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)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2010151614A (ja) * | 2008-12-25 | 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 |
| JP2010151468A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Denso Corp | 圧力センサ |
| JP2010151730A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Denso Corp | 圧力センサ |
| JP2011257393A (ja) * | 2010-06-08 | 2011-12-22 | Sensata Technologies Inc | 密閉封止された圧力感知装置 |
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| JP2016526679A (ja) * | 2013-06-28 | 2016-09-05 | ローズマウント インコーポレイテッド | 高保全性プロセス流体圧力プローブ |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1989
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