DE10157402A1 - Drucksensor mit einem Halbleitersensorchip - Google Patents

Abstract

Ein Halbleitersensorchip (30) enthält ein dünnes Diaphragma und eine auf einer Vorderseitenoberfläche des Diaphragmas gebildete elektrische Schaltung. Das Disphragma verdreht sich entsprechend einer Durckdifferenz zwischen Drücken, die beiden Oberflächen des Diaphragmas aufgebracht werden, und die Diaphragmaverdrehung wird in ein elektrisches Signal umgewandelt. Beide Oberflächen des Diaphragmas werden mit Schutzteilen (70, 80) bedeckt, um den Sensorchip vor in dem Gas enthaltenen Staub und Feuchtigkeit zu schützen. Da das Gas der Rückseitenoberfläche des Diaphragmas durch einen kleinen Durchgang (41) eingeführt wird, während die Vorderseitenoberfläche einen Druck mit einer relativ großen Fläche aufnimmt, ist das Schutzteil (80), welches die Rückseitenoberfläche bedeckt, weicher als das ausgebildet, welches die Vorderseitenoberfläche bedeckt. Somit ist der Sensorchip geeignet vor Staub und Feuchtigkeit geschützt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druck­ sensor, welcher eine Druckdifferenz erfasst, die auf beide Oberflächen eines Halbleitersensorchips aufgebracht wird.

Beispiele von Drucksensoren dieser Art sind in der JP- A-9-43085, JP-A-3-237332 und JP-A-11-241970 offenbart. Ein in jenen Veröffentlichungen offenbarter herkömmlichen Drucksensor enthält einen auf einem Gehäuse angebrachten Halbleitersensorchip eines Diaphragmatyps. Ein erster Druck wird auf eine Vorderseitenoberfläche des Sensorchips aufge­ bracht, und ein zweiter Druck wird auf dessen Rückseiten­ oberfläche aufgebracht, und es wird eine Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Drücken als elektrisches Signal erfasst. Eine elektrische Schaltung zum Umwandeln der Druckdifferenz in das elektrische Signal ist auf der Vorderseitenoberfläche des Sensorchips gebildet, und die Rückseitenoberfläche des Sensorchips ist über ein Substrat auf das Sensorgehäuse geklebt.

Die Vorderseitenoberfläche des Sensorchips, auf welcher die elektrische Schaltung gebildet ist, ist mit einem aus Gummi, Gel oder dergleichen gebildeten Schutzteil bedeckt, um die elektrische Schaltung vor Staub oder Feuchtigkeit zu schützen. Die Rückseitenoberfläche des Sensorchips ist je­ doch nicht bedeckt. Ein Rückseitendurchgang, welcher den zweiten Druck auf die Rückseitenoberfläche des Sensorchips einführt, ist im Vergleich mit einem Vorderseitendurchgang, welcher den ersten Druck auf die Vorderseitenoberfläche einführt, sehr schmal. Dies liegt daran, dass die Rücksei­ tenoberfläche des Sensorchips auf das Sensorgehäuse geklebt werden muss. Der schmale Rückseitendurchgang neigt dazu mit Fremdteilchen einschließlich Staub und Feuchtigkeit ver­ klebt zu werden, wenn der Drucksensor in einer ungünstigen Atmosphäre verwendet wird, da der Rückseitendurchgang nicht vor der Atmosphäre geschützt wird. Das Sensorgehäuse kann durch die kondensierte Feuchtigkeit im ungünstigsten Fall zerstört werden. Wenn der Rückseitendurchgang mit Fremd­ teilchen verstopft ist, kann der Drucksensor nicht richtig arbeiten.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Schwierigkeiten gemacht, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Drucksensor bereitzustellen, welcher genau die Druckdifferenz zwischen Drücken, die auf beide Oberflächen des Sensorchips aufge­ bracht werden, sogar dann erfasst, wenn der Drucksensor in einer ungünstigen Atmosphäre verwendet wird.

Die Lösung der Aufgabe folgt durch die Merkmale des An­ spruchs 1.

Ein Halbleitersensorchip, welcher eine Vorderseiten­ oberfläche und eine Rückseitenoberfläche besitzt, ist auf einem Gehäuse angebracht und darin enthalten. Das Gehäuse enthält einen ersten Durchgang, durch welchen ein erster Druck eingeführt wird, und einen zweiten Durchgang, durch welchen ein zweiter Druck eingeführt wird. Der erste Druck wird der Vorderseitenoberfläche des Sensorchips zugeführt, während der zweite Druck der Rückseitenoberfläche zugeführt wird. Eine Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Drücken wird durch den Sensorchip erfasst und in ein elek­ trisches Signal umgewandelt. Der Drucksensor wird bei­ spielsweise als Sensor verwendet, welcher die Verstopfung einer Masche bzw. eines Gitters (mesh-clogging) eines Die­ selteilchenfilters erfasst.

Ein dünnes Diaphragma ist auf der Vorderseitenoberflä­ che des Sensorchips durch Bildung eines Hohlraums von der Rückseitenoberfläche aus gebildet. Das Diaphragma verdreht sich entsprechend einer Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Drücken, und die Verdrehung wird in ein elek­ trisches Signal umgewandelt. Der Sensorchip ist auf dem Ge­ häuse über ein Substrat angebracht, welches mit der Rück­ seitenoberfläche des Sensorchips verbunden ist. Der zweite Druck wird dem Diaphragma des Sensorchips durch ein kleines Durchgangsloch zugeführt, welches in dem Substrat gebildet ist.

