JPH10213502A - 圧力センサの特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的応力の発生を抑え、高精度の特性測定
のできる圧力センサの特性測定装置を提供する。 【解決手段】 圧力センサ本体１と、圧力センサ本体１
内のダイアフラム１６に圧力を導入する圧力導入管１７
と、ダイアフラム１６のたわみに応じて出力される電気
信号を外部に取り出す外部端子１８とを有してなる圧力
センサの特性測定装置であって、中空部５１と、圧力導
入管１７を差し込む開口部５２を複数有する圧力印加治
具５と、外部端子１８と接続し電極を取り出すための電
極ピン４１を備えた配線基板４とを有してなり、圧力印
加治具５の開口部５２に圧力センサの圧力導入管１７を
差し込み、配線基板４の電極ピン４１に圧力センサの外
部端子１８を接触、保持させるようにし、中空部５１か
ら圧力導入管１７を介してダイアフラム１６に圧力を導
入し、導入した圧力により生じたダイアフラム１６のた
わみに応じて発生した電気信号を電極ピン４１及び外部
端子１８を介して取り出すようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサの圧力
特性を測定する特性測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイアフラム構造を有する圧力センサ
は、ピエゾ効果を利用したものであり、図２に示すよう
に、シリコン基板からなる半導体基板１１の表面にはピ
エゾ抵抗１２、フィールド酸化膜１３、窒化シリコン膜
１４及びピエゾ抵抗１２から電極を取り出すための電極
配線１５が形成されており、裏面側は異方性エッチング
技術により半導体基板１１を異方性エッチングし、ダイ
アフラム１６が形成されている。そして、これらをカバ
ーで覆って圧力センサ本体をなす。この圧力センサ本体
と後述の圧力導入管及び電極配線１５に接続された外部
端子とで圧力センサが構成される。

【０００３】この圧力センサの動作原理は、ダイアフラ
ム１６が圧力を受けてたわむと、ピエゾ抵抗１２にはた
わみ量に応じた応力が発生する。この応力に応じてピエ
ゾ抵抗１２の抵抗値が変化し、これを電気信号の変化と
して検知するものである。

【０００４】この圧力センサの特徴としては、シリコン
を用いているので、従来のブルドン管式のものと比較し
て小型で高感度である点や、再現性が良く、信頼性も高
いという点があげられる。

【０００５】このような圧力センサの圧力特性を測定す
るための測定設備は、一般的には、圧力発生器、定電圧
電源または定電流電源、電圧計または電流計、恒温層及
びこれらを自動制御するためのコントローラ等で構成さ
れている。そして、測定すべき圧力センサを、圧力を印
加するための圧力印加治具に組み込み、圧力センサから
圧力特性を示す信号を外部に出力するための出力取出し
部とともに恒温層の中に入れて、所定の温度状態での諸
特性を測定する。

【０００６】ここで、図３に示すように、圧力印加治具
２は、アルミ等の金属製で、内部に中空部２１を有し、
中空部２１とつながり、圧力センサ本体１内のダイアフ
ラム１６に圧力を導入する圧力導入管１７に対応した複
数の圧力導入孔２２を有している。出力取出し部として
は、配線基板３に複数のＩＣソケット３１を装着したも
のを用いる。

【０００７】配線基板３のＩＣソケット３１に、測定す
べき圧力センサの電気信号を外部へ取り出すための外部
端子１８を、圧力導入管１７が配線基板３側と逆方向を
向くようにして差し込み、次に、圧力導入孔２２に圧力
導入管１７が嵌まるようにして圧力印加治具２を装着す
る。この時、配線基板３と圧力印加治具２との間のスペ
ーサとしてのストッパ３２を両者間に介在させる。スト
ッパ３２は予め配線基板３に固定されており、圧力印加
治具２とストッパ３２とはネジ２３により固定する。圧
力印加治具２には、圧力配管２４が設けられており、圧
力配管２４から中空部２１を介して圧力が圧力導入孔２
２に導入され、更には、圧力導入管１７を介して圧力セ
ンサ本体１内のダイアフラム１６に導入されるようにな
っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような圧力センサの圧力特性測定方法にあっては、圧力
センサの圧力導入管１７と圧力印加治具２の圧力導入孔
２２との間に水平方向の位置ずれが発生した場合に、圧
力導入管１７に圧力印加治具２により水平方向を主とし
た応力が加わる。この応力が圧力センサ本体１内のダイ
アフラム１６に加わり、圧力特性が変化してしまう。さ
らに、１つの圧力印加治具２で複数の圧力センサの特性
測定をするように、圧力印加治具２が一体型に形成され
ているので、１つの圧力センサの位置ずれが全体のずれ
となり、他の圧力センサにも応力がかかることになる。

