WO2019123853A1 - 圧力センサ - Google Patents

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WO2019123853A1
WO2019123853A1 PCT/JP2018/040560 JP2018040560W WO2019123853A1 WO 2019123853 A1 WO2019123853 A1 WO 2019123853A1 JP 2018040560 W JP2018040560 W JP 2018040560W WO 2019123853 A1 WO2019123853 A1 WO 2019123853A1
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WO
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pressure sensor
sensor chip
semiconductor pressure
semiconductor
adhesive layer
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PCT/JP2018/040560
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English (en)
French (fr)
Inventor
和哉 滝本
Original Assignee
株式会社鷺宮製作所
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor, and more particularly to a pressure sensor using a semiconductor pressure sensor chip in which a diaphragm portion is formed as in a piezoresistive method.
  • a pressure sensor for detecting the pressure of a fluid for example, a semiconductor pressure sensor chip such as a piezoresistive effect type described in Patent Document 1, an electrostatic capacitance detection type, or a silicon resonant type is used. Pressure sensors are known.
  • a diaphragm is formed on a material having piezoresistive effect (eg, single crystal silicon), and a plurality of semiconductor strain gauges are formed on the surface of the diaphragm. These semiconductor strain gauges are bridge connected to form a bridge circuit. And, due to the fluctuation of the pressure of the fluid to be detected, the diaphragm part is deformed, and the gauge resistance of the semiconductor strain gauge is changed accordingly, and this change is taken out as an electric signal through the bridge circuit, thereby the fluid Pressure is detected.
  • a material having piezoresistive effect eg, single crystal silicon
  • thermal stress is generated due to the difference in the linear expansion coefficients of the semiconductor pressure sensor chip, the support member supporting the same, and the adhesive. That is, for example, when the ambient temperature decreases, the adhesive having a larger linear expansion coefficient shrinks compared to the semiconductor pressure sensor chip, and when the ambient temperature rises, the adhesive compared to the semiconductor pressure sensor chip. Expand. In this case, since the semiconductor sensor chip is restrained by the adhesive, thermal stress is generated between the semiconductor sensor chip and the adhesive. In addition, thermal stress is also generated between the adhesive and the support member for the same reason.
  • the pressure sensor according to the present invention is a pressure sensor using a semiconductor pressure sensor chip in which a diaphragm portion is formed inside as in the piezoresistive method, such as a semiconductor pressure sensor chip due to temperature change, a support member, an adhesive, etc. It is an object of the present invention to reduce distortion of a semiconductor pressure sensor chip caused by a difference in linear expansion coefficient and to improve the accuracy of the pressure sensor.
  • the pressure sensor of the present invention bonds a semiconductor pressure sensor chip which has a diaphragm part inside, a supporting member which supports the semiconductor pressure sensor chip, and the semiconductor pressure sensor chip and the supporting member.
  • the adhesive area of the adhesive layer is smaller than the projected area of the semiconductor pressure sensor chip with respect to the support member of the diaphragm portion.
  • the position of the bonding area of the adhesive layer may be inside of a projected portion of the semiconductor pressure sensor chip with respect to the support member of the diaphragm portion.
  • the support member may be provided with a projection having a flat surface of a region in accordance with the adhesive region of the adhesive layer.
  • the support member may be a metal support post insulated and fixed to the outside.
  • the support member may be a base that constitutes a housing of the pressure sensor.
  • the support member may further be disposed between the base and the semiconductor pressure sensor chip, and may include a mounting substrate.
  • a conductive layer may be formed on one surface of the mounting substrate to which the semiconductor pressure sensor chip is fixed.
  • the base may be made of a conductive material.
  • the base may be made of an insulating material.
  • the pressure sensor of the present invention in a pressure sensor using a semiconductor pressure sensor chip in which a diaphragm portion is formed inside as in a piezoresistive effect system, a semiconductor pressure sensor chip, a support member, an adhesive and the like due to temperature change.
  • the distortion of the semiconductor pressure sensor chip caused by the difference in linear expansion coefficient can be reduced, and the accuracy of the pressure sensor can be improved.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a mounting structure of a semiconductor pressure sensor chip 126 of a pressure sensor 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the semiconductor pressure sensor chip 126 is attached to a support member such as a support 125 via an adhesive layer 125A formed by applying an adhesive. Thereafter, the lead terminals (not shown) of the semiconductor pressure sensor chip 126 and the plurality of lead pins 128 are connected by a bonding wire 126A made of gold or aluminum in a wire bonding process.
  • the semiconductor pressure sensor chip 126 one in which a diaphragm portion is formed inside as in the piezoresistive method is used.
  • the semiconductor pressure sensor chip 126 utilizing the piezoresistive effect mainly includes a semiconductor substrate portion 126a having a diaphragm portion 126a1 made of a material having a piezoresistive effect (for example, single crystal silicon) and a pedestal portion 126b made of glass or the like. Configured The semiconductor substrate portion 126a and the pedestal portion 126b are joined by an anodic bonding method or the like, and the space between the diaphragm portion 126a1 of the semiconductor substrate portion 126a and the pedestal portion 126b becomes a reference pressure chamber.
  • a plurality of semiconductor strain gauges are formed in the diaphragm portion 126a1 of the semiconductor substrate portion 126a, and a bridge circuit in which these semiconductor strain gauges are bridge-connected is configured. With this bridge circuit, the deformation of the diaphragm portion 126a1 caused by the pressure difference between the external pressure and the reference pressure chamber is taken as a change in the gauge resistance of the semiconductor strain gauge to extract an electrical signal, and the pressure of the fluid is detected.
  • a silicone-based, urethane-based, or fluorine-based adhesive, gel, rubber, or elastomer may be used.
  • the bonding area of the adhesive layer 125A for fixing the support 125 and the semiconductor pressure sensor chip 126 is a predetermined area, for example, the diaphragm part 126a1 inside the semiconductor pressure sensor chip 126. Is smaller than the projected area of the support column 125.
  • the adhesion area of the adhesive layer 125A will be described using the conventional pressure sensor 300 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the mounting structure of the semiconductor pressure sensor chip 126 of the conventional pressure sensor 300. As shown in FIG.
  • the semiconductor pressure sensor chip 126 of the conventional pressure sensor 300 is fixed by an adhesive layer 325A formed of an adhesive applied to the entire surface of the support 125.
  • the lead terminals (not shown) of the semiconductor pressure sensor chip 126 and the plurality of lead pins 128 are connected by a bonding wire 126A made of gold or aluminum in a wire bonding process.
  • the adhesive layer 325A is formed on the entire surface of the support 125, so the adhesive layer 325A and the support 125 for the semiconductor pressure sensor chip 126.
  • the binding power of the semiconductor pressure sensor chip 126 is distorted due to the influence of the thermal stress generated by the difference of these linear expansion coefficients, the output characteristics of the semiconductor pressure sensor chip 126 change, and the output accuracy of the semiconductor pressure sensor chip 326 decreases.
  • the temperature response of the pressure sensor is deteriorated because it takes time for the stress to be in an equilibrium state when the thermal stress changes due to the viscoelastic property of the adhesive layer 325A. As described above, there is also a problem that this influence should be considered because the binding force is strong.
  • the adhesion area of the adhesive layer 125A formed by applying the adhesive is a predetermined area, for example, a semiconductor pressure sensor chip
  • the projected area of the inner diaphragm portion 126a1 on the column 125 with respect to the column 125 is smaller.
  • a further effect can be expected by making the bonding area of the adhesive layer 125 A smaller than the projected area of the diaphragm portion 126 a 1 inside the semiconductor pressure sensor chip 126 with respect to the support 125. That is, as described above, the fluid to be detected is introduced to the diaphragm portion 126a1, which is a pressure detection portion of the semiconductor pressure sensor chip 126, and the deformation is repeated.
