング機
   能部でもって前記圧力センサ素子部及び出力ターミナル
   保有部材を把持している、特許請求の範囲第１項に記載
   の半導体圧力センサ。 ６、前記半導体材料がシリコンである、特許請求の範囲
   第１項〜第５項のいずれか１項に記載の半導体圧力セン
   サ。