JP2000162071A - Pressure sensor - Google Patents
Pressure sensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は圧力センサに関し、
特にセンサの実装技術に関する。例えば自動車の機関の
吸気マニフォルドにおける圧力を検出するために使用さ
れる。The present invention relates to a pressure sensor,
In particular, it relates to a technology for mounting a sensor. For example, it is used to detect the pressure in the intake manifold of a motor vehicle engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】表面受圧型圧力センサの実装例として、
特公平6−56345号公報に示される公知例が有る。本公報
に示されている具体例を図４に示す。本例は圧力センサ
で、圧力検出要素（３４）は実装での熱応力等を隔離す
るためガラスブロック（３３）に静電接合で接着固定さ
れており、このガラスブロックをメタルベースの表面に
接着している。すなわち、メタルベース／接着剤／ガラ
スブロック／圧力検出要素／保護コーチングの５層実装
となっている。2. Description of the Related Art As an example of mounting a surface pressure receiving type pressure sensor,
There is a known example disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-56345. FIG. 4 shows a specific example shown in this publication. This example is a pressure sensor, and a pressure detecting element (34) is adhesively fixed to a glass block (33) by electrostatic bonding in order to isolate thermal stress or the like in mounting, and this glass block is bonded to a surface of a metal base. are doing. That is, five layers of metal base / adhesive / glass block / pressure detecting element / protective coating are mounted.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来は圧力検出要素を
ガラスブロックに静電接合するため、接合面は検出要
素，ガラスブロック共に鏡面状態に加工し、更に接合に
悪影響を及ぼすコンタミ等の汚れ，異物の排除が必要で
有り製造上の管理に工数を要していた。又ウエハ状態で
静電接合後、各圧力検出要素に切断分離するためシリコ
ン基板とガラス基板を一体でダイシングが必要となり工
数も多く、製造コストに悪い影響を与えていた。Conventionally, since the pressure detecting element is electrostatically bonded to the glass block, the bonding surface is processed into a mirror surface state for both the detecting element and the glass block. It was necessary to eliminate foreign substances, and man-hours were required for manufacturing control. Further, after electrostatic bonding in a wafer state, the silicon substrate and the glass substrate must be integrally diced in order to cut and separate into each pressure detecting element, which requires many man-hours, which adversely affects the manufacturing cost.
【０００４】本発明の目的は、このような不具合を解消
すべく、ガラスブロックへの静電接合をしないでも実装
における応力の影響によるセンサ出力変化を従来と同等
として、製造コストを低減する実装方法を提供するもの
である。[0004] An object of the present invention is to solve such a problem by mounting a method of reducing the manufacturing cost by making the sensor output change due to the influence of the stress in the mounting equivalent to the conventional one without performing electrostatic bonding to the glass block. Is provided.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】圧力検出要素をハウジン
グに実装した場合、温度変化による熱応力などによる出
力への影響を無視出来る程度以下に小さくすることが必
須であり、次のような技術手段を採用した。When a pressure detecting element is mounted on a housing, it is essential to reduce the influence of a temperature change on output due to thermal stress or the like to a negligible level or less. It was adopted.
【０００６】圧力検出要素は、その感圧ダイヤフラムが
シリコン基板裏面をエッチングして残った薄肉部をダイ
ヤフラムとするものではなく、シリコン基板表面に半導
体要素形成プロセスとマイクロマシン技術を組み合わせ
たプロセスで、ポリシリコン膜等で形成したダイヤフラ
ムを有する圧力検出要素を用いる。[0006] The pressure detecting element does not use a thin portion remaining after the pressure-sensitive diaphragm has etched the back surface of the silicon substrate as a diaphragm. A pressure detecting element having a diaphragm formed of a silicon film or the like is used.
【０００７】次に圧力検出要素を接着するメタルフレー
ムに、圧力検出要素の基板であるシリコン基板と熱膨張
係数が近い鉄−ニッケル合金を選定し、接着剤を柔らか
いシリコン接着剤を用いることとした。Next, an iron-nickel alloy having a thermal expansion coefficient close to that of a silicon substrate as a substrate of the pressure detecting element is selected as a metal frame to which the pressure detecting element is bonded, and a soft silicon adhesive is used as the adhesive. .
【０００８】更にシリコン接着剤の厚さは、応力吸収の
点と検出要素とメタルフレーム間とのワイヤボンヂング
性との点から重要な因子であるため、接着厚みを最適化
した。Further, since the thickness of the silicon adhesive is an important factor in terms of stress absorption and wire bonding between the detecting element and the metal frame, the bonding thickness is optimized.