  • the bonding area of the adhesive layer 125A smaller than a predetermined area, for example, the projected area of the semiconductor pressure sensor chip 126 on the support 125 of the diaphragm portion 126a1, the semiconductor pressure sensor due to temperature change. It is possible to reduce the distortion of the semiconductor pressure sensor chip 126 caused by the difference in linear expansion coefficient of the chip 126, the support 125, and the adhesive layer 125A, and to improve the accuracy and the temperature response. Furthermore, for the same reason as described above, it is desirable that the position of the bonding region of the adhesive layer 125A be inside the projection of the diaphragm portion 126a1 of the semiconductor pressure sensor chip 126 with respect to the support 125.
  • the adhesive layer is not limited to such an example, and may be, for example, an adhesive film in which an adhesive layer is formed on both sides of a thin film.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the whole of a liquid-sealed pressure sensor 100 which is a pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • the liquid-sealed pressure sensor 100 includes a fluid introducing unit 110 for introducing a fluid whose pressure is to be detected into a pressure chamber 112A described later, a pressure detecting unit 120 for detecting the pressure of the fluid in the pressure chamber 112A, and a pressure
  • the signal sending unit 130 sends the pressure signal detected by the detecting unit 120 to the outside, the fluid introducing unit 110, the pressure detecting unit 120, and the cover member 140 covering the signal sending unit 130.
  • the fluid introducing portion 110 is connected by welding or the like to a metal joint member 111 connected to a pipe to which a fluid whose pressure is to be detected is introduced and an end different from an end connected to the pipe of the joint member 111 And a metal base plate 112 having a bowl shape.
  • the joint member 111 is formed with an internal thread portion 111a screwed into an external thread portion of a connection portion of the pipe, and a port 111b for guiding a fluid introduced from the pipe to the pressure chamber 112A.
  • the open end of the port 111 b is connected to the opening provided at the center of the base plate 112 by welding or the like.
  • the internal thread portion 111a is provided to the joint member 111, an external thread may be provided, or instead of the joint member 111, a copper connection pipe may be connected.
  • the base plate 112 has a bowl shape expanding toward the side facing the joint member 111, and forms a pressure chamber 112A between itself and a diaphragm 122 described later.
  • the pressure detection unit 120 includes a housing 121 having a through hole, a diaphragm 122 which isolates the pressure chamber 112A from the liquid sealing chamber 124A described later, and a diaphragm protection cover 123 disposed on the pressure chamber 112A side of the diaphragm 122.
  • the pressure transmission medium PM such as silicone oil or a fluorine-based inert liquid is filled between the hermetic glass 124 fitted inside the through hole of the housing 121, the recess on the pressure chamber 112A side of the hermetic glass 124 and the diaphragm 122 Liquid sealing chamber 124A, a column 125 disposed in the central through hole of the hermetic glass 124, a semiconductor pressure sensor chip 126 fixed to the column 125 and disposed inside the liquid sealing chamber 124A, and the liquid sealing chamber 124A.
  • a potential adjustment member 127 disposed around the periphery, and hermetic It includes a plurality of lead pins 128 fixed to the lath 124, and an oil filling pipe 129 fixed to hermetic glass 124.
  • the housing 121 is formed of, for example, a metal material such as Fe / Ni alloy or stainless steel.
  • the diaphragm 122 and the diaphragm protective cover 123 are both formed of a metal material, and both are welded at the outer peripheral edge of the through hole on the pressure chamber 112 A side of the housing 121.
  • the diaphragm protection cover 123 is provided inside the pressure chamber 112A to protect the diaphragm 122, and is provided with a plurality of communication holes 123a through which the fluid introduced from the fluid introduction part 110 passes.
  • the housing 121 is connected by welding or the like at the outer peripheral edge of the base plate 112 of the fluid introduction unit 110 after the pressure detection unit 120 is assembled.
  • the support 125 is one to which the semiconductor pressure sensor chip 126 is adhered and fixed by the adhesive layer 125A on the liquid seal chamber 124A side.
  • the bonding area of the adhesive layer 125A for fixing the support 125 and the semiconductor pressure sensor chip 126 is a predetermined area, in this case, the diaphragm portion 126a1 inside the semiconductor pressure sensor chip 126. It is smaller than the projected area on the support 125.
  • the semiconductor pressure sensor chip 126 detects the pressure of the fluid introduced into the pressure chamber 112A from the fluid introducing portion 110 as described above as pressure fluctuation of the pressure transmission medium PM in the liquid sealing chamber 124A through the diaphragm 122. It is.
  • the potential adjustment member 127 places the semiconductor pressure sensor chip 126 within no electric field (zero potential), and in the chip due to the influence of the potential generated between the frame ground and the secondary power supply. Circuits are provided to prevent adverse effects.
  • the potential adjustment member 127 is disposed between the semiconductor pressure sensor chip 126 and the diaphragm 122 in the liquid ring chamber 124A, is formed of a conductive material such as metal, and is connected to the zero potential of the semiconductor pressure sensor chip 126. Connected to terminal.
  • a plurality of lead pins 128 and an oil filling pipe 129 are fixed to the hermetic glass 124 by a hermetic treatment in a penetrating state.
  • a total of eight lead pins 128 are provided as the lead pins 128. That is, three lead pins 128 for external input / output (Vout), drive voltage supply (Vcc), and ground (GND), and five lead pins 128 as adjustment terminals for the semiconductor pressure sensor chip 126 are provided. ing. In FIG. 2, four out of eight lead pins 128 are shown.
  • the plurality of lead pins 128 are connected to the semiconductor pressure sensor chip 126 by, for example, bonding wires 126A made of gold or aluminum, and constitute external input / output terminals of the semiconductor pressure sensor chip 126.
  • the oil filling pipe 129 is provided to fill the pressure transfer medium PM inside the liquid sealing chamber 124A. In addition, one end of the oil filling pipe 129 is crushed and closed as shown by a dotted line in FIG. 2 after oil filling.
  • the signal transmission unit 130 is provided on the side facing the pressure chamber 112A of the pressure detection unit 120, and is fixed to the terminal block 131 on which the plurality of lead pins 128 are arrayed, and the terminal block 131 by the adhesive 132a.
  • an electrostatic protection layer 134 formed of an adhesive.
  • the electrostatic protection layer 134 may be an adhesive such as epoxy resin.
  • the terminal block 131 has a substantially cylindrical shape, and is formed in a shape having a guide wall for guiding the above-described plurality of lead pins 128 near the middle step of the cylinder, and is made of a resin material such as polybutylene terephthalate (PBT) It is formed by The terminal block 131 is fixed to the top of the housing 121 of the pressure detection unit 120 by, for example, an adhesive used for the electrostatic protection layer 134.
  • PBT polybutylene terephthalate
  • connection terminal 132 is formed of a metal material, and is vertically fixed to the side wall of the column above the above-mentioned fixed wall of the terminal block 131 by an adhesive 132 a.
  • three connection terminals 132 for external input / output (Vout), drive voltage supply (Vcc), and ground (GND) are provided.
  • the inner end portions of the three connection terminals 132 are electrically connected to the corresponding lead pins 128 by welding or the like, but are not limited to this connection method, and may be connected by other methods.
  • three electric wires 133 are provided to connect to the three connection terminals 132.
  • the wire 133 is pre-soldered in advance to the core wire 133 a of which the coating formed of polyvinyl chloride (PVC) or the like of the wire 133 is peeled off, and the wire bundle is bundled and soldered to the connection terminal 132 described above.
  • the connection terminal 132 is electrically connected by welding or the like, but is not limited to this connection method, and may be connected by another method.
  • a protective tube (not shown) is formed of polyvinyl chloride (PVC) or the like in a state of being bundled three. Covered with).
  • the electrostatic protection layer 134 is provided to improve the electrostatic resistance of the pressure detection unit 120 without being influenced by the presence or absence of the ESD protection circuit.
