JPS625965B2 - - Google Patents
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- JPS625965B2 JPS625965B2 JP55097537A JP9753780A JPS625965B2 JP S625965 B2 JPS625965 B2 JP S625965B2 JP 55097537 A JP55097537 A JP 55097537A JP 9753780 A JP9753780 A JP 9753780A JP S625965 B2 JPS625965 B2 JP S625965B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermal expansion
- coefficient
- point
- glass
- bonding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/147—Details about the mounting of the sensor to support or covering means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
本発明は、半導体圧力変換器の硼硅酸ガラス台
との陽極接合に適したFe―Ni―Co系合金ポスト
材の製造法に関する。 半導体ストレンゲージを用いた圧力検出器の基
本構造を第１図に示す。シリコンダイヤフラム１
はガラス台２を介してポスト材３に固定されてい
る。シリコンダイヤフラム、ガラス、及びポスト
材の各部材はそれぞれ陽極接合されている。この
接合法は接着剤なしで両者を接合できる技術であ
るが、この場合、両者の熱膨張係数が近似してい
ることが重要な条件となる。普通ガラス台にはSi
との熱膨張係数が近似している硼硅酸ガラス（例
えばパイレツクスガラス7740、コーニンググラス
ワークス社製）が用いられ、ポスト材にはFe―
40％Ni系の合金を用いている。この構造の圧力
変換器は機能上各接合部には、気密もれがないこ
と、接着強度が大きいこと、接合後の残留歪量が
小さいことが必要である。 第２図にパイレツクスガラスとFe―40Ni合金
との熱膨張曲線の一例を示す。約300℃付近まで
は熱膨張率が接近していて、両者の30〜300℃間
の平均熱膨張係数は（32〜34）×10-7／℃程度で
ある。接合温度が270℃以下になるとガラスが電
解質としてふるまう能力が低下し、十分な接着強
度が得られないので、陽極接合温度は280゜〜300
℃の範囲に設定している。 ところで、かかる従来の接合方法では接合温度
範囲が狭いのでポスト材の僅かな熱膨張係数の変
動によつて、パイレツクスガラスよりも大きい熱
膨張率のところで接合されると接合後にパイレツ
クスガラス台に大きな歪を生じ、パイレツクスガ
ラス台が割れる問題がある。したがつてこの様な
接合試料は、被接着面から気密もれを生じると共
に接着強度が小さいなどの欠点があり、高精度を
要求される半導体圧力変換器のポスト材には高信
頼性をもつて使用できなかつた。 本発明の目的は、かかる従来技術の欠点である
接合不良をなくすべく、無アルカリ硼硅酸ガラス
との陽極接合に適したFe―Ni―Co系合金のポス
ト材を製造し提供することにある。 本発明は、Fe―Ni―Co合金が冷間加工後、再
結晶温度以下の温度で焼鈍を行なうと完全焼鈍材
よりもかなり熱膨張係数が小さくなり、しかも熱
膨張率の変移点が従来材よりも高温になることに
注目し、Fe―Ni―Co合金を冷間加工後焼鈍した
試料の30゜〜300℃間の平均熱膨張係数が35.0×
10-7／℃以下の組成を実験により確認した結果、
第３図に示すＡ点（Ni：27.5％、Co：16.5％）、
Ｂ点（Ni：30.5％、Co：16.5％）、Ｃ点（Ni：
32.0％、Co：11.5％）、Ｄ点（Ni：29.25％、Co：
11.5％）の組成範囲の材料を、30〜90％冷間加工
後200゜〜600℃間で応力除去焼鈍を行なうと、30
゜〜350℃間の平均熱膨張係数35×10-7／℃以下
の低膨張材が得られることが判明した。なお、実
用上は上記組成にＣ＜0.1％、Si＜0.5％、Mn＜
2.0％及び不可避の不純物元素が含まれても十分
に目的を達する。Ａ点とＤ点をむすぶ線より低
Ni，Co側の組成は完全焼鈍状態からの冷却でマ
ルテンサイト変態が生じ、熱膨張係数が増大する
ので不適当である。また他の組成領域でも30゜〜
350℃間の平均熱膨張係数35×10-7／℃以下が得
られない。冷間加工度（圧延、線引、押出し、ス
エージング等での加工可）が25％以下では加工の
効果がなく、組成によつては冷間加工度が90％を
こえると結晶構造がオーステナイトからマルテン
サイトに変態し、30゜〜350℃間の平均熱膨張係
数が著しく増大する。好ましくは50〜70％の冷間
