JPS637334B2 - - Google Patents
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- JPS637334B2 JPS637334B2 JP55057515A JP5751580A JPS637334B2 JP S637334 B2 JPS637334 B2 JP S637334B2 JP 55057515 A JP55057515 A JP 55057515A JP 5751580 A JP5751580 A JP 5751580A JP S637334 B2 JPS637334 B2 JP S637334B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/147—Details about the mounting of the sensor to support or covering means
-
- G—PHYSICS
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/0007—Fluidic connecting means
- G01L19/0038—Fluidic connecting means being part of the housing
-
- G—PHYSICS
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- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/0061—Electrical connection means
- G01L19/0084—Electrical connection means to the outside of the housing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/142—Multiple part housings
- G01L19/143—Two part housings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高感度で汎用性に富んだ簡易な構造の
半導体圧力変換装置に関する。
半導体圧力変換装置に関する。
近年、半導体プレーナ技術の応用によつてシリ
コン等の半導体単結晶板の一部を肉薄加工して起
歪ダイヤフラムを形成し、このダイヤフラム上に
感圧素子としての拡散層を形成し、上記拡散層の
ピエゾ抵抗効果を利用して圧力検出することが行
われている。第1図はこの種半導体圧力変換装置
の一例を模式的に示したもので、図中1は、例え
ばn型シリコン単結晶の中央部を肉薄加工してダ
イヤフラム2を形成した感圧ペレツトである。こ
のダイヤフラム2上には結晶方位に合せて拡散形
成されたp形のピエゾ抵抗層3が複数個配置され
ている。しかして感圧ペレツト1は固定台4上に
固定され、この固定台4と共に有底筒状のホルダ
5の内側に保持されている。このホルダ5の底部
から固定台4の中央部を貫通して設けられた金属
性のパイプ6は前記感圧ペレツト1のダイヤフラ
ム2に圧力P1を導入するもので、ダイヤフラム
2の表面圧力P2との差分によつてダイヤフラム
2に歪が生起される。尚、上記パイプ6はハーメ
チツク部材7によつてホルダ5に固定され、前記
抵抗層3は、ホルダ5の周囲に設けられたリード
体8にAuやAl等のボンデイングワイヤ9により
電気的に接続されている。
コン等の半導体単結晶板の一部を肉薄加工して起
歪ダイヤフラムを形成し、このダイヤフラム上に
感圧素子としての拡散層を形成し、上記拡散層の
ピエゾ抵抗効果を利用して圧力検出することが行
われている。第1図はこの種半導体圧力変換装置
の一例を模式的に示したもので、図中1は、例え
ばn型シリコン単結晶の中央部を肉薄加工してダ
イヤフラム2を形成した感圧ペレツトである。こ
のダイヤフラム2上には結晶方位に合せて拡散形
成されたp形のピエゾ抵抗層3が複数個配置され
ている。しかして感圧ペレツト1は固定台4上に
固定され、この固定台4と共に有底筒状のホルダ
5の内側に保持されている。このホルダ5の底部
から固定台4の中央部を貫通して設けられた金属
性のパイプ6は前記感圧ペレツト1のダイヤフラ
ム2に圧力P1を導入するもので、ダイヤフラム
2の表面圧力P2との差分によつてダイヤフラム
2に歪が生起される。尚、上記パイプ6はハーメ
チツク部材7によつてホルダ5に固定され、前記
