(57)【要約】【課題】本発明は、ピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成される半導体圧力センサチップを使用した圧力センサにおいて、温度変化による半導体圧力センサチップ、支持部材、接着剤の線膨張係数の相違により生じる半導体圧力センサチップの歪を低減し、圧力センサの精度の向上を図ることを目的とする。【解決手段】本発明の圧力センサ１００は、内部にダイヤフラム部１２６ａ１を有する半導体圧力センサチップ１２６と、半導体圧力センサチップ１２６を支持する支柱１２５と、半導体圧力センサチップ１２６と支柱１２５を接着して固定する接着剤層１２５Ａとを備える。接着剤層１２５Ａの接着領域は、半導体圧力センサチップ１２６のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５の投影面積よりも小さいことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にダイヤフラム部を有する半導体圧力センサチップと、
前記半導体圧力センサチップを支持する支持部材と、
前記半導体圧力センサチップと前記支持部材を接着して固定する接着剤層と
を備える圧力センサにおいて、
前記接着剤層の接着領域は、前記半導体圧力センサチップの前記ダイヤフラム部の前記支持部材に対する投影面積よりも小さいことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記接着剤層の接着領域の位置は、前記半導体圧力センサチップの前記ダイヤフラム部の支持部材に対する投影箇所の内側であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記支持部材には、前記接着剤層の接着領域に合わせた領域の平坦面を有する突起部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記支持部材は、外部に対して絶縁して固定される金属性の支柱であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記支持部材は、前記圧力センサの筐体を構成するベースであることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記支持部材には、さらに、前記ベースと前記半導体圧力センサチップとの間に配置され、取付基板が含まれることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記取付基板の前記半導体圧力センサチップが固定される一方の面に、導電層が形成されることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記ベースは、導電性の材質で形成されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項９】
前記ベースは、絶縁性の材質で形成されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサに関し、特にピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成される半導体圧力センサチップを使用した圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から流体の圧力を検出する圧力センサとして、例えば、特許文献１に記載されたピエゾ抵抗効果方式や、その他、静電容量検出方式、または、シリコンレゾナント方式のような半導体圧力センサチップを使用した圧力センサが知られている。
【０００３】
このうち最も一般的なピエゾ抵抗効果方式の半導体圧力センサチップでは、ピエゾ抵抗効果を有する材料（例えば、単結晶シリコン）にダイヤフラム部が形成され、このダイヤフラム部の表面に複数の半導体歪みゲージが形成され、これらの半導体歪みゲージがブリッジ接続され、ブリッジ回路が形成される。そして、検出されるべき流体の圧力の変動により、ダイヤフラム部が変形し、これに応じて半導体歪みゲージのゲージ抵抗が変化し、この変化がブリッジ回路を介して電気信号として取り出され、これにより流体の圧力が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３６１３０８号公報
【特許文献２】特許第３９８７３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような半導体圧力センサチップを使用した圧力センサでは、周囲温度が変化すると、半導体圧力センサチップ、これを支持する支持部材、及び、接着剤の線膨張係数の差異により熱応力が発生する。つまり、例えば周囲温度が低下した場合には半導体圧力センサチップと比較して線膨張係数の大きい接着剤が収縮し、逆に周囲温度が上昇した場合には半導体圧力センサチップと比較して接着剤が膨張する。この場合に半導体センサチップは、接着剤で拘束されているため、半導体センサチップと接着剤の間には熱応力が発生する。また、接着剤と支持部材の間にも同様の理由で熱応力が発生する。
【０００６】
