JPH11230844A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】腐食性媒体の圧力検出や腐食性の雰囲気でも使
用可能な半導体圧力センサを提供する。 【解決手段】ヘッダ４は金属パイプ２とリード３とをガ
ラス封止して形成される。センサチップ７はガラス台座
５を介してヘッダ４に接合され、ボンディングワイヤ６
を介してリード３に電気的に接続される。金属キャン８
はヘッダ４に冠着されており、金属キャン８の天井面に
はパイプ９が設けられている。ここで、ヘッダ４と金属
キャン８とで囲まれる空間にはフッ素オイル１１が充填
されており、パイプ９の圧力導入孔９ａはシリコンゲル
１２で封止されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体圧力センサ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の半導体圧力センサとしては図３
に示す構造を有するものがあった。この半導体圧力セン
サ１は、圧力導入孔２ａを有する金属パイプ２と複数の
リード３とがガラス封止（ハーメチックシール）された
ヘッダ４と、ガラス台座５を介して金属パイプ２の端部
にＳｎ系半田又はＡｕＳｎ系半田で半田接合され、金や
アルミニウムからなるボンディングワイヤ６を介してリ
ード３に電気的に接続された半導体センサチップたるセ
ンサチップ７と、ヘッダ４に抵抗溶接などで気密に固着
された金属キャン８と、金属キャン８の天井面に設けら
れた凹所８ａにろう付けされた圧力導入孔９ａを有する
パイプ９とから構成される。

【０００３】センサチップ７は、半導体基板をエッチン
グして凹所７ａを設けることにより形成された受圧ダイ
アフラム７ｂにゲージ抵抗を形成しており、受圧ダイア
フラム７ｂの上面にはシリコンゲル１０が塗布され、ゲ
ージ抵抗を保護している。ここで、受圧ダイアフラムｂ
の凹所７ａには、ガラス台座５の貫通孔５ａと金属パイ
プ２の圧力導入孔２ａとを介して圧力が導入される。一
方、金属キャン８内部の空間には金属キャン８の凹所８
ａに穿設された孔８ｂとパイプ９の圧力導入孔９ａとを
介して圧力が導かれており、センサチップ７は、受圧ダ
イアフラム７ｂの両面にそれぞれ印加された圧力の差圧
を検出している。なお、半導体圧力センサ１が、金属パ
イプ２の圧力導入孔２ａから導入された圧力を検出する
ゲージ圧タイプの場合は、金属キャン８の凹所８ａにパ
イプ９が設けられておらず、金属キャン８内の空間は大
気に開放されている（特開平２−１９６９３８号公報参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の半導体圧力
センサ１では、センサチップ７の上面しかシリコンゲル
１０によって保護されていないので、パイプ９の圧力導
入孔９ａから金属キャン８の内部にガソリンや軽油など
の腐食性媒体を導き、その腐食性媒体の圧力を測定する
場合、又は、腐食性の雰囲気で使用される場合、金属キ
ャン８内の構成部材、特にセンサチップ７やボンディン
グワイヤ６が腐食するという問題がある。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもの
であり、その目的とするところは、腐食性媒体の圧力を
検出したり、腐食性の雰囲気で使用することのできる半
導体圧力センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、半導体基板を加工して形成さ
れた受圧ダイアフラムに受圧ダイアフラムの歪を検出す
る検出素子が形成された半導体センサチップと、半導体
センサチップを収納する器体とを備え、前記器体は、第
１の圧力導入孔を有する金属パイプが設けられ、金属パ
イプの端部に半導体センサチップが固定されたヘッダ
と、ヘッダに冠着されるキャンとからなり、キャンの表
面に凹所を設け、この凹所に第２の圧力導入孔を有する
パイプを設けて、受圧ダイアフラムの一面に第１の圧力
導入孔を介して圧力が導かれるとともに、受圧ダイアフ
ラムの他面に第２の圧力導入孔を介して圧力が導かれる
半導体圧力センサにおいて、キャンとヘッダとで囲まれ
る空間にフッ素オイルを充填するとともに、第２の圧力
導入孔をゲル状物質で封止しており、第２の圧力導入孔
の圧力をゲル状物質とフッ素オイルとを介して半導体セ
ンサチップに伝達しているので、腐食性媒体の圧力を測
定する場合や、腐食性の雰囲気で使用する場合でも、キ
ャン内部の半導体圧力センサの構成部材が腐食性媒体に
接触したり、腐食性の雰囲気に晒されることはなく、半
導体圧力センサの構成部材が腐食するのを防止できる。
しかも、第２の圧力導入孔をゲル状物質で封止している
ので、フッ素オイルが第２の圧力導入孔から漏れ出すの
を防止でき、そのうえフッ素オイルとゲル状物質とでキ
ャン内部の半導体圧力センサの構成部材を二重に保護す
ることができ、半導体圧力センサの構成部材が腐食する
のを確実に防止できる。