Die Vorderseitenoberfläche des Sensorchip ist mit einem ersten Schutzteil bedeckt, um den Sensorchip vor Fremdteil­ chen wie Staub und Feuchtigkeit zu schützen, welche in dem Gas wie einem Abgas enthalten sind. Die Rückseitenoberflä­ che des Sensorchips ist ebenfalls mit einem zweiten Schutz­ teil bedeckt, um den Sensorchip gegenüber Fremdteilchen zu schützen. Das in dem Substrat gebildete kleine Durchgangs­ loch ist mit einem Rückseitendurchgang verbunden, welcher einen Druckdurchgang, der eine relativ kleine Querschnitts­ fläche aufweist, und einen abgesenkten Abschnitt enthält, der eine große Querschnittsfläche aufweist. Das zweite Schutzteil füllt bzw. besetzt sowohl das in dem Substrat gebildete kleine Durchgangsloch als auch den Rückseiten­ durchgang. Der zweite Druck wird zuerst durch eine große Fläche des zweiten Schutzteils empfangen, welches den abge­ senkten Abschnitt füllt bzw. besetzt, und danach der Rück­ seitenoberfläche des Sensorchips durch das zweite Schutz­ teil übertragen, welches den Rückseitdurchgang und das kleine Durchgangsloch füllt bzw. besetzt. Auf diese Weise wird die Rückseitenoberfläche des Sensorchip geschützt, oh­ ne dass ein Versagen oder ein Defekt hervorgerufen durch die in dem Gas enthaltene Feuchtigkeit oder Staub auftritt.

Die ersten und zweiten Schutzteile setzen sich zusammen aus einem Grundmaterial wie Pphlorosilikongel oder Fluorgel und Öl, welches dem Grundmaterial hinzugegeben wird. Vor­ zugsweise wird das Öl desselben Typs wie dem des Grundmate­ rials dem Grundmaterial hinzugefügt. Da das zweite Schutz­ teil das kleine Durchgangsloch füllt, während das erste Schutzteil eine relativ große Fläche bedeckt, wird mehr Öl dem zweiten Schutzteil als dem ersten Schutzteil hinzuge­ fügt, um das zweite Schutzteil weicher bzw. formbarer zu machen. Beispielsweise wird Öl eines Betrags von mehr als 30% des Grundmaterials dem zweiten Schutzteil hinzugefügt.

Entweder der erste Gaseinführungsdurchgang oder der zweite Gaseinführungsdurchgang kann in einer Trichterform gebildet werden, welche sich in eine Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Sensorchips erstreckt. In dem Gaseinfüh­ rungsdurchgang kondensierte Feuchtigkeit kann entlang einer spitz zulaufenden Wand des trichterförmigen Durchgangs leicht abgeführt werden. Der Zuspitzungswinkel der spitz zulaufenden Wand relativ zu der Sensorchipoberfläche wurde größer als 30°, vorzugsweise größer als 45° ausgebildet.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die Rück­ seitenoberfläche des Sensorchips durch das zweite Schutz­ teil zusätzlich geschützt, um die Vorderseitenoberfläche durch das erste Schutzteil zu schützen. Daher wird der Sen­ sorchip sicher vor Staub und Feuchtigkeit geschützt, welche in dem in das Sensorgehäuse eingeführten Gas enthalten sind, und dadurch erfasst der Drucksensor genau den zuge­ führten Druck.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen Drucksensor einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsteilansicht, welche einen Sensor darstellt, der auf dem in Fig. 1 dargestellten Drucksensor angebracht ist;

Fig. 3 zeigt einen Graphen, welcher eine Beziehung zwi­ schen einer Nullpunktabweichung eines Sensorausgangs und einer Temperatur darstellt, bei welcher der Drucksensor verwendet wird, wobei ein Betrag des in dem zweiten Schutz­ teil enthaltenen Öls als Parameter genommen wurde;

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen Drucksensor einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 5 zeigt einen Graphen, welcher Testergebnisse dar­ stellt, welche einen Betrag von Restwasser in einem verti­ kalen Durchgang relativ zu der Temperatur darstellen; und

Fig. 6 zeigt eine Tabelle, welche Bedingungen bzw. Zu­ stände von Restwasser in dem vertikalen Durchgang mit ver­ schiedenen Größen darstellt.

Erste Ausführungsform

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1-3 beschrieben. Zuerst wird Bezug genommen auf Fig. 1 und 2, wobei die Struktur des Drucksensors als erste Ausführungsform beschrieben wird. Der hier dargestellte Drucksensor kann zum Erfassen der Verstopfung einer Masche bzw. eines Gitters (mesh­ clogging) in einem Dieselteilchenfilter (hiernach als DPF bezeichnet) verwendet werden. In diesem Fall ist der Druck­ sensor auf einem Ausström- bzw. Auspuffrohr (exhaust pipe) eines Dieselmotors installiert, um eine Druckdifferenz zwi­ schen einer stromauf befindlichen Position und einer strom­ ab befindlichen Position des DPF zu messen.

Ein Gehäuse 10, in welchem ein Sensorchip 30 angebracht ist, setzt sich zusammen aus einem Anschlussteilgehäuse 11, einem ersten Druckanschlussgehäuse (pressure port case) 12 und einem zweiten Druckanschlussgehäuse 13. Das An­ schlussteilgehäuse 11, das erste Druckanschlussgehäuse 12 und das zweite Druckanschlussgehäuse 13 sind separat durch Gussharz (molding resin) wie Polybuthylenterephthalat (PBT) oder Polyphenylensulfid (PPS) gebildet. Beide Druckan­ schlussgehäuse 12, 13 werden mit dem Anschlussteilgehäuse 11 durch ein Klebe- bzw. Haftmittel 14 verbunden, nachdem der Sensorchip 30 auf dem Anschlussteilgehäuse 11 ange­ bracht worden ist. Ein Anschlussstift 10a wird durch Ein­ spritzformen in dem Anschlussteilgehäuse 11 gebildet. Ein Loch 11a zum Anbringen des Sensorchips 30 wird auf dem An­ schlussteilgehäuse 11 gebildet. Der auf dem Anschlussteil­ gehäuse 11 angebrachte Sensorchip 30 trennt einen ersten Druckeinführungsdurchgang 21 und einen, zweiten Druckeinfüh­ rungsdurchgang 22, welche beide in dem Gehäuse 10 gebildet sind.