このような熱応力の発生により半導体圧力センサが歪み、半導体圧力センサチップの出力特性が変化し、センサ出力の精度が低下するという問題が従来から知られている。これは、半導体圧力センサチップでは、上述のように内部に形成されたダイヤフラム部に流体を導入して圧力を検出するため、半導体センサチップが歪むと、内部のダイヤフラム部も歪み、正確に圧力を検出することができないことが原因となっている。
【０００７】
また、接着剤の粘弾性の性質により、圧力センサの温度応答性の遅れにより精度が悪化するという問題も従来から知られている。
【０００８】
従って、本発明の圧力センサは、ピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成される半導体圧力センサチップを使用した圧力センサにおいて、温度変化による半導体圧力センサチップ、支持部材、接着剤等の線膨張係数の差異により生じる半導体圧力センサチップの歪を低減し、圧力センサの精度の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の圧力センサは、内部にダイヤフラム部を有する半導体圧力センサチップと、前記半導体圧力センサチップを支持する支持部材と、前記半導体圧力センサチップと前記支持部材を接着して固定する接着剤層とを備える圧力センサにおいて、前記接着剤層の接着領域は、前記半導体圧力センサチップの前記ダイヤフラム部の支持部材に対する投影面積よりも小さいことを特徴とすることを特徴とする。
【００１０】
また、前記接着剤層の接着領域の位置は、前記半導体圧力センサチップの前記ダイヤフラム部の支持部材に対する投影箇所の内側であるものとしてもよい。
【００１１】
また、前記支持部材には、前記接着剤層の接着領域に合わせた領域の平坦面を有する突起部が設けられるものとしてもよい。
【００１２】
また、前記支持部材は、外部に対して絶縁して固定される金属性の支柱であるものとしてもよい。
【００１３】
また、前記支持部材は、前記圧力センサの筐体を構成するベースであるものとしてもよい。
【００１４】
また、前記支持部材には、さらに、前記ベースと前記半導体圧力センサチップとの間に配置され、取付基板が含まれるものとしてもよい。
【００１５】
また、前記取付基板の前記半導体圧力センサチップが固定される一方の面に、導電層が形成されるものとしてもよい。
【００１６】
また、前記ベースは、導電性の材質で形成されるものとしてもよい。
【００１７】
また、前記ベースは、絶縁性の材質で形成されるものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の圧力センサによれば、ピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成される半導体圧力センサチップを使用した圧力センサにおいて、温度変化による半導体圧力センサチップ、支持部材、接着剤等の線膨張係数の差異により生じる半導体圧力センサチップの歪を低減し、圧力センサの精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の圧力センサである液封形の圧力センサの全体を示す縦断面図である。
【図３】従来の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第６の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第７の実施形態の圧力センサの半導体圧力センサチップの取り付け構造を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態の圧力センサ１００の半導体圧力センサチップ１２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
【００２２】
図１において、半導体圧力センサチップ１２６は、接着剤を塗布して形成される接着剤層１２５Ａを介して支柱１２５等の支持部材に取り付けられる。その後、半導体圧力センサチップ１２６のリード端子（図示を省略する）と、複数のリードピン１２８は、ワイヤボンディング工程により、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６Ａにより接続される。
【００２３】
半導体圧力センサチップ１２６としては、ここではピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成されるものが使用される。ピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサチップ１２６は、ピエゾ抵抗効果を有する材料（例えば、単結晶シリコン）からなるダイヤフラム部１２６ａ１を有する半導体基板部１２６ａと、ガラス等からなる台座部１２６ｂとから主に構成される。半導体基板部１２６ａと、台座部１２６ｂは、陽極接合法などにより接合され、半導体基板部１２６ａのダイヤフラム部１２６ａ１と、台座部１２６ｂとの間の空間は、基準圧力チャンバとなる。半導体基板部１２６ａのダイヤフラム部１２６ａ１には、複数の半導体歪みゲージが形成され、これらの半導体歪みゲージをブリッジ接続したブリッジ回路が構成される。このブリッジ回路により、外気圧と基準圧力チャンバとの圧力差により生じたダイヤフラム部１２６ａ１の変形を、半導体歪みゲージのゲージ抵抗の変化として、電気信号を取り出し、流体の圧力が検出される。