【０００９】また、複数のネジ２３により圧力印加治具
２を固定していた場合に、ネジ２３の締め付けトルクに
ばらつきがあると、圧力印加治具２にわずかな傾きや反
りが生じ、圧力センサの圧力導入管１７に、前記と同様
の応力が加わり、圧力特性の変動が起こるという問題が
あった。

【００１０】本発明は、上記の点に鑑みてなしたもので
あり、その目的とするところは、機械的応力の発生を抑
え、高精度の特性測定のできる圧力センサの特性測定装
置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
圧力センサ本体と、該圧力センサ本体内のダイアフラム
に圧力を導入する圧力導入管と、前記ダイアフラムのた
わみに応じて出力される電気信号を外部に取り出す外部
端子とを有してなる圧力センサの圧力特性を測定するた
めの特性測定装置であって、内部に中空部を有し、該中
空部につながり前記圧力導入管を差し込む開口部を複数
有する圧力印加治具と、前記外部端子と接続し電極を取
り出すための電極ピンを備えた配線基板とを有してな
り、前記圧力印加治具の開口部に圧力センサの圧力導入
管を差し込み、前記配線基板の電極ピンに圧力センサの
外部端子を接触、保持させるようにし、前記圧力印加治
具の中空部から圧力導入管を介して圧力センサ本体に圧
力を導入し、導入した圧力により生じたダイアフラムの
たわみに応じて発生した電気信号を電極ピン及び外部端
子を介して取り出すようにしたことを特徴とするもので
ある。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記配線基板の電極ピンを平板状としたこ
とを特徴とするものである。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の発明において、前記配線基板の圧力センサ本
体側に凸部を設けたことを特徴とするものである。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記圧力センサを圧力印加治具及び配線基
板に装着した状態で、前記凸部の先端面とセンサ本体の
前記凸部の先端面への対向面との間に遊びが形成される
ようにしたことを特徴とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づき説明する。図１は、本発明の実施の形態
の一例に係る圧力センサの特性測定装置の断面を示す模
式図である。本実施形態の圧力センサの特性測定装置
は、圧力センサを固定するとともに外部に電気信号を取
り出すための配線基板４と、圧力センサ本体１内のダイ
アフラム１６に圧力を導入する圧力印加治具５とからな
る。配線基板４には、圧力センサの外部端子１８との電
気的接続を行うための平板状の電極ピン４１が圧力セン
サの外部端子１８の数と同数だけ実装されている。ま
た、対向する電極ピン４１の間には凸部４２が形成され
る。凸部４２は圧力センサ本体１の外形の幅と長さが同
寸法であり、圧力センサ本体１を装着したときに、圧力
センサ本体１の裏面１９と凸部４２の先端面４３とが数
１００μｍの空隙６を有するような大きさの樹脂を接着
することにより形成する。圧力センサの圧力導入管１７
と外部端子１８とは逆方向に形成してある。

【００１６】圧力印加治具５は、中空部５１を有し、例
えばアルミにより作製される。さらに、圧力印加治具５
には、中空部５１とつながっており、圧力センサの圧力
導入管１７を嵌めるための圧力導入孔（開口部）５２が
形成される。図１では圧力導入孔５２は１つしか示され
ていないが、複数の圧力センサの特性測定ができるよう
に、複数の圧力導入孔５２が形成されている。

【００１７】本実施形態の圧力センサの特性測定装置に
より特性測定を行う場合には、圧力印加治具５の圧力導
入孔５２に、圧力センサの圧力導入管１７を差し込み、
次に配線基板４を、圧力センサの外部端子１８が電極ピ
ン４１に接触するようにして固定する。この状態で、圧
力印加治具５の中空部５１を介して圧力を導入すると、
その圧力は圧力センサの圧力導入管１７を介して圧力セ
ンサ本体１内のダイアフラム１６に印加される。ダイア
フラム１６に印加される圧力に応じて外部端子１８から
出力される電気信号を外部端子１８に接続される電極ピ
ン４１から取り出すことにより、圧力特性の測定を行う
ことができるのである。

【００１８】本実施形態によれば、圧力印加治具５の圧
力導入孔５２に対して圧力センサの圧力導入管１７を差
し込むようにしているので、圧力印加治具５から圧力セ
ンサへの応力はかからない。また、外部端子１８と電極
ピン４１は柔軟性を有し、且つ、電極ピン４１は平板状
であるので、機械的応力が圧力センサに加わることはな
く、圧力センサの外部端子１８と電極ピン４１の接続に
際し、位置ずれが生じても、電極ピン４１により吸収さ
れるので、接続ははずれにくい。

