CN110418950A - 压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供不管ESD保护电路的有无，都能够不使用大量的粘接剂而稳定地维持高的静电击穿电压的压力传感器。本发明的压力传感器(100)的特征在于，具备：液封于液封室(124A)且检测导入至压力室(112A)的流体的压力的半导体传感器芯片(126)；通过接合线(126a)连接于半导体传感器芯片(126)且连接于连接端子(133)的多个引线脚(128)；保护液封室(124A)不受周围的环境条件影响且保持多个引线脚(128)的密封玻璃(124)；以及配置于多个引线脚(128)的周围且保持密封玻璃(124)的金属制的外壳(121)，还具备配置于从密封玻璃(124)伸出的多个引线脚(128)的周围且覆盖外壳(121)的连接端子(133)侧的面的绝缘片(151)。
Description
技术领域
本发明涉及压力传感器，尤其涉及将半导体传感器芯片配置于用填充油填充的液封室的液封型的压力传感器。
背景技术
压力传感器用于冷冻、冷藏、空调设备用的制冷剂压力传感器、供水、工业用泵等水压传感器、蒸汽锅炉的蒸汽压传感器、气/液压工业设备的气/液压传感器、汽车的压力传感器等各种用途。
作为这样的压力传感器中的流体压检测用的压力传感器，一直以来，已知例如，如专利文献1公开那样将半导体压力传感器芯片配置于用填充油填充的液封室的液封型的压力传感器。
在液封型的压力传感器中，作用于划分压力室和液封室的膜片的压力室的流体的流体压经由液封室内的填充油传递至半导体传感器芯片，流体的流体压被检测。在半导体传感器芯片经由接合线连接多个引线脚，经由多个引线脚，进行电源供给及检测出的压力信号的送出、各种调整等。另外，为了保护液封室不受空气中的湿气、尘埃、热等环境条件影响，密封玻璃密封于液封室的周围，多个引线脚也通过密封玻璃固定。另外，在密封玻璃的周围，为了保证强度，配置有金属制等的外壳。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－308397号公报
专利文献2：日本专利第3987386号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在上述的专利文献1记载的液封型的压力传感器中，由于静电放电(ESD：Electro-Static Discharge)，存在半导体传感器芯片的内部电路破损的问题。作为这样的问题的对策，考虑在半导体传感器芯片内加入ESD保护电路。但是，由于近年来的半导体传感器芯片的小型化，难以确保ESD保护电路的面积，另外，这样的电路的加入导致半导体传感器芯片的单价的高涨。
为了改善这样的问题，通过向引线脚与外壳之间填充耐受电压比空气高的粘接剂，从而提高了静电击穿电压。但是，在这样的使用粘接剂的方法中，粘接剂的流动不稳定，需要大量的粘接剂，因此，存在发生与其它部件或夹具的干涉的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种压力传感器，不管有无ESD保护电路，都能够不使用大量的粘接剂而稳定地维持高的静电击穿电压。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的压力传感器的特征在于，具备：半导体传感器芯片，其液封于填充有填充油的液封室，经由上述填充油检测导入至压力室的流体的压力；多个引线脚，其通过引线接合连接于上述半导体传感器芯片，构成上述半导体传感器芯片的外部输入输出端子，且连接于连接端子；密封玻璃，其保持上述多个引线脚；金属制的外壳，其配置于上述多个引线脚的周围，且保持上述密封玻璃；以及绝缘片，其配置于从上述密封玻璃伸出的上述多个引线脚的周围，且覆盖上述外壳的上述连接端子侧的面。
这样，通过在外壳的上表面设有绝缘片，不管有无ESD保护电路，都能够防止因静电放电而导致的半导体传感器芯片的内部电路的破损。
