JPH023130B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧力センサ組立体、より詳細には、圧
力センサ要素を他の部分に生じた応力から隔離す
ることのできる圧力センサ組立体に関する。

大容量の正確な圧力トランスジユーサを経済的
に製造するために、ダイアフラムとこれに取付け
た圧電抵抗式ひずみセンサとを有し、これらのひ
ずみセンサがダイアフラム前後の圧力差によるダ
イアフラムの偏位を測定する回路に接続してある
半導体チツプを用いる技術が開発された。このよ
うな装置はこの分野で周知となつているが、高生
産性に適つた方法でセンサチツプを安価に製造す
ると同時に、ダイアフラム偏位、そして誤圧力読
みを生じる応力からチツプを守るという点でなお
問題が残つている。

したがつて、本発明の一般的な目的は、圧力セ
ンサチツプを収容し、チツプを外部応力、特に他
の部分に熱的に生じる応力から隔離することので
きるセンサ組立体を提供することにある。本発明
の別の目的は、市販されている安価な材料を利用
する上記のような組立体を提供することにある。

本発明による圧力センサ組立体は、シリコン圧
力チツプを囲い内に装着し、このチツプの片面を
囲いの片側で圧力にさらし、チツプの他の面を基
準圧力にさらしている形式のものであつて、囲い
が圧力チツプの寸法よりも相当大きい面積の側面
の１つに設けた開口を有し、この開口が前記囲い
によつて周縁を柔軟に支持されたガラス部材によ
つて閉ざされており、この第１のガラス部材上に
その周縁内側でガラス支持部材が柔軟に装着して
あり、前記シリコン圧力チツプが前記ガラス支持
部材に強固に装着してあつてその片面がガラス支
持部材の前記開口をまたいでおり、前記両ガラス
部材および前記シリコン圧力チツプがほぼ同じ熱
膨張係数を互いに有し、この熱膨張係数が囲いの
それと異なつていることを特徴とする組立体であ
る。

本発明の好適実施例はモールドポリマー材料の
ハウジングを包含し、このハウジングは中央空所
とガラスベースに覆われた開口とを有し、このガ
ラスベースはハウジングからガラスベースへの応
力伝達を阻止する柔らかい接着剤によつてハウジ
ングに固着してある。ベース上には中央直立台が
あつて、これはその部分での応力をさらに阻止す
る特別な剛性を与え、ガラスダイがその台上に装
着してあり、圧力センサチツプがこのガラスダイ
に固着してあり、半導体チツプおよびガラス部分
がほぼ同じ熱膨張係数を有し、この熱膨張係数が
ポリマーハウジングのそれよりもかなり異なつて
いる。

本発明およびそれを実施する方法を、以下、特
に添付図面を参照しながら説明するが、図面にお
いて同様の参照符号は同様の部分を示す。

第１図を参照すると、圧力トランスジユーサパ
ツケージは外側本体１０を包含し、この本体は略
矩形の空所１２を画成している。本体１０の各端
には、出張り部１４が設けてあつてこのパツケー
ジを支持体（不図示）に留めることができる。本
体１０の片側にはコネクタ組立体１６が本体１０
と一体にモールドしてあり、これは保護壁２０で
囲まれて下向きに突出した端子ピン１８と、これ
らの端子ピン１８に電気的に接続され、本体１０
に挿入モールドされて空所１２内に延在している
端子ストリツプ２２とを包含する。トランスジユ
ーサパツケージの底は矩形の板２４で塞いであ
り、この板は空所１２の下方周縁に沿つて凹所２
６内に着座している。この板２４にはその一端付
近で下向きに延在するチユーブ２８が一体にモー
ルドしてあり、板２４の小孔３０がこのチユーブ
２８と連通しており、この小孔は偏心して設けて
ある。本体１０、板２４はポリエステルのような
安価なポリマーで作つてあり、この材料は所望の
形状に経済的にモールドできるものである。トラ
ンスジユーサパツケージの頂部カバー（不図示）
も同様の材料でモールドしてあり、空所１２を囲
む本体の上面に設けた溝３２に係合する。この頂
部カバーおよび板２４は室温加硫可能な材料
（RTV）のような接着剤で本体１０に接合され
る。空所１２内で、板２４はチユーブ２８のすぐ
上に圧力センサ組立体３４を支持している。板２
４の上面にはチユーブ２８と同心に環状の溝３５
が形成してある。この組立体３４は溝３５の外側
に塗布したRTV接着剤によつて板の上面に固着
される。溝３５は開口３０の区域に接着剤が流入
するのを防ぐダムとして役立つ。