【０００７】請求項２の発明では、半導体基板を加工し
て形成された受圧ダイアフラムに受圧ダイアフラムの歪
を検出する検出素子が形成された半導体センサチップ
と、半導体センサチップを収納する器体とを備え、前記
器体は、第１の圧力導入孔を有する金属パイプが設けら
れ、金属パイプの端部に半導体センサチップが固定され
たヘッダと、ヘッダに冠着されるキャンとからなり、キ
ャンの表面に孔を有する凹所を設け、受圧ダイアフラム
の一面に第１の圧力導入孔を介して圧力が導かれると半
導体圧力センサにおいて、キャンとヘッダとで囲まれる
空間にフッ素オイルを充填するとともに、前記凹所をゲ
ル状物質で封止しており、ゲル状物質とフッ素オイルと
を介して大気圧を半導体センサチップに伝達しているの
で、請求項１の発明と同様、腐食性の雰囲気で使用する
場合でも、キャン内部の半導体圧力センサの構成部材が
腐食性の雰囲気に晒されることはなく、半導体圧力セン
サの構成部材が腐食するのを防止できる。しかも、キャ
ンの凹所をゲル状物質で封止しているので、フッ素オイ
ルがキャンから漏れ出すのを防止でき、そのうえフッ素
オイルとゲル状物質とでキャン内部の半導体圧力センサ
の構成部材を二重に保護することができ、半導体圧力セ
ンサの構成部材が腐食するのを確実に防止できる。

【０００８】請求項３の発明では、請求項１又は２の発
明において、第１の圧力導入孔にフッ素オイルを充填す
るとともに、第１の圧力導入孔をゲル状物質で封止して
おり、第１の圧力導入孔の圧力をゲル状物質とフッ素オ
イルとを介して半導体センサチップに伝達しているの
で、腐食性媒体の圧力を測定する場合や、腐食性の雰囲
気で使用する場合でも、半導体センサチップなどの構成
部材が腐食性媒体に直接接触したり、腐食性の雰囲気に
晒されることはなく、半導体センサチップなどの構成部
材が腐食するのを防止できる。しかも、第１の圧力導入
孔をゲル状物質で封止しているので、フッ素オイルが第
１の圧力導入孔から漏れ出すのを防止でき、そのうえフ
ッ素オイルとゲル状物質とで半導体センサチップなどの
構成部材を二重に保護することができ、半導体センサチ
ップなどの構成部材が腐食するのを確実に防止できる。

【０００９】請求項４の発明では、請求項１乃至３の発
明において、ゲル状物質が、シリコンゲル及びフッ素ゲ
ルの２層のゲル状物質、シリコンゲル、フロロシリコン
ゲル、フッ素ゲルのいずれかであるので、フッ素オイル
を確実に封止することができ、しかも腐食性媒体や腐食
性の雰囲気から半導体圧力センサの構成部材を保護する
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。 （実施形態１）本実施形態の半導体圧力センサの断面図
を図１に示す。尚、半導体圧力センサ１の基本的な構成
は上述した半導体圧力センサ１と同様であるので、同一
の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略す
る。

