JPS62291533A - 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】 ３、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を検出する圧力検
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］ 圧力検出器としては、測定圧に応じて歪変形する受圧ダ
イヤフラムを有し該ダイヤフラムの歪量を歪ゲージで検
出するものが多用されている。

特に高圧を測定するには、受圧ダイヤフラムに耐圧性の
ある金属ダイヤフラムを使用するのが良く、例えば特公
昭５８−５３７２号には金属ダイヤフラムに金属歪ゲー
ジを接合して測定部を構成した圧力検出器が開示されて
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記金属歪ゲージは出力感度が低いとい
う難点があり、多段増幅やこれに伴なうノイズ除去等で
測定回路か複雑になる。

一方、リニヤかつ高感度の出力が得られる半導体歪ゲー
ジを使用した圧力検出器が注目されているが、これらは
いずれも半導体チップ自身で受圧ダイヤフラムを構成し
ているため（例えば米国特許第３，８５８，１５０号）
低圧用のものしか得られないのが現状である。

そこで、金属ダイヤフラムと半導体歪ゲージを形成した
半導体チップを組合せることにより、高圧の使用に耐え
かつ出力感度も良い圧力検出器を得ることを考えたが、
金属ダイヤフラムに上記半導体チップを充分な強度で接
合する構造が見い出し得なかった。

発明者らはかかる現状に鑑みて種々実験を繰り返した結
果、金属ダイヤフラムに歪ゲージ半導体チップが強固か
つ確実に接合された性能良好な圧力検出器を実現した。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の構成を第１図で説明すると、受圧用金属ダイヤ
フラム１１のダイヤフラム面には低融点ガラス層３を介
して板ガラス４が接合してあり、該板ガラス４に半導体
チップ２を載置して上記板ガラス４と半導体チップ２を
陽極接合しである。

［作用］ 上記接合構造の圧力検出器においては、半導体チップ２
は強固かつ確実に金属ダイヤフラム１１上に接合され、
高圧を充分な感度で精度、良く測定することができる。

［実施例１ 第２図には圧力検出器の構造を示す。図において、検出
器ハウジング５０１は異径の筒体であり、小径の上端部
外周には取付用ネジ部５０１　ａが形成され、中間部外
周は回転操作用の六角面として必る。上記ハウジング５
０１内にはセンシングポデー１が挿通配設してあり、該
ポデー１は上端閉鎖の筒体であって大径の上端部をハウ
ジング５０１内壁の段付部に当接せしめ、下端開口の周
縁を上記ハウジング５０１の開口縁に溶接固定しである
。センシングボデー１は熱膨張率の小さいＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ系合金で構成され、その上端面中心部は薄肉として
受圧用ダイヤフラム１１としである。

ダイヤフラム１１の上面には後述する接合構造によって
半導体チップ２が接合しており、該半導体チップ２はこ
れを囲むようにセンシングボデー１の上面外周部に設け
たリング状セラミック基板５０２上の電極（図略）にワ
イヤ５０３で接続しである。セラミック基板５０２の上
記電極形成部にはピン５０４が立設され、これらピン５
０４はリード線５０５により、ハウジング５０１の上端
開口に密嵌されたコネクタ５０６のコネクタピン５０７
に接続しておる。

上記半導体チップ２はＳｉ基板より構成され、該単板の
上面の４ケ所に小ロン（Ｂ）をドープして、第３図に示
す如く、Ｐ型半導体歪ゲージ２１．２２．２３．２４を
形成しである。歪ゲージ２１．２３は上記ダイヤフラム
１１の中心部直上に位置し、歪ゲージ２２．２４はダイ
ヤフラム１１の周縁部直上に位置している。そして、こ
れら歪ゲージ２１〜２４はＳｉ基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４図に示す如
きフルブリッジを構成している。

上記半導体チップ２とセンシングホゾ−１の接合構造を
第１図に示す。図は第２図のＡ部を拡大したものであり
、センシングボデー１の上面には低融点ガラス層３およ
び板ガラス４を介して半導体チップ２を接合しておる。