抵抗層3は、ホルダ5の周囲に設けられたリード
体8にAuやAl等のボンデイングワイヤ9により
電気的に接続されている。
このような構造を有する装置によれば、感圧ペ
レツト1のダイヤフラム2に印加される圧力P1,
P2の差によるダイヤフラム2の変形により、拡
散抵抗層3が変形歪に感応した抵抗変化を示すこ
とから、この抵抗変化から上記圧力を検出するこ
とが可能となる。そして同装置は製作・電気的試
験・パツケージング等を標準的な技術により行い
得るので量産性に富み、従来のストレーンゲージ
形のものに比して低コストであり、小型化高感度
化を図り得ると共にヒステリシス特性が極めて優
れている等の効果を奏する。
レツト1のダイヤフラム2に印加される圧力P1,
P2の差によるダイヤフラム2の変形により、拡
散抵抗層3が変形歪に感応した抵抗変化を示すこ
とから、この抵抗変化から上記圧力を検出するこ
とが可能となる。そして同装置は製作・電気的試
験・パツケージング等を標準的な技術により行い
得るので量産性に富み、従来のストレーンゲージ
形のものに比して低コストであり、小型化高感度
化を図り得ると共にヒステリシス特性が極めて優
れている等の効果を奏する。
ところで、感圧ペレツト1の圧力P1が加わる
ダイヤフラム2の面は金属以上の耐蝕性が確保さ
れて表面保護の必要がない。然乍ら拡散抵抗層3
を形成した圧力P2が加わる面では、上記拡散抵
抗層3の接合部保護や電極保護等が必要となる
が、その表面保護部材の選択が非常に難かしい。
この為、各種用途に対する汎用性に乏しい問題が
あつた。
ダイヤフラム2の面は金属以上の耐蝕性が確保さ
れて表面保護の必要がない。然乍ら拡散抵抗層3
を形成した圧力P2が加わる面では、上記拡散抵
抗層3の接合部保護や電極保護等が必要となる
が、その表面保護部材の選択が非常に難かしい。
この為、各種用途に対する汎用性に乏しい問題が
あつた。
さて従来、この半導体圧力センサは工業用の圧
力・差圧伝送器用として開発されている。第2図
は差圧伝送器用の一構成例を示すもので、流体圧
力に感応するSiダイヤフラム11を保持したパツ
ケージ12を筐体13の中央部に圧力気密に設
け、上記ダイヤフラム11の表裏面にそれぞれ連
通した圧力室14a,14bに金属ダイヤフラム
15a,15bを設けた構造を有する。そして、
上記金属ダイヤフラム15a,15bにより外部
と隔離された筐体内部に前記ダイヤフラム11を
浸漬する状態で電気絶縁性油等のプロセス流体1
6を充填し、前記圧力室14a,14bに外部か
ら導入される圧力を金属ダイヤフラム15a,1
5bとプロセス流体16を介してSiダイヤフラム
11の表裏面に伝達する構造となつている。尚、
図中17はピストン機構で、圧力室14a,14
bに導入される圧力差が過大な場合に上記プロセ
ス流体16の流路を閉じて、過大圧力によるSiダ
イヤフラム11の破壊を防止するものである。
力・差圧伝送器用として開発されている。第2図
は差圧伝送器用の一構成例を示すもので、流体圧
力に感応するSiダイヤフラム11を保持したパツ
ケージ12を筐体13の中央部に圧力気密に設
け、上記ダイヤフラム11の表裏面にそれぞれ連
通した圧力室14a,14bに金属ダイヤフラム
15a,15bを設けた構造を有する。そして、
上記金属ダイヤフラム15a,15bにより外部
と隔離された筐体内部に前記ダイヤフラム11を
浸漬する状態で電気絶縁性油等のプロセス流体1
6を充填し、前記圧力室14a,14bに外部か
ら導入される圧力を金属ダイヤフラム15a,1
5bとプロセス流体16を介してSiダイヤフラム
11の表裏面に伝達する構造となつている。尚、
図中17はピストン機構で、圧力室14a,14
bに導入される圧力差が過大な場合に上記プロセ
ス流体16の流路を閉じて、過大圧力によるSiダ
イヤフラム11の破壊を防止するものである。
一方、第3図は圧力伝送器の一例を示すもの
で、Siダイヤフラム21の一面を大気に開放し、
他面側より圧力を加える構造を有し、上記他面側
と金属ダイヤフラム22との間にプロセス流体2
3を充填している。尚、図中24はSiダイヤフラ
ム21を保持したホルダで、25は筐体である。
で、Siダイヤフラム21の一面を大気に開放し、
他面側より圧力を加える構造を有し、上記他面側
と金属ダイヤフラム22との間にプロセス流体2
3を充填している。尚、図中24はSiダイヤフラ
ム21を保持したホルダで、25は筐体である。
かくして上記第2図および第3図に示す工業用
の差圧・圧力伝送器では、Siダイヤフラム11,
