(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の圧力センサ素子と、この圧力センサ素子が載置され被測定圧を導入する圧力導入部とが気密状態に接合された半導体圧力センサにおいて、上記圧力センサ素子の底面が載置される上記圧力導入部の面に、複数個の突起が設けられ、上記圧力センサ素子を上記圧力導入部に載置した状態で形成される間隙に、フロロシリコン樹脂からなる接着剤が充填され接合されたことを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】
半導体の圧力センサ素子と、この圧力センサ素子が載置され被測定圧を導入する圧力導入部とが気密状態に接合された半導体圧力センサにおいて、上記圧力センサ素子の底面に複数個の突起が設けられ、上記圧力センサ素子を上記圧力導入部に載置した状態で形成される間隙に、フロロシリコン樹脂からなる接着剤が充填され接合されたことを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項３】
半導体の圧力センサ素子と、この圧力センサ素子が載置され被測定圧を導入する圧力導入部とが気密状態に接合された半導体圧力センサにおいて、上記圧力センサ素子の底面が載置される上記圧力導入部の面に、各々頂点を有する複数個の突起が設けられ、上記圧力センサ素子を上記突起の各頂点を支点として上記圧力導入部に載置し、この状態で形成される間隙に接着剤を充填して接合したことを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項４】
半導体の圧力センサ素子と、この圧力センサ素子が載置され被測定圧を導入する圧力導入部とが気密状態に接合された半導体圧力センサにおいて、上記圧力センサ素子の底面に、各々頂点を有する複数個の突起が設けられ、上記突起の各頂点を支点として上記圧力センサ素子を上記圧力導入部に載置し、この状態で形成される間隙に接着剤を充填して接合したことを特徴とする半導体圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体圧力を半導体のダイヤフラムにより受けて、圧力を電気信号に変換して出力する半導体圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体の圧力を精度良く測ることのできる小型圧力センサとして半導体圧力センサが提供されている。特に、センサ素子とそれを取り付ける基台との間の熱膨張係数の差等で生じるノイズを解消した半導体圧力センサが、特開昭５９−１０２１３１号公報等に開示されている。この半導体圧力センサは、センサ素子と基台との間にゲル状シリコン樹脂を接着剤として介在させ、センサ素子と基台との間に熱膨張係数の違いによって発生する伸び縮みの差を吸収させることにより温度変化に伴うノイズを解消するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の半導体圧力センサは、キシレンガス、ＬＰＧ、ガソリンなどの有機溶媒ガスの圧力測定に使用すると、有機溶媒ガスがシリコン樹脂に浸透してシリコン樹脂を膨潤させるという問題があった。このメカニズムは、図８〜図１０に示すように、有機溶媒ガスを導入し始めると、その圧力で先ずセンサ素子２０のダイヤフラムが歪み、時間の経過とともに有機溶媒ガスと接する内側から次第に接合層２８が膨潤し、センサ素子２０のダイヤフラムに圧力がかかっている方向とは逆方向の歪みを生じさせ、図７（Ｂ）に示すように、圧力導入当初の出力信号にノイズが発生する。この歪みは、図９に示すように、センサ素子２０の角部が支点Ｄとなって生じる。そして、図１０のように膨潤が接合層２８全体に行き渡るにしたがい、図７（Ｂ）のグラフに示すようにセンサ素子２０のひずみは解消され出力信号は安定する。このように出力信号が安定するまでにはかなりの時間がかかり、また有機溶媒ガスを空気に切り替えると、再び出力信号は上記とは逆の工程を経るため、不安定になるという問題があった。従って、シリコン樹脂は、有機溶媒ガスの測定に使用するには問題が多いものであった。
【０００４】
一方、有機溶媒ガスの測定に使用可能な半導体圧力センサのセンサ素子と基台との接着剤としては、金属ロウ等の無機系接合剤や、耐溶剤性合成ゴム等の一部の有機系接合剤に限られていた。しかしこのような接着剤も、半導体圧力センサの要求接合条件に必ずしもマッチせず、精度、直線性、温度特性などのセンサ素子特性を犠牲にしているものであった。
