JPH1151795A - 半導体圧力センサとその製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 小型、且つ簡単な構造で容易に製造でき、安
価で耐圧強度に優れ長期間安定した作動をなす半導体圧
力センサ及びその製作方法を提供する。 【解決手段】 円筒状のハウジング１、該ハウジングに
載置され、ピン挿通孔３を備えるセラミック製台座４、
セラミック製台座に固定される半導体圧力センサ素子
７、ピン挿通孔を貫通し、リード線８により半導体圧力
センサ素子と連結するリードピン５、セラミック製台座
とハウジング内周間、及びピン挿通孔とリードピン間の
空隙を充填するエポキシ樹脂とから半導体圧力センサを
構成したものであり、エポキシ樹脂をピン挿通孔とリー
ドピン間及びセラミック製台座とハウジング内周間に充
填し、セラミック製台座上に半導体圧力センサ素子を固
定し、リード線でリードピン先端と接続することにより
半導体圧力センサを製作したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧状態での使用
に適する半導体圧力センサ及びその製作方法に関し、特
に圧力センサの圧力検知部の取り付け部分の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体圧力センサは、シリコン等の半導
体チップで形成されたダイヤフラムの表面にピエゾ抵抗
層を設け、ダイヤフラムに加わる圧力をピエゾ抵抗層の
比抵抗の変化を利用して電気信号に変換するもので、コ
ンプレッサを利用するエアコン、あるいは冷蔵庫等の家
電用、車両用エアコンの冷媒圧力検出用として、また、
油圧機械の油圧検知用、土木機械、トラック等のパワス
テアリングやブレーキオイル圧力検知用として、さらに
は、医療用、工業計測用等、広い分野で使用されてい
る。

【０００３】このような半導体圧力センサとしては、図
５に示すように、ハウジング３０内の台座３１上に半導
体圧力センサ素子３２を収納し、ハウジング３０に設け
た複数本の通孔３３から挿通したリードピン３４に半導
体圧力センサ３２とリード線３５で接続する一方、リー
ドピン３４と通孔３３との間にガラス粉を入れ、加熱し
て溶融し、ハーメッチックシール３６を形成して絶縁部
を構成し、ハウジング３０の上部をダイヤフラム３７で
覆い、内部にオイルを充填している。このような半導体
圧力センサ３８においては、ダイヤフラムの表面側の流
体の圧力によってダイヤフラム内のシリコンオイルを介
して半導体圧力センサ素子にその圧力が伝達され、流体
の絶対圧力として測定される。

【０００４】また、例えば図６に示すように、図５に示
すものとは異なり、ダイヤフラム及びその中に充填する
シリコンオイルを用いることなく、ハウジング３０と台
座３１を下方から貫通する導通孔４０を設け、半導体圧
力センサ素子３２の下面に導通させ、半導体圧力センサ
素子の上面と下面の流体の圧力差を検出し、流体の相対
圧力を測定するようにしたものも存在する。

【０００５】一方、半導体圧力センサとして、上記のも
の以外に、図７に示すように、円筒状のハウジング４１
内の底部に予めリードピン４２を通した状態でガラス粉
を溶融して封止部４３を形成し、この封止部に直接台座
４４を固定し、半導体圧力センサ素子４５を載せ、以下
図５に示す従来のものと同様の構成によって絶対圧力測
定型半導体圧力センサとしたものも存在する。更に図８
に示すように、図５と図６の圧力センサの相違と同様の
相違によって相対圧力測定型圧力センサとしたものも存
在する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のものにおい
て、図５及び図６に示すような半導体圧力センサにおい
ては、いずれも、ハウジングにリードピンを通して半導
体圧力センサ素子とリード線で接続するに際して、ハウ
ジングに設けた通孔からリードピンを通し、リードピン
と通孔との間にガラス粉末を入れ、加熱して溶融し、ハ
ーメッチックシールを形成して絶縁部を構成している。
したがって、この半導体圧力センサは高圧に耐えること
ができる反面、ハーメチックシールの形成時に高温の熱
処理を行わなければならず、その際に生じるリードピン
の酸化膜の除去作業、あるいはリードピンに対しては予
めメッキを施しておくことができないので、熱処理をし
た後でメッキを施さなければならず、作業に手間がかか
り全体として高価なものとならざるを得なかった。

【０００７】一方、図７及び図８に示すような半導体圧
力センサにおいては、ガラス部分と周囲のステンレス鋼
等から成るハウジングとの熱膨張率の相違によって次第
に隙間を生じやすく、この隙間から圧力漏れを生じたり
内部のオイルが漏れる等の問題を生じることがあり、更
に、全体が大型化すると共に高価なものとならざるを得
なかった。

