JPH02196938A - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor

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Publication number
JPH02196938A
JPH02196938A JP1659089A JP1659089A JPH02196938A JP H02196938 A JPH02196938 A JP H02196938A JP 1659089 A JP1659089 A JP 1659089A JP 1659089 A JP1659089 A JP 1659089A JP H02196938 A JPH02196938 A JP H02196938A
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JP
Japan
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pressure
lead
crystal substrate
semiconductor single
single crystal
Prior art date
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Pending
Application number
JP1659089A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuji Inoue
鉄治 井上
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Aisan Industry Co Ltd
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH02196938A publication Critical patent/JPH02196938A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To allow a diaphragm part to respond to only a pressure variation of a fluid to be measured by suspending and attaching a substrate to a housing through a buffer member for absorbing the displacement in the direction being parallel to the plate surface of the diaphragm part of a semiconductor single crystal substrate. CONSTITUTION:A silicon chip 11 is joined airtightly to a silicon cap 12 of a plate body formed by the same material as that of the silicon chip by eutectic coupling, etc. of gold and tin under the vacuum atmosphere, and between both of them, a reference pressure chamber 13 is partitioned and formed. A sensor element 10 is supported by a stem 31 of a metallic plate body through a lead consisting of a lead frame 21 and a lead pin 23. The lead frame 21 consists of a metallic sheet made of copal, etc., and in its center part, an inflection part 21a bent in the direction being roughly vertical to the plate surface of a diaphragm part 11a is formed, and this lead frame 21 forms a buffer member. One end of each lead frame 21 is joined by solder to a soldering use land formed continuously to a conductive pattern 14 on the silicon chip 11, and the other end is joined by solder to the lead pin 23.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は流体圧力を測定する圧力センサに関し、特に半
導体単結晶基板内に形成した歪ゲージを用いた圧力セン
サに係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a pressure sensor for measuring fluid pressure, and particularly to a pressure sensor using a strain gauge formed in a semiconductor single crystal substrate.

[従来の技術] 近年、小型、軽量で高感度な圧力センサとして、半導体
結晶に外力を加えたとき半導体結晶の比抵抗が変化する
ピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサが自動車を
含む種々の分野で活用されている。この種半導体圧力セ
ンサとして、シリコン等の半導体単結晶の基板の中央部
に薄膜のダイヤフラムを加工形成し、このダイヤフラム
部に拡散抵抗層を形成して歪ゲージを構成した拡散型半
導体圧力センサが知られており、特にシリコン単結晶基
板のダイヤフラムを用いたシリコン圧力センサが活用さ
れている。而して、上記ダイヤフラムに加えられた流体
圧力による歪に応じた拡散抵抗の変化を検出して流体圧
力を測定することとし、通常、流体圧力に対して抵抗値
が増加、減少する歪ゲージ一対を一組として、これら二
組でホイートストンブリッジを構成し、定電流あるいは
定電圧電源と接続して電気信号に変換し流体圧力を測定
することとしている。
[Prior Art] In recent years, semiconductor pressure sensors that utilize the piezoresistance effect, in which the resistivity of a semiconductor crystal changes when an external force is applied to the semiconductor crystal, have been used in various fields including automobiles as small, lightweight, and highly sensitive pressure sensors. It is used in As this type of semiconductor pressure sensor, a diffusion type semiconductor pressure sensor is known, in which a thin film diaphragm is processed and formed in the center of a semiconductor single crystal substrate such as silicon, and a diffused resistance layer is formed on this diaphragm to form a strain gauge. In particular, silicon pressure sensors using a diaphragm on a silicon single crystal substrate are being utilized. Fluid pressure is measured by detecting changes in diffusion resistance in response to strain due to fluid pressure applied to the diaphragm, and usually a pair of strain gauges whose resistance value increases or decreases with fluid pressure is used. These two sets constitute a Wheatstone bridge, which is connected to a constant current or constant voltage power supply to convert it into an electrical signal and measure fluid pressure.

上記半導体圧力センサにおいては、外部の熱や機械的な
歪に対し鋭敏に反応するため、これらに影響されないよ
うに構成されている0例えば実開昭513−11083
2号公報においては、圧力センサを構成する半導体ダイ
ヤフラムをその線膨張係数・と同等の線膨張係数を有す
るパッケージに取り付けるように構成し、パッケージか
らの熱応力の影響を低減する技術が開示されている。
Since the semiconductor pressure sensor mentioned above reacts sensitively to external heat and mechanical strain, it is constructed so as not to be affected by these.
Publication No. 2 discloses a technology in which a semiconductor diaphragm constituting a pressure sensor is attached to a package having a coefficient of linear expansion equivalent to that of the semiconductor diaphragm, thereby reducing the influence of thermal stress from the package. There is.

