JP2792116B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定媒体の圧力を検出する半導体圧力セ
ンサに関する。
ンサに関する。
従来、被測定媒体の圧力を検出する装置として、特開
昭58−63826号公報に見られるように、半導体の抵抗変
化を利用したダイヤフラム型圧力変換装置が知られてい
る。しかしながら、高圧の被測定媒体を対象として、こ
のものを用いると、ダイヤフラム部に高圧が加わった場
合、ダイヤフラム部が台座から離れたり、ダイヤフラム
部が損傷してしまうという問題がある。
昭58−63826号公報に見られるように、半導体の抵抗変
化を利用したダイヤフラム型圧力変換装置が知られてい
る。しかしながら、高圧の被測定媒体を対象として、こ
のものを用いると、ダイヤフラム部に高圧が加わった場
合、ダイヤフラム部が台座から離れたり、ダイヤフラム
部が損傷してしまうという問題がある。
そこで、上記のように高圧の被測定媒体を対象とした
ものに、特開昭62−293131号公報に示される圧力検出器
がある。このものは、第14図に示されるように、筒状の
金属ハウジング51の中に棒状のセンシング部52を設け、
このセンシング部52と筒状ハウジング51の間をシール板
53によりシールするようにしたものである。なお、この
センシング部52の先端部に圧力検出を行うためのダイヤ
フラム部54が形成されている。
ものに、特開昭62−293131号公報に示される圧力検出器
がある。このものは、第14図に示されるように、筒状の
金属ハウジング51の中に棒状のセンシング部52を設け、
このセンシング部52と筒状ハウジング51の間をシール板
53によりシールするようにしたものである。なお、この
センシング部52の先端部に圧力検出を行うためのダイヤ
フラム部54が形成されている。
しかしながら、このもののセンシング部52は、セラミ
ック材で構成されており、近年の傾向として圧力センサ
のセンシング部をシリコンとガラスで形成するというこ
とからすれば、実用的ではない。そこで、シリコンとガ
ラスで形成されたセンシング部を上記セラミック材のセ
ンシング部52の代わりに用いようとしても、シリコンと
ガラスで構成されたセンシング部を金属ハウジングに対
して気密に保持するのに難点がある。
ック材で構成されており、近年の傾向として圧力センサ
のセンシング部をシリコンとガラスで形成するというこ
とからすれば、実用的ではない。そこで、シリコンとガ
ラスで形成されたセンシング部を上記セラミック材のセ
ンシング部52の代わりに用いようとしても、シリコンと
ガラスで構成されたセンシング部を金属ハウジングに対
して気密に保持するのに難点がある。
本発明は、ダイヤフラム部を有するセンシング部をシ
リコンとガラスで構成し、そのセンシング部をハウジン
グの金属部との間で気密に保持できるようにした半導体
圧力センサを提供することを目的とする。
リコンとガラスで構成し、そのセンシング部をハウジン
グの金属部との間で気密に保持できるようにした半導体
圧力センサを提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するため、 台座用ガラスの上にシリコン基板を設けて構成され、
前記シリコン基板の前記被測定媒体と接触する部位に前
記被測定媒体の圧力に応じて変位するダイヤフラム部を
形成してなるセンシング部、 このセンシング部内に設けられ、前記ダイヤフラム部
の変位を検出する検出手段、 前記センシング部を収納する収納部を含む空間を内部
に有し、少なくともこの収納部の前記センシング部に対
向する所定部分が金属にて構成されたハウジング、およ
び このハウジングにおける前記所定部分と前記センシン
グ部の所定部分との間に設けられ、前記被測定媒体に対
して前記ハウジング内空間を気密封着する低融点ガラス を備えたことを特徴とする。
前記シリコン基板の前記被測定媒体と接触する部位に前
記被測定媒体の圧力に応じて変位するダイヤフラム部を
形成してなるセンシング部、 このセンシング部内に設けられ、前記ダイヤフラム部
の変位を検出する検出手段、 前記センシング部を収納する収納部を含む空間を内部
に有し、少なくともこの収納部の前記センシング部に対
向する所定部分が金属にて構成されたハウジング、およ
び このハウジングにおける前記所定部分と前記センシン
グ部の所定部分との間に設けられ、前記被測定媒体に対
して前記ハウジング内空間を気密封着する低融点ガラス を備えたことを特徴とする。
以下、図面を用いて本発明を説明する。
第１図は本発明の第１実施例の概略を示す断面図、第
２図は本発明の第１実施例の要部断面図であり、第１図
及び第２図を用いて本発明の第１実施例を説明する。第
１図において、１は単結晶シリコン（Si）基板であり、
ダイヤフラム部３、歪ゲージ５を有し、歪ゲージ面側を
はさむようにホウ珪酸ガラス（商品名：パイレックスガ
ラス）の如く単結晶シリコン基板１の熱膨張係数と近似
した特性の台座用ガラス７と接合されて断面４角の棒状
センシング部２を形成し、フェイスダウン構造になって
いる。９はFe−Ni−Co系合金（商品名：コバール）また
はNi−Fe系合金（商品名:42アロイ）からなる金属製の
ハウジングであり、センシング部２はその外周面とこの
ハウジング９の被測定圧力媒体導入用の収納部としての
筒部9Aの内周壁面との間に低融点ガラス11による気密封
着（いわゆるハーメチックシール）した形体にて固定さ
れている。17は基板１より引出したボンディングワイヤ
であり、基板１中の歪ゲージ５において発生した電気信
号を、アルミニウムよりなるチップターミナル18を介し
て増幅回路（本実施例においてはハイブリッドIC）を有
