JPH0328732A - 圧力検出器およびその製造方法 - 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、高圧流体の圧力を検出するのに適した圧力検
出器およびその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、高圧流体用の圧力検出器としては、受圧用ダイヤ
フラノ、に耐圧性に優れる金属ダイヤフラムを用い、こ
の金属ダイヤプラム上に歪ゲージを接合して構或するも
のが−・般的である。

■ ２ なお、歪ゲージとしては高い出力感度が得られる半導体
歪ケージが好適であり、例えば、特開昭６１−２１７７
３３号公報にて提案されたもののように、金属ダイヤフ
ラム上に、半導体歪ゲージを形成した半導体チップをガ
ラス接合することにより構威される。

（発明が解決しようとする課題〕 この半導体チップのガラス接合は、金属ダイヤフラム」
二にペースト状の低融点ガラス粉を印刷し、本焼威より
も若干低い温度で仮焼した後、半導体チップをのせ本焼
威することにより、半導体チップを金属ダイヤフラム」
二に強固に接合するものである。

ここで、仮焼後のガラス層状態を解折してみると、第４
図に示すように、ガラス層断面は周縁部が厚く盛り上が
り、中央部は平坦にくぼんでいることが明らかとなった
。これは仮焼時の温度で溶融したガラスがその固有の粘
性で固まる時に生しるものである。ガラス層をガラス戒
分ｐｂ〇一Ｂ２Ｏ，系でフィラーＰ　ｂＴｊ０３　，Ｚ
ｎＳＩ０４のガラスペーストを仕上がりで厚み４０〜６
０μｍ形成した場合、第４図に示すように、ガラス層の
周縁部は盛り上がり高さ約１０μｍ、盛り上がり部幅約
０．７５晒であった。

従って、半導体チップをこのガラス層上へ接合する場合
、ガラス層の大きさによって次のような問題が生してし
まう。

すなわち、第５図（ａ）に示すように、ガラス層２４中
央部の平坦部サイズが半導体チソプ３のサイズより小で
ある場合、半導体チップ３のすわりは悪く、さらに、本
焼或（接合）時に半導体チップ３とガラス層２４との間
の隙間に空気が入るごとによってガラス層２４に気泡が
発生し、所望の接合強度が得られないという問題がある
。

また、第５図（Ｃ）に示すように、前記平坦部サイズが
半導体チップ３のサイズに比して大の場合、本焼戒時の
振動によって半導体チップ３の位置がずれることがあり
、第６図に示すようにこの位置ずれによって半導体チッ
プ３の出力感度が変化してしまうという問題がある。

なお、第６図（ａ）．　（ｂ）は半導体歪ゲージ３１〜
３４．半導体チップ３および金属ダイヤフラム２ｌの位
置関係を示す図で（ａ）は平面図、（ｂｌは正面図であ
る。また、第６図（Ｃ）は第６図（ａ）に示ずＸ方向，
ｙ方向への位置ずれと出力感度との関係を示す特性図で
ある。

本発明は上記事実を鑑みてなされたものであり、接合強
度に優れ、出力感度にばらつきのない圧力検出器および
その製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達戒するために、受圧用金属ダイ
ヤフラムの圧力導入側と反対側の端面に、ガラス層を介
して、半導体歪ゲージを有する半導体チップを接合した
圧力検出器において、 前記ガラス層は、前記半導体チップと接合される平坦面
と、この平坦部の周縁に形成され前記半導体チップを保
持する盛り上がり部とを有することを特徴とずる構戒と
し、さらに、 受圧用金属グイ・１・フラムの圧力導入側と反対側の端
面に、平坦面を有し、かつこの平坦面の周縁に盛り上が
り部を有するガラス層を、前記平坦面にて半導体チップ
を接合するとともに前記盛り上がり部にて前記半導体チ
ップを保持するべく、前記半導体チップのサイズに応じ
て定められた所定の面積にて形戒する工程と、 前記ガラス層の平坦面に前記半導体チップを配置すると
ともに、前記盛り上がり部にて前記半導体チップを保持
するようにして、前記端面Ｇこ前記ガラス層を介して前
記半導体チップを接合する工程と を有することを特徴とする圧力検出器の製造方法を提供
する。

