JPS61176832A - トランスジユーサ・インサート、その製造方法、および機械的変動測定センサ - Google Patents
トランスジユーサ・インサート、その製造方法、および機械的変動測定センサInfo
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- JPS61176832A JPS61176832A JP61013597A JP1359786A JPS61176832A JP S61176832 A JPS61176832 A JP S61176832A JP 61013597 A JP61013597 A JP 61013597A JP 1359786 A JP1359786 A JP 1359786A JP S61176832 A JPS61176832 A JP S61176832A
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
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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、トランスジューサ・インサート、そのトラン
スジューサ・インサートを製造する方法、そのトランス
ジューサ・インサートを用いて機械的変動を測定するセ
ンサに関するものである。
スジューサ・インサートを製造する方法、そのトランス
ジューサ・インサートを用いて機械的変動を測定するセ
ンサに関するものである。
本発明は、一般には、外側から加えられた力の変化を抵
抗またはキャパシタンスの変化に変換し、それに対応す
る電気信号を発生する電気機械式センサに関するもので
ある。
抗またはキャパシタンスの変化に変換し、それに対応す
る電気信号を発生する電気機械式センサに関するもので
ある。
(発明が解決しようとする問題点)
一般的に言えば、この種のセンサを測定点に設置するこ
とができる空間は狭<、シたがって、最近では、小型お
よび高感度が特徴の半導体センサの使用が好まれている
。この種のセンサは、使用場所における困難な環境条件
、たとえば非常な高温や低温、必然的に生じる温度変動
、高湿度、侵食性媒体、一様な高い放射能をもった放射
線、電場、磁場にさらされる可能性がある。また、振動
や衝撃による特有の問題も起る。半導体技術で一般的に
使われているように、細い金線を使用するボール・ボン
ド法やエツジ・ボンド法は、振動や衝撃を受けると、そ
れらの接続部が疲労による割れや破壊を起すことがあっ
て、故障し易い。第1図〜第3図は、そのような従来の
ポンディング技術の例であり、これについて後で説明す
る。
とができる空間は狭<、シたがって、最近では、小型お
よび高感度が特徴の半導体センサの使用が好まれている
。この種のセンサは、使用場所における困難な環境条件
、たとえば非常な高温や低温、必然的に生じる温度変動
、高湿度、侵食性媒体、一様な高い放射能をもった放射
線、電場、磁場にさらされる可能性がある。また、振動
や衝撃による特有の問題も起る。半導体技術で一般的に
使われているように、細い金線を使用するボール・ボン
ド法やエツジ・ボンド法は、振動や衝撃を受けると、そ
れらの接続部が疲労による割れや破壊を起すことがあっ
て、故障し易い。第1図〜第3図は、そのような従来の
ポンディング技術の例であり、これについて後で説明す
る。
また、米国特許第3.838.379号、同第3.65
4.579号、同第4.412.203号、同第4.4
54.771号には、半導体素子と測定信号を取り出す
ワイヤまたはロッド状導体要素とを用いた型式のトラン
スジューサ・インサートが開示されている。
4.579号、同第4.412.203号、同第4.4
54.771号には、半導体素子と測定信号を取り出す
ワイヤまたはロッド状導体要素とを用いた型式のトラン
スジューサ・インサートが開示されている。
欧州特許出願第0024946号には、キャパシタンス
・トランスジユーサとバッチ処理技術を使用するその製
造方法が記載されている。トランスジユーサは、キャパ
シタンスを形成する導電性電極面を有するガラス部と半
導体部とで構成されている。
・トランスジユーサとバッチ処理技術を使用するその製
造方法が記載されている。トランスジユーサは、キャパ
シタンスを形成する導電性電極面を有するガラス部と半
導体部とで構成されている。
ガラス部には、複数の穴が貫通しており、穴は、導電性
物質の膜で被覆されており、半導体部とガラス部の導電
性電極面との単なる接触により両者の間の電気的接続が
なされている。このような接続は、強度的に劣っており
、衝撃や振動応力にさらされると、早期に疲労し易い。
物質の膜で被覆されており、半導体部とガラス部の導電
性電極面との単なる接触により両者の間の電気的接続が
なされている。このような接続は、強度的に劣っており
、衝撃や振動応力にさらされると、早期に疲労し易い。
もう1つの欠点は、完成した製品で接合部の質を簡単に
検査できないことである。
検査できないことである。
(問題点を解決するための手段)
本発明の目的は、半導体材料を用いた改良型トランスジ
ューサ・インサートを提供し、既存の半導体センサに伴
う問題点を解決することである。
ューサ・インサートを提供し、既存の半導体センサに伴
う問題点を解決することである。
詳しく述べると本発明の第1の目的は振動や襲撃を含む
環境の影響をほとんど受けない、前述型式のトランスジ
ューサ・インサートを提供することである。
環境の影響をほとんど受けない、前述型式のトランスジ
ューサ・インサートを提供することである。
第2の目的は、特に安価に製造することができる、前述
型式のトランスジューサ・インサートを提供することで
ある。第3の目的は、前述型式のトランスジューサ・イ
ンサートを大量生産するのに最も適した方法を提供する
ことである。第4の目的は、前述型式のトランスジュー
サ・インサートに基づく改良型半導体センサを提供する
ことである。
型式のトランスジューサ・インサートを提供することで
ある。第3の目的は、前述型式のトランスジューサ・イ
ンサートを大量生産するのに最も適した方法を提供する
ことである。第4の目的は、前述型式のトランスジュー
サ・インサートに基づく改良型半導体センサを提供する
ことである。
本発明によるトランスジューサ・インサートは、測定信
