(57)【要約】【課題】  金属ハーメチックシールにＳｉチップを接着した構成の圧力センサで、圧力計の様な片側大気開放下で使用する場合においても、金属ハーメチックシールとＳｉチップ間で十分な静電耐圧を安定して確保する。【解決手段】  圧力を検出する為のダイアフラムが形成されているシリコン（Ｓｉ）チップと、導圧孔が形成されている金属ハーメチックシールとを、接着剤を用いて直接接合させる圧力センサにおいて、Ｓｉチップが接着される、金属ハーメチックシール側の表面上に、凸面形状の個所（メサ）を具備し、Ｓｉチップと金属ハーメチックシールの接着部で、メサの凸面形状の全周囲が一定厚以上の接着剤で覆われる様に接着することを特徴とし、さらにメサの位置を、接着剤層を施したときにダイアフラムまでの最適な導圧路が形成される位置に合わせて設けたことを特徴とする圧力センサ。【選択図】                    図１
2005140718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を検出するダイアフラムが形成されているＳｉチップと、導圧孔が形成された金属ハーメチックシールとを、接着剤を用いて接合される圧力センサにおいて、
前記金属ハーメチックシールの前記Ｓｉチップと向き合う側の表面上に、凸面形状のメサを具備することを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記メサは、金属ハーメチックシールとＳｉチップとの静電耐圧が十分となる高さに設定さ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３】
前記金属ハーメチックシールと前記Ｓｉチップとを接合する箇所は、前記メサ部分の表面に、前記接着剤を隙間なく覆う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】
前記金属ハーメチックシールと前記Ｓｉチップとを接着することにより、前記メサと前記接着剤とが、前記導圧孔から前記ダイアフラムまでの導圧路を形成す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】
前記金属ハーメチックシールと前記Ｓｉチップとが接合されている箇所では、前記メサ部分の表面に対して覆う前記接着剤が、予め定めた一定の厚さ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】
前記メサが、前記金属ハーメチックシール表面から一様に等しい高さに設けられてい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７】
前記メサの断面形状が方形または前記金属ハーメチックシール表面側を長辺または短辺とする台形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８】
前記接着剤は、前記メサの凸面状突起部位の表面全体、または少なくともその一部分と該接着剤表面とが接触する形状に合わせて、予め内側に凹面形状の成型加工が施されていることを特徴とする固形接着剤であることを特徴とする請求項１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、被測定流体の圧力を検出する圧力検出器が形成されたシリコン（Ｓｉ）チップと、金属台座（金属ハーメチックシール）とを接着剤により接合して構成された圧力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のような圧力センサに関連する先行技術としては以下の文献がある。
【０００３】
【特許文献１】特願２０００−１６９２８７号
【特許文献２】特願２０００−１４８１７１号
【特許文献３】特願平１１−３３１４７９号
【０００４】
図２はこのような従来の圧力センサの構成図である。
【０００５】
図２の構成図が示す従来の圧力センサでは、金属台座としての金属ハーメチックシール６と、圧力検出器としてダイヤフラム８を備えたＳｉチップ１との間に、ガラス台座９が介在している。
【０００６】
ガラス台座９には導圧孔７２が設けられ、金属ハーメチックシール６に設けられた導圧孔７と連結されている。導圧孔７と導圧孔７２は、共にダイヤフラム８まで被測定流体の印加圧力を伝える作用をもつ。
【０００７】
ダイヤフラム８で検出された圧力は、Ｓｉチップ１上で電気信号に変換され、ワイヤーボンド４を介してリードピン５へ伝送される。リードピン５はさらに圧力センサのケースに備えられた、測定信号の外部出力端子（図示しない）へと導通されている。
【０００８】
