JPH11194060A

JPH11194060A - 圧力検出装置

Info

Publication number: JPH11194060A
Application number: JP16388298A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Koga; 和彦古賀; Hironobu Baba; 広伸馬場; Ineo Toyoda; 稲男豊田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】圧力検出装置を取り付ける部位から侵入する
高周波ノイズによるセンサ出力の変動を低減する。【解決手段】圧力導入孔を有するセンシングボディの
ダイヤフラムをなす薄肉部に低融点ガラスを介してセン
サチップ４を固定した構造の圧力検出装置において、セ
ンサチップ４を構成するシリコン基板４１の電位を電源
回路７２の電源電圧に固定して、シリコン基板４１と歪
ゲージ４２ａ〜４２ｄとの間のＰＮ接合が逆バイアスと
なるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力を検出する圧
力検出装置に関し、例えば車両における燃料噴射装置の
燃料圧やブレーキ装置のブレーキオイル圧等の高圧を検
出するのに用いて好適なるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧力検出装置としては、
特開昭６２−７３１３１号公報に示されるものがある。
このものは、圧力導入孔の終端が薄肉部となっているセ
ンシングボディをハウジング内に収納し、センシングボ
ディの薄肉部に絶縁体を介して密着固定したセンサチッ
プにより薄肉部の変位に応じた電気信号を出力するよう
にしている。また、センサチップは、半導体基板に歪ゲ
ージを拡散形成した半導体式のものとなっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した構成において
は、図１０に示すように、センサチップを構成する半導
体基板１０１とセンシングボディ１０２は、その間に絶
縁体１０３が介在しているため電気的に絶縁されている
が、半導体基板１０１、絶縁体１０２、センシングボデ
ィ１０２は、コンデンサ１０４を形成する構造となって
いる。このため、被検出体からハウジングを介してセン
シングボディ１０２に高周波のノイズが侵入すると、コ
ンデンサ１０４によって半導体基板１０１の電位にノイ
ズが重畳し、歪ゲージに対してノイズが直接侵入するた
め、センサの出力が変動するという問題がある。

【０００４】本発明は上記問題に鑑みたもので、ノイズ
による出力変動を低減することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、センシングボデ
ィ部（２）における薄肉部（２ｂ）に絶縁体（５）を介
して固定されたセンサチップ（４）において、このセン
サチップ（４）を構成する半導体基板（４１）の電位を
固定して、半導体基板（４１）と歪ゲージ（４２ａ〜４
２ｄ）との間のＰＮ接合が逆バイアスとなるようにした
ことを特徴としている。

【０００６】従って、被検出体からハウジング部
（１）、センシングボディ部（２）、絶縁体（５）を介
して高周波ノイズが半導体基板（４１）に侵入しても、
歪ゲージ（４２ａ〜４２ｄ）へのノイズの影響を低減で
き、出力変動を低減することができる。この場合、半導
体基板（４１）をＮ型基板としたときには、半導体基板
（４１）を電源電圧に固定することによって、半導体基
板（４１）と歪ゲージ（４２ａ〜４２ｄ）との間のＰＮ
接合が逆バイアスとなる。

【０００７】また、請求項２に記載の発明においては、
歪ゲージ（４２ａ〜４２ｄ）により構成されるブリッジ
回路の電源回路（７２）と半導体基板（４１）とを電気
的に接続するようにしているから、電位固定のための余
分な電源回路を用いることなくノイズ低減のための構成
を実現することができる。また、上記した電位固定は、
請求項３に記載の発明のように、歪みゲージ（４２ａ〜
４２ｄ）の形成領域を取り囲むように形成された第１導
伝型の拡散層（４５）を有して行うことができる。

【０００８】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１に、本発明の一実施形態を示す
圧力検出装置の断面構造を示す。この圧力検出装置は、
車両における燃料噴射装置の燃料圧やブレーキ装置のブ
レーキオイル圧等の高圧（例えば２０ＭＰａ）の流体の
圧力を測定するものである。