【００１９】また、圧力印加治具５の中空部５１を介し
て圧力が印加された際、圧力導入管１７が圧力導入孔５
２にきっちり嵌まった状態から少しずれることが考えら
れるが、凸部４２により、圧力導入管１７がずれるのが
防止される。この時、凸部４２が圧力センサ本体１の裏
面１９側を押さえることになるが、ダイアフラム１６が
実装されているのは圧力センサ内の圧力導入管１７側で
あるので、ダイアフラム１６への影響は最小限に抑える
ことができる。さらに、凸部４２の先端面４３の面積は
圧力センサ本体１の裏面１９と同等であるので、応力の
局所的な集中を避けることができる。また、圧力センサ
本体１の裏面１９と凸部４２の先端面４３との間には空
隙部６による遊びが設けられているので、圧力導入管１
７が圧力導入孔５２にきっちり嵌まった状態において
は、凸部４２から圧力センサ本体１に機械的応力が働く
ことはない。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、圧力センサ本体と、該圧力センサ本体内のダイア
フラムに圧力を導入する圧力導入管と、前記ダイアフラ
ムのたわみに応じて出力される電気信号を外部に取り出
す外部端子とを有してなる圧力センサの圧力特性を測定
するための特性測定装置であって、内部に中空部を有
し、該中空部につながり前記圧力導入管を差し込む開口
部を複数有する圧力印加治具と、前記外部端子と接続し
電極を取り出すための電極ピンを備えた配線基板とを有
してなり、前記圧力印加治具の開口部に圧力センサの圧
力導入管を差し込み、前記配線基板の電極ピンに圧力セ
ンサの外部端子を接触、保持させるようにし、前記圧力
印加治具の中空部から圧力導入管を介して圧力センサ本
体に圧力を導入し、導入した圧力により生じたダイアフ
ラムのたわみに応じて発生した電気信号を電極ピン及び
外部端子を介して取り出すようにしたので、機械的応力
の発生を抑え、高精度の特性測定のできる圧力センサの
特性測定装置が提供できた。

【００２１】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明において、前記配線基板の電極ピンを平板状と
したので、圧力センサの外部端子と配線基板の電極ピン
の接続に際し、位置ずれが生じても、電極ピンにより吸
収され、接続ははずれにくくなる。

【００２２】請求項３記載の発明によれば、請求項１又
は請求項２記載の発明において、前記配線基板の圧力セ
ンサ本体側に凸部を設けたので、圧力が印加された際で
も圧力導入管１７がずれるのが防止される。

【００２３】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の発明において、前記圧力センサを圧力印加治具及び
配線基板に装着した状態で、前記凸部の先端面とセンサ
本体の前記凸部の先端面への対向面との間に遊びが形成
されるようにしたので、圧力導入管が圧力導入孔にきっ
ちり嵌まった状態においては、凸部から圧力センサ本体
に機械的応力が働くことはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る圧力センサの特性測
定装置の概略構成の断面を示す模式図である。

【図２】圧力センサチップの断面を示す模式図である。

【図３】従来の圧力センサの特性測定装置の概略構成を
示す模式図である。

【符号の説明】

１ 圧力センサ本体 ４ 配線基板 ５ 圧力印加治具 ６ 空隙 １６ ダイアフラム １７ 圧力導入管 １８ 外部端子 １９ 圧力センサ本体の裏面 ４１ 電極ピン ４２ 凸部 ４３ 先端面 ５１ 中空部 ５２ 圧力導入孔（開口部）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力センサ本体と、該圧力センサ本体内
   のダイアフラムに圧力を導入する圧力導入管と、前記ダ
   イアフラムのたわみに応じて出力される電気信号を外部
   に取り出す外部端子とを有してなる圧力センサの圧力特
   性を測定するための特性測定装置であって、内部に中空
   部を有し、該中空部につながり前記圧力導入管を差し込
   む開口部を複数有する圧力印加治具と、前記外部端子と
   接続し電極を取り出すための電極ピンを備えた配線基板
   とを有してなり、前記圧力印加治具の開口部に圧力セン
   サの圧力導入管を差し込み、前記配線基板の電極ピンに
   圧力センサの外部端子を接触、保持させるようにし、前
   記圧力印加治具の中空部から圧力導入管を介して圧力セ
   ンサ本体に圧力を導入し、導入した圧力により生じたダ
   イアフラムのたわみに応じて発生した電気信号を電極ピ
   ン及び外部端子を介して取り出すようにしたことを特徴
   とする圧力センサの特性測定装置。
2. 【請求項２】 前記配線基板の電極ピンを平板状とした
   ことを特徴とする請求項１記載の圧力センサの特性測定
   装置。
3. 【請求項３】 前記配線基板の圧力センサ本体側に凸部
   を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
   圧力センサの特性測定装置。
4. 【請求項４】 前記圧力センサを圧力印加治具及び配線
   基板に装着した状態で、前記凸部の先端面とセンサ本体
   の前記凸部の先端面への対向面との間に遊びが形成され
   るようにしたことを特徴とする請求項３記載の圧力セン
   サの特性測定装置。