ここで、ガラス台座９は、従来の圧力センサにおいては電気的な絶縁体としての作用と、力に伴うダイヤフラム８の変形を予め考慮した金属ハーメチックシール６に対する機械的絶縁体としての作用との観点から設けられている。
【０００９】
しかしながら図２の様に、金属ハーメチックシール６に対しガラス台座９、さらにＳｉチップ１を組み合わせて構成する圧力センサは、以下のような問題があった。
【００１０】
すなわち電気的および機械的な絶縁部材として作用する、ガラス台座９は、下面の金属ハーメチックシール６と、さらには上面の半導体であるＳｉチップ１との接合面とを夫々有する。
【００１１】
このため絶縁部材としてのガラス台座９は、上下の接合面での機械的強度や加工精度が要求される。さらに該圧力センサの製造工程に煩雑さをもたらすと同時に、コスト面でも不利であった。
【００１２】
また、導圧孔７は、金属ハーメチックシール６部分に加えてガラス台座９にも導圧孔７２を設ける必要があり、金属ハーメチックシール６とガラス台座９を接着加工する際は、加工精度と強度の確保が必要であった。
【００１３】
以上の問題に鑑みて、図２の構成に対してあえて絶縁部材としてのガラス台座９を省略した圧力センサも提案されている。図３は、図２の構成からガラス台座を省略し金属ハーメチックシール６に対してＳｉチップ１を接着剤２により直接固定した構成の圧力センサである。
【００１４】
図３の構成図が示す圧力センサでは、金属台座としての金属ハーメチックシール６に、圧力検出器としてダイヤフラム８を備えたＳｉチップ１が、接着剤２を介し直接接合されている。
【００１５】
また、導圧孔７からダイヤフラム８までの導圧経路として、図２の構成で示したガラス台座９が備える導圧孔７２は、図３の構成では、接着剤２の層が形成する導圧路７３で代替される。
このため図２のガラス台座９に相当する部材が省略でき、材料費と加工費を共に低減できた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところが、図３の様に金属ハーメチックシール６上に接着剤を用いてＳｉチップ１を接合すると、金属ハーメチック６とＳｉチップ１間の最短距離が接着剤２の厚み分しか確保できない。
【００１７】
一般的には接着剤２を使用した場合に、接合部において実用上得られる接着剤層の厚みは数百μｍｍのオーダーである。
【００１８】
このため、Ｓｉチップ１の片端を大気開放とする場合、金属ハーメチック６とＳｉチップ１間の材質は、接着剤２のみとなるため静電耐圧が高く取れないという問題があった。
【００１９】
この様な圧力センサを用いて差圧伝送器などを構成する場合は、シリコンオイル等を封入すれば絶縁耐力が上がることが知られているが、前述した様に圧力センサとして片側を大気開放下で使用する場合においては、金属ハーメチックシール６とＳｉチップ１間は、十分な静電耐圧を確保できない。
【００２０】
また、片側大気開放の圧力センサで静電耐圧を上げるため接着剤２を厚く塗布すると、Ｓｉチップ１上面から圧力を受けた場合に、厚い層の接着剤２は弾性を持ち内側に座屈する。この結果、圧力を受けている間は接合箇所の内、特に接着剤２外縁部での静電耐圧が低下するという問題があった。
【００２１】
さらに図３の構成の圧力センサでは、金属ハーメチックシール６上にＳｉチップ１を接合する際に塗布された接着剤２の壁面によって導圧路７３が形成される。
【００２２】
このため、接着剤２の分布形状に依存する、ダイヤフラム８に達するまでの導圧路７３の内側壁面は、形状を安定して形成することが困難であった。また、接着剤２層の厚みの分布を全ての接合箇所で均一としなければ、金属ハーメチックシール６とＳｉチップ１間の静電耐圧が一様と成らなかった。
【００２３】
本発明が解決しようとする課題は、金属ハーメチックシール６にＳｉチップ１を接着した構成の圧力センサで、片側大気開放下で使用する場合においても、金属ハーメチックシール６とＳｉチップ１間で一定かつ十分な静電耐圧を確保すると共に、ダイヤフラム８の内側表面までの導圧路を安定した形状で形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述した問題を達成するため、請求項１記載の発明は、
圧力を検出するダイアフラムが形成されているＳｉチップと、導圧孔が形成された金属ハーメチックシールとを、接着剤を用いて接合される圧力センサにおいて、
前記金属ハーメチックシールの前記Ｓｉチップと向き合う側の表面上に、凸面形状のメサを具備することを特徴とする、圧力センサである。
【００２５】
請求項２記載の発明は、
前記メサは、金属ハーメチックシールとＳｉチップとの静電耐圧が十分となる高さに設定されることを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサである。