する基板19に伝える。この基板19はハウジング９の他端
に形成した室部9Bに収納され、増幅回路にて増幅された
電気信号はピン21、及びコネクタ部のターミナル23によ
ってセンサ外部に出力される。コネクタケース25は樹脂
製で、その底部外周面25Aがハウジング９の他端に設け
たかしめ部9Cによりかしめ固定されており、樹脂製のふ
た27はコネクタケース25に接着固定されている。ピン21
とターミナル23ははんだ付けされている。また、基板19
はハウジング９の室部9B内に接着固定されている。9Dは
ねじ部で、被測定側のハウジングにねじ固定可能とする
ものである。
２図は本発明の第１実施例の要部断面図であり、第１図
及び第２図を用いて本発明の第１実施例を説明する。第
１図において、１は単結晶シリコン（Si）基板であり、
ダイヤフラム部３、歪ゲージ５を有し、歪ゲージ面側を
はさむようにホウ珪酸ガラス（商品名：パイレックスガ
ラス）の如く単結晶シリコン基板１の熱膨張係数と近似
した特性の台座用ガラス７と接合されて断面４角の棒状
センシング部２を形成し、フェイスダウン構造になって
いる。９はFe−Ni−Co系合金（商品名：コバール）また
はNi−Fe系合金（商品名:42アロイ）からなる金属製の
ハウジングであり、センシング部２はその外周面とこの
ハウジング９の被測定圧力媒体導入用の収納部としての
筒部9Aの内周壁面との間に低融点ガラス11による気密封
着（いわゆるハーメチックシール）した形体にて固定さ
れている。17は基板１より引出したボンディングワイヤ
であり、基板１中の歪ゲージ５において発生した電気信
号を、アルミニウムよりなるチップターミナル18を介し
て増幅回路（本実施例においてはハイブリッドIC）を有
する基板19に伝える。この基板19はハウジング９の他端
に形成した室部9Bに収納され、増幅回路にて増幅された
電気信号はピン21、及びコネクタ部のターミナル23によ
ってセンサ外部に出力される。コネクタケース25は樹脂
製で、その底部外周面25Aがハウジング９の他端に設け
たかしめ部9Cによりかしめ固定されており、樹脂製のふ
た27はコネクタケース25に接着固定されている。ピン21
とターミナル23ははんだ付けされている。また、基板19
はハウジング９の室部9B内に接着固定されている。9Dは
ねじ部で、被測定側のハウジングにねじ固定可能とする
ものである。
第２図は第１実施例の要部（センシング部２）の断面
図であり、8,10は絶縁層としてのSiO2層、12は歪ゲージ
５とAlランド15を電気的に接続する導電部をなす低抵抗
Poly−Si層、13は台座用ガラス７とSi基板１とを接合す
るための高抵抗Poly−Si層、14は絶縁のための高抵抗Po
ly−Si層、15はAlランド、16は高抵抗Poly−Si層13をエ
ッチングして形成した基準圧力室となる真空室、17はボ
ンディングワイヤである。
図であり、8,10は絶縁層としてのSiO2層、12は歪ゲージ
５とAlランド15を電気的に接続する導電部をなす低抵抗
Poly−Si層、13は台座用ガラス７とSi基板１とを接合す
るための高抵抗Poly−Si層、14は絶縁のための高抵抗Po
ly−Si層、15はAlランド、16は高抵抗Poly−Si層13をエ
ッチングして形成した基準圧力室となる真空室、17はボ
ンディングワイヤである。
次に、上記低融点ガラス11によるハーメチッチシール
について説明する。
について説明する。
センシング部２を構成するSi基板１と台座用ガラス７
を金属性ハウジング９に、いかにしてハーメチックシー
ルするかが本件実施例において特に問題となったところ
であり、この点について種々検討したところ、Siの熱膨
張係数が31×10-7/℃、台座用ガラス７として用いるパ
イレックスガラスの熱膨張係数が32.5×10-7/℃である
ことに着目し、ハウジング９をセンシング部２の熱膨張
係数と整合性のよいコバール（熱膨張係数は52〜54×10
-7/℃）または42アロイ（熱膨張係数はコバールとほぼ
同じ）を用いて構成するとともに、その間をハーメチッ
クシールするために低融点ガラスを用いることとした。
しかしながら、センシング部２と低融点ガラス11および
ハウジング９との間の熱膨張係数のマッチングが悪い
と、センシング部２に過大な応力が働き、センシング部
２が折れるという問題が発生した。
を金属性ハウジング９に、いかにしてハーメチックシー
ルするかが本件実施例において特に問題となったところ
であり、この点について種々検討したところ、Siの熱膨
張係数が31×10-7/℃、台座用ガラス７として用いるパ
イレックスガラスの熱膨張係数が32.5×10-7/℃である
ことに着目し、ハウジング９をセンシング部２の熱膨張
係数と整合性のよいコバール（熱膨張係数は52〜54×10
-7/℃）または42アロイ（熱膨張係数はコバールとほぼ
同じ）を用いて構成するとともに、その間をハーメチッ
クシールするために低融点ガラスを用いることとした。
しかしながら、センシング部２と低融点ガラス11および
ハウジング９との間の熱膨張係数のマッチングが悪い
と、センシング部２に過大な応力が働き、センシング部
２が折れるという問題が発生した。
この点に関し、ハウジング９をコバール、台座用ガラ
ス７をパイレックスガラスとした場合に、低融点ガラス
11の最大せん断応力についてFEM（有限要素法）応力分
析を行ったところ、第３図に示す結果が得られた。この
解析結果より、パイレックスガラスの破壊強度が400kgf
/cm2であることから、低融点ガラス11の熱膨張係数は40
〜50×10-7/℃程度であることが必要であることがわか
る。本実施例においては、その間の値として、例えば41
×10-7/℃のものを用いることとした。
ス７をパイレックスガラスとした場合に、低融点ガラス
