JPS62242830A - 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】 〔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電圧に変換する
ための圧力変換素子を用いた圧力検出器に係り、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〕

一般に高い圧力を検出する場合にはブルドン管を用いた
圧力計や金属箔ゲージを用いた圧力計が使用される。前
者は構成が簡単で安定した出力を得ることができるが形
状が大きいという難点があり、後者は金属箔ゲージの感
度が小さいために回路処理が難しく計測器として使用す
るのには良いが、　圧力検出センサとして常時使用する
には雫ドリフトが問題となる。

また、感度の高い圧力検出器として半導体ゲージを用い
たものが知られている（例えば、実開昭５５−４７６１
５号公報、実開昭５６−９６３４４号公報）。これらは
一般に大気圧前後の低圧流体を検出することを目的とし
たもので、このため、半導体ウェハーの片面をエツチン
グすることにより薄いダイヤフラム部分が形成されてい
る。ここで本発明の目的のように高耐圧を実現するには
ダイヤフラムとなる半導体ウェハーを厚くする必要があ
り、検出可能な感度を確保するようにシリコンの板厚を
決めた場合ダイヤフラム周辺において応力が集中し、シ
リコンの強度（曲げ強度７〜３５ｋｇ／ａｎｔ）からみ
て破壊の危険性があり、破壊しないように十分厚（した
場合には所望の感度が得られないという問題のため高耐
圧の圧力検出器の実現はできなかった。

また、実開昭６０−１６８０３７号公報に記載されてい
るように金属ダイヤフラムの上にアモルファスシリコン
ゲージを形成する圧力検出器、特公昭５６−４３４８９
号公報に記載されているように金属ダイヤフラムに絶縁
層を介して歪ゲージを形成する圧力検出器が提案されて
いる。金属の場合はシリコンに比べて強度が高いので高
耐圧の圧力検出器を実現できそうであるが、前記公報記
載のものにおいては例えば金属ダイヤフラムの上に一個
一個蒸着あるいは一個一個エッチングする必要があり、
いづれの場合もダイヤフラムの大きさが大きくなり、し
かも量産向きではない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記した問題点を解消すべく、ダイヤフラム
となるチップを小型にでき、量産的であり、しかも高耐
圧の圧力検出器を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、熱膨張係数の小さいかつ強度的に優れた金属
を用いてダイヤフラムとなるチップとし、このチップは
金属のウェハに半導体歪ゲージを形成した後切断して得
、このチップをハウジングに電気溶接等により密着固定
するようにしたものである。

〔作用〕

本発明になる圧力検出器においては、被検出流体に面す
るダイヤフラムを耐強度に優れた金属で構成し、しかも
ダイヤフラムとなるチップは金属ウェハの状態で半導体
歪ゲージを構成するようにしたもので、チップを小型に
でき、量産向きであり、しかも高圧力を検出することが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例について説明する。第１
図は、本発明になる圧力検出器の一実施例の構成を示す
要部縦断面図で、１は圧力を検出するセンシングエレメ
ント、２はハウジングで、このハウジング２にはネジ山
２ｂが形成されており、図示してない被検出体に取り付
けられるようになっている。前記センシングエレメント
１の端部１ａとハウジング２の端部２ａとは電気溶接等
により密着固定されている。３はセンシングエレメント
１の信号を処理して出力するための処理回路である。４
はセンシングエレメントｌと処理回路３とを電気的に接
続するための第１リード線である。５はハウジング２の
上部をシールするためのシール樹脂である。６はシール
樹脂５を押えるためのリングでありハウジング２に打ち
込み固定しである。７はシールのためのモールド樹脂で
ある。８は処理回路３の信号を外部に取り出すための第
２リード線であり、シール樹脂５とは密着固定されてお
り気密が保たれている。第２図（Ａ）、（Ｂ）は前記セ
ンシングエレメント１の詳細を示す図で、第２図（Ａ）
は上部から見た平面図、第２図（Ｂ）は縦断面図で、１
０は金属からなるセンシングエレメント１のボディで端
部１ａは突起になっており中央に直径りの円形の穴１０
ａが設けられている。１）は金属から成るチップで、１
２はこのチップ１）上に形成された５ｉｎ２等からなる
絶縁膜であり、金属とポリシリコンとになじみの良い絶
縁膜である。１３はポリシリコンの歪ゲージであり、図
示のように４個の歪ゲージ１３ａ１）３ｂｓ　１３Ｃ％
　１３ｄより構成されている。１４は金属薄膜より成る
電極であり、４個の電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４
ｄより構成されており、これにより前記歪ゲージ１３は
フルブリッジ構成となっている。１５は前記各電極上に
設置されたワイヤである。１６はセラミックスより成る
基板である。１７は前記基板１６をボディ１０に固定す
るためのビンである。１８は導電性のペースを印刷し焼
成した電極受けであり、１９は前記電極受けた固定され
たポストである。そして前記電極１４、ワイヤ１５、電
極受け１８、ポスト１９は導通状態となっている。