組立体３４は、第１，２図に示したように、そ
れに挿入モールドした４つの端子ブレード４０と
中央空所３８とを有するハウジング３６を包含す
る。ブレード４０の、ハウジング３６の外方に延
在している端は大きくて互に大きく離間している
が、空所３８に延在している部分は小さくて互に
接近して離間している。ハウジング３６は上下両
端で開いている。通気口４４のあるカバー４２が
ハウジングの上部開口を閉じるように設けられ、
これは柔軟性かつ所定の弾性を有するRTV接着
剤によつてハウジングに固着される。ハウジング
の下方開口部は平らな端面４６に囲まれている。
この端面４６には柔らかい接着剤によつてガラス
ベース４８が固着される。ハウジング３６の底に
平らな面４６を囲み、ベース４８の縁と一致して
溝７２が設けてあり、この溝は大量のRTV接着
剤を保持してベース、ハウジング間で良好なシー
ルを行なわせるようになつている。ハウジング３
６の各角隅からは位置決め用ピン６０が垂下して
おり、これらのピンは板２４に設けた位置決め用
凹所（不図示）と係合する。

空所１２内にはセラミツクの回路板６２が設置
してあり、この回路板はセンサ組立体３４と並ん
でRTV接着剤によつて板２４に固定されて取付
けてある。端子４０に溶接したワイヤ６４と回路
板の接合パツド６６とが回路板をセンサ組立体と
電気的に接続している。他のワイヤ導線７０が端
子ブレード２２を回路板の他の接合パツドと相互
接続していてトランスジユーサパツケージへの外
部接続を行なつている。

第２，３図に示したように、ベース４８は位置
決め用ピン６０をにげるように切欠いた角隅を有
するほぼ矩形の板である。この板の上面５１の中
央に一体に形成した短い台５０は正方形であり、
柔かいエポキシ系樹脂でそれに取付け固定される
立方体のガラスダイ５２を収容する。この台５０
はベースの中央部の剛性を高め、ベースに生じた
又はハウジング３６または板２４によつてベース
に加えられるいかなる熱的もしくは機械的応力を
もこの台のところで最小限に抑え、台のある区域
よりも剛性の低い、ベースの残りの部分で吸収す
る。さらに、台は鋭い角でベースの表面５１とつ
ながつており、その結果、ベース中央部に生じた
応力が台の外縁に集中し、ひずみが台そのものよ
りもこの外縁に局限されることになる。台の別の
利点としては、ダイを台に接合するための接着剤
の塗布が正確かつ容易に行なえ、若干量の接着剤
が表面５１に広がつた場合に生じ、鋭い角の効果
を無効にしてしまう応力伝達経路の発生を防ぐこ
とができる。

ダイ５２の頂面には陽極接合によつてシリコン
チツプ５４が取付けてあり、これはその下面にく
ぼみがエツチング加工してあつてこのくぼみとチ
ツプ上面との間に薄いダイアフラムを形成してい
る。ダイ５２、ベース４８を貫いてあけた孔５６
はくぼみをチユーブ２８に通じる孔３０に板２４
に設けた通路５８を通して連結されている。ダイ
アフラムはその両側面に加わる圧力の差によつて
偏位する。これらの圧力は孔５６を通してくぼみ
に加わり、カバーの通気口４４を通つてチツプ上
面に加わる。チツプ５４の頂面には圧電抵抗型ブ
リツジ回路が形成してあり、これは細い可撓性の
あるワイヤボンド６８によつて導線４０の内端に
電気的に接続してある。このブリツジ回路は、ト
ランスジユーサ回路に接続したときに、ダイアフ
ラムの偏位を測定し、したがつてダイアフラム前
後の圧力差を測定する。

ベース４８は例えばCorning7070のようなプレ
スされたガラス粉で形成されたホウケイ酸塩ガラ
スを焼きなましたもので作つてあり、ダイはホウ
ケイ酸塩工業平板ガラス、たとえばCorning7740
で作つてある。これらはニユーヨーク州コーニン
グ市のCorning Glass Works社で市販している。
各ガラスはシリコンチツプ５４とほぼ同じ、すな
わち32.5×10^-7／℃の熱膨張係数を持つ。したが
つて、温度変化がチツプ、ガラス部分に等しく影
響すると、チツプに応力の増加が生じることはな
い。しかしながら、ポリエステルハウジング３６
の熱膨張係数は50×10^-6／℃のオーダーであり、
このような温度変化によつて受ける影響は異なつ
たものとなる。その結果、ハウジングにベース４
８に対して寸法変化が生じるが、これは主として
ベースをハウジングに連結している柔らかい
RTV接着剤や、台区域外側のベース部分、台５
０とダイ５２との間の柔らかいエポキシ樹脂によ
つて吸収される。したがつて、チツプ５４は応力
から隔離される。RTV接着剤は、たとえば、硬
化後少なくとも50のシヨアＡ硬度を持つ２部分シ
リコンエラストマーである。柔らかいエポキシ系
樹脂は、硬化後のシヨアＤ硬度が80ないし85であ
る一成分エポキシ樹脂であることが好ましい。ワ
イヤボンド６８は、それ自体の固有の可撓性によ
つて、端子４０からチツプ５４へほとんど応力を
伝えることがない。