11の最大せん断応力についてFEM（有限要素法）応力分
析を行ったところ、第３図に示す結果が得られた。この
解析結果より、パイレックスガラスの破壊強度が400kgf
/cm2であることから、低融点ガラス11の熱膨張係数は40
〜50×10-7/℃程度であることが必要であることがわか
る。本実施例においては、その間の値として、例えば41
×10-7/℃のものを用いることとした。
次に、この第１実施例の作動を説明する。今、センシ
ング部２が被測定圧力媒体中にさらされると、圧力媒体
による圧力がダイヤフラム部３に加わる。すると、この
ダイヤフラム部３が変位し、この変位に基づく応力が歪
ゲージ５に加わって、その圧力に応じた電気信号が発生
する。その電気信号は低抵抗Poly−Si層12、Alランド1
5、ボンディングワイヤ17を介して、基板19における増
幅回路へ出力される。この増幅回路にて増幅された電気
信号はピン21、ターミナル23を介して図示しない外部の
装置（例えばコンピュータ）へ出力される。
ング部２が被測定圧力媒体中にさらされると、圧力媒体
による圧力がダイヤフラム部３に加わる。すると、この
ダイヤフラム部３が変位し、この変位に基づく応力が歪
ゲージ５に加わって、その圧力に応じた電気信号が発生
する。その電気信号は低抵抗Poly−Si層12、Alランド1
5、ボンディングワイヤ17を介して、基板19における増
幅回路へ出力される。この増幅回路にて増幅された電気
信号はピン21、ターミナル23を介して図示しない外部の
装置（例えばコンピュータ）へ出力される。
以上説明したように、上記第１実施例によれば歪ゲー
ジ５とダイヤフラム部３を含むセンシング部２自身を低
融点ガラス11によりハウジング９に固定し、センシング
部２上の電気信号を取り出す部分（Alランド15）を圧力
媒体と遮断しているため、低融点ガラス11による気密シ
ール部分はハウジング９の筒部9Aに対して十分長い距離
を確保でき、被測定圧力媒体側と室部9B側との遮断性能
が格段に高められる。また、圧力媒体と電気信号を取り
出す部分を遮断する気密封止部には低融点ガラス11を用
いているため、ほとんどの圧力媒体に対して使用でき、
又、高い気密性を要する部分にも使用可能である。更に
は万一、歪ゲージ５等を含むダイヤフラム部が破壊され
ても、センシング部自身がシール部材の役目をしている
ので、電気信号を取り出す側（Alランド15、ボンディン
グワイヤ17が設けられている側）に圧力媒体が漏れるこ
とがないという優れた効果もある。また、基板19におけ
る増幅回路等をSi基板１側に一体的に形成し、ワンチッ
プIC化することも可能である。
ジ５とダイヤフラム部３を含むセンシング部２自身を低
融点ガラス11によりハウジング９に固定し、センシング
部２上の電気信号を取り出す部分（Alランド15）を圧力
媒体と遮断しているため、低融点ガラス11による気密シ
ール部分はハウジング９の筒部9Aに対して十分長い距離
を確保でき、被測定圧力媒体側と室部9B側との遮断性能
が格段に高められる。また、圧力媒体と電気信号を取り
出す部分を遮断する気密封止部には低融点ガラス11を用
いているため、ほとんどの圧力媒体に対して使用でき、
又、高い気密性を要する部分にも使用可能である。更に
は万一、歪ゲージ５等を含むダイヤフラム部が破壊され
ても、センシング部自身がシール部材の役目をしている
ので、電気信号を取り出す側（Alランド15、ボンディン
グワイヤ17が設けられている側）に圧力媒体が漏れるこ
とがないという優れた効果もある。また、基板19におけ
る増幅回路等をSi基板１側に一体的に形成し、ワンチッ
プIC化することも可能である。
尚、本実施例においては歪ゲージ面側を台座用ガラス
７に接合したフェイスダウン構造のものを示したが、こ
れに限らず第４図に示すように、歪ゲージ面と反対の面
を台座用ガラス７と接合したものでもよい。
７に接合したフェイスダウン構造のものを示したが、こ
れに限らず第４図に示すように、歪ゲージ面と反対の面
を台座用ガラス７と接合したものでもよい。
また、本実施例においては歪ゲージ５と、電気信号出
力手段としてのAlランド15及びボンディングワイヤ17と
の電気的接合は第２図に示したように低抵抗Poly−Si層
12によって行ったが、これに限らず電気的接続を行える
ものなら低抵抗Poly−Si層の代わりに用いることがで
き、例えば第５図に示すように、高抵抗Poly−Si層13を
エッチングして真空室16を形成する際に同時に金属配線
形成部もエッチングした後、SiO2層10の所定の位置をエ
ッチングしてコンタクトホールを形成し、高抵抗Poly−
Si層13の厚さより薄い厚さのAl等の金属配線15を形成し
てボンディングワイヤ17を形成するようにしてもよい。
このように低抵抗の金属配線15を用いることによって、
印加電圧のロスによる感度の低下を減少できる。第６図
は第５図のＡ−Ａ線断面図で、第７図は第５図において
ガラス７を除いたものの平面図である。
力手段としてのAlランド15及びボンディングワイヤ17と
の電気的接合は第２図に示したように低抵抗Poly−Si層
12によって行ったが、これに限らず電気的接続を行える
ものなら低抵抗Poly−Si層の代わりに用いることがで
き、例えば第５図に示すように、高抵抗Poly−Si層13を
エッチングして真空室16を形成する際に同時に金属配線
形成部もエッチングした後、SiO2層10の所定の位置をエ
ッチングしてコンタクトホールを形成し、高抵抗Poly−
Si層13の厚さより薄い厚さのAl等の金属配線15を形成し
てボンディングワイヤ17を形成するようにしてもよい。
このように低抵抗の金属配線15を用いることによって、
印加電圧のロスによる感度の低下を減少できる。第６図