  • the electrostatic protection layer 134 is mainly applied to the upper end surface of the housing 121 so as to cover the upper end surface of the hermetic glass 124, and a plurality of annular adhesive layers 134a having a predetermined thickness formed of a silicone adhesive;
  • the lead pin 128 is applied to the entire upper end surface of the projecting hermetic glass 124, and is composed of a covering layer 134b made of a silicone adhesive.
  • annular projection 131a projecting toward the hermetic glass 124 is formed.
  • the projection length of the annular projection 131a is set according to the viscosity of the coating layer 134b and the like.
  • the coating layer 134 b is applied without being biased to one side in the hollow portion of the terminal block 131 because it is pulled and held in a narrow space between a portion substantially orthogonal to the upper end surface of the terminal 124. Also, the covering layer 134 b is formed on the upper end face of the hermetic glass 124 with a predetermined thickness, but as shown in the portion 134 c of FIG. 2, a part of the plurality of lead pins 128 protruding from the upper end face of the hermetic glass 124 Furthermore, it may be formed to cover.
  • the cover member 140 has a substantially cylindrical shape, a waterproof case 141 covering the pressure detection unit 120 and the signal transmission unit 130, a terminal block cap 142 covered on the upper portion of the terminal block 131, and an inner circumferential surface of the waterproof case 141 A sealant 143 is provided to fill the space between the outer peripheral surface of the housing 121 and the outer peripheral surface of the terminal block 131.
  • the terminal stand cap 142 is formed of, for example, a resin material.
  • the terminal block cap 142 is formed in a shape that closes the upper portion of the above-described cylindrical terminal block 131, and is covered on the upper portion of the terminal block 131 before being filled with the sealant 143 such as urethane resin. Be done.
  • the terminal block cap 142 is not limited to this shape, and is formed in a shape that integrally blocks the upper portion of the terminal block 131 and the upper portion of the waterproof case 141, and may be covered after being filled with the sealing agent 143.
  • a new cover member is provided separately from the terminal block cap 142, and after the terminal block cap 142 and the sealing agent 143 are disposed, the upper part of the waterproof case 141 may be covered by the new cover member. Good.
  • the waterproof case 141 is formed in a substantially cylindrical shape by a resin material, for example, polybutylene terephthalate (PBT), and a flange portion facing inward is provided at the lower end portion of the cylindrical shape.
  • PBT polybutylene terephthalate
  • the sealant 143 By filling the sealant 143 in this state, the internal components such as the pressure detection unit 120 are fixed.
  • the adhesion region of the adhesive layer 125A is a predetermined region, for example, the support 125 of the diaphragm portion 126a1 inside the semiconductor pressure sensor chip 126.
  • the constraining force on the semiconductor pressure sensor chip 126 is weakened. Therefore, the influence of the thermal stress due to the difference between the linear expansion coefficients can be suppressed, the distortion of the semiconductor pressure sensor chip 126 can be prevented, and the accuracy of the pressure sensor 100 can be improved by improving the temperature response of the pressure sensor 100. it can.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a mounting structure of a semiconductor pressure sensor chip 126 of a pressure sensor 400 according to a second embodiment of the present invention.
  • pressure sensor 400 is provided with a projection 425 a having a flat surface sized to the adhesive region of adhesive layer 425 A on the surface of support 425 as compared with pressure sensor 100 shown in FIG. 1.
  • the difference is that the adhesive layer 425A is formed only on that portion, and the other points are the same as the pressure sensor 100.
  • the flat surface of the projection 425 a may be smaller than the projected area of the diaphragm 126 a 1 inside the semiconductor pressure sensor chip 126 with respect to the support 425.
  • the same components are denoted by the same reference symbols and the description thereof is omitted.
  • the same function and effect as the pressure sensor 100 of the first embodiment can be obtained. Furthermore, since the adhesive layer 425A can be formed with a stable adhesive layer width according to the size of the flat surface of the protrusion 425a, the semiconductor pressure sensor chip 126 can be easily attached. The accuracy can be further improved.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a mounting structure of a semiconductor pressure sensor chip 526 of a pressure sensor 500 according to a third embodiment of the present invention.
  • the pressure sensor 500 is provided with a base 525 constituting a housing of the pressure sensor 500 as a supporting member in place of the support column 125 as compared with the pressure sensor 100 shown in FIG. The difference is that 526 is fixed to the base 525 via the adhesive layer 525A.
  • the base 525 is formed of a conductive material such as a metal including stainless steel in order to enhance the shielding property of the semiconductor pressure sensor chip 526. For this reason, each of the plurality of lead pins 528 connected to the semiconductor pressure sensor chip 526 by the bonding wire 526A is penetrated and fixed to the base 525 via the insulating hermetic glass 524.
  • the adhesion area of the adhesive layer 525A formed on the base 525 is smaller than a predetermined area, for example, the projection area of the diaphragm portion 526a1 inside the semiconductor pressure sensor chip 526 with respect to the base 525.
  • a predetermined area for example, the projection area of the diaphragm portion 526a1 inside the semiconductor pressure sensor chip 526 with respect to the base 525.
  • the pressure sensor 500 according to the third embodiment of the present invention can also provide the same function and effect as the pressure sensor 100 according to the first embodiment. Furthermore, even when the semiconductor pressure sensor chip 526 is attached to the base 525 formed of a conductive material instead of the support 125 via the adhesive layer 525A, distortion of the semiconductor pressure sensor chip 526 is suppressed. It can be attached.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a mounting structure of a semiconductor pressure sensor chip 526 of a pressure sensor 600 according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the pressure sensor 600 is aligned with the adhesion area of the adhesive layer 625A on the surface of the base 625 formed of a conductive material such as stainless steel as compared to the pressure sensor 500 shown in FIG.
  • a protrusion 625a having a flat surface of a size is provided, and an adhesive layer 625A is formed only in that portion, and the other points are the same as the pressure sensor 500.
  • the same components are denoted by the same reference symbols and the description thereof is omitted.
  • the same function and effect as the pressure sensor 500 of the third embodiment can be obtained. Furthermore, since the adhesive layer 625A can be formed with a stable adhesive layer width according to the size of the flat surface of the protrusion 625a, the semiconductor pressure sensor chip 526 can be easily attached. The accuracy can be further improved.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a mounting structure of a semiconductor pressure sensor chip 726 of a pressure sensor 700 according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the pressure sensor 700 is different from the pressure sensor 500 shown in FIG. 5 in that the support member is made of an insulating material such as resin or ceramic instead of the base 525 formed of a conductive material such as metal. And a semiconductor pressure sensor chip 726 is fixed to the base 725 via an adhesive layer 725A.
  • the processability of the material can be improved and the number of man-hours can be reduced. Furthermore, to fix a plurality of conductive lead pins 728 Also, it is not necessary to use insulating hermetic glass, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the adhesion area of the adhesive layer 725A formed on the base 725 is smaller than a predetermined area, for example, the projection area of the diaphragm portion 726a1 inside the semiconductor pressure sensor chip 726 with respect to the base 725.
  • the pressure sensor 700 of the fifth embodiment of the present invention As described above, according to the pressure sensor 700 of the fifth embodiment of the present invention, the same function and effect as those of the pressure sensor 500 of the third embodiment can be obtained. Furthermore, the pressure sensor 700 is formed of a conductive material. Even when the semiconductor pressure sensor chip 726 is attached to the base 725 formed of an insulating material instead of the base 525 via the adhesive layer 725A, the semiconductor pressure sensor chip 726 should be attached with suppression of distortion. Can.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a mounting structure of a semiconductor pressure sensor chip 726 of a pressure sensor 800 according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the pressure sensor 800 is aligned with the adhesion area of the adhesive layer 825A on the surface of the base 825 formed of an insulating material such as resin or ceramic as compared to the pressure sensor 700 shown in FIG.
  • a protrusion 825 a having a flat surface of a size is provided, and the adhesive layer 825 A is formed only in that portion, and the other points are the same as the pressure sensor 700.
  • the same components are denoted by the same reference symbols and the description thereof is omitted.
