技術 半導体圧力検出装置の製造方法及び流体注入装置

0001

本発明は、半導体圧力検出装置の製造方法及び流体注入装置に関するものである。

0002

従来から、気体や液体等の流体圧力の検出装置として、流体と接するステンレスダイヤフラムが、非圧縮性流体等を介してセンサチップのシリコンダイヤフラムに流体圧力を伝達し、該シリコンダイヤフラムにおいて圧力が検出される、２重ダイヤフラム式の半導体圧力検出装置が知られている。

0003

この半導体圧力検出装置において、前記非圧縮性流体は、前記ステンレスダイヤフラムと前記センサチップとによって構成される密閉空間に充填されている。そして、この半導体圧力検出装置の出力特性には、充填されている非圧縮性流体の量と、前記密閉空間の容積との関係が大きく影響している。従って、この非圧縮性流体の充填量は、同じ型式の半導体圧力検出装置であれば、常に高精度に一定量であることが望まれており、高精度の定体積注入用のディスペンサーを用いて、非圧縮性流体を一定体積で前記密閉空間に充填することが一般に行われている。

0004

ところで、前記非圧縮性流体は、温度変化によって体積が膨張又は収縮変化する。従って、非圧縮性流体の温度が高いときには、上記の定体積注入用のディスペンサーを使用して一定の体積で半導体圧力検出装置に充填を行っても、本来の充填重量より少なくなる。逆に、非圧縮性流体の温度が低いときには、本来の充填重量より多くなる。その結果、前記非圧縮性流体に温度変化が生ずると、同じ型式の半導体圧力検出装置でも、充填されている非圧縮性流体の重量が異なることとなり、同じ温度条件で使用しても、ステンレスダイヤフラムが張ったり、凹んだりする現象が起きる。このため、同じ型式の半導体圧力検出装置であっても出力特性のばらつきが生じるという問題があった。

0005

本発明の目的は、高精度の出力特性を有する半導体圧力検出装置の製造方法及び、一定重量の流体を注入可能な流体注入装置を提供することにある。

0006

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングに形成された凹部内に配設され、圧力を検出するセンサチップと、前記凹部を密閉し、同凹部とともに封止室を形成するダイヤフラムと、前記封止室に封止され、前記ダイヤフラムが受圧した圧力を前記センサチップに伝達する非圧縮性流体とを備えた半導体圧力検出装置の製造方法において、前記非圧縮性流体を前記封止室に封止するときには、モータの回転量に比例した体積の前記非圧縮性流体を送出可能な送出手段を使用し、前記送出手段により前記非圧縮性流体を前記封止室に注入する前に、前記非圧縮性流体の温度を検出し、その検出した温度に基づいて前記非圧縮性流体の予め定めた重量に相当する体積を演算し、その演算した体積に基づいて前記送出手段の前記モータの回転量を演算し、その演算した回転量にて前記モータを回転させて、前記封止室に前記予め定めた重量の前記非圧縮性流体を送出するようにしたことを要旨とする。

0007

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体圧力検出装置の製造方法において、前記送出手段は、モーノポンプであることを要旨とする。請求項３に記載の発明は、モータの回転量に比例した体積の流体を送出可能な送出手段と、前記流体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサが検出した前記温度に基づいて、前記送出手段より送出される前記流体が予め定めた重量の体積を有するように、前記モータの回転量を制御する制御手段とを備えたことを要旨とする。

0008

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の流体注入装置において、前記送出手段はモーノポンプであることを要旨とする。請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の流体注入装置において、前記流体は半導体圧力検出装置に注入され非圧縮性流体であり、前記送出手段は前記半導体圧力検出装置に凹設された凹部に前記非圧縮性流体を一定重量で送出することを要旨とする。

0009

（作用）請求項１に記載の発明によれば、半導体圧力検出装置の封止室に注入する前の非圧縮性流体の温度を検出し、その検出温度に基づいて予め定めた重量となる非圧縮性流体の体積を送出するモータの回転量を求め、その回転量にてモータを回転させて、封止室に一定体積の非圧縮性流体を注入するようにした。

0010

従って、半導体圧力検出装置に非圧縮性流体を注入する時に、温度変化によって、非圧縮性流体が膨張や収縮をしていても、常に一定重量の非圧縮性流体を半導体圧力検出装置に注入することができる。その結果、非圧縮性流体の温度管理を行うことなく、高精度の出力特性を有する半導体圧力検出装置を容易に製造することができる。

0011

請求項２に記載の発明によれば、非圧縮性流体を注入する時にはモーノポンプを使用するようにした。従って、モーノポンプを使用することによって、モーノポンプのモータの回転量に比例した体積の非圧縮性流体を応答性良く吐出させ、注入される非圧縮性流体の重量を一定とすることができるので、製造が容易である。