Fig. 2 stellt eine Querschnittsansicht des Sensorchips 30 in einem vergrößerten Maßstab dar. Der Sensorchip 30 ist aus einem Halbleitersubstrat wie einem Siliziumsubstrat ge­ bildet. Ein Hohlraum 32 ist auf einer Rückseitenoberfläche 30b des Sensorchips 30 gebildet, wodurch ein dünnes Dia­ phragma 31 auf der Vorderseitenoberfläche 30a gebildet wird. Der Hohlraum 32 wird durch bekanntes anisotropes Ät­ zen gebildet. Ein aus Glas oder dergleichen gebildetes Substrat 40 ist auf der Rückseitenoberfläche 30b des Sen­ sorchips 30 gebildet, und beide sind integriert verbunden. Das Substrat 40 ist auf die Bodenoberfläche des auf dem An­ schlussteilgehäuse 11 gebildeten Lochs 11a durch ein Haft­ mittel wie ein (nicht dargestelltes) Haftmittel eines Phlo­ rosilikontyps geklebt. Ein Durchgangsloch 41 ist in dem Substrat 40 gebildet, um einen zweiten Druck dem Sensorchip 30 einzuführen. Der Durchmesser D des Durchgangslochs ist kleiner als eine Öffnung des Hohlraums 32 ausgebildet. Ein erster Druck wird auf die Vorderseitenoberfläche 30a des Sensorchips 30 durch eine erste Drucköffnung (pressure port) 12a und den ersten Druckeinführungsdurch­ gang 21 aufgebracht. Ein zweiter Druck wird der Rückseiten­ oberfläche 30b des Sensorchips 30 durch eine zweite Druck­ öffnung 13a, dem zweiten Druckeinführungsdurchgang 22 und das Durchgangsloch 41 aufgebracht. Der erste Druckeinfüh­ rungsdurchgang 21 ist von dem zweiten Druckeinführungs­ durchgang 22 durch den Sensorchip 30 getrennt. Die erste Drucköffnung 12a ist mit einer stromab befindlichen Positi­ on des DPF durch einen (nicht dargestellten) Gummischlauch oder dergleichen verbunden, während die zweite Drucköffnung 13a ähnlich mit einer stromauf befindlichen Position des DPF verbunden ist. Somit wird der Druck stromab des DPF (der erste Druck) der Vorderseitenoberfläche 30a des Sen­ sorchips 30 aufgebracht, und es wird der Druck stromauf des DPF (der zweite Druck) der Rückseitenoberfläche 30b des Sensorchips aufgebracht. Eine Differenz der ersten und zweiten Drücke wird durch den Sensorchip 30 erfasst.

Entsprechend Fig. 2 werden beispielhafte Größen des Sensorchips 30 und des Durchgangslochs 41 dargestellt. Die Dicke t1 des Sensorchips 30 beträgt etwa 20 µm. Das Dia­ phragma 31 ist in einer quadratischen Form von 1,4 mm × 1,4 mm (L1 = 1,4 mm) ausgebildet, und die Dicke t2 davon be­ trägt etwa 30 µm. Die Öffnung des Hohlraums 32 kann in einer achteckigen Form mit einer Seitenlänge von etwa 1,9-2,0 mm (L2 = 1,9-2,0 mm) ausgebildet sein. Ein Durchmesser D des Durchgangslochs 41 beträgt 0,8-0,9 mm und ist damit kleiner als die Hohlraumöffnung.

Auf der Vorderseitenoberfläche 30a des Sensorchips 30 ist eine (nicht dargestellte) elektrische Schaltung zum Um­ wandeln des Drucksignals in ein elektrisches Signal gebil­ det. Die elektrische Schaltung ist elektrisch mit dem An­ schlussstift 10a durch einen Gold- oder Aluminiumdraht 30, welcher durch Drahtbonden gebildet wird, wie in Fig. 1 dar­ gestellt verbunden. Ein Ende des Anschlussstifts 10a er­ streckt sich nach außen und ist mit einer externen Schal­ tung wie einer (nicht dargestellten) bordseitigen elektro­ nischen Steuereinheit verbindbar.

Ein erstes Schutzteil 70 ist zum Bedecken der ersten Oberflächenseite des Sensorchips 30 angeordnet, und ein zweites Schutzteil 80 ist zum Bedecken der zweiten Oberflä­ chenseite des Sensorchips angeordnet. Das zweite Schutzteil 80 dient dazu zu verhindern, dass Fremdteilchen in das Durchgangsloch 41 eintreten. Ein auf dem Anschlussteilge­ häuse 11 an der ersten Oberflächenseite gebildeter abge­ senkter Abschnitt ist mit dem ersten Schutzteil 70 wie in Fig. 1 dargestellt gefüllt. Das erste Schutzteil 70 bedeckt die erste Oberfläche 30a, den Draht 60 und einen Abschnitt, welcher den Draht zu dem Anschlussstift 10a verbindet, um jene Teile zu schützen. Das erste Schutzteil 70 setzt sich zusammen aus einer ersten Schicht 71, welche aus einem Harz mit einem relativ großen Elastizitätsmodul gebildet ist, und einer zweiten Schicht 72, welche aus einem Harz mit ei­ nem relativ kleinen Elastizitätsmodul gebildet ist. Insbe­ sondere kann eine in der JP-A-11-304619 dargestellte Dop­ pelschichtstruktur als das erste Schutzteil 70 verwendet werden. Eine derartige Doppelschichtstruktur liefert ein gutes Schutzteil, bei welchem eine Blasenbildung (bubble generation) geeignet verhindert wird.