〔作用・効果〕

上記構威においては、半導体チップはガラス層表面の平
坦面において接合されることになり、そ５ ６ の接合強度は強固なものとすることができる。

さらに、゛［導体チップはガラス層周縁部に形成される
盛り上がり部に保持ざれるために、位置ずれすることが
防止され、位置ずれによる出力感度のばら゛つきを抑え
ることができるという優れた効果がある。

また、１二記製造方法によれば、上記効果を有するＪＸ
ｌ力検出器を製造することができるというイ憂れた効果
がある。

〔実施例〕

以−Ｆ、本発明を実施例により詳細に説明する。

第９図には本発明を適用した圧カセンザの全体構威図を
示す。なお、第９図（ａ）は該圧カセンサの平面図、第
９図（ｂ）は正面断面図である。

第９図において、圧カセンサのハンジング１は中央部に
貫通孔を有する筒体であり、フランジー体構造をなして
いる。

ｌ−記ハウジング１の貫通札内にはセンシングボディ２
が挿通配設してある。センシングボディ２は上端閉鎖の
筒体で下端は開ＤＬでおり、筒体１ノｊ部は圧力導入路
どしてある。センシングボディ２外周にはテーパ状段部
２２が設けられ、上記ハウジング１の内周に設りられた
テーバ状スｌ−ツパ１１に嵌合せしめられている。そし
て、センシングボディ２の段部２２上部にはＯリング２
６　ハンクアップリング２７を挿入ずるべく溝２５が設
けられている。

上記センシングポディ２は、熱膨張率の小さいＦｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ系合金で構成され、その−Ｌ端面ば中心部を薄
肉として受圧用ダイヤフラム２】としてある（第１図（
ｂ））。ダイヤフラム２１のＬ面は全面を酸化して酸化
層２３が形成してある。そして、該酸化層２３上に低融
点ガラス層２４を介して半導体チップ３が接合されてい
る。

なお、ガラス層２４の大きさをｂ、半導体チップ３の大
きさをａとすると（第１図（ａ）参照）、本実施例では
、後述するように、 ａ　＋１．５＜ｂ＜ａ＋２．２　（ｍｍ）　　−（１）
となっている。

半導体チップ３は、第２図に示す如く、３１基板面の４
ケ所にボロン（Ｂ）をドープして、Ｐ型半導体歪ケージ
３１，３２，３３．３４を形成したものであり、該歪ゲ
ージ３１．３３は上記ダイヤフラム２１の中心部直上に
位置し、該歪ゲージ３２．３４はダイヤフラム２１の周
縁部直上に位置している。そして、これら歪ゲージ３１
〜３４はＳｉｌ板上に形成した電極リード（図略）によ
り互いに接続されて、第３図に示す如きフルブリッジを
構成している。

第９図において、Ｌ記半導体チップ３は、これを囲むよ
うにハウジング１の上面に設けたリング状セラξノク基
板５上に形成された信号処理用のＩＣ回路（図略）とワ
イヤ４で接続されている。

信号処理回路はりートフレーム５１、電気雑音除去用の
貫通コンデンサ５２、リード線５３を介して外部と接続
される。

ハウジング１の上面外周縁には、筒状カバ−６がＯリン
グ６ｌを介してハウジングｌに嵌合されている。筒状カ
ハー６の−ヒ方開口端にはリートホルダ６５が密嵌され
てあり、上記リード線５３がこのリードホルダ６５を貫
通してセンサ外へ延出している。

なお、第９図中、６２は上記貫通コンデンザ５２をロー
付けによって固定したプレート、６３はシールリング、
６４は上部プレー１・、６６はリード押さえ、６７ばネ
ジ、７は半導体チソブ３を外気から保護するシリコンケ
ル、８は貫通コンｙンサ５２およびリード線５３を保護
するボッティング剤である。

なお、センシングボディ２はハウシング１に打ち込み挿
入されるため、センシングボディ２のすべり、ぬけ等の
ずれが防止でき、さらに打ち込みの際の応力がＯリング
２６　ハックアンブリング２７用の溝２５によって半導
体チップ３に直接作用することを防止できる。