【００２４】
接着剤層１２５Ａとしては、シリコーン系、ウレタン系、フッ素系の接着剤、ゲル、ゴム、エラストマーが使用されるものとしてもよい。
【００２５】
図１に示すように、本発明の圧力センサ１００では、支柱１２５と半導体圧力センサチップ１２６を固定する接着剤層１２５Ａの接着領域が所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積よりも小さくなっている。
【００２６】
この接着剤層１２５Ａの接着領域について、図３に示す従来の圧力センサ３００を使用して説明する。
【００２７】
図３は、従来の圧力センサ３００の半導体圧力センサチップ１２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
【００２８】
図３において、従来の圧力センサ３００の半導体圧力センサチップ１２６は、支柱１２５の全面に塗布された接着剤により形成される接着剤層３２５Ａにより固定される。半導体圧力センサチップ１２６のリード端子（図示を省略する）と、複数のリードピン１２８は、ワイヤボンディング工程により、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６Ａにより接続される。
【００２９】
図３に示す従来の圧力センサ３００の半導体圧力センサチップ１２６の取り付け構造では、接着剤層３２５Ａが支柱１２５の全面に形成されているため、半導体圧力センサチップ１２６に対する、接着剤層３２５Ａ及び支柱１２５の拘束力が強くなっていた。このため、これらの線膨張係数の差異により発生する熱応力の影響により、半導体圧力センサチップ１２６が歪み、半導体圧力センサチップ１２６の出力特性が変化し、半導体圧力センサチップ３２６の出力精度が低下するという問題があった。また、接着剤層３２５Ａの粘弾性の性質により、熱応力が変化した際に応力が平衡状態になるまでに時間がかかるため、圧力センサの温度応答性が悪化することも知られているが、上述のように拘束力が強いため、この影響も考慮すべきという問題もあった。
【００３０】
これに対して、図１に示す本発明の第１の実施形態の圧力センサ１００では、接着剤を塗布して形成される接着剤層１２５Ａの接着領域が、所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積よりも小さくなっている。このように接着剤層１２５Ａの接着領域を小さくすることにより、半導体圧力センサチップ１２６に対する拘束力が弱くなり、互いの線膨張係数の差異による熱応力を抑制でき、半導体圧力センサチップ１２６の歪を防止できる。
【００３１】
なお、接着剤層１２５Ａの接着領域を、半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積よりも小さくすることにより、更なる効果が期待できる。つまり、半導体圧力センサチップ１２６の圧力検出部であるダイヤフラム部１２６ａ１は、上述のように、検出されるべき流体が導入され変形を繰り返している。ダイヤフラム部１２６ａ１のような変形部分に対応する場所のみを接着領域とした場合には、歪が生じにくいが、変形していないダイヤフラム部１２６ａ１の周囲の部分を接着領域とした場合には、半導体圧力センサチップ１２６はより強固に拘束され熱応力による歪が生じ易くなり、検出精度が悪化する。
【００３２】
このため、本実施形態のように、接着剤層１２５Ａの接着領域を所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ１２６のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積より小さくすることにより、温度変化による半導体圧力センサチップ１２６、支柱１２５、接着剤層１２５Ａの線膨張係数の相違により生じる半導体圧力センサチップ１２６の歪を低減し、精度向上及び温度応答性の改善を図ることができる。また、さらに、上述と同様の理由により、接着剤層１２５Ａの接着領域の位置は、半導体圧力センサチップ１２６のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影箇所の内側であることが望ましい。
【００３３】
また、接着剤層は斯かる例に限られることなく、たとえば、薄いフィルムの両面に接着剤層が形成されている、粘着性フィルムであってもよい。
【００３４】
ここで、図１に示す半導体圧力センサチップ１２６の取り付け構造を有する本発明の圧力センサの一例として、液封型の圧力センサ１００の全体構造を説明する。
【００３５】
図２は、本発明の第１の実施形態の圧力センサである液封形の圧力センサ１００の全体を示す縦断面図である。
【００３６】
図２において、液封型の圧力センサ１００は、圧力検出される流体を後述する圧力室１１２Ａに導入する流体導入部１１０と、圧力室１１２Ａの流体の圧力を検出する圧力検出部１２０と、圧力検出部１２０で検出された圧力信号を外部に送出する信号送出部１３０と、流体導入部１１０、圧力検出部１２０、及び、信号送出部１３０を覆うカバー部材１４０とを備える。