Ein Druckdurchgang 22a und ein abgesenkter Abschnitt 22b mit einer Öffnung, die breiter als der Druckdurchgang 22a ist, sind in dem Anschlussteilgehäuse 11 an der Seite der Rückseitenoberfläche des Sensvrchips 30 wie in Fig. 1 dargestellt gebildet. Eine Stufe 22c ist an einer Grenze des Druckdurchgangs 22a und des abgesetzten Abschnitts 22b gebildet. Das zweite Schutzteil 80 füllt bzw. besetzt das Durchgangsloch 41, den Druckdurchgang 22a und den abgesetz­ ten Abschnitt 22b wie in Fig. 1 dargestellt. Eine Öffnung W1 des abgesetzten Abschnitts 22b ist mehr als zweimal grö­ ßer als der Druckdurchgang 22a ausgebildet. Die Öffnung W1 wird mit dem zweiten Schutzteil 80 bedeckt, welches den zweiten Druck darauf aufnimmt. Daher kann der zweite Druck durch einen breiteren Bereich aufgenommen werden, und es kann der Schutz gegenüber Fremdteilchen verbessert werden.

Das zweite Schutzteil 80 ist als einzige Schicht ausge­ bildet, welche aus einem Gelmaterial gebildet ist, das durch Wärme gehärtet wird. Phlorosilikongel und Fluorgel werden wegen ihrer größeren Stabilität gegenüber Chemika­ lien bevorzugt. Wenn ein Gel eines Silikontyps verwendet wird, kann es durch in dem Abgas enthaltene Feuchtigkeit anschwellen. Öl wird den Materialien hinzugefügt, welche sowohl die ersten als die zweiten Schutzteile 70, 80 bil­ den. Jedoch wird dem zweiten Schutzteil 80 mehr Öl als dem ersten Schutzteil 70 hinzugefügt. Beispielsweise wird Phlo­ rosilikonöl dem Phlorosilikongel als Grundmaterial des zweiten Schutzteils 80 hinzugefügt. Vorzugsweise wird Öl von mehr als 30% des Grundmaterials hinzugefügt.

Das Herstellungsverfahren des oben beschriebenen Druck­ sensors wird kurz beschrieben. Der Sensorchip 30, welcher mit dem Substrat 40 verbunden ist, wird mit einem Haft- bzw. Klebemittel auf das Anschlussteilgehäuse 11 geklebt. Danach werden der Sensorchip 30 und der Anschlussstift 10a durch den Draht 60 durch Drahtbonden elektrisch verbunden. Danach wird das ersten Schutzteil 70 angeordnet, um die Seite der Vorderseitenoberfläche des Sensorchips 30 auf die folgende Weise zu bedecken. Die erste Schicht 71 (Harz wie Fluorgummi) wird dem Loch 11a zugeführt, um einen Raum zwi­ schen dem Substrat 40 und dem Loch 11a einzunehmen. Die er­ ste Schicht 71 wird auf den Pegel der Rückseitenoberfläche 30b des Sensorchips 30 wie in Fig. 1 dargestellt zugeführt. Blasen in der ersten Schicht 71 werden unter Vakuum ent­ fernt. Die zweite Schicht 72 (Harz wie Fluorgel) wird ange­ ordnet, um die erste Schicht 71 zu bedecken und den auf dem Anschlussteilgehäuse 11 an der Seite der Vorderseitenober­ fläche gebildeten abgesenkten Abschnitt zu besetzen, wie in Fig. 1 dargestellt. Danach werden sowohl die ersten als auch zweiten Schichten 71, 72 gleichzeitig unter Wärme ge­ härtet. Das erste Druckanschlussgehäuse 12 wird an dem An­ schlussteilgehäuse 11 mit einem Haftmittel 14 befestigt. Somit wird der erste Druckeinführungsdurchgang 21 gebildet.

Danach wird das zweite Schutzteil 80 an der Seite der Rückseitenoberfläche des Sensorchips 30 wie in Fig. 1 dar­ gestellt auf die folgende Weise angeordnet. Ein Material wie Phlorosilikongel als Grundmaterial, welchem Phlorosili­ konöl in einem Betrag von 30-35% des Grundmaterials hinzu­ gefügt wird, wird zugeführt, um das Durchgangsloch 41, den Druckdurchgang 22a und einen Teil des abgesenkten Ab­ schnitts 22b unter Vakuum zu füllen. Alternativ wird das Material unter dem atmosphärischen Druck zugeführt, und da­ nach werden Blasen in dem Material unter Vakuum entfernt. Als Material, welches das zweite Schutzteil bildet, können Fluorgel und Fluoröl anstelle des Phlorosilikongels und des Phlorosilikonöls verwendet werden. Danach wird das Gelmate­ rial unter Wärme gehärtet, wodurch das zweite Schutzteil 80 fertiggestellt wird. Danach wird das zweite Druckanschluss­ gehäuse 13 mit dem Anschlussteilgehäuse 11 mit dem Haftmit­ tel 14 verbunden. Somit wird der zweite Druckeinführungs­ durchgang 22 gebildet.

Der Drucksensor arbeitet auf die folgende Weise, wenn der als Sensor zum Messen einer Differenz zwischen den stromauf und stromab auftretenden Drücken des DPF verwendet wird, um die Maschenverstopfung des DPF zu erfassen. Der stromab auftretende Druck als der erste Druck wird in das Gehäuse 10 durch die erste Drucköffnung 12a eingeführt, während der stromauf auftretende Druck in das Gehäuse durch die zweite Drucköffnung 13a eingeführt wird. Der erste Druck wird der Oberfläche des ersten Schutzteils 70 durch den ersten Druckeinführungsdurchgang 21 aufgebracht und der Vorderseitenoberfläche des Diaphragmas 31 übertragen. Zur selben Zeit wird der zweite Druck der Oberfläche des zwei­ ten Schutzteils 80 durch den zweiten Druckeinführungsdurch­ gang 21 aufgebracht und der Rückseitenoberfläche des Dia­ phragmas 31 übertragen. Das Diaphragma 31 verdreht sich entsprechend der Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Drücken. Die Diaphragmaverdrehung wird in ein elek­ trisches Signal durch die auf der Vorderseitenoberfläche 30a des Sensorchips 30 gebildete Schaltung umgewandelt. Das elektrische Signal, welches die Druckdifferenz darstellt, wird von dem Sensorchip 30 der externen Schaltung durch den Draht 60 und den Anschlussstift 10a ausgegeben.