加工度を与えるのがよい。加工後の焼鈍は材料の
再結晶温度以下で行なうべきで200゜〜600℃が適
当である。190℃以下では焼鈍の効果が不十分
で、接合時にポスト材が変形するので不適当であ
る。 次に脱酸、脱硫剤として添加する元素及び製造
中に不可避に混入する元素の許容量について説明
する。Ｃは強力な脱酸剤として材料の清浄度を向
上させるために必要であるが、その含有量が増加
すると熱膨張係数が増加するのでＣは0.1％以下
にすべきである。Siも脱酸剤として用いられるが
含有量が増加すると靭性が低下するので0.5％以
下が適当である。Mnは脱硫剤として用いられる
が含有量が増加すると熱膨張係数が増加するの
で、2.0％以下に限定する。Ｐ，Ｓは材料の靭性
を劣下させるのでＰ＋Ｓ量は0.01％以下にするの
が望ましい。 第４図に、本発明材と従来材との熱膨張曲線の
代表例を示す。従来材のFe―Ni合金の場合、約
280℃まではパイレツクスと接近した熱膨張率を
示すが少し高温になるとパイレツクスとの差が急
激に大きくなる。これに対して本発明合金の場合
は約350℃の高温までパイレツクスと近似した熱
膨張率をもつことがわかる。すなわち、パイレツ
クスガラスと本発明合金のポスト材との陽極接合
は350℃付近までの高温にすることができるの
で、ガラスが電解質としてふるまう能力が増加す
るので、短時間で強固な接合が得られる。しか
も、図から明らかなように熱膨張率の変移点の変
化が小さく、熱膨張係数のバラツキや接合温度の
変動による影響が小さいので、安定した接合が得
られる。 以上のように本発明のポスト材を使うと、350
℃付近の高い温度でパイレツクスガラスとの陽極
接合が可能で、高い気密性と十分な接着強度を有
し、さらに接合後の残留歪を小さくすることがで
き、従来法にくらべ一定品質の半導体圧力変換器
が高い歩留りで製作できる。 なお半導体装置並びに電子管等におけるガラス
封着材としてEe―Ni―Co合金を冷間加工し、降
伏点以下の引張力を付与しながら非酸化性雰囲気
中で熱処理矯正して使用することが知られてお
り、特公昭50―3971号公報に記載されている。し
かし、この先行技術は、ガラス封着であつて陽極
接合ではない。又、引張力を付与しつつ熱処理す
るので熱膨張係数が大になり、本発明のように陽
極接合するものには適さない。本発明では応力除
去焼鈍時に引張力を付与することはしない。 次に具体的な実施例を述べる。表に示すように
NiとCoの量を変えた試料を高周波真空溶解炉で
28Kg溶製した。
との陽極接合に適したFe―Ni―Co系合金ポスト
材の製造法に関する。 半導体ストレンゲージを用いた圧力検出器の基
本構造を第１図に示す。シリコンダイヤフラム１
はガラス台２を介してポスト材３に固定されてい
る。シリコンダイヤフラム、ガラス、及びポスト
材の各部材はそれぞれ陽極接合されている。この
接合法は接着剤なしで両者を接合できる技術であ
るが、この場合、両者の熱膨張係数が近似してい
ることが重要な条件となる。普通ガラス台にはSi
との熱膨張係数が近似している硼硅酸ガラス（例
えばパイレツクスガラス7740、コーニンググラス
ワークス社製）が用いられ、ポスト材にはFe―
40％Ni系の合金を用いている。この構造の圧力
変換器は機能上各接合部には、気密もれがないこ
と、接着強度が大きいこと、接合後の残留歪量が
小さいことが必要である。 第２図にパイレツクスガラスとFe―40Ni合金
との熱膨張曲線の一例を示す。約300℃付近まで
は熱膨張率が接近していて、両者の30〜300℃間
の平均熱膨張係数は（32〜34）×10-7／℃程度で
ある。接合温度が270℃以下になるとガラスが電
解質としてふるまう能力が低下し、十分な接着強
度が得られないので、陽極接合温度は280゜〜300
℃の範囲に設定している。 ところで、かかる従来の接合方法では接合温度
範囲が狭いのでポスト材の僅かな熱膨張係数の変
動によつて、パイレツクスガラスよりも大きい熱
膨張率のところで接合されると接合後にパイレツ
クスガラス台に大きな歪を生じ、パイレツクスガ
ラス台が割れる問題がある。したがつてこの様な
接合試料は、被接着面から気密もれを生じると共
に接着強度が小さいなどの欠点があり、高精度を
要求される半導体圧力変換器のポスト材には高信
頼性をもつて使用できなかつた。 本発明の目的は、かかる従来技術の欠点である
接合不良をなくすべく、無アルカリ硼硅酸ガラス
との陽極接合に適したFe―Ni―Co系合金のポス
ト材を製造し提供することにある。 本発明は、Fe―Ni―Co合金が冷間加工後、再
結晶温度以下の温度で焼鈍を行なうと完全焼鈍材
よりもかなり熱膨張係数が小さくなり、しかも熱
膨張率の変移点が従来材よりも高温になることに
注目し、Fe―Ni―Co合金を冷間加工後焼鈍した
試料の30゜〜300℃間の平均熱膨張係数が35.0×
10-7／℃以下の組成を実験により確認した結果、
第３図に示すＡ点（Ni：27.5％、Co：16.5％）、