【０００９】応力吸収には厚い方が良いが、ワイヤボン
ヂングの信頼性が低下してくるので、ある厚さ以下とす
ることが必要となり上限が制約される。下限は、圧力検
出要素をメタルフレームに接着する前後のセンサ出力変
化が検出精度に影響しない厚さとなる。用途により精度
が異なるが、自動車のエンジン制御のための吸入空気
圧，大気圧測定など高精度が求められるものまで対応出
来る厚さを下限とする。以上の構成とすることにより、
応力隔離のためのガラスブロックを圧力検出要素に接着
しなくても、実装応力の影響によるセンサ出力変化を無
視できるまでに低減できる。Although a thicker film is better for stress absorption, the reliability of wire bonding is reduced. Therefore, it is necessary to reduce the thickness to a certain value or less, and the upper limit is restricted. The lower limit is a thickness at which a change in sensor output before and after bonding the pressure detection element to the metal frame does not affect detection accuracy. Although the accuracy differs depending on the application, the lower limit is the thickness that can be applied to those requiring high accuracy such as intake air pressure and atmospheric pressure measurement for engine control of automobiles. With the above configuration,
Even if the glass block for stress isolation is not bonded to the pressure detecting element, the change in sensor output due to the mounting stress can be reduced to a negligible level.
【００１０】さらに使用環境での信頼性を確保するため
に、検出要素を保護コーチング剤でコートして、メタル
フレーム／シリコン接着剤／圧力検出要素／保護コーチ
ングの４層実装構造とする。Further, in order to ensure the reliability in the use environment, the detecting element is coated with a protective coating agent to form a four-layer mounting structure of metal frame / silicon adhesive / pressure detecting element / protective coating.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明による圧
力センサを示すもので、図１は圧力センサの全体構造、
図２は圧力検出要素のハウジング実装部の拡大構造を示
している。まず図１について説明する。圧力センサ２０
の構成と組み立てについて説明する。ハウジング１にメ
タルフレーム２，３が一体に設けられている。圧力検出
要素４をＡ室５のメタルフレーム２にシリコン系接着剤
６で直接接着する。一方、Ｂ室７のメタルフレーム３上
には、圧力検出要素の信号を補正処理する半導体回路要
素８を、エポキシ系導電性接着剤で接着する。1 and 2 show a pressure sensor according to the present invention. FIG. 1 shows the overall structure of the pressure sensor.
FIG. 2 shows an enlarged structure of a housing mounting portion of the pressure detecting element. First, FIG. 1 will be described. Pressure sensor 20
The configuration and assembling will be described. Metal frames 2 and 3 are provided integrally with a housing 1. The pressure detecting element 4 is directly bonded to the metal frame 2 in the A chamber 5 with a silicon-based adhesive 6. On the other hand, a semiconductor circuit element 8 for correcting the signal of the pressure detecting element is adhered on the metal frame 3 in the chamber B with an epoxy-based conductive adhesive.
【００１２】次に圧力検出要素４の信号を半導体回路要
素８へ送るため、複数の導電ワイヤ９，１０をワイヤボ
ンヂングする。更に半導体回路要素と、入出力端子間も
ワイヤボンヂング１２を行い接続する。次にＡ室５全体
に、圧力検出要素４及びワイヤ９の全体が隠れる程度に
シリコンゲル保護コーチング剤１３を充填する。圧力測
定媒体の環境雰囲気が、大気等の比較的ゆるやかな場合
の圧力測定用の場合は、圧力検出要素上のみにコーチン
グしただけでも十分である。Next, in order to send the signal of the pressure detecting element 4 to the semiconductor circuit element 8, a plurality of conductive wires 9, 10 are wire-bonded. Further, a wire bonding 12 is also connected between the semiconductor circuit element and the input / output terminal. Next, the silicone gel protective coating agent 13 is filled in the entire A chamber 5 to such an extent that the entirety of the pressure detection element 4 and the wire 9 is hidden. In the case of pressure measurement when the environment atmosphere of the pressure measurement medium is relatively gentle such as the atmosphere, it is sufficient to coat only on the pressure detecting element.
【００１３】一方、Ｂ室７には、圧力測定媒体が導入さ
れないように、圧力導入ポート部１６を有するカバー１
５をハウジング１に接着するので、Ｂ室の方は半導体回
路要素上のみにシリコンゲル１４をコーチングする。On the other hand, a cover 1 having a pressure introduction port 16 is inserted into the chamber B so that the pressure measurement medium is not introduced.
5 is adhered to the housing 1, so that the chamber B is coated with the silicon gel 14 only on the semiconductor circuit element.