In dem herkömmlichen Drucksensor, welcher eine Druck­ differenz zwischen beiden Oberflächen des Sensorchips zuge­ führten Drücken erfasst, ist lediglich die Vorderseiten­ oberfläche des Sensorchips bedeckt und gegenüber Fremdteil­ chen geschützt. Bei der vorliegenden Erfindung wird das zweite Schutzteil 80, welches die Rückseitenoberfläche des Sensorchips 30 bedeckt, zusätzlich zu dem ersten Schutzteil vorgesehen, welches die Vorderseitenoberfläche bedeckt. Da­ her wird verhindert, dass Fremdteilchen wie Staub und Feuchtigkeit in das Durchgangsloch 41 und den Druckdurch­ gang 22a durch den zweiten Druckeinführungsdurchgang 22 eintritt. Dementsprechend ist der Drucksensor der vorlie­ genden Erfindung geeignet die Druckdifferenz genau zu mes­ sen. Insbesondere wenn der Drucksensor in dem Ausström- bzw. Auspuffrohr installiert ist, tritt in dem Abgas ent­ haltene Feuchtigkeit, welche durch einen Filter nicht ent­ fernt werden konnte, in das enge Durchgangsloch 41 ein, wenn das Durchgangsloch 41 nicht von dem zweiten Schutzteil 80 geschützt wird. Wenn die Feuchtigkeit in den engen Durchgang eintritt, kann sie in dem Durchgang kondensieren und des weiteren darin gefrieren. Es wird durch das zweite Schutzteil 80 verhindert, dass eine derartige Feuchtigkeit in den engen Druckdurchgang eintritt.

Da die Rückseitenoberfläche des Sensorchips 30 auf das Substrat 40 geklebt werden muss, kann die Größe des Durch­ gangslochs 41 nicht weit ausgestaltet sein. Beispielsweise beträgt der Durchmesser D des Durchgangslochs etwa 0,8-0,9 mm bei der ersten Ausführungsform. Das Durchgangsloch 41 mit einer derart kleinen Größe kann mit der kondensierten oder gefrorenen Feuchtigkeit verstopft werden, wenn es nicht durch das zweite Schutzteil 80 geschützt wird.

Die Härte des Materials, welches das zweite Schutzteil 80 bildet, muss geeignet festgelegt werden. Wenn es zu hart ist, wird eine Nullpunktabweichung des zweiten Ausgangs (was später detailliert erläutert wird) infolge einer in dem Material erzeugten Schrumpfungswärme, wenn das Material in dem engen Durchgang gehärtet wird, groß, da die in dem engen Durchgang erzeugte Spannung schwierig freigesetzt werden kann. Wenn es demgegenüber zu weich ist, fließt das zweite Schutzteil 80 aus dem engen Durchgang durch Wärme­ zyklen oder einer Vibration während einer tatsächlichen Be­ nutzung aus oder wird entfernt. Die Härte kann durch Ändern eines Betrags von Öl gesteuert werden, welches dem Material hinzugefügt wird, das das zweite Schutzteil 80 bildet.

Es wurden Versuche durchgeführt, um den Betrag von Öl zu bestimmen, welcher dem Material hinzuzufügen ist, wel­ ches das zweite Schutzteil 80 bildet. Für das erste Schutz­ teil 70 ist ein Material wie Phlorosilikongel oder Fluor­ gel, welches mehrere Prozent Öl enthält, geeignet verwend­ bar. Für das zweite Schutzteil 80 ist jedoch der Elastizi­ tätsmodul des derartigen Materials zu groß, und die Null­ punktabweichung des Sensorausgangs wird infolge einer Schrumpfungswärme, die durch das Härten erzeugt wird, groß. Bei den Versuchen wird Öl derselben Art wie der des Grund­ materials dem Grundmaterial hinzugefügt, d. h. es wird Phlo­ rosilikonöl dem Phlorosilikongel hinzugefügt und es wird Fluoröl dem Fluorgel hinzugefügt. Der Betrag von dem Grund­ material hinzugefügten Öl muss hinreichend sein das Grund­ material in einem Bereich weich zu machen, welcher das Här­ ten des Grundmaterials unter Wärme nicht verhindert.

Fig. 3 stellt Ergebnisse der Versuche dar, bei welchen Phlorosilikonöl einem Grundmaterial Phlorosilikongel in ei­ nem Betrag von 25%, 30% oder 35% (der Prozentsatz von Öl relativ zu dem Grundmaterial) hinzugefügt wird. Die Null­ punktabweichung in Prozenten eines Gesamtumfangs des Sen­ sorausgangs (%FS) ist auf der Ordinate dargestellt, und die Temperatur, bei welcher der Drucksensor verwendet wird, ist auf der Abszisse dargestellt. Die Nullpunktabweichung wird als (S2-S1) defininiert, wobei S1 eine Sensorausgangsspan­ nung ist, welche gemessen wird, wenn derselbe Druck der Vorderseitenoberfläche 30a und der Rückseitenoberfläche 30b des Sensorchips 30 unter der Bedingung aufgebracht wird, dass lediglich das erste Schutzteil 70 installiert ist (das zweite Schutzteil 80 ist noch nicht installiert), und S2 eine Sensorausgangsspannung darstellt, welche gemessen wird, wenn derselbe Druck beiden Oberflächen unter der Be­ dingung aufgebracht wird, dass beide Schutzteile 70, 80 in­ stalliert sind (das zweite Schutzmaterial wird zugeführt und gehärtet). Ein Sollpegel der Nullpunktabweichung in Prozenten des Gesamtumfangs des Sensorausgangs (%FS) be­ trägt 1,0% als Absolutwert. Dieser Sollpegel ist auf der Grundlage eines Erfordernisses bei der tatsächlichen Benut­ zung festgelegt.