また、特開昭62−238671号公報においては、半
導体単結晶基板、台座部及び両者を接合する低融点ガラ
スの熱膨張係数の相違に起因するダイヤフラム部への不
都合な応力を緩和するため、同等の熱膨張係数をもつ部
材で構成しあるいは低融点ガラス層の面積及び厚さを調
整するという技術を従来技術とした上で、低融点ガラス
層の接合面形状に特徴を有する圧力変換器即ち圧力セン
サの製造方法が提案されている。
In addition, in JP-A No. 62-238671, in order to alleviate undesirable stress on the diaphragm part due to the difference in thermal expansion coefficient of the semiconductor single crystal substrate, the pedestal part, and the low melting point glass that joins the two, The pressure transducer has a characteristic in the shape of the joint surface of the low melting point glass layer. A method of manufacturing a sensor has been proposed.

[発明が解決しようとする!!題] 然し乍ら、上記の従来技術においては、パッケージが所
定の線膨張係数を有する材料に限定され、あるいは接合
部材たる低融点ガラス層を所定形状に形成するといった
製造工程上の制約が多くなる等、新たな問題が生ずる。
[Invention tries to solve! ! However, in the above-mentioned conventional technology, there are many restrictions in the manufacturing process, such as the package being limited to a material having a predetermined coefficient of linear expansion, and the low melting point glass layer serving as the bonding member being formed in a predetermined shape. A new problem arises.

しかも、特開昭62−238671号公報に記載の圧力
センサのように台座部をハウジングに固着する構成にあ
っては、ハウジングと台座部との間の線膨張係数の相違
によって生ずる熱応力が半導体単結晶基板に与える影響
を阻止することはできない。
Moreover, in a structure in which the pedestal part is fixed to the housing like the pressure sensor described in JP-A-62-238671, the thermal stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the housing and the pedestal part is The effect on the single crystal substrate cannot be prevented.

そこで、本発明は半導体単結晶基板とこれを支持する部
材との間に生ずる熱膨張差を確実に吸収することにより
ダイヤフラム部が被測定流体の圧力変化のみに感応する
ように構成することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to reliably absorb the difference in thermal expansion that occurs between a semiconductor single crystal substrate and a member that supports it, so that the diaphragm part is configured to respond only to pressure changes in the fluid to be measured. shall be.

[a題を解決するための手段] 上記の目的を達成するため、本発明は、被測定流体源に
連通接続したハウジングと、該ハウジング内に収容する
と共に、一方の面を基準圧の受圧面とし他方の面を前記
被測定流体源に連通し被測定流体の圧力の受圧面とし、
前記被測定流体の圧力変動に応じて変形するダイヤフラ
ム部を形成した半導体単結晶基板と、該半導体単結晶基
板の前記ダイヤフラム部に形成した歪ゲージと、該歪ゲ
ージに接続したリードとを備え、前記ダイヤフラム部に
生ずる歪を電気信号に変換して前記被測定流体の圧力を
検出する圧力センサにおいて、少くとも前記半導体単結
晶基板のダイヤフラム部の板面に平行な方向の変位を吸
収する緩衝部材を介して、前記半導体単結晶基板を前記
ハウジングに吊着することとしたものである。
[Means for Solving Problem A] In order to achieve the above object, the present invention includes a housing connected in communication with a fluid source to be measured, and a housing housed in the housing, with one surface having a pressure receiving surface of a reference pressure. and the other surface communicates with the source of the fluid to be measured and serves as a pressure receiving surface for the pressure of the fluid to be measured,
A semiconductor single crystal substrate on which a diaphragm portion that deforms in response to pressure fluctuations of the fluid to be measured is formed, a strain gauge formed on the diaphragm portion of the semiconductor single crystal substrate, and a lead connected to the strain gauge, In the pressure sensor that detects the pressure of the fluid to be measured by converting strain occurring in the diaphragm portion into an electrical signal, a buffer member absorbs at least displacement of the diaphragm portion of the semiconductor single crystal substrate in a direction parallel to a plate surface. The semiconductor single crystal substrate is suspended from the housing via the housing.

前記リードは前記半導体単結晶基板のダイヤフラム部の
板面に略垂直な方向に屈曲した屈曲部を有するものとし
、前記リードの一端を前記半導体単結晶基板に固着する
と共に他端を前記ハウジングに植設し、前記リードを以
って前記&ll郡部材構成することができる。
The lead has a bent portion bent in a direction substantially perpendicular to the plate surface of the diaphragm portion of the semiconductor single crystal substrate, and one end of the lead is fixed to the semiconductor single crystal substrate and the other end is implanted in the housing. The &ll group member can be constructed using the leads.

また、前記リードは、前記半導体単結晶基板に固着した
第1のリードと、前記ハウジングに植設した第2のリー
ドを備えたものとし、該第2のリードと前記第1のリー
ドとを前記半導体単結晶基板のダイヤフラム部の板面に
平行な方向に摺動自在に結合し、前記リードを以って前
記緩衝部材を構成することもできる。
Further, the lead includes a first lead fixed to the semiconductor single crystal substrate and a second lead implanted in the housing, and the second lead and the first lead are connected to the first lead. It is also possible to form the buffer member by connecting the lead to be slidable in a direction parallel to the plate surface of a diaphragm portion of a semiconductor single crystal substrate.