は第５図のＡ−Ａ線断面図で、第７図は第５図において
ガラス７を除いたものの平面図である。
さらに、ハウジング９において、その全てをコバール
または42アロイで構成するものを示したが、第８図に示
すように、低融点ガラス11との接触部分のみにカラー28
（ハウジング９の一部）としてコバールまたは42アロイ
で構成し、その他の部分は鉄（例えば炭素鋼）で構成す
るようにしてもよい。
または42アロイで構成するものを示したが、第８図に示
すように、低融点ガラス11との接触部分のみにカラー28
（ハウジング９の一部）としてコバールまたは42アロイ
で構成し、その他の部分は鉄（例えば炭素鋼）で構成す
るようにしてもよい。
次に、本発明を自動車用エアコンにおける冷凍サイク
ルの冷媒圧力および冷媒温度を検出するものに適用した
実施例について説明する。
ルの冷媒圧力および冷媒温度を検出するものに適用した
実施例について説明する。
第９図は自動車用エアコンにおける冷凍サイクルを示
すもので、31はコンプレッサ、33はコンデンサ、35はレ
シーバ、37は膨張弁、39はエバポレータである。この冷
凍サイクルにおいて、本冷凍サイクル装置に係る半導体
圧力センサ100はエバポレータ39とコンプレッサ31の間
の低圧側の冷媒配管に設けられ、冷媒の圧力および温度
を検出する。また、この半導体圧力センサ100は制御必
要に応じてレシーバ35と膨張弁37の間の高圧側の冷媒配
管に設けることもできる。
すもので、31はコンプレッサ、33はコンデンサ、35はレ
シーバ、37は膨張弁、39はエバポレータである。この冷
凍サイクルにおいて、本冷凍サイクル装置に係る半導体
圧力センサ100はエバポレータ39とコンプレッサ31の間
の低圧側の冷媒配管に設けられ、冷媒の圧力および温度
を検出する。また、この半導体圧力センサ100は制御必
要に応じてレシーバ35と膨張弁37の間の高圧側の冷媒配
管に設けることもできる。
第10図は半導体圧力センサ100を冷媒配管41に取り付
けた状態を示す部分断面図である。半導体圧力センサ10
0は、そのハウジング９がＯリング43を介し、ねじ45に
て冷媒配管41に取り付けられることにより、冷媒配管41
に固定保持される。この半導体圧力センサ100のセンシ
ング部２は、２枚のパイレックスガラス7a,7b間にSi基
板１を挟み込んだサンドイッチ構造となっている。この
センシング部２は、ハウジング９の筒部9Aの内周面に設
けたコバールからなる円筒状のカラー28（ハウジングの
一部であり筒部9Aと溶接にて接合されている）との間で
低融点ガラス11にてハーメチックシールされるととも
に、冷媒の圧力および温度が直接測定できるようカラー
28の先端部より突出されている。また、カラー28には、
センシング部２を保護するための金網47が取り付けられ
ている。従って、この金網47を介した冷媒の圧力および
温度をセンシング部２が検出する。センシング部２にお
けるSi基板１に設けたダイヤフラム部３は、図中の矢印
にて示す冷媒の流れに対し、その動圧の影響を受けない
面に形成されている。従って、上記構成により金網47を
介した冷媒がセンシング部２のダイヤフラム部３に直接
接触し、しかも冷媒の動圧を受けない位置にダイヤフラ
ム部３が形成されているため、冷媒の圧力を良好に検出
することができる。しかも、センシング部２がハウジン
グ９およびカラー28から突出した構造となっているた
め、ハウジング９およびカラー28からの熱伝導の影響を
受けずに冷媒の温度を精度よく検出することができる。
けた状態を示す部分断面図である。半導体圧力センサ10
0は、そのハウジング９がＯリング43を介し、ねじ45に
て冷媒配管41に取り付けられることにより、冷媒配管41
に固定保持される。この半導体圧力センサ100のセンシ
ング部２は、２枚のパイレックスガラス7a,7b間にSi基
板１を挟み込んだサンドイッチ構造となっている。この
センシング部２は、ハウジング９の筒部9Aの内周面に設
けたコバールからなる円筒状のカラー28（ハウジングの
一部であり筒部9Aと溶接にて接合されている）との間で
低融点ガラス11にてハーメチックシールされるととも
に、冷媒の圧力および温度が直接測定できるようカラー
28の先端部より突出されている。また、カラー28には、
センシング部２を保護するための金網47が取り付けられ
ている。従って、この金網47を介した冷媒の圧力および
温度をセンシング部２が検出する。センシング部２にお
けるSi基板１に設けたダイヤフラム部３は、図中の矢印
にて示す冷媒の流れに対し、その動圧の影響を受けない
面に形成されている。従って、上記構成により金網47を
介した冷媒がセンシング部２のダイヤフラム部３に直接
接触し、しかも冷媒の動圧を受けない位置にダイヤフラ
ム部３が形成されているため、冷媒の圧力を良好に検出
することができる。しかも、センシング部２がハウジン
グ９およびカラー28から突出した構造となっているた
め、ハウジング９およびカラー28からの熱伝導の影響を
受けずに冷媒の温度を精度よく検出することができる。
第11図はセンシング部２の断面図である。この第11図
において、Si基板１とパイレックスガラス7aとの間は第
５図に示すものと同様に、Si基板１に形成した絶縁膜と
してのSiO2とパイレックスガラス7aとの間に設けた接合
用Poly−Si層13により真空室16が形成されている。Si基
板１の一方の面にはダイヤフラム部３が形成され、他方
の面には歪ゲージ５が形成（後述する回路に示される４
個の歪ゲージ5a〜5dが形成）されるとともに、歪ゲージ
５とアルミ電極15との間が拡散リード５′により接続さ
れるように構成されている。
において、Si基板１とパイレックスガラス7aとの間は第