【００３７】
流体導入部１１０は、圧力検出される流体が導かれる配管に接続される金属製の継手部材１１１と、継手部材１１１の配管に接続される端部と別の端部に溶接等により接続されるお椀形状を有する金属製のベースプレート１１２とを備える。
【００３８】
継手部材１１１には、配管の接続部の雄ねじ部にねじ込まれる雌ねじ部１１１ａと、配管から導入された流体を圧力室１１２Ａに導くポート１１１ｂとが形成される。ポート１１１ｂの開口端は、ベースプレート１１２の中央に設けられた開口部に溶接等により接続される。なお、ここでは、継手部材１１１に雌ねじ部１１１ａが設けられるものとしたが、雄ねじが設けられるものとしてもよく、または、継手部材１１１の代わりに、銅製の接続パイプが接続されるものとしてもよい。ベースプレート１１２は、継手部材１１１と対向する側に向かい広がるお椀形状を有し、後述するダイヤフラム１２２との間に圧力室１１２Ａを形成する。
【００３９】
圧力検出部１２０は、貫通孔を有するハウジング１２１と、上述の圧力室１１２Ａと後述する液封室１２４Ａとを隔絶するダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム１２２の圧力室１１２Ａ側に配置されるダイヤフラム保護カバー１２３と、ハウジング１２１の貫通孔内部にはめ込まれるハーメチックガラス１２４と、ハーメチックガラス１２４の圧力室１１２Ａ側の凹部とダイヤフラム１２２との間にシリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等の圧力伝達媒体ＰＭが充填される液封室１２４Ａと、ハーメチックガラス１２４の中央の貫通孔に配置される支柱１２５と、支柱１２５に固定され液封室１２４Ａ内部に配置される半導体圧力センサチップ１２６と、液封室１２４Ａの周囲に配置される電位調整部材１２７と、ハーメチックガラス１２４に固定される複数のリードピン１２８と、ハーメチックガラス１２４に固定されるオイル充填用パイプ１２９とを備える。
【００４０】
ハウジング１２１は、例えばＦｅ・Ｎｉ系合金やステンレス等の金属材料により形成される。ダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム保護カバー１２３は、共に金属材料で形成され、共にハウジング１２１の圧力室１１２Ａ側の貫通孔の外周縁部において溶接される。ダイヤフラム保護カバー１２３は、ダイヤフラム１２２を保護するために圧力室１１２Ａ内部に設けられ、流体導入部１１０から導入された流体が通過するための複数の連通孔１２３ａが設けられる。ハウジング１２１は、圧力検出部１２０が組み立てられた後、流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周縁部において、溶接等により接続される。
【００４１】
支柱１２５は、液封室１２４Ａ側に、半導体圧力センサチップ１２６が接着剤層１２５Ａにより接着して固定されるものである。上述したように、本発明の圧力センサ１００では、支柱１２５と半導体圧力センサチップ１２６を固定する接着剤層１２５Ａの接着領域が所定の領域、ここでは半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積より小さくなっている。半導体圧力センサチップ１２６は、上述のように流体導入部１１０から圧力室１１２Ａに導入された流体の圧力を、ダイヤフラム１２２を介して液封室１２４Ａ内の圧力伝達媒体ＰＭの圧力変動として検出するものである。
【００４２】
電位調整部材１２７は、特許文献２に記載されているように、半導体圧力センサチップ１２６を無電界（ゼロ電位）内に置き、フレームアースと２次電源との間に生じる電位の影響でチップ内の回路などが悪影響を受けないようにするために設けられる。電位調整部材１２７は、液封室１２４Ａ内の半導体圧力センサチップ１２６とダイヤフラム１２２との間に配置され、金属等の導電性の材料で形成され、半導体圧力センサチップ１２６のゼロ電位に接続される端子に接続される。
【００４３】
ハーメチックガラス１２４には、複数のリードピン１２８と、オイル充填用パイプ１２９が貫通状態でハーメチック処理により固定される。本実施形態では、リードピン１２８として、全部で８本のリードピン１２８が設けられている。すなわち、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、駆動電圧供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本のリードピン１２８と、半導体圧力センサチップ１２６の調整用の端子として５本のリードピン１２８が設けられている。なお、図２においては、８本のリードピン１２８のうち４本が示されている。複数のリードピン１２８は、例えば、金またはアルミニウム製のボンディングワイヤ１２６Ａにより半導体圧力センサチップ１２６に接続され、半導体圧力センサチップ１２６の外部入出力端子を構成している。
【００４４】
オイル充填用パイプ１２９は、液封室１２４Ａの内部に圧力伝達媒体ＰＭを充填するために設けられる。なお、オイル充填用パイプ１２９の一方の端部は、オイル充填後、図２の点線で示されるように、押し潰されて閉塞される。