Wie aus dem in Fig. 3 dargestellten Graphen zu entneh­ men ist, ist der Sollpegel klar bzw. eindeutig, wenn das Öl dem Grundmaterial in dem Betrag von mehr als 30% des Grund­ materials hinzugefügt wird. Demgegenüber stellen andere Versuche dar, dass das Härten verhindert wird, wenn das Öl über 40% hinaus hinzugefügt wird. Dementsprechend wird es bevorzugt, dass der Betrag von dem Grundmaterial hinzuge­ fügten Öl nicht 40% überschreitet. Der am meisten geeignete Betrag von Öl hängt von dem Grundmaterial ab. Es ist jedoch wichtig dem zweiten Schutzteil 80 mehr Öl als dem ersten Schutzteil 70 hinzufügen. Auf diese Weise kann die Null­ punktabweichung innerhalb des Sollpegels unterdrückt wer­ den, und der Sensor kann die beiden Oberflächen des Sen­ sorchips 30 aufgebrachte Druckdifferenz genau erfassen.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist das zweite Schutzteil 80 nicht nur in dem Durchgangsloch 41 sondern ebenfalls in dem Raum angeordnet, welcher von dem Druckdurchgang 22a und dem abgesenkten Abschnitt 22b gebildet wird. Die Öffnung W1 des abgesenkten Abschnitts ist zweimal breiter als diejenige des Druckdurchgangs 22b ausgebildet, wodurch die Öffnung W1 zu der Öffnung W2 an der Seite des ersten Druckeinführungs­ durchgangs 21 vergleichbar ausgestaltet wird. Beispielswei­ se sind beide Öffnungen W1, W2 in einer rechtwinkligen Form von 9 mm × 12 mm gebildet. Da die Öffnung W1 breit gebildet ist, wird der zweite Druck von einer hinreichend breiten Oberfläche aufgenommen, und dadurch wird der Druck stabil dem Sensorchip 30 sogar dann übertragen, wenn einige Fremd­ teilchen auf der Oberfläche des zweiten Schutzteils 80 an­ haften.

Es wird bevorzugt den Elastizitätsmodul des zweiten Schutzteils 80 niedriger als denjenigen des ersten Schutz­ teils 70 zu machen. Beispielsweise ist der Elastizitätsmo­ dul des ersten Schutzteils 80 vergleichbar zu demjenigen der zweiten Schicht 72 des ersten Schutzteils 70 (beispielsweise kleiner als 60 Pa) oder kleiner zu machen. Dies liegt daran, dass die in dem engen Durchgangsloch 41 gebildete Spannung schwer freizusetzen ist, wenn es mit ei­ nem harten Material gefüllt wird. Das Durchgangsloch 41 kann nicht größer ausgebildet werden, da die Rückseiten­ oberfläche 30a des Sensorchips 30 auf das Substrat 40 wie oben erwähnt geklebt ist.

Die erste Drucköffnung 12a und die zweite Drucköffnung 13a liegen dem Sensorchip 30 nicht direkt gegenüber, son­ dern sind an versetzten Positionen relativ zu dem Sen­ sorchip 30 positioniert. Daher trifft der Gasstrom nicht direkt auf der Oberfläche der Schutzteile 70, 80 auf. Diese Struktur hilft dabei das Festhalten von Fremdteilchen auf Schutzteiloberflächen zu verringern.

Zweite Ausführungsform

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist das erste Druckanschlussgehäuse 12 der ersten Ausführungsform in eine Trichterform modifiziert. Andere Strukturen sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform. Dieselben Komponenten oder Teile werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und es werden unten lediglich modifizierte Abschnitte beschrieben. Wie in Fig. 4 dargestellt erstreckt sich das erste Druckanschlussgehäu­ se 12 der zweiten Ausführungsform von der ersten Oberflä­ chenseite des Sensorchips 30 aus nach unten. Der erste Druckeinführungsdurchgang 21 der ersten Ausführungsform ist in einem vertikalen Durchgang 90 deformiert, welcher einen rechtwinkligen Raum, der durch eine grade Wand 92 mit einer Höhe A gebildet wird, und einen zugespitzten Raum enthält, welcher durch eine zugespitzte Oberfläche 91 gebildet wird. Die erste Drucköffnung 12a mit einem Durchmesser D ist mit dem zugespitzten Raum verbunden. Mit anderen Worten, das trichterförmige erste Druckanschlussgehäuse 12 ist angeord­ net, um sich senkrecht zu der ersten Oberfläche 30a des Sensorchips 30 zu erstrecken. Der rechtwinklige Raum und die runde erste Drucköffnung 12a, welcher den Durchmesser D aufweist, sind durch den zugespitzten Raum verbunden.

Dieser Drucksensor ist in dem Ausström- bzw. Auspuff­ rohr installiert, so dass die Achse der ersten Drucköffnung 12a sich in die vertikale Richtung erstreckt. Wenn in dem Abgas enthaltenes Wasser in dem trichterförmigen Durchgang akkumuliert, wird derartiges Wasser entlang der zugespitz­ ten Oberfläche 91 und durch die erste Drucköffnung 12a ab­ geführt. Zu diesem Zweck ist ein Zuspitzungswinkel A, wel­ cher ein Winkel ist, der durch eine Ebene parallel zu der Sensorchipoberfläche und die zugespitzte Oberfläche 91 ge­ bildet wird, größer als 30° ausgebildet (vorzugsweise grö­ ßer als 45°). Der Zuspitzungswinkel θ wird durch unten be­ schriebene Versuche bestimmt.