0012

請求項３に記載の発明によれば、制御手段が、温度センサを介して非圧縮性流体の温度を検出し、検出した温度に基づいて、モータの回転量を制御するようにした。これにより、送出手段より送出される非圧縮性流体が重量一定の体積を有するようにした。

0013

従って、温度変化による体積変化が起こりやすい非圧縮性流体を注入するときに、非圧縮性流体の温度変化による体積変化にかかわらず、一定の重量で注入することが可能である。

0014

請求項４に記載の発明によれば、モーノポンプによって、モータの回転量に比例した体積の流体を応答性良く吐出させ、注入される流体が重量一定の体積を有するようにした。

0015

従って、モータの回転量を制御させることにより、吐出される流体の体積を応答性良く変化させることができるので、注入される流体の重量を一定とすることが容易である。

0016

請求項５に記載の発明によれば、制御手段が、温度センサを介して非圧縮性流体の温度を検出し、検出した温度に基づいて、モータの回転量を制御するようにした。そして、送出手段から半導体圧力検出装置の凹部に注入される非圧縮性流体の体積が、重量が一定になるように調節した。

0017

従って、半導体圧力検出装置に非圧縮性流体を注入するときに、温度変化によって、非圧縮性流体が膨張や収縮をしていても、常に一定重量の非圧縮性流体を半導体圧力検出装置に注入することができる。その結果、非圧縮性流体の温度管理を行うことなく、高精度の出力特性を有する半導体圧力検出装置を容易に製造することができる。

0018

以下、本発明の一実施形態を図１に従って説明する。図１は本実施形態における半導体圧力検出装置１１の側断面図である。

0019

図１において、半導体圧力検出装置１１は、金属製のセンサハウジング１２と合成樹脂製のハウジングとしてのコネクタハウジング１３とを備えている。コネクタハウジング１３は、センサハウジング１２に対して、その基端部１３ａが嵌合されており、センサハウジング１２の先端側に形成されたかしめ片１２ａが内側へ屈曲されて、押圧されて組み立てられる。以下、図１において、紙面上の上側を先端、下側を基端として表現する。

0020

コネクタハウジング１３は、電源を供給する電源用のターミナルピン１４、１５と図示しない信号を伝達する信号用ターミナルピンとの合計３個のターミナルピンが長手方向にインサートモールドされている。（図１では、２個のみ図示している。）
前記コネクタハウジング１３の軸線方向の中央部には、同コネクタハウジング１３を補強する金属プレート１６が設けられている。コネクタハウジング１３の基端には略円錐状の凹部１３ｂが凹設され、同凹部１３ｂの中央部底部には、さらに、チップ格納部１３ｃが凹設されている。このチップ格納部１３ｃにはセンサチップ２１が接着剤にて固設され、そのセンサチップ２１はワイヤボンディングにより３本のアルミワイヤＷ１，Ｗ２（図では２本のみ図示し、信号用のアルミワイヤは図示せず）を介してそれぞれ対応する前記各ターミナルピン１４，１５及び図示しない信号用ターミナルピンに接合されている。そして、この電源用ターミナルピン１４、１５及び信号用ターミナルピンは、コネクタハウジング１３の先端側に伸びている。

0021

また、センサハウジング１２の内側中央部には、同軸線上に圧力導入孔１２ｂが断面円形状に形成されている。同圧力導入孔１２ｂの先端側には段差状の段差部１２ｃが拡開形成され、同段差部１２ｃに対して、ダイヤフラム１７と図示しない金属製の押さえ部材がともにレーザ溶接等で気密に接合されている。

0022

そして、前記センサハウジング１２に前記コネクタハウジング１３が組みつけられた状態では、前記コネクタハウジング１３の基端側の凹部１３ｂと、前記センサハウジング１２のダイヤフラム１７とによって、封止室としてのオイル封入室１９が形成される。同オイル封入室１９には、非圧縮性流体としてのシリコーン系オイルＳが封入されており、コネクタハウジング１３と、基端部１３ａの外周に設けられたＯリング２０と、ダイヤフラム１７等により、シリコーン系オイルＳは密封されている。

0023

そして、前記オイル封入室１９のシリコーン系オイルＳは、コネクタハウジング１３をセンサハウジング１２に組付ける前に、センサハウジング１２の凹部１２ｄに注入される。詳述すると、凹部１２ｄが上に向くようにして固定されたセンサハウジング１２に対して、上方よりシリコーン系オイルＳが同凹部１２ｄに注入され、その後、コネクタハウジング１３がセンサハウジング１２に組みつけられることにより、同シリコーン系オイルＳは前記オイル封入室１９に封入される。