号を発生する力応答型センサ手段をもつ測定ダイヤフラ
ムと接続接点とを有する半導体部と、その半導体部が取
り付けられる絶縁材料のベース部と、測定信号を取り出
す導体手段とで構成されている。前記導体手段は、ベー
ス部を貫通し導電層で被覆されたチャンネルから成って
いる。前記導電層と接続接点とは、組み合わされた両者
の隣接する部分に選択的に付着された絶縁性物質によっ
て電気的に接続されている。
号を発生する力応答型センサ手段をもつ測定ダイヤフラ
ムと接続接点とを有する半導体部と、その半導体部が取
り付けられる絶縁材料のベース部と、測定信号を取り出
す導体手段とで構成されている。前記導体手段は、ベー
ス部を貫通し導電層で被覆されたチャンネルから成って
いる。前記導電層と接続接点とは、組み合わされた両者
の隣接する部分に選択的に付着された絶縁性物質によっ
て電気的に接続されている。
上記型式のトランスジューサ・インサートを製造する本
発明による方法は、 (a) それぞれが力応答型センサをもつ測定ダイヤ
フラムと接続接点とを有する複数の測定ダイヤフラム部
分が形成された半導体材料の板を準備すること、 (ハ)絶縁材料のベース部に、前記半導体板のダイヤフ
ラム部分の接続接点の数と配列に対応するチャンネルを
形成すること、 (c) ベース板のチャンネルを導電性材料で被覆す
ること、 (6)それぞれのチャンネルとダイヤプラム部分の接続
接点とが組み合わさるように半導体板とベース板とを接
合すること、 (e) ダイヤフラム部分の接続接点とチャンネルの
導電層とを、両者の隣接する部分に導電性物質を接着す
ることにより電気的に接続すること、(f) ベース
板と半導体板で構成されたウェーハ構造を、それぞれが
力応答型センサ手段をもつダイヤフラムとセンサ手段が
発生した信号を取り出す手段とを備えた、多数の独立し
たトランスジューサ・インサートに分割すること、の諸
ステップに特徴がある。
発明による方法は、 (a) それぞれが力応答型センサをもつ測定ダイヤ
フラムと接続接点とを有する複数の測定ダイヤフラム部
分が形成された半導体材料の板を準備すること、 (ハ)絶縁材料のベース部に、前記半導体板のダイヤフ
ラム部分の接続接点の数と配列に対応するチャンネルを
形成すること、 (c) ベース板のチャンネルを導電性材料で被覆す
ること、 (6)それぞれのチャンネルとダイヤプラム部分の接続
接点とが組み合わさるように半導体板とベース板とを接
合すること、 (e) ダイヤフラム部分の接続接点とチャンネルの
導電層とを、両者の隣接する部分に導電性物質を接着す
ることにより電気的に接続すること、(f) ベース
板と半導体板で構成されたウェーハ構造を、それぞれが
力応答型センサ手段をもつダイヤフラムとセンサ手段が
発生した信号を取り出す手段とを備えた、多数の独立し
たトランスジューサ・インサートに分割すること、の諸
ステップに特徴がある。
ベース板の多数の凹部は、二つの板を接合する前に、た
とえばエツチング技術と用いて形成することができる。
とえばエツチング技術と用いて形成することができる。
接続接点と導電層とは、熱圧接装置、たとえば超音波装
置をチャンネルの中に挿入し、チャンネルの導電層から
材料を移動させ、移動させた材料をキャパシタプレート
または抵抗路の接続接点の近くに押し付け、可塑化し、
それを導電層と接続接点に接着することにより、電気的
に接続される。
置をチャンネルの中に挿入し、チャンネルの導電層から
材料を移動させ、移動させた材料をキャパシタプレート
または抵抗路の接続接点の近くに押し付け、可塑化し、
それを導電層と接続接点に接着することにより、電気的
に接続される。
代りの方法として、接続接点に隣接する導電層にハンダ
を置き、チャンネル内に挿入したハンダこてでハンダを
溶かし、それを接続接点に付着させることによって、両
者を接続することもできる。
を置き、チャンネル内に挿入したハンダこてでハンダを
溶かし、それを接続接点に付着させることによって、両
者を接続することもできる。
別の代りの方法として、導電性接着剤ディスペンサをチ
ャンネルに挿入し、接続接点と導電層の隣接する部分に
接着剤を塗布し、硬化させるやり方も考えられる。もし
所望ならば、ベース板のチャンネルに挿入することがで
きる多頭式ディスペンサ装置を用いて、きわめて経済的
に、かつ1工程で、導電層と接続接点との間に、多数の
“有効な接合部、すなわち、確実に制御して配置される
、すなわち施される接合部を生じさせることができる。
ャンネルに挿入し、接続接点と導電層の隣接する部分に
接着剤を塗布し、硬化させるやり方も考えられる。もし
所望ならば、ベース板のチャンネルに挿入することがで
きる多頭式ディスペンサ装置を用いて、きわめて経済的
に、かつ1工程で、導電層と接続接点との間に、多数の
“有効な接合部、すなわち、確実に制御して配置される
、すなわち施される接合部を生じさせることができる。
また、本発明は、測定信号を発生する力応答型センサ手
段をもつ測定ダイヤフラムと接続接点とを有する半導体
部と、半導体部が取り付けられる絶縁性材料のベース部
と、測定信号を取り出すための導体手段とで構成された
トランスジューサ・インサートを備えたセンサを提供す
る。前記導体手段は、ベース部を貫通し、導電層で被覆
されたチャンネルから成り、導電層と接続接点とは、両
者の隣接する部分に接着された導電性物質で電気的に接
続されており、センサは、トランスジューサ・インサー
トを収納するハウジングを有し、ノXウジングの支持板
にはトランスジューサ・インサートの導電性チャンネル
に挿入される接触要素が設けられている。
段をもつ測定ダイヤフラムと接続接点とを有する半導体
部と、半導体部が取り付けられる絶縁性材料のベース部
と、測定信号を取り出すための導体手段とで構成された
トランスジューサ・インサートを備えたセンサを提供す
る。前記導体手段は、ベース部を貫通し、導電層で被覆
されたチャンネルから成り、導電層と接続接点とは、両
者の隣接する部分に接着された導電性物質で電気的に接
続されており、センサは、トランスジューサ・インサー
トを収納するハウジングを有し、ノXウジングの支持板
にはトランスジューサ・インサートの導電性チャンネル
に挿入される接触要素が設けられている。
(従来技術の詳細な説明)
次に、第1図〜第3図を参照して、現在の技術水準を説
明する。第1図は、既存の、よく使用される型式の半導
体トランスジューサを示す。このトランスジューサは、
半導体部1に空胴3を設けることによって形成されたダ
イヤフラム部分2を有し、空胴の反対側に面しているそ
の表面には、たとえばひずみ検出電気抵抗路4またはキ
ャパシタ・プレート、すなわち電極が貼り付けられてい
る。空胴3は、通例、機械加工もしくはエッチングで作
られる。半導体部1は、ガラスなどの絶縁材料でできた
ベース部6の上に金ハンダまたはガラスハンダ5でハン
ダ付けされる。半導体部1とベース部6から成る組立体
は、金ハンダまたはガラスハンダ7でハウジングの底板
8に取り付けられている。対応する接続接点すなわち接
続面12を介して測定信号を取り出すために、抵抗路4
またはキャパシタ・プレートは、ガラス絶縁体10で底
板8に固定された導体9に、金線11で接続されている
。相対圧力を測定する場合には、相対圧力、すなわち比
較圧力を空胴に伝えるため、ボア13をセンサに設ける
ことができる。実測定圧力は、ハウジングの管路14を
介してトランスジューサ・インサートに作用する。金線
11を除いて、ガラス絶縁体10も金ハンダ5.7も機
能不良になりやすい部分である。ガラス絶縁体10は、
簡単に割れるし、ハンダ5.7は絶対圧力センサに必要
な洩れを防止する気密性を有していないこと、が多い。
明する。第1図は、既存の、よく使用される型式の半導
体トランスジューサを示す。このトランスジューサは、
半導体部1に空胴3を設けることによって形成されたダ
イヤフラム部分2を有し、空胴の反対側に面しているそ
の表面には、たとえばひずみ検出電気抵抗路4またはキ
ャパシタ・プレート、すなわち電極が貼り付けられてい
る。空胴3は、通例、機械加工もしくはエッチングで作
られる。半導体部1は、ガラスなどの絶縁材料でできた
ベース部6の上に金ハンダまたはガラスハンダ5でハン
ダ付けされる。半導体部1とベース部6から成る組立体
は、金ハンダまたはガラスハンダ7でハウジングの底板
8に取り付けられている。対応する接続接点すなわち接
続面12を介して測定信号を取り出すために、抵抗路4
またはキャパシタ・プレートは、ガラス絶縁体10で底
板8に固定された導体9に、金線11で接続されている
。相対圧力を測定する場合には、相対圧力、すなわち比
較圧力を空胴に伝えるため、ボア13をセンサに設ける
ことができる。実測定圧力は、ハウジングの管路14を
介してトランスジューサ・インサートに作用する。金線
11を除いて、ガラス絶縁体10も金ハンダ5.7も機
能不良になりやすい部分である。ガラス絶縁体10は、
簡単に割れるし、ハンダ5.7は絶対圧力センサに必要
な洩れを防止する気密性を有していないこと、が多い。
第2図は、別の既存型式の半導体トランスジューサ・イ
ンサートを示す。この場合には、半導体部15は、各面
がラップ加工された平らな表面で陽極接合17により管
状ベース部16に取り付けられている。陽極接合17は
、完全に気密であり、中間接合膜がなく、材質自体がイ
オン移行による接合部を形成するので、高レベルの強度
と非常に良好な寸法安定性を有している。管を使用する
こ゛とにより、空胴の形式を省略することができる。
ンサートを示す。この場合には、半導体部15は、各面
がラップ加工された平らな表面で陽極接合17により管
状ベース部16に取り付けられている。陽極接合17は
、完全に気密であり、中間接合膜がなく、材質自体がイ
オン移行による接合部を形成するので、高レベルの強度
と非常に良好な寸法安定性を有している。管を使用する
こ゛とにより、空胴の形式を省略することができる。
測定信号は、実際に、前述した型式の金線に比べて太く
、かつ折れにくいワイヤ18を介して伝えられるが、ワ
イヤ18は生産上の問題があり、また接着剤20で固定
しなければならない。
、かつ折れにくいワイヤ18を介して伝えられるが、ワ
イヤ18は生産上の問題があり、また接着剤20で固定
しなければならない。
第3図は、第3の既存型式のトランスジューサを示す。
第1図の型式の場合には、圧力媒体は半導体部の抵抗路
4に直接触れる。このことは、拡散層が非常に薄く、腐
食で抵抗路が破壊してしまうことがあるので、都合が悪
い。これに対し、第3図の実施例の半導体1s21は、
逆になっている。
4に直接触れる。このことは、拡散層が非常に薄く、腐
食で抵抗路が破壊してしまうことがあるので、都合が悪
い。これに対し、第3図の実施例の半導体1s21は、
逆になっている。
すなわち、圧力媒体は、空111ii3の側でダイヤフ
ラム22に作用し、また拡散抵抗路23はその反対側に
ある。したがって、抵抗路は圧力媒体に接触することが
ない。しかし、ここでも、問題のある金線25が使用さ
れており、また、ブラシ26と絶縁体27は第1図の構
造の場合よりも製作が困難である。
ラム22に作用し、また拡散抵抗路23はその反対側に
ある。したがって、抵抗路は圧力媒体に接触することが
ない。しかし、ここでも、問題のある金線25が使用さ
れており、また、ブラシ26と絶縁体27は第1図の構
造の場合よりも製作が困難である。
既存型式のトランスジューサのもう1つの欠点は、たと
えば、米国特許第3.335.381号明細書に記載さ
れているように、ダイヤフラム2には過負荷保護に備え
た制限装置がないことである。ダイヤフラムの撓み制限
装置は、比較的複雑で、高価な補助装置を使用した場合
には、圧力センサに欠かせない付加装置である。以下述
べるように、ダイヤプラムの撓み制限装置は、それほど
の追加費用を要せずに、本発明により得ることができる
。
えば、米国特許第3.335.381号明細書に記載さ
れているように、ダイヤフラム2には過負荷保護に備え
た制限装置がないことである。ダイヤフラムの撓み制限
装置は、比較的複雑で、高価な補助装置を使用した場合
には、圧力センサに欠かせない付加装置である。以下述
べるように、ダイヤプラムの撓み制限装置は、それほど
の追加費用を要せずに、本発明により得ることができる
。
(本発明の好ましい実施例の説明)
第4図と第5図は、本発明によるトランスジューサ・イ
ンサートの実施例を示す。これは、圧力センサ用のトラ
ンスジューサ・インサートである。
ンサートの実施例を示す。これは、圧力センサ用のトラ
ンスジューサ・インサートである。
しかも、それほどの修正をせずに、力センサまたは加速
度センサとして使用することが可能である。
度センサとして使用することが可能である。
本発明によるトランスジューサ・インサートの半導体部
31の一つの面に設けられた凹部29によって、測定ダ
イヤフラム部分30が形成されている。凹部29は、適
当な方体、たとえばエツチングまたは機械的切除によっ
て作ることができる。
31の一つの面に設けられた凹部29によって、測定ダ
イヤフラム部分30が形成されている。凹部29は、適
当な方体、たとえばエツチングまたは機械的切除によっ
て作ることができる。
凹部29は、六角形、六角形、または第15図に示すよ
うな他の適当な形状にすることができる。
うな他の適当な形状にすることができる。
拡散抵抗路34は、凹部29の反対側の測定ダイヤフラ
ム部分30に貼り付けられている。したがって、抵抗路
34は、圧力媒体にはさらされない。
ム部分30に貼り付けられている。したがって、抵抗路
34は、圧力媒体にはさらされない。
半導体部31は、単結晶シリコンから成るものが好まし
く、ガラスなど適当な絶縁材料から成るベース部36に
陽極接合35で取り付けられることが好ましい。
く、ガラスなど適当な絶縁材料から成るベース部36に
陽極接合35で取り付けられることが好ましい。
本発明により、ベース部36には、円に沿って配置され
た多数の、たとえば6個の円筒状チャンネル37が貫通
している。ベース部36には、円の中心点に中央突起を
設けることが好ましい。これについては、後で詳しく検
討する。
た多数の、たとえば6個の円筒状チャンネル37が貫通
している。ベース部36には、円の中心点に中央突起を
設けることが好ましい。これについては、後で詳しく検
討する。
第4図かられかるように、ベースB36の上部には凹部
33がある。凹B33の周囲に、チャンネル37が接し
て開いている。この凹部33により、測定ダイヤフラム
部分30は、自由に動くことが可能である。
33がある。凹B33の周囲に、チャンネル37が接し
て開いている。この凹部33により、測定ダイヤフラム
部分30は、自由に動くことが可能である。
第6図は、実例として環状凹部33と開口チャンネル3
7が設けられたガラス製ベース部36の平面図である。
7が設けられたガラス製ベース部36の平面図である。
凹部の中心部の表面は、ストップ32を形成しており、
過大な撓みを生じさせる測定圧力が加わると、測定ダイ
ヤフラム部分30はこのストップ32に当る。
過大な撓みを生じさせる測定圧力が加わると、測定ダイ
ヤフラム部分30はこのストップ32に当る。
本発明により、各チャンネル37は、抵抗路34から測
定信号を伝えるために使われる導電層、すなわち導電膜
38を有する。導電層38は、半導体部31の抵抗路3
4のすぐ近くまで達している。接続接点、すなわち接触
面39は、抵抗路34の連結体の役目をし、導電タブ4
0の形で凹部33に沿って延びている導電層38の狭い
延長部の近くに配置されている。
定信号を伝えるために使われる導電層、すなわち導電膜
38を有する。導電層38は、半導体部31の抵抗路3
4のすぐ近くまで達している。接続接点、すなわち接触
面39は、抵抗路34の連結体の役目をし、導電タブ4
0の形で凹部33に沿って延びている導電層38の狭い
延長部の近くに配置されている。
第7図は、下から見た半導体部31を示し、抵抗路34
と接続接点39の配列と、ベース部分36を貫通するチ
ャンネル37(点線で示す)の位置と配列が図示されて
いる。導電タブ40を除き、凹8833から、金属導電
面をなくすことができる。
と接続接点39の配列と、ベース部分36を貫通するチ
ャンネル37(点線で示す)の位置と配列が図示されて
いる。導電タブ40を除き、凹8833から、金属導電
面をなくすことができる。
第8図と第9図は、導電タブ40、つまり導電層38と
抵抗路34の接続接点39とを接続する方法を示す。半
導体部31とベース部36との間に好ましい陽極接合を
行なったあと、コーナ・ドロップ法と呼ばれる本発明の
好ましい方法により、少量の導電性接着剤43がディス
ペンサ装置42のノズルから導電タブ40と対応する接
続接点390間に本質上直角に注入される。上述の接合
の代りに、前記個所にハンダ付けや熱圧接その他の適当
な接合を施すことができる。導電層38、つまり導電タ
ブ40は、たとえばチャンネル37の下部に、金、イン
ジウムまたは錫の電着部52を付着させて、若干増量す
ることができる。第9図の点線は、電着部52の初期形
状を示す。電着852は、ソノトロード(sonotr
ode)またはハンダこて44の機能をもちチャンネル
37に挿入すことができる超音波装置またはホットバー
によって、隅へ運ばれ、そこに押しつけられ、金の熱圧
接またはハンダの溶融によって接合部45になる。
抵抗路34の接続接点39とを接続する方法を示す。半
導体部31とベース部36との間に好ましい陽極接合を
行なったあと、コーナ・ドロップ法と呼ばれる本発明の
好ましい方法により、少量の導電性接着剤43がディス
ペンサ装置42のノズルから導電タブ40と対応する接
続接点390間に本質上直角に注入される。上述の接合
の代りに、前記個所にハンダ付けや熱圧接その他の適当
な接合を施すことができる。導電層38、つまり導電タ
ブ40は、たとえばチャンネル37の下部に、金、イン
ジウムまたは錫の電着部52を付着させて、若干増量す
ることができる。第9図の点線は、電着部52の初期形
状を示す。電着852は、ソノトロード(sonotr
ode)またはハンダこて44の機能をもちチャンネル
37に挿入すことができる超音波装置またはホットバー
によって、隅へ運ばれ、そこに押しつけられ、金の熱圧
接またはハンダの溶融によって接合部45になる。
狭い場所には、小面積のほぼ先がとがった陽極を用い、
導電層38つまり導電タブ40からの距離を選択するこ
とによって、金属を電気メッキすることができる。
導電層38つまり導電タブ40からの距離を選択するこ
とによって、金属を電気メッキすることができる。
本発明による接続方法を用いれば、全ての電気回路は非
常にしっかり固定されるので、振動や衝撃による影響を
受けない。拡散抵抗路34は、測定ダイヤフラム30の
圧力媒体が加わる側の反対側にあり、したがって、圧力
媒体による影響を受けない。第1図の従来型式のトラン
スジユーサとは対照的に、過度に敏感で破損の危険があ
るガラス・ブツシユは存在せず、また半導体部とベース
部とを接合するハンダ付は接合は、剥離の危険が少ない
陽極接合で置き換えられている。
常にしっかり固定されるので、振動や衝撃による影響を
受けない。拡散抵抗路34は、測定ダイヤフラム30の
圧力媒体が加わる側の反対側にあり、したがって、圧力
媒体による影響を受けない。第1図の従来型式のトラン
スジユーサとは対照的に、過度に敏感で破損の危険があ
るガラス・ブツシユは存在せず、また半導体部とベース
部とを接合するハンダ付は接合は、剥離の危険が少ない
陽極接合で置き換えられている。
本発明の別の重要な利点は、トランスジューサ・インサ
ートを製造するとき、伝統的構造の場合よりもバッチ処
理で多くの工程を実行できることである。第1図の構造
において、バッチ法に従って製造できるのは、半導体部
1だけである。抵抗路34や接続接点、それらの接合部
の拡散、空調の加工、保護用酸化シリコン膜の被覆加工
は、多数のトランスジユーサ・ユニットについて、たと
えば直径76111のウェーハについて、まさに1工程
で同時に実行することが可能である。これらの処理が終
ったあと、ウェーハを分割すれば、個々のトランスジユ
ーサができる。このあと、ボンディング、ハンダ付け、
排気、密封を含む独立した製造工程を用いて、トランス
ジューサ・インサートの以後の製造工程が行なわれる。
ートを製造するとき、伝統的構造の場合よりもバッチ処
理で多くの工程を実行できることである。第1図の構造
において、バッチ法に従って製造できるのは、半導体部
1だけである。抵抗路34や接続接点、それらの接合部
の拡散、空調の加工、保護用酸化シリコン膜の被覆加工
は、多数のトランスジユーサ・ユニットについて、たと
えば直径76111のウェーハについて、まさに1工程
で同時に実行することが可能である。これらの処理が終
ったあと、ウェーハを分割すれば、個々のトランスジユ
ーサができる。このあと、ボンディング、ハンダ付け、
排気、密封を含む独立した製造工程を用いて、トランス
ジューサ・インサートの以後の製造工程が行なわれる。
これに対し、本発明によれば、第11図と第12図に示
すように、トランスジューサ・インサートのベース部3
6もバッチ法によってベース板46から作ることができ
る。たとえば、200個のトランスジューサ・インサー
トの場合、1個のエツチング操作でベース部46に凹部
33を加工することが可能である。全てのユニットのチ
ャンネル37も、エツチング操作で形成することが可能
である。全てのチャンネルは、1回の化学処理操作でそ
の内側を金属化して、導電層38を生成することが可能
である。
すように、トランスジューサ・インサートのベース部3
6もバッチ法によってベース板46から作ることができ
る。たとえば、200個のトランスジューサ・インサー
トの場合、1個のエツチング操作でベース部46に凹部
33を加工することが可能である。全てのユニットのチ
ャンネル37も、エツチング操作で形成することが可能
である。全てのチャンネルは、1回の化学処理操作でそ
の内側を金属化して、導電層38を生成することが可能
である。
測定ダイヤフラム部分30の制限装置となる中央部分3
2を有する凹部33の形成は、2段階で行なうことが好
ましい。たとえば、以下のように、2段階エツチング操
作を実施することができる。
2を有する凹部33の形成は、2段階で行なうことが好
ましい。たとえば、以下のように、2段階エツチング操
作を実施することができる。
(1)半導体板に陽極接合されるベース板の全区域を写
真印刷技術でマスクする、 (2)測定ダイヤプラム部分の最大許容撓みに相当する
深さdまで1回目のエツチングをする、(3) スト
ップ面32を写真印刷技術でマスクする、(4)凹部3
3の完成深さTまで2回目のエツチングをする、 (5) エツチング・マスクを除去する。
真印刷技術でマスクする、 (2)測定ダイヤプラム部分の最大許容撓みに相当する
深さdまで1回目のエツチングをする、(3) スト
ップ面32を写真印刷技術でマスクする、(4)凹部3
3の完成深さTまで2回目のエツチングをする、 (5) エツチング・マスクを除去する。
半導体板とベース板との陽極接合は、中間層を必要でな
いから、測定ダイヤフラム部分30とストップ面32間
のすきまは、ベース板46、つまり半導体板31の全表
面にわたって正確に意図した距離dに保たれる。第10
図は、陽極接合ふよび分割を行なう前のベース板46の
形状を示す。
いから、測定ダイヤフラム部分30とストップ面32間
のすきまは、ベース板46、つまり半導体板31の全表
面にわたって正確に意図した距離dに保たれる。第10
図は、陽極接合ふよび分割を行なう前のベース板46の
形状を示す。
最後に、このようにして準備されたベース板46と半導
体板31は、陽極酸化で接合されたあと、たとえば全部
または数個のチャンネル37に同時に挿入することが可
能な多頭式ソノトロード(multisonotrod
e) を用いて抵抗路と導電層38とが熱圧接される。
体板31は、陽極酸化で接合されたあと、たとえば全部
または数個のチャンネル37に同時に挿入することが可
能な多頭式ソノトロード(multisonotrod
e) を用いて抵抗路と導電層38とが熱圧接される。
製作したウェーハを線47に沿って分割すれば(第11
図、第12図参照)、第4図のトランスジューサ・イン
サートが出来上り、センサのハウジングに取り付ける準
備ができる。
図、第12図参照)、第4図のトランスジューサ・イン
サートが出来上り、センサのハウジングに取り付ける準
備ができる。
第14図と第15図は1つの可能な取付形式を示す。ト
ランスジューサ・インサート48は、マスチック50と
封入コンパウンド51でセンサのハウジングの中に取り
付けられ、シールされる。
ランスジューサ・インサート48は、マスチック50と
封入コンパウンド51でセンサのハウジングの中に取り
付けられ、シールされる。
センサの取付開口を通って圧力媒体が洩れるのを防止す
るため、たとえば、OIJング62が適当な仕方で設置
される。
るため、たとえば、OIJング62が適当な仕方で設置
される。
トランスジューサ・インサート480半導体部31は、
中央補強部53を持っていることに注目されたい、しか
し、これは必ずしも必要でなく、たとえば第4図には図
示されていないが、センサの感度および較正曲線の直線
性を高める作用をする。
中央補強部53を持っていることに注目されたい、しか
し、これは必ずしも必要でなく、たとえば第4図には図
示されていないが、センサの感度および較正曲線の直線
性を高める作用をする。
接触ピン41は、トランスジューサ・インサート480
チヤンネル37にはまることによって、チャンネル37
の導電層38と接触する。接触ピン41は、封入コンパ
ウンド56でセンサ・ハウジング内に固定された電子部
品55を有する電子回路基板54から突き出している。
チヤンネル37にはまることによって、チャンネル37
の導電層38と接触する。接触ピン41は、封入コンパ
ウンド56でセンサ・ハウジング内に固定された電子部
品55を有する電子回路基板54から突き出している。
したがって、トランスジューサ・インサートと電子回路
とは、非常に簡単に接続することが可能である。
とは、非常に簡単に接続することが可能である。
第13図は、別の実施例を示す。この場合には、トラン
スジューサ・インサート48は、接着ポンド58を用い
て板57の上面に取り付けられる。
スジューサ・インサート48は、接着ポンド58を用い
て板57の上面に取り付けられる。
チャンネル37の導電層38に接触する接触タブ60ま
たは接触コイル61は、板57の絶縁性ブツシュ59に
よって固定されている。また、内側が金属化されたチャ
ンネル37は、たとえばハンダ付けされた、あるいは接
着されたワイヤ、ネジ結合等の他の接触も可能である。
たは接触コイル61は、板57の絶縁性ブツシュ59に
よって固定されている。また、内側が金属化されたチャ
ンネル37は、たとえばハンダ付けされた、あるいは接
着されたワイヤ、ネジ結合等の他の接触も可能である。
組立て作業は、本発明によるチャンネル導電層のおかげ
で省くことができる。また、上述の接点は、振動に鈍感
であるから、より確実である。そのほか、接触抵抗も従
来よりかなり小さい。
で省くことができる。また、上述の接点は、振動に鈍感
であるから、より確実である。そのほか、接触抵抗も従
来よりかなり小さい。
以上、好ましい諸実施例について発明を説明したが、発
明はそれらに限定されるものではなく、以上の説明に基
づいてこの分野の専門家が思い浮べる諸修正も含んでい
るものと理解されたい。記述した、いわゆるコーナ・ド
ロップ法は、接着、ハンダ付け、熱圧接を含むほか、特
に言及しなかった、同じもしくは似たような効果をもつ
他の全ての接合方法、たとえば溶解やろう付けを含んで
いる。また、特許請求の範囲で特に言及していなくても
、図示し、説明した、新規な細部構造は、本発明に包含
される。
明はそれらに限定されるものではなく、以上の説明に基
づいてこの分野の専門家が思い浮べる諸修正も含んでい
るものと理解されたい。記述した、いわゆるコーナ・ド
ロップ法は、接着、ハンダ付け、熱圧接を含むほか、特
に言及しなかった、同じもしくは似たような効果をもつ
他の全ての接合方法、たとえば溶解やろう付けを含んで
いる。また、特許請求の範囲で特に言及していなくても
、図示し、説明した、新規な細部構造は、本発明に包含
される。
第1図から第3図は、種々の既存形式の半導体トランス
ジューサ・インサートの断面図、第4図は、本発明によ
るトランスジューサ・インサートの斜視断面図、 第5図は、第4図のトランスジューサ・インサートの断
面図、 第6図は、第4図と第5図に示したトランスジューサ・
インサートのベース部の平面図、第7図は、第4図と第
5図に示したトランスジューサ・インサートの半導体部
の底面図、第8図と第9図は、本発明により修正された
トランスジューサ・インサートの部分断面図であって、
キャパシタプレートまたは抵抗路の接続接点をチャンネ
ルの導電層に接続する異なる方法を説明する図、 第10図は、ベース部分の断面図であって、トランスジ
ューサ・インサートに凹部を作る方法を説明する図、 第11図と第12図は、ベース板の断面図と平面図であ
って、本発明による多数のトランスジューサ・インサー
トを同時に製作する方法を説明する図、 第13図は、センサに取り付けた場合の本発明によるト
ランスジューサ・インサートの断面図、第14図は、本
発明による修正されたトランスジューサ・インサートを
有する圧力センサの断面図、 第15図は、第14図のセンサの平面図である。 1・・・・・・半導体部、2・旧・・ダイヤフラム部分
、3・・・・・・空胴、4・・・・・・ひずみ検出電気
抵抗路、5・・・・・・金ハンダまたはガラス・ハンダ
、6・・・・・・ベース部、7・・・・・・金ハンダま
たはガラス・ハンダ、8・・・・・・ハウジング底板、
9・・・・・・導体、10・・・・・・ガラス絶縁体、
11・・・・・・金線、12・・・・・・接続接点(接
続面)、13・・・・・・ボア、14・・・・・・管路
、15・・・・・・半導体部、16・・・・・・管状ベ
ース部、17・・・・・・陽極接合、18・・・・・・
ワイヤ、20・・・・・・接着剤、21・・・・・・半
導体部、22・・・・・・ダイヤフラム部分、23・・
・・・・拡散抵抗路、25・・・・・・金線、26・・
・・・・ブツシュ、27・・・・・・絶縁体、29・・
・・・・凹部、30・・・・・・測定ダイヤフラム部分
、31・・・・・・半導体部、32・・・・・・中央突
起(ストップ)、33・・・・・・凹部、34・・・・
・・拡散抵抗路、35・・・・・・陽極接合、36・・
・・・・ベース部、37・・・・・・円筒形チャンネル
、38・・・・・・導電層、39・・・・・・接続接点
(接触面)、40・・・・・・導電タブ、41・・・・
・・接触ピン、42・・・・・・ディスペンサ装置、4
3・・・・・・導電性接着剤、44・・・・・・ソノト
ロードまたはハンダこて、45・・・・・・接合部、4
6・・・・・・ベース板、47・・・・・・線、48・
・・・・・トランスジューサ・インサート、50・・・
・・・マスチック、51・・・・・・封入コンパウンド
、52・・・・・・電着部、53・・・・・・中央補強
部、54・・・・・・電子回路基板、55・・・・・・
電子部品、56・・・・・・封入コンパウンド、57・
・・・・・板、58・・・・・・接着ボンド、59・・
・・・・絶縁ブツシュ、60・・・・・・接触タブ、6
1・・・・・・接触コイル。
ジューサ・インサートの断面図、第4図は、本発明によ
るトランスジューサ・インサートの斜視断面図、 第5図は、第4図のトランスジューサ・インサートの断
面図、 第6図は、第4図と第5図に示したトランスジューサ・
インサートのベース部の平面図、第7図は、第4図と第
5図に示したトランスジューサ・インサートの半導体部
の底面図、第8図と第9図は、本発明により修正された
トランスジューサ・インサートの部分断面図であって、
キャパシタプレートまたは抵抗路の接続接点をチャンネ
ルの導電層に接続する異なる方法を説明する図、 第10図は、ベース部分の断面図であって、トランスジ
ューサ・インサートに凹部を作る方法を説明する図、 第11図と第12図は、ベース板の断面図と平面図であ
って、本発明による多数のトランスジューサ・インサー
トを同時に製作する方法を説明する図、 第13図は、センサに取り付けた場合の本発明によるト
ランスジューサ・インサートの断面図、第14図は、本
発明による修正されたトランスジューサ・インサートを
有する圧力センサの断面図、 第15図は、第14図のセンサの平面図である。 1・・・・・・半導体部、2・旧・・ダイヤフラム部分
、3・・・・・・空胴、4・・・・・・ひずみ検出電気
抵抗路、5・・・・・・金ハンダまたはガラス・ハンダ
、6・・・・・・ベース部、7・・・・・・金ハンダま
たはガラス・ハンダ、8・・・・・・ハウジング底板、
9・・・・・・導体、10・・・・・・ガラス絶縁体、
11・・・・・・金線、12・・・・・・接続接点(接
続面)、13・・・・・・ボア、14・・・・・・管路
、15・・・・・・半導体部、16・・・・・・管状ベ
ース部、17・・・・・・陽極接合、18・・・・・・
ワイヤ、20・・・・・・接着剤、21・・・・・・半
導体部、22・・・・・・ダイヤフラム部分、23・・
・・・・拡散抵抗路、25・・・・・・金線、26・・
・・・・ブツシュ、27・・・・・・絶縁体、29・・
・・・・凹部、30・・・・・・測定ダイヤフラム部分
、31・・・・・・半導体部、32・・・・・・中央突
起(ストップ)、33・・・・・・凹部、34・・・・
・・拡散抵抗路、35・・・・・・陽極接合、36・・
・・・・ベース部、37・・・・・・円筒形チャンネル
、38・・・・・・導電層、39・・・・・・接続接点
(接触面)、40・・・・・・導電タブ、41・・・・
・・接触ピン、42・・・・・・ディスペンサ装置、4
3・・・・・・導電性接着剤、44・・・・・・ソノト
ロードまたはハンダこて、45・・・・・・接合部、4
6・・・・・・ベース板、47・・・・・・線、48・
・・・・・トランスジューサ・インサート、50・・・
・・・マスチック、51・・・・・・封入コンパウンド
、52・・・・・・電着部、53・・・・・・中央補強
部、54・・・・・・電子回路基板、55・・・・・・
電子部品、56・・・・・・封入コンパウンド、57・
・・・・・板、58・・・・・・接着ボンド、59・・
・・・・絶縁ブツシュ、60・・・・・・接触タブ、6
1・・・・・・接触コイル。
Claims (19)
- (1)測定信号を発生する力応答型センサ手段をもつ測
定ダイヤフラムと接続接点とを有する半導体部、 前記半導体部が取り付けられる絶縁材料のベース部と、 測定信号を取り出すための導体手段、とで構成されたト
ランスジューサ・インサートであって、前記導体手段は
、前記ベース部を貫通し、導電層で被覆されたチャンネ
ルから成り、前記導電層と前記接続接点とは、両者の隣
接する部分に選択的に接着された導電性物質によって電
気的に接続されていることを特徴とするトランスジュー
サ・インサート。 - (2)前記チャンネルの軸線は、前記半導体部とベース
部間の接合面に対し本質上直角に延びていることを特徴
とする特許請求の範囲第(1)項記載のトランスジュー
サ・インサート。 - (3)前記接続接点に近い、それぞれの前記導電層の少
なくとも一部分は、前記接続接点に対し本質上直角であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項または第
(2)項記載のトランスジューサ・インサート。 - (4)前記測定ダイヤフラムの真下のベース部に凹部が
設けられており、前記導電層は前記凹部の周囲壁に沿っ
て前記接続接点まで延びている導電タブの形をした延長
部を有していることを特徴とする特許請求の範囲第(1
)項から第(3)項のいずれかに記載のトランスジュー
サ・インサート。 - (5)前記凹部は、中央に突起があり、前記測定ダイヤ
フラムの撓みがある量を越えると前記測定ダイヤフラム
が前記突起に当たるようになっていることを特徴とする
特許請求の範囲第(4)項記載のトランスジューサ・イ
ンサート。 - (6)前記測定ダイヤフラムは、厚さが増した中央部分
を有することを特徴とする特許請求の範囲第(1)項か
ら第(5)項のいずれかに記載のトランスジューサ・イ
ンサート。 - (7)前記測定ダイヤフラムは、前記センサ手段と接続
接点が設けられた側の反対側にある半導体部の凹部によ
って形成されることを特徴とする特許請求の範囲第(1
)項から第(6)項のいずれかに記載のトランスジュー
サ・インサート。 - (8)前記半導体部は、シリコン材料から成り、前記ベ
ース部は、ガラス材料から成ることを特徴とする特許請
求の範囲第(1)項から第(7)項のいずれかに記載の
トランスジューサ・インサート。 - (9)前記半導体母体が、前記ベース部に陽極接合され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項から
第(8)項のいずれかに記載のトランスジューサ・イン
サート。 - (10)前記接続接点と前記タブ状延長部とは、両者の
隣接する部分に選択的に接着された限られた量の導電性
物質によって電気的に接続されていることを特徴とする
特許請求の範囲第4項記載のトランスジューサ・インサ
ート。 - (11)(a)それぞれが力応答型センサ手段をもつ測
定ダイヤフラムと接続接点とを有する複数の測定ダイヤ
フラム部分が形成された半導体材料の板を準備すること
、 (b)絶縁材料のベース板に、前記半導体板のダイヤフ
ラム部分の接続接点の数と配列に対応するチャンネルを
形成すること、 (c)前記ベース板のチャンネルを導電性材料で被覆す
ること、 (d)それぞれのチャンネルとダイヤフラム部分の接続
接点とが組み合わさるように、前記半導体板と前記ベー
ス板とを接合すること、 (e)前記ダイヤフラム部分の接続接点と前記チャンネ
ルの導電層とを、両者の隣接する部分に導電性物質を接
着することによって電気的に接続すること、 (f)前記ベース板と前記半導体板から成るウェーハ構
造を多数の独立したトランスジューサ・インサートに分
割し、それぞれが、力応答型センサ手段をもつダイヤフ
ラムと、そのセンサ手段が発生した測定信号を取り出す
手段とを備えたトランスジューサ・インサートにするこ
と、 の諸ステップから成ることを特徴とする特許請求の範囲
第(1)項記載の半導体トランスジューサ・インサート
の製造方法。 - (12)ベース板と半導体板とを接合する前記ステップ
に先立って、半導体板のダイヤフラムの数と配列に対応
する凹部を前記ベース板に形成するステップを含んでい
ることを特徴とする特許請求の範囲第(11)項記載の
方法。 - (13)前記最初のステップにおいて、前記凹部を中間
の深さdまで形成し、そのあと中央領域を除き、完成深
さTまで形成することにより、各凹部に深さdの中央隆
起領域を形成することを特徴とする特許請求の範囲第(
12)項記載の方法。 - (14)チャンネルの導電層を接続接点に接続する前記
ステップは、チャンネルに熱圧接装置を挿入すること、
チャンネルの導電層から材料を移動させること、移動さ
せた材料を接続接点の近くに圧入すること、移動させた
材料を可塑化すること、可塑化した材料を導電層と接続
接点に付着させること、の諸ステップから成ることを特
徴とする特許請求の範囲第(11)項から第(13)項
のいずれかに記載の方法。 - (15)前記の移動させた材料は、接続接点に近い導電
層上の金属電着物であることを特徴とする特許請求の範
囲第(14)項記載の方法。 - (16)チャンネルの導電層を接続接点に接続する前記
ステップは、接続接点に近い導電層上にハンダを付ける
こと、前記ハンダを溶かすこと、溶けたハンダを、チャ
ンネルに挿入したハンダこてで接続接点に付着させるこ
と、の諸ステップから成ることを特徴とする特許請求の
範囲第(11)項から第(13)項のいずれかに記載の
方法。 - (17)チャンネルの導電層を接続接点に接続する前記
ステップは、チャンネルに導電性接着剤を分配するディ
スペンサ装置を挿入すること、接続接点と導電層の隣接
する部分に接着剤を塗布すること、接着剤をそのまま硬
化させること、の諸ステップから成ることを特徴とする
特許請求の範囲第(11)項から第(13)項のいずれ
かに記載の方法。 - (18)導電層と接続接点間の多数の接合は、多頭式装
置を用いて同時に行なわれることを特徴とする特許請求
の範囲第(11)項から第(17)項のいずれかに記載
の方法。 - (19)特許請求の範囲第(1)項記載のトランスジュ
ーサ・インサートと、前記トランスジューサ・インサー
トを収容し、前記トランスジューサ・インサートの導電
性チャンネルに挿入されるようになっている接触要素を
もつ支持板を備えたハウジングとで構成されたセンサ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP85100818A EP0189492B1 (de) | 1985-01-28 | 1985-01-28 | Messwandlereinsatz, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung für einen Aufnehmer zur Messung mechanischer Grössen |
EP85100818.5 | 1985-01-28 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61176832A true JPS61176832A (ja) | 1986-08-08 |
Family
ID=8193255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61013597A Pending JPS61176832A (ja) | 1985-01-28 | 1986-01-24 | トランスジユーサ・インサート、その製造方法、および機械的変動測定センサ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4691575A (ja) |
EP (1) | EP0189492B1 (ja) |
JP (1) | JPS61176832A (ja) |
AT (1) | ATE35321T1 (ja) |
DE (1) | DE3563479D1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04252077A (ja) * | 1991-01-28 | 1992-09-08 | Nec Corp | センサチップ及びその製造方法 |
Families Citing this family (24)
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---|---|---|---|---|
FI84401C (fi) * | 1987-05-08 | 1991-11-25 | Vaisala Oy | Kapacitiv tryckgivarkonstruktion. |
US4774843A (en) * | 1987-08-14 | 1988-10-04 | Gulton Industries, Inc. | Strain gage |
US4852408A (en) * | 1987-09-03 | 1989-08-01 | Scott Fetzer Company | Stop for integrated circuit diaphragm |
US4994781A (en) * | 1988-04-07 | 1991-02-19 | Sahagen Armen N | Pressure sensing transducer employing piezoresistive elements on sapphire |
US5174926A (en) * | 1988-04-07 | 1992-12-29 | Sahagen Armen N | Compositions for piezoresistive and superconductive application |
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