JP2617174B2 - Pressure measuring device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体拡散抵抗のピエゾ抵抗効果を利用し
て圧力を電気信号に変換するダイヤフラム型半導体圧力
センサチップを有する圧力センサユニットの構造、特に
小型の圧力測定装置への取付に適した圧力センサユニッ
トの取付構造に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a structure of a pressure sensor unit having a diaphragm type semiconductor pressure sensor chip for converting pressure into an electric signal by utilizing a piezoresistive effect of a semiconductor diffusion resistor. In particular, the present invention relates to a pressure sensor unit mounting structure suitable for mounting on a small-sized pressure measuring device.
近年、IC製造技術の発達とあいまって、単結晶シリコ
ンチップの表面に半導体拡散抵抗を形成し、該半導体拡
散抵抗をひずみゲージとして利用するダイヤフラム型半
導体圧力センサチップを有する圧力センサユニットが作
られる様になった。In recent years, along with the development of IC manufacturing technology, a pressure sensor unit having a diaphragm type semiconductor pressure sensor chip that forms a semiconductor diffusion resistor on the surface of a single crystal silicon chip and uses the semiconductor diffusion resistor as a strain gauge has been created. Became.
前記圧力センサユニットは、導体又は半導体に加えら
れた外力の応力によって電気抵抗が変化するというピエ
ゾ抵抗効果を利用したもので、前記ひずみゲージをブリ
ッジ型回路に構成することにより圧力変化を電気抵抗変
化に変換し、さらにこれをブリッジ型回路の電圧変化と
してとらえようとするもので、その性能が従来の圧力計
あるいは圧力電気変換器に比べ、非常にすぐれているた
めに、工業計測用、民生用と需要が増えてきている。The pressure sensor unit utilizes a piezoresistive effect in which the electric resistance changes due to the stress of an external force applied to a conductor or a semiconductor, and the pressure change is changed by forming the strain gauge into a bridge type circuit. It is intended to convert this into a voltage change of a bridge type circuit, and its performance is much better than that of a conventional pressure gauge or pressure-electrical converter. And demand is increasing.
第3図は、半導体圧力センサチップを有するごく一般
的な圧力センサユニットの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a very common pressure sensor unit having a semiconductor pressure sensor chip.
31は半導体拡散抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して圧力
を電気信号に変換するダイヤフラム型半導体圧力センサ
チップ、32は台座であり、例えば#7740ホウ硅酸塩ガラ
スで形成されていて、ダイヤフラム型半導体圧力センサ
チップ31と台座32は気密に固着されている。34は気密端
子体、35は前記ダイヤフラム型半導体圧力センサチップ
31の電源端子および出力端子となるステムで、ステム35
は封止ガラス36を使って気密端子体34に気密に固着され
ている。31 is a diaphragm type semiconductor pressure sensor chip that converts pressure into an electric signal by using a piezoresistive effect of a semiconductor diffusion resistor, 32 is a pedestal, which is formed of, for example, # 7740 borosilicate glass, and is a diaphragm type semiconductor. The pressure sensor chip 31 and the pedestal 32 are hermetically fixed. 34 is an airtight terminal body, 35 is the diaphragm type semiconductor pressure sensor chip
Stem that is the power supply terminal and output terminal of 31
Is hermetically fixed to the hermetic terminal body 34 using a sealing glass 36.
以上の様なステム35が固着された気密端子体34と、ダ
イヤフラム型半導体圧力センサチップ31が固着された台
座32は気密に固着され、さらにダイヤフラム型半導体圧
力センサチップ31とステム35間はワイヤボンドにより電
気的に接続されている。The hermetic terminal body 34 to which the stem 35 is fixed as described above and the pedestal 32 to which the diaphragm type semiconductor pressure sensor chip 31 is fixed are hermetically fixed, and furthermore, a wire bond is provided between the diaphragm type semiconductor pressure sensor chip 31 and the stem 35. Are electrically connected to each other.
33はダイヤフラム型半導体圧力センサチップ31や内部
実装部分を機械的に保護するための、圧力導入パイプ33
a付きのキャップで、ダイヤフラム型半導体圧力センサ
チップ31とステム35間がワイヤボンドにより電気的に接
続された後、気密端子体34に気密に固着され、こうして
相対圧(差圧)型の圧力センサユニット30が構成されて
いる。33 is a pressure introducing pipe 33 for mechanically protecting the diaphragm type semiconductor pressure sensor chip 31 and the internal mounting part.
With the cap with a, the diaphragm type semiconductor pressure sensor chip 31 and the stem 35 are electrically connected by wire bonding, and then airtightly fixed to the airtight terminal body 34, and thus a relative pressure (differential pressure) type pressure sensor. A unit 30 is configured.