【００２６】
請求項３記載の発明は、
前記金属ハーメチックシールと前記Ｓｉチップとを接合する箇所は、前記メサ部分の表面に、前記接着剤を隙間なく覆うことを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサである。
【００２７】
請求項４記載の発明は、
前記金属ハーメチックシールと前記Ｓｉチップとを接着することにより、前記メサと前記接着剤とが、前記導圧孔から前記ダイアフラムまでの導圧路を形成することを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサである。
【００２８】
請求項５記載の発明は、
前記金属ハーメチックシールと前記Ｓｉチップとを前記の接着剤により接合された箇所では、前記メサ部分の表面に対して覆う前記の接着剤は、予め定めた一定の厚さであることを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサである。
【００２９】
請求項６記載の発明は、
前記メサが、前記金属ハーメチックシール表面から均一の高さに設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサである。
【００３０】
請求項７記載の発明は、
前記メサの突起部断面の形状が方形または、前記金属ハーメチックシール表面側を長辺または短辺とする台形である、請求項１に記載の圧力センサである。
【００３１】
請求項８記載の発明は、
前記接着剤は、前記メサの凸面状突起部位の表面全体、または少なくともその一部分と該接着剤表面とが接触する形状に合わせて、予め内側に凹面形状の成型加工が施されていることを特徴とした固形接着剤であることを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサである。
【発明の効果】
【００３２】
上述した本発明によれば次のような効果がある。
請求項１の発明によれば、金属ハーメチックシールとＳｉチップとを直接接着させた状態でも、両者の間隔は接着剤の厚みに、さらに前述したメサの高さの距離を追加できる。
【００３３】
このため接着面において、圧力検出器を備えたＳｉチップと、金属製のハーメチックシール間の静電耐圧値が改善する効果が生じる。
【００３４】
さらに、Ｓｉチップ上面から圧力が印加される場合であっても、接着剤のみでは避けられなかった従来の接合部の外縁個所などに生じる機械的な変形が、メサの作用により防止できる。
【００３５】
請求項２の発明によれば、前述したメサは、前記金属ハーメチックシールとＳｉチップ間の静電耐圧値が十分確保できる高さに設定されているので、金属ハーメチックシールとＳｉチップ間では一定の静電耐圧値が保障できる。
【００３６】
請求項３の発明によれば、前記メサ部分の全表面に対して、前記の接着剤が隙間なく覆われる様に分布しているので、前記Ｓｉチップ上面すなわち接着剤の外側から圧力が印加された場合であっても安定した静電耐圧値を提供できる。
【００３７】
請求項４の発明によれば、前記メサは、前記金属ハーメチックシールが備えている導圧孔から、前記Ｓｉチップが備えているダイアフラムまでの導圧路を提供する様に形成されているので、金属ハーメチックシールとＳｉチップとを接着剤を介し直接接着させて圧力センサを構成しても、メサの形状に沿った一定規格の導圧路をダイアフラムに接続できる。
【００３８】
請求項５の発明によれば、前記メサ部分の全表面に対して、前記の接着剤が予め定められた厚さで被っているので、前記Ｓｉチップ上面すなわち接着剤の外側から圧力が印加された場合であっても安定した静電耐圧値を保証できる。
【００３９】
請求項６の発明によれば、前記メサは前記金属ハーメチックシール表面から均一の高さで形成されているため、前記金属ハーメチックシールと前記Ｓｉチップ間の静電耐圧は接合面において常に一定値以上の静電耐圧値を安定して提供できる。
【００４０】
請求項７の発明によれば、メサの断面形状が方形もしくは台形としてあるため、金属ハーメチックシール側に設けてある金属台座を貫通する導圧孔と連続し、しかも任意の角度で傾斜を成す様にしてダイアフラムと接続する導圧孔が、メサ斜面に沿って表面を覆った接着剤を介して成型できる。
【００４１】
これにより、従来はガラス台座によって提供されていた、金属ハーメチックシール導圧孔出口からＳｉチップ上のセンサに達するまでの導圧路（導圧孔）が、接着加工の工程で副次的に生成できる効果が生じる。
【００４２】
このためメサ断面の傾斜角度によって、前述のＳｉチップ上のセンサに達するまでの導圧路（導圧孔）については、内径の連続変化（メサ断面形状を台形にする）区間または、内径の一定（メサ断面形状を方形にする）区間など、自在な設定ができる。  
