JPH0926371A - 半導体式圧力センサ - Google Patents

半導体式圧力センサ

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JPH0926371A
JPH0926371A JP17614295A JP17614295A JPH0926371A JP H0926371 A JPH0926371 A JP H0926371A JP 17614295 A JP17614295 A JP 17614295A JP 17614295 A JP17614295 A JP 17614295A JP H0926371 A JPH0926371 A JP H0926371A
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JP
Japan
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gauge
processing element
signal processing
compartment
good thermal
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JP17614295A
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English (en)
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Masahiro Kurita
正弘 栗田
Terumi Nakazawa
照美 仲沢
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ゲ−ジと信号処理要素間の温度差発現を抑え、
最適なる温度補償が行えセンサ特性の改善が図れる半導
体式圧力センサを提供する。 【構成】圧力媒体16からの圧力信号を電気信号に変換す
る半導体式のゲ−ジ1と、該電気信号を導体パターン13
を介して受け取りセンサ信号に処理する信号処理要素6
と、ゲ−ジ1を密封する一方の分室9aと信号処理要素
6を密封する他方の分室9bとを有するケース7及びキ
ャップ10とを備え、圧力媒体16を分室9aにのみ導入す
るよう構成され、分室9aから分室9bへの熱伝導を可能
とする熱良導体12を分室9aと分室9bとを連結するよう
にケース7の内部に埋設し、熱良導体12にゲ−ジ1及び
信号処理要素6を固着し、圧力媒体16から受けたゲ−ジ
1の熱を、熱良導体12を介して信号処理要素6の方へ移
動させる半導体式圧力センサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゲージと信号処理
要素が別体である2チップタイプ半導体式圧力センサに
関する。
【0002】
【従来の技術】2チップタイプ半導体式圧力センサは、
使用環境の面から望まれて、圧力検出部のゲ−ジとゲ−
ジの微小出力電圧を温度補償し増幅する信号処理要素と
を別体密封したものであり、例えば、特公平6−563
45号公報に開示されているような、圧力検出要素とホ
ウケイ酸ガラスからなるゲージを底部閉鎖部材に固定し
信号処理要素をリ−ド線に固定し、密封した構造のもの
がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
の構造では、ゲ−ジ側の一方にのみ導入された圧力媒体
(ガス)の温度によって、ゲ−ジと信号処理要素間に温度
差が発現し、センサ特性が悪化すると言う問題がある。
従って、本発明の目的は、センサ特性の温度影響を回避
する半導体式圧力センサを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、圧力媒体
からの圧力信号を電気信号に変換する半導体式のゲ−ジ
と、該ゲ−ジの前記電気信号を電気的連結手段を介して
受け取りセンサ信号に処理する信号処理要素と、前記ゲ
−ジを密封する一方の分室と前記信号処理要素を密封す
る他方の分室とを有する筐体とを備え、前記圧力媒体を
前記一方の分室にのみ導入するよう構成された半導体式
圧力センサであって、前記一方の分室から前記他方の分
室への熱伝導を可能とする熱良導体を、前記一方の分室
と前記他方の分室とを連結するように前記筐体の内部に
埋設し、該熱良導体に前記ゲ−ジ及び信号処理要素を固
着し、前記圧力媒体から受けた前記ゲ−ジの熱を、前記
熱良導体を介して前記信号処理要素の方へ移動させるこ
とにより達成される。