38は圧力測定装置の回路基板、39はハンダであり、圧
力センサユニット30は一般にハンダ39を使って回路基板
38に固着され、図示されていない圧力測定装置の回路と
電気的に接続される。37はチューブであって、ダイヤフ
ラム型半導体圧力センサチップ31を有する一般的な圧力
センサユニット30は通常チューブ37を使って圧力が印加
される様になっており、圧力センサユニット30の形状自
体も大きいことから、これが小型の圧力測定装置への組
み込みを不可としている。同時に、ダイヤフラム型半導
体圧力センサチップ31の拡散抵抗形成面31aが直接圧力
媒体にさらされる第3図の様な場合、圧力媒体は非腐食
性の気体に限られている。38 is a circuit board of the pressure measuring device, 39 is solder, and the pressure sensor unit 30 is generally a circuit board using solder 39.
It is fixed to 38 and is electrically connected to a circuit of a pressure measuring device (not shown). 37 is a tube, a general pressure sensor unit 30 having a diaphragm-type semiconductor pressure sensor chip 31 is such that pressure is usually applied using a tube 37, and the shape itself of the pressure sensor unit 30 is also large. This makes it impossible to incorporate it into a compact pressure measuring device. At the same time, when the diffusion resistance forming surface 31a of the diaphragm type semiconductor pressure sensor chip 31 is directly exposed to the pressure medium as shown in FIG. 3, the pressure medium is limited to a non-corrosive gas.
第4図は、これらの欠点を除去するために開発された
従来の圧力測定装置に使用される半導体圧力センサチッ
プを有する圧力センサユニットの構造と圧力測定装置の
外装との取付構造を示す要部断面図である。FIG. 4 is a main part showing a structure of a pressure sensor unit having a semiconductor pressure sensor chip used in a conventional pressure measuring device developed to eliminate these disadvantages and a mounting structure of an exterior of the pressure measuring device. It is sectional drawing.
41は半導体拡散抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して圧力
を電気信号に変換するダイヤフラム型半導体圧力センサ
チップ、42は台座であり、例えば#7740ホウ硅酸塩ガラ
スを研磨加工して成形されており、ダイヤフラム型半導
体圧力センサチップ41と台座42は気密に固着されてい
る。43は例えばガラス入りエポキシ樹脂等からなる基板
で、基板43は台座42に接着されており、ダイヤフラム型
半導体圧力センサチップ41と基板43はワイヤーボンドに
より電気的に接続されている。44は圧力センサチップ41
の機械的な保護を行なうキャップであって、例えばセラ
ミックス等からできており、ステム45を基板43とキャッ
プ44にハンダ付けすることにより基板43とキャップ44は
電気的に接続され、こうして圧力センサユニット40が構
成されている。41 is a diaphragm type semiconductor pressure sensor chip that converts pressure into an electric signal by utilizing the piezoresistive effect of a semiconductor diffusion resistor, and 42 is a pedestal, for example, formed by polishing # 7740 borosilicate glass. The diaphragm-type semiconductor pressure sensor chip 41 and the pedestal 42 are hermetically fixed. Reference numeral 43 denotes a substrate made of, for example, an epoxy resin containing glass. The substrate 43 is bonded to a base 42, and the diaphragm-type semiconductor pressure sensor chip 41 and the substrate 43 are electrically connected by wire bonding. 44 is a pressure sensor chip 41
The cap 43 is made of, for example, ceramics and the like, and is electrically connected to the substrate 43 and the cap 44 by soldering the stem 45 to the substrate 43 and the cap 44. 40 are configured.
47はOリング、48は圧力測定装置の外装、49は固定リ
ングであって固定リング49の外周に設けたネジ部49aを
圧力測定装置の外装48に設けたネジ部48aにネジ込むこ
とにより、圧力センサユニット40はOリング47を圧縮し
ながら外装48に固定される様になっている。すなわち、
Oリング47が圧縮されるから、圧力センサユニット40は
外装48に気密に防水機能を確保しながら固定される。こ
の圧力センサユニット40のダイヤフラム型半導体圧力セ
ンサチップ41の受圧面は拡散抵抗形成面41aの反対側の
面41bであり、圧力媒体は気体でも流体でも可能な構造
となっている。47 is an O-ring, 48 is an exterior of the pressure measuring device, 49 is a fixing ring, and a screw portion 49a provided on the outer periphery of the fixing ring 49 is screwed into a screw portion 48a provided on the exterior 48 of the pressure measuring device, The pressure sensor unit 40 is fixed to the exterior 48 while compressing the O-ring 47. That is,
Since the O-ring 47 is compressed, the pressure sensor unit 40 is airtightly fixed to the exterior 48 while ensuring a waterproof function. The pressure receiving surface of the diaphragm type semiconductor pressure sensor chip 41 of the pressure sensor unit 40 is a surface 41b opposite to the diffusion resistance forming surface 41a, and has a structure in which a pressure medium can be a gas or a fluid.