21の表面がシリコン油等のプロセス流体16,
23にて保護されるので、上記Siダイヤフラム1
1,21の特性を極めて安定に維持することがで
きる。そして、硫酸や弗酸やベドロ等のような腐
蝕性流体の圧力を測定する場合であつても、その
機能を十分に発揮させることができ、実用性に富
む。
の差圧・圧力伝送器では、Siダイヤフラム11,
21の表面がシリコン油等のプロセス流体16,
23にて保護されるので、上記Siダイヤフラム1
1,21の特性を極めて安定に維持することがで
きる。そして、硫酸や弗酸やベドロ等のような腐
蝕性流体の圧力を測定する場合であつても、その
機能を十分に発揮させることができ、実用性に富
む。
ところが工業用伝送器として用いられる場合に
は上記第2図および第3図に示す如き複雑な装置
構造を採用しても問題はないが、大衆的な汎用装
置として用いる場合には、適度な性能と低コスト
であることが要求され、上記した構造を採用する
ことは到底望めない。特に、このような要求を満
たす為には、第3図に示すように、表面保護を必
要とするダイヤフラムの拡散抵抗層形成面のみを
シリコン油等で覆うことが望ましい。ところが、
上記シリコン油等をダイヤフラム面に充填し、こ
れを保持する安価な最適構造を実現することが難
かしかつた。また、上記ダイヤフラム面を上にし
て用いる等、用途が限定される虞れもあり、汎用
性に欠ける問題もあつた。
は上記第2図および第3図に示す如き複雑な装置
構造を採用しても問題はないが、大衆的な汎用装
置として用いる場合には、適度な性能と低コスト
であることが要求され、上記した構造を採用する
ことは到底望めない。特に、このような要求を満
たす為には、第3図に示すように、表面保護を必
要とするダイヤフラムの拡散抵抗層形成面のみを
シリコン油等で覆うことが望ましい。ところが、
上記シリコン油等をダイヤフラム面に充填し、こ
れを保持する安価な最適構造を実現することが難
かしかつた。また、上記ダイヤフラム面を上にし
て用いる等、用途が限定される虞れもあり、汎用
性に欠ける問題もあつた。
本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、安価で汎用性に
富む簡易な構造を有し、感圧ペレツトのダイヤフ
ラム面の表面保護を効果的に行つてその特性を十
分に発揮することのできる半導体圧力変換装置を
提供することにある。
ので、その目的とするところは、安価で汎用性に
富む簡易な構造を有し、感圧ペレツトのダイヤフ
ラム面の表面保護を効果的に行つてその特性を十
分に発揮することのできる半導体圧力変換装置を
提供することにある。
即ち、本発明は、感圧ペレツトのダイヤフラム
面の表面保護を行うシリコン油等の電気絶縁性の
油が、上記ペレツトの傾き等によつてその自重に
より落下しなければ保護目的を達成することに着
目してなされたものである。
面の表面保護を行うシリコン油等の電気絶縁性の
油が、上記ペレツトの傾き等によつてその自重に
より落下しなければ保護目的を達成することに着
目してなされたものである。
以下、図面を参照して本発明の実施例につき説
明する。
明する。
第4図は実施例装置の概略構成を示す断面模式
図である。n−Si単結晶板からなる感圧ペレツト
31は、その一面中央部を肉薄加工してダイヤフ
ラム32を形成し、このダイヤフラム32上の他
面側に結晶方位に沿つてP型不純物を拡散し、拡
散抵抗層(ピエゾ抵抗層)33を複数個形成して
いる。この感圧ペレツト31はダイヤフラム32
の周囲脚部を、固定台34上に固定されている。
この固定台34には、その中央部に上記ダイヤフ
ラム32の空間部に連通する孔34aを有し、こ
の孔34aに嵌合して金属性の圧力導入パイプ3
5を圧力気密に固定している。しかして有底筒状
体からなるホルダ36の底面中央部には、上記パ
イプ35を挿通する孔36aが設けられており、
パイプ35は孔36a部にハーメチツクシール部
材37により気密に固定されている。これにより
前記感圧ペレツト31がホルダ36の内部に保持
され、前記ダイヤフラム32の裏面部空間がパイ
プ35を介して大気に開放されている。一方、ホ
ルダ36の周壁部に設けられた複数の孔36bに
は金属リード線38がガラス板39により絶縁さ
れて固定されている。このリード線38の上端部
と前記感圧ペレツト31の拡散抵抗層33の電極
部とがAu等のボンデイング線40にて接続され
て電極リードの引出しがなされている。しかし
て、ホルダ36の内部には前記感圧ペレツト31
