JPH0313832A

JPH0313832A - 半導体圧力センサ

Info

Publication number: JPH0313832A
Application number: JP14887689A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Koike; 靖弘小池; Norihiro Imai; 今井　典浩
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1991-01-22

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　　要〕本発明は、半導体素子の一方の面を外部からの圧力の加
わる受圧面とし、その裏面に感圧素子を設け、さらにそ
の半導体素子の裏面に、貫通孔を有する支持部材を接合
し、上記感圧素子の出力を貫通孔を介して取り出したも
のである。これにより、感圧素子が圧力検出を行う検出
媒体に直接さらされることが無いので、圧力センサの構
造を簡素にでき、しかも高圧力下でも使用可能となる。

。〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば油圧制御や自動車等の吸気圧、排気圧
などの検出に使用される半導体圧力センサに関する。

〔従来の技術〕

第５図は、従来の半導体圧力センサの断面図である。同
図において、ステムｌ上には台座２が接合又は接着され
て固定されている。この台座２上にはシリコン基板上に
歪みゲージ３を形成してなる半導体感圧素子４が接合さ
れ、この半導体感圧素子４の裏面と台座２との間には真
空に保たれた基準圧力室５が設けられている。これら台
座２及び半導体感圧素子４とで圧力素子６を構成してい
る。また、上記半導体感圧素子４上には歪みゲージ３に
接続する電極７が形成され、この電極７はステム１を貫
通して設けられたリード端子８にボンディングワイヤ９
を介して接続されている。

また、上記ステム１には金属ダイアフラム１０が溶接等
により接合され、その内部にはシリコンオイル１１等の
不活性液が封入されている。

上記構成の半導体センサでは、金属ダイアフラムｌＯに
圧力が加わると、その圧力はシリコンオイル１１を圧力
媒体として半導体感圧素子４に加わり、半導体感圧素子
４を歪ませる。そして、その歪みに応じて歪みゲージ３
の抵抗値が変化し、その抵抗値の変化がリード端子８を
介して外部回路で検出され、外部から加わった圧力が検
出される。

第６図は従来の他の半導体圧力センサの断面図である。

同図において、第５図に示したものと同じ部材には同一
符号を付けて説明を省略する。

この半導体センサにおいては、半導体感圧素子４の台座
２との接合面側には凹部１２が設けられている。さらに
、台座２及びステム１の中心軸に沿って貫通孔１３が設
けられ、その貫通孔１３は半導体感圧素子４の凹部１２
に通じている。

上記構成の半導体圧力センサでは、外部の圧力はステム
１及び台座２の貫通孔１３を介して半導体感圧素子４の
凹部１２に加わり、半導体感圧素子４を歪ませる。その
歪みにより歪みゲージ３の抵抗値が変化し、抵抗値変化
がリード端子８を介して外部回路で検出され圧力検出が
行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した半導体圧力センサでは、半導体表面に形成され
る感圧素子（例えば歪みゲージ）や電極が、圧力検出を
行う圧力媒体（気体又は液体）により侵されないように
、感圧素子が圧力媒体に直接触れないような構造にして
いる。

例えば、第５図に示した半導体圧力センサでは、金属ダ
イアフラム１０でシリコンオイル１１を封止することで
、半導体感圧素子４が圧力媒体に直接触れないようにし
ている。

また、第６図に示した半導体圧力センサでは、感圧素子
及び電極等が形成された面の裏面を受圧面とすることに
より、感圧素子及び電極の形成された面が外部の圧力媒
体に直接触れないようにしている。

しかしながら、第５図のような構造とした場合には、金
属ダイアフラム１０をステム１に溶接し、さらにその金
属ダイアフラム１０内にシリコンオイルを封入する必要
があり、半導体圧力センサの構造が複雑になるという欠
点があった。また、封入されたシリコンオイル等の温度
特性により検出圧力の零点が変動するという欠点があっ
た。

また、第６図のような構造とした場合には、半導体感圧
素子４の凹部１２に加わる圧力が、半導体感圧素子４と
台座２との接合面に引っ張り応力として作用する為に、
接合面の破損等が生じ易く高圧力の検出には使用できな
いという欠点があった。