【００１４】図２を用いて詳細に説明する。圧力検出要
素４は、ハウジングに一体モールド形成されたメタルフ
レーム２上にシリコン系接着剤６で接着される。メタル
フレームの材質は圧力検出要素基板のシリコンと熱膨張
係数が近似した、鉄−ニッケル合金を使用するのが好ま
しい。シリコン接着剤の厚さは、熱応力による検出要素
４の零点出力（圧力が加わらない場合の出力）の変動に
大きな影響を及ぼし、高精度の圧力測定には、接着厚さ
を制御する必要があることがわかった。This will be described in detail with reference to FIG. The pressure detecting element 4 is bonded to the metal frame 2 integrally formed on the housing with a silicone adhesive 6. As the material of the metal frame, it is preferable to use an iron-nickel alloy having a thermal expansion coefficient similar to that of silicon of the pressure sensing element substrate. The thickness of the silicon adhesive has a great effect on the fluctuation of the zero point output (output when no pressure is applied) of the detecting element 4 due to thermal stress, and it is necessary to control the adhesive thickness for high-precision pressure measurement. I found it.
【００１５】図３は、接着厚による零点出力変動の実験
データの結果を示すものである。FIG. 3 shows the results of experimental data on the variation of the zero point output due to the adhesive thickness.
【００１６】１００ミクロン以上であれば出力変動は極
めて小さく、接着剤の厚さによる変動量の変化も殆ど無
く安定していることが確かめられた。一方２５〜３０ミ
クロン径の金線，アルミ線でのワイヤボンヂング性に関
しては、２００ミクロン以上になるとボンヂング強度に
低下が見られるようになることが確認された。When the thickness is 100 microns or more, the output fluctuation is extremely small, and it is confirmed that there is almost no change in the fluctuation amount due to the thickness of the adhesive, and the output is stable. On the other hand, with respect to the wire bonding property of a gold wire or an aluminum wire having a diameter of 25 to 30 microns, it was confirmed that the bonding strength was reduced when the diameter was 200 microns or more.
【００１７】これより、シリコン接着剤の厚さは１００
〜２００ミクロンとすることとした。１００〜２００ミ
クロンに制御する方法としては、例えば１００〜１５０
ミクロン程度の粒径の石英ガラスビーズを、シリコン接
着剤に混合したシリコン接着剤を用いることで達成でき
る。Thus, the thickness of the silicon adhesive is 100
２００200 microns. As a method of controlling to 100 to 200 microns, for example, 100 to 150
This can be achieved by using a silicon adhesive in which quartz glass beads having a particle diameter of about a micron are mixed with the silicon adhesive.
【００１８】次に本発明に使用の表面受圧型圧力検出要
素４の一例を、図２を用いて説明する。本例は静電容量
検出方式のもので、固定電極２２がシリコン基板表面に
設けられている。これに対向して圧力により変位する可
動電極ダイヤフラム２１が、ポリシリコンにより成膜形
成されており、固定電極２２とダイヤフラム２１間は空
洞２５が形成されている。ダイヤフラム２１は可動電極
となるよう導電化処理されており、引きだし電極２３ａ
を経てアルミのワイヤボンヂングパッド２４ａに至る。
固定電極２２も、引きだし電極２３ｂを経てアルミのボ
ンヂングパッド２４ｂに至り、圧力によりダイヤフラム
の変位を静電容量の変化として取りだし、その信号を半
導体回路要素へワイヤ９を介して送る構成となってい
る。Next, an example of the surface pressure receiving type pressure detecting element 4 used in the present invention will be described with reference to FIG. This example is of a capacitance detection type, in which a fixed electrode 22 is provided on the surface of a silicon substrate. A movable electrode diaphragm 21 that is displaced by pressure in opposition thereto is formed of polysilicon, and a cavity 25 is formed between the fixed electrode 22 and the diaphragm 21. The diaphragm 21 has been subjected to a conductive process so as to become a movable electrode, and a lead electrode 23a is provided.
Through the wire bonding pad 24a made of aluminum.
The fixed electrode 22 also reaches the aluminum bonding pad 24b via the extraction electrode 23b, takes out the displacement of the diaphragm as a change in capacitance by pressure, and sends the signal to the semiconductor circuit element via the wire 9. I have.
【００１９】更に他の表面受圧型圧力検出要素として、
図示しないが、上記のダイヤフラム上にピエゾ抵抗のブ
リッジを形成したブリッジ抵抗方式の圧力検出要素を使
用しても構わない。Further, as another surface pressure receiving type pressure detecting element,
Although not shown, a bridge resistance type pressure detecting element in which a piezoresistive bridge is formed on the diaphragm may be used.
【００２０】[0020]
【発明の効果】本発明の形態によれば、メタルフレーム
上に圧力検出要素をガラスダイ無しで直接接着しても、
シリコン接着剤の厚さをコントロールするので、検出精
度も高精度に保つことができ、ワイヤボンヂングの信頼
性も保持することが出来る。従って、従来必要としてい
た圧力検出要素を保持するガラスダイが不要となるた
め、部品点数の削減と共に、圧力検出要素とガラスダイ
の接合から接合後の切断に至るまでの工程が不要とな
り、工程簡略化が実現できる。According to the embodiment of the present invention, even if a pressure detecting element is directly bonded on a metal frame without a glass die,
Since the thickness of the silicon adhesive is controlled, the detection accuracy can be kept high, and the reliability of the wire bonding can be maintained. Therefore, a glass die for holding the pressure detecting element, which has been required conventionally, is not required, so that the number of parts is reduced, and the steps from joining of the pressure detecting element and the glass die to cutting after joining are not required, thereby simplifying the process. realizable.