を侵漬してシリコン油等の粘性を有し、且つ電気
絶縁性を有する油41が充填され、この油41を
ホルダ36内に封入する如くホルダ36の上端開
口部に蓋体42が嵌合固定されている。この蓋体
42には、前記感圧ペレツト31に対向する領域
を避けて、つまり周辺領域に多数の貫通孔43が
穿たれている。これらの貫通孔43の径はホルダ
36に充填される油41の比重やホルダ36の底
面からの蓋体42の高さh等に基づいて定められ
ている。即ち、本装置を逆さにした場合、油41
の自重に比して表面張力が大なる関係に設定し、
貫通孔43を介する油41の漏洩を阻止するよう
に構成されている。例えば貫通孔43の半径を
r、油41の比重をρ、その表面張力をνとした
とき、 2πrν>hρ・πr2 なる関係を満たすように設定される。この条件を
満足すれば貫通孔43の数は問題とならないこと
は云うまでもない。従つて例えば通常のセンサで
あつて、h=1.5cm、油41の比重ρが0.9、蓋体
42がアルミ材からなり表面張力νが50dyn/cm
以上である場合には、貫通孔43の半径rを0.07
cm以下に設定すればよい。
図である。n−Si単結晶板からなる感圧ペレツト
31は、その一面中央部を肉薄加工してダイヤフ
ラム32を形成し、このダイヤフラム32上の他
面側に結晶方位に沿つてP型不純物を拡散し、拡
散抵抗層(ピエゾ抵抗層)33を複数個形成して
いる。この感圧ペレツト31はダイヤフラム32
の周囲脚部を、固定台34上に固定されている。
この固定台34には、その中央部に上記ダイヤフ
ラム32の空間部に連通する孔34aを有し、こ
の孔34aに嵌合して金属性の圧力導入パイプ3
5を圧力気密に固定している。しかして有底筒状
体からなるホルダ36の底面中央部には、上記パ
イプ35を挿通する孔36aが設けられており、
パイプ35は孔36a部にハーメチツクシール部
材37により気密に固定されている。これにより
前記感圧ペレツト31がホルダ36の内部に保持
され、前記ダイヤフラム32の裏面部空間がパイ
プ35を介して大気に開放されている。一方、ホ
ルダ36の周壁部に設けられた複数の孔36bに
は金属リード線38がガラス板39により絶縁さ
れて固定されている。このリード線38の上端部
と前記感圧ペレツト31の拡散抵抗層33の電極
部とがAu等のボンデイング線40にて接続され
て電極リードの引出しがなされている。しかし
て、ホルダ36の内部には前記感圧ペレツト31
を侵漬してシリコン油等の粘性を有し、且つ電気
絶縁性を有する油41が充填され、この油41を
ホルダ36内に封入する如くホルダ36の上端開
口部に蓋体42が嵌合固定されている。この蓋体
42には、前記感圧ペレツト31に対向する領域
を避けて、つまり周辺領域に多数の貫通孔43が
穿たれている。これらの貫通孔43の径はホルダ
36に充填される油41の比重やホルダ36の底
面からの蓋体42の高さh等に基づいて定められ
ている。即ち、本装置を逆さにした場合、油41
の自重に比して表面張力が大なる関係に設定し、
貫通孔43を介する油41の漏洩を阻止するよう
に構成されている。例えば貫通孔43の半径を
r、油41の比重をρ、その表面張力をνとした
とき、 2πrν>hρ・πr2 なる関係を満たすように設定される。この条件を
満足すれば貫通孔43の数は問題とならないこと
は云うまでもない。従つて例えば通常のセンサで
あつて、h=1.5cm、油41の比重ρが0.9、蓋体
42がアルミ材からなり表面張力νが50dyn/cm
以上である場合には、貫通孔43の半径rを0.07
cm以下に設定すればよい。
かくしてこのような構造を採用した本装置によ
れば、表面保護作用を呈する油を安定に保持する
ことができる上、貫通孔43を介する圧力導入が
可能となる為に従来のような金属ダイヤフラムが
不要である。従つて従来構造に比して構成の大幅
な簡素化と低コスト化を図り得る。そして、汎用
装置としての或る程度の性能確保を図ることがで
きる上、使用形態も種々変えることができるので
取扱いが容易である。特に、上記油41と混り合
う溶媒系の液体を除けば、各種液体と接触させて
使用することができるので、汎用装置としての性
能を十分に発揮する。
れば、表面保護作用を呈する油を安定に保持する
ことができる上、貫通孔43を介する圧力導入が
可能となる為に従来のような金属ダイヤフラムが
不要である。従つて従来構造に比して構成の大幅
な簡素化と低コスト化を図り得る。そして、汎用
装置としての或る程度の性能確保を図ることがで