第5図は小型の圧力測定装置の外装への圧力センサユ
ニットの取付方法として考案された従来の実施例を示す
水圧検出装置の要部断面図であって、特開昭56−19480
号公報で記載された従来の取付方法を示しており、圧力
検出素子としてはひずみゲージ、半導体圧力センサチッ
プ、あるいはその他の素子の利用が考えられる。FIG. 5 is a sectional view of a main part of a water pressure detecting device showing a conventional embodiment devised as a method of mounting a pressure sensor unit on the exterior of a small pressure measuring device.
The conventional mounting method described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-260,000 is shown, and a strain gauge, a semiconductor pressure sensor chip, or another element may be used as the pressure detecting element.
51は水圧検出素子、53はセラミック基板で、水圧検出
素子51はセラミック基板53の中心上部に設置されてい
る。54は検出装置ケース、56は保護カバーで、検出装置
ケース54の下面にはセラミック基板53がハンダ等により
固着され、検出装置ケース54の上面には保護カバー56が
取りつけられて水圧検出装置、すなわち圧力センサユニ
ット50が構成されている。Reference numeral 51 denotes a water pressure detecting element, 53 denotes a ceramic substrate, and the water pressure detecting element 51 is provided above the center of the ceramic substrate 53. 54 is a detection device case, 56 is a protection cover, a ceramic substrate 53 is fixed to the lower surface of the detection device case 54 by soldering or the like, and a protection cover 56 is attached to the upper surface of the detection device case 54, and the water pressure detection device, The pressure sensor unit 50 is configured.
57は気密用パッキン、58は時計ケースで、検出装置ケ
ース54のネジ部54aを時計ケース58のネジ部58aにネジ込
むことにより水圧検出装置、すなわち圧力センサユニッ
ト50は気密用パッキン57を圧縮しながら時計ケース58に
固定される様になっている。すなわち気密用パッキン57
は圧縮されるから、圧力センサユニット50は気密に、防
水機能を確保しながら固定される構造となっている。57 is an airtight packing, 58 is a watch case, and a water pressure detecting device, that is, the pressure sensor unit 50 compresses the airtight packing 57 by screwing a screw portion 54a of the detecting device case 54 into a screw portion 58a of the watch case 58. While being fixed to the watch case 58. That is, airtight packing 57
Since the pressure sensor is compressed, the pressure sensor unit 50 has a structure in which the pressure sensor unit is airtightly fixed while ensuring a waterproof function.
圧力センサユニットの更に他の従来例としては、本出
願人より既に出願されている、特開昭59−159083号公報
や特開昭59−159084号公報があるが、これらの公報に
は、圧力センサチップの保護方法が提案されている。As still another conventional example of the pressure sensor unit, there are JP-A-59-159083 and JP-A-59-159084, which have already been filed by the present applicant. A method for protecting a sensor chip has been proposed.
すなわち、特開昭59−159083号公報には、圧力センサ
チップが複数本の導電ピンを内装した絶縁材により成形
された取付台の凹部に固定され、且つ前記取付台はパッ
キンを介して前記外装ケースに収納した圧力センサユニ
ットが記憶されており、特開昭59−159084号公報には、
上記構造に加えて圧力センサチップの外部と接触する部
分のサンサ取付台に、ゴム状又は寒天状の弾性物質を充
填することによって、圧力センサチップを保護する構造
が記載されている。That is, JP-A-59-159083 discloses that a pressure sensor chip is fixed to a concave portion of a mounting base formed by an insulating material having a plurality of conductive pins therein, and the mounting base is provided with a packing through the exterior. The pressure sensor unit stored in the case is stored, and JP-A-59-159084 discloses that
In addition to the above structure, there is described a structure for protecting the pressure sensor chip by filling a rubber-like or agar-like elastic material into a portion of the sensor mount that comes into contact with the outside of the pressure sensor chip.
一般に、半導体圧力センサチップは応力に対して非常
に敏感であり、第3図、第4図の様に印加圧力によって
生じる応力以外の熱的あるいは機械的応力を極力押える
ため台座32、42の高さを高くしてやる必要があり、さら
に台座42で直接Oリング47を圧縮して防水機能を確保す
る第4図の様な圧力センサユニット40構造では、台座42
を断面略E字形に加工したOリングからの機械的応力を
取り除いてやる必要があり、ダイヤフラム型半導体圧力
センサチップ31、41を使用した圧力センサユニット30、
40の薄形化はむずかしく、加工コストも高くついてしま
う欠点があった。Generally, semiconductor pressure sensor chips are very sensitive to stress, and as shown in FIGS. 3 and 4, the heights of the pedestals 32 and 42 are minimized in order to minimize thermal or mechanical stress other than the stress caused by the applied pressure. In the structure of the pressure sensor unit 40 as shown in FIG. 4 in which the O-ring 47 is directly compressed by the pedestal 42 to secure a waterproof function, the pedestal 42
It is necessary to remove the mechanical stress from the O-ring that has been processed into a substantially E-shaped cross section, and the pressure sensor unit 30 using the diaphragm type semiconductor pressure sensor chips 31, 41,
It was difficult to reduce the thickness of the 40, and there was a disadvantage that the processing cost was high.