【００１１】この半導体圧力センサ１は、第１の圧力導
入孔たる圧力導入孔２ａを有する金属パイプ２と複数の
リード３とがガラス封止（ハーメチックシール）された
ヘッダ４と、ガラス台座５を介して金属パイプ２の端部
にＳｎ系半田又はＡｕＳｎ系半田で半田接合され、金又
はアルミニウムからなるボンディングワイヤ６を介して
リード３に電気的に接続された半導体センサチップたる
センサチップ７と、ヘッダ４に抵抗溶接などで気密に固
着された金属キャン８と、金属キャン８の天井面に設け
られた凹所８ａにろう付けされた第２の圧力導入孔たる
圧力導入孔９ａを有するパイプ９とを備え、ヘッダ４及
び金属キャン８から器体が構成されている。尚、パイプ
９は金属キャン８と一体に形成しても良い。また、セン
サチップ７はガラス台座５を介して金属パイプ２の端部
に半田接合されているが、接着や低融点ガラス接合など
でガラス台座５を介して金属パイプ２の端部に接合して
も良い。

【００１２】センサチップ７は、半導体基板をエッチン
グして凹所７ａを設けることにより形成された受圧ダイ
アフラム７ｂ上に、受圧ダイアフラム７ｂの歪を検出す
るゲージ抵抗などの検出素子を形成している。受圧ダイ
アフラム７ｂの凹所７ａはガラス台座５の貫通孔５ａを
介して金属パイプ２の圧力導入孔２ａに連通しており、
金属パイプ２の圧力導入孔２ａとガラス台座５の貫通孔
５ａとを介して受圧ダイアフラム７ｂの一面に圧力が導
かれる。一方、ヘッダ４と金属キャン８とで囲まれる空
間にはフッ素オイル１１が充填され、パイプ９の圧力導
入孔９ａはゲル状物質たるシリコンゲル１２で封止され
ているので、圧力導入孔９ａの圧力はシリコンゲル１２
及びフッ素オイル１１を介してセンサチップ７の受圧ダ
イアフラム７ｂの他面に伝達される。而して、受圧ダイ
アフラムの両面にそれぞれ導かれた圧力の差によって受
圧ダイアフラム７ｂに歪が発生し、センサチップ７は受
圧ダイアフラム７ｂの歪を電気信号に変換し、ボンディ
ングワイヤ６及びリード３を介して外部回路に出力す
る。尚、フッ素オイル１１及びシリコンゲル１２は、セ
ンサチップ７の感圧特性に影響を与えることはない。

【００１３】このように、ヘッダ４と金属キャン８とで
囲まれる空間にはフッ素オイル１１が充填されており、
センサチップ７やボンディングワイヤ６などの半導体圧
力センサ１の構成部材がフッ素オイル１１によって覆わ
れているので、ガソリンや軽油などの腐食性媒体の圧力
を検出する場合や、腐食性の雰囲気で使用する場合で
も、センサチップ７やボンディングワイヤ６などの構成
部材が腐食性媒体に直接接触したり、腐食性の雰囲気に
晒されることがなく、センサチップ７やボンディングワ
イヤ６などの構成部材の腐食を防止でき、半導体圧力セ
ンサ１の信頼性が向上する。また、パイプ９の圧力導入
孔９ａはシリコンゲル１２で封止されているので、フッ
素オイル１１が外部に漏れ出すことはなく、そのうえシ
リコンゲル１２とフッ素オイル１１とでセンサチップ７
やボンディングワイヤ６などの構成部材を二重に保護す
ることができ、センサチップ７やボンディングワイヤ６
などの構成部材が腐食するのを確実に防止できる。