Ｂ点（Ni：30.5％、Co：16.5％）、Ｃ点（Ni：
32.0％、Co：11.5％）、Ｄ点（Ni：29.25％、Co：
11.5％）の組成範囲の材料を、30〜90％冷間加工
後200゜〜600℃間で応力除去焼鈍を行なうと、30
゜〜350℃間の平均熱膨張係数35×10-7／℃以下
の低膨張材が得られることが判明した。なお、実
用上は上記組成にＣ＜0.1％、Si＜0.5％、Mn＜
2.0％及び不可避の不純物元素が含まれても十分
に目的を達する。Ａ点とＤ点をむすぶ線より低
Ni，Co側の組成は完全焼鈍状態からの冷却でマ
ルテンサイト変態が生じ、熱膨張係数が増大する
ので不適当である。また他の組成領域でも30゜〜
350℃間の平均熱膨張係数35×10-7／℃以下が得
られない。冷間加工度（圧延、線引、押出し、ス
エージング等での加工可）が25％以下では加工の
効果がなく、組成によつては冷間加工度が90％を
こえると結晶構造がオーステナイトからマルテン
サイトに変態し、30゜〜350℃間の平均熱膨張係
数が著しく増大する。好ましくは50〜70％の冷間
加工度を与えるのがよい。加工後の焼鈍は材料の
再結晶温度以下で行なうべきで200゜〜600℃が適
当である。190℃以下では焼鈍の効果が不十分
で、接合時にポスト材が変形するので不適当であ
る。 次に脱酸、脱硫剤として添加する元素及び製造
中に不可避に混入する元素の許容量について説明
する。Ｃは強力な脱酸剤として材料の清浄度を向
上させるために必要であるが、その含有量が増加
すると熱膨張係数が増加するのでＣは0.1％以下
にすべきである。Siも脱酸剤として用いられるが
含有量が増加すると靭性が低下するので0.5％以
下が適当である。Mnは脱硫剤として用いられる
が含有量が増加すると熱膨張係数が増加するの
で、2.0％以下に限定する。Ｐ，Ｓは材料の靭性
を劣下させるのでＰ＋Ｓ量は0.01％以下にするの
が望ましい。 第４図に、本発明材と従来材との熱膨張曲線の
代表例を示す。従来材のFe―Ni合金の場合、約
280℃まではパイレツクスと接近した熱膨張率を
示すが少し高温になるとパイレツクスとの差が急
激に大きくなる。これに対して本発明合金の場合
は約350℃の高温までパイレツクスと近似した熱
膨張率をもつことがわかる。すなわち、パイレツ
クスガラスと本発明合金のポスト材との陽極接合
は350℃付近までの高温にすることができるの
で、ガラスが電解質としてふるまう能力が増加す
るので、短時間で強固な接合が得られる。しか
も、図から明らかなように熱膨張率の変移点の変
化が小さく、熱膨張係数のバラツキや接合温度の
変動による影響が小さいので、安定した接合が得
られる。 以上のように本発明のポスト材を使うと、350
℃付近の高い温度でパイレツクスガラスとの陽極
接合が可能で、高い気密性と十分な接着強度を有
し、さらに接合後の残留歪を小さくすることがで
き、従来法にくらべ一定品質の半導体圧力変換器
が高い歩留りで製作できる。 なお半導体装置並びに電子管等におけるガラス
封着材としてEe―Ni―Co合金を冷間加工し、降
伏点以下の引張力を付与しながら非酸化性雰囲気
中で熱処理矯正して使用することが知られてお
り、特公昭50―3971号公報に記載されている。し
かし、この先行技術は、ガラス封着であつて陽極
接合ではない。又、引張力を付与しつつ熱処理す
るので熱膨張係数が大になり、本発明のように陽
極接合するものには適さない。本発明では応力除
去焼鈍時に引張力を付与することはしない。 次に具体的な実施例を述べる。表に示すように
NiとCoの量を変えた試料を高周波真空溶解炉で
28Kg溶製した。
【表】
熱間鍛造後、900℃，1hの焼鈍を行なつてか
ら、冷間線引で直径5.0〜10.0mmにすることによ
り加工度60％の線材を作成した。表に400℃焼鈍
後の熱膨張測定結果を示す。本発明材は30゜〜
350℃間の平均熱膨張係数35.2×10-7／℃以下が
安定して得られる。第５図に従来材のFe―40％
Ni合金と本発明材の熱膨張曲線の代表例を示
す。第５図に示す材料でポストを製作し350℃で
陽極接合を行なつた結果、従来材は全数パイレツ
クスガラスが割れて接合不良であつたが、本発明
材を用いるとパイレツクスガラスが割れることは
全くなく、接合部のヘリウムリーク量が
10∽10atmCC／Ｓ以下で完全に気密が保たれてい
る。また上記実施例になる受圧部の接着強度はシ
リコンダイヤフラムの破壊強度より大きく、接着
強度の良品率は95％以上で、従来材による良品率
30〜70％に比較して接着歩留りが著しく改善され
る。
ら、冷間線引で直径5.0〜10.0mmにすることによ
り加工度60％の線材を作成した。表に400℃焼鈍
後の熱膨張測定結果を示す。本発明材は30゜〜
350℃間の平均熱膨張係数35.2×10-7／℃以下が
安定して得られる。第５図に従来材のFe―40％
Ni合金と本発明材の熱膨張曲線の代表例を示
す。第５図に示す材料でポストを製作し350℃で