圧力センサユニットの大きさに関して言えば、第4図
の圧力センサユニット40は第3図の圧力センサユニット
30と比べ、キャップ33がない分小型化されているもの
の、台座42の形D3に対して圧力測定装置の外装48のネジ
部48aの内径D4は大きくなっていなければ圧力センサユ
ニット40を組み込めないため、結局圧力センサユニット
40の径をいくらD3に押えた所でD4−D3分だけ大きな内径
D4をもつ谷の径D5のネジ部48aが外装48に必要となる。
さらに、固定リング49を使用することにより、固定リン
グ49の厚さ(t1)分の取付けが必要となり、圧力センサ
ユニット40の取り付け構造まで含めた大きさは、厚さで
も径でも全体的に大きくなってしまうという欠点も有し
ていた。As for the size of the pressure sensor unit, the pressure sensor unit 40 shown in FIG.
Compared with 30, the pressure sensor unit 40 cannot be incorporated unless the inner diameter D4 of the threaded portion 48a of the outer case 48 of the pressure measuring device is larger than the shape D3 of the pedestal 42, although the cap 33 is smaller. Therefore, after all, the pressure sensor unit
When the diameter of 40 is held down to D3, the inner diameter is larger by D4-D3
A thread 48a having a valley diameter D5 having D4 is required for the exterior 48.
Furthermore, by using the fixing ring 49, it is necessary to mount the fixing ring 49 for the thickness (t1), and the size including the mounting structure of the pressure sensor unit 40 is generally large both in thickness and diameter. It also had the disadvantage that it would be.
同様に圧力センサユニット50の小型の圧力測定装置の
外装への取付方法の従来例として示した第5図の様な場
合は、圧力センサユニット50として必要な径D6に対し、
気密用パッキン57の内径D7は大きくなっていないと防水
性を確保できないため、結局内径D8という大きな穴が外
装58に必要となり、さらにパッキン57を圧縮するのに強
度的に厚さ(t2)必要であるからこの場合も圧力センサ
ユニット50の取付構造まで含めた大きさは全体的に大き
くなってしまうという欠点を有していた。Similarly, in the case as shown in FIG. 5 shown as a conventional example of a method of attaching the pressure sensor unit 50 to the exterior of the small pressure measuring device, the diameter D6 required for the pressure sensor unit 50 is
Since the waterproofness cannot be secured unless the inner diameter D7 of the airtight packing 57 is large, a large hole having an inner diameter D8 is required for the exterior 58, and the thickness (t2) is required to compress the packing 57. Therefore, also in this case, the size including the mounting structure of the pressure sensor unit 50 is disadvantageously increased as a whole.
又、圧力センサユニットの構造から見てみると、第4
図の様な構造であると、圧力媒体は流体でも可能な構造
となっているが、圧力導入孔42aの大きさは、ダイヤフ
ラム型半導体圧力センサチップ41の大きさによって決定
されるため、あまり大きくできず、不純物の混入する液
体(例えば海水)中で繰り返して使用してゆくと、圧力
導入孔42aが不純物の付着によってふさがってしまうと
いう欠点を有していた。又、第5図の圧力検出素子51と
して具体的な素子名が記載されていないので何んとも言
えないが、このままでは直接海水が圧力検出素子51につ
かってしまうため、圧力検出素子51の海水からの保護を
どうするかが一つの大きな問題となっていた。Also, when viewed from the structure of the pressure sensor unit, the fourth
In the structure as shown in the figure, the pressure medium has a structure that can also be made of a fluid, but the size of the pressure introducing hole 42a is determined by the size of the diaphragm type semiconductor pressure sensor chip 41, so it is too large. If the pressure introduction hole 42a cannot be used and is repeatedly used in a liquid (for example, seawater) mixed with impurities, the pressure introduction hole 42a is blocked by the adhesion of the impurities. Further, since no specific element name is described as the pressure detecting element 51 in FIG. 5, it cannot be said anything. However, seawater directly penetrates the pressure detecting element 51 as it is. One of the major issues was how to protect them.
特開昭59−159083号公報あるいは特開昭59−159084号
公報においては、風防ガラスに明けた貫通穴、センサ取
付台の貫通穴を密閉するように、直接風防ガラスやセン
サ取付台に圧力センサチップを固着しているが、風防ガ
ラスやセンサ取付台を、時計ケースや風防ガラスに防水
パッキン等を介して固着すると、応力に対して非常に敏
感な半導体圧力センサチップにその歪み応力が伝達され
てしまうことになる。又、風防ガラスやセンサ取付台
と、時計ケースや風防ガラスあるいは防水パッキンとの
熱膨張係数の違いによる熱歪みも半導体圧力センサチッ
プに伝達されてしまうことになり、これらの応力はあた
かも半導体圧力センサチップが圧力を受けているかのよ
うな見掛けの圧力情報となるため、これが測定誤差とな
って正しい測定ができない原因となっていた。In JP-A-59-159083 or JP-A-59-159084, a pressure sensor is directly attached to a windshield or a sensor mounting base so as to seal a through hole formed in the windshield and a through hole of a sensor mounting base. Although the chip is fixed, if the windshield or sensor mounting base is fixed to the watch case or windshield through waterproof packing, the distortion stress is transmitted to the semiconductor pressure sensor chip, which is extremely sensitive to stress. Would be. In addition, thermal strain due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the windshield and the sensor mounting base and the watch case, the windshield and the waterproof packing is also transmitted to the semiconductor pressure sensor chip. Since the apparent pressure information is as if the tip was under pressure, this resulted in a measurement error, which prevented correct measurement.