そして、前記半導体単結晶基板は中空部を有するものと
し、該中空部を郭成する一方の板面部が前記ダイヤフラ
ム部を構成し、前記ダイヤフラム部の外面が前記被測定
流体の受圧面を構成すると共に前記ダイヤフラム部の前
記中空部内面が前記基準圧の受圧面を構成するようにし
てもよい。
The semiconductor single crystal substrate has a hollow portion, one plate surface defining the hollow portion constitutes the diaphragm portion, and an outer surface of the diaphragm portion constitutes a pressure receiving surface for the fluid to be measured. In addition, the inner surface of the hollow portion of the diaphragm portion may constitute a pressure receiving surface for the reference pressure.

[作用] 上記のように構成された圧力センサにおいては、半導体
単結晶基板の一方の受圧面に基準圧が付与され、他方の
受圧面に被測定流体源からの被測定温体圧力が付与され
る。これらの圧力差により歪ゲージを含む半導体単結晶
基板に歪が生じ、この歪が歪ゲージにより電気信号に変
換される。
[Function] In the pressure sensor configured as described above, the reference pressure is applied to one pressure receiving surface of the semiconductor single crystal substrate, and the measured temperature body pressure from the measured fluid source is applied to the other pressure receiving surface. Ru. These pressure differences cause strain in the semiconductor single crystal substrate containing the strain gauge, and this strain is converted into an electrical signal by the strain gauge.

上記圧力センサにおいて、半導体単結晶基板は緩衝部材
を介してハウジングに吊着されている。
In the above pressure sensor, the semiconductor single crystal substrate is suspended from the housing via a buffer member.

即ち、半導体単結晶基板はms部材によりハウジングか
ら離隔した状態で支持されている。従って、例えば外部
環境の温度変化によりハウジングと半導体単結晶基板と
の間で熱膨張の差が生じても緩衝部材によって少くとも
ダイヤフラム部の板面に平行な方向の変位が吸収され、
ダイヤフラム部に形成された歪ゲージに熱応力が加えら
れることはない、而して、歪ゲージは圧力変化にのみ対
応して所定の電気信号を出力する。
That is, the semiconductor single crystal substrate is supported by the ms member while being separated from the housing. Therefore, even if a difference in thermal expansion occurs between the housing and the semiconductor single crystal substrate due to a temperature change in the external environment, for example, the buffer member absorbs at least the displacement in the direction parallel to the plate surface of the diaphragm portion.
No thermal stress is applied to the strain gauge formed on the diaphragm, and the strain gauge outputs a predetermined electrical signal only in response to pressure changes.

[実施例] 以下、本発明の圧力センサの望ましい実施例を図面を参
照して説明する。
[Embodiments] Hereinafter, preferred embodiments of the pressure sensor of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の圧力センサの一実施例を示すもので、
ハウジング30にセンナエレメント10が収容されてい
る0本発明にいう半導体単結晶基板としてシリコン単結
晶基板を用い、正方形のシリコンチップ11及びシリコ
ンキャップ12によリセンサエレメント10が構成され
ている。
FIG. 1 shows an embodiment of the pressure sensor of the present invention.
The sensor element 10 is housed in the housing 30. A silicon single crystal substrate is used as the semiconductor single crystal substrate according to the present invention, and the resensor element 10 is constituted by a square silicon chip 11 and a silicon cap 12.

シリコンチップ11の中央部には厚さ数十μmに薄膜加
工されダイヤフラム部11aが形成されている。このダ
イヤフラム部11aにボロン等の拡散により拡散抵抗層
の歪ゲージが四個形成されている。即ち、第2図に示す
ようにダイヤフラム部11aの中央部に拡散抵抗、即ち
ゲージ抵抗R1乃至R4が形成されている。
A diaphragm portion 11a is formed in the center of the silicon chip 11 by processing a thin film to a thickness of several tens of μm. Four strain gauges of a diffused resistance layer are formed in this diaphragm portion 11a by diffusion of boron or the like. That is, as shown in FIG. 2, diffused resistors, that is, gauge resistors R1 to R4 are formed in the center of the diaphragm portion 11a.

これらゲージ抵抗R1乃至R4は高ゲージ率を有し、ゲ
ージ抵抗R1,R3とゲージ抵抗R2゜R4は相互に対
向して配置され、ダイヤフラム部11aに圧力が加わっ
たときゲージ抵抗R1,R3に正の抵抗値変化(R+Δ
R)が生じ、ゲージ抵抗R2,R4には負の抵抗値変化
(R−ΔR)が生ずる位置に夫々配置されている。そし
て、ゲージ抵抗R1乃至R4は、シリコンチップ11の
表面に金属の蒸着等により形成された導電パターン14
を介して電気的に接続され、後述するホイートストンブ
リッジが形成されている。尚、これらのゲージ抵抗R1
乃至R4は四個でなく必要に応じ所望の数としてもよい
These gauge resistors R1 to R4 have a high gauge factor, and gauge resistors R1, R3 and gauge resistors R2 and R4 are arranged opposite to each other, and when pressure is applied to the diaphragm portion 11a, a positive force is applied to gauge resistors R1, R3. Change in resistance value (R+Δ
R) occurs, and the gauge resistors R2 and R4 are respectively arranged at positions where a negative resistance value change (R-ΔR) occurs. The gauge resistors R1 to R4 are conductive patterns 14 formed on the surface of the silicon chip 11 by metal vapor deposition or the like.
A Wheatstone bridge, which will be described later, is formed. In addition, these gauge resistance R1
The numbers R4 to R4 may not be four, but may be any desired number as needed.

