JPH0746066B2 - 半導体圧力検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体圧力検出装置に関し、詳しくは液封型半
導体圧力検出装置の液封構造の改良に関する。本発明は
高い信頼性を要求される用途の半導体圧力検出装置に好
適である。

［従来の技術］ 従来の液封型半導体圧力検出装置を第５図に示す。

この装置130は、一面にシリコンダイアフラム116を持つ
台座112と凹部とを持ち、上記台座112の一面に対向する
他面を上記凹部の底面110に固定された第１部材114と、
第１部材114に当接される外周部を持ち、第１部材114と
で台座112を収容する密閉空間113を形成するシールダイ
アフラム140と、密閉空間113に注入された液体107と、
シールダイアフラム140の外周部を第１部材114とで挟持
する周縁部と塑性変形部とを持ち、シールダイアフラム
140の外周部を第１部材114に押圧して液体132を密閉空
間113に密封するリング形状の押え部材150と、からな
る。

シリコンダイアフラム116は半導体圧力変換素子（図示
せず）を内蔵し、上記半導体圧力変換素子はシールダイ
アフラム140と液体107とを介して伝達された被測定圧力
を信号電圧に変換し、上記信号電圧をボンディングワイ
ヤ121とリード部材120とを介して出力する。なお、封止
用ガラス材123はリード部材120を固定している。

リング形状の付勢部材150は第１部材114の凹部の内側面
の一部115に形成された線状溝118に塑性変形されて埋め
込まれて、上記押圧状態を保持している。

特開昭61−11625号公報の半導体圧力検出装置は上記し
た第５図の半導体圧力検出装置と同じ構造を持つが、第
５図のリング形状の付勢部材150の代りにＣリング形状
の付勢部材を使用し、上記Ｃリング形状の付勢部材を径
方向に弾性変形させ、第１部材の凹部内側面（例えば第
５図の115）に形成されたリング形状の溝に係合してい
る。

［解決を必要とする問題点］ 上記リング形状の付勢部材150を第１部材114の凹部内側
面115に塑性変形して係合する上記従来装置は、金属製
付勢部材150を塑性加工するために、専用治具を持つプ
レス機を用意する必要がある。又、シールダイアフラム
140の周縁部主面は付勢部材150を塑性変形する時に急激
に加圧されるので、密閉空間113内の余分の液体を除去
できない事がある。

Ｃリング形状の付勢部材を支持台の凹部内側面（例え第
５図の115）に形成されたリング形状の溝に係合する上
記他の従来装置もまた、係合時にシールダイアフラムの
周縁部主面が第１部材へ急激に加圧されるので、密閉空
間内の余分の液体を除去できない場合がある。

本発明は上記説明された従来の液封型半導体圧力検出装
置の欠点を改善し、密閉空間内に余分の液体が残留しな
い液封型半導体圧力検出装置を提供する事を目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明装置は、 凹部を持ち、一面にシリコンダイアフラムを持つ台座の
上記一面に対向する他面を上記凹部の底面に固定された
第１部材と、 上記第１部材に当接される外周部を持ち、上記第１部材
とで上記台座を収容する密閉空間を形成するシールダイ
アフラムと、 上記シールダイアフラムの外周部を上記第１部材とで挟
持する周縁部と弾性変形部とを持ち、上記シールダイア
フラムの外周部を上記第１部材に押圧して液体を上記密
閉空間に密封する付勢部材と、 上記シールダイアフラムの上記密閉空間側と反対側の主
面に非測定圧力を導入する圧力導入孔を持ち、上記第１
部材と一体的に結合される第２部材と、からなる半導体
圧力検出装置である。

［作用］ 本発明の液封型半導体圧力検出装置において、非測定圧
力は圧力導入孔から導入されてシールダイアフラムの外
側主面に作用する。そしてシールダイアフラムを押出
し、密閉空間内の液体に作用する。加圧された液体は、
シリコンダイアフラムの密閉空間側一面に作用する。シ
リコンダイアフラムは、上記一面に対向する他面におい
て上記台座とともに基準圧力室を形成しており、液体圧
力と上記基準圧力室圧力との差圧によりたわむ。シリコ
ンダイアフラムは半導体圧力変換素子を内蔵し、上記半
導体圧力変換素子は上記たわみに応じた電気信号をリー
ド部材を介して外部に出力する。

本発明ではシールダイアフラムの周縁部は第１部材と弾
性変形可能な付勢部材とに挟持され、上記付勢部材は弾
性変形しつつ上記シールダイアフラムの周縁部を第１部
材に当接付勢している。このために、付勢部材の上記付
勢を増強していくとともに、シールダイアフラムの周縁
部と上記周縁部と当接する第１部材との間の隙間は徐々
に狭くなり、それと共に密閉空間内の余分の液体は上記
隙間から徐々に排出される。そして液室の封止が徐々に
形成され、最終的に適量の液体が充填された密閉空間が
完成される。