【００４５】
信号送出部１３０は、圧力検出部１２０の圧力室１１２Ａに対向する側に設けられ、複数のリードピン１２８を配列する端子台１３１と、端子台１３１に接着剤１３２ａにより固定され、複数のリードピン１２８に接続される複数の接続端子１３２と、複数の接続端子１３２の外端部に半田付け等により電気的に接続される複数の電線１３３と、ハウジング１２１の上端部と端子台１３１の間にシリコーン系接着剤で形成される静電気保護層１３４とを備える。なお、静電気保護層１３４は、エポキシ樹脂などの接着剤でも良い。
【００４６】
端子台１３１は、略円柱形状であって、当該円柱の中段付近に、上述の複数のリードピン１２８をガイドするためのガイド壁を有する形状に形成され、樹脂材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により形成される。端子台１３１は、例えば、静電気保護層１３４に使用されている接着剤により、圧力検出部１２０のハウジング１２１の上部に固定される。
【００４７】
接続端子１３２は、金属材料で形成され、端子台１３１の上述の固定壁より上段の円柱側壁に垂直に接着剤１３２ａにより固定される。なお、本実施形態では、外部入出力用（Ｖｏｕｔ）、駆動電圧供給用（Ｖｃｃ）、接地用（ＧＮＤ）の３本の接続端子１３２が設けられる。３本の接続端子１３２の内端部は、それぞれ対応するリードピン１２８に溶接等により電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、３本の接続端子１３２に接続するために３本の電線１３３が設けられる。電線１３３は、電線１３３のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された被覆をはがした芯線１３３ａに予め予備半田を行い、その撚り線を束ねたものを、上述の接続端子１３２に半田付けや溶接等により接続端子１３２に電気的に接続されるが、この接続方法には限定されず、その他の方法で接続してもよい。また、３本の電線１３３は、圧力センサ１００の周囲を覆うカバー部材１４０から引き出された後、３本束ねた状態にしてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等で形成された保護チューブ（図示を省略する）で覆われる。
【００４９】
静電気保護層１３４は、ＥＳＤ保護回路の有無に影響されることなく、圧力検出部１２０の静電気耐力を向上させるために設けられるものである。静電気保護層１３４は、主に、ハーメチックガラス１２４の上端面を覆うようにハウジング１２１の上端面に塗布され、シリコーン系接着剤により形成される所定の厚さを有する環状の接着層１３４ａと、複数のリードピン１２８が突出するハーメチックガラス１２４の上端面全体に塗布され、シリコーン系接着剤からなる被覆層１３４ｂとから構成される。端子台１３１の空洞部を形成する内周面であって、ハーメチックガラス１２４の上端面に向き合う内周面には、ハーメチックガラス１２４に向けて突出する環状突起部１３１ａが形成されている。環状突起部１３１ａの突出長さは、被覆層１３４ｂの粘性等に応じて設定される。このように環状突起部１３１ａが形成されることにより、塗布された被覆層１３４ｂの一部が、表面張力により環状突起部１３１ａと、端子台１３１の空洞部を形成する内周面のうちハーメチックガラス１２４の上端面に略直交する部分との間の狭い空間内に引っ張られて保持されるので、被覆層１３４ｂが端子台１３１の空洞部内における一方側に偏ることなく塗布されることとなる。また、被覆層１３４ｂは、ハーメチックガラス１２４の上端面に所定の厚さで形成されるが、図２の部分１３４ｃに示すように、ハーメチックガラス１２４の上端面から突出する複数のリードピン１２８の一部分をさらに覆うように形成されてもよい。
【００５０】
カバー部材１４０は、略円筒形状で圧力検出部１２０及び信号送出部１３０の周囲を覆う防水ケース１４１と、端子台１３１の上部に被される端子台キャップ１４２と、防水ケース１４１の内周面とハウジング１２１の外周面及び端子台１３１の外周面との間を充填する封止剤１４３とを備える。
【００５１】
端子台キャップ１４２は、例えば樹脂材料により形成される。端子台キャップ１４２は、本実施形態では、上述の円柱形状の端子台１３１の上部を塞ぐ形状に形成され、ウレタン系樹脂等の封止剤１４３が充填される前に端子台１３１の上部に被される。しかしながら、端子台キャップ１４２はこの形状には限定されず、端子台１３１の上部及び防水ケース１４１の上部を一体として塞ぐ形状に形成され、封止剤１４３が充填された後に被されるものとしても、または、端子台キャップ１４２とは別に新たな蓋部材が設けられ、端子台キャップ１４２及び封止剤１４３が配置された後に、防水ケース１４１の上部に新たな蓋部材が被されるものとしてもよい。
【００５２】
防水ケース１４１は、樹脂材料、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により略円筒形状に形成され、円筒形状の下端部には、内側に向かうフランジ部が設けられている。このフランジ部には、防水ケース１４１の上部の開口部から挿入された信号送出部１３０及び圧力検出部１２０が接続された流体導入部１１０のベースプレート１１２の外周部が当接する。この状態で封止剤１４３を充填することにより圧力検出部１２０等の内部の部品が固定される。