0024

以上の構成により、圧力導入孔１２ｂより入力された圧力は、オイル封入室１９のシリコーン系オイルＳに圧力が伝達される。この圧力はセンサチップ２１に伝達され、同センサチップ２１により圧力が検出され、圧力の大きさに応じた電気信号が信号用ターミナルピンに出力される。

0025

次に、以上のように構成された半導体圧力検出装置１１へ前記シリコーン系オイルＳを注入する非圧縮性流体注入装置としてのオイル注入装置３１について図２に従って説明する。

0026

図２は本実施形態におけるオイル注入装置３１の概略構成図である。図２に示すように、オイル注入装置３１はシリコーン系オイルＳを貯留する貯留タンク３２と、そのオイルＳを前記センサハウジング１２の凹部１２ｄに注入するディスペンサー３３と、制御手段としての制御装置３４とを備える。

0027

貯留タンク３２に貯留されているシリコーン系オイルＳは、供給配管３５を介して前記ディスペンサー３３に供給される。同供給配管３５には温度センサ３６が設けられ、同温度センサ３６は、供給配管３５内を流れるシリコーン系オイルＳの温度を検出し、前記制御装置３４に出力する。

0028

ディスペンサー３３は、回転容積型の一軸偏心ネジ構造を有するモーノポンプ３７（例えば、特開２０００−６４９６６号公報参照）と、モーノポンプ３７の駆動源としてのモータ３８とが一体となって構成されている。モーノポンプ３７は前記供給配管３５と接続されており、供給配管３５から供給されるシリコーン系オイルＳを図示しないロータの回転によって送出し、モーノポンプ３７の先端に設けられているノズル３７ａから吐出す。そして、このモーノポンプ３７においては、ロータ１回転あたりのノズル３７ａから吐出されるシリコーン系オイルＳの体積は一定であり、モータ３８の回転量を調節することによって、結果的にノズル３７ａから吐出されるシリコーン系オイルＳの重量を調節することが可能となっている。

0029

そして、ノズル３７ａより吐出されたシリコーン系オイルＳは、かしめ片１２ａ（凹部１２ｄ）が上を向いた状態で固定された前記センサハウジング１２の凹部１２ｄに注入されるようになっている。

0030

制御装置３４は、ＣＰＵ３９、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ４２、スタータスイッチ４３及びモータ駆動回路４４とを備えている。ＣＰＵ３９は、前記温度センサ３６と接続されており、温度センサ３６から出力されるシリコーン系オイルＳの温度検出信号が入力される。また、ＣＰＵ３９はモータ駆動回路４４を介して前記ディスペンサー３３のモータ３８と接続されており、同モータ３８が同ＣＰＵ３９が演算した回転量に回転するようにモータ駆動回路４４に駆動制御信号を出力するようになっている。モータ駆動回路４４は、ＣＰＵ３９からの駆動制御信号に基づいてモータに駆動電源を供給して前記演算した回転量だけ回転するよう同モータ３８を回転駆動させる。

0031

ＲＯＭ４１は制御プログラムと、制御プログラムを実行する際に参照される補正式Ｆが記憶されているメモリである。ＲＡＭ４２はＣＰＵ３９が演算処理を行う際に使用する各種データや演算結果とを一時記憶する。また、スタータスイッチ４３は前記センサハウジング１２にシリコーン系オイルＳの注入を開始する開始信号をＣＰＵ３９に送信するスイッチである。

0032

そして、ＣＰＵ３９はスタータスイッチ４３からの開始信号を受信すると、ＲＯＭ４１に記憶された制御プログラムに従って動作するようになっている。すなわち、前記制御プログラムは、ＣＰＵ３９にオイルＳの温度を検出させ、検出した温度に基づいてモータ３８の回転量を演算させて、一定重量のオイルＳをモーノポンプ３７から送出させるためのプログラムである。詳述すると、前記モータ３８にて駆動されるモーノポンプ３７はロータ１回転あたり吐出されるオイルＳの体積は同じであっても送出（吐出）重量は相違することになる。そこで、制御プログラムにおいて、オイルＳが温度によって膨張又は収縮して体積が変化しても、常に予め定めた一定の吐出重量ｍを送出（吐出）するためにその時々のオイルＳの温度に対してどれだけモータ３８を回転させればよいかその回転量をＣＰＵ３９にて演算させその演算した回転量でモータ３８を回転させるようにしている。