  • the pressure sensor 800 according to the sixth embodiment of the present invention can also provide the same function and effect as the pressure sensor 700 according to the fifth embodiment. Furthermore, since the adhesive layer 825 A can be formed with a stable adhesive layer width according to the size of the flat surface of the protrusion 825 a, the semiconductor pressure sensor chip 726 can be easily attached. The accuracy can be further improved.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a mounting structure of a semiconductor pressure sensor chip 526 of a pressure sensor 900 according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the mounting substrate 925 is between the base 525 formed of a conductive material such as metal and the semiconductor pressure sensor chip 526.
  • the arrangement is different, and the other points are the same as the pressure sensor 500.
  • the same components are denoted by the same reference symbols and the description thereof is omitted.
  • the mounting substrate 925 is made of, for example, an insulating material such as resin, glass, or ceramic, and is fixed to the base 525 with an adhesive layer 525 a or the like.
  • the semiconductor pressure sensor chip 526 is electrically isolated from the base 525 formed of a conductive material such as metal.
  • the semiconductor pressure sensor chip 526 is fixed by the adhesive layer 925A on the side of the mounting substrate 925 facing the base 525. Also in the present embodiment, the adhesion area of the adhesive layer 925A formed on the mounting substrate 925 is smaller than a predetermined area, for example, the projection area of the diaphragm portion 526a1 inside the semiconductor pressure sensor chip 526 to the mounting substrate 925 .
  • the conductive layer 925a may be formed on one surface of the mounting substrate 925 to which the semiconductor pressure sensor chip 526 is fixed, by adhesion, vapor deposition, plating, photolithography, or the like.
  • the conductive layer 925a may be formed of any metal and alloy film of gold, silver, copper, aluminum and the like.
  • the conductive layer 925a is connected to a terminal connected to the zero potential of the semiconductor pressure sensor chip 526. As described above, by providing the conductive layer 925a on the mounting substrate 925 and connecting it to the zero potential, the semiconductor pressure sensor chip 526 is disposed at the zero potential on the control circuit side.
  • insulation improvement with respect to the base 525 of the semiconductor pressure sensor chip 526 can be aimed at. Furthermore, surface modification such as laser irradiation and blasting can be performed on a portion corresponding to the adhesion region of the adhesive layer 925A with the mounting substrate 925 alone. By doing so, it becomes possible to adjust the size of the adhesion area of the adhesive layer 925A according to the fluidity of the adhesive.
  • the mounting substrate 925 is fixed to the base 525 formed of a conductive material such as metal, but the present invention is not limited to this, as in the pressure sensor 700 shown in FIG. It may be fixed to a base 725 formed of an insulating material such as resin, ceramic or the like. Further, in the present embodiment, the conductive layer 925a is provided on the mounting substrate 925. However, the conductive layer 925a may not be provided, and only the insulating material such as resin, glass, or ceramic may be used.
  • a projection having a flat surface of a size matched to the adhesion region of the adhesive layer 925A may be provided, and the adhesive layer 925A may be formed only on that portion.
  • the formation of the projection corresponding to the bonding area can be performed only with the mounting substrate 925. The processing is easier than the conventional base 525 and the method of forming the bonding area on the base 725.
  • the semiconductor pressure sensor chip 126 is fixed to the surfaces of the support 125 and the support 425 in the liquid seal chamber 124A via the mounting substrate 925. You may Furthermore, in the pressure sensor 100 shown in FIG. 1 and the pressure sensor 200 shown in FIG. 4, the support 125 and the support 425 do not exist, and the semiconductor pressure sensor chip 126 is attached to the hermetic glass 124 in the liquid seal chamber 124A via the mounting substrate 925. May be fixed. 1 and 4, the mounting substrate 925 is not limited to the insulating material, and may be a conductive material, or a conductive layer may be formed on the insulating material.