【００５３】
以上のように、本発明の第１の実施形態の圧力センサ１００によれば、接着剤層１２５Ａの接着領域を、所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱１２５に対する投影面積よりも小さくすることにより、半導体圧力センサチップ１２６に対する拘束力が弱くなる。従って、互いの線膨張係数の差異による熱応力の影響を抑制でき、半導体圧力センサチップ１２６の歪を防止でき、圧力センサ１００の温度応答性の改善による圧力センサ１００の精度の向上を図ることができる。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００５５】
図４は、本発明の第２の実施形態の圧力センサ４００の半導体圧力センサチップ１２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
【００５６】
図４において、圧力センサ４００は、図１に示す圧力センサ１００と比較して、支柱４２５の表面に、接着剤層４２５Ａの接着領域に合わせた大きさの平坦面を有する突起部４２５ａが設けられ、その部分にのみ接着剤層４２５Ａが形成される点が異なり、その他の点は圧力センサ１００と同じである。なお、突起部４２５ａの平坦面は、半導体圧力センサチップ１２６の内部のダイヤフラム部１２６ａ１の支柱４２５に対する投影面積よりも小さいものとしてもよい。同様の構成要素には、同様の符号を付し、説明を省略する。
【００５７】
以上のように、本発明の第２の実施形態の圧力センサ４００によっても、第１の実施形態の圧力センサ１００と同様の作用効果を奏することができる。さらに、突起部４２５ａの平坦面の大きさに合わせて、安定した接着剤層の広さで接着剤層４２５Ａを形成できるので、半導体圧力センサチップ１２６を容易に取り付けることができ、圧力センサ４００の更なる精度の向上を図ることができる。
【００５８】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５９】
図５は、本発明の第３の実施形態の圧力センサ５００の半導体圧力センサチップ５２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
【００６０】
図５において、圧力センサ５００は、図１に示す圧力センサ１００と比較して、支持部材として、支柱１２５の代わりに、圧力センサ５００の筐体を構成するベース５２５が設けられ、半導体圧力センサチップ５２６がこのベース５２５に接着剤層５２５Ａを介して固定される点が異なる。
【００６１】
なお、本実施形態において、ベース５２５は、半導体圧力センサチップ５２６のシールド性を高めるため、ステンレスを含む金属のような導電性の材料で形成される。このため、ボンディングワイヤ５２６Ａにより半導体圧力センサチップ５２６に接続された複数のリードピン５２８のそれぞれは、絶縁性のハーメチックガラス５２４を介して、ベース５２５に貫通して固定される。
【００６２】
本実施形態でも、ベース５２５に形成される接着剤層５２５Ａの接着領域は、所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ５２６の内部のダイヤフラム部５２６ａ１のベース５２５に対する投影面積よりも小さくなっている。このように接着剤層５２５Ａの接着領域を小さくすることにより、半導体圧力センサチップ５２６に対する拘束力が弱くなり、互いの線膨張係数の差異による熱応力の影響を抑制でき、半導体圧力センサチップ５２６の歪を防止できる。
【００６３】
以上のように、本発明の第３の実施形態の圧力センサ５００によっても、第１の実施形態の圧力センサ１００と同様の作用効果を奏することができる。さらに、支柱１２５の代わりに導電性の材料で形成されたベース５２５に接着剤層５２５Ａを介して半導体圧力センサチップ５２６を取り付けた場合であっても、半導体圧力センサチップ５２６の歪を抑制して取り付けることができる。
【００６４】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００６５】
図６は、本発明の第４の実施形態の圧力センサ６００の半導体圧力センサチップ５２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
【００６６】
図６において、圧力センサ６００は、図５に示す圧力センサ５００と比較して、ステンレス製のような導電性の材料により形成されたベース６２５の表面に、接着剤層６２５Ａの接着領域に合わせた大きさの平坦面を有する突起部６２５ａが設けられ、その部分にのみ接着剤層６２５Ａが形成される点が異なり、その他の点は圧力センサ５００と同じである。同様の構成要素には、同様の符号を付し、説明を省略する。
【００６７】
以上のように、本発明の第４の実施形態の圧力センサ６００によっても、第３の実施形態の圧力センサ５００と同様の作用効果を奏することができる。さらに、突起部６２５ａの平坦面の大きさに合わせて、安定した接着剤層の広さで接着剤層６２５Ａを形成できるので、半導体圧力センサチップ５２６を容易に取り付けることができ、圧力センサ６００の更なる精度の向上を図ることができる。