［効果］ 上記説明されたように、本発明の液封型半導体圧力検出
装置は、シールダイアフラムの周縁部が付勢部材と第１
部材との間に挟持され、更に、付勢部材の付勢及び弾性
変形によって第１部材に所定圧力で押圧されている。

従って本発明装置では、上記付勢部材が徐々に押圧可能
であるので、密閉空間内の余分のオイルは充分に排出さ
れ、残留したり、シールダイアフラムが変形したり、破
壊したりする事はない。シールダイアフラムの周縁部主
面は第１部材に広く当接し、更に上記主面に垂直方向に
押圧されるので、封止は強固となる・更に本発明装置は
付勢部材が塑性変形する必要が無いので分解調整が可能
である。

［実施例］ 本発明の液封型半導体圧力検出装置を実施例により説明
する。

本装置の１実施例断面図を第１図に示す。

本装置は、 一面にシリコンダイアフラム６を持つ台座５と凹部とを
持ち、台座５の一面に対向する他面を凹部の底面14hに
固定された第１部材２と、 第１部材２に当接される外周部を持ち、第１部材２とで
台座５を収容する密閉空間７を形成するシールダイアフ
ラム８と、 密閉空間内７に封入された液体7aと、 シールダイアフラム８の外周部を第１部材２とで挟持す
る周縁部9cと弾性変形部とを持ち、シールダイアフラム
８の外周部を第１部材２に押圧して液体7aを密閉空間７
な密封する付勢部材９と、 シールダイアフラム８の密閉空間７側と反対側の主面に
被測定圧力を導入する圧力導入孔1dを持ち、第１部材２
と一体的に結合される第２部材１と、からなる。

第１部材２は、鉄であり、その一面14b側を掘り込ん
で、それぞれ径の異なる円周側面14c、14e、14gと円形
底面14hとリング状段差面14d、14fとを形成されてい
る。

シリコンダイアフラム６は一主面において台座５の一面
に固定され、台座５と共に密閉された基準圧力室（図示
せず）を形成している。更に、シリコンダイアフラム６
は上記基準圧力室と密閉空間７との圧力差によりたわむ
ダイヤフラム部と、上記たわみを検出する半導体圧力変
換素子と、を持つ。

台座５はガラス製であり、第１部材２の凹部底14hに接
着されている。

出力端子４は第１部材２の対向する２面14fと14j間を貫
通する貫通孔14iに挿入され封止用ガラス材３によって
ハーメチックシールされている。

ボンディングワイヤ11は出力端子４の露出する一端と上
記半導体圧力変換素子（図示せず）の出力電極を接続し
ている。

第２部材１は、金属製であり、その一面1h側に開放面を
有し雌ネジ側面1cと円形底面1gとを有する凹部材をも
ち、上記凹部に雄ネジ面2kを有する第１部材２がネジ締
めされている。更に上記ネジ締めのための案内穴2aが第
１部材２の一面14jに設置され、圧力導入孔1dが第２部
材１の中心部において対向する２面1fと1bとを貫通して
形成されている。又、第２部材１は雌ネジ面1cに対向す
る円周外側面1eと、圧力導入孔1dの円筒面と対向し円周
外側面1eより小径のネジ面1bとを有する。

シールダイアフラム８はシリコンダイアフラム６と対向
し、その周縁部の一主面は第１部材２のリング状段差面
14dに当接し、密閉空間７を封止している。

液体7aは、シリコンオイルであり密閉空間７に封入され
ている。

付勢部材９は、皿バネ部材であり、第２図に示されるよ
うにリンク形状の周縁部9cと円錐形状の側面9dと中央開
孔部9fを有する頂部円板9eとを有する。又、付勢部材９
は第２部材１の円形底面1gよって円形頂部9eを押圧さ
れ、シールダイアフラム８の周縁部を押圧する。

更に、皿バネ部材９は第２図に示されるように、余分の
オイルの除去のための開孔部9aと溝9bを有し、開孔部9f
は圧力導入孔1dに連通している。

上記半導体圧力検出装置の組み立てについて以下に説明
する。

まず、第１部材２の一面14jを下としてシールダイアフ
ラム８を段差面14d上に配置する。

次に、シリコンオイル中で液室７を真空脱泡しついで大
気圧に戻す。次に、第２部材１の上記凹部にパッキン1
0、皿バネ部材９をセットし、支持部材２をゆっくりと
第２部材１にネジ締めする。

上記実施例によれば第１部材２を第２部材１にネジ締め
するとともに、皿バネ部材９が第２部材１により押圧さ
れて弾性変形し、密閉空間７内の余分のシリコンオイル
7aはシールダイアフラム８と段差面14dとの隙間から大
気圧である空間18に洩出し、最後にネジ締めにより液室
７が完全に封止される。又、皿ばね部材９は上記押圧に
より、第１部材２の凹部内側面14cに押圧され上記封止
は更に強化される。洩出した余分の油は第１部材２と第
２部材１とで形成される空間18と、上記空間18に連通す
る圧力導入孔1dを介して除去される。