５図に示すものと同様に、Si基板１に形成した絶縁膜と
してのSiO2とパイレックスガラス7aとの間に設けた接合
用Poly−Si層13により真空室16が形成されている。Si基
板１の一方の面にはダイヤフラム部３が形成され、他方
の面には歪ゲージ５が形成（後述する回路に示される４
個の歪ゲージ5a〜5dが形成）されるとともに、歪ゲージ
５とアルミ電極15との間が拡散リード５′により接続さ
れるように構成されている。
次に、この半導体圧力センサ100を用いて冷媒の圧力
と温度を検出する回路について説明する。第12図ではそ
の回路を示す回路図である。
と温度を検出する回路について説明する。第12図ではそ
の回路を示す回路図である。
この第12図において、歪ゲージ5a〜5dのそれぞれの抵
抗値は、第10図に示されるセンシング部２に作用する冷
媒の圧力状態に対応して変化し、同時にセンシング部２
の温度に対応してその抵抗値が可変となるよう設定され
ている。そして、一方の対角位置に設定される歪ゲージ
5bおよび5dは、圧力が作用することによって、その抵抗
値が増加するように設定され、他方の対角位置に設定さ
れる歪ゲージ5aおよび5cは、圧力が作用することによっ
て、その抵抗値が減少するように設定されている。その
結果、Ａ点とＤ点の間の抵抗値は圧力に依存しない。
抗値は、第10図に示されるセンシング部２に作用する冷
媒の圧力状態に対応して変化し、同時にセンシング部２
の温度に対応してその抵抗値が可変となるよう設定され
ている。そして、一方の対角位置に設定される歪ゲージ
5bおよび5dは、圧力が作用することによって、その抵抗
値が増加するように設定され、他方の対角位置に設定さ
れる歪ゲージ5aおよび5cは、圧力が作用することによっ
て、その抵抗値が減少するように設定されている。その
結果、Ａ点とＤ点の間の抵抗値は圧力に依存しない。
電源VCCと接地点GNDとの間には、抵抗R01,R02およびR
03の直列回路が形成され、その各抵抗の接続点Ｋおよび
Ｍの定電位VKおよびVMを分圧により設定している。電源
VCCは、さらに抵抗R05を介してホイートストンブリッジ
の歪ゲージ5aと5dの接続点であるＡ点に与えられ、この
Ａ点の電位は点Ｋの電位VKと共にオペアンプOP−１に与
えられている。そして、このオペアンプOP−１からの出
力は、それぞれ抵抗R07および抵抗R08を介して、歪ゲー
ジ5aと5bの接続点Ｂ、および歪ゲージ5cとの接続点Ｃに
それぞれ供給される。すなわち、オペアンプOP−１およ
び抵抗R05は、歪ゲージによるブリッジ回路の定電流源
として作用するようになり、抵抗R07およびR08はこのブ
リッジ回路のオフセット出力電圧を粗調整するための回
路を構成するようになる。
03の直列回路が形成され、その各抵抗の接続点Ｋおよび
Ｍの定電位VKおよびVMを分圧により設定している。電源
VCCは、さらに抵抗R05を介してホイートストンブリッジ
の歪ゲージ5aと5dの接続点であるＡ点に与えられ、この
Ａ点の電位は点Ｋの電位VKと共にオペアンプOP−１に与
えられている。そして、このオペアンプOP−１からの出
力は、それぞれ抵抗R07および抵抗R08を介して、歪ゲー
ジ5aと5bの接続点Ｂ、および歪ゲージ5cとの接続点Ｃに
それぞれ供給される。すなわち、オペアンプOP−１およ
び抵抗R05は、歪ゲージによるブリッジ回路の定電流源
として作用するようになり、抵抗R07およびR08はこのブ
リッジ回路のオフセット出力電圧を粗調整するための回
路を構成するようになる。
歪ゲージのホイールストンブリッジの出力点Ｃの出力
電圧VCは、オペアンプOP−２に供給される。このオペア
ンプOP−２は、回路側電流がブリッジ回路に流れ込み、
あるいはその逆の流れを防止するために設定されるもの
で、このオペアンプOP−２からの出力信号は、抵抗R09
を介して、ブリッジ回路のＢ点からの出力電圧VCと共に
オペアンプOP−３に供給される。そして、このオペアン
プOP−３からの出力によってトランジスタTr1を制御す
るもので、オペアンプOP−３、抵抗R09およびトランジ
スタTr1は、ホイートストンブリッジの出力電圧“VB−V
C"を電流出力に変換するようになる。
電圧VCは、オペアンプOP−２に供給される。このオペア
ンプOP−２は、回路側電流がブリッジ回路に流れ込み、
あるいはその逆の流れを防止するために設定されるもの
で、このオペアンプOP−２からの出力信号は、抵抗R09
を介して、ブリッジ回路のＢ点からの出力電圧VCと共に
オペアンプOP−３に供給される。そして、このオペアン
プOP−３からの出力によってトランジスタTr1を制御す
るもので、オペアンプOP−３、抵抗R09およびトランジ
スタTr1は、ホイートストンブリッジの出力電圧“VB−V
C"を電流出力に変換するようになる。
このオペアンプOP−３からの出力信号によって制御さ
れるトランジスタTr1は、そのコレクタに抵抗R11を介し
て電源VCCが接続されるので、このトランジスタTr1のコ
レクタ回路の信号は、オペアンプOP−４に供給される。
そして、このオペアンプOP−４は、抵抗R11,R12,R13と
共に増幅回路を構成し、オペアンプOP−３からの電流出
力を増幅して圧力検出信号VPが得られるようにしてい
る。ここで、このオペアンプOP−４による回路の増幅率
は、抵抗R12と抵抗R09の比によって決まる。
れるトランジスタTr1は、そのコレクタに抵抗R11を介し
て電源VCCが接続されるので、このトランジスタTr1のコ
レクタ回路の信号は、オペアンプOP−４に供給される。
そして、このオペアンプOP−４は、抵抗R11,R12,R13と
共に増幅回路を構成し、オペアンプOP−３からの電流出
力を増幅して圧力検出信号VPが得られるようにしてい