【０００８】したがって、本発明は、小型、且つ簡単な
構造で容易に製造でき、安価な半導体圧力センサとする
ことができると共に、耐圧強度に優れ長期間安定した作
動をなす半導体圧力センサ及びその製作方法を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、円筒状のハウジング、該ハウジングに載置
され、ピン挿通孔を備えるセラミック製台座、セラミッ
ク製台座に固定される半導体圧力センサ素子、ピン挿通
孔を貫通し、リード線により半導体圧力センサ素子と連
結するリードピン、セラミック製台座とハウジング内周
間、及びピン挿通孔とリードピン間の空隙を充填するエ
ポキシ樹脂とから半導体圧力センサを構成したものであ
り、また、リードピン嵌合孔を形成した台形の治具にリ
ードピンを嵌合し、円筒状のハウジングをその内部にリ
ードピンが収納されるように治具上に載置し、治具上面
にエポキシ樹脂を所定量収容し、その上方からピン挿通
孔を備えるセラミック製台座を、ピン挿通孔にリードピ
ンを挿通させつつ降下して治具上に押圧することにより
エポキシ樹脂をピン挿通孔とリードピン間及びセラミッ
ク製台座とハウジング内周間に充填し、セラミック製台
座上に半導体圧力センサ素子を固定し、リード線でリー
ドピン先端と接続することにより半導体圧力センサを製
作したものである。

【００１０】本発明においては、その製作に際しては、
例えばリードピン嵌合孔を形成した台形の治具にリード
ピンを嵌合し、次いで、下部内周面に突出した段部を有
する円筒状のハウジングをその内部にリードピンが収納
されるように治具上に載置し、次いで、治具上面にエポ
キシ樹脂を所定量収容し、その上方からピン挿通孔を備
えるとともにハウジング内周より小さな外周を有するセ
ラミック製台座を、ピン挿通孔にリードピンを挿通させ
つつ降下して治具上に押圧すると、エポキシ樹脂がその
圧力によりピン挿通孔とリードピン間、及びセラミック
製台座とハウジング内周間に充填される。その後、セラ
ミック製台座上に半導体圧力センサ素子を固定し、リー
ド線でリードピン先端と接続することにより半導体圧力
センサが製作される。この半導体圧力センサの使用に際
しては、半導体圧力センサ素子によって検出される信号
はリード線からリードピンを通って外部に送られる。使
用中においてセンサに対して温度変化等があっても、ハ
ウジングとセラミック台座との間、及びセラミック台座
のピン挿通穴とリードピントの間にはエポキシ樹脂が存
在するので、ハウジングとセラミック台座あるいはリー
ドピンとのなじみが良く、且つ弾性があるので熱膨張に
追従することができ、長期間にわたって確実なシール作
用を行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に添って説
明する。図１は本発明による半導体圧力センサを絶対圧
力センサとして使用した例を示し、下部内周面に段部１
を形成した円筒状のハウジング２内には、この段部１に
載置されるように、複数本のピン挿通孔３を備えるとと
もにハウジング２の内周より小さな外周を有することに
よりハウジングの内周面と間に間隙を有するセラミック
製台座４を収納している。セラミック製台座４のピン挿
通孔３には各々リードピン５が貫通しており、また、セ
ラミック製台座４の中央上部には基台６を介して半導体
圧力センサ素子７が固定されており、半導体圧力センサ
素子７とリードピン５とはリード線８により接続されて
いる。

【００１２】セラミック製台座４の外周面とハウジング
２の内周面間の間隙、及びセラミック製台座４のピン挿
通孔３とリードピン５との間隙には、いずれにもエポキ
シ樹脂を充填しており、それによりシールがなされてい
る。また、ハウジング２の上端部の開口にはダイヤフラ
ム１０が溶接等により固定されている。ハウジングの側
壁の一部には貫通孔９を形成しており、この貫通孔１０
からシリコン油等のオイルを充填し、その後この貫通孔
の外側開口からボール１１を圧入して封鎖している。

【００１３】上記構成からなる半導体圧力センサの製作
に際しては、図２に示すように、（ａ）リードピン嵌合
孔１２を形成した台形の治具１３にリードピン５を嵌合
し、（ｂ）次いで、下部内周面に突出した段部１を有す
る円筒状のハウジング２をその内部にリードピン５が収
納されるように治具１３上に載置し、（ｃ）次いで、治
具１３上面にエポキシ樹脂１４を所定量収容する。
（ｄ）その上方からピン挿通孔３を備えるとともにハウ
ジング２の内周より小さな外周を有するセラミック製台
座４を、ピン挿通孔３にリードピン５を挿通させつつ降
下して治具１３上に押圧する。それにより、エポキシ樹
脂１４がその圧力によりピン挿通孔３とリードピン５
間、及びセラミック製台座４とハウジング２内周間に充
填される。（ｅ）その後、セラミック製台座４上に半導
体圧力センサ素子７を固定し、リード線８でリードピン
５先端と接続するとともに、治具１３を外し、（ｆ）最
後にダイヤフラムを溶接により固定すると半導体圧力セ
ンサユニット１５が製作される。