本発明の目的は、上記問題点を解消させ、小型で薄型
で、且つ測定誤差の少ない圧力センサユニットを提供す
ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pressure sensor unit which is small, thin, and has a small measurement error by solving the above problems.
上記の目的を達成するために、本発明は次のような構
成としている。すなわち、有底状の第1凹部とこの第1
凹部に連なって形成された開口状の第2凹部とを備えた
パッケージ、前記第1凹部の底部に固着された台座、該
台座上に固着された圧力センサチップ、及び前記パッケ
ージを収納する外装よりなり、該圧力センサチップ上面
と前記第2凹部底面をワイヤにより電気的に接続し、か
つ前記第1および第2凹部内にポッティング樹脂を充填
してなる圧力センサユニットを有する圧力測定装置にお
いて、前記第2凹部底面より外部へ前記パッケージの内
部を通して電気的導通をとるとともに、前記圧力センサ
チップをダイヤフラム型で形成し、前記台座上にその凹
部が気密になるよう前記圧力センサチップを固着して、
該台座を前記第1凹部の底部にゴム系の接着剤で固着
し、前記ポッティング樹脂としてシリコーンゴムを用い
て前記圧力センサチップを覆う共に、前記外装に段部内
周部を設け、前記パッケーシの外周面と前記外装の段部
内周部との間の樹脂リングを圧縮することにより防水機
能を確保するようにしている。In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration. That is, the bottomed first concave portion and the first concave portion
A package having an opening-shaped second recess formed in continuity with the recess, a pedestal fixed to the bottom of the first recess, a pressure sensor chip fixed on the pedestal, and an exterior housing the package A pressure measuring device having a pressure sensor unit electrically connecting the upper surface of the pressure sensor chip and the lower surface of the second concave portion with a wire, and filling a potting resin in the first and second concave portions. While conducting electrical conduction from the bottom of the second recess to the outside through the inside of the package, the pressure sensor chip is formed in a diaphragm type, and the pressure sensor chip is fixed on the pedestal so that the recess is airtight,
The pedestal is fixed to the bottom of the first concave portion with a rubber-based adhesive, the pressure sensor chip is covered with silicone rubber as the potting resin, and a step inner peripheral portion is provided on the exterior, and an outer periphery of the package is provided. The waterproof function is ensured by compressing the resin ring between the surface and the inner peripheral portion of the step of the exterior.
第1図は本発明の一実施例を示す半導体圧力センサチ
ップを有する圧力センサユニットの構造と圧力測定装置
の外装との取付構造を示す要部断面図、第2図は上記圧
力センサユニットを水深計として利用した応用例を示す
水深計付ダイバーズウォッチの平面図である。FIG. 1 is a sectional view of a main part showing a structure of a pressure sensor unit having a semiconductor pressure sensor chip according to one embodiment of the present invention and a mounting structure of an exterior of a pressure measuring device, and FIG. It is a top view of a diver's watch with a depth gauge showing an application example used as a gauge.
1は半導体拡散抵抗のピエゾ抵抗効果を利用して圧力
を電気信号に変換するダイヤフラム型半導体圧力センサ
チップ、2は台座であり、例えば#7740ホウ硅酸塩ガラ
スで、ダイヤフラム型半導体圧力センサチップ1は台座
2上に気密に固着されている。3は有底状の第1凹部3a
と該有底状の第1凹部3aに連なって形成された開口状の
第2凹部3bとを備えたパッケージであって、例えばセラ
ミックスから形成されており、前記台座2はパッケージ
3の第1凹部3aの底部にゴム系の接着剤で固着されてい
る。ゴム系の接着剤としては、特にシリコーンゴムを使
用すると、耐熱性、耐寒性にすぐれた材料であり、適度
な伸びを有し、かつ歪復元性にすぐれており、振動や衝
撃を吸収してしまう性質があるため、パッケージ3から
の熱ひずみ、あるいはパッケージ3の取付けや外力等に
起因するパッケージそのものの機械的ひずみといった様
なダイヤフラム型半導体圧力センサチップ1に対する圧
力変位以外の応力をシリコーンゴムで吸収することが可
能となり、台座2の厚さを第3図、第4図の台座32、42
の厚さに比べて非常に薄くすることが可能となってい
る。Reference numeral 1 denotes a diaphragm type semiconductor pressure sensor chip which converts pressure into an electric signal by utilizing a piezoresistance effect of a semiconductor diffusion resistor. Reference numeral 2 denotes a pedestal, for example, # 7740 borosilicate glass, which is a diaphragm type semiconductor pressure sensor chip. Is hermetically fixed on the pedestal 2. 3 is a bottomed first concave portion 3a
And a second concave portion 3b having an opening shape formed in continuation with the first concave portion 3a having a bottom. The package 2 is formed of, for example, ceramics. It is fixed to the bottom of 3a with a rubber-based adhesive. Especially when silicone rubber is used as the rubber-based adhesive, it is a material with excellent heat resistance and cold resistance, has a suitable elongation, and is excellent in strain recovery, absorbs vibration and shock. Therefore, stress other than pressure displacement on the diaphragm-type semiconductor pressure sensor chip 1 such as thermal strain from the package 3 or mechanical strain of the package itself due to attachment of the package 3 or external force, etc., is caused by silicone rubber. The thickness of the pedestal 2 can be reduced by adjusting the thickness of the pedestals 32 and 42 in FIGS.