る。ここで、このオペアンプOP−４による回路の増幅率
は、抵抗R12と抵抗R09の比によって決まる。
また、歪ゲージ5bと5cとの接続点である点Ｄの信号VD
は、点Ｍで設定される基準電圧VMと共にオペアンプOP−
５に供給される。このオペアンプOP−５は、抵抗R21と
共に点Ｄの温度に対応して変化する電圧VDの変化を検出
し、これを電流出力に変換するもので、このオペアンプ
OP−５からの出力信号によってトランジスタTr2を制御
する。このトランジスタTr2のコレクタ回路の信号は、
点Ｋの基準電圧VKと共にオペアンプOP−６に供給される
もので、このオペアンプOP−６は抵抗R22,R23,R24と共
に増幅回路を形成し、オペアンプOP−５からの出力信号
を増幅する。そして、温度検出出力VTを得る。
は、点Ｍで設定される基準電圧VMと共にオペアンプOP−
５に供給される。このオペアンプOP−５は、抵抗R21と
共に点Ｄの温度に対応して変化する電圧VDの変化を検出
し、これを電流出力に変換するもので、このオペアンプ
OP−５からの出力信号によってトランジスタTr2を制御
する。このトランジスタTr2のコレクタ回路の信号は、
点Ｋの基準電圧VKと共にオペアンプOP−６に供給される
もので、このオペアンプOP−６は抵抗R22,R23,R24と共
に増幅回路を形成し、オペアンプOP−５からの出力信号
を増幅する。そして、温度検出出力VTを得る。
従って、センシング部２に作用する圧力が変化した場
合、歪ゲージによるホイートストンブリッジの出力端Ｃ
の電位VCが、この圧力変化に対応して変化し、この圧力
検出信号VPが出力されるようになる。また、Ｄ点の電位
VDは、第13図で示すように温度に対してほぼ直線的に変
化するため、Ｄ点の電位VDを接地電圧（GND）近くから
電源電位（VCC）の近くまで変化する信号に変換する回
路とされるオペアンプOP−５の回路を用いることによ
り、温度検出信号VTが得られる。
合、歪ゲージによるホイートストンブリッジの出力端Ｃ
の電位VCが、この圧力変化に対応して変化し、この圧力
検出信号VPが出力されるようになる。また、Ｄ点の電位
VDは、第13図で示すように温度に対してほぼ直線的に変
化するため、Ｄ点の電位VDを接地電圧（GND）近くから
電源電位（VCC）の近くまで変化する信号に変換する回
路とされるオペアンプOP−５の回路を用いることによ
り、温度検出信号VTが得られる。
なお、上記実施例において、歪ゲージ5a〜5dを用いて
圧力および温度を検出するものを示したが、Si基板１の
歪ゲージ5a〜5dの近傍に温度検出素子を形成して、これ
により冷媒の温度検出を行うようにしてもよい。
圧力および温度を検出するものを示したが、Si基板１の
歪ゲージ5a〜5dの近傍に温度検出素子を形成して、これ
により冷媒の温度検出を行うようにしてもよい。
以上述べたように、本発明によれば、ダイヤフラム部
を有するセンシング部をシリコン基板と台座用ガラスで
構成し、そのセンシング部とハウジングの金属部との間
を低融点ガラスで気密封着することにより、台座用ガラ
スを有するセンシング部とハウジングの金属部に対して
気密封着することができ、その結果、シリコン基板と台
座用ガラスを用いたセンシング部にて高圧の被測定媒体
の圧力を検出することができるという優れた効果があ
る。
を有するセンシング部をシリコン基板と台座用ガラスで
構成し、そのセンシング部とハウジングの金属部との間
を低融点ガラスで気密封着することにより、台座用ガラ
スを有するセンシング部とハウジングの金属部に対して
気密封着することができ、その結果、シリコン基板と台
座用ガラスを用いたセンシング部にて高圧の被測定媒体
の圧力を検出することができるという優れた効果があ
る。
また、ハウジングの金属部分を、その熱膨張係数がシ
リコン基板と台座用ガラスの熱膨張係数と近似したもの
とし、低融点ガラスの熱膨張係数を台座用ガラスとハウ
ジングの金属部分の熱膨張係数の間の値となるようにす
ることによって、センシング部にかかる応力を低減して
その折れを防止することができるという優れた効果があ
る。
リコン基板と台座用ガラスの熱膨張係数と近似したもの
とし、低融点ガラスの熱膨張係数を台座用ガラスとハウ
ジングの金属部分の熱膨張係数の間の値となるようにす
ることによって、センシング部にかかる応力を低減して
その折れを防止することができるという優れた効果があ
る。
さらに、センシング部をハウジングから突出して被測
定媒体中に配置することにより、被測定媒体の圧力を精
度よく検出することができるという優れた効果がある。
定媒体中に配置することにより、被測定媒体の圧力を精
度よく検出することができるという優れた効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示す半導体圧力センサの全
体構成を示す断面図、第２図は第１図に示す実施例の要
部断面図、第３図は低融点ガラスの熱膨張係数と最大せ
ん断応力の関係を示す図、第４図は本発明の他の実施例
を示す要部断面図、第５図は本発明のさらに他の実施例
を示す要部断面図、第６図は第５図に示す実施例のＡ−
Ａ断面図、第７図は第５図に示す実施例におけるセンシ
ング部の平面図、第８図は本発明のさらに他の実施例を
示す部分断面図、第９図は本発明を自動車用冷凍サイク
ルに適用した実施例の冷凍サイクルの構成を示す概略構
成図、第10図は第９図に示す実施例における半導体圧力
センサの部分断面図、第11図は第10図に示す半導体圧力
センサのセンシング部を示す断面図、第12図は第10図に
示す半導体圧力センサを用いて冷媒の圧力と温度を検出
する回路の回路図、第13図は第12図に示す回路における
温度検出端子部の出力状態を示す特性図、第14図は従来