另外，也可以是，上述绝缘片与上述密封玻璃的上述连接端子侧的面及上述外壳的上述连接端子侧的面之间的空间通过绝缘性粘接剂密封。
这样，通过用绝缘性粘接剂密封绝缘片与密封玻璃和外壳之间的空间，能够进一步防止因静电放电而导致的半导体传感器芯片的内部电路的破损。
另外，也可以是，在上述外壳的上述连接端子侧的面的内周部设有倾斜面，上述绝缘性粘接剂浸透在上述外壳的上述倾斜面与上述绝缘片之间的缝隙。
这样，通过在外壳的内周面设有倾斜面，能够在外壳与绝缘片之间可靠地形成空间，能够使绝缘性粘接剂浸透。
另外，也可以是，在上述绝缘片的中央形成有注入上述绝缘性粘接剂的贯通孔。
这样，通过在绝缘片的中央设有贯通孔，能够在中央一个部分涂布绝缘性粘接剂而稳定地供给固定量的粘接剂。
另外，也可以是，在上述贯通孔的内周面至少形成一个切口。
这样，通过在绝缘片的贯通孔设有切口，利用切口与接近切口的引线脚，能够使绝缘性粘接剂利用表面张力而均匀地浸透全周。
另外，也可以是，在上述绝缘片的上述贯通孔的周围形成气泡去除孔。
这样，通过设置有气泡去除孔，能够将在绝缘性粘接剂的内部产生的气泡从气泡去除孔排出，提高绝缘性。
另外，也可以是，形成有多个上述气泡去除孔，多个气泡去除孔分别形成于与上述绝缘片的全周对应的位置。
这样，通过在相当于全周的位置设有气泡去除孔，在使用容易产生并残留气泡的绝缘性粘接剂的情况下，能够促进气泡的排出，提高绝缘性。
发明的效果
根据本发明的压力传感器，不管有无ESD保护电路，都能够不使用大量的粘接剂而稳定地维持高的静电击穿电压。
附图说明
图1是表示本发明的压力传感器的一例的液封形的压力传感器整体的纵剖视图。
图2是表示本发明的压力传感器的绝缘片的形状的一例的俯视图。
图3是说明使用了无切口的绝缘片的情况的问题点的主要部分的纵剖视图。
图4是说明使用了图2所示的绝缘片的情况的主要部分的纵剖视图。
图5是说明使用图2所示的绝缘片且在粘接剂内部残留有气泡的情况的主要部分的纵剖视图。
图6是表示绝缘片的其它例的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示作为本发明的压力传感器的一例的液封形的压力传感器100整体的纵剖视图。
图1中，液封型的压力传感器100具备：将进行压力检测的流体导入后述的压力室112A的流体导入部110；检测压力室112A的流体的压力的压力检测部120；将压力检测部120检测出的压力信号送出至外部的信号送出部130；以及连接流体导入部110、压力检测部120、以及信号送出部130的连接部件140。
流体导入部110具备：连接于引导进行压力检测的流体的配管的金属制的接头部件111；以及通过焊接等连接于接头部件111的与连接于配管的端部不同的端部的具有碗形状的金属制的底板112。
在接头部件111形成有：供配管的连接部的外螺纹部旋入的内螺纹部111a；以及将从配管导入的流体引导至压力室112A的端口111b。端口111b的开口端通过焊接等连接于在底板112的中央所设置的开口部。此外，在此，在接头部件111设有内螺纹部111a，但也可以设置外螺纹，或者，也可以取代接头部件111而连接铜制的连接管。底板112具有朝向与接头部件111对置的一侧扩展的碗形状，且在与后述的膜片122之间形成压力室112A。
压力检测部120具备：具有贯通孔的外壳121；划分出上述的压力室112A和后述的液封室124A的膜片122；配置于膜片122的压力室112A侧的保护罩123；嵌入外壳121的贯通孔内部的密封玻璃124；在密封玻璃124的压力室112A侧的凹部与膜片122之间填充有填充油的液封室124A；配置于密封玻璃124的中央的支柱125；被支柱125支撑且配置于液封室124A内部的半导体传感器芯片126；配置于液封室124A的周围的电位调整部件127；固定于密封玻璃124的多个引线脚128；以及固定于密封玻璃124的充油用管129。