上記の構成になるシリコンチップ11は、これと同様の
材質即ちシリコンで形成された板体のシリコンキャップ
12と、真空雰囲気下で金と錫の共晶結合等により気密
接合され、両者間に基準圧室13が郭成されている。
The silicon chip 11 having the above structure is hermetically sealed to a silicon cap 12 which is a plate made of the same material, that is, silicon, in a vacuum atmosphere by eutectic bonding of gold and tin, and there is a standard between the two. A pressure chamber 13 is defined.

上記構成になるセンサエレメント10はリードフレーム
21及びリードピン23から成るリードを介して金属製
板体のステム31に支持されている。尚、リードフレー
ム21及びリードピ・ン23は夫々4本づつ存在するが
、リードフレーム21及び・リードピン23を以ってこ
れらを代表して示すこととする。
The sensor element 10 configured as described above is supported by a stem 31 made of a metal plate via leads consisting of a lead frame 21 and lead pins 23. Although there are four lead frames 21 and four lead pins 23, the lead frames 21 and four lead pins 23 are shown as representative examples.

リードフレーム21はコパール等の金属製薄板かあ成り
、その中央部に第1図に示すようにダイヤフラム部11
aの板面に略垂直な方向に屈曲した屈曲部21aが形成
されており、このリードフレーム21が本発明にいう緩
衝部材を構成している。リードフレーム21の各々の一
端はシリコンチップll上の導電パターン14に連続し
て形成された半田付用ランド(図示せず)に半田接合さ
れ、各々の他端はリードピン23に夫々半田接合されて
いる。
The lead frame 21 is made of a thin metal plate such as copal, and a diaphragm portion 11 is provided in the center of the lead frame 21 as shown in FIG.
A bent portion 21a is formed which is bent in a direction substantially perpendicular to the plate surface of a, and this lead frame 21 constitutes a buffer member according to the present invention. One end of each lead frame 21 is soldered to a soldering land (not shown) formed continuously on the conductive pattern 14 on the silicon chip 11, and the other end of each lead frame 21 is soldered to a lead pin 23, respectively. There is.

リードピン23はステム31に穿設された孔を貫通し略
中間部がハーメチックシール34によって気密固定され
ている。従って、センサニレメン)10はリードフレー
ム21及びリードピン23を介してステム31に吊着さ
れた状態となり、センサエレメント10はステム31か
ら離隔した状態で支持されている。また、ダイヤフラム
部11a上に形成されたゲージ抵抗R1乃至R4を含む
ホイートストンブリッジはリードフレーム21及びリー
ドピン23を介して外部回路に接続される。即ち、上記
ホイートストンブリッジに対してリードピン23の一本
を介して定電圧が印加されており、他の一本が接地され
、ゲージ抵抗R1乃至R4の抵抗率の変化に応じた電圧
がリードピン23の残余の二本を介して出力されるよう
に構成されている。
The lead pin 23 passes through a hole bored in the stem 31 and is hermetically fixed approximately in the middle by a hermetic seal 34. Therefore, the sensor element 10 is suspended from the stem 31 via the lead frame 21 and the lead pin 23, and the sensor element 10 is supported at a distance from the stem 31. Further, a Wheatstone bridge including gauge resistors R1 to R4 formed on the diaphragm portion 11a is connected to an external circuit via a lead frame 21 and lead pins 23. That is, a constant voltage is applied to the Wheatstone bridge through one of the lead pins 23, the other one is grounded, and a voltage corresponding to the change in resistivity of the gauge resistors R1 to R4 is applied to the lead pin 23. It is configured so that it is output via the remaining two wires.

第3図は上記圧力センサの電気回路図を示し、上述のゲ
ージ抵抗R1乃至R4で構成されるホイートストンブリ
ッジに抵抗R5乃至R8及びオペアンプOP1及びOF
2から成る差動増幅回路が接続され、定電圧電源VCC
に接続されている。
FIG. 3 shows an electrical circuit diagram of the pressure sensor, in which a Wheatstone bridge composed of the gauge resistors R1 to R4, resistors R5 to R8 and operational amplifiers OP1 and OF
A differential amplifier circuit consisting of 2 is connected to the constant voltage power supply VCC.
It is connected to the.

これにより上記ホイートストンブリッジの出力が増幅さ
れて出力v0となる。尚、上記電気回路を構成するオペ
アンプOP1乃至OP3を含む回路素子は厚膜抵抗基板
(図示せず)に実装され、第1図に記載の圧力センサと
共にプリント配線基板(図示せず)に配設されてセンサ
ユニットが構成される。そして、このセンサユニットが
例えば内燃機関の吸気管圧力測定用に供される。
As a result, the output of the Wheatstone bridge is amplified and becomes the output v0. Note that the circuit elements including operational amplifiers OP1 to OP3 constituting the above electric circuit are mounted on a thick film resistor board (not shown), and are arranged on a printed wiring board (not shown) together with the pressure sensor shown in FIG. The sensor unit is then configured. This sensor unit is used, for example, to measure intake pipe pressure of an internal combustion engine.