【００１４】このような半導体圧力センサの使用に際し
ては、図３に示すようなセンサ単体として使用される。
なお、図３に示す半導体圧力センサにおいては、一部上
記半導体圧力センサとは異なるもののその基本構成は同
様である。即ち、図２に示すように、継ぎ手１２を固定
したキャップ１３の上部に上記のようにして製作された
半導体圧力センサユニット１５を、図１及び図２とは反
対向きに載置し、その上にＯリングを介して圧力センサ
本体１６を被覆し、周囲をかしめ板によりかしめること
によって圧力センサ本体１６とキャップ１３とをその外
周からかしめて固定している。圧力センサ本体１６内に
おいては、フレキシブル基板１７をボンド１８により固
定して内装しており、また、基板２０、オーバーコート
部２１、コネクタピン２２等も内装している。

【００１５】上記実施例においては、半導体圧力センサ
を絶対圧力センサとして構成した例を示したが、図４に
示すように、ハウジング２の上部にダイヤフラムを設け
ることなく、また、セラミック製台座２３の中央部に、
このセラミック基台上に固定される基台２４と共に貫通
する連通孔２５を備えている。この半導体圧力センサに
おいては、半導体圧力センサ素子の図中上方の流体の圧
力と、連通孔２５を介して半導体圧力センサ素子の上方
に作用する流体圧力の差圧によって半導体圧力センサ素
子が出力する結果、相対圧力センサとして機能する。

【００１６】上記各実施例におけるセラミック製台座の
材質としては、種々のものが使用できるが、特に、ステ
アタイト材として供給されているＭｇＯ・ＳｉＯ２が、
成形性とコストの面から好ましい。また、アルミナ材を
使用することもできる。このようにセラミック台座を使
用することは、電気絶縁性と機械的強度と、熱膨張係数
とのバランスの上で好ましい。

【００１７】また、上記のように間隙にエポキシ樹脂を
充填することは、セラミックとハウジングのステンレス
鋼との接着性が良く、且つ作業性が良く、更に、シリコ
ンオイルに侵されることが無く、硬化時に収縮、膨張、
ひずみの発生がなく、しかも耐熱性に優れていることに
より選択されたものである。このエポキシ樹脂として
は、ケミテック（株）製のＮｏ．４×６２８Ｂ、また
は、５×５５９Ｃ、あるいは５×８７０が適切であっ
た。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成したので、
小型で、且つ簡単な構造で、しかも、安価な半導体圧力
センサとすることができると共に、耐圧強度に優れ長期
間安定した作動をなす半導体圧力センサとすることがで
きると共に、その半導体圧力センサを容易に製造するこ
とができる製法とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体圧力センサを絶対圧型圧力セン
サに適用した実施例の断面図である。

【図２】図１の半導体圧力センサの製法を示す断面図で
ある。

【図３】本発明の半導体圧力センサを組み込んだセンサ
単体の断面図である。

【図４】本発明の半導体センサを、相対圧型圧力センサ
に適用した実施例の断面図である。

【図５】従来の絶対圧型半導体センサの断面図である。

【図６】従来の相対圧型半導体センサの断面図である。

【図７】従来の他の絶対圧型半導体センサの断面図であ
る。

【図８】従来の他の相対圧型半導体センサの断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 段部 ２ ハウジング ３ ピン挿通孔 ４ セラミック製台座 ５ リードピン ６ 基台 ７ 半導体圧力センサ素子 ８ リード線 １０ ダイヤフラム １１ ボール １２ リードピン嵌合孔 １３ 治具 １５ 半導体圧力センサユニット １６ 圧力センサ本体 １７ フレキシブル基板 １８ ボンド ２０ 基板 ２１ オーバーコート部 ２２ コネクタピン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部内周面に突出した段部を有する円筒
   状のハウジング、該ハウジングに載置され、ピン挿通孔
   を備えるとともにハウジング内周より小さな外周を有す
   るセラミック製台座、セラミック製台座に固定される半
   導体圧力センサ素子、ピン挿通孔を貫通し、先端のリー
   ド線により半導体圧力センサ素子と連結するリードピ
   ン、セラミック製台座とハウジング内周間、及びピン挿
   通孔とリードピン間の空隙を充填するエポキシ樹脂とか
   らなることを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】 円筒状のハウジングは下部内周面に突出
   した段部を有する請求項１記載の半導体圧力センサ。
3. 【請求項３】 セラミック製台座はハウジング内周より
   小さな外周を有する請求項１又は請求項２記載の半導体
   圧力センサ。
4. 【請求項４】 リードピン嵌合孔を形成した台形の治具
   にリードピンを嵌合し、円筒状のハウジングをその内部
   にリードピンが収納されるように治具上に載置し、治具
   上面にエポキシ樹脂を所定量収容し、その上方からピン
   挿通孔を備えるセラミック製台座を、ピン挿通孔にリー
   ドピンを挿通させつつ降下して治具上に押圧することに
   よりエポキシ樹脂をピン挿通孔とリードピン間及びセラ
   ミック製台座とハウジング内周間に充填し、セラミック
   製台座上に半導体圧力センサ素子を固定し、リード線で
   リードピンと接続してなることを特徴とする半導体圧力
   センサの製作方法。