【０００５】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、温度の変化等外部からの影響によるノイズが少なく、かつ有機溶媒ガスの圧力測定に精度良く使用することができる半導体圧力センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、半導体の圧力センサ素子と、この圧力センサ素子が載置され被測定圧を導入する圧力導入部とが気密状態に接合された半導体圧力センサであって、上記圧力センサ素子の底面が載置される上記圧力導入部の面、または上記センサ素子の底面に、複数個の突起が設けられ、上記圧力センサ素子を上記圧力導入部に載置した状態で形成される間隙に接着剤が充填され接合された半導体圧力センサである。上記接着剤は、シリコン樹脂系のフロロシリコン樹脂の接着剤である。
【０００７】
またこの発明は、半導体の圧力センサ素子と、この圧力センサ素子が載置され被測定圧を導入する圧力導入部とが気密状態に接合された半導体圧力センサであって、上記圧力センサ素子の底面が載置される上記圧力導入部の面に、各々頂点を有する複数個の突起が設けられ、上記圧力センサ素子を上記突起の各頂点を支点として上記圧力導入部に載置し、この状態で形成される間隙に接着剤を充填して接合した半導体圧力センサである。または、上記圧力センサ素子の底面に、各々頂点を有する複数個の突起が設けられ、上記突起の各頂点を支点として上記圧力センサ素子を上記圧力導入部に載置し、この状態で形成される間隙に接着剤を充填して接合した半導体圧力センサである。
【０００８】
この発明の半導体圧力センサは、被測定圧媒体である有機溶媒ガス等が圧力導入部を経て、半導体の圧力センサ素子側に直接侵入し、圧力センサ素子と圧力導入部の間隙の接着剤に有機溶媒ガスが接触し膨潤し始める。これにより、圧力センサ素子のダイヤフラムが変位しようとするが、圧力センサ素子の突起あるいは圧力導入部の突起が、ダイヤフラムの変位の支点となり、従来の図９に示すように印加圧力を打ち消すようには作用しないものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第一実施形態について、図面に基づいて説明する。図１〜図３はこの発明の圧力センサを示すものであり、矩形のＳｉ半導体の圧力センサ素子２０がセンサケース２１内に設けられ、圧力センサ素子２０とリードフレーム端子２２の基端部２２ａとが、金線２３によりワイヤボンディングされている。センサケース２１は、リードフレーム端子２２と、圧力導入部である圧力導入筒２５がインサート成型されている。圧力導入筒２５は、基端部にセンサ取り付け用のフランジ部２６が形成され、フランジ部２６の上面に圧力センサ素子２０が取り付けられている。
【００１０】
フランジ部２６には、直経５０μｍ程度の突起５２が、圧力センサ素子２０の四隅で圧力センサ素子２０の外壁より少し内側の部分に当接するように、各１個計４個設けられている。突起５２の上に圧力センサ素子２０が当接し、さらに突起５２を包むように圧力センサ素子２０とフランジ部２６の間隙に、フロロシリコン樹脂による接着剤３２が塗布されて接合層２８が形成され、圧力センサ素子２０の周囲が気密状態に接合されている。接合する方法は、接合面にフロロシリコン樹脂の接着剤３２を塗布し、その上から圧力センサ素子２０を載せ、十分に接合させるように圧力センサ素子２０を水平にわずかに振動させながら押圧し、接着剤３２を接合面に馴染ませて硬化させる。このとき突起５２がスペーサの役割を果たし接合層２８は一定の厚みを保つことができる。
【００１１】
そしてリードフレーム端子２２は、図４に示すように基板４０にハンダ付けされ、さらに基板４０に取り付けられた外部接続端子４２に接続される。ここで図４において中心線の右側がリードフレーム端子２２の長手方向の縦断面図であり、中心線の左側は、上記リードフレーム端子２２の長手方向と直交する方向の縦断面図である。基板４０が固定されたセンサケース２１は、外装ケース本体４１に取り付けられ、圧力導入筒２５と外装ケース本体４１の内壁面との間には、耐有機溶媒性ゴム等のＯリング４６が緊密にはめ込まれている。また、外装ケース本体４１には蓋部材４８が取り付けられ、蓋部材４８には大気圧側に接続される大気圧導入口４９が形成されている。
【００１２】
この実施形態の圧力センサの使用方法は、まず圧力導入部４５を被測定圧力側に接続し、大気圧導入口４９を大気圧側に開放する。圧力測定を行なう有機溶媒ガス等は、圧力導入部４５を通り、圧力導入筒２５を経て、圧力センサ素子２０の裏面側に直接接触し、圧力センサ素子２０はこの圧力により歪みが生じ、それに伴い変化する圧力センサ素子２０の抵抗値を検出し有機溶媒ガス等の圧力を測定する。
【００１３】