【００１４】ところで、本実施形態では、ヘッダ４と金
属キャン８とで囲まれる空間内にフッ素オイル１１を充
填し、金属キャン８に設けられたパイプ９の圧力導入孔
９ａをシリコンゲル１２で封止しているが、センサチッ
プ７の凹所７ａと連通するガラス台座５の貫通孔５ａ及
び金属パイプ２の圧力導入孔２ａにフッ素オイル１１を
充填し、金属パイプ２の圧力導入孔２ａをシリコンゲル
１２で封止しても良く、金属パイプ２の圧力導入孔２ａ
に導入された圧力はシリコンゲル１２及びフッ素オイル
１１を介して受圧ダイアフラム７ｂの凹所７ａ（下面
側）に伝達される。このように、金属パイプ２の圧力導
入孔２ａやガラス台座５の貫通孔５ａにフッ素オイル１
１を充填することにより、センサチップ７がフッ素オイ
ル１１に覆われているので、ガソリンや軽油などの腐食
性媒体の圧力を検出する場合や、腐食性の雰囲気で使用
する場合でも、センサチップ７などの構成部材が腐食性
媒体に接触したり、腐食性の雰囲気に晒されることがな
く、センサチップ７などの構成部材の腐食を防止でき
る。また、金属パイプ２の圧力導入孔２ａはシリコンゲ
ル１２で封止されているので、フッ素オイル１１が漏れ
出すことはなく、そのうえシリコンゲル１２とフッ素オ
イル１１とでセンサチップ７を二重に保護しているの
で、センサチップ７などの構成部材の腐食を確実に防止
できる。

【００１５】なお、本実施形態では、ゲル状物質として
シリコンゲル１２を用いているが、ゲル状物質をシリコ
ンゲル１２に限定する趣旨のものではなく、シリコンゲ
ル１２以外のフロロシリコンゲル、フッ素ゲル、シリコ
ンゲル及びフッ素ゲルからなる２層のゲル状物質を用い
ても良い。 （実施形態２）本実施形態の半導体圧力センサ１の要部
断面図を図２に示す。尚、基本的な構成は実施形態１の
半導体圧力センサ１と同様であるので、同一の構成要素
には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００１６】この半導体圧力センサ１では、金属キャン
８の天井面に金属キャン８の外部と連通する孔８ｂが穿
設された凹所８ａが設けられており、ヘッダ４と金属キ
ャン８とで囲まれる空間にフッ素オイル１１が充填さ
れ、凹所８ａがシリコンゲル１２によって封止されてい
る。而して、受圧ダイアフラム７ｂの一面（凹所７ａ）
には金属パイプ２の圧力導入孔２ａとガラス台座５の貫
通孔５ａとを介して圧力が導かれ、受圧ダイアフラム７
ｂの他面にはシリコンゲル１２及びフッ素オイル１１を
介して大気圧が導かれており、センサチップ７は金属パ
イプ２の圧力導入孔２ａに導入された圧力（ゲージ圧
力）を測定する。

【００１７】ここで、金属キャン８とヘッダ４とで囲ま
れる空間にはフッ素オイル１１が充填されており、セン
サチップ７がフッ素オイル１１に覆われているので、ガ
ソリンや軽油などの腐食性媒体の圧力を検出する場合
や、腐食性の雰囲気で使用する場合でも、センサチップ
７やボンディングワイヤ６などの構成部材が腐食性媒体
に直接接触したり、腐食性媒体に晒されることはなく、
センサチップ７やボンディングワイヤ６などの構成部材
の腐食を防止できる。また、金属キャン８の凹所８ａ
は、シリコンゲル１２で封止されているので、金属キャ
ン８内に充填されたフッ素オイル１１が外部に漏れ出る
のを防止でき、しかもシリコンゲル１２とフッ素オイル
１１とでセンサチップ７やボンディングワイヤ６などの
構成部材を二重に保護することができ、センサチップ７
やボンディングワイヤ６などの構成部材の腐食を確実に
防止できる。

【００１８】なお、本実施形態では、ゲル状物質として
シリコンゲル１２を用いているが、ゲル状物質をシリコ
ンゲル１２に限定する趣旨のものではなく、シリコンゲ
ル１２以外のフロロシリコンゲル、フッ素ゲル、シリコ
ンゲル及びフッ素ゲルからなる２層のゲル状物質を用い
ても良い。また、実施形態１と同様に、センサチップ７
の凹所７ａと連通するガラス台座５の貫通孔５ａ及び金
属パイプ２の圧力導入孔２ａにフッ素オイル１１を充填
し、金属パイプ２の圧力導入孔２ａをシリコンゲル１２
で封止しても良く、センサチップ７をフッ素オイル１１
で覆うことにより、腐食性媒体の圧力を測定する場合
や、腐食性の雰囲気で使用される場合でも、センサチッ
プ７などの構成部品が腐食性媒体に接触したり、腐食性
の雰囲気に晒されることはなく、センサチップ７などの
構成部品が腐食されるのを防止できる。しかも、金属パ
イプ２の圧力導入孔２ａはシリコンゲル１２で封止され
ているので、フッ素オイル１１が漏れ出すことはなく、
そのうえシリコンゲル１２とフッ素オイル１１とでセン
サチップ７を二重に保護しているので、センサチップ７
などの構成部材の腐食を確実に防止できる。