第１０図は本圧カセンサの取り付け例を示す断面図であ
り、上記圧力セン→ノのセンシングボディ２の圧力導入
路に高圧流体を導入するべく、上記ハウジング１の内周
部にシールパイプ２０１を介９ １０ して、被検出対象２００に嵌合され、ボルト２０６、ワ
ッシャ２０７にて固定されている。なお、シールパイプ
２０１は、０リング２０２，２０４およびハックアップ
リング２０３，２０５によって、圧カセンサおよび被検
出対象２００とそれぞれシール性を確保している。

次に、上記センシングポディ２と半導体チップ３との接
合手１１Ｉ｛について第８図を用いて説明する。

まず、センシングボディ２表面を酸洗浄して脱脂を行う
。

センシングボディ２の脱炭処理はＨ２とＮ２を混合した
還元性ないし弱還元性雰囲気中に水蒸気を供給して行い
、８００゜Ｃ〜１ｌ００゜Ｃで１時間程度行う。

次に、センシングポディ２の酸化処理を行う。

酸化処理は０２雰囲気にｓ　ｏ　ｏ　’ｃで１０分間、
あるいは１０００゜ＣでＯ、５分間さらし、１．５μｍ
〜５．５μｍの深さで酸化層２３を形戒する。

ガラス層２４の形成は上記酸化層２３上に低融点ガラス
のガラスペースト（例えば、ガラス戒分Ｐ　ｂ　Ｏ　　
Ｂ２　０３系でフィラーＰｂＴｉ０３やＺｎＳｉＯ４）
を印刷し、これを仮焼（約４５０”Ｃ　）することによ
り行い、ガラスの厚みを仕上がりで４０μｍ〜６０μｍ
とする。上記ガラスペーストはガラス粉を有機溶材中に
混入して得る。仮焼した上記ガラス層２４に半導体チッ
プ３を載せ、本焼成（約４５０゜Ｃ）すると上記半導体
チップ３はセンシングボディ２上に強固に接合される。

しかしながら、前述のように仮焼後のガラス層２４は周
縁部に厚い盛り上がり部が形戊され、ガラス層２４およ
び半導体チンブ３の大小関係により接合強度、センサ出
力感度にぱらつきが生してしまう。

従って、第５図（ｂ）に示すように、ガラス層２４の中
央平坦部の大きさと半導体チップ３の大きさを同程度に
して、同チップ３の座りを良好にする必要がある。

すなわち、本実施例では、ガラス層２４の周縁盛上部の
サイズが高さ１０μｍ，幅０、７５ｍｍであるので（第
４図参照）、半導体チップ３の大きさａとガラス層２４
の大きさｂの関係を、ｂ＝ａ＋２ＸＯ．’＋５（ｍｍ）
　　　−（２）としている。

また、出力感度の低下が５０％までである場合、セラ短
ンク基板５（第９図）に形成される増幅回路（図略）の
補償抵抗により補償することができる。すなわち、第６
図（Ｃ）の解析結果より、本実施例では半導体チップ３
の位置ずれを０．３５（財）以下と設定し、出力感度が
５０％以上であることを保障している。

すなわち、本実施例では、ガラス層２４の大きさｂを半
導体チップ３の大きさａに対して、ａ＋２Ｘ０．７５＜
ｂ＜ａ＋２ Ｘ　（０．７５＋０．３５）［■］ と設定して式（１）を得、第８図に示す接合手順の低融
点ガラス印刷工程時には上記ｂの条件にてガラスペース
トの印刷を行っている。

なお、第８図の仮焼後のチップ配置工程では、第７図に
示すチップガイド治具が用いられている。

図において、７０１は上部ガイトプレート、７０２は台
座であり、第７図に示す如くセンシングボディ２と半導
体チップ３の位置決めが精度よく行われる。

この時、半導体チップ３のずれは第５図（ｂ）に示すよ
うにガラス層２４の周縁の盛り士がり部によって抑えら
れるが、本実施例では、同チンブ３の裏面に有機系のバ
インダを塗布し、その表面張力によって同チップ３を固
定ずることで、さらにチップずれを防止している。なお
、有機系ハインダとして、例えばエタノール　アセトン
，テレビ不オール，ヘキザノール等が用いられ、このバ
インダは木焼或時の熱によって揮発してしまう。