【００６８】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
【００６９】
図７は、本発明の第５の実施形態の圧力センサ７００の半導体圧力センサチップ７２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
【００７０】
図７において、圧力センサ７００は、図５に示す圧力センサ５００と比較して、支持部材として、金属のような導電性の材料で形成されたベース５２５の代わりに、樹脂、セラミック等の絶縁性の材料で形成されたベース７２５が設けられ、半導体圧力センサチップ７２６がこのベース７２５に接着剤層７２５Ａを介して固定される点が異なる。
【００７１】
なお、本実施形態において、ベース７２５として、樹脂、セラミック等の絶縁材を使用することにより、材料の加工性が向上し工数が削減でき、さらに、導電性の複数のリードピン７２８を固定するために、絶縁性のハーメチックガラスを使用する必要もなくなり、製造原価も低廉に抑制できる。
【００７２】
本実施形態でも、ベース７２５に形成される接着剤層７２５Ａの接着領域は、所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ７２６の内部のダイヤフラム部７２６ａ１のベース７２５に対する投影面積よりも小さくなっている。このように接着剤層７２５Ａの接着領域を小さくすることにより、半導体圧力センサチップ７２６に対する拘束力が弱くなり、互いの線膨張係数の差異による熱応力の影響を抑制でき、半導体圧力センサチップ７２６の歪を防止できる。
【００７３】
以上のように、本発明の第５の実施形態の圧力センサ７００によっても、第３の実施形態の圧力センサ５００と同様の作用効果を奏することができ、さらに、導電性の材料で形成されたベース５２５の代わりに絶縁性の材料で形成されたベース７２５に接着剤層７２５Ａを介して半導体圧力センサチップ７２６を取り付けた場合であっても、半導体圧力センサチップ７２６の歪を抑制して取り付けることができる。
【００７４】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
【００７５】
図８は、本発明の第６の実施形態の圧力センサ８００の半導体圧力センサチップ７２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
【００７６】
図８において、圧力センサ８００は、図７に示す圧力センサ７００と比較して、樹脂、セラミック等の絶縁性の材料により形成されたベース８２５の表面に、接着剤層８２５Ａの接着領域に合わせた大きさの平坦面を有する突起部８２５ａが設けられ、その部分にのみ接着剤層８２５Ａが形成される点が異なり、その他の点は圧力センサ７００と同じである。同様の構成要素には、同様の符号を付し、説明を省略する。
【００７７】
以上のように、本発明の第６の実施形態の圧力センサ８００によっても、第５の実施形態の圧力センサ７００と同様の作用効果を奏することができる。さらに、突起部８２５ａの平坦面の大きさに合わせて、安定した接着剤層の広さで接着剤層８２５Ａを形成できるので、半導体圧力センサチップ７２６を容易に取り付けることができ、圧力センサ８００の更なる精度の向上を図ることができる。
【００７８】
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
【００７９】
図９は、本発明の第７の実施形態の圧力センサ９００の半導体圧力センサチップ５２６の取り付け構造を示す縦断面図である。
【００８０】
図９において、圧力センサ９００は、図５に示す圧力センサ５００と比較して、金属等の導電性の材料で形成されたベース５２５と、半導体圧力センサチップ５２６との間に、取付基板９２５が配置されることが異なり、その他の点は圧力センサ５００と同じである。同様の構成要素には、同様の符号を付し、説明を省略する。
【００８１】
取付基板９２５は、例えば、樹脂、ガラス、セラミックなどの絶縁材料で形成され、ベース５２５に接着剤層５２５ａ等で固定される。これにより半導体圧力センサチップ５２６は、金属等の導電性の材料で形成されたベース５２５に対して電気的に絶縁される。
【００８２】
また、取付基板９２５のベース５２５に対向する側には、半導体圧力センサチップ５２６が接着剤層９２５Ａにより固定される。本実施形態でも、取付基板９２５に形成される接着剤層９２５Ａの接着領域は、所定の領域、例えば半導体圧力センサチップ５２６の内部のダイヤフラム部５２６ａ１の取付基板９２５に対する投影面積よりも小さくなっている。
【００８３】
ここで、取付基板９２５の半導体圧力センサチップ５２６が固定される一方の面に、貼着、蒸着、めっき、フォトリソグラフィ等により、導電層９２５ａが形成されるものとしてもよい。この導電層９２５ａは、金、銀、銅、アルミニウム等のうちのいずれかの金属および合金膜により形成されるものとしてもよい。導電層９２５ａは半導体圧力センサチップ５２６のゼロ電位に接続される端子に接続されている。このように、取付基板９２５に導電層９２５ａを設け、ゼロ電位に接続されることにより、半導体圧力センサチップ５２６は制御回路側のゼロ電位に配置されるため、半導体圧力センサチップ５２６の電位が不安定な状態に配置されることを解消できると共に、半導体圧力センサチップ５２６のベース５２５に対する絶縁性の向上を図ることができる。さらに、取付基板９２５単体で接着剤層９２５Ａの接着領域に該当する箇所にレーザー照射、ブラスト処理などの表面改質を行うことができる。そうすることにより、接着剤の流動性に応じて、接着剤層９２５Ａの接着領域の大きさを調整することが可能となる。