It is possible to make it very thin compared to the thickness.
前記パッケージ3には図示されていないが、第1凹部
3aと第2凹部3bの界面3cとパッケージの下面3eにはパタ
ーンが形成されており、かつ界面3cと下面3eとは埋め込
み型のスルーホールで電気的に接続されており、界面3c
上のパターンと、ダイヤフラム型半導体圧力センサチッ
プ1のパターンをワイヤーボンドすることによりパッケ
ージ3内のダイヤフラム型半導体圧力センサチップ1と
の電気的信号の授受をパッケージ3下面3eから行なう構
造となっている。Although not shown in the package 3, the first concave portion
A pattern is formed on the interface 3c between the third recess 3b and the lower surface 3e of the package and the lower surface 3e of the package, and the interface 3c and the lower surface 3e are electrically connected by a buried through hole.
The upper pattern and the pattern of the diaphragm-type semiconductor pressure sensor chip 1 are wire-bonded to each other to transmit and receive electric signals to and from the diaphragm-type semiconductor pressure sensor chip 1 in the package 3 from the lower surface 3e of the package 3. .
4、5はポッティング樹脂であって、前記ダイヤフラ
ム型半導体圧力センサチップ1とパッケージ3とがワイ
ヤーボンドすることにより電気的に接続された後、ダイ
ヤフラム型半導体圧力センサチップ1の表面に充填硬化
され、ダイヤフラム型半導体圧力センサチップ1の表面
の電気的、機械的保護を行なっており、こうして圧力セ
ンサユニット10が構成されている。ポッティング樹脂
4、5としては圧力損失が零となるゲル状のシリコーン
ゴムを使用することが望ましく、清浄な空気や、不活性
ガスが圧力媒体の時はポッティング樹脂4、5の材料は
同じゲル状のシリコーンゴムで良い。又、圧力媒体が不
純物を含む流体の場合は、ゲル状のシリコーンゴムに粘
着性があり、ゴミ等の不純物が付着しやすいので、ポッ
ティング樹脂4にゲル状のシリコーンゴムを使用し、第
2層目に当るポッティング樹脂に硬化後にゴム状となる
シリコーンゴムを使用すると良い。なお、本実施例は後
者の2層目にゴム状のシリコーンゴムで覆う例を示し
た。Reference numerals 4 and 5 denote potting resins. After the diaphragm type semiconductor pressure sensor chip 1 and the package 3 are electrically connected to each other by wire bonding, the surface of the diaphragm type semiconductor pressure sensor chip 1 is filled and cured. The surface of the diaphragm type semiconductor pressure sensor chip 1 is electrically and mechanically protected, and thus the pressure sensor unit 10 is configured. As the potting resins 4 and 5, it is desirable to use a gel-like silicone rubber having a pressure loss of zero. When clean air or an inert gas is a pressure medium, the potting resins 4 and 5 are made of the same gel-like material. Silicone rubber is good. When the pressure medium is a fluid containing impurities, the gel silicone rubber is sticky and impurities such as dust easily adhere thereto. It is preferable to use silicone rubber which becomes rubbery after curing as a potting resin to be seen. This embodiment shows an example in which the second layer is covered with rubber-like silicone rubber.
7は樹脂リング、例えばデルリン、テフロン、ナイロ
ン、ポリエチレン等から構成されている。8は圧力測定
装置の外装で、外装8には凹型状の段部8aが設けられて
いる。前記樹脂リング7は前記外装8の段部8aの内周部
8bに配設され、さらに、圧力センサユニット10のパッケ
ージ3の外周部3dが樹脂リング7を圧縮する様に、樹脂
リング7の内周部7aに押し込まれている。すなわち、外
装8の段部8aの内周部8bとパッケージ3の外周部3dによ
って樹脂リング7が圧縮されるため、こうして圧力セン
サユニット10は外装に固定されると共に防水機能が確保
される様になっている。Reference numeral 7 denotes a resin ring, for example, made of Delrin, Teflon, nylon, polyethylene, or the like. Reference numeral 8 denotes an exterior of the pressure measuring device, and the exterior 8 is provided with a concave step 8a. The resin ring 7 is an inner peripheral portion of a step 8a of the exterior 8.