  • the same function and effect as those of the pressure sensor 500 of the third embodiment can be obtained. Furthermore, regardless of the material of the base 525 Since the adhesive region can be formed by the mounting substrate alone, it can be realized by simpler processing than in the embodiment in which the base is directly processed, and the semiconductor pressure sensor chip 526 can be fixed.
  • the pressure sensor of the present invention has been described by taking the liquid ring type pressure sensors of the first to seventh embodiments of the present invention as an example, the present invention is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to other pressure sensors that use a semiconductor pressure sensor chip in which a diaphragm portion is formed.
  • the semiconductor pressure sensor chip and the supporting member due to temperature change
  • the distortion of the semiconductor pressure sensor chip caused by the difference in the linear expansion coefficient of the adhesive can be reduced, and the accuracy of the pressure sensor can be improved.

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Abstract

本発明は、ピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部（１２６ａ１）が形成される半導体圧力センサチップ（１２６）を使用した圧力センサ（１００）において、温度変化による半導体圧力センサチップ（１２６）、支持部材、接着剤の線膨張係数の相違により生じる半導体圧力センサチップ（１２６）の歪を低減し、圧力センサ（１００）の精度の向上を図ることを目的とする。本発明の圧力センサ（１００）は、内部にダイヤフラム部（１２６ａ１）を有する半導体圧力センサチップ（１２６）と、半導体圧力センサチップ（１２６）を支持する支柱（１２５）と、半導体圧力センサチップ（１２６）と支柱（１２５）を接着して固定する接着剤層（１２５Ａ）とを備える。接着剤層（１２５Ａ）の接着領域は、半導体圧力センサチップ（１２６）のダイヤフラム部（１２６ａ１）の支柱（１２５）の投影面積よりも小さいことを特徴とする。

Description

圧力センサ
　本発明は、圧力センサに関し、特にピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成される半導体圧力センサチップを使用した圧力センサに関する。
　従来から流体の圧力を検出する圧力センサとして、例えば、特許文献１に記載されたピエゾ抵抗効果方式や、その他、静電容量検出方式、または、シリコンレゾナント方式のような半導体圧力センサチップを使用した圧力センサが知られている。
　このうち最も一般的なピエゾ抵抗効果方式の半導体圧力センサチップでは、ピエゾ抵抗効果を有する材料（例えば、単結晶シリコン）にダイヤフラム部が形成され、このダイヤフラム部の表面に複数の半導体歪みゲージが形成され、これらの半導体歪みゲージがブリッジ接続され、ブリッジ回路が形成される。そして、検出されるべき流体の圧力の変動により、ダイヤフラム部が変形し、これに応じて半導体歪みゲージのゲージ抵抗が変化し、この変化がブリッジ回路を介して電気信号として取り出され、これにより流体の圧力が検出される。
特開２００４－３６１３０８号公報 特許第３９８７３８６号公報
　上述のような半導体圧力センサチップを使用した圧力センサでは、周囲温度が変化すると、半導体圧力センサチップ、これを支持する支持部材、及び、接着剤の線膨張係数の差異により熱応力が発生する。つまり、例えば周囲温度が低下した場合には半導体圧力センサチップと比較して線膨張係数の大きい接着剤が収縮し、逆に周囲温度が上昇した場合には半導体圧力センサチップと比較して接着剤が膨張する。この場合に半導体センサチップは、接着剤で拘束されているため、半導体センサチップと接着剤の間には熱応力が発生する。また、接着剤と支持部材の間にも同様の理由で熱応力が発生する。
　このような熱応力の発生により半導体圧力センサが歪み、半導体圧力センサチップの出力特性が変化し、センサ出力の精度が低下するという問題が従来から知られている。これは、半導体圧力センサチップでは、上述のように内部に形成されたダイヤフラム部に流体を導入して圧力を検出するため、半導体センサチップが歪むと、内部のダイヤフラム部も歪み、正確に圧力を検出することができないことが原因となっている。
　また、接着剤の粘弾性の性質により、圧力センサの温度応答性の遅れにより精度が悪化するという問題も従来から知られている。
　従って、本発明の圧力センサは、ピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成される半導体圧力センサチップを使用した圧力センサにおいて、温度変化による半導体圧力センサチップ、支持部材、接着剤等の線膨張係数の差異により生じる半導体圧力センサチップの歪を低減し、圧力センサの精度の向上を図ることを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の圧力センサは、内部にダイヤフラム部を有する半導体圧力センサチップと、前記半導体圧力センサチップを支持する支持部材と、前記半導体圧力センサチップと前記支持部材を接着して固定する接着剤層とを備える圧力センサにおいて、前記接着剤層の接着領域は、前記半導体圧力センサチップの前記ダイヤフラム部の支持部材に対する投影面積よりも小さいことを特徴とする。
　また、前記接着剤層の接着領域の位置は、前記半導体圧力センサチップの前記ダイヤフラム部の支持部材に対する投影箇所の内側であるものとしてもよい。
　また、前記支持部材には、前記接着剤層の接着領域に合わせた領域の平坦面を有する突起部が設けられるものとしてもよい。
　また、前記支持部材は、外部に対して絶縁して固定される金属性の支柱であるものとしてもよい。
　また、前記支持部材は、前記圧力センサの筐体を構成するベースであるものとしてもよい。
　また、前記支持部材には、さらに、前記ベースと前記半導体圧力センサチップとの間に配置され、取付基板が含まれるものとしてもよい。
　また、前記取付基板の前記半導体圧力センサチップが固定される一方の面に、導電層が形成されるものとしてもよい。
　また、前記ベースは、導電性の材質で形成されるものとしてもよい。
　また、前記ベースは、絶縁性の材質で形成されるものとしてもよい。
　本発明の圧力センサによれば、ピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成される半導体圧力センサチップを使用した圧力センサにおいて、温度変化による半導体圧力センサチップ、支持部材、接着剤等の線膨張係数の差異により生じる半導体圧力センサチップの歪を低減し、圧力センサの精度の向上を図ることができる。
本発明の第１の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態の圧力センサである液封形の圧力センサの全体を示す縦断面図である。 従来の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。 本発明の第４の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。 本発明の第５の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。 本発明の第６の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。 本発明の第７の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。
　以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態の圧力センサ１００の半導体圧力センサチップ１２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
　図１において、半導体圧力センサチップ１２６は、接着剤を塗布して形成される接着剤層１２５Ａを介して支柱１２５等の支持部材に取り付けられる。その後、半導体圧力センサチップ１２６のリード端子（図示を省略する）と、複数のリードピン１２８は、ワイヤボンディング工程により、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６Ａにより接続される。
　半導体圧力センサチップ１２６としては、ここではピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成されるものが使用される。ピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサチップ１２６は、ピエゾ抵抗効果を有する材料（例えば、単結晶シリコン）からなるダイヤフラム部１２６ａ１を有する半導体基板部１２６ａと、ガラス等からなる台座部１２６ｂとから主に構成される。半導体基板部１２６ａと、台座部１２６ｂは、陽極接合法などにより接合され、半導体基板部１２６ａのダイヤフラム部１２６ａ１と、台座部１２６ｂとの間の空間は、基準圧力チャンバとなる。半導体基板部１２６ａのダイヤフラム部１２６ａ１には、複数の半導体歪みゲージが形成され、これらの半導体歪みゲージをブリッジ接続したブリッジ回路が構成される。このブリッジ回路により、外気圧と基準圧力チャンバとの圧力差により生じたダイヤフラム部１２６ａ１の変形を、半導体歪みゲージのゲージ抵抗の変化として、電気信号を取り出し、流体の圧力が検出される。
　接着剤層１２５Ａとしては、シリコーン系、ウレタン系、フッ素系の接着剤、ゲル、ゴム、エラストマーが使用されるものとしてもよい。