【００１０】図において、ハウジング１は、耐食性が良
好で溶接可能な金属（例えばＳＵＳ４３０）で構成され
ており、ねじ山１ａを有し、図示しない被検出体（例え
ば、燃料配管）にねじ締めで固定されるようになってい
る。センシングボディ２は、熱膨張率が小さい低熱膨張
率金属（例えばコバール等の線熱膨張係数がシリコンに
近い材質のもの）で構成され、内側に圧力導入孔２ａを
有し、その終端に受圧用ダイヤフラムをなす肉薄部２ｂ
が形成されている。図２に、センシングボディ２の外観
形状を示す。センシングボディ２は、円筒形状をしてお
り、その端部すなわち下端開口周縁部には段差部２ｃが
形成されている。

【００１１】このセンシングボディ２は、ハウジング１
の内側空洞部に圧入され、その段差部２ｃとハウジング
１の開口縁（端部）１ｂとが突き合わされ、その部分が
電気溶接等によって密着固定される。このようにして、
センシングボディ２がハウジング１内に組付け固定さ
れ、ボディ部が構成される。また、ハウジング１には、
ねじ山１ａの内側空洞部に段差部１ｂが形成されててい
るため、センシングボディ２がハウジング１内に組付け
固定されたとき、ハウジング１とセンシングボディ２の
間に、環状の隙間３が形成される。この隙間３により、
ハウジング１を被検出体に固定したときに生じる応力が
センサチップ４に伝達するのを阻止することができる。

【００１２】センシングボディ２における薄肉部２ｂの
上面、すなわち圧力導入側と反対側の面には、センサチ
ップ４が、絶縁体である低融点ガラス５により接合され
ている。図３に、センシングボディ２の先端部分の断面
斜視図を示す。図に示すように、Ｎ型単結晶のシリコン
基板４１に４つのＰ型の歪ゲージ４２ａ〜４２ｄが形成
されてセンサチップ４が構成されており、薄肉部２ｂの
変位に応じた電気信号を出力する。

【００１３】センシングボディ２の先端部の周囲には、
図１に示すように、回路基板７が配置されている。この
回路基板７は、センサチップ４からの電気信号を増幅し
て出力する増幅回路（センサの感度調整を行う調整回路
を含む）などの回路部を有しており、積層セラミック基
板７ａ、回路チップ７ｂ、およびポスト７ｃから構成さ
れている。

【００１４】積層セラミック基板７ａは、表面及び内層
に導電性のペーストを印刷し焼成して形成されたもの
で、接着剤によりハウジング１に固定されている。回路
チップ７ｂは、積層セラミック基板７ａ上に実装され、
ワイヤにより積層セラミック基板７ａの導電性ペースト
焼成してなる導電体（配線の一部領域）と電気的に接続
されている。ポスト７ｃは、外部との電気接続を行うた
めの取り出し電極となるもので、例えば４２アロイにて
構成されており、ろう付け等によりセラミック積層基板
７ａ上に接合されている。

【００１５】セラミック基板７ａの表面の導電体とセン
サチップ４とは、隙間３を跨いでワイヤ８により電気的
に接続されている。また、センシングボディ２および積
層セラミック基板７の上面（センサチップ４およびワイ
ヤ８の上を含む）には、腐食防止のためにコーティング
材（例えばシリコーンゲル）９によりコーティングが施
されている。

【００１６】セラミック積層基板７ａに接合されたポス
ト７ｃは、ターミナルアッセンブリ１０のコネクタター
ミナル１０ａと電気溶接等で接続されている。このター
ミナルアッセンブリ１０は、コネクタターミナル１０ａ
をＰＰＳ等の樹脂でインサート成形したものである。そ
して、ターミナルアッセンブリ１０と、ＰＰＳ等の樹脂
で成形されたコネクタケース１１は、Ｏリング１２を介
しハウジング１のかしめ部１ｄでハウジング１にかしめ
固定されている。

【００１７】上記したセンサチップ４および回路基板７
における回路部の電気結線図を図４に示す。歪ゲージ４
２ａ〜４２ｄは、図に示すようにように、ブリッジ回路
を構成している。回路基板７における回路部は、ブリッ
ジ回路からの電気信号を増幅する増幅回路７１の他、ブ
リッジ回路に電源供給を行う電源回路７２を有してい
る。そして、歪ゲージ４２ａ〜４２ｄにより構成される
ブリッジ回路は、薄肉部２ｂに加わる圧力に応じた電気
信号を増幅回路７１に出力し、増幅回路７１は、その信
号を増幅して、圧力に応じた電気信号を外部に出力す
る。