第1図に示すようにステム31の周囲とカップ状の金属
製ケース32のフランジ部とが抵抗溶接等によって気密
接合されてハウジング30が形成され、このハウジング
30内に流体圧力室33が郭成される。そして、ステム
31の略中央部に形成された圧力ボート31aが図示し
ない被測定流体源に連通接続され、流体圧力室33内に
被測定流体圧力が導入されるように構成されている。而
して、シリコンチップ11のダイヤフラム部118の一
方の面、即ち表面は流体圧力室33内の被測定流体圧力
の受圧面となり、他方の面、即ち裏面は基準圧室25内
の基準圧力の受圧面となる。
As shown in FIG. 1, the periphery of the stem 31 and the flange portion of a cup-shaped metal case 32 are hermetically joined together by resistance welding or the like to form a housing 30, and a fluid pressure chamber 33 is defined within this housing 30. be done. A pressure boat 31 a formed approximately at the center of the stem 31 is connected to a source of fluid to be measured (not shown), and is configured to introduce fluid pressure to be measured into the fluid pressure chamber 33 . One surface, that is, the front surface of the diaphragm portion 118 of the silicon chip 11 serves as a pressure receiving surface for the fluid pressure to be measured in the fluid pressure chamber 33, and the other surface, that is, the back surface receives the reference pressure in the reference pressure chamber 25. Becomes a pressure receiving surface.

上記圧力センサの作動を説明すると、圧力ボート31a
は被測定流体源、例えば内燃機関の吸気管に接続され、
被測定流体圧力たる吸気管圧力即ち吸気負圧がシリコン
チップ11のダイヤフラム部11aに伝達される。ダイ
ヤフラム部11aの表面に吸気負圧が伝達されると、ダ
イヤフラム部11a上のゲージ抵抗R1乃至R4に基準
圧室13内の圧力との圧力差に応じた応力が生ずる。
To explain the operation of the pressure sensor, the pressure boat 31a
is connected to the source of the fluid to be measured, for example the intake pipe of an internal combustion engine,
Intake pipe pressure, ie, intake negative pressure, which is the fluid pressure to be measured, is transmitted to the diaphragm portion 11a of the silicon chip 11. When the intake negative pressure is transmitted to the surface of the diaphragm portion 11a, stress corresponding to the pressure difference with the pressure in the reference pressure chamber 13 is generated in the gauge resistances R1 to R4 on the diaphragm portion 11a.

本実施例では基準圧室13内を真空としているので吸気
管圧力の絶対値に対応した応力となる。この応力に従っ
てゲージ抵抗R1乃至R4の抵抗率がピエゾ抵抗効果に
より変化し、第3図に示した電気回路にて出力v0が得
られる。
In this embodiment, since the inside of the reference pressure chamber 13 is set to a vacuum, the stress corresponds to the absolute value of the intake pipe pressure. According to this stress, the resistivities of the gauge resistors R1 to R4 change due to the piezoresistance effect, and an output v0 is obtained in the electric circuit shown in FIG.

上記圧力センサの雰囲気温度が変化し、例えばステム3
1とセンサエレメント10との間で熱膨張に差が生じた
場合には、リードフレーム21の屈曲部21aの変位に
よって吸収されセンサエレメント10に熱応力が加わる
ことはない、即ち、仮令センサエレメント10とステム
31との間で線膨張係数が異なっていても、従来装置の
ように両者間に生ずる熱応力によってセンサエレメント
10の出力に誤差が生ずるといったおそれはなく、安定
した被測定流体圧力特性を確保することができる。
If the ambient temperature of the pressure sensor changes, for example, the stem 3
1 and the sensor element 10, it is absorbed by the displacement of the bent portion 21a of the lead frame 21, and no thermal stress is applied to the sensor element 10. Even if the coefficient of linear expansion differs between the stem 31 and the stem 31, there is no risk of an error in the output of the sensor element 10 due to thermal stress generated between the two, unlike in conventional devices, and stable fluid pressure characteristics can be maintained. can be secured.