　図１に示すように、本発明の圧力センサ１００では、支柱１２５と半導体圧力センサチップ１２６を固定する接着剤層１２５Ａの接着領域が所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積よりも小さくなっている。
　この接着剤層１２５Ａの接着領域について、図３に示す従来の圧力センサ３００を使用して説明する。
　図３は、従来の圧力センサ３００の半導体圧力センサチップ１２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
　図３において、従来の圧力センサ３００の半導体圧力センサチップ１２６は、支柱１２５の全面に塗布された接着剤により形成される接着剤層３２５Ａにより固定される。半導体圧力センサチップ１２６のリード端子（図示を省略する）と、複数のリードピン１２８は、ワイヤボンディング工程により、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６Ａにより接続される。
　図３に示す従来の圧力センサ３００の半導体圧力センサチップ１２６の取り付け構造では、接着剤層３２５Ａが支柱１２５の全面に形成されているため、半導体圧力センサチップ１２６に対する、接着剤層３２５Ａ及び支柱１２５の拘束力が強くなっていた。このため、これらの線膨張係数の差異により発生する熱応力の影響により、半導体圧力センサチップ１２６が歪み、半導体圧力センサチップ１２６の出力特性が変化し、半導体圧力センサチップ３２６の出力精度が低下するという問題があった。また、接着剤層３２５Ａの粘弾性の性質により、熱応力が変化した際に応力が平衡状態になるまでに時間がかかるため、圧力センサの温度応答性が悪化することも知られているが、上述のように拘束力が強いため、この影響も考慮すべきという問題もあった。
　これに対して、図１に示す本発明の第１の実施形態の圧力センサ１００では、接着剤を塗布して形成される接着剤層１２５Ａの接着領域が、所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積よりも小さくなっている。このように接着剤層１２５Ａの接着領域を小さくすることにより、半導体圧力センサチップ１２６に対する拘束力が弱くなり、互いの線膨張係数の差異による熱応力を抑制でき、半導体圧力センサチップ１２６の歪を防止できる。
　なお、接着剤層１２５Ａの接着領域を、半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積よりも小さくすることにより、更なる効果が期待できる。つまり、半導体圧力センサチップ１２６の圧力検出部であるダイヤフラム部１２６ａ１は、上述のように、検出されるべき流体が導入され変形を繰り返している。ダイヤフラム部１２６ａ１のような変形部分に対応する場所のみを接着領域とした場合には、歪が生じにくいが、変形していないダイヤフラム部１２６ａ１の周囲の部分を接着領域とした場合には、半導体圧力センサチップ１２６はより強固に拘束され熱応力による歪が生じ易くなり、検出精度が悪化する。
　このため、本実施形態のように、接着剤層１２５Ａの接着領域を所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ１２６のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積より小さくすることにより、温度変化による半導体圧力センサチップ１２６、支柱１２５、接着剤層１２５Ａの線膨張係数の相違により生じる半導体圧力センサチップ１２６の歪を低減し、精度向上及び温度応答性の改善を図ることができる。また、さらに、上述と同様の理由により、接着剤層１２５Ａの接着領域の位置は、半導体圧力センサチップ１２６のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影箇所の内側であることが望ましい。
　また、接着剤層は斯かる例に限られることなく、たとえば、薄いフィルムの両面に接着剤層が形成されている、粘着性フィルムであってもよい。
　ここで、図１に示す半導体圧力センサチップ１２６の取り付け構造を有する本発明の圧力センサの一例として、液封型の圧力センサ１００の全体構造を説明する。
　図２は、本発明の第１の実施形態の圧力センサである液封形の圧力センサ１００の全体を示す縦断面図である。
　図２において、液封型の圧力センサ１００は、圧力検出される流体を後述する圧力室１１２Ａに導入する流体導入部１１０と、圧力室１１２Ａの流体の圧力を検出する圧力検出部１２０と、圧力検出部１２０で検出された圧力信号を外部に送出する信号送出部１３０と、流体導入部１１０、圧力検出部１２０、及び、信号送出部１３０を覆うカバー部材１４０とを備える。
　流体導入部１１０は、圧力検出される流体が導かれる配管に接続される金属製の継手部材１１１と、継手部材１１１の配管に接続される端部と別の端部に溶接等により接続されるお椀形状を有する金属製のベースプレート１１２とを備える。
　継手部材１１１には、配管の接続部の雄ねじ部にねじ込まれる雌ねじ部１１１ａと、配管から導入された流体を圧力室１１２Ａに導くポート１１１ｂとが形成される。ポート１１１ｂの開口端は、ベースプレート１１２の中央に設けられた開口部に溶接等により接続される。なお、ここでは、継手部材１１１に雌ねじ部１１１ａが設けられるものとしたが、雄ねじが設けられるものとしてもよく、または、継手部材１１１の代わりに、銅製の接続パイプが接続されるものとしてもよい。ベースプレート１１２は、継手部材１１１と対向する側に向かい広がるお椀形状を有し、後述するダイヤフラム１２２との間に圧力室１１２Ａを形成する。
　圧力検出部１２０は、貫通孔を有するハウジング１２１と、上述の圧力室１１２Ａと後述する液封室１２４Ａとを隔絶するダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム１２２の圧力室１１２Ａ側に配置されるダイヤフラム保護カバー１２３と、ハウジング１２１の貫通孔内部にはめ込まれるハーメチックガラス１２４と、ハーメチックガラス１２４の圧力室１１２Ａ側の凹部とダイヤフラム１２２との間にシリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等の圧力伝達媒体ＰＭが充填される液封室１２４Ａと、ハーメチックガラス１２４の中央の貫通孔に配置される支柱１２５と、支柱１２５に固定され液封室１２４Ａ内部に配置される半導体圧力センサチップ１２６と、液封室１２４Ａの周囲に配置される電位調整部材１２７と、ハーメチックガラス１２４に固定される複数のリードピン１２８と、ハーメチックガラス１２４に固定されるオイル充填用パイプ１２９とを備える。
　ハウジング１２１は、例えばＦｅ・Ｎｉ系合金やステンレス等の金属材料により形成される。ダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム保護カバー１２３は、共に金属材料で形成され、共にハウジング１２１の圧力室１１２Ａ側の貫通孔の外周縁部において溶接される。ダイヤフラム保護カバー１２３は、ダイヤフラム１２２を保護するために圧力室１１２Ａ内部に設けられ、流体導入部１１０から導入された流体が通過するための複数の連通孔１２３ａが設けられる。ハウジング１２１は、圧力検出部１２０が組み立てられた後、流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周縁部において、溶接等により接続される。
　支柱１２５は、液封室１２４Ａ側に、半導体圧力センサチップ１２６が接着剤層１２５Ａにより接着して固定されるものである。上述したように、本発明の圧力センサ１００では、支柱１２５と半導体圧力センサチップ１２６を固定する接着剤層１２５Ａの接着領域が所定の領域、ここでは半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積より小さくなっている。半導体圧力センサチップ１２６は、上述のように流体導入部１１０から圧力室１１２Ａに導入された流体の圧力を、ダイヤフラム１２２を介して液封室１２４Ａ内の圧力伝達媒体ＰＭの圧力変動として検出するものである。
　電位調整部材１２７は、特許文献２に記載されているように、半導体圧力センサチップ１２６を無電界（ゼロ電位）内に置き、フレームアースと２次電源との間に生じる電位の影響でチップ内の回路などが悪影響を受けないようにするために設けられる。電位調整部材１２７は、液封室１２４Ａ内の半導体圧力センサチップ１２６とダイヤフラム１２２との間に配置され、金属等の導電性の材料で形成され、半導体圧力センサチップ１２６のゼロ電位に接続される端子に接続される。
　ハーメチックガラス１２４には、複数のリードピン１２８と、オイル充填用パイプ１２９が貫通状態でハーメチック処理により固定される。本実施形態では、リードピン１２８として、全部で８本のリードピン１２８が設けられている。すなわち、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、駆動電圧供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本のリードピン１２８と、半導体圧力センサチップ１２６の調整用の端子として５本のリードピン１２８が設けられている。なお、図２においては、８本のリードピン１２８のうち４本が示されている。複数のリードピン１２８は、例えば、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６Ａにより半導体圧力センサチップ１２６に接続され、半導体圧力センサチップ１２６の外部入出力端子を構成している。
　オイル充填用パイプ１２９は、液封室１２４Ａの内部に圧力伝達媒体ＰＭを充填するために設けられる。なお、オイル充填用パイプ１２９の一方の端部は、オイル充填後、図２の点線で示されるように、押し潰されて閉塞される。
　信号送出部１３０は、圧力検出部１２０の圧力室１１２Ａに対向する側に設けられ、複数のリードピン１２８を配列する端子台１３１と、端子台１３１に接着剤１３２ａにより固定され、複数のリードピン１２８に接続される複数の接続端子１３２と、複数の接続端子１３２の外端部に半田付け等により電気的に接続される複数の電線１３３と、ハウジング１２１の上端部と端子台１３１の間にシリコーン系接着剤で形成される静電気保護層１３４とを備える。なお、静電気保護層１３４は、エポキシ樹脂などの接着剤でも良い。
　端子台１３１は、略円柱形状であって、当該円柱の中段付近に、上述の複数のリードピン１２８をガイドするためのガイド壁を有する形状に形成され、樹脂材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により形成される。端子台１３１は、例えば、静電気保護層１３４に使用されている接着剤により、圧力検出部１２０のハウジング１２１の上部に固定される。