【００１８】また、センサチップ４は、図５に示すよう
に、シリコン基板４１上に歪ゲージ４２ａ〜４２ｄが不
純物拡散によって形成されている。また、シリコン基板
４１上には絶縁膜が形成されており、この絶縁膜にはス
ルーホールが形成され、このスルーホールを介して歪ゲ
ージ４２ａ〜４２ｄと外部との接続電極をなすパッド４
３ａ〜４３ｄとがＡｌ配線によって接続されている。な
お、これらのパッド４３ａ〜４３ｄは、ワイヤ８によっ
て回路基板７上の増幅回路７１、電源回路７２に電気的
に接続されている。

【００１９】ここで、本実施形態では、シリコン基板４
１の電位を電源電圧に固定するために基板接続用パッド
４３ｅが設けられ、このパッド４３ｅと電源回路７２に
接続されたパッド４３ａ間がＡｌ配線４４で接続されて
いる。なお、基板接続用パッド４３ｅは絶縁膜に形成さ
れたスルーホールを介してシリコン基板４１に電気的に
接続されている。

【００２０】このように構成することによって、シリコ
ン基板４１の電位が電源回路７２の電源電圧に固定さ
れ、Ｎ型のシリコン基板４１とＰ型の歪ゲージ４２ａ〜
４２ｄとの間のＰＮ接合が逆バイアスされる。従って、
被検出体から導電性部材で構成されたハウジング１、セ
ンシングボディ２を介し、さらに低融点ガラス５を介し
て高周波ノイズがシリコン基板４１に侵入しても、電源
回路７２の高周波インピーダンスが十分に低ければ、シ
リコン基板４１に侵入したノイズは電源回路７２に吸収
され、歪ゲージ４２ａ〜４２ｄは安定的に電源電圧でバ
イアスされる。

【００２１】よって、高周波ノイズによる歪ゲージ４２
ａ〜４２ｄへの影響を低減することができ、ひいてはセ
ンサ出力の変動を低減することができる。本発明者等が
実験により確認したところ、図１に示す圧力検出装置を
車両に取り付けてアイドリング状態にしたとき、シリコ
ン基板４１の電位を従来のようにフローティングにする
と、センサ出力のノイズが２４４ｍＶ_P-Pになり、本実
施形態のようにシリコン基板４１を電源回路７２に接続
すると、センサ出力のノイズが７８ｍＶ_P-Pになり、セ
ンサ出力の変動を大きく低減することができた。

【００２２】なお、上記実施形態では、歪ゲージ４２ａ
〜４２ｄによるブリッジ回路の電源回路７２とシリコン
基板４１とを電気的に接続するものを示したが、図６に
示すように、ブリッジ回路の電源回路７２とは別の電源
回路７３（歪ゲージ４２ａ〜４２ｄよりも電位が高く、
高周波インピーダンスが十分に低いもの）とシリコン基
板４１とを電気的に接続するようにしてもよい。

【００２３】また、上記実施形態では、基板接続用パッ
ド４３ｅを設けてＮ型のシリコン基板４１の電位をセン
サチップ４内の最高電位に固定するものを示したが、歪
ゲージ４２ａ〜４２ｄが形成された領域をＮ⁺拡散層に
よって囲み、そのＮ⁺拡散層の電位をセンサチップ４の
最高電位に固定するようにしてもよい。この場合の実施
形態を図７に示す。この図７は、センサチップ４を上か
ら見た図で、Ｎ^-のシリコン基板４１には、歪ゲージ４
２ａ〜４２ｄが形成された領域を取り囲むようにＮ⁺拡
散層４５が形成されおり、このＮ⁺拡散層４５の上にＡ
ｌ配線４６が形成されている。そして、Ａｌ配線４６と
Ｎ⁺拡散層４５とは、図７中のＡ−Ａ断面である図８に
示すように、絶縁膜４７に形成されたコンタクトホール
４８（図７中には点線で示す）を介して電気的に接続さ
れている。なお、Ａｌ配線４６は、歪ゲージ４２ａ〜４
２ｄからパッド４３ｂ、４３ｃ、４３ｄへのＡｌ配線が
形成された部分で途切れているが、その部分はその下の
Ｎ⁺拡散層４５により電気的に小さな抵抗で接続されて
いる。また、Ａｌ配線４６は、電源回路７２に接続され
たパッド４３ａと電気的に接続されているため、センサ
チップ４の最高電位に固定されている。