上記の如くしてセンシングボディ２と半導体チップ３と
の接合が行われた後に、この半導体チップ３の接合され
たセンシングボディ２をハウシング１に前述のように打
ち込み挿入し、第９図に示す圧カセンサが構威される。

かかる構造の圧カセンサにおいて、導入圧によりダイヤ
フラム２１が変形するとこれに位置決め制御されて一体
に接合された半導体チップ３に歪ｌ３ １４ 応力を牛し、該チップ３上の″ｌ−′−導体歪ゲージ３
１．３３の抵抗値が大きく変化して測定圧力に応したリ
ニャかつ高感度の出力信号が得られる。

さらに、半導体チンブ３とセンシングボディ２ば第５図
（ｔ１）に示すように接合されるため、その接合強度は
強固であり、かつ出力感度のばらつきは抑えることがで
きる。

な１３、上記実施例ではガラス層形状を一辺ｂの正プ）
形とし゜でいるが、本発明はガラスペースト仮焼時に生
しるガラス層周縁部の盛り上がりを半導体ナンブのずれ
防止および位置決めに使用するものであり、上記正方形
に限らず、他の形状であってもよい。その場合、その形
状に応じてガラス層の大きさを設定する必要がある。

また、使用ずるガラス戊分および厚み等によってガラス
層周縁部の盛り上がりは多少異なる。そのため上記実施
例の式（】）に用いた数値は上記の値に限定されるもの
ではなく、使用するガラス成分厚み等によって任意に設
定できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明を適用した『カセンサの要部を示
す平面図、第１図（１））は同圧カセンサの正面断面図
で、第９図（ｂ）のＡ部を拡大して示す。第２図は半導
体チップの平面図、第３図は半導体歪ゲジの接続図、第
４図はガラス層２４の断面図、第５図（ａ）．　（Ｉ１
））．　（Ｃ）はそれぞれ半導体ヂノブのセンシングホ
ディへのガラス接合状態を示す図、第６図（ａ），　（
ｂ）は各々半導体歪ゲージとダイヤフラム部の関係を示
す平面図，正面断面図で、第６図（Ｃ）は第６図（ａ）
のχ，ｙ方向へのずれと出力感度との関係を示す特性図
、第７図はチップガイド治具要部説明図、第８図はガラ
ス接合手順を示す工程図、第９図（ａ）は本発明を適用
した圧カセンサの平面図第９図（ｂ）は同図（ａ）に示
すものの正面断面図、第１０図は第９図に示すものの取
付け例を示す図である。 １・・・ハウジング，２・・・センシングボディ，３・
・半導体チップ，２１・・・ダイヤフラム部，２４・・
ガラス層．３１〜３４半導体歪ゲージ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）受圧用金属ダイヤフラムの圧力導入側と反対側の
   端面に、ガラス層を介して、半導体歪ゲージを有する半
   導体チップを接合した圧力検出器において、 前記ガラス層は、前記半導体チップと接合される平坦面
   と、この平坦部の周縁に形成され前記半導体チップを保
   持する盛り上がり部とを有することを特徴とする圧力検
   出器。
2. （２）受圧用金属ダイヤフラムの圧力導入側と反対側の
   端面に、平坦面を有し、かつこの平坦面の周縁に盛り上
   がり部を有するガラス層を、前記平坦面にて半導体チッ
   プを接合するとともに前記盛り上がり部にて前記半導体
   チップを保持するべく、前記半導体チップのサイズに応
   じて定められた所定の面積にて形成する工程と、 前記ガラス層の平坦面に前記半導体チップを配置すると
   ともに、前記盛り上がり部にて前記半導体チップを保持
   するようにして、前記端面に前記ガラス層を介して前記
   半導体チップを接合する工程と を有することを特徴とする圧力検出器の製造方法。