　接続端子１３２は、金属材料で形成され、端子台１３１の上述の固定壁より上段の円柱側壁に垂直に接着剤１３２ａにより固定される。なお、本実施形態では、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、駆動電圧供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本の接続端子１３２が設けられる。３本の接続端子１３２の内端部は、それぞれ対応するリードピン１２８に溶接等により電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。
　また、本実施形態では、３本の接続端子１３２に接続するために３本の電線１３３が設けられる。電線１３３は、電線１３３のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された被覆をはがした芯線１３３ａに予め予備半田を行い、その撚り線を束ねたものを、上述の接続端子１３２に半田付けや溶接等により接続端子１３２に電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。また、３本の電線１３３は、圧力センサ１００の周囲を覆うカバー部材１４０から引き出された後、３本束ねた状態にしてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された保護チューブ（図示を省略する）で覆われる。
　静電気保護層１３４は、ＥＳＤ保護回路の有無に影響されることなく、圧力検出部１２０の静電気耐力を向上させるために設けられるものである。静電気保護層１３４は、主に、ハーメチックガラス１２４の上端面を覆うようにハウジング１２１の上端面に塗布され、シリコーン系接着剤により形成される所定の厚さを有する環状の接着層１３４ａと、複数のリードピン１２８が突出するハーメチックガラス１２４の上端面全体に塗布され、シリコーン系接着剤からなる被覆層１３４ｂとから構成される。端子台１３１の空洞部を形成する内周面であって、ハーメチックガラス１２４の上端面に向き合う内周面には、ハーメチックガラス１２４に向けて突出する環状突起部１３１ａが形成されている。環状突起部１３１ａの突出長さは、被覆層１３４ｂの粘性等に応じて設定される。このように環状突起部１３１ａが形成されることにより、塗布された被覆層１３４ｂの一部が、表面張力により環状突起部１３１ａと、端子台１３１の空洞部を形成する内周面のうちハーメチックガラス１２４の上端面に略直交する部分との間の狭い空間内に引っ張られて保持されるので、被覆層１３４ｂが端子台１３１の空洞部内における一方側に偏ることなく塗布されることとなる。また、被覆層１３４ｂは、ハーメチックガラス１２４の上端面に所定の厚さで形成されるが、図２の部分１３４ｃに示すように、ハーメチックガラス１２４の上端面から突出する複数のリードピン１２８の一部分をさらに覆うように形成されてもよい。
　カバー部材１４０は、略円筒形状で圧力検出部１２０及び信号送出部１３０の周囲を覆う防水ケース１４１と、端子台１３１の上部に被される端子台キャップ１４２と、防水ケース１４１の内周面とハウジング１２１の外周面及び端子台１３１の外周面との間を充填する封止剤１４３とを備える。
　端子台キャップ１４２は、例えば樹脂材料により形成される。端子台キャップ１４２は、本実施形態では、上述の円柱形状の端子台１３１の上部を塞ぐ形状に形成され、ウレタン系樹脂等の封止剤１４３が充填される前に端子台１３１の上部に被される。しかしながら、端子台キャップ１４２はこの形状には限定されず、端子台１３１の上部及び防水ケース１４１の上部を一体として塞ぐ形状に形成され、封止剤１４３が充填された後に被されるものとしても、または、端子台キャップ１４２とは別に新たな蓋部材が設けられ、端子台キャップ１４２及び封止剤１４３が配置された後に、防水ケース１４１の上部に新たな蓋部材が被されるものとしてもよい。
　防水ケース１４１は、樹脂材料、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により略円筒形状に形成され、円筒形状の下端部には、内側に向かうフランジ部が設けられている。このフランジ部には、防水ケース１４１の上部の開口部から挿入された信号送出部１３０及び圧力検出部１２０が接続された流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周部が当接する。この状態で封止剤１４３を充填することにより圧力検出部１２０等の内部の部品が固定される。
　以上のように、本発明の第１の実施形態の圧力センサ１００によれば、接着剤層１２５Ａの接着領域を、所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積よりも小さくすることにより、半導体圧力センサチップ１２６に対する拘束力が弱くなる。従って、互いの線膨張係数の差異による熱応力の影響を抑制でき、半導体圧力センサチップ１２６の歪を防止でき、圧力センサ１００の温度応答性の改善による圧力センサ１００の精度の向上を図ることができる。
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
　図４は、本発明の第２の実施形態の圧力センサ４００の半導体圧力センサチップ１２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
　図４において、圧力センサ４００は、図１に示す圧力センサ１００と比較して、支柱４２５の表面に、接着剤層４２５Ａの接着領域に合わせた大きさの平坦面を有する突起部４２５ａが設けられ、その部分にのみ接着剤層４２５Ａが形成される点が異なり、その他の点は圧力センサ１００と同じである。なお、突起部４２５ａの平坦面は、半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱４２５に対する投影面積よりも小さいものとしてもよい。同様の構成要素には、同様の符号を付し、説明を省略する。
　以上のように、本発明の第２の実施形態の圧力センサ４００によっても、第１の実施形態の圧力センサ１００と同様の作用効果を奏することができる。さらに、突起部４２５ａの平坦面の大きさに合わせて、安定した接着剤層の広さで接着剤層４２５Ａを形成できるので、半導体圧力センサチップ１２６を容易に取り付けることができ、圧力センサ４００の更なる精度の向上を図ることができる。
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
　図５は、本発明の第３の実施形態の圧力センサ５００の半導体圧力センサチップ５２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
　図５において、圧力センサ５００は、図１に示す圧力センサ１００と比較して、支持部材として、支柱１２５の代わりに、圧力センサ５００の筐体を構成するベース５２５が設けられ、半導体圧力センサチップ５２６がこのベース５２５に接着剤層５２５Ａを介して固定される点が異なる。
　なお、本実施形態において、ベース５２５は、半導体圧力センサチップ５２６のシールド性を高めるため、ステンレスを含む金属のような導電性の材料で形成される。このため、ボンディングワイヤ５２６Ａにより半導体圧力センサチップ５２６に接続された複数のリードピン５２８のそれぞれは、絶縁性のハーメチックガラス５２４を介して、ベース５２５に貫通して固定される。
　本実施形態でも、ベース５２５に形成される接着剤層５２５Ａの接着領域は、所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ５２６の内部のダイヤフラム部５２６ａ１のベース５２５に対する投影面積よりも小さくなっている。このように接着剤層５２５Ａの接着領域を小さくすることにより、半導体圧力センサチップ５２６に対する拘束力が弱くなり、互いの線膨張係数の差異による熱応力の影響を抑制でき、半導体圧力センサチップ５２６の歪を防止できる。
　以上のように、本発明の第３の実施形態の圧力センサ５００によっても、第１の実施形態の圧力センサ１００と同様の作用効果を奏することができる。さらに、支柱１２５の代わりに導電性の材料で形成されたベース５２５に接着剤層５２５Ａを介して半導体圧力センサチップ５２６を取り付けた場合であっても、半導体圧力センサチップ５２６の歪を抑制して取り付けることができる。
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
　図６は、本発明の第４の実施形態の圧力センサ６００の半導体圧力センサチップ５２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
　図６において、圧力センサ６００は、図５に示す圧力センサ５００と比較して、ステンレス製のような導電性の材料により形成されたベース６２５の表面に、接着剤層６２５Ａの接着領域に合わせた大きさの平坦面を有する突起部６２５ａが設けられ、その部分にのみ接着剤層６２５Ａが形成される点が異なり、その他の点は圧力センサ５００と同じである。同様の構成要素には、同様の符号を付し、説明を省略する。
　以上のように、本発明の第４の実施形態の圧力センサ６００によっても、第３の実施形態の圧力センサ５００と同様の作用効果を奏することができる。さらに、突起部６２５ａの平坦面の大きさに合わせて、安定した接着剤層の広さで接着剤層６２５Ａを形成できるので、半導体圧力センサチップ５２６を容易に取り付けることができ、圧力センサ６００の更なる精度の向上を図ることができる。
　次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
　図７は、本発明の第５の実施形態の圧力センサ７００の半導体圧力センサチップ７２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
　図７において、圧力センサ７００は、図５に示す圧力センサ５００と比較して、支持部材として、金属のような導電性の材料で形成されたベース５２５の代わりに、樹脂、セラミック等の絶縁性の材料で形成されたベース７２５が設けられ、半導体圧力センサチップ７２６がこのベース７２５に接着剤層７２５Ａを介して固定される点が異なる。
　なお、本実施形態において、ベース７２５として、樹脂、セラミック等の絶縁材を使用することにより、材料の加工性が向上し工数が削減でき、さらに、導電性の複数のリードピン７２８を固定するために、絶縁性のハーメチックガラスを使用する必要もなくなり、製造原価も低廉に抑制できる。