8b, and is pushed into the inner peripheral portion 7a of the resin ring 7 so that the outer peripheral portion 3d of the package 3 of the pressure sensor unit 10 compresses the resin ring 7. That is, since the resin ring 7 is compressed by the inner peripheral portion 8b of the step 8a of the exterior 8 and the outer peripheral portion 3d of the package 3, the pressure sensor unit 10 is fixed to the exterior and the waterproof function is secured. Has become.
すなわち、前記樹脂リング7の圧縮後の厚さを(t)
とすると、外装8には内径D2、すなわちパッケージ外径
D1+2×tの内径の段部8aを設けるだけで、外装8に防
水機能を確保しながらセンサユニットを固定できる構造
となっている。That is, the thickness of the resin ring 7 after compression is represented by (t).
Then, the exterior 8 has the inner diameter D2, that is, the outer diameter of the package.
By merely providing the step portion 8a having an inner diameter of D1 + 2 × t, the sensor unit can be fixed while the waterproof function is secured to the exterior 8.
6は保護板で、例えば第2図の6aの様な形状の穴を有
しており、ダイヤフラム型半導体圧力センサチップ1
が、直接棒等で突かれたり、又物がポッティング樹脂5
にぶつからない様にするためのもので、以上の様な危険
のない時は省略しても良い。Reference numeral 6 denotes a protective plate having a hole having a shape as shown in FIG.
However, if the object is directly poked with a stick or the like,
It is intended to prevent a collision, and may be omitted when there is no danger as described above.
11はバネ、12は回路基板であって、圧力センサユニッ
ト10のパッケージ3の下面3eと回路基板12とはバネ11を
介して電気的に接続され、図示されていない圧力測定装
置の電気回路と電気的に接続される。Reference numeral 11 denotes a spring, and 12 denotes a circuit board. The lower surface 3e of the package 3 of the pressure sensor unit 10 and the circuit board 12 are electrically connected to each other via a spring 11, and are connected to an electric circuit of a pressure measuring device (not shown). Electrically connected.
以上の様な取付け構造まで含めた大きさが小さい圧力
センサユニット10の応用例が第2図の水深計付ダイバー
ズウォッチであって、小型携帯機器の応用を示す一実施
例である。An application example of the pressure sensor unit 10 having a small size including the mounting structure as described above is a diver's watch with a depth gauge shown in FIG. 2, which is an embodiment showing application to a small portable device.
14は液晶セル、15、16、17はプッシュボタンであり、
プッシュボタン17を押すことにより水深測定モードを呼
び出し、この時圧力センサユニット10が水圧を検出する
と液晶セル14には例えば「20m」といった様な水深を表
示できる様に構成されている。14 is a liquid crystal cell, 15, 16, and 17 are push buttons,
By pressing the push button 17, the water depth measurement mode is called up. At this time, when the pressure sensor unit 10 detects the water pressure, the liquid crystal cell 14 can display a water depth such as "20 m".
本発明によれば、応力に対して非常に敏感なダイヤフ
ラム型半導体圧力センサチップは台座に固着されるとと
もに、更にダイヤフラム型半導体圧力センサチップが固
着された台座は、パッケージの第1凹部の底部にゴム系
の接着剤で固着されているため、パッケージからの熱歪
み、あるいはパッケージの取付けや外力等に起因するパ
ッケージそのものの機械的歪みといった様なダイヤフラ
ム型半導体圧力センサチップに対する圧力変位以外の応
力をゴム系の接着剤で吸収することが可能となり、台座
の厚さの薄型化も可能となり、圧力変位以外の応力に影
響されない正しい圧力測定を行うことが出来る。According to the present invention, the diaphragm-type semiconductor pressure sensor chip, which is very sensitive to stress, is fixed to the pedestal, and the pedestal to which the diaphragm-type semiconductor pressure sensor chip is further fixed is provided at the bottom of the first concave portion of the package. Since it is fixed with a rubber-based adhesive, stresses other than pressure displacement on the diaphragm-type semiconductor pressure sensor chip, such as thermal distortion from the package or mechanical distortion of the package itself due to mounting of the package or external force, etc. It is possible to absorb with a rubber-based adhesive, the thickness of the pedestal can be reduced, and correct pressure measurement not affected by stress other than pressure displacement can be performed.