外壳121为了保持密封玻璃124的周围的强度而由例如Fe、Ni系合金、不锈钢等金属材料形成。膜片122和保护罩123均由金属材料形成，均焊接于外壳121的压力室112A侧的贯通孔的外周缘部。保护罩123为了保护膜片122而设于压力室112A内部，且设有用于供从流体导入部110导入的流体通过的多个连通孔123a。外壳121在组装好压力检测部120后通过TIG焊、等离子焊、激光焊等从外侧焊接于流体导入部110的底板112的外周缘部。
密封玻璃124保护液封有半导体传感器芯片126的液封室124A不受空气中的湿气、尘埃、热等周围的环境条件影响，且为了保持多个引线脚128，并将多个引线脚128和外壳121绝缘而设置。在配置于密封玻璃124的中央的支柱125的液封室124A侧通过粘接剂等支撑半导体传感器芯片126。此外，在本实施方式中，支柱125由Fe、Ni系合金形成，但不限于此，也可以由不锈钢等其它金属材料形成。另外，也可以构成为，不设置支柱125，而直接支撑于密封玻璃124的形成凹部的平坦面。
在半导体传感器芯片126的内部包括具有压阻效应的由例如单晶硅等材料构成的膜片和在膜片上形成有多个半导体应变计，将这些半导体应变计桥接的桥电路以及处理来自桥电路的输出的放大电路、运算处理电路等的集成电路。另外，半导体传感器芯片126例如通过金或铝制的接合线126a连接于多个引线脚128，多个引线脚128构成半导体传感器芯片126的外部输入输出端子。
从配管导入的流体从接头部件111导入压力室112A，并按压膜片122。对该膜片122施加的压力经由液封室124A内的填充油传递至半导体传感器芯片126。由于该压力，半导体传感器芯片126的硅膜片变形，通过基于压阻元件构成的桥电路将压力变换成电信号，并从半导体传感器芯片126的集成电路经由接合线126a输出至多个引线脚128。
如专利文献2记载的那样，电位调整部件127为了将半导体传感器芯片126置于无电场(零电位)内，使芯片内的短路等不会因在框架接地与二次电源之间产生的电位影响而受到不良影响而设置。电位调整部件127配置于液封室124A内的半导体传感器芯片126与膜片122之间，由金属等导电性的材料形成，且连接于与半导体传感器芯片126的零电位连接的端子。在密封玻璃124通过密封处理以贯通状态固定有多个引线脚128和充油用管129。在本实施方式中，作为引线脚128，共设有八根引线脚128。即，设有外部输入输出用(Vout)、驱动电压供给用(Vcc)、接地用(GND)三根引线脚128、以及作为半导体传感器芯片126的调整用的端子的五根引线脚128。此外，在图1中示出了八本引线脚128中的四根。
充油用管129为了向液封室124A的内部填充作为填充油的例如硅油、或氟系惰性液体等而设置。此外，充油用管129的一方的端部在充油后如图1所示被压溃而堵塞。
信号送出部130具备：设于压力检测部120的压力室112A的相反侧的外部连接用的连接器外壳131；连接于多个引线脚128的外部输出用基板132；以及固定于连接器外壳131且连接于外部输出用基板132的连接端子133。
连接器外壳131由绝缘性的树脂等形成，与连接端子133一起连接于外部的连接器。连接器外壳131的压力室112A侧的内部空间配置有从密封玻璃124伸出的多个引线脚128、以及外部输出用基板132等。外部输出用基板132由柔性印制基板(FPC)等具有柔软性的材料形成，且连接固定于连接器外壳131的连接端子133和多个引线脚128。
连接部件140具备通过铆接加工将流体导入部110、压力检测部120、以及信号送出部130固定的铆接罩141和配置于压力检测部120与连接器外壳131之间的O形环142。
铆接罩141由铜等金属形成为圆筒形状。铆接罩141在将流体导入部110通过焊接等固定于组装好的压力检测部120后，与信号送出部130一起配置于它们的周围，并将O形环142夹在中间进行铆接加工，将它们固定。O形环142配置于压力检测部120与信号送出部130之间，实现它们的防水、防尘功能。
本发明的压力传感器100还具备ESD保护部件150。ESD保护部件150具备：配置于多个引线脚128的周围且覆盖外壳121的上表面的绝缘片151；以及配置于密封玻璃124的上表面及外壳121的上表面之间的空间且具有预定耐受电压的粘接剂152。