【００２４】このように構成することにより、Ｎ^-のシ
リコン基板４１とＰ型の歪ゲージ４２ａ〜４２ｄとの間
のＰＮ接合が逆バイアスされるため、電気ノイズによる
歪ゲージ４２ａ〜４２ｄへの影響を受け難くすることが
できる。なお、この実施形態においても、図６に示すよ
うに、ブリッジ回路の電源回路７２とは別の電源回路７
３とＮ⁺拡散層４５とを電気的に接続するようにしても
よい。

【００２５】また、上記実施形態では、ハウジング１と
センシングボディ２を別体にて構成するものを示した
が、図９に示すように、ハウジング１とセンシングボデ
ィ２を同一の導電性部材にて一体的に構成してもよい。
さらに、センサチップ４とセンシングボディ２との接合
は、低融点ガラス５以外の絶縁体による接合を用いても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる圧力検出装置の断
面図である。

【図２】センシングボディ２の外観形状を示す図であ
る。

【図３】センシングボディ２とセンサチップ４の構成を
示す部分断面斜視図である。

【図４】センサチップ４および回路基板７における回路
部の電気結線図である。

【図５】センサチップ４の模式的な構成を示す図であ
る。

【図６】本発明の他の実施形態を示す電気結線図であ
る。

【図７】本発明の他の実施形態にかかるセンサチップの
平面図である。

【図８】図８中のＡ−Ａ断面図である。

【図９】本発明の他の実施形態にかかる圧力検出装置の
断面図である。

【図１０】従来の圧力検出装置の問題点を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１…ハウジング、２…センシングボディ、２ａ…圧力導
入孔、２ｂ…肉薄部、３…隙間、４…センサチップ、４
１…シリコン基板、４２ａ〜４２ｄ…歪ゲージ、４３ａ
〜４３ｄ…パッド、４５…Ｎ⁺拡散層、４６…Ａｌ配
線、５…低融点ガラス、７…回路基板、８…ワイヤ、
９…コーティング材、１０…ターミナルアッセンブリ、
１０ａ…コネクタターミナル、１１…コネクタケース、
１２…Ｏリング、７１…増幅回路、７２、７３…電源回
路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力導入孔（２ａ）を有しその終端が薄
肉部（２ｂ）となっているセンシングボディ部（２）
と、このセンシングボディ部（２）の外側にあって被検
出体に取り付けられるハウジング部（１）とを有し、導
電性部材で構成されたボディ部材（１、２）と、前記薄肉部（２ｂ）の圧力導入側と反対側に絶縁体
（５）を介して固定され、第１導電型の半導体基板（４
１）に第２導電型の歪ゲージ（４２ａ〜４２ｄ）が形成
されて構成されており、前記薄肉部（２ｂ）の変位に応
じた電気信号を出力するセンサチップ（４）と、前記半導体基板（４１）と前記歪ゲージ（４２ａ〜４２
ｄ）との間のＰＮ接合が逆バイアスとなるように、前記
半導体基板（４１）の電位を固定する電位固定手段（４
３ｅ、４４、４５，４６）とを備えたことを特徴とする
圧力検出装置。
【請求項２】前記半導体基板（４１）はＮ型基板であ
って、前記歪ゲージ（４２ａ〜４２ｄ）はブリッジ回路
を構成しており、前記電位固定手段は、前記ブリッジ回
路の電源回路（７２）と前記半導体基板（４１）とを電
気的に接続する手段（４３ｅ、４４、４５，４６）であ
ることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】前記電位固定手段は、前記歪みゲージ
（４２ａ〜４２ｄ）の形成領域を取り囲むように形成さ
れた第１導伝型の拡散層（４５）を有して前記電位の固
定を行うものであることを特徴とする請求項１又は２に
記載の圧力検出装置。