JPH02138776A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPH02138776A JPH02138776A JP15871589A JP15871589A JPH02138776A JP H02138776 A JPH02138776 A JP H02138776A JP 15871589 A JP15871589 A JP 15871589A JP 15871589 A JP15871589 A JP 15871589A JP H02138776 A JPH02138776 A JP H02138776A
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Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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。
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、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。
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。
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5
1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。
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5
1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。
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。
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。
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F e −N i −Co系合金(商品名:
コバール)またはNi−Fe系合金(商品名=4270
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l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9
B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2
7はコネクタケース25に接着固定されている。ピン2
1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し固定
可能とするものである。
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F e −N i −Co系合金(商品名:
コバール)またはNi−Fe系合金(商品名=4270
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l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9
B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2
7はコネクタケース25に接着固定されている。ピン2
1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し固定
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I!層としてのSiO□層、12
は歪ゲージ5とAfクランド5を電気的に接続する導電
部をなす低抵抗Po1y−3i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Po1y−3
i層、14は絶縁のための高抵抗Po1y−3iii、
15はAI!、ランド、16は高抵抗Po1y−Si層
13を工・ノ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。
であり、8.10は絶I!層としてのSiO□層、12
は歪ゲージ5とAfクランド5を電気的に接続する導電
部をなす低抵抗Po1y−3i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Po1y−3
i層、14は絶縁のための高抵抗Po1y−3iii、
15はAI!、ランド、16は高抵抗Po1y−Si層
13を工・ノ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、いかにしてノλ−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、St
O熱膨張係数が31×10−’/’C1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 X I O−’/”C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 X 10−’/”C
)または4270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。
を金属性ハウジング9に、いかにしてノλ−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、St
O熱膨張係数が31×10−’/’C1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 X I O−’/”C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 X 10−’/”C
)または4270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ツチングが悪い
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。
びハウジング9との間の熱膨張係数のマツチングが悪い
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1
1の最大せん断部力について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40
0kgf/c+flであることから、低融点ガラス11
の熱膨張係数は40〜50 x 10−7/’c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 X 10−’/”
Cのものを用いることとした。
7をパイレックスガラスとした場合に、低融点ガラス1
1の最大せん断部力について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40
0kgf/c+flであることから、低融点ガラス11
の熱膨張係数は40〜50 x 10−7/’c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 X 10−’/”
C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Po1y−3i層12、A!
クランド5、ボンディングワイヤ17を介して、基板1
9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ビン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。
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Po1y−3i層12、A!
クランド5、ボンディングワイヤ17を介して、基板1
9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ビン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(Afクランド5)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上部には低融点ガ
ラス11を用いているため、は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−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(A42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。
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(Afクランド5)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上部には低融点ガ
ラス11を用いているため、は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−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(A42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】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
。
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。
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A℃ランド15及びポンデイングワイヤ1
7との電気的接合は第2図に示したように低抵抗Po1
y−3i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Po1y−3i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POIy−3i層13をエツチングして真空室16を
形成する際に同時に金属配線形成部もエツチングした後
、5iOz層10の所定の位置をエツチングしてコンタ
クトホールを形成し、高抵抗Po1y−3i層13の厚
さより薄い厚さのAffi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。
手段としてのA℃ランド15及びポンデイングワイヤ1
7との電気的接合は第2図に示したように低抵抗Po1
y−3i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Po1y−3i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POIy−3i層13をエツチングして真空室16を
形成する際に同時に金属配線形成部もエツチングした後
、5iOz層10の所定の位置をエツチングしてコンタ
クトホールを形成し、高抵抗Po1y−3i層13の厚
さより薄い厚さのAffi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。
、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4270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
70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。
たは4270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
70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。
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。
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。
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100は、そのハウジング9が○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。