陽極接合を行なつた結果、従来材は全数パイレツ
クスガラスが割れて接合不良であつたが、本発明
材を用いるとパイレツクスガラスが割れることは
全くなく、接合部のヘリウムリーク量が
10∽10atmCC／Ｓ以下で完全に気密が保たれてい
る。また上記実施例になる受圧部の接着強度はシ
リコンダイヤフラムの破壊強度より大きく、接着
強度の良品率は95％以上で、従来材による良品率
30〜70％に比較して接着歩留りが著しく改善され
る。
第１図は半導体圧力変換器の基本構造を示す
図、第２図は従来材の熱膨張曲線を示す図、第３
図は本発明ポスト材の組成範囲を示す図、第４図
は従来材と本発明材の熱膨張曲線の比較図、第５
図は実施例に用いた合金の熱膨張曲線を示す図で
ある。 １……ダイヤフラム、２……ガラス台、３……
ポスト、４……本体。
図、第２図は従来材の熱膨張曲線を示す図、第３
図は本発明ポスト材の組成範囲を示す図、第４図
は従来材と本発明材の熱膨張曲線の比較図、第５
図は実施例に用いた合金の熱膨張曲線を示す図で
ある。 １……ダイヤフラム、２……ガラス台、３……
ポスト、４……本体。
Claims (1)
- １ 半導体圧力変換器の硼硅酸ガラス台と陽極接
合されるポスト材の製法であつて、添付第３図の
Ａ点（Ni：27.5％、Co：16.5％）、Ｂ点（Ni：
30.5％、Co：16.5％）、Ｃ点（Ni：32.0％、Co：
11.5％）、Ｄ点（Ni：29.25％、Co：11.5％）で結
ばれた範囲内のNi及びCoを含み、残部Feからな
りオーステナイト組織を有する合金を加工マルテ
ンサイト組織が生じない量の冷間加工を行なつた
後、再結晶温度以下の200〜600℃の温度で応力除
去焼鈍（但し焼鈍中に引張力を付与しない）する
ことを特徴とする半導体圧力変換器用ポスト材の
製造法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9753780A JPS5723830A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | Post material for pressure transducer of semiconductor and its preparation |
| GB8121080A GB2080541B (en) | 1980-07-18 | 1981-07-08 | Semiconductor pressure transducer |
| DE3128188A DE3128188C2 (de) | 1980-07-18 | 1981-07-16 | Druckmeßfühler in Halbleiterbauweise |
| US06/284,340 US4499774A (en) | 1980-07-18 | 1981-07-17 | Semiconductor pressure transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9753780A JPS5723830A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | Post material for pressure transducer of semiconductor and its preparation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5723830A JPS5723830A (en) | 1982-02-08 |
| JPS625965B2 true JPS625965B2 (ja) | 1987-02-07 |
Family
ID=14194989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9753780A Granted JPS5723830A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | Post material for pressure transducer of semiconductor and its preparation |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4499774A (ja) |
| JP (1) | JPS5723830A (ja) |
| DE (1) | DE3128188C2 (ja) |
| GB (1) | GB2080541B (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1186163A (en) * | 1982-01-04 | 1985-04-30 | James B. Starr | Semiconductor pressure transducer |