さらに、上記いずれの構造の半導体圧力センサにおいて
も、例えば圧力基準室５及び外部の圧力を加えるための
凹部１２をエツチング等により形成した後、その裏面に
歪みゲージ３等の感圧部を形成する場合には、エツチン
グ部の位置に対し歪みゲージ３の位置がずれないように
位置合わせを行う必要があり、素子作成の工程が煩雑と
なるという問題点もあった。

本発明の課題は、簡単な構造で、かつエツチング部との
位置合わせを不要とし、広い圧力範囲で使用可能な半導
体圧力センサを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、外部から加わる圧力を半導体素子上に設けら
れた感圧素子で検出する半導体圧力センサにおいて、半
導体素子の一方の面を外部から加わる圧力の受圧面とし
、その裏面に感圧素子を設け、上記半導体素子の裏面に
、貫通孔を有する支持部材を接合し、上記感圧素子の出
力を支持部材の貫通孔を介して取り出したものである。

〔作　　　用〕

上記構成の半導体圧力センサにおいて、感圧素子を受圧
面の裏面に設けたので、感圧素子が圧力雰囲気に直接さ
らされることが無い、しかも、支持部材の貫通孔を介し
て感圧素子の出力を取り出すことにより、外部から加わ
る圧力が半導体素子と支持部材との接合面に圧縮応力と
して作用する面を受圧面とすることができ、高圧力まで
使用できる圧力センサを実現できる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例の半導体圧力センサの断面
図である。

同図おいて、例えばシリコン基板からなる半導体感圧素
子２１の下面２１ａには、２つのダイアフラム（凹部）
２２がエツチング等により形成されている。それら２つ
のダイアフラム２２に挟まれた領域２１ｂ上には、拡散
等により歪みゲージが形成されている。

第２図は、上記半導体圧力センサの主要部の透視斜視図
である。

２つのダイアフラム２２に挟まれた領域２１ｂ上には、
４個の歪みゲージ２３が形成されている。

各歪みゲージ間は導電性のパターンにより接続され、全
体としてフルブリッジ回路を構成している。

さらに、半導体感圧素子下面２１ａには、４個の電極バ
ッド２４が形成され、それら電極バッド２４は上記フル
ブリッジ回路の各接続点に接続されている。この電極バ
ッド２４は、領域２４ｂ上に形成しても良い。

本実施例においては、半導体感圧素子２１の上面２１ｃ
を受圧面としたとき、受圧面に加わる圧力による半導体
感圧素子２１の歪みが良く検出できるように、２つのダ
イアフラム２２を設けて、半導体感圧素子２１の断面形
状をＥ字状にしているが、ダイアフラム２２の形状、個
数及び歪みゲージ２３の配置は他の構成とすることもで
きる。

例えば、半導体感圧素子２１の裏面に１つの凹部（ダイ
アフラム）を設け、その凹部の底面に歪みゲージ２３を
配置することもできる。

第１図に戻り、半導体感圧素子２１は、上記歪みゲージ
２３及び電極バッド２４が露出する程度の大きさの貫通
孔２５ａを有する台座２５に接合され、その台座２５は
、台座２５の貫通孔２５ａと同じ大きさもしくは、それ
以上の大きさの貫通孔２６ａを有するステム２６に固定
されている。

また、歪みゲージ２３に接続された電極バッド２４は、
ステム２６の下面に設けられた電極２７に、ボンディン
グワイヤ２８を介して接続されている。

以上のような構成の圧力センサにおいて、半導体感圧素
子２１の上面に、外部から圧力が加わると、半導体感圧
素子２１が歪み、その歪みが２つのダイアフラム２２に
挟まれた領域２１ｂ上に形成された歪みゲージ２３の抵
抗値の変化となって現れる。このとき半導体感圧素子２
１の受圧面に加わる圧力は、台座２５との接合面に対し
て圧縮方向の応力として作用し、接合面を剥離する方向
の応力は働かないので高圧力下でも零圧カセンサを使用
することができる。