以下に上記半導体圧力検出装置の動作が説明される。

被測定圧力は圧力導入孔1dと圧力導入孔1dに連通する空
間18とを介してシールダイアフラム８に伝達され、更に
被測定圧力はシリコンオイル7aを介してシリコンダイア
フラム６の一面に伝達される。シリコンダイアフラム６
は被測定圧力と基準圧力室（図示せず）の圧力との差圧
によりたわみ、上記たわみによってダイアフラムに内蔵
される半導体圧力変換素子（図示せず）の抵抗が変化
し、上記抵抗変化は上記半導体圧力変換素子を持つブリ
ッジ回路の信号電圧変化を発生させ、上記信号電圧は、
ボンディングワイヤ11と出力端子圧４とを介して外部に
電気的に伝送される。

上記説明されたように本実施例の半導体圧力検出装置
は、第１部材２を適当な速度で第２部材１にネジ締めす
るだけで簡単にシールダイアフラムの固定と液室内の余
分のオイルの除去とを同時に実施できる。又、ネジ締め
量によって押圧力を調整でき、ネジ戻しによって簡単に
分解が可能となる。更に皿バネ部材９は押圧及び変形に
より第１部材２の段差面14dとともに内側面14cにも当接
されるので、封止が強化される。

皿バネ部材の他の実施例を第３図に示す。皿パネ部材12
はリング形状の周縁部12aと円錐形状の側面部12dと中央
開口部12fを有する頂部円板12eとを有し、更にスプリン
グ圧の調整と余分のオイルの排出とのための開孔部12b
と、回り止めのための突起12cとを有する。

本発明の半導体圧力検出装置の他の実施例を第４図に示
す。

本半導体圧力検出装置は基本的に第１図の半導体圧力検
出装置と同じ構造を有する。

ただし本実施例において、ツバ状部材13が第１部材２の
凹部に圧入されて内側面14cと係合し、皿バネ部材９の
周縁部と頂部とを押圧し支持している。更に、つば状部
材13はオイル排出用の溝13aと被測定圧力伝達用の穴13b
とを持つ。従ってこの実施例においては、液室７の封止
めはつば状部材13の圧入により完成され、第２部材を使
用しないので、第１部材と第２部材との結合又は分離が
自由に行える。

尚、つば状部材13と第１部材１の内側面14cとはネジ面
によって係合されていても良い。

なお上記各実施例によって生じる他の効果はシールダイ
アフラム８の全周縁部の当接面が均質な圧力で支持部材
の一面14dに押圧される事である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体圧力検出装置の１実施例断面図
である。第２図と第３図はそれぞれ皿バネ部材の１実施
例平面図である。第４図は本発明の半導体圧力検出装置
の他の実施例断面図である。第５図は従来の半導体圧力
検出装置の断面図である。 ２……第１部材、１……第２部材 ８……シールダイアフラム 7a……シリコンオイル（液体） ９……皿バネ部材（付勢部材）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一面にシリコンダイアフラムを持つ台座と
   凹部とを持ち、上記台座の一面に対向する他面を上記凹
   部の底面に固定された第１部材と、 上記第１部材に当接される外周部を持ち、上記第１部材
   とで上記台座を収容する密閉空間を形成するシールダイ
   アフラムと、 上記密閉空間に注入された液体と、 上記シールダイアフラムの外周部を上記第１部材とで挟
   持する周縁部と弾性変形部とを持ち、上記シールダイア
   フラムの外周部を上記第１部材に押圧して液体を上記密
   閉空間に密封する付勢部材と、 上記シールダイアフラムの上記密閉空間側と反対側の主
   面に非測定圧力を導入する圧力導入孔を持ち、上記第１
   部材と一体的に結合される第２部材と、からなる半導体
   圧力検出装置。
2. 【請求項２】付勢部材は、シールダイアフラムの外周部
   と当接するリング状のシール面と第２部材と当接する当
   接面とをもち、第２部材により付勢可能である皿バネ部
   材である特許請求の範囲第１項記載の半導体圧力検出装
   置。
3. 【請求項３】付勢部材は、シールダイアフラムの外周部
   と当接するリング状のシール面をもつ皿バネ部材と、上
   記皿バネ部材を当接付勢し第１部材に係合している押え
   部材と、で構成されている特許請求の範囲第１項記載の
   半導体圧力検出装置。
4. 【請求項４】第１部材と第２部材とはねじ締めにより一
   体的に結合されている特許請求の範囲第１項乃至第３項
   にそれぞれ記載の半導体圧力検出装置。