【００４３】
請求項８の発明によれば、製造工程が簡略化できると共に均一規格の接着剤層が安定して提供できる。
【００４４】
このため、メサ全体を均等の厚みで取り囲む一定規格の接着剤層を、安価にしかも効率よく製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明を図面によって詳細に説明する。図１は本発明に係る圧力センサで最良の一実施例の構成を示した断面図である。
【００４６】
図１において使用している符号で、図２と図３でも使用している同一符号は、同一機能を備えた部材であるから説明は省略する。
【００４７】
本発明の構造上の特徴は、Ｓｉチップ１と対向する、金属ハーメチックシール６の表面上に、凸面形状に予め形成された構造物であるメサ３を設け、その凸形状部位の全周囲を隙間無く取り囲む一定厚以上の接着剤２が、Ｓｉチップ１と金属ハーメチックシール６とを接着していることである。
【００４８】
図１のｄは、メサ３の凸面形状部位の全体を隙間無く被っている接着剤２の層厚の最低規格値を示している。
【００４９】
図１のｈは任意の静電耐圧を得るのに必要なメサ３の金属ハーメチックシール６の表面上からの高さの規格値を示している。
【００５０】
このため、Ｓｉチップ１と金属ハーメチックシール６の間隔は、接着剤２の層厚ｄに加え、金属ハーメチックシールが予め具備しているメサ３の高さｈを追加できる。
したがって、Ｓｉチップ１と金属ハーメチックシール６の接合箇所が、接着剤２のみで構成されている場合に比べ、静電耐圧値を改善できる。
【００５１】
さらにメサ３は、接着剤２の層に対する、芯または柱に相当する支持構造材として作用するため、ダイアフラム８への圧力印加時における、接着剤２の変形を防止もしくは最小限とする効果がある。
【００５２】
このため安定した機械的強度と、一定値以上の静電耐圧値を両立して確保できる。
【００５３】
また、製造のし易さの観点から図１の実施例では、金属ハーメチックシール６に設けるメサ３の断面形状は、方形を採用している。
【００５４】
メサ３は、金属ハーメチックシール６に構造物として設置するか、または金属ハーメチックシール６と一体成型してもよい。
【００５５】
このとき、メサ３は、接着剤２を施した後の状態で最適な導圧路７１を形成する様に、金属ハーメチックシール６に具備してある導圧孔７およびＳｉチップ１上のダイアフラム８に対しそれぞれ最適となる位置に合わせて、設置または形成している。
【００５６】
このため、図２に示した様なガラス台座９に相当する部材を省略できると共に、接着の際のダイアフラム８に対する導圧孔７の位置合わせのみで、導圧孔７と完全に適合する導圧路７１を安定して確保できる。
【００５７】
ところで図１の圧力センサの製造工程では、金属ハーメチックシール６にＳｉチップ１を接着する場合、メサ３の凸面形状部位の表面全体と接触する様、予め内側を凹面形状に成型加工された固形パレット状の接着剤２を被せ、次いでＳｉチップを乗せて加熱するようにしても良い。
【００５８】
このため、メサ全体を均等の厚みで取り囲む一定規格の接着剤層が、効率よく形成されている。
【００５９】
以上説明した様に、本発明の請求項１から請求項８によれば、金属ハーメチックシールとＳｉチップとを直接接着する構成であって、シリコンオイル等を封入しない大気開放の条件下で圧力センサとして運用する場合であっても、接合部に施された接着剤と前記メサとの相補作用によって、金属ハーメチックシールとＳｉチップ間で十分な静電耐圧値と、安定した導圧路とを効率よく提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明を実施した、圧力センサの一例を示す断面図である。
【図２】金属ハーメチックシールとガラス台座さらにＳｉチップを組み合わせて構成した、従来の圧力センサ例を示す断面図である。
【図３】ガラス台座を省略した、従来の圧力センサの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  Ｓｉチップ
２  接着剤
３  メサ
４  ワイヤーボンド
５  リードピン
６  金属ハーメチックシール
７  導圧孔
７１  導圧路
７２  導圧孔
７３  導圧路
８  ダイヤフラム
９  ガラス台座
【図１】
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【図２】
2005140718.tif 000004
【図３】
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