Eine Hälfte der Kapazität des vertikalen Durchgangs 90 ist mit Wasser gefüllt. Der Drucksensor ist über einem Aus­ ström- bzw. Auspuffrohr eines Motors derart positioniert, dass die erste Drucköffnung 12a vertikal wird, und die er­ ste Drucköffnung 12a ist mit dem Ausströmrohr durch einen Gummischlauch verbunden. Der Durchmesser D der ersten Drucköffnung 12a beträgt 4,5 mm, was als hinreichende Größe zum Abführen von Wasser vorherbestimmt ist. Die erste Drucköffnung 12a ist mit dem Ausströmrohr durch einen Gum­ mischlauch mit einer Länge von 114 cm verbunden. Der Motor wird mit 1500 Umdrehungen pro Minute angetrieben, und da­ nach wird der Betrag von in dem vertikalen Durchgang 90 zu­ rückgebliebenen Wasser (Restwasser) gemessen. Unter den obigen Bedingungen bzw. Zuständen werden Testproben mit den folgenden Größen getestet. Die Höhe H der Grabenoberfläche 92 beträgt 2, 4, und 6 mm, und der Zuspitzungswinkel θ be­ trägt 15, 30 und 45°.

Der Betrag von Restwasser relativ zu dem Zuspitzungs­ winkel θ ist in Fig. 5 dargestellt. In diesem Graphen wird die Höhe als Parameter genommen. Aus dem Graphen ist er­ sichtlich, dass je größer der Zuspitzungswinkel θ ist, desto kleiner der Betrag von Restwasser ist. Die Höhe H be­ einflußt teilweise den Betrag von Restwasser.

Fig. 6 stellt Zustände des Restwassers in dem vertika­ len Durchgang 90 mit jeweiligen Größen H und θ dar, d. h. es stellt dar, welcher Teil bzw. Abschnitt des Wassers übrig­ bleibt oder welche Form das Restwasser besitzt. Die Rest­ wasserzustände werden nach den Tests beobachtet. In der Ta­ belle von Fig. 6 bedeuten die Markierungen O, X, Δ jeweils die folgenden Situationen. O: Wasser wird hinreichend ab­ geführt und das Restwasser beeinflusst nicht den wesentli­ chen Betrieb des Sensorchips 30, obwohl etwas Wasser oder Tröpfchen an einem Eckabschnitt verbleiben, welcher die grade Oberfläche 92 und die zugespitzte Oberfläche 91 ver­ bindet. Δ: Wasser ist nahezu hinreichend abgeführt, und es besteht nahezu keine Möglichkeit, dass das Restwasser den Sensorbetrieb beeinflusst. X: Wasser verbleibt noch auf der Oberfläche des ersten Schutzteils 70, und das Restwas­ ser kann den Sensorbetrieb beeinflussen, was daher nicht zu gestatten ist.

Auf der Grundlage der obigen Testergebnisse kann be­ schlossen werden, dass der Sensorbetrieb durch das Restwas­ ser nicht wesentlich beeinflusst wird, wenn der Zuspit­ zungswinkel θ größer als 30°, vorzugsweise größer als 45° ist. Obwohl es bevorzugt wird, dass der Zuspitzungswinkel θ größer als 45° ist, muss der Zuspitzungswinkel θ unter Be­ rücksichtigung einer tatsächlichen Größenbeschränkung des Drucksensors ausgewählt werden.

Obwohl wie bezüglich der zweiten Ausführungsform oben beschrieben der erste Druckeinführungsdurchgang 21 in der Form des vertikalen Durchgangs 90 gebildet ist, ist es ähn­ lich möglich den zweiten Druckeinführungsdurchgang 22 in der Form des vertikalen Durchgangs zu bilden. In diesem Fall wird ebenfalls derselbe Vorteil erzielt.

Obwohl die Drucksensoren, welche eine Differenz der an beide Oberflächen des Sensorchips 30 aufgebrachten ersten und zweiten Drücke messen, als die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, ist es möglich die vorliegende Erfindung auf andere Drucksensoren anzuwen­ den, welche entweder den ersten oder zweiten Druck unter Verwendung des anderen Drucks als Bezugsdruck wie einen at­ mosphärischen Druck messen. Beispielsweise ist die vorlie­ gende Erfindung auf den in der JP-A-9-43085 offenbarten Sensor anwendbar.

Vorstehend wurde ein Drucksensor mit einem Halbleiter­ sensorchip offenbart. Der Halbleitersensorchip (30) enthält ein dünnes Diaphragma (31) und eine auf einer Vorderseiten­ oberfläche (30a) des Diaphragmas gebildete elektrische Schaltung. Das Diaphragma verdreht sich entsprechend einer Druckdifferenz zwischen Drücken, die beiden Oberflächen (30a, 30b) des Diaphragmas aufgebracht werden, und die Dia­ phragmaverdrehung wird in ein elektrisches Signal umgewan­ delt. Beide Oberflächen des Diaphragmas werden mit Schutz­ teilen (70, 80) bedeckt, um den Sensorchip vor in dem Gas enthaltenen Staub und Feuchtigkeit zu schützen. Da das Gas der Rückseitenoberfläche (30b) des Diaphragmas durch einen kleinen Durchgang (41) eingeführt wird, während die Vorder­ seitenoberfläche (30a) einen Druck mit einer relativ großen Fläche aufnimmt, ist das Schutzteil (80), welches die Rück­ seitenoberfläche (30b) bedeckt, weicher als das ausgebil­ det, welches die Vorderseitenoberfläche (30a) bedeckt. So­ mit ist der Sensorchip geeignet vor Staub und Feuchtigkeit geschützt.

Claims (12)

1. Drucksensor mit:
einem Gehäuse (10);
einem ersten Halbleitersensorchip (30), welcher eine Vorderseiten- (30a) und eine Rückseitenoberfläche (30b) aufweist, wobei der Halbleitersensorchip auf einem Gehäu­ se (10) durch Verbinden der Rückseitenoberfläche mit dem Gehäuse angebracht ist und eine Differenz zwischen einem der Vorderseitenoberfläche aufgebrachten ersten Druck und einem der Rückseitenoberfläche aufgebrachten zweiten Druck misst;
einem ersten Druckeinführungsdurchgang (21), welcher in dem Gehäuse gebildet ist und durch welchen der erste Druck der Vorderseitenoberfläche (30a) aufgebracht wird; und
einem zweiten Druckeinführungsdurchgang (22), welcher in dem Gehäuse gebildet ist und durch welchen der zweite Druck der Rückseitenoberfläche (30b) aufgebracht wird, wobei:
die Vorderseitenoberfläche mit einem ersten Schutz­ teil (70) bedeckt ist; und
ein Durchgang (41, 22a, 22b), welcher in dem zweiten Druckeinführungsdurchgang gebildet und mit der Rücksei­ tenoberfläche verbunden ist, mit einem zweiten Schutzteil (80) besetzt ist, um zu verhindern, dass Fremdteilchen in den Durchgang eindringen.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass
der Halbleitersensorchip (30) einen Hohlraum (32), welcher eine Öffnung aufweist, die bezüglich der Rück­ seite (30b) geöffnet ist, und ein Diaphragma (31) ent­ hält, welches auf der Vorderseitenoberfläche (30a) durch Bildung des Hohlraums gebildet ist;
die Rückseitenoberfläche (30b) des Sensorchips mit dem Gehäuse über ein Substrat (40) verbunden ist, welches ein Durchgangsloch (41) zum Einführen eines zweiten Drucks aufweist, wobei eine Querschnittsfläche des Durch­ gangslochs kleiner als diejenige der Öffnung des Hohl­ raums ist; und
das Durchgangsloch mit dem zweiten Schutzteil (80) besetzt ist.

3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass
Öl dem ersten Schutzteil (70) und dem zweiten Schutz­ teil (80) hinzugefügt ist; und
ein Betrag von dem zweiten Schutzteil hinzugefügten Öl größer als der dem ersten Schutzteil hinzugefügte Be­ trag ist.

4. Drucksensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass
der Betrag von dem zweiten Schutzteil (80) hinzuge­ fügten Öl größer als 30% des zweiten Schutzteils ist.

5. Drucksensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass
das zweite Schutzteil (80) sich zusammensetzt aus ei­ nem Grundmaterial, welches entweder Phlorosilikongel oder Fluorgel ist, und Öl, welches entweder Phlorosilikonöl oder Fluoröl ist, das dem Grundmaterial hinzugefügt ist.

6. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass
der in dem zweiten Druckeinführungsdurchgang gebil­ dete Durchgang einen Druckdurchgang (22a), welcher mit dem Durchgangsloch (41) verbunden ist, und einen abge­ senkten Abschnitt (22b) enthält, welcher mit dem Druck­ durchgang verbunden ist, wobei der abgesenkte Abschnitt eine Öffnung besitzt, die größer als der Druckdurchgang (22a) ist; und
sowohl der Druckdurchgang als auch der abgesenkte Ab­ schnitt mit dem zweiten Schutzteil (80) besetzt sind.

7. Drucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, dass
die Öffnung des abgesenkten Abschnitts (22b) mehr als zweimal größer als der Druckdurchgang (22a) ist.

8. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass
der Elastizitätsmodul des zweiten Schutzteils (80) gleich oder kleiner als derjenige des ersten Schutzteils (70) ist.

9. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass
der erste Druckeinführungsdurchgang (21) sich in eine Richtung senkrecht zu der Vorderseitenoberfläche des Halbleitersensorchips (30) erstreckt und einen trichter­ förmigen Durchgang (90) bildet;
der trichterförmige Durchgang einen rechtwinkligen Raum, welcher direkt der Vorderseitenoberfläche des Halb­ leitersensorchips gegenüberliegt; einen zugespitzten Raum, welcher einen breiteren Querschnitt und einen enge­ ren Querschnitt besitzt, wobei der breitere Querschnitt mit dem rechtwinkligen Raum verbunden ist; und eine Drucköffnung (12a) enthält, welche mit dem engeren Quer­ schnitt des zugespitzten Raums verbunden ist; und
wobei der zugespitzte Raum einen Zuspitzungswinkel (θ) besitzt, der größer als 30° relativ zu der Vordersei­ tenoberfläche des Halbleitersensorchips (30) ist.

10. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass der zweite Druckeinführungsdurchgang (22) sich in ei­ ne Richtung senkrecht zu der Rückseitenoberfläche des Halbleitersensorchips (30) erstreckt und einen trichter­ förmigen Durchgang (90) bildet;
wobei der trichterförmige Durchgang einen rechtwink­ ligen Raum, welcher direkt der Rückseitenoberfläche des Halbleitersensorchips gegenüberliegt; einen zugespitzten Raum, welcher einen breiteren Querschnitt und einen enge­ ren Querschnitt besitzt, wobei der breitere Querschnitt mit dem rechtwinkligen Raum verbunden ist; und eine Drucköffnung (13a) enthält, welche mit dem engeren Quer­ schnitt des zugespitzten Raums verbunden ist; und
der zugespitzte Raum einen Zuspitzungswinkel (θ) be­ sitzt, welcher größer als 30° relativ zu der Rückseiten­ oberfläche des Halbleitersensorchips (30) ist.

11. Drucksensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, dass
der Zuspitzungswinkel (θ) größer als 45° ist.

12. Drucksensor nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Zuspitzungswinkel (6) größer als 45° ist.