この実施形態の圧力センサは、有機溶媒ガスの測定に使用した場合、接合層２８に使用されている接着剤３２が、少々であるが図８〜１０に示すように有機溶媒ガスに接触して圧力センサ素子２０の内壁側から膨潤を生ずる。そして応力がかかる際に、圧力センサ素子２０の変位は、突起５２の頂点を支点とする。この部分は、圧力センサ素子２０の四隅であり、強度が最も高く応力による変化が最も小さい部分であるため、変位が少なく圧力センサ素子２０の歪みを最少に抑えることができる。また、一定の厚みを有するフロロシリコン樹脂３２が膨潤を互いに吸収し、圧力センサ素子２０の歪みを抑えることができる。また、圧力センサ素子２０をフランジ部２６に取り付ける際に、図２の二点鎖線に示すように、従来の圧力センサに生じていた、はみ出した接着剤３２が圧力センサ素子２０の側面へ這い上がるということがないため、圧力センサ素子２０の側面に応力が生じることが無く、圧力センサ素子２０に余分な歪みが発生しないものである。
【００１４】
また、気温の変化などで圧力センサ素子２０とフランジ部２６の間で、熱膨張の差によって応力が生じる場合も、圧力センサ素子２０と突起５２は点で接しているため、面で接するよりも応力が伝わりにくい。さらに、一定の厚みを有するフロロシリコン樹脂の接着剤３２によっても、熱膨張の差によって生ずる応力が吸収される。
【００１５】
この圧力センサは、有機溶媒ガスや温度変化などによる圧力センサ素子２０の歪みを解消し、出力信号を安定させ、流体圧力の測定を正確に行なうものである。また、作業性を犠牲にすることなく均一の厚みを有する接合層２８を形成することができるので、均一の商品を安定して製造することができる。
【００１６】
次にこの発明の第二実施形態について図５、図６にもとづいて説明する。ここで、上記の実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の圧力センサは、圧力センサ素子２０の底面の四隅で外壁から少し内側の位置に各一個適当な大きさの半球状の突起５４が設けられている。突起５４はフランジ部２６に当接し、突起５４を包むように圧力センサ素子２０とフランジ部２６の間隙にフロロシリコン樹脂の接着剤３２が充填され、接合層２８が形成されている。この実施形態によっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
なお、この発明の圧力センサは、上記各実施形態に限定されるものではなく、各部材の形状や位置、また素材など変更可能なものである。突起の形状や位置も適宜変更可能であり、圧力センサ素子や、圧力導入部と一体にまたは別体に形成可能なものである。
【００１８】
【実施例】
図７は、この発明の一実施例の圧力センサをＬＰＧガスに使用したときの出力信号の変化を、従来品の測定結果と比較したチャートである。縦軸は出力信号の電圧を示し、横軸は時間を示す。このチャートによると、ＬＰＧ導入直後に、従来品の場合、出力信号に大きな振幅が生じ、時間の経過にともなって出力が減衰し、かなりの時間をかけて安定な出力となる。それに比べ、この実施例では、ＬＰＧ導入時に圧力がかかることによる波形の変化を生ずるが、直後から安定な出力波形となる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明の圧力センサは、キシレンガスやＬＰＧガスなどの有機物溶解能の大きなガスに使用しても、出力に初期ドリフトが発生せず、安定した出力信号が得られるもので、使用当初より正確な測定が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施形態の圧力センサ装置の縦断面図である。
【図２】この第一実施形態の半導体圧力センサの圧力センサ素子とフランジ部の接合層の拡大縦断面図である。
【図３】この第一実施形態の半導体圧力センサのフランジ部とセンサケースの正面図である。
【図４】この第一実施形態の半導体圧力センサを外装ケースに取り付けた状態の縦断面図である。
【図５】この発明の第二実施形態の半導体圧力センサの部分拡大縦断面図である。
【図６】この第二実施例の半導体圧力センサの圧力センサ素子の正面図である。
【図７】この発明の一実施例の半導体圧力センサに有機溶媒ガスを導入したときの出力信号（Ａ）と従来品の出力信号（Ｂ）とを比較したチャートである。
【図８】有機溶媒ガス導入前の半導体圧力センサのシリコン樹脂接着剤を示す模式図である。
【図９】有機溶媒ガス導入時の半導体圧力センサのシリコン樹脂接着剤の挙動を示す模式図である。
【図１０】有機溶媒ガス導入後の半導体圧力センサのシリコン樹脂接着剤を示す模式図である。
２０    圧力センサ素子
２５    圧力導入筒
２８    接合層
３２    接着剤
５２，５４    突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003593397.tif 000010
【図１０】
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