更に、台座の厚さの薄型化が計れるため、ダイヤフラ
ム型半導体圧力センサチップを使用しているにも関わら
ず、薄型で、圧力媒体が限定されず、その取付け構造ま
で含めた大きさが小さく、高圧の防水に優れた圧力セン
サユニットを有する圧力測定装置を供給することが可能
となり、従来まで使用できなかった小型携帯機器への応
用が可能となった。Further, since the thickness of the pedestal can be reduced, despite the use of a diaphragm-type semiconductor pressure sensor chip, it is thin, the pressure medium is not limited, and the size including its mounting structure is small, It has become possible to supply a pressure measuring device having a pressure sensor unit excellent in high-pressure waterproofing, and it has become possible to apply it to a small portable device that could not be used until now.
さらに、圧力センサユニットを固定するための圧力測
定装置の外装の加工にネジ切りの工程がなくなるため、
加工が簡単になり、部品点数も減ることからコストダウ
ンが図れるという効果をもっている。Furthermore, since there is no need for a thread cutting step in processing the exterior of the pressure measuring device for fixing the pressure sensor unit,
Processing is simplified, and the number of parts is reduced, which has the effect of reducing costs.
第1図は本発明の一実施例を示す半導体圧力センサチッ
プを有する圧力センサユニットの構造と圧力測定装置の
外装との取付構造を示す要部断面図、第2図は第1図の
圧力センサユニットを水深計として利用した応用例を示
す水深計付ダイバーズウォッチの平面図、第3図は半導
体圧力センサチップを有するごく一般的な圧力センサユ
ニットの断面図、第4図は従来の半導体圧力センサチッ
プを有する圧力センサユニットの構造と圧力測定装置の
外装との取付構造を示す要部断面図、第5図は圧力セン
サユニットの従来の外装への取付構造を示す水圧検出装
置の要部断面図である。 1、31、41……ダイヤフラム型半導体圧力センサチッ
プ、3……パッケージ、10、30、40、50……圧力センサ
ユニット、8、48、58……圧力測定装置の外装、8a……
凹型状の段部、7……樹脂リング。1 is a sectional view of a main part showing a structure of a pressure sensor unit having a semiconductor pressure sensor chip according to one embodiment of the present invention and a mounting structure of an exterior of a pressure measuring device, and FIG. 2 is a pressure sensor of FIG. FIG. 3 is a plan view of a diver's watch with a depth gauge showing an application example in which the unit is used as a depth gauge, FIG. 3 is a cross-sectional view of a very common pressure sensor unit having a semiconductor pressure sensor chip, and FIG. 4 is a conventional semiconductor pressure sensor. FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part showing a structure of a pressure sensor unit having a chip and an outer structure of a pressure measuring device, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a water pressure detecting device showing a conventional mounting structure of the pressure sensor unit on the outer case. It is. 1, 31, 41 ... diaphragm type semiconductor pressure sensor chip, 3 ... package, 10, 30, 40, 50 ... pressure sensor unit, 8, 48, 58 ... exterior of pressure measuring device, 8a ...
Recessed step, 7 ... resin ring.
Claims (1)
形成された開口状の第2凹部とを備えたパッケージ、前
記第1凹部の底部に固着された台座、該台座上に固着さ
れた圧力センサチップ、及び前記パッケージを収納する
外装よりなり、該圧力センサチップ上面と前記第2凹部
底面をワイヤにより電気的に接続し、かつ前記第1およ
び第2凹部内にポッティング樹脂を充填してなる圧力セ
ンサユニットを有する圧力測定装置において、前記第2
凹部底面より外部へ前記パッケージの内部を通して電気
的導通をとるとともに、前記圧力センサチップをダイヤ
フラム型で形成し、前記台座上にその凹部が気密になる
よう前記圧力センサチップを固着して、該台座を前記第
1凹部の底部にゴム系の接着剤で固着し、前記ポッティ
ング樹脂としてシリコーンゴムを用いて前記圧力センサ
チップを覆うと共に、前記外装に段部内周部を設け、前
記パッケーシの外周面と前記外装の段部内周部との間の
樹脂リングを圧縮することにより防水機能を確保したこ
とを特徴とする圧力測定装置。1. A package having a bottomed first recess and an opening-shaped second recess connected to the first recess, a pedestal fixed to the bottom of the first recess, and on the pedestal. A pressure sensor chip fixed to the package, and an exterior housing the package. The top surface of the pressure sensor chip and the bottom surface of the second recess are electrically connected by a wire, and a potting resin is provided in the first and second recesses. Pressure measuring device having a pressure sensor unit filled with
The package is electrically connected to the outside of the package from the bottom surface of the concave portion to the outside, and the pressure sensor chip is formed in a diaphragm type, and the pressure sensor chip is fixed on the pedestal so that the concave portion is airtight. Is fixed to the bottom of the first concave portion with a rubber-based adhesive, the pressure sensor chip is covered with silicone rubber as the potting resin, and a step inner peripheral portion is provided on the exterior, and an outer peripheral surface of the package is provided. A pressure measuring device, wherein a waterproof function is secured by compressing a resin ring between the step and the inner peripheral portion of the exterior.
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Cites Families (2)
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1985
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