かかる接合構造を形成するには、センシングボデー１の
ダイヤフラム１１直上部に低融点ガラスのガラスペース
トを印刷して、これを仮焼く例えば約４００’Ｃ）する
。

このガラスペーストはガラス粉をアルコール中に混入し
て得る。また、この時のセンシングボデー１の表面粗さ
は０．５μｍ〜３μｍとすると良い。

仮焼したガラス層３に板ガラス４を載せ、本焼成（例え
ば約５００’Ｃ）すると、板ガラス４はガラス層３を介
してセンシングボデー１に強固に接合される。しかる後
に、上記板ガラス４上に半導体デツプ２を載せ、これを
正極側になすとともに上記センシングボデー１を負極側
となして板ガラス４と半導体チップ２を低圧かつ高温（
約３００°Ｃ）で陽性接合する。この場合の接合強度は
半導体チップ４に接するガラス層の粗さに大きく左右さ
れ、発明者らの実験によると中心線平均粗さで０．０５
μｍ以下が必要である。

なお直接センシングボデー１にガラス層を形成すること
も考えられるが、面粗度を０．０５μｍ以下にするのは
難しく、またガラス層を形成した後面粗度を小さくする
ため研磨することも考えられるが、センシングボデーと
一緒に研磨しても０゜０５μｍ以下にするのは非常に困
難であった。

ここにおいて、発明者らは市販の板ガラスに極めて面粗
度の良いものがあることに注目しくちなみに発明者らの
使用した板ガラスの面粗度は０゜０２μｍ程度である）
、これをガラス層３と半導体チップ２間に介在せしめる
ことにより、半導体チップ２をセンシングボデー１に充
分な強度で接合した。

なお、陽極接合時の温度の影響による半導体チップ２等
の応力割れを防止し、かつ使用時の熱衝撃に対する耐性
を向上させるためにはセンシングボデー１、ガラス層３
および板ガラス４の熱膨張率は２．０ｘ１０　　’／’
Ｃ〜６．０×１０　　”／°Ｃの間に設定するのが良い
。

かかる構造の圧力検出器によれば、導入圧によリダイヤ
フラム１１が変形するとこれに一体に接合された半導体
チップ２に歪応力を生じ、該チップ２上の歪ゲージ２１
．２３の抵抗値が大きく変化して測定圧力に応じたリニ
ヤかっ高感度の出力信号がＩ？られる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば直接圧力を受けるグ
イレフラムの部分か耐久性が良好で強度が大きい金属を
用いることで高圧に耐え、しかも板ガラスを接合するの
で構成および工程が簡単でしかも陽極接合を行うので接
合時の歪が小さく接合強度も大きいので安定した圧力検
出器を提供できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要部断面図で第２図のＡ部拡大断面図
、第２図は圧力検出器の全体断面図、第３図は半導体チ
ップの平面図、第４図は歪ゲージの接続図である。 １・・・・・・センシングボデー １１・・・・・・受圧用金属ダイヤフラム２・・・・・
・”半導体チップ ３・・・・・・低融点ガラス層 ４・・・・・・板ガラス 第１図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）受圧用金属ダイヤフラムのダイヤフラム面に低融
   点ガラス層を介して板ガラスを接合し、該板ガラスに歪
   ゲージ半導体チップを載置して上記板ガラスと歪ゲージ
   半導体チップを陽極接合してなる圧力検出器。
2. （２）上記板ガラスの面粗度を０．０５μｍ以下とした
   特許請求の範囲第１項記載の圧力検出器。
3. （３）上記歪ゲージ半導体チップをＳｉ基板で構成し、
   上記受圧用金属ダイヤフラム、低融点ガラス層および板
   ガラスの熱膨脹係数を２．０×１０＾−＾６／℃〜６．
   ０×１０＾−＾６／℃とした特許請求の範囲第１項記載
   の圧力検出器。
4. （４）上記受圧用金属ダイヤフラムをコバール材で構成
   した特許請求の範囲第３項記載の圧力検出器。