の半導体圧力センサを示す断面図である。 １……シリコン基板,2……センシング部,3……ダイヤフ
ラム部,5……歪ゲージ,7……台座用ガラス,9……ハウジ
ング。
体構成を示す断面図、第２図は第１図に示す実施例の要
部断面図、第３図は低融点ガラスの熱膨張係数と最大せ
ん断応力の関係を示す図、第４図は本発明の他の実施例
を示す要部断面図、第５図は本発明のさらに他の実施例
を示す要部断面図、第６図は第５図に示す実施例のＡ−
Ａ断面図、第７図は第５図に示す実施例におけるセンシ
ング部の平面図、第８図は本発明のさらに他の実施例を
示す部分断面図、第９図は本発明を自動車用冷凍サイク
ルに適用した実施例の冷凍サイクルの構成を示す概略構
成図、第10図は第９図に示す実施例における半導体圧力
センサの部分断面図、第11図は第10図に示す半導体圧力
センサのセンシング部を示す断面図、第12図は第10図に
示す半導体圧力センサを用いて冷媒の圧力と温度を検出
する回路の回路図、第13図は第12図に示す回路における
温度検出端子部の出力状態を示す特性図、第14図は従来
の半導体圧力センサを示す断面図である。 １……シリコン基板,2……センシング部,3……ダイヤフ
ラム部,5……歪ゲージ,7……台座用ガラス,9……ハウジ
ング。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−293131（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−297739（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 29/84 G01L 9/04 101
Claims (9)
- 【請求項１】被測定媒体の圧力を検出する半導体圧力セ
ンサであって、 台座用ガラスの上にシリコン基板を設けて構成され、前
記シリコン基板の前記被測定媒体と接触する部位に前記
被測定媒体の圧力に応じて変位するダイヤフラム部を形
成してなるセンシング部、 このセンシング部内に設けられ、前記ダイヤフラム部の
変位を検出する検出手段、 前記センシング部を収納する収納部を含む空間を内部に
有し、少なくともこの収納部の前記センシング部に対向
する所定部分が金属にて構成されたハウジング、および このハウジングにおける前記所定部分と前記センシング
部の所定部分との間に設けられ、前記被測定媒体に対し
て前記ハウジング内空間を気密封着する低融点ガラス を備えた半導体圧力センサ。 - 【請求項２】流動する被測定媒体の圧力を検出する半導
体圧力センサであって、 台座用ガラスの上にシリコン基板を設けて構成され、前
記シリコン基板の前記被測定媒体と接触する部位に前記
被測定媒体の圧力に応じて変位するダイヤフラム部を形
成してなるセンシング部、 このセンシング部内に設けられ、前記ダイヤフラム部の
変位を検出する検出手段、 前記センシング部を収納する収納部を含む空間を内部に
有し、少なくともこの収納部の前記センシング部に対向
する所定部分が金属にて構成され、前記センシング部の
前記ダイヤフラム部を前記被測定媒体の流動路中に配置
させるべく、前記センシング部を突出保持するハウジン
グ、および このハウジングにおける前記所定部分と前記センシング
部の所定部分との間に設けられ、前記被測定媒体に対し
て前記ハウジング内空間を気密封着する低融点ガラス を備えた半導体圧力センサ。 - 【請求項３】エバポレータ，コンプレッサ，コンデン
サ，レシーバ，膨張弁を冷媒配管にて連結してなる自動
車用の冷凍サイクルにおける前記冷媒配管内の被測定媒
体としての冷媒圧力を検出する半導体圧力センサであっ
て、 台座用ガラスの上にシリコン基板を設けて構成され、前
記シリコン基板の前記冷媒と接触する部位に前記冷媒の
圧力に応じて変位するダイヤフラム部を形成してなるセ
ンシング部、 このセンシング部内に設けられ、前記ダイヤフラム部の
変位を検出する検出手段、 前記センシング部を収納する収納部を含む空間を内部に
有し、少なくともこの収納部の前記センシング部に対向
する所定部分が金属にて構成され、前記ダイヤフラム部
を前記冷媒の流動路中に配置させるべく、前記センシン
グ部を突出保持するハウジング、 このハウジングにおける前記所定部分と前記センシング
部の所定部分との間に設けられ、前記冷媒に対して前記
ハウジング内空間を気密封着する低融点ガラス、および 前記ハウジングを前記冷媒配管に固定保持する保持手段
と を備えた半導体圧力センサ。 - 【請求項４】前記センシング部は、少なくとも前記低融
点ガラスにて気密封着される部分が一対の台座用ガラス
の間に前記シリコン基板を挟み込んで構成され、前記冷
媒中に突出される部分が前記一対の台座用ガラスの一方
と前記シリコン基板とで構成されて前記シリコン基板の
前記ダイヤフラム部が形成された部分が前記冷媒中に露
出された構成である請求項（３）記載の半導体圧力セン
サ。 - 【請求項５】前記ダイヤフラム部は前記センシング部に
おける前記被測定媒体の動圧を受けない面に形成されて
いる請求項（２）〜（４）記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項６】前記検出手段は、前記センシング部の突出
部分での前記被測定媒体の温度を検出する温度検出手段
を含む請求項（２）〜（５）記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項７】前記ハウジングに設けられ、前記被測定媒
体の通過を許容し、前記センシング部の突出部分を保護
する保護キャップを有する請求項（２）〜（６）記載の
半導体圧力センサ。 - 【請求項８】前記ハウジングの前記金属部分の熱膨張係