第4図及び第5図は本発明の圧力センサの他の実施例を
示すもので、第1図及び第2図に示した実施例に比し、
リードフレーム22及びリードピン2・4が異なり、そ
の余の構成は同じである0本実施例はリードピン24の
先端に支持具24aを例えば半田接合により固着し、こ
の支持具24aによりリードフレーム22の一端をダイ
ヤフラム部11aの板面に平行に摺動自在に支持したも
ので、リードフレーム22が本考案にいう第1のリード
を構成し、リードピン24が第2のリードを構成してい
る。即ち、第4図及び第5図に明らかなように四本のリ
ードピン24の各々に設けられた支持部材24aにダイ
ヤフラム部11aの板面に平行なスリットが形成されて
おり、このスリットに夫々リードフレーム22の一端が
嵌合されている。而して、センサエレメント10とステ
ム31との間の熱膨張の差は支持部材24aに対するリ
ードフレーム22の摺動作用によって吸収することがで
き、雰囲気温度が変化しても出力誤差が生ずることはな
い。
FIGS. 4 and 5 show other embodiments of the pressure sensor of the present invention, and compared to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2,
The lead frame 22 and lead pins 2 and 4 are different, but the rest of the structure is the same. In this embodiment, a support 24a is fixed to the tip of the lead pin 24, for example, by soldering, and this support 24a secures one end of the lead frame 22. is slidably supported parallel to the plate surface of the diaphragm portion 11a, the lead frame 22 constitutes the first lead as referred to in the present invention, and the lead pin 24 constitutes the second lead. That is, as is clear from FIGS. 4 and 5, a slit parallel to the plate surface of the diaphragm portion 11a is formed in the support member 24a provided for each of the four lead pins 24, and each lead is inserted into this slit. One end of the frame 22 is fitted. Therefore, the difference in thermal expansion between the sensor element 10 and the stem 31 can be absorbed by the sliding action of the lead frame 22 against the support member 24a, and no output error will occur even if the ambient temperature changes. do not have.

第6図及び第7図は本発明の圧力センサの更に他の実施
例を示すもので、第4図及び第5図に記載の実施例に比
し異なる点は、リードビン24及びこれに摺動自在に接
続されたリードフレーム22から成るリードはセンサエ
レメント10に対して一方側の一対のみとし、他方側の
一対のリードは板状のリードフレーム25及びリードビ
ン23が半田接合されたものとした点である。このよう
に構成した場合においても、リードフレーム22及びリ
ードビン24間の摺動作用によりセンサエレメント10
とステム31との間の熱膨張の差を吸収することができ
る。
FIGS. 6 and 7 show still another embodiment of the pressure sensor of the present invention, and the difference from the embodiment shown in FIGS. 4 and 5 is that the lead bin 24 and the sliding There is only one pair of leads made up of freely connected lead frames 22 on one side of the sensor element 10, and the pair of leads on the other side are a plate-shaped lead frame 25 and a lead bin 23 that are soldered together. It is. Even in the case of this configuration, the sensor element 10 is
The difference in thermal expansion between the stem 31 and the stem 31 can be absorbed.

ところで、上述の実施例においてはダイヤフラム部11
aが流体圧力室33内に露呈しており、圧力ボート31
aから導入される被測定流体にゲージ抵抗R1乃至R4
が直接接触するため、表面にコーティングを施し、腐食
等から保護することが好ましい、これに対し、ゲージ抵
抗R1乃至R4をシリコンチップ11の裏面、即ち基準
圧室13側の面に形成すればコーティングの必要はない
、しかし、この場合にはリードフレーム21と接続する
ためシリコンチップ11の表面側に至る配線が必要とな
る。尚、リードフレーム21はシリコ゛ンキャップ12
側に設けることとしてもよいが、この場合にも別途配線
が必要となる。
By the way, in the above-mentioned embodiment, the diaphragm part 11
a is exposed in the fluid pressure chamber 33, and the pressure boat 31
Gauge resistances R1 to R4 are applied to the fluid to be measured introduced from a.
Since these are in direct contact with each other, it is preferable to apply a coating to the surface to protect it from corrosion.On the other hand, if the gauge resistors R1 to R4 are formed on the back surface of the silicon chip 11, that is, the surface on the reference pressure chamber 13 side, the coating However, in this case, wiring that reaches the front surface of the silicon chip 11 is required for connection to the lead frame 21. Note that the lead frame 21 has a silicone cap 12.
Although it may be provided on the side, additional wiring is required in this case as well.

そこで、例えば1図及び2図の実施例に対してシリコン
チップ11のダイヤフラム部11aを被測定流体と接触
しないように構成した実施例を第8図に示す0本、実施
例においては、ハウジング36は金属性板体のステム3
7、これに気密接合されたポデー38及びキャップ39
によって構成され、ポデー38とキャップ39との間に
ゴム等の弾性部材で形成された弾性膜40が介装されて
いる。キャップ39には圧力ボート39aが設けられ、
図示しない被測定流体源に連通接続されている。従って
、キャップ39と弾性ll140により流体圧力室33
が郭成され、ステム37、ポデー38及び弾性膜40に
より測定圧力室35が郭成されており、この測定圧力室
35内にセンサエレメント10が収容され窒素等の非腐
食性ガスが封入されている。尚、センサエレメント10
等のその余の構成は第1図及び第2図に記載の実施例と
同様であるので説明は省略する。
Therefore, for example, in contrast to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, an embodiment in which the diaphragm portion 11a of the silicon chip 11 is configured so as not to come into contact with the fluid to be measured is shown in FIG. is a metal plate stem 3
7. Pode 38 and cap 39 hermetically connected to this
An elastic membrane 40 made of an elastic member such as rubber is interposed between the podium 38 and the cap 39. The cap 39 is provided with a pressure boat 39a,
It is communicatively connected to a fluid source to be measured (not shown). Therefore, due to the cap 39 and the elastic 140, the fluid pressure chamber 33
A measuring pressure chamber 35 is defined by a stem 37, a pod 38, and an elastic membrane 40, and a sensor element 10 is housed in this measuring pressure chamber 35, and a non-corrosive gas such as nitrogen is filled in the measuring pressure chamber 35. There is. Furthermore, the sensor element 10
The rest of the structure is the same as that of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, so a description thereof will be omitted.