上記歪みゲージ２３の抵抗値の変化は、電極２７を介し
て外部回路（図示せず）で検出され、圧力センサに加わ
った圧力が検出される。

上述したように半導体感圧素子２１の受圧面の裏面に歪
みゲージ２３などの感圧素子を形成したので、感圧素子
が圧力検出を行う気体又は液体に直接触れる事が無く、
腐食性の気体又は液体であっても感圧素子が腐食するこ
とがない。従って、従来のように金属ダイアフラム等を
用いて圧力センサを封止構造とする必要がないので、封
入したシリコンオイル等の熱膨張による圧力誤差が生じ
ることが無く、しかも圧力センサの構造を簡素にできる
ので、圧力センサの製造コストを低減できる。

さらに、歪みゲージ２３及び電極バッド２４とエツチン
グにより形成するダイアフラム２２とを同一面に設けた
ので、従来のように半導体感圧素子の一方の面に基準圧
力室などの凹部を設け、他方の面に歪みゲージなどを形
成する場合に必要となる両者の位置合わせが不要となり
、素子の製造工程を簡単にすることができる。

次に第３図は、本発明の第２の実施例の圧力センサの断
面図である。

本実施例では、ステム２９をシリコン基板などからなる
半導体感圧素子２１とほぼ同じ線膨張係数を有するガラ
ス、セラミックなどで構成し、そのステム２９上に半導
体感圧素子２１を接合、接着などにより固定したもので
ある。本実施例によれば、圧力センサの構造をさらに簡
素にでき、ステム２９の貫通孔を介してのボンディング
ワイヤ２８の引き出しがより容易になる。

さらに、第４図は、本発明の第３の実施例の圧力センサ
の断面図である。

本実施例では、ステム３０上に半導体感圧素子２１を接
合し、その半導体感圧素子２１上に台座３１を接合した
ものである０本実施例によれば、ステム３０の貫通孔を
介してのボンディングワイヤ２８の引き出しを容易にで
きると共に、台座３１で半導体感圧素子２１を補強して
、ステム３０と半導体感圧素子２１との間に生じる熱応
力等による半導体感圧素子２１の歪みを低減することが
できる。

尚、半導体感圧素子は上述したシリコン基板上に歪みゲ
ージを設けたものに限らず、圧力を検出できるものであ
ればなんでも良い。

また、受圧面の裏面に形成する凹部（ダイアフラム２２
）は、上述した形状に限らず、使用する半導体感圧素子
の材質、形状等により、圧力検出に適した形状にすれば
良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、受圧面の裏面に歪みゲージなどの感圧
素子を形成できるので、検出する圧力媒体と感圧素子と
が直接触れることが無く、圧力センサの構造を簡素にで
き、圧力センサの小型化、低コスト化が図れる。しかも
、受圧面の圧力が半導体感圧素子と台座等との接合面に
対し圧縮応力として作用するので、高圧力下でも使用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の断面図、第２図は、
第１の実施例の主要部の透視斜視図、第３図は、本発明
の第２の実施例の断面図、第４図は、本発明の第３の実
施例の断面図、第５図及び第６図は従来の半導体圧力セ
ンサの断面図である。２１・・・半導体感圧素子、２２・・・ダイアフラム、２５・・・台座、２５ａ・・・貫通孔、２６・・・ステム、２７・・・電極、２８・・・ボンディングワイヤ。第１図

Claims

【特許請求の範囲】１）外部から加わる圧力を半導体素子上に設けた感圧素
子で検出する半導体圧力センサにおいて、半導体素子の
一方の面を外部から加わる圧力の受圧面とし、その裏面
に感圧素子を設け、該半導体素子の裏面に、貫通孔を有する支持部材を接合
し、前記半導体素子の裏面に設けた感圧素子の出力を、前記
支持部材の貫通孔を介して取り出したことを特徴とする
半導体圧力センサ。２）半導体素子の受圧面の裏面に少なくとも２つの凹部
を設け、該２つの凹部に挟まれる領域上に感圧素子を設
け、該感圧素子の出力と前記支持部材上に設けた出力端子と
を、前記支持部材の貫通孔を介しボンディングワイヤに
より接続したことを特徴する請求項１記載の半導体圧力
センサ。