数は、前記シリコン基板および前記台座用ガラスの熱膨
張係数と近似したものであり、前記低融点ガラスの熱膨
張係数は前記台座用ガラスの熱膨張係数と前記金属部分
の熱膨張係数の間の値のものであって、前記ハウジング
の前記金属は、Fe−Ni−Co系合金であり、前記台座用ガ
ラスはホウ珪酸ガラスである請求項（１）〜（７）記載
の半導体圧力センサ。 - 【請求項９】前記ハウジングの前記金属部分の熱膨張係
数は、前記シリコン基板および前記台座用ガラスの熱膨
張係数と近似したものであり、前記低融点ガラスの熱膨
張係数は前記台座用ガラスの熱膨張係数と前記金属部分
の熱膨張係数の間の値のものであって、前記ハウジング
の前記金属は、Ni−Fe系合金であり、前記台座用ガラス
はホウ珪酸ガラスである請求項（１）〜（７）記載の半
導体圧力センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/388,022 US4930353A (en) | 1988-08-07 | 1989-07-31 | Semiconductor pressure sensor |
| EP89114367A EP0354479B1 (en) | 1988-08-07 | 1989-08-03 | Semiconductor pressure sensor |
| DE68916719T DE68916719T2 (de) | 1988-08-07 | 1989-08-03 | Halbleiterdruckwandler. |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19757288 | 1988-08-07 | ||
| JP63-197572 | 1988-08-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02138776A JPH02138776A (ja) | 1990-05-28 |
| JP2792116B2 true JP2792116B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=16376733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15871589A Expired - Fee Related JP2792116B2 (ja) | 1988-08-07 | 1989-06-21 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2792116B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010151469A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Denso Corp | センサチップおよびその製造方法並びに圧力センサ |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5076687B2 (ja) * | 2007-07-04 | 2012-11-21 | 株式会社デンソー | 圧力センサ |
| JP4497219B2 (ja) * | 2008-03-13 | 2010-07-07 | 株式会社デンソー | 圧力センサおよびその製造方法 |
| JP5067360B2 (ja) * | 2008-12-24 | 2012-11-07 | 株式会社デンソー | 圧力センサ |
| JP5200919B2 (ja) * | 2008-12-25 | 2013-06-05 | 株式会社デンソー | センサチップおよびその製造方法並びに圧力センサ |
| JP5251498B2 (ja) * | 2008-12-26 | 2013-07-31 | 株式会社デンソー | 圧力センサ |
| EP2395336B1 (en) * | 2010-06-08 | 2018-08-01 | Sensata Technologies, Inc. | Hermetically sealed pressure sensing device |
| CH707337B1 (fr) | 2011-10-05 | 2017-07-14 | Canon Anelva Corp | Manomètre à membrane. |
| JP5494741B2 (ja) * | 2012-06-27 | 2014-05-21 | 株式会社デンソー | 圧力センサ |
| JP5454628B2 (ja) * | 2012-06-29 | 2014-03-26 | 株式会社デンソー | 圧力センサ |
| US9442031B2 (en) * | 2013-06-28 | 2016-09-13 | Rosemount Inc. | High integrity process fluid pressure probe |
-
1989
- 1989-06-21 JP JP15871589A patent/JP2792116B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010151469A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Denso Corp | センサチップおよびその製造方法並びに圧力センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02138776A (ja) | 1990-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |