JPS635232A - 圧力検出器 - Google Patents
圧力検出器Info
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- JPS635232A JPS635232A JP14915086A JP14915086A JPS635232A JP S635232 A JPS635232 A JP S635232A JP 14915086 A JP14915086 A JP 14915086A JP 14915086 A JP14915086 A JP 14915086A JP S635232 A JPS635232 A JP S635232A
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Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (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
本発明は圧力検出器に関し、特に内燃機関の燃焼室の如
き高温雰囲気の高圧を精度良く測定するに適した圧力検
出器に関する。
き高温雰囲気の高圧を精度良く測定するに適した圧力検
出器に関する。
[従来の技術]
圧力検出器の一般的構造としてはハウジングに受圧用ダ
イヤフラムを保持せしめてこれに歪ゲージを付設したも
のが多用されている。歪ゲージとしては従来は金属歪ゲ
ージが使用されてきたが、近年ではリニヤで高感度な出
力が得られ、かつ極めて小型化が可能な半導体歪ゲージ
が注目されている。
イヤフラムを保持せしめてこれに歪ゲージを付設したも
のが多用されている。歪ゲージとしては従来は金属歪ゲ
ージが使用されてきたが、近年ではリニヤで高感度な出
力が得られ、かつ極めて小型化が可能な半導体歪ゲージ
が注目されている。
かかる半導体歪ゲージとしては、シリコン(Si)単結
晶基板の表面にボロン(B)あるいはリン(P)等の不
純物をドープして歪ゲージ素子を形成し圧力検出素子と
したものが良く知られている。
晶基板の表面にボロン(B)あるいはリン(P)等の不
純物をドープして歪ゲージ素子を形成し圧力検出素子と
したものが良く知られている。
[発明が解決しようとする問題点]
ところで、上記半導体式圧力検出素子は従来の金属歪ゲ
ージに比して上述の如き長所を有するものであるが、P
N接合構造を有することから温度上昇と共に生じるリー
ク電流により使用温度としては比較的低温域(約150
℃以下)に限られていた。
ージに比して上述の如き長所を有するものであるが、P
N接合構造を有することから温度上昇と共に生じるリー
ク電流により使用温度としては比較的低温域(約150
℃以下)に限られていた。
これに対して、米国特許箱3,858.150号には単
結晶シリコン基板上に絶縁膜を介して多結晶シリコン層
を形成し、該シリコン層に不純物をドープして歪ゲージ
素子を形成した圧力検出器が開示されており、これによ
れば、PN接合を有しないため、より高温域での圧力測
定が可能である。
結晶シリコン基板上に絶縁膜を介して多結晶シリコン層
を形成し、該シリコン層に不純物をドープして歪ゲージ
素子を形成した圧力検出器が開示されており、これによ
れば、PN接合を有しないため、より高温域での圧力測
定が可能である。
しかしながら、ここに開示された圧力検出器は単結晶シ
リコン基板の中心部をエツチングにより薄肉として受圧
用ダイヤフラムとする構造であり、比較的低圧(30K
g/cd)を測定する用途にしか使用できないという問
題点があった。
リコン基板の中心部をエツチングにより薄肉として受圧
用ダイヤフラムとする構造であり、比較的低圧(30K
g/cd)を測定する用途にしか使用できないという問
題点があった。
内燃機関の燃焼圧を測定するには高温雰囲気(約500
℃)で高圧(例えばディーゼルエンジンの場合は最高圧
的100に!j/d)を測定する必要があり、本発明は
かかる高温下での高圧測定を精度良く行なうことが可能
な圧力検出器を提供することを目的とする。
℃)で高圧(例えばディーゼルエンジンの場合は最高圧
的100に!j/d)を測定する必要があり、本発明は
かかる高温下での高圧測定を精度良く行なうことが可能
な圧力検出器を提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段]
本発明の構成を第1図、第2図で説明すると、筒状ハウ
ジング3には先端開口にセンシングボデー2が保持せし
めており、該センシングボデー2は一部を薄肉として受
圧ダイヤフラム21としである。該ダイヤフラム21の
受圧面の反対面には圧力検出素子1が接合しである。上
記センシングボデー2は強度が大きく、かつ熱膨張係数
の小さい材料で構成され、かつ上記圧力検出素子1はシ
リコン基板11上に絶縁層12を介して形成した多結晶
シリコン層13に不純物をドープして半導体歪ゲージ素
子となしたもので構成されている。
ジング3には先端開口にセンシングボデー2が保持せし
めており、該センシングボデー2は一部を薄肉として受
圧ダイヤフラム21としである。該ダイヤフラム21の
受圧面の反対面には圧力検出素子1が接合しである。上
記センシングボデー2は強度が大きく、かつ熱膨張係数
の小さい材料で構成され、かつ上記圧力検出素子1はシ
リコン基板11上に絶縁層12を介して形成した多結晶
シリコン層13に不純物をドープして半導体歪ゲージ素
子となしたもので構成されている。
そして、上記シリコン基板を上記受圧ダイヤフラムの受
圧面の反対面に共晶接合により接合しである。
圧面の反対面に共晶接合により接合しである。
[作用、効果]
圧力が印加されると受圧ダイヤフラム21はこれに応じ
て変形し、上記ダイヤフラム21に一体に接合された圧
力検出素子1からは変形歪に応じた出力信号が発せられ
る。
て変形し、上記ダイヤフラム21に一体に接合された圧
力検出素子1からは変形歪に応じた出力信号が発せられ
る。
本発明によれば、上記圧力検出素子1上の半導体歪ゲー
ジ素子がPN接合構造を有しないから高温雰囲気での使
用が可能であり、しかも圧力検出素子1を強度が大きく
、かつ熱膨張係数の小さい材料よりなる受圧ダイヤフラ
ム21に充分な接合強度で共晶接合しであるから、高圧
を良好に測定することができる。
ジ素子がPN接合構造を有しないから高温雰囲気での使
用が可能であり、しかも圧力検出素子1を強度が大きく
、かつ熱膨張係数の小さい材料よりなる受圧ダイヤフラ
ム21に充分な接合強度で共晶接合しであるから、高圧
を良好に測定することができる。
[実施例]
第4図には圧力検出器の全体構造を示す。圧力検出器は
筒状ハウジング4を有し、該ハウジング4の小径の下半
部外周には取付用ネジ部4aが形成され、大径の上半部
外周は六角面としである。
筒状ハウジング4を有し、該ハウジング4の小径の下半
部外周には取付用ネジ部4aが形成され、大径の上半部
外周は六角面としである。
上記ハウジング4の先端開口には金属製筒状のセンシン
グヘッド3が溶接固定してあり、該センシングヘッド3
の先端開口には厚肉板状のセンシングボデー2が嵌着固
定しである。その詳細を第1図に示す。
グヘッド3が溶接固定してあり、該センシングヘッド3
の先端開口には厚肉板状のセンシングボデー2が嵌着固
定しである。その詳細を第1図に示す。
図において、センシングボデー2は中心部に向けて段階
的に薄肉としてあり、最小薄肉部を受圧用ダイアフラム
21となしてこれの直上に圧力検出素子1が接合される
。センシングボデー2は熱膨張係数が3iのそれと同程
度に小さい(2〜5X10−6i℃程度)Fe−Ni−
Go系合金(例えば三菱金属株式会社 商品名「コバー
ル」)よりなり、下面外周縁に設けた突壁2aをセンシ
ングヘッド3の開口縁に溶接固定しである。
的に薄肉としてあり、最小薄肉部を受圧用ダイアフラム
21となしてこれの直上に圧力検出素子1が接合される
。センシングボデー2は熱膨張係数が3iのそれと同程
度に小さい(2〜5X10−6i℃程度)Fe−Ni−
Go系合金(例えば三菱金属株式会社 商品名「コバー
ル」)よりなり、下面外周縁に設けた突壁2aをセンシ
ングヘッド3の開口縁に溶接固定しである。
圧力検出素子]の構造を第2図、第3図に示す。
基板11は100〜300μm厚さのシリコン単結晶板
であり、該基板11には上面全面に熱酸化により0.3
〜1.0μmの厚さで8102層12が形成され、この
上に減圧CVDにより約1μmの厚さで多結晶シリコン
層13が形成しである。
であり、該基板11には上面全面に熱酸化により0.3
〜1.0μmの厚さで8102層12が形成され、この
上に減圧CVDにより約1μmの厚さで多結晶シリコン
層13が形成しである。
該多結晶シリコン層13にはボロン(B)ないしリン(
P)を熱拡散によりドープし、これをドライエッチによ
ってパターンニングして半導体歪ゲージ素子13a、1
3.b、13c、13dを形成する。
P)を熱拡散によりドープし、これをドライエッチによ
ってパターンニングして半導体歪ゲージ素子13a、1
3.b、13c、13dを形成する。
上記多結晶シリコン層13上にはPtよりなる電極パタ
ーン14を形成し、各電極パターン14のパッド部14
1を除いて全体をSi3N4等のパッシベーション膜1
5で覆っである。上記各歪ゲージ素子13a〜13dは
受圧用ダイヤフラム21の周縁部直上に位置し、フルブ
リッジ回路を構成している。
ーン14を形成し、各電極パターン14のパッド部14
1を除いて全体をSi3N4等のパッシベーション膜1
5で覆っである。上記各歪ゲージ素子13a〜13dは
受圧用ダイヤフラム21の周縁部直上に位置し、フルブ
リッジ回路を構成している。
かかる構造の圧力検出素子1は接合層5(第1図)を介
してセンシングボデー2に接合固定しである。上記接合
層5はセンシングボデー2の上面にActをメッキし、
これをシリコン基板11のSiと共晶せしめることによ
り形成する。3iとAQは、第5図の状態図に示す如(
,3i含有率14.5%、温度830℃に共晶点を有し
、この温度付近で一定時間保持した後冷却して共晶接合
することができる。
してセンシングボデー2に接合固定しである。上記接合
層5はセンシングボデー2の上面にActをメッキし、
これをシリコン基板11のSiと共晶せしめることによ
り形成する。3iとAQは、第5図の状態図に示す如(
,3i含有率14.5%、温度830℃に共晶点を有し
、この温度付近で一定時間保持した後冷却して共晶接合
することができる。
上記圧力検出素子1の周囲にはアルミナ製リング板61
が配設してあり、該リング板61上に形成した複数の電
極(閃格)と圧力検出素子1上の上記各パッド部141
をAU線等のワイヤ線62で接続しである。上記リング
板61はろう付は等によりセンシングボデー2に固定す
る。リング板61の上記各電極にはリードピン63の下
端がろう付は固定してあり、各リードピン63はハウジ
ング4(第4図)内を通ってその上端部内に配設したタ
ーミナル板64に半田付は固定しである。
が配設してあり、該リング板61上に形成した複数の電
極(閃格)と圧力検出素子1上の上記各パッド部141
をAU線等のワイヤ線62で接続しである。上記リング
板61はろう付は等によりセンシングボデー2に固定す
る。リング板61の上記各電極にはリードピン63の下
端がろう付は固定してあり、各リードピン63はハウジ
ング4(第4図)内を通ってその上端部内に配設したタ
ーミナル板64に半田付は固定しである。
ターミナル板64の上方には増@および温度補償用の信
号処理回路を形成したセラミック基板65が配設され、
該基板65はリードピン67により上記ターミナル板6
4上に支持されるとともにこれに導通している。ハウジ
ング4の上端開口にはカバー体41が覆着してあり、そ
の中心を貫通せしめたリード線66の先端が上記基板6
5上の信号処理回路に接続しである。
号処理回路を形成したセラミック基板65が配設され、
該基板65はリードピン67により上記ターミナル板6
4上に支持されるとともにこれに導通している。ハウジ
ング4の上端開口にはカバー体41が覆着してあり、そ
の中心を貫通せしめたリード線66の先端が上記基板6
5上の信号処理回路に接続しである。
上記構造の圧力検出器をネジ部4aにより燃焼室壁に固
定するとセンシングヘッド3のテーパ部31(第1図)
が室壁に接する。この状態で燃焼圧が受圧用ダイヤフラ
ム21に印加されるとこれが変形し、変形歪に応じて半
導体歪ゲージ素子13a、13dの抵抗値が変化して出
力の度合に応じた信号が得られる。
定するとセンシングヘッド3のテーパ部31(第1図)
が室壁に接する。この状態で燃焼圧が受圧用ダイヤフラ
ム21に印加されるとこれが変形し、変形歪に応じて半
導体歪ゲージ素子13a、13dの抵抗値が変化して出
力の度合に応じた信号が得られる。
この際、ダイヤフラム21には高圧の燃焼圧が印加され
るが、Fe−Ni−Co系合金よりなる上記ダイヤフラ
ム21は充分な強度と対熱性を有し、かつこのダイヤフ
ラム21に共晶接合により圧力検出素子1が強固に接合
されていることにより、ダイヤフラム21の変形に応じ
た高感度の出力信号が得られる。
るが、Fe−Ni−Co系合金よりなる上記ダイヤフラ
ム21は充分な強度と対熱性を有し、かつこのダイヤフ
ラム21に共晶接合により圧力検出素子1が強固に接合
されていることにより、ダイヤフラム21の変形に応じ
た高感度の出力信号が得られる。
また、センシングボデー2が受ける熱はこれよりセンシ
ングヘッド3のテーパ部31を経て燃焼室壁に放散され
て、センシングボデー2の温度上昇が抑制され、かつ上
記圧力検出素子1は絶縁層としての8102層12上に
不純物をドープした多結晶シリコン層13を設けて半導
体歪ゲージ素子を形成したから500℃程度の高温雰囲
気でも高精度な測定が可能である。
ングヘッド3のテーパ部31を経て燃焼室壁に放散され
て、センシングボデー2の温度上昇が抑制され、かつ上
記圧力検出素子1は絶縁層としての8102層12上に
不純物をドープした多結晶シリコン層13を設けて半導
体歪ゲージ素子を形成したから500℃程度の高温雰囲
気でも高精度な測定が可能である。
センシングボデー2にはAg2O3、あるいはAg2O
3を含むSi3N4のセラミックを使用することができ
、これを第6図に示す。センシングボデー2は上面外周
縁をセンシングヘッド3の段付部に接合してあり、その
接合は第7図に示す如くセンシングボデー2側よりMo
メタライズ層71、N rメッキ層72、A(Jペース
トのろう付層73を積層して行なう。センシングボデー
2の下面外周縁は、リングシート74(第6図)を介し
てセンシングヘッド3の下端部を巻き締めし保持しであ
る。
3を含むSi3N4のセラミックを使用することができ
、これを第6図に示す。センシングボデー2は上面外周
縁をセンシングヘッド3の段付部に接合してあり、その
接合は第7図に示す如くセンシングボデー2側よりMo
メタライズ層71、N rメッキ層72、A(Jペース
トのろう付層73を積層して行なう。センシングボデー
2の下面外周縁は、リングシート74(第6図)を介し
てセンシングヘッド3の下端部を巻き締めし保持しであ
る。
この場合の圧力検出素子1とセンシングボデー2の接合
は、第8図に示す如く、センシングボデー面にMoない
しWのメタライズ層51を形成し、この上にAQ層52
をメッキしてこれとシリコン基板を共晶接合する。
は、第8図に示す如く、センシングボデー面にMoない
しWのメタライズ層51を形成し、この上にAQ層52
をメッキしてこれとシリコン基板を共晶接合する。
かかる構造によっても上記実施例と同様の効果が得られ
る。
る。
なお、上記各実施例のACIに代えてPtを使用するこ
ともできる。
ともできる。
第1図ないし第5図は本発明の一実施例を示し、第1図
は圧力検出器先端部の拡大断面図、第2図は圧力検出素
子の横断面図で、第3図の■−■線断面図、第3図は圧
力検出素子の平面図、第4図は圧力検出器の全体断面図
、第5図はAg−3iの状態図、第6図ないし第8図は
本発明の他の実施例を示し、第6図は圧力検出器先端部
の拡大断面図、第7図、第8図は要部断面図でそれぞれ
第6図のA部拡大断面図およびB部拡大断面図である。 1・・・・・・圧力検出素子 11・・・・・・シリコン基板 12・・・・・・絶縁層 13・・・・・・多結晶シリコン層 13a、13b、13c113CJ・−・−・半導体歪
ゲージ素子 2・・・・・・センシングポデー 21・・・・・・受圧ダイヤフラム 3・・・・・・センシングヘッド 4・・・・・・ハウジング 5・・・・・・共晶接合層 @1 図 第3図 第2図 第40 第5図 Ag Sit肩4’ (QiOm ’10)
S!@6図 第8図 第7図
は圧力検出器先端部の拡大断面図、第2図は圧力検出素
子の横断面図で、第3図の■−■線断面図、第3図は圧
力検出素子の平面図、第4図は圧力検出器の全体断面図
、第5図はAg−3iの状態図、第6図ないし第8図は
本発明の他の実施例を示し、第6図は圧力検出器先端部
の拡大断面図、第7図、第8図は要部断面図でそれぞれ
第6図のA部拡大断面図およびB部拡大断面図である。 1・・・・・・圧力検出素子 11・・・・・・シリコン基板 12・・・・・・絶縁層 13・・・・・・多結晶シリコン層 13a、13b、13c113CJ・−・−・半導体歪
ゲージ素子 2・・・・・・センシングポデー 21・・・・・・受圧ダイヤフラム 3・・・・・・センシングヘッド 4・・・・・・ハウジング 5・・・・・・共晶接合層 @1 図 第3図 第2図 第40 第5図 Ag Sit肩4’ (QiOm ’10)
S!@6図 第8図 第7図
Claims (3)
- (1)圧力室内へ突出する筒状ハウジングの先端開口に
センシングボデーを保持せしめ、該センシングボデーの
一部を薄肉として受圧ダイヤフラムとなすとともに該ダ
イヤフラムの受圧面の反対面に圧力検出素子を接合して
なり、上記センシングボデーを強度が大きく、かつ熱膨
脹率の小さい材料で構成するとともに、上記圧力検出素
子を、シリコン基板上に絶縁層を介して形成した多結晶
シリコン層に不純物をドープして半導体歪ゲージ素子と
なしたもので構成し、上記シリコン基板を上記受圧ダイ
ヤフラムに共晶接合により接合したことを特徴とする圧
力検出器。 - (2)上記センシングボデーをFe−Ni−Co系合金
で構成し、上記ダイヤフラムの受圧面の反対面にAgな
いしPtのメッキ層を形成して該メッキ層を上記シリコ
ン基板と共晶接合してなる特許請求の範囲第1項記載の
圧力検出器。 - (3)上記センシングボデーをAl_2O_3、ないし
Al_2O_3を含むSi_3N_4セラミックで構成
し、上記ダイヤフラムの受圧面の反対面にMoないしW
のメタライズ層を形成した後、該メタライズ層上にAg
ないしPtのメッキ層を形成して該メッキ層を上記シリ
コン基板と共晶接合してなる特許請求の範囲第1項記載
の圧力検出器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14915086A JPS635232A (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | 圧力検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14915086A JPS635232A (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | 圧力検出器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS635232A true JPS635232A (ja) | 1988-01-11 |
Family
ID=15468872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14915086A Pending JPS635232A (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | 圧力検出器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS635232A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5872315A (en) * | 1996-02-26 | 1999-02-16 | Denso Corporation | Pressure detecting apparatus |
JP2002257658A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-11 | Minebea Co Ltd | 高温計測用半導体式圧力センサ |
EP2783395A1 (en) | 2011-11-23 | 2014-10-01 | S3C, Inc. | Mechanical packaging technique of attaching mems and flex circuit |
-
1986
- 1986-06-25 JP JP14915086A patent/JPS635232A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5872315A (en) * | 1996-02-26 | 1999-02-16 | Denso Corporation | Pressure detecting apparatus |
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