きる上、使用形態も種々変えることができるので
取扱いが容易である。特に、上記油41と混り合
う溶媒系の液体を除けば、各種液体と接触させて
使用することができるので、汎用装置としての性
能を十分に発揮する。
尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるもの
ではない。例えば蓋体に設ける貫通孔の数やその
孔径は装置の仕様に応じて上記した条件を満足さ
せるべく設定すればよい。また油として上述した
シリコン油のみに限定されることもない。また感
圧ペレツトの仕様についても種々設計可能であ
る。要するに本発明はその要旨を逸脱しない範囲
で変形して実施することができる。
ではない。例えば蓋体に設ける貫通孔の数やその
孔径は装置の仕様に応じて上記した条件を満足さ
せるべく設定すればよい。また油として上述した
シリコン油のみに限定されることもない。また感
圧ペレツトの仕様についても種々設計可能であ
る。要するに本発明はその要旨を逸脱しない範囲
で変形して実施することができる。
第1図は半導体圧力変換装置の基本構成図、第
2図および第3図はそれぞれ工業用の圧力差圧伝
送器の概略構成図、第4図は本発明の一実施例の
装置概略構成を示す断面模式図である。 31……感圧ペレツト、32……ダイヤフラ
ム、33……拡散抵抗層、34……固定台、35
……圧力導入パイプ、36……ホルダ、41……
電気絶縁性油、42……蓋体、43……貫通孔。
2図および第3図はそれぞれ工業用の圧力差圧伝
送器の概略構成図、第4図は本発明の一実施例の
装置概略構成を示す断面模式図である。 31……感圧ペレツト、32……ダイヤフラ
ム、33……拡散抵抗層、34……固定台、35
……圧力導入パイプ、36……ホルダ、41……
電気絶縁性油、42……蓋体、43……貫通孔。
Claims (1)
- 1 肉薄ダイヤフラム上に歪抵抗層を拡散形成し
た半導体単結晶からなる感圧ペレツトと、この感
圧ペレツトを取囲んで保持したホルダと、このホ
ルダに設けられて上記感圧ペレツトに圧力を導入
する機構と、上記ホルダに充填されて前記感圧ペ
レツトを侵漬した電気絶縁性の油と、この油を前
記ホルダ内に閉塞する前記ホルダの蓋体と、この
蓋体に設けられて前記油の表面張力による油の漏
洩を生じることのない小孔とを具備したことを特
徴とする半導体圧力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5751580A JPS56154638A (en) | 1980-04-30 | 1980-04-30 | Semiconductor pressure converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5751580A JPS56154638A (en) | 1980-04-30 | 1980-04-30 | Semiconductor pressure converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS56154638A JPS56154638A (en) | 1981-11-30 |
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1980
- 1980-04-30 JP JP5751580A patent/JPS56154638A/ja active Granted
Patent Citations (1)
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JPS5143980A (ja) * | 1974-10-14 | 1976-04-15 | Automobile Antipollution | Handotaihizumigeejishikiatsuryokusensa |
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JP2011236522A (ja) * | 2010-05-10 | 2011-11-24 | Japan Vilene Co Ltd | 液体供給装置 |
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JPS56154638A (en) | 1981-11-30 |
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