次に、前記チップ１）の製造方法について述べると、第
５図はチップ１）の製造工程を示すフローチャート図で
、まず、金属例えばコバールを切出して加工して例えば
−辺が５０〜１５０ｍの正方形で板厚が０．２〜１．Ｏ
ｍｍのウェハとする。このウェハの表面を研摩して例え
ば面粗度ｌμ以下とし洗浄し、熱処理をして表面に酸化
層を形成する。その上に例えばＳｉＯ□のスパッタなど
の方法で絶縁層を０．５〜１．０μｍ程度形成し、その
上にポリシリコンを例えば減圧ＣＶＤ等の装置により適
当な不純物濃度（例えばＢ゛を１Ｑ２０ｃ、−１程度）
になるように成膜し、レーザー等のアニール処理を施し
、ホトリングラフィの工程でパターンニングし、エツチ
ングにより４個のポリシリコンのゲージを形成する。次
に電極となる金属を蒸着あるいはスパッタ等により成膜
し、バターニング、エツチングをして電極を形成する。

これをチップの大きさに切断する。このチップをロー材
２ｏにょリボディに固定し、セラミックの基板１６を取
り付はワイヤ１５をポンディグしポスト１９を立ててセ
ンシングエレメントとする。

次に上記構成になる本発明圧力検出器の作動について説
明する。センシングエレメントｌに流体の圧力が印加さ
れると、１）はボディｌｏの円穴１０ａの部分に対応す
る部分が周辺固定の円形ダイヤフラムとなって歪み、歪
ゲージ１３ａ、１３Ｃは引張り応力を受けて抵抗値が増
加し、一方歪ゲージ１３ｂ、１３ｄには圧縮応力が加わ
って抵抗値が減少する。４個の歪ゲージ１３ａ〜１３ｄ
はフルブリッジ構成となっているので、例えば電極１４
ａと１４ｃの間に一定電圧Ｅを印加し、電極１４ｂと１
４ｄとの間の電圧を出力とすれば、流体圧力の変化に対
応した出力が得られる。この出力を処理回路３で増幅し
、かつ温度補償した後、第２１７−ド、％Ｉ８より外部
に出力する。

第３図（Ａ）、（Ｂ）は本発明になる圧力検出器の他の
実施例の構成を示し、第３図（Ａ）は平面図、第３図（
Ｂ）は縦断面図で、チップ１）が中央部に凹みを有しチ
ップとボディを一体化した構造としたもので、ボディと
チップを接合する工程を省略することができる。その他
の構成は前記第２図図示の実施例の構成と同じである。

なお、第４図はウェハの裏面を示すもので、この実施例
においてはチップ１）の端部１ａは正方形の形をしてい
るので、ハウジング２の端部２ａもこれに会わせて正方
形とする。

〔発明の効果〕

上述のように、本発明になる圧力検出器においては、被
検出流体に面するダイヤフラムを耐強度に優れた金属で
構成し、しかもダイヤフラムとなるチップは金属ウェハ
の状態で半導体歪ゲージを構成するようにしたもので、
チップを小型にでき、量産向きであり、しかも高耐圧の
圧力検出器を実現できるという効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる圧力検出器の一実施例の構成を示
す要部縦断面図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図図示の
本発明圧力検出器におけるセンシングエレメントの詳細
を示す平面図及び縦断面図、第３図（Ａ）、（Ｂ）は本
発明圧力検出器におけるセンシングエレメントの他の実
施例の詳細を示す平面図及び縦断面図、第４図は本発明
圧力検出器における金属ウェハの実施例を示す簡略図、
第５図は本発明圧力検出器におけるチップの製造工程の
フローチャート図である。 ■・・・センシングエレメント、２・・・ハウジング。 ３・・・処理回路、ＩＱ・・・ボディ、１）・・・チッ
プ、１２・・・絶縁膜、１３・・・歪ゲージ、１４・・
・電極、１６・・・基板、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１
３ｄ・・・歪ゲージ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　半導体歪ゲージにより圧力を検出するセンシン
   グエレメントと、前記センシングエレメントと密着固定
   されたハウジングと、前記半導体歪ゲージに接続されそ
   の信号を増幅し温度補償をする処理回路と、この処理回
   路に接続され電気信号を外部に取り出すコネクタ手段と
   から成り、前記センシングエレメントは金属から成る中
   央部に凹みを有し、この凹み部分がダイヤフラムとなり
   、この凹みの反対側に絶縁膜を介して前記半導体ゲージ
   を複数個配置したことを特徴とする圧力検出器。
2. （２）　前記センシングエレメントは中央部に穴を有す
   る金属のボディの片面に密着固定された厚みの一様な金
   属のチップから成ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の圧力検出器。
3. （３）　前記センシングエレメントは、ダイフラムとな
   る凹み部分を一様な金属で一体加工して成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の圧力検出器。
4. （４）　前記センシングエレメントの凹部の反対側の表
   面を酸化処理することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の圧力検出器。
5. （５）　前記センシングエレメントの金属は熱膨張係数
   が２．５×１０＾−＾６℃＾−＾１〜６．０×１０＾−
   ＾６℃＾−＾１であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の圧力検出器。