0033

つまり、ＣＰＵ３９はスタータスイッチ４３から開始信号を受信すると、制御プログラムに従って、温度センサ３６を介して供給配管３５内のシリコーン系オイルＳの温度を検出する。そして、検出した温度をもとに、前記ＲＯＭ４１に記憶した補正式Ｆを使用して予め定めた一定重量のオイルＳを送出するためのモータ３８の回転量を演算する。そして、ＣＰＵ３９は、演算された回転量だけモータ３８が回転するよう、モータ駆動回路４４に駆動制御信号を送信する。モータ３８はそのＣＰＵ３９が演算した回転量だけ回転して適量のシリコーン系オイルＳをコネクタハウジング１３に注入する。

0034

なお、ＲＯＭ４１に記憶されている補正式Ｆは、検出した温度をもとに、予め定めた一定の吐出重量ｍに相当する体積のシリコーン系オイルＳが注入できるよう、モータ３８の回転量を補正演算するためのものであり、下記の式１であらわされる。この式１において、ｎは予め定めた一定の吐出重量ｍのオイルＳを注入するためのモータ３８の回転量を、ｔは検出した温度を示す。またＡ，Ｂは係数であり、Ｔはシリコーン系オイルＳの理想温度を、Ｎは前記理想温度Ｔにおけるモータ３８の理想回転量を示し、それぞれ係数Ａ，Ｂ、理想温度Ｔ及び理想回転量Ｎは予め実験等によって求められた既知の数値である。

0035

ｎ＝（Ａ×Ｔ＋Ｂ）×Ｎ／（Ａ×ｔ＋Ｂ） …［式１］
そして、上記式１における係数Ａ，Ｂは実験的に求められる値であり、本実施形態においては以下のようにして求められ、ＲＯＭ４１に記憶されている。

0036

理想回転量Ｎにおけるディスペンサー３３の吐出重量ｍと温度ｔとの関係は、前記係数Ａ，Ｂを使用すると次の式２に示す通りとなる。
ｍ＝Ａ×ｔ＋Ｂ …［式２］
また、図３は、理想回転量Ｎにおけるディスペンサー３３の吐出重量ｍと温度ｔとの関係を実験的に求めたグラフを示している。そして、吐出重量ｍと温度ｔとの関係は近似直線Ｐのように近似でき、近似直線Ｐの近似式は次の式３のようになっている。

0037

ｍ＝−４．７９４２×ｔ＋４２５．６４ …［式３］
従って、本実施形態における係数Ａ，Ｂは次の式４及び式５に示す通りである。

0038

Ａ＝−４．７９４２ …［式４］
Ｂ＝４２５．６４ …［式５］
次に、以上のように構成されたオイル注入装置３１の作用について図４に示すフローチャートに従って説明する。

0039

まず、シリコーン系オイルＳが注入されていないセンサハウジング１２が、シリコーン系オイルＳが注入可能な状態で、オイル注入装置３１に配置される。すなわち、ディスペンサー３３のノズル３７ａとセンサハウジング１２の凹部１２ｄとが上下に対向した状態（図２参照）となる。そして、センサハウジング１２が所定の位置にあることが作業員の目視等により確認されセンサハウジング１２に予め定めた一定重量（吐出重量）ｍのオイルＳを注入すべく、作業員等によってスタータスイッチ４３が入力される（ステップＳ１１）。

0040

スタータスイッチ４３の入力信号はＣＰＵ３９に出力され、ＣＰＵ３９はその入力信号に応答してＲＯＭ４１に記憶されている制御プログラムに従って、温度センサ３６を介して供給配管３５内のシリコーン系オイルＳの温度ｔを検出する（ステップＳ１２）。

0041

次に、ＣＰＵ３９は制御プログラムに従い、検出した温度ｔを用いて、ＲＯＭ４１に記憶されている補正式Ｆからモータ３８の回転量ｎを演算する（ステップＳ１３）。そして、ＣＰＵ３９は、演算された回転量ｎだけモータ３８が回転するよう、モータ駆動回路４４に駆動制御信号を出力する。モータ駆動回路４４は駆動制御信号に基づいてモータ３８を回転量ｎだけ回転させて一定の吐出重量ｍのシリコーン系オイルＳがセンサハウジング１２の凹部１２ｄに注入される（ステップＳ１４）。

0042

上記実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）上記実施形態では、制御装置３４が、温度センサ３６を介してシリコーン系オイルＳの温度ｔを検出し、検出した温度ｔに基づいて、ディスペンサー３３のモータ３８の回転量ｎを制御するようにした。そして、モーノポンプ３７から凹部１２ｄに送出されるシリコーン系オイルＳが所定の重量になるよう、体積を調節した。