【００１９】

【発明の効果】上述のように、請求項１の発明は、半導
体基板を加工して形成された受圧ダイアフラムに受圧ダ
イアフラムの歪を検出する検出素子が形成された半導体
センサチップと、半導体センサチップを収納する器体と
を備え、前記器体は、第１の圧力導入孔を有する金属パ
イプが設けられ、金属パイプの端部に半導体センサチッ
プが固定されたヘッダと、ヘッダに冠着されるキャンと
からなり、キャンの表面に凹所を設け、この凹所に第２
の圧力導入孔を有するパイプを設けて、受圧ダイアフラ
ムの一面に第１の圧力導入孔を介して圧力が導かれると
ともに、受圧ダイアフラムの他面に第２の圧力導入孔を
介して圧力が導かれる半導体圧力センサにおいて、キャ
ンとヘッダとで囲まれる空間にフッ素オイルを充填する
とともに、第２の圧力導入孔をゲル状物質で封止してお
り、第２の圧力導入孔の圧力をゲル状物質とフッ素オイ
ルとを介して半導体センサチップに伝達しているので、
腐食性媒体の圧力を測定する場合や、腐食性の雰囲気で
使用する場合でも、キャン内部の半導体圧力センサの構
成部材が腐食性媒体に接触したり、腐食性の雰囲気に晒
されることはなく、半導体圧力センサの構成部材が腐食
するのを防止でき、腐食性媒体の圧力測定や腐食性の雰
囲気でも使用可能な半導体圧力センサを提供できるとい
う効果がある。しかも、第２の圧力導入孔をゲル状物質
で封止しているので、フッ素オイルが第２の圧力導入孔
から漏れ出すのを防止でき、そのうえフッ素オイルとゲ
ル状物質とでキャン内部の半導体圧力センサの構成部材
を二重に保護することができ、半導体圧力センサの構成
部材が腐食するのを確実に防止できるという効果があ
る。

【００２０】請求項２の発明は、半導体基板を加工して
形成された受圧ダイアフラムに受圧ダイアフラムの歪を
検出する検出素子が形成された半導体センサチップと、
半導体センサチップを収納する器体とを備え、前記器体
は、第１の圧力導入孔を有する金属パイプが設けられ、
金属パイプの端部に半導体センサチップが固定されたヘ
ッダと、ヘッダに冠着されるキャンとからなり、キャン
の表面に孔を有する凹所を設け、受圧ダイアフラムの一
面に第１の圧力導入孔を介して圧力が導かれる半導体圧
力センサにおいて、キャンとヘッダとで囲まれる空間に
フッ素オイルを充填するとともに、前記凹所をゲル状物
質で封止しており、ゲル状物質とフッ素オイルとを介し
て大気圧を半導体センサチップに伝達しているので、請
求項１の発明と同様、腐食性の雰囲気で使用する場合で
も、キャン内部の半導体圧力センサの構成部材が腐食性
の雰囲気に晒されることはなく、半導体圧力センサの構
成部材が腐食するのを防止でき、腐食性の雰囲気でも使
用可能な半導体圧力センサを提供できるという効果があ
る。しかも、キャンの凹所をゲル状物質で封止している
ので、フッ素オイルがキャンから漏れ出すのを防止で
き、そのうえフッ素オイルとゲル状物質とでキャン内部
の半導体圧力センサの構成部材を二重に保護することが
でき、半導体圧力センサの構成部材が腐食するのを確実
に防止できるという効果がある。