设置绝缘片151是为了防止在施加静电时，在金属制的外壳121与多个引线脚128之间产生静电放电(ESD：Electro-StaticDischarge)，半导体传感器芯片126的内部电路破损。在此，绝缘片151的形状由于从密封玻璃124的中央伸出有多个引线脚128，因此形成为在中央具有贯通孔151a的形状，但不限于此。另外，在此，绝缘片151的材质使用在具有预定的耐受电压的透明的聚酯片粘贴有粘接亚克力片的材质，但不限于此。
在此，粘接剂152从绝缘片151的设于中央的贯通孔151a涂布至密封玻璃124的中央。粘接剂152具有比空气高的预定的耐受电压，因此与绝缘片151同样地为了保护ESD而设置。本实施方式中，在外壳121的上表面的内周部设有倾斜面，粘接剂152浸透至该外壳121的倾斜面与绝缘片151之间的缝隙，由此提高了耐受电压。此外，通过在外壳121设置倾斜面，容易组装密封玻璃124，还具有提高作业性的效果。
此外，在此设有绝缘片151和粘接剂152双方，但是在仅通过绝缘片151能够确保期望的ESD保护性能的情况下，也可以仅设置绝缘片151。另外，在绝缘片151不具有贯通孔151a的情况下，也可以将粘接剂152直接涂布于密封玻璃124的上表面和外壳121的上表面的内周部。
图2是表示本发明的压力传感器100的绝缘片的形状的一例151A的俯视图。
图2中，在绝缘片151A的中央设有贯通孔151Aa，而且在贯通孔151Aa的内周设有多个切口151Ab。在多个切口151Ab之间，贯通孔151Aa的内周部分局部地作为突起而残留，接近多个引线脚128。因此，从贯通孔151Aa涂布至密封玻璃124的中央的粘接剂152利用表面张力全周均匀地浸透。另外，在绝缘片151A形成有以下详细说明的用于在粘接剂152硬化时在排出粘接剂152的内部产生的气泡的多个圆形的气泡去除孔151Ac。另外，对于设置多个切口151Ab的进一步的效果，以下使用图3及图4来说明。
图3是说明使用了无切口的绝缘片151的情况下的问题点的主要部分的纵剖视图。
如图3所示，有时密封玻璃124的上表面难以平坦地形成，在上表面残留有突起。在绝缘片151仅形成贯通孔151a而不形成切口151b的情况下，存在绝缘片151和密封玻璃124的残留于上表面的突起接触的问题。该情况下，从设于绝缘片151的中央的贯通孔151a涂布的粘接剂152A被该突起阻挡，无法均匀地遍布密封玻璃124的上表面的全周，存在无法确保期望的耐受电压的问题。
图4是说明使用了图2所示的绝缘片151A的情况的主要部分的纵剖视图。
如图4所示，在使用了图2所示的绝缘片151A的情况下，在密封玻璃124的上表面残留有突起，即使在该突起与绝缘片151A接触的情况下，粘接剂152A通过设于绝缘片151A的贯通孔151Aa的内周的多个切口151Ab而浸透，粘接剂152A能够从切口151Ab的侧面的与密封玻璃124的上表面的突起未接触的部分浸透。由此，能够使粘接剂152A均匀地遍布密封玻璃124的上表面的全周，能够维持基于粘接剂152A的期望的耐受电压。
图5是说明使用图2所示的绝缘片151A且在粘接剂152B的内部残留有气泡的情况的纵剖视图。
如图5所示，就例如硬化时间长的硅系等的粘接剂152B而言，一般高位加热而使其硬化。此时，若粘接剂152B的内部或周围具有水分，则如图5所示，产生水蒸气而成为气泡，若该产生的气泡残留于硬化后的粘接剂，则粘接剂152B的有效的厚度减小，静电通过图5所示的绝缘破坏路径，因此耐受电压降低，存在无法确保期望的ESD保护性能的可能性。
图6是表示绝缘片的形状的其它例151B的俯视图。
如图6所示，绝缘片151B与图2所示的绝缘片151A相比，不同点在于，取代多个圆形的气泡去除孔151Ac而形成有作为形成于与绝缘片151B的全周对应的位置的多个长孔的气泡去除孔151Bc，其它结构相同。对同样的结构标注同样的符号，并省略说明。