0043

従って、半導体圧力検出装置１１にシリコーン系オイルＳを注入するときに、温度変化によって、シリコーン系オイルＳが膨張や収縮をしていても、常に一定の吐出重量ｍのシリコーン系オイルＳを半導体圧力検出装置１１に注入することができる。その結果、シリコーン系オイルＳの温度変化による膨張や収縮を防ぐために保温装置を設ける等の温度管理をすることなく、高精度の出力特性を有する半導体圧力検出装置１１を容易に製造することができる。

0044

（２）上記実施形態では、ディスペンサー３３のモーノポンプ３７によって、モータ３８の回転量に比例した体積のシリコーン系オイルＳを吐出させるようにし、半導体圧力検出装置１１の凹部１２ｄに注入されるシリコーン系オイルＳが一定重量に相当する体積を有するようにした。

0045

従って、モータ３８の回転量を変えることにより、モーノポンプ３７から吐出されるシリコーン系オイルＳの体積を応答性良く変化させることができるので、注入されるシリコーン系オイルＳの重量を一定とすることが容易である。

0046

（３）上記実施形態では、半導体圧力検出装置１１の凹部１２ｄ内に、シリコーン系オイルＳを充填した。従って、凹部１２ｄ内に設けられているセンサチップ２１を腐食させることがない。

0047

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、半導体圧力検出装置１１の凹部１２ｄを満たすように非圧縮性流体としてのシリコーン系オイルＳを充填するようにしたが、シリコーン系オイルＳ以外の非圧縮性流体、例えば、シリコーン系ゲル、フロロシリコーンオイル、フッ素オイル等を充填するようにしても良い。

0048

・上記実施形態においては、非圧縮性流体注入装置としてのオイル注入装置３１は、半導体圧力検出装置１１の凹部１２ｄにシリコーン系オイルＳを一定重量で充填する装置として構成したが、その他の用途に使用するようにしても良い。例えば、温度による体積変化の生じる非圧縮性流体や、その他流体、例えば、水や液状薬品、液状食品、オイル等を一定重量で容器等に注入する時等に使用するようにしても良い。

0049

・上記実施形態においては、送出手段としてモーノポンプ３７を使用するようにしたが、モータ３８の回転量に比例した体積の非圧縮性流体を送出可能なその他の送出手段、例えば、ピストンポンプ、歯車ポンプ、ベーンポンプ、ねじポンプ、二葉式ポンプ等としても良い。

0050

・上記実施形態においては、ＣＰＵ３９は、モータ３８の回転量を制御するようにして構成したが、加えて、ディスペンサー３３の位置を上昇、下降制御できるようにし、注入前にディスペンサー３３をコネクタハウジング１３の付近まで下降させ、注入終了後にもとの位置まで上昇させるようにしてもよい。

0051

・上記実施形態においては、ＣＰＵ３９は作業員等によるスタータスイッチ４３の入力信号を受信してから、制御プログラムに従って動作するようにしたが、タイマーによって自動的に動作を開始するようにしても良い。もしくは、コネクタハウジング１３の位置を検知させて動作を開始するようにしても良い。

0052

・上記実施形態においては、ＣＰＵ３９はＲＯＭ４１に記憶されている補正式Ｆ（式１）を使用してモータ３８の回転量を演算するようにしたが、実験的に求められるその他の式で演算するようにしても良い。

0053

・上記実施形態では、補正式Ｆを使って回転量ｎを求めたが、各温度ｔに対する回転量ｎをテーブル化して例えばＲＯＭ４１に記憶する。そして、その時々の温度ｔに対する回転量ｎをテーブルから読み出すようにしてもよい。

0054

以上、詳述したように、請求項１及び２，５に記載の発明によれば、半導体圧力検出装置は高精度の出力特性を有することができる。

0055

加えて、請求項３及び４に記載の発明によれば、温度変化により体積変化する流体を一定重量で注入することができる。

0056

図１本実施形態における半導体圧力検出装置の側断面図である。
図２同じく、オイル注入装置の概略構成図である。
図３同じく、オイルの温度とディスペンサーの吐出重量との関係を示すグラフである。
図４同じく、オイル注入装置の作用を説明するためのフローチャート図である。

0057

Ｓ…シリコーン系オイル、ｍ…重量、ｎ…回転量、ｔ…温度、１１…半導体圧力検出装置、１２ｄ・・・凹部、１３…ハウジングとしてのコネクタハウジング、１３ｂ…凹部、１７…ダイヤフラム、１９…封止室としてのオイル封入室、２１…センサチップ、３４…制御手段としての制御装置、３６…温度センサ、３７…モーノポンプ、３８…モータ。