第４図は圧力センサ組立体の第２実施例を示し
ており、ここでは、同じハウジング３６、シリコ
ン圧力チツプ５４を用いているが、ベース４８′、
ダイ５２′は孔をいつさい持たないという点で第
１実施例の該当部分とは異なる。したがつて、チ
ツプ５４の下面に形成したくぼみはいかなる圧力
源からも隔離され、製造時点でそこに与えられた
基準圧力（好ましくは５×10^-3ミクロンHg）に
のみさらされている。このようにして、一定の基
準圧力が供されている。センサ出力はハウジング
３６内の圧力にのみ依存する。ハウジング３６の
頂部に取付けられたカバー８０は通気口８２を有
し、これはハウジング３６の内部と連通する。ま
た、カバー８０の各角隅には位置決めピン８４が
ある。ハウジング８０のピンの間の表面は平らで
あつてカバー８０の全体的な形状は組合せたハウ
ジング３６、ベース４８の全体形状と同じであ
る。すなわち、センサパツケージは導線４０の平
面について対称的である。使用にあたつて、セン
サ組立体は第１図のものと同様にトランスジユー
サパツケージに組込み、パツケージをひつくり返
し、カバー８０を板２４に固定し、ベース４８′
を組立体の頂部に取付ける。いずれにしても、ハ
ウジング３６に生じた応力からチツプ５４を離す
るという組立体の構造は先に述べたものと同じで
ある。

以上説明した本発明の圧力センサ組立体によれ
ば、次のような効果が得られる。

ハウジングその他に生じた熱による応力もしく
は機械的応力からシリコン圧力チツプを隔離する
ことができ、センサ精度を高度に保つことができ
る。

応力隔離構造を介して精密なシリコン圧力チツ
プに結合したハウジングを安価で製造しやすい部
品によつて構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧力センサ組立体を含む
圧力トランスジユーサパツケージの部分断面斜視
図、第２図は第１図の圧力センサ組立体の横断面
図、第３図は第２図の組立体のベースプレートの
頂面図、第４図は本発明による圧力センサ組立体
の別の実施例の横断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕、１０……本体、２
……空所、１６……コネクタ組立体、２４……
板、２６……凹所、２８……チユーブ、３４……
圧力センサ組立体、３８……中央空所、４０……
端子ブレード、４２……カバー、６２……回路
板、８０……ハウジング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２つの対向する開口を連結する中空部を有す
   るハウジングと、 該開口部の一つを閉じると共に、周縁部分で該
   開口部に弾性的に支持されたガラス部材と、 圧力を検知するシリコン圧力チツプを堅固に装
   着したガラス製の支持部材と、 とを備え、該ガラス部材、該支持部材および該シ
   リコン圧力チツプは、ほぼ同一の第１の熱膨張係
   数を有し、該ハウジングは、該第１の熱膨張係数
   とは異なる第２の熱膨張係数を有し、該ガラス部
   材はベースと、該ベースと一体かつ該ベースに包
   囲され該中空部内に所定の高さで突出する台とか
   ら成り、該支持部材は、該ハウジングの内壁部分
   に対して離隔して、該台に弾性的に載置されてい
   ることを特徴とする圧力センサ組立体。 ２ 前記ハウジングは、開口部を囲む平らな面を
   有する中空のモールド樹脂から成り、前記ガラス
   部材は、該ハウジングから該ガラス部材への応力
   の伝達を阻止する接着剤の層によつて、該平らな
   面に結合されており、前記支持部材は、応力の移
   行を阻止するエポキシ樹脂系の接着剤によつて、
   該ガラス部材の前記台に接着されており、組立体
   使用の間、該ハウジングに生じた熱応力などの応
   力から前記シリコン圧力チツプを隔離することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の圧力セ
   ンサ組立体。 ３ 前記台は、前記ベースに対して鋭い角でつな
   がつており、その結果、前記ベースで生じたいか
   なる応力も前記台の周りで該ベースに集中し、該
   台に付加された剛性により、該台において応力を
   最小限に抑えることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項に記載の圧力センサ組立体。 ４ 前記ハウジングは、それを貫いて延在するよ
   うにモールドされると共に前記シリコン圧力チツ
   プに隣接して終端する複数の電気端子を有し、前
   記シリコン圧力チツプは、細く可撓性のある複数
   のワイヤによつて前記電気端子と電気的に接続さ
   れており、各ワイヤがそれぞれ一つの電気端子と
   圧力センサチツプとを接続しており、この結果、
   該電気端子と該シリコン圧力チツプとの間の相対
   運動がシリコン圧力チツプに機械的応力をほとん
   ど生じさせないことを特徴とする特許請求の範囲
   第２項もしくは第３項に記載の圧力センサ組立
   体。