【００８４】
なお、本実施形態では、取付基板９２５を、金属等の導電性の材料で形成されたベース５２５に固定するものとしたが、これには限定されず、図７に示す圧力センサ７００のように、樹脂、セラミック等の絶縁性の材料で形成されたベース７２５に固定するものとしてもよい。また、本実施形態では、取付基板９２５に導電層９２５ａを設けるものとしたが、導電層９２５ａを設けず、樹脂、ガラス、セラミックなどの絶縁材料のみで形成されるものとしてもよい。
【００８５】
またさらに、取付基板９２５の表面に、接着剤層９２５Ａの接着領域に合せた大きさの平坦面を有する突起部が設けられ、その部分にのみ接着剤層９２５Ａが形成されていてもよい。このような構成により、接着領域に該当する突起部の形成が取付基板９２５のみで行うことができる。従来のベース５２５、ベース７２５に接着領域を形成する方法よりも容易な加工が可能である。
【００８６】
またさらに、図１に示す圧力センサ１００や、図４に示す圧力センサ２００のように、液封室１２４Ａ内の支柱１２５、支柱４２５の表面に取付基板９２５を介して半導体圧力センサチップ１２６を固定してもよい。またさらに、図１に示す圧力センサ１００や図４に示す圧力センサ２００において、支柱１２５、支柱４２５がなく、液封室１２４Ａ内のハーメチックガラス１２４に、取付基板９２５を介して半導体圧力センサチップ１２６を固定してもよい。図１及び図４の形態において、取付基板９２５は絶縁材料に限らず、導電性材料であってもよいし、絶縁性材料に導電層が形成されているものでもよい。
【００８７】
以上のように、本発明の第７の実施形態の圧力センサ９００によっても、第３の実施形態の圧力センサ５００と同様の作用効果を奏することができ、さらに、ベース５２５の材質によらず、取付基板単体で接着領域を形成できるため、ベースに直接加工を行う形態よりも安易な加工で実現ができ、半導体圧力センサチップ５２６を固定することができる。
【００８８】
なお、本発明の第１乃至第７の実施形態の液封型の圧力センサを例にとり、本発明の圧力センサを説明してきたが、これには限定されず、ピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成される半導体圧力センサチップを使用する他の圧力センサに適用することもできる。
【００８９】
以上のように、本発明の圧力センサによれば、ピエゾ抵抗効果方式のように内部にダイヤフラム部が形成される半導体圧力センサチップを使用した圧力センサにおいて、温度変化による半導体圧力センサチップ、支持部材、接着剤の線膨張係数の相違により生じる半導体圧力センサチップの歪を低減し、圧力センサの精度の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１００、４００、５００、６００、７００、８００、９００  圧力センサ
１１０  流体導入部
１１１  継手部材
１１１ａ  雌ねじ部
１１１ｂ  ポート
１１２  ベースプレート
１１２Ａ  圧力室
１２０  圧力検出部
１２１  ハウジング
１２２  ダイヤフラム
１２３  ダイヤフラム保護カバー
１２３ａ  連通孔
１２４、５２４  ハーメチックガラス
１２４Ａ  液封室
１２５、４２５  支柱
１２５Ａ、４２５Ａ、５２５Ａ、６２５Ａ、７２５Ａ、８２５Ａ、９２５Ａ  接着剤層
１２６、５２６、７２６  半導体圧力センサチップ
１２６ａ、５２６ａ、７２６ａ  半導体基板部
１２６ａ１、５２６ａ１、７２６ａ１  ダイヤフラム部
１２６ｂ、５２６ｂ、７２６ｂ  台座部
１２６Ａ、５２６Ａ、７２６Ａ  ボンディングワイヤ
１２７  電位調整部材
１２８、５２８、７２８  リードピン
１２９  オイル充填用パイプ
１３０  信号送出部
１３１  端子台
１３２  接続端子
１３２ａ  接着剤
１３３  電線
１３３ａ  芯線
１３４  静電気保護層
１３４ａ  接着層
１３４ｂ  被覆層
１３４ｃ  部分
１４０  カバー部材
１４１  防水ケース
１４２  端子台キャップ
１４３  封止剤
４２５ａ、６２５ａ、８２５ａ  突起部
５２５、６２５、７２５、８２５  ベース
９２５  取付基板
９２５ａ  導電層
【図１】
2019109196.tif 000003
【図２】
2019109196.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019109196.tif 000006
【図５】
2019109196.tif 000007
【図６】
2019109196.tif 000008
【図７】
2019109196.tif 000009
【図８】
2019109196.tif 000010
【図９】
2019109196.tif 000011