【００２１】請求項３の発明は、第１の圧力導入孔にフ
ッ素オイルを充填するとともに、第１の圧力導入孔をゲ
ル状物質で封止しており、第１の圧力導入孔の圧力をゲ
ル状物質とフッ素オイルとを介して半導体センサチップ
に伝達しているので、腐食性媒体の圧力を測定する場合
や、腐食性の雰囲気で使用する場合でも、半導体センサ
チップなどの構成部材が腐食性媒体に直接接触したり、
腐食性の雰囲気に晒されることはなく、半導体センサチ
ップなどの構成部材が腐食するのを防止でき、腐食性媒
体の圧力測定や腐食性の雰囲気でも使用可能な半導体圧
力センサを提供できるという効果がある。しかも、第１
の圧力導入孔をゲル状物質で封止しているので、フッ素
オイルが第１の圧力導入孔から漏れ出すのを防止でき、
そのうえフッ素オイルとゲル状物質とで半導体センサチ
ップなどの構成部材を二重に保護することができ、半導
体センサチップなどの構成部材が腐食するのを確実に防
止できるという効果がある。

【００２２】請求項４の発明は、ゲル状物質が、シリコ
ンゲル、フロロシリコンゲル、フッ素ゲル、シリコンゲ
ル及びフッ素ゲルの２層のゲル状物質のいずれかである
ので、フッ素オイルを確実に封止することができ、しか
も腐食性媒体や腐食性の雰囲気から半導体センサチップ
の構成部材を保護できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の半導体圧力センサを示す断面図で
ある。

【図２】実施形態２の半導体圧力センサを示す要部断面
図である。

【図３】従来の半導体圧力センサを示す断面図である。

【符号の説明】

２ 金属パイプ ３ リード ４ ヘッダ ５ ガラス台座 ６ ボンディングワイヤ ７ センサチップ ８ 金属キャン ９ パイプ ９ａ 圧力導入孔 １１ フッ素オイル １２ シリコンゲル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板を加工して形成された受圧ダイ
   アフラムに受圧ダイアフラムの歪を検出する検出素子が
   形成された半導体センサチップと、半導体センサチップ
   を収納する器体とを備え、前記器体は、第１の圧力導入
   孔を有する金属パイプが設けられ、金属パイプの端部に
   半導体センサチップが固定されたヘッダと、ヘッダに冠
   着されるキャンとからなり、キャンの表面に凹所を設
   け、この凹所に第２の圧力導入孔を有するパイプを設け
   て、受圧ダイアフラムの一面に第１の圧力導入孔を介し
   て圧力が導かれるとともに、受圧ダイアフラムの他面に
   第２の圧力導入孔を介して圧力が導かれる半導体圧力セ
   ンサにおいて、キャンとヘッダとで囲まれる空間にフッ
   素オイルを充填するとともに、第２の圧力導入孔をゲル
   状物質で封止して成ることを特徴とする半導体圧力セン
   サ。
2. 【請求項２】半導体基板を加工して形成された受圧ダイ
   アフラムに受圧ダイアフラムの歪を検出する検出素子が
   形成された半導体センサチップと、半導体センサチップ
   を収納する器体とを備え、前記器体は、第１の圧力導入
   孔を有する金属パイプが設けられ、金属パイプの端部に
   半導体センサチップが固定されたヘッダと、ヘッダに冠
   着されるキャンとからなり、キャンの表面に孔を有する
   凹所を設け、受圧ダイアフラムの一面に第１の圧力導入
   孔を介して圧力が導かれる半導体圧力センサにおいて、
   キャンとヘッダとで囲まれる空間にフッ素オイルを充填
   するとともに、前記凹所をゲル状物質で封止して成るこ
   とを特徴とする半導体圧力センサ。
3. 【請求項３】第１の圧力導入孔にフッ素オイルを充填す
   るとともに、第１の圧力導入孔をゲル状物質で封止して
   成ることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体圧力
   センサ。
4. 【請求項４】上記ゲル状物質が、シリコンゲル及びフッ
   素ゲルの２層のゲル状物質、シリコンゲル、フロロシリ
   コンゲル、フッ素ゲルのいずれかであることを特徴とす
   る請求項１乃至３記載の半導体圧力センサ。