而して、圧力ボート39aを介してキャップ39内に伝
達された被測定流体の圧力は弾性膜40を介して測定圧
力室35に伝達され、測定圧力室35内の圧力が被測定
流体の圧力と略同−圧力となる。そして、この圧力によ
りセンサエレメント10が前述と同様に作動し圧力値が
検出される。この場合において、センサエレメント10
のダイヤフラム部11aは非腐食性ガス中にあって被測
定流体に接触することはないので、ゲージ抵抗R1乃至
R4の腐食、劣化等のおそれがない。
Thus, the pressure of the fluid to be measured transmitted into the cap 39 via the pressure boat 39a is transmitted to the measurement pressure chamber 35 via the elastic membrane 40, and the pressure in the measurement pressure chamber 35 becomes equal to the pressure of the fluid to be measured. The pressure is approximately the same. This pressure causes the sensor element 10 to operate in the same manner as described above, and the pressure value is detected. In this case, the sensor element 10
Since the diaphragm portion 11a is in a non-corrosive gas and does not come into contact with the fluid to be measured, there is no fear of corrosion or deterioration of the gauge resistors R1 to R4.

尚、第9図に示したようにセンサエレメント15をシリ
コンチップ11と台座16によって構成し両者間に基準
圧室13を郭成し、台座16を接合部材17によりステ
ム37に固着する構成とした場合においても、ハウジン
グ36を第8図と同様に構成すれば、センサエレメント
15が被測定流体に接触することなく圧力測定を行なう
ことができる。而して、シリコンチップ11にコーティ
ング等の処理を施すことなく耐食性のある圧力センサを
構成することができる。
As shown in FIG. 9, the sensor element 15 is composed of a silicon chip 11 and a pedestal 16, a reference pressure chamber 13 is defined between them, and the pedestal 16 is fixed to the stem 37 by a bonding member 17. In this case, if the housing 36 is constructed in the same manner as shown in FIG. 8, pressure measurement can be performed without the sensor element 15 coming into contact with the fluid to be measured. Thus, a pressure sensor having corrosion resistance can be constructed without applying any treatment such as coating to the silicon chip 11.

[発明の効果] 本発明は上述のように構成されているので、以下に記載
する効果を奏する。
[Effects of the Invention] Since the present invention is configured as described above, it produces the effects described below.

即ち、本発明の圧力センサによれば半導体単結晶基板は
M面部材を介してハウジングに吊、看されているので、
ハウジングとの間に生じ得る熱膨張差は緩衝部材によっ
て吸収されダイヤフラム部に熱応力が伝達されることは
なく、従って外部環境の温度変化に影響されることなく
安定した圧力測定を行なうことができる。
That is, according to the pressure sensor of the present invention, since the semiconductor single crystal substrate is suspended and viewed from the housing via the M-plane member,
The difference in thermal expansion that may occur between the housing and the housing is absorbed by the buffer member, and no thermal stress is transmitted to the diaphragm. Therefore, stable pressure measurement can be performed without being affected by temperature changes in the external environment. .

屈曲部を有するリードによって緩衝部材を構成したもの
、あるいは第1のリードと第2のリードを摺動自在に結
合して緩衝部材を構成したものにあっては、ハウジング
との間の熱膨張差は屈曲部あるいは結合部で吸収される
ため、簡単な構成で安定した圧力測定を確保することが
できる。
In the case of a buffer member composed of a lead having a bent part or a buffer member composed of a first lead and a second lead slidably connected, the difference in thermal expansion between the lead and the housing Since the pressure is absorbed at the bend or joint, stable pressure measurement can be ensured with a simple configuration.