【図１】本発明の実施例である圧力センサの断面形状全
体を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the entire cross-sectional shape of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の圧力センサ部分の拡大断面図。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a pressure sensor portion according to the present invention.
【図３】接着剤厚さに対するセンサ零点出力変動とワイ
ヤボンヂング性を示す特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a sensor zero point output variation and a wire bonding property with respect to an adhesive thickness.
【図４】従来例の圧力センサを示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a conventional pressure sensor.
１…ハウジング、２，３…メタルフレーム、４…圧力検
出要素、５…Ａ室、６…シリコン接着剤、７…Ｂ室、８
…半導体回路要素、９，１０，１２…ワイヤ、１３，１
４…保護コーチング剤、１５…カバー、１６…圧力導入
ポート、２１…ダイヤフラム可動電極、２２…固定電
極、２３…引きだし電極、２４…ボンヂングパッド、２
５…空洞、３１…メタルベース、３２…接着剤、３３…
ガラスダイ、３４…圧力検出要素、３５…保護コーチン
グ剤、３６…リードフレーム、３７…半導体回路要素。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Housing, 2, 3 ... Metal frame, 4 ... Pressure detection element, 5 ... Room A, 6 ... Silicone adhesive, 7 ... Room B, 8
... Semiconductor circuit elements, 9, 10, 12 ... Wires, 13, 1
4 ... Protective coating agent, 15 ... Cover, 16 ... Pressure introduction port, 21 ... Diaphragm movable electrode, 22 ... Fixed electrode, 23 ... Extraction electrode, 24 ... Bonding pad, 2
5 ... cavity, 31 ... metal base, 32 ... adhesive, 33 ...
Glass die, 34: pressure detecting element, 35: protective coating agent, 36: lead frame, 37: semiconductor circuit element.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 智 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 松村 隆史 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 半沢 恵二 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Ｆターム(参考） 2F055 AA22 BB20 CC02 DD01 DD05 EE13 EE25 FF43 GG01 GG12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Satoshi Shimada 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory Co., Ltd. In the Automotive Equipment Division of Hitachi, Ltd. (72) Inventor Keiji Hanzawa 2477 Takaba, Hitachinaka-shi, Ibaraki F-term in Hitachi Car Engineering Co., Ltd. 2F055 AA22 BB20 CC02 DD01 DD05 EE13 EE25 FF43 GG01 GG12
Claims (3)
表面に検知圧力を導入する表面受圧型構造の圧力検知要
素を収納するハウジングを有する圧力センサにおいて、
圧力検出要素を、ハウジングの表面に設けられたメタル
フレーム上にシリコン接着剤で接着し、検出要素を保護
コーチングでカバーした、メタルフレーム／シリコン接
着剤／圧力検出要素／保護コーチングの４層実装構造と
したことを特徴とする圧力センサ。1. A pressure sensor having a housing for accommodating a pressure sensing element of a surface pressure receiving type structure for introducing a sensing pressure to a surface of a pressure sensing element formed on a silicon substrate,
Four-layer mounting structure of metal frame / silicon adhesive / pressure detecting element / protective coating with the pressure detecting element bonded to the metal frame provided on the surface of the housing with a silicone adhesive and the detecting element covered with a protective coating. A pressure sensor, characterized in that:
ニッケルの合金とし、シリコン接着剤の接着厚みを１０
０〜２００ミクロンとしたことを特徴とする圧力セン
サ。2. The metal frame according to claim 1, wherein the metal frame is made of iron.
Nickel alloy, silicon adhesive thickness of 10
A pressure sensor having a size of 0 to 200 microns.
知ダイヤフラムは、シリコン基板表面にシリコン基板と
は別に設けられたことを特徴とする圧力センサ。3. The pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure detection diaphragm of the pressure detection element is provided on the surface of the silicon substrate separately from the silicon substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34133898A JP2000162071A (en) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | Pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34133898A JP2000162071A (en) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | Pressure sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000162071A true JP2000162071A (en) | 2000-06-16 |
Family
ID=18345296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34133898A Pending JP2000162071A (en) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | Pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000162071A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005172483A (en) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Toyo Commun Equip Co Ltd | Pressure sensor |
-
1998
- 1998-12-01 JP JP34133898A patent/JP2000162071A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005172483A (en) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Toyo Commun Equip Co Ltd | Pressure sensor |
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