【0005】換言すれば、一方の分室と他方の分室とを
連結する熱良導体を筐体の内部に埋設し、該熱良導体に
ゲ−ジ及び信号処理要素を固着し、圧力媒体から受けた
ゲ−ジの熱を、熱良導体を介して信号処理要素の方へ移
動させることにより、ゲージと信号処理要素の両者の温
度が同レベルになるので、ゲージと信号処理要素間の温
度差の発現が抑えられ、最適なる温度補償ができる。こ
のとき、圧力媒体からの熱によるゲ−ジ及び信号処理要
素の温度上昇値(絶対値)を低くするために、例えば、熱
良導体の表面の一部を外部に露出させる、あるいは熱良
導体を取付基材と兼用し他部品(外部の低温体)に取り付
けるなどによって、熱良導体から熱を放散する構成とす
る。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態に
ついて、図1から図4に示す実施例を参照しながら説明
する。図1は、本発明による一実施例の半導体式圧力セ
ンサの断面図である。図2は、図1の平面図である。第
一実施例の構成について、圧力センサの製作工程の順に
沿って、図1と図2を同時に参照しながら説明する。ゲ
ージ1及び信号処理要素6は、別途チップ化される。す
なわち、一方のチップであるゲージ1は、圧力媒体から
の圧力信号を電気信号に変換する半導体歪式ゲ−ジチッ
プからなるものであり、例えば、半導体基板表面に4ケ
の拡散抵抗を配置し、各々を導体パタ−ンで結線してブ
リッジを形成し、半導体基板の裏面を化学薬品により薄
肉ダイアフラムに加工したものから構成される。そして
一般的に、ゲージ1は、陽極接合またはガラス等を使用
してガラス台2に接合され、アッセンブリ化される。
【0007】他方のチップである信号処理要素6は、圧
力信号に基づいてゲージ1に発生する微小な電気信号を
増幅しセンサ信号に処理するための、増幅回路や温度特
性補償回路などを含む集積回路から構成される。上記の
ように2チップタイプ化されているのは、ゲ−ジ1及び
信号処理要素6を分離してパッケ−ジ化し、耐環境性
(例えば、耐酸性、耐ガソリン性)を向上させるためで
ある。すなわち、圧力媒体としてのガソリン等を含むガ
スが圧力信号を受けるゲ−ジ側にのみ導入される構造と
し、耐環境性を向上している。そして、圧力媒体からゲ
−ジ1が受けた熱を移動または放散するために、ゲージ
1はガラス台2を介し信号処理要素6は直接的に、熱良
導体12に接着剤などで固着される。なお、ガラス台2
がなく、ゲージ1は熱良導体12に直接固着されても可
である。
【0008】次に、ゲ−ジ1及び信号処理要素6を固着
した熱良導体12が、密封性を確保するためにケース7
に埋設される。即ち、ケース7は、例えば、プラスチッ
ク材から一体成形加工されたものであり、熱良導体12
と複数のリ−ドフレ−ム11とは一緒に成形される。そ
して、ケース7は、分室9a,9bを形成し、該分室9
aはゲ−ジ1を、分室9bは信号処理要素6を、それぞ
れ分室の内部に収納し密封する筐体の一方を形成するも
のである。なお、リ−ドフレ−ム11は、信号処理要素
6からのセンサ信号を圧力センサ本体の外部へ伝達する
ための端子である。センサ信号が電気信号の一種である
ので、リ−ドフレ−ム11の材料は、一般に電気伝導材
(金属材)からなっている。
【0009】ところで、ケース7には、熱良導体12の
背面、即ち、ゲ−ジ1及び信号処理要素6が並設固着さ
れた固着面に対し反対側の背面に空気が接触するよう
に、放熱孔14が開けられている。この孔によって、埋
設された熱良導体12の表面の一部が外部に露出され、
熱良導体12からの熱が、すなわち、ゲ−ジ1が圧力媒
体16から受けた熱が空気中に放散される。この時、熱
を放散するために開口している放熱孔14の開口面積
は、分室9a,9bが密室となるように、熱良導体12
の全面積(板面面積)より小さくなっている。
【0010】次に、ゲージ1の電極と熱良導体12の面
上の電気的連結手段としての導体パタ−ン13間及び信
号処理要素6の電極とリ−ドフレ−ム11間は、もう一
つの電気的連結手段としてのリード線4で電気的に連結
される。その後、ゲージ1と信号処理要素6の周囲に、
充填材8が充填される。そして、接着用溝に塗布された
接着剤を介して、筐体の一方であるケース7に筐体の他
方であるキャップ10が接着固定され、分室9a,9b
の内部にゲ−ジ1と信号処理要素6とが密封される。こ
の時、キャップ10に設けられた圧力導入管15は、圧
力媒体16をゲ−ジ1が収納されたゲージ側の分室9a
にのみ導入するよう配設される。そして最後に、センサ
組立てが終了した時点で、ツェナ−ザップトリミング法
などによってセンサ特性の調整が行われる。
【0011】従って、本実施例の半導体式圧力センサの
構造は、筐体としてのケース7とゲ−ジ1及び信号処理
要素6との間に、圧力媒体16からゲ−ジ1が受けた熱
を放散するための熱良導体12を設け、該熱良導体12
にゲ−ジ1及び信号処理要素6を並設固着した構造とも
言える。なお、筐体はケース7とキャップ10とから成
るものであり、ケース7とキャップ10のどちら側に熱
良導体12が埋設されても(一体成形加工されても)可で
ある。また、熱良導体12は、例えば、熱伝導率の大き
い材料である金属材の上面に絶縁膜を設け、その絶縁膜
の上面に、導電性の材料で導体パタ−ン13を形成した
ものであり、メタルコア基板と呼称されるものである。
このような構造であれば、分室9a,9bの密封性を維
持しつつゲ−ジ1から信号処理要素6への電気信号の伝
達が容易に可能となる。
【0012】動作は次の通りである。上記構成の半導体
式圧力センサであれば、圧力導入管15を介しゲ−ジ1
に導入された圧力媒体16としての高温ガスの熱によっ
て、ゲ−ジ1が温められても、ゲ−ジ1及び信号処理要
素6が、熱伝導性の良い熱良導体12に一体で固着され
ているので、一方的にゲ−ジ1のみが温度上昇すること
はなく、すなわち、ゲ−ジ1が温度上昇すれば、熱良導
体12を伝導した熱で信号処理要素6も同程度に温度上
昇する。一方、その熱は、熱良導体12から放熱孔14
を経て空気中に放散されるので、ゲ−ジ1の温度上昇値
(絶対値)は抑制される。すなわち、前者の動作はゲ−ジ
1から信号処理要素6へ熱を移動させ、後者の動作はゲ
−ジ1の温度上昇を抑え、共にゲ−ジ1と信号処理要素
6の両者の温度を同レベルにするよう働くので、ゲ−ジ
と信号処理要素間の温度差の増大を抑えることができ
る。したがって、ゲ−ジ1と信号処理要素6との間には
顕著なる温度差の発現がなくなり、ゲ−ジ1と信号処理
要素6との温度差に起因するセンサ特性の悪化は防止さ
れる。換言すれば、ゲージの温度上昇が抑制され、ま
た、ゲージと信号処理要素間の温度差が抑えられるの
で、センサ特性に対し最適なる温度補償ができる。その
結果、半導体式圧力センサの出力特性の改善が図れる。
【0013】一方、前述の従来技術においても放熱性を
改善するために、底部閉鎖部材とリ−ド線とを熱伝導性
の良い金属材とすることは可能である。しかし、2種類
の金属材となり構造が複雑となる、また、2種金属間の
接合部の熱伝導が悪くなるという問題がある。これに対
して本実施例では、ゲージと信号処理要素間の温度差を
小さくする(または、大きくしない)ために、(1)ゲージ
の熱を信号処理要素の方へ移動し熱バランスを取るこ
と、(2)積極的にゲージから熱放散を行うこと、(3)放熱
の構造を簡単にすること、(4)熱伝導の低下を回避する
ことなどが配慮されているので、効果的に目的が達成さ
れる。
【0014】次に第二実施例を、図3と図4で説明す
る。 図3は、本発明による他の実施例の半導体
式圧力センサの断面図である。図4は、図3の平面図で
ある。第二実施例の第一実施例との相違点は、専用部品
として設けた熱良導体12の代わりに、一般的に用いら
れているベ−スフレ−ム5を兼用する点である。該ベ−
スフレ−ム5は、前述のように電気伝導材から成るリ−
ドフレ−ム11の母材であり、複数のリ−ドフレ−ム1
1と一体にプレス成形されるもので、圧力センサ本体を
他部品に取り付けるための取付基材である。従って、ベ
−スフレ−ム5は、リ−ドフレ−ム11と同様に電気伝
導材(金属材)であり、すなわち、熱良導体12となり得
る。上記兼用構成であれば、部品点数の削減や製作上の
容易性に利点がある。なお、熱良導体12としてのベ−
スフレ−ム5は、リ−ドフレ−ム11を含めたものでも
可である。
【0015】図において、ゲージ1及び信号処理要素6
はベ−スフレ−ム5に固着される。そして、リ−ドフレ
−ム11及びベ−スフレ−ム5が、プラスチック材から
なるケース7で一体成形加工される。一方の電気的連結
手段としてのリード線4は、他方の電気的連結手段とし
てのリ−ドフレ−ム11と電気的に連結される。ベ−ス
フレ−ム5の主なる機能は、圧力センサ全体を支えるも
のである。第二実施例では、放熱孔14は図示してない
が設けても可である。しかし、ベ−スフレ−ム5の肉厚
が薄いので、分室9a,9bの密封性を維持することが
難しく実用性を欠くと思われる。
【0016】第二実施例の半導体式圧力センサの場合、
圧力導入管15を介しゲ−ジ1に導入された圧力媒体1