如图3、及图4所示，即使在使用硬化速度快的环氧等的粘接剂152A的情况下，也存在产生少量的气泡的可能性，因此，在图2所示的绝缘片151A也设置有开口面积小的多个圆形的气泡去除孔151Ac。与之相对，如图6所示，在使用硬化速度慢的硅系等的粘接剂152B的情况下，容易产生气泡，需要在覆盖粘接剂152B的上部的绝缘片151B设置开口面积大的气泡去除孔151Bc。
探讨的结果，可知，若在与绝缘片151B的全周对应的位置形成气泡去除孔151Bc，则上述的图5所示的气泡在硬化中向上部排出，可消除上述的问题点。因此，在图6所示的绝缘片151B的形成于中央的贯通孔的周围形成有作为不均匀地形成的多个圆弧形状的长孔的气泡去除孔151Bc。多个气泡去除孔151Bc不均匀地形成，因此能够形成于与绝缘片151B的全周对应的位置。此外，到此为止，对作为粘接剂152将硅系的粘接剂应用于图6所示的绝缘片151B的情况进行了说明，但不限于此，能够应用于硬化速度慢且容易产生气泡的材质以及硬化方法的其它全部粘接剂152。
此外，作为本发明的压力传感器的一例，举例说明了压力传感器100，但不限于此，本发明能够应用于将半导体传感器芯片液封于液封室的全部液封型的压力传感器。
如上所述，根据本发明的压力传感器，不管ESD保护电路的有无，都能够不使用大量的粘接剂而稳定地维持高的静电击穿电压。
符号说明
100—压力传感器，110—流体导入部，111—接头部件，111a—内螺纹部，111b—端口，112—底板，112A—压力室，120—压力检测部，121—外壳，122—膜片，123—保护罩，123a—连通孔，124—密封玻璃，124A—液封室，125—支柱，126—半导体传感器芯片，126a—接合线，127—电位调整部件，128—引线脚，129—充油用管，130—信号送出部，131—连接器外壳，132—外部输出用基板，133—连接端子，140—连接部件，141—铆接罩，142—O形环，150—ESD保护部件，151、151A、151B—绝缘片，151a、151Aa—贯通孔，151Ab—切口，151Ac、151Bc—气泡去除孔，152、152A、152B—粘接剂。
Claims (7)
1.一种压力传感器，其特征在于，具备：
半导体传感器芯片，其液封于填充有填充油的液封室，经由上述填充油检测导入至压力室的流体的压力；
多个引线脚，其通过引线接合连接于上述半导体传感器芯片，构成上述半导体传感器芯片的外部输入输出端子，且连接于连接端子；
密封玻璃，其保持上述多个引线脚；
金属制的外壳，其配置于上述多个引线脚的周围，且保持上述密封玻璃；以及
绝缘片，其配置于从上述密封玻璃伸出的上述多个引线脚的周围，且覆盖上述外壳的上述连接端子侧的面。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，
上述绝缘片与上述密封玻璃的上述连接端子侧的面及上述外壳的上述连接端子侧的面之间的空间通过绝缘性粘接剂密封。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，
在上述外壳的上述连接端子侧的面的内周部设有倾斜面，
上述绝缘性粘接剂浸透在上述外壳的上述倾斜面与上述绝缘片之间的缝隙。
4.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，
在上述绝缘片的中央形成有注入上述绝缘性粘接剂的贯通孔。
5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，
在上述贯通孔的内周面至少形成有一个切口。
6.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，
在上述绝缘片的上述贯通孔的周围形成有气泡去除孔。
7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，
形成有多个上述气泡去除孔，多个气泡去除孔分别形成于与上述绝缘片的全周对应的位置。
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