　本実施形態でも、ベース７２５に形成される接着剤層７２５Ａの接着領域は、所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ７２６の内部のダイヤフラム部７２６ａ１のベース７２５に対する投影面積よりも小さくなっている。このように接着剤層７２５Ａの接着領域を小さくすることにより、半導体圧力センサチップ７２６に対する拘束力が弱くなり、互いの線膨張係数の差異による熱応力の影響を抑制でき、半導体圧力センサチップ７２６の歪を防止できる。
　以上のように、本発明の第５の実施形態の圧力センサ７００によっても、第３の実施形態の圧力センサ５００と同様の作用効果を奏することができ、さらに、導電性の材料で形成されたベース５２５の代わりに絶縁性の材料で形成されたベース７２５に接着剤層７２５Ａを介して半導体圧力センサチップ７２６を取り付けた場合であっても、半導体圧力センサチップ７２６の歪を抑制して取り付けることができる。
　次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
　図８は、本発明の第６の実施形態の圧力センサ８００の半導体圧力センサチップ７２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
　図８において、圧力センサ８００は、図７に示す圧力センサ７００と比較して、樹脂、セラミック等の絶縁性の材料により形成されたベース８２５の表面に、接着剤層８２５Ａの接着領域に合わせた大きさの平坦面を有する突起部８２５ａが設けられ、その部分にのみ接着剤層８２５Ａが形成される点が異なり、その他の点は圧力センサ７００と同じである。同様の構成要素には、同様の符号を付し、説明を省略する。
　以上のように、本発明の第６の実施形態の圧力センサ８００によっても、第５の実施形態の圧力センサ７００と同様の作用効果を奏することができる。さらに、突起部８２５ａの平坦面の大きさに合わせて、安定した接着剤層の広さで接着剤層８２５Ａを形成できるので、半導体圧力センサチップ７２６を容易に取り付けることができ、圧力センサ８００の更なる精度の向上を図ることができる。
　次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
　図９は、本発明の第７の実施形態の圧力センサ９００の半導体圧力センサチップ５２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
　図９において、圧力センサ９００は、図５に示す圧力センサ５００と比較して、金属等の導電性の材料で形成されたベース５２５と、半導体圧力センサチップ５２６との間に、取付基板９２５が配置されることが異なり、その他の点は圧力センサ５００と同じである。同様の構成要素には、同様の符号を付し、説明を省略する。
　取付基板９２５は、例えば、樹脂、ガラス、セラミックなどの絶縁材料で形成され、ベース５２５に接着剤層５２５ａ等で固定される。これにより半導体圧力センサチップ５２６は、金属等の導電性の材料で形成されたベース５２５に対して電気的に絶縁される。
　また、取付基板９２５のベース５２５に対向する側には、半導体圧力センサチップ５２６が接着剤層９２５Ａにより固定される。本実施形態でも、取付基板９２５に形成される接着剤層９２５Ａの接着領域は、所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ５２６の内部のダイヤフラム部５２６ａ１の取付基板９２５に対する投影面積よりも小さくなっている。
　ここで、取付基板９２５の半導体圧力センサチップ５２６が固定される一方の面に、貼着、蒸着、めっき、フォトリソグラフィ等により、導電層９２５ａが形成されるものとしてもよい。この導電層９２５ａは、金、銀、銅、アルミニウム等のうちのいずれかの金属および合金膜により形成されるものとしてもよい。導電層９２５ａは半導体圧力センサチップ５２６のゼロ電位に接続される端子に接続されている。このように、取付基板９２５に導電層９２５ａを設け、ゼロ電位に接続されることにより、半導体圧力センサチップ５２６は制御回路側のゼロ電位に配置されるため、半導体圧力センサチップ５２６の電位が不安定な状態に配置されることを解消できると共に、半導体圧力センサチップ５２６のベース５２５に対する絶縁性の向上を図ることができる。さらに、取付基板９２５単体で接着剤層９２５Ａの接着領域に該当する箇所にレーザー照射、ブラスト処理などの表面改質を行うことができる。そうすることにより、接着剤の流動性に応じて、接着剤層９２５Ａの接着領域の大きさを調整することが可能となる。
　なお、本実施形態では、取付基板９２５を、金属等の導電性の材料で形成されたベース５２５に固定するものとしたが、これには限定されず、図７に示す圧力センサ７００のように、樹脂、セラミック等の絶縁性の材料で形成されたベース７２５に固定するものとしてもよい。また、本実施形態では、取付基板９２５に導電層９２５ａを設けるものとしたが、導電層９２５ａを設けず、樹脂、ガラス、セラミックなどの絶縁材料のみで形成されるものとしてもよい。
　またさらに、取付基板９２５の表面に、接着剤層９２５Ａの接着領域に合せた大きさの平坦面を有する突起部が設けられ、その部分にのみ接着剤層９２５Ａが形成されていてもよい。このような構成により、接着領域に該当する突起部の形成が取付基板９２５のみで行うことができる。従来のベース５２５、ベース７２５に接着領域を形成する方法よりも容易な加工が可能である。
　またさらに、図１に示す圧力センサ１００や、図４に示す圧力センサ２００のように、液封室１２４Ａ内の支柱１２５、支柱４２５の表面に取付基板９２５を介して半導体圧力センサチップ１２６を固定してもよい。またさらに、図１に示す圧力センサ１００や図４に示す圧力センサ２００において、支柱１２５、支柱４２５がなく、液封室１２４Ａ内のハーメチックガラス１２４に、取付基板９２５を介して半導体圧力センサチップ１２６を固定してもよい。図１及び図４の形態において、取付基板９２５は絶縁材料に限らず、導電性材料であってもよいし、絶縁性材料に導電層が形成されているものでもよい。
　以上のように、本発明の第７の実施形態の圧力センサ９００によっても、第３の実施形態の圧力センサ５００と同様の作用効果を奏することができ、さらに、ベース５２５の材質によらず、取付基板単体で接着領域を形成できるため、ベースに直接加工を行う形態よりも安易な加工で実現ができ、半導体圧力センサチップ５２６を固定することができる。
　なお、本発明の第１乃至第７の実施形態の液封型の圧力センサを例にとり、本発明の圧力センサを説明してきたが、これには限定されず、ピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成される半導体圧力センサチップを使用する他の圧力センサに適用することもできる。
　以上のように、本発明の圧力センサによれば、ピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成される半導体圧力センサチップを使用した圧力センサにおいて、温度変化による半導体圧力センサチップ、支持部材、接着剤の線膨張係数の相違により生じる半導体圧力センサチップの歪を低減し、圧力センサの精度の向上を図ることができる。
　１００、４００、５００、６００、７００、８００、９００　圧力センサ
　１１０　流体導入部
　１１１　継手部材
　１１１ａ　雌ねじ部
　１１１ｂ　ポート
　１１２　ベースプレート
　１１２Ａ　圧力室
　１２０　圧力検出部
　１２１　ハウジング
　１２２　ダイヤフラム
　１２３　ダイヤフラム保護カバー
　１２３ａ　連通孔
　１２４、５２４　ハーメチックガラス
　１２４Ａ　液封室
　１２５、４２５　支柱
　１２５Ａ、４２５Ａ、５２５Ａ、６２５Ａ、７２５Ａ、８２５Ａ、９２５Ａ　接着剤層
　１２６、５２６、７２６　半導体圧力センサチップ
　１２６ａ、５２６ａ、７２６ａ　半導体基板部
　１２６ａ１、５２６ａ１、７２６ａ１　ダイヤフラム部
　１２６ｂ、５２６ｂ、７２６ｂ　台座部
　１２６Ａ、５２６Ａ、７２６Ａ　ボンディングワイヤ
　１２７　電位調整部材
　１２８、５２８、７２８　リードピン
　１２９　オイル充填用パイプ
　１３０　信号送出部
　１３１　端子台
　１３２　接続端子
　１３２ａ　接着剤
　１３３　電線
　１３３ａ　芯線
　１３４　静電気保護層
　１３４ａ　接着層
　１３４ｂ　被覆層
　１３４ｃ　部分
　１４０　カバー部材
　１４１　防水ケース
　１４２　端子台キャップ
　１４３　封止剤
　４２５ａ、６２５ａ、８２５ａ　突起部
　５２５、６２５、７２５、８２５　ベース
　９２５　取付基板
　９２５ａ　導電層

Claims (9)

  1. 　内部にダイヤフラム部を有する半導体圧力センサチップと、
    　前記半導体圧力センサチップを支持する支持部材と、
    　前記半導体圧力センサチップと前記支持部材を接着して固定する接着剤層と
    　を備える圧力センサにおいて、
    　前記接着剤層の接着領域は、前記半導体圧力センサチップの前記ダイヤフラム部の前記支持部材に対する投影面積よりも小さいことを特徴とする圧力センサ。
  2. 　前記接着剤層の接着領域の位置は、前記半導体圧力センサチップの前記ダイヤフラム部の支持部材に対する投影箇所の内側であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
  3. 　前記支持部材には、前記接着剤層の接着領域に合わせた領域の平坦面を有する突起部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
  4. 　前記支持部材は、外部に対して絶縁して固定される金属性の支柱であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
  5. 　前記支持部材は、前記圧力センサの筐体を構成するベースであることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
  6. 　前記支持部材には、さらに、前記ベースと前記半導体圧力センサチップとの間に配置され、取付基板が含まれることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
  7. 　前記取付基板の前記半導体圧力センサチップが固定される一方の面に、導電層が形成されることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
  8. 　前記ベースは、導電性の材質で形成されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の圧力センサ。
  9. 　前記ベースは、絶縁性の材質で形成されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の圧力センサ。
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