6の熱は、熱良導体12としてのベ−スフレ−ム5を伝
導して、ゲ−ジ1から信号処理要素6へ移動する。その
結果、ゲ−ジ1と信号処理要素6の両者間に顕著なる温
度差の発現が回避され、従って両者の対温度特性差の発
現が抑止されるので、ゲ−ジ1と信号処理要素6との温
度差に起因するセンサ特性の悪化は防止される。一方、
一般的に圧力センサ本体を取り付けるために、ベ−スフ
レ−ム5は、圧力センサ本体を取り付けるための他部品
に固定される。従って、ゲ−ジ1が圧力媒体16から受
けた熱は、ベ−スフレ−ム5を介し比較的に低温である
該他部品の方へ放散され、ゲ−ジ1の温度上昇が抑制さ
れる。
【0017】ところで、ゲ−ジ1及び信号処理要素6を
ベ−スフレ−ム5へ固着する方法は第一実施例と同様に
接着によるものであるが、接着以外の銀ペ−ストやはん
だなどによっても可である。この時、リ−ドフレ−ム1
1とベ−スフレ−ム5とは電気的には結合されてはいな
いものとなっているので、第一実施例のように熱良導体
12としてのベ−スフレ−ム5の面上に絶縁膜などを設
けずに、直接ゲ−ジ1及び信号処理要素6をベ−スフレ
−ム5へ固着することができる。なお、上記実施例にお
いて、レ−ザ−トリミング法によるセンサ特性調整は、
信号処理要素6のプロセスによってキャップ10を接着
固定する前に行っても可である。また、ゲ−ジについて
半導体歪式ゲ−ジチップで説明したが、歪式ゲ−ジチッ
プに拘泥されるものではない。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、ゲ−ジと信号処理要素
間の温度差の増大、すなわち両者の対温度特性差の発現
が抑止されるので、最適なる温度補償が行え、半導体式
圧力センサの出力特性の改善が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による一実施例の半導体式圧力センサの
断面図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】本発明による他の実施例の半導体式圧力センサ
の断面図である。
【図4】図3の平面図である。
【符号の説明】
1…ゲ−ジ、2…ガラス台、4…リ−ド線、5…ベ−ス
フレ−ム、6…信号処理要素、7…ケース、8…充填
材、9a,9b…分室、10…キャップ、11…リ−ド
フレ−ム、12…熱良導体、13…導体パタ−ン、14
…放熱孔、15…圧力導入管、16…圧力媒体

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧力媒体からの圧力信号を電気信号に変換
    する半導体式のゲ−ジと、該ゲ−ジの前記電気信号を電
    気的連結手段を介して受け取りセンサ信号に処理する信
    号処理要素と、前記ゲ−ジを密封する一方の分室と前記
    信号処理要素を密封する他方の分室とを有する筐体とを
    備え、前記圧力媒体を前記一方の分室にのみ導入するよ
    う構成された半導体式圧力センサであって、 前記一方の分室から前記他方の分室への熱伝導を可能と
    する熱良導体を、前記一方の分室と前記他方の分室とを
    連結するように前記筐体の内部に埋設し、該熱良導体に
    前記ゲ−ジ及び信号処理要素を固着し、 前記圧力媒体から受けた前記ゲ−ジの熱を、前記熱良導
    体を介して前記信号処理要素の方へ移動させることを特
    徴とする半導体式圧力センサ。
  2. 【請求項2】請求項1において、埋設された前記熱良導
    体は、当該熱良導体の表面の一部を外部に露出している
    ことを特徴とする半導体式圧力センサ。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記熱良導体は、金属
    材であって、該金属材の表面に絶縁膜を設け、該絶縁膜
    の上面に導電性の材料から成る前記電気的連結手段とし
    ての導体パタ−ンを形成したものであることを特徴とす
    る半導体式圧力センサ。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記熱良導体は、圧力
    センサ本体を他部品に取り付けるための取付基材と兼用
    することを特徴とする半導体式圧力センサ。
  5. 【請求項5】請求項4において、前記取付基材は、ベー
    スフレ−ムであることを特徴とする半導体式圧力セン
    サ。
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