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
。
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y447が取り付けられている。従って、この金y
447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プラム部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。
の金y447が取り付けられている。従って、この金y
447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プラム部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S i Ozとパイレックスガラス7a
との間に設けた接合用Po1y−3i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〜5
dが形成)されるとともに、歪ゲージ5とアルミ電極1
5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。
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S i Ozとパイレックスガラス7a
との間に設けた接合用Po1y−3i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〜5
dが形成)されるとともに、歪ゲージ5とアルミ電極1
5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。
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。
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。
電源■。、と接地点GNDとの間には、抵抗RO1、R
O2およびRO3の直列回路が形成され、その各抵抗の
接続点におよびMの定電位■、およびV、4を分圧によ
り設定している。電源VCCは、さらに抵抗RO5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点の電位は点にの電
位■、と共にオペアンプ0P−1に与えられている。そ
して、このオペアンプ0P−1からの出力は、それぞれ
抵抗RO7および抵抗RO8を介して、歪ゲージ5aと
5bの接続点B1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0P−1およ
び抵抗RO5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RO7およびRO8
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。
O2およびRO3の直列回路が形成され、その各抵抗の
接続点におよびMの定電位■、およびV、4を分圧によ
り設定している。電源VCCは、さらに抵抗RO5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点の電位は点にの電
位■、と共にオペアンプ0P−1に与えられている。そ
して、このオペアンプ0P−1からの出力は、それぞれ
抵抗RO7および抵抗RO8を介して、歪ゲージ5aと
5bの接続点B1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0P−1およ
び抵抗RO5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RO7およびRO8
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。
歪ゲージのホイートストンブリッジの出力点Cの出力電
圧■。は、オペアンプ0P−2に供給される。このオペ
アンプ0P−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0P−2からの出力信号は、抵
抗RO9を介して、ブリッジ回路のB点からの出力電圧
■。と共にオペアンプ0P−3に供給される。そして、
このオペアンプ0P−3からの出力によってトランジス
タTr、を制御するもので、オペアンプ0P−3、抵抗
RO9およびトランジスタTr、は、ホイートストンブ
リッジの出力電圧“V、−V。
圧■。は、オペアンプ0P−2に供給される。このオペ
アンプ0P−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0P−2からの出力信号は、抵
抗RO9を介して、ブリッジ回路のB点からの出力電圧
■。と共にオペアンプ0P−3に供給される。そして、
このオペアンプ0P−3からの出力によってトランジス
タTr、を制御するもので、オペアンプ0P−3、抵抗
RO9およびトランジスタTr、は、ホイートストンブ
リッジの出力電圧“V、−V。
を電流出力に変換するようになる。
このオペアンプ0P−3からの出力信号によって制御さ
れるトランジスタTr、は、そのコレクタに抵抗R11
を介して電源■。、が接続されるので、このトランジス
タTr+ のコレクタ回路の信号は、オペアンプ0P−
4に供給される。そして、このオペアンプ0P−4は、
抵抗R11,R12゜R13と共に増幅回路を構成し、
オペアンプOP3からの電流出力を増幅して圧力検出信
号■。
れるトランジスタTr、は、そのコレクタに抵抗R11
を介して電源■。、が接続されるので、このトランジス
タTr+ のコレクタ回路の信号は、オペアンプ0P−
4に供給される。そして、このオペアンプ0P−4は、
抵抗R11,R12゜R13と共に増幅回路を構成し、
オペアンプOP3からの電流出力を増幅して圧力検出信
号■。
が得られるようにしている。ここで、このオペアンプ0
P−4による回路の増幅率は、抵抗R12と抵抗RO9
の比によって決まる。
P−4による回路の増幅率は、抵抗R12と抵抗RO9
の比によって決まる。
また、歪ゲージ5bと50との接続点である点りの信号
■。は、点Mで設定される基準電圧■。と共にオペアン
プ0P−5に供給される。このオペアンプ0P−5は、
抵抗R21と共に点りの温度に対応して変化する電圧V
。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0P−5からの出力信号によってトラン
ジスタTrzを制御する。このトランジスタTrzのコ
レクタ回路の信号は、点にの基準電圧vKと共にオペア
ンプ0P−6に供給されるもので、このオペアンプ0P
−6は抵抗R22,R23,R24と共に増幅回路を形
成し、オペアンプ0P−5からの出力信号を増幅する。
■。は、点Mで設定される基準電圧■。と共にオペアン
プ0P−5に供給される。このオペアンプ0P−5は、
抵抗R21と共に点りの温度に対応して変化する電圧V
。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0P−5からの出力信号によってトラン
ジスタTrzを制御する。このトランジスタTrzのコ
レクタ回路の信号は、点にの基準電圧vKと共にオペア
ンプ0P−6に供給されるもので、このオペアンプ0P
−6は抵抗R22,R23,R24と共に増幅回路を形
成し、オペアンプ0P−5からの出力信号を増幅する。
そして、温度検出出力■7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・ンジの出力端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V2が出力されるようになる。また、D点の
電位■、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■。を接地電圧(GN
D)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0P−5の回路を
用いることにより、温度検出信号■アが得られる。
、歪ゲージによるホイートストンブリ・ンジの出力端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V2が出力されるようになる。また、D点の
電位■、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■。を接地電圧(GN
D)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0P−5の回路を
用いることにより、温度検出信号■アが得られる。
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
l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
。
て圧力および温度を検出するものを示したが、Si基板
l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。
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
。
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。
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
ん断部力の関係を示す図、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。 代理人弁理士 岡 部 隆 (ほか1名) ↑ 丘カ 第1図 第 図 第 図 第 図 第14 図
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
ん断部力の関係を示す図、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。 代理人弁理士 岡 部 隆 (ほか1名) ↑ 丘カ 第1図 第 図 第 図 第 図 第14 図
Claims (9)
- (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。 - (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 とを備えた半導体圧力センサ。 - (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。 - (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。 - (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。 - (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。 - (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。 - (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。 - (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 true JPH02138776A (ja) | 1990-05-28 |
JP2792116B2 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 (10)
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---|---|---|---|---|
JP2009014484A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Denso Corp | 圧力センサ |
JP2009222389A (ja) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Denso Corp | 圧力センサおよびその製造方法 |
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1989
- 1989-06-21 JP JP15871589A patent/JP2792116B2/ja not_active Expired - Fee Related
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