また、半導体単結晶基板が中空部を有し該中空部内面を
基準圧の受圧面としたものにあっては、半導体単結晶基
板自体でセンサエレメントを構成し、ユニットとしてリ
ードに固着し吊下することができるので、容易に製造す
ることができる。
In addition, if the semiconductor single crystal substrate has a hollow part and the inner surface of the hollow part is the pressure receiving surface of the reference pressure, the semiconductor single crystal board itself constitutes the sensor element, and is fixed to the lead as a unit and suspended. Therefore, it can be easily manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の圧力センサの一実施例の縦断面図、第
2図は第1図の圧力センサにおけるセンサエレメントの
平面図、第3図は上記実施例の圧力センサの電気回路図
、第4図は本発明の圧力センサの他の実施例の縦断面図
、第5図は第4図の圧力センサにおけるセンサエレメン
トの平面図、第6図は本発明の圧力センサの更に他の実
施例の縦断面図、第7図は第6図の圧力センサにおける
センサエレメントの平面図、第8図は本発明の圧力セン
サの別の実施例を示す縦断面図、第9図は第8図の圧力
センサに対しセンサエレメントを別の構成とした圧力セ
ンサの縦断面図である。 0・・・センサエレメント。 1・・・シリコンチップ(半導体単結晶基板)。 1a・・・ダイヤフラム部。 2・・・シリコンキャップ。 3・・・基準圧室。 1・・・・リードフレーム(リード)。 la・・・屈曲部。 3・・・リードピン(リード)。 0・・・ハウジング、  31・・・ステム。 1a・・・圧力ポート、  32・・・ケース。 3・・・流体圧力室。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of the pressure sensor of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a sensor element in the pressure sensor of FIG. 1, and FIG. 3 is an electric circuit diagram of the pressure sensor of the above embodiment. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of another embodiment of the pressure sensor of the present invention, FIG. 5 is a plan view of a sensor element in the pressure sensor of FIG. 4, and FIG. 6 is a further embodiment of the pressure sensor of the present invention. 7 is a plan view of the sensor element in the pressure sensor of FIG. 6, FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the pressure sensor of the present invention, and FIG. 9 is a plan view of the sensor element in the pressure sensor of FIG. FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of a pressure sensor in which a sensor element has a different configuration compared to the pressure sensor of FIG. 0...Sensor element. 1...Silicon chip (semiconductor single crystal substrate). 1a...Diaphragm part. 2... Silicone cap. 3...Reference pressure chamber. 1...Lead frame (lead). la...bending part. 3...Lead pin (lead). 0...Housing, 31...Stem. 1a...Pressure port, 32...Case. 3...Fluid pressure chamber.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被測定流体源に連通接続したハウジングと、該ハ
ウジング内に収容すると共に、一方の面を基準圧の受圧
面とし他方の面を前記被測定流体源に連通し被測定流体
の圧力の受圧面とし、前記被測定流体の圧力変動に応じ
て変形するダイヤフラム部を形成した半導体単結晶基板
と、該半導体単結晶基板の前記ダイヤフラム部に形成し
た歪ゲージと、該歪ゲージに接続したリードとを備え、
前記ダイヤフラム部に生ずる歪を電気信号に変換して前
記被測定流体の圧力を検出する圧力センサにおいて、少
くとも前記半導体単結晶基板のダイヤフラム部の板面に
平行な方向の変位を吸収する緩衝部材を介して、前記半
導体単結晶基板を前記ハウジングに吊着したことを特徴
とする圧力センサ。
(1) A housing connected in communication with the source of the fluid to be measured, which is housed in the housing, and has one surface as a pressure receiving surface for the reference pressure and the other surface in communication with the source of the fluid to be measured so that the pressure of the fluid to be measured is controlled. A semiconductor single-crystal substrate on which a diaphragm portion is formed as a pressure-receiving surface and deforms in accordance with pressure fluctuations of the fluid to be measured, a strain gauge formed on the diaphragm portion of the semiconductor single-crystal substrate, and a lead connected to the strain gauge. and
In the pressure sensor that detects the pressure of the fluid to be measured by converting strain occurring in the diaphragm portion into an electrical signal, a buffer member absorbs at least displacement of the diaphragm portion of the semiconductor single crystal substrate in a direction parallel to a plate surface. A pressure sensor characterized in that the semiconductor single crystal substrate is suspended to the housing via.
(2)前記リードは、前記半導体単結晶基板のダイヤフ
ラム部の板面に略垂直な方向に屈曲した屈曲部を有し、
前記リードの一端を前記半導体単結晶基板に固着すると
共に他端を前記ハウジングに植設して成り、前記リード
が前記緩衝部材を構成することを特徴とする請求項1記
載の圧力センサ。
(2) the lead has a bent portion bent in a direction substantially perpendicular to the plate surface of the diaphragm portion of the semiconductor single crystal substrate;
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein one end of the lead is fixed to the semiconductor single crystal substrate and the other end is implanted in the housing, and the lead constitutes the buffer member.
(3)前記リードは、前記半導体単結晶基板に固着した
第1のリードと、前記ハウジングに植設した第2のリー
ドを備え、該第2のリードと前記第1のリードとを前記
半導体単結晶基板のダイヤフラム部の板面に平行な方向
に摺動自在に結合して成り、前記リードが前記緩衝部材
を構成することを特徴とする請求項1記載の圧力センサ
(3) The lead includes a first lead fixed to the semiconductor single crystal substrate and a second lead implanted in the housing, and the second lead and the first lead are connected to the semiconductor single crystal substrate. 2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure sensor is slidably coupled in a direction parallel to a plate surface of a diaphragm portion of a crystal substrate, and the lead constitutes the buffer member.
(4)前記半導体単結晶基板が中空部を有し、該中空部
を郭成する一方の板面部が前記ダイヤフラム部を構成し
、前記ダイヤフラム部の外面が前記被測定流体の受圧面
を構成すると共に前記ダイヤフラム部の前記中空部内面
が前記基準圧の受圧面を構成することを特徴とする請求
項2又は3記載の圧力センサ。
(4) The semiconductor single crystal substrate has a hollow portion, one plate surface portion defining the hollow portion constitutes the diaphragm portion, and an outer surface of the diaphragm portion constitutes a pressure receiving surface for the fluid to be measured. 4. The pressure sensor according to claim 2, wherein the inner surface of the hollow portion of the diaphragm portion constitutes a pressure receiving surface for the reference pressure.
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