| JPS6073325A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-25 | Toshiba Corp | 半導体圧力センサ |
| DE3376760D1 (en) * | 1983-11-10 | 1988-06-30 | Kristal Instr Ag | Transducer element, method for its manufacture and its use in a pressure pick-up device |
| IE55965B1 (en) * | 1984-03-29 | 1991-02-27 | Gen Signal Corp | Pressure transducer |
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| JP2656566B2 (ja) * | 1988-08-31 | 1997-09-24 | 株式会社日立製作所 | 半導体圧力変換装置 |
| US4909083A (en) * | 1989-06-26 | 1990-03-20 | Itt Corporation | Pressure/differential pressure measuring device |
| US4930929A (en) * | 1989-09-26 | 1990-06-05 | Honeywell Inc. | Glass tube/stainless steel header interface for pressure sensor |
| DE3937529A1 (de) * | 1989-11-08 | 1991-05-16 | Siemens Ag | Verfahren zum verbinden eines siliziumteiles mit einem glasteil |
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| JP3160796B2 (ja) * | 1995-05-30 | 2001-04-25 | 株式会社日立製作所 | 半導体圧力検出器 |
| US5703296A (en) * | 1995-06-27 | 1997-12-30 | Delco Electronics Corp. | Pressure sensor having reduced hysteresis and enhanced electrical performance at low pressures |
| RU2169912C1 (ru) * | 2000-03-30 | 2001-06-27 | Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Микроэлектронный датчик давления |
| JP4511844B2 (ja) * | 2004-02-05 | 2010-07-28 | 横河電機株式会社 | 圧力センサ及び圧力センサの製造方法 |
| DE102009046692A1 (de) | 2009-11-13 | 2011-05-19 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Druck-Messeinrichtung |
| JP5897940B2 (ja) * | 2012-03-14 | 2016-04-06 | アズビル株式会社 | 圧力センサチップ |
| DE102014119396A1 (de) * | 2014-12-22 | 2016-06-23 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Druckmesseinrichtung |
| DE102015116059A1 (de) * | 2015-09-23 | 2017-03-23 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | Druckmesseinrichtung |
| DE102015117736A1 (de) | 2015-10-19 | 2017-04-20 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | Druckmesseinrichtung |
| JP2024043238A (ja) * | 2022-09-16 | 2024-03-29 | 新報国マテリアル株式会社 | 低熱膨張合金 |
| EP4617396A1 (en) * | 2024-03-15 | 2025-09-17 | Shinhokoku Material Corp. | Low thermal expansion alloy |
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