CN116472444A - 压力传感器 - Google Patents

Abstract

与转换基板(24)连接的传感器芯片(16)由单片IC构成，该传感器芯片包含：压力检测部(16A)，其将表示来自检测压力的应变电阻的流体压力的检测输出向信号处理部(16B)送出，并且使检测输出反映温度的范围调整量及压力的范围调整量；修正部(16D)，其基于数据组(Ca1)，根据配置传感器芯片(16)的预定的试验恒温槽内的预定的试验温度，使从转换基板(24)的输出转换部(24B)输出的输出电压成为预定的目标电压地进行压力的范围调整等以及温度偏移调整等；以及输出部(16C)，其基于表示与来自修正部(16D)的预定的温度特性对应的偏移量的温度偏移调整信号(Avs1)以及(Avs2)，对表示来自信号处理部(16B)的与压力成比例的电压值的输出信号相加各偏移量，形成输出电压。

Description

压力传感器

技术领域

本发明涉及压力传感器。

背景技术

内置于液封型的半导体压力传感器的传感器单元被构成为，包含如下构件作为主要要素：隔膜，其支承于接头部内，将压力检测室与后述的液封室隔绝；液封室，其形成于隔膜的上方，贮存作为压力传递介质的硅油；传感器芯片，其配置于液封室内，经由隔膜对硅油的压力变动进行检测；芯片安装部件，其对传感器芯片进行支承；密封玻璃，其对外壳的贯通孔中的芯片安装部件的周围进行密封；以及端子组，其进行来自传感器芯片的输出信号的送出以及对传感器芯片的电力供给。

另外，在所述传感器单元中，例如，如专利文献1所示，存在以能够应对与半导体压力传感器连接的空调系统的各种控制电路的方式与中继基板电连接的情况。这样的中继基板具有经由电连接了所述传感器单元的端子组的多个电线而连接的转换电路。该转换电路具备用于使控制电路的驱动电压升压或降压至传感器单元的驱动电压的升压电路部或降压电路部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6656125号

发明内容

发明所要解决的课题

在所述的半导体压力传感器的一系列的制造工序中，存在如下情况：传感器单元的传感器芯片在被保持为预定的内部温度的恒温槽内的气氛下，例如在进行了传感器芯片的输出特性的范围调整(使用温度范围中的输出特性的调整)等之后，将表示它们的设定数据写入到传感器芯片内的存储部，之后，以传感器单元的传感器芯片单体进行例如老化试验。

在老化试验时，被判断为合格品的传感器单元的传感器芯片有时在制造工序的后工序中会根据目的地与所述那样的中继基板连接。在这样的情况下，对于与中继基板连接的传感器单元的传感器芯片，在常温下再次进行从中继基板的输出部输出的输出信号的特性是否成为预定的允许范围内的精度的检查。

在这样的情况下，有时包含由于传感器芯片的分辨率以及在中继基板的转换电路中使用的电子部件的制造上的偏差而从中继基板的输出部输出的输出信号的特性不会成为预定的允许范围内的精度。作为这种情况下的对策，也可以考虑预先提高传感器芯片的分辨率，采用在中继基板的转换电路中使用的电子部件的制造上的偏差少的电子部件。但是，构成半导体压力传感器的电子部件的制造成本增加而不是上策。

考虑到以上的问题点，本发明的目的在于提供一种压力传感器，其能够在不受电子部件的制造上的误差影响的情况下抑制与中继基板的转换电路连接的传感器单元的传感器芯片的输出特性的偏差。

用于解决课题的手段

为了实现所述目的，本发明的压力传感器是液封型压力传感器，具备：金属制的隔膜(DIAPHRAGM)，其对液体的压力进行受压；外壳部件，其与隔膜一起形成密封油的液封室；压力传感器芯片，其在液封室内固定于外壳部件，一体地形成有对液封室内的压力进行检测的压力检测部和对压力检测部的输出信号进行修正的集成化的电子电路；以及引脚，其用于将来自压力传感器芯片的电信号导出至外部，该压力传感器的特征在于，具备转换基板，该转换基板与压力传感器芯片的输入部及输出部连接，对电气的输入输出进行转换。

压力传感器芯片还可以包含：输出部，其送出来自压力检测部的检测输出；修正部，其进行压力检测部的检测输出的范围调整，并且基于来自形成压力检测部的一部分的温度检测部的检测信号，进行与压力检测部的检测输出的温度变化对应的范围调整的温度补偿；以及存储部，其存储表示来自修正部的调整量和温度补偿量的数据。修正部也可以包含：压力的范围调整部，其进行压力检测部的检测输出的范围调整；温度范围调整部，其基于来自形成压力检测部的一部分的温度检测部的检测信号，进行与压力检测部的检测输出的温度变化相应的范围调整的温度补偿；以及温度偏移调整部，其基于来自温度检测部的检测信号，调整对输出部的检测输出相加的偏移量。

存储部也可以存储表示压力的范围调整部的调整量以及温度范围调整部的温度补偿量的数据和表示温度偏移调整部的偏移量的数据。

另外，传感器芯片也可以配置于对压力室内的压力进行检测并送出检测输出的传感器单元的液封室内，转换基板配置于在收纳传感器单元的传感器单元收纳部内与液封室隔绝而形成的内部空间。

转换基板可以使电源电压降压而供给至压力传感器芯片的输入部，或者转换基板也可以使电源电压升压并供给至压力传感器芯片的输入部。另外，转换基板也可以将压力传感器芯片的输出部的信号转换为电流信号。进而，转换基板也可以将压力传感器芯片的输出部的信号转换为数字信号。

发明效果

根据本发明的压力传感器，传感器芯片的修正部以使转换基板的输出转换部的输出的目标值与输出部的输出的特性匹配的方式进行动作，因此不会受到电子部件的制造上的误差的影响，能够抑制与中继基板的转换电路连接的传感器单元的传感器芯片的输出特性的偏差。

附图说明

图1是表示本发明的压力传感器的一例所使用的传感器芯片及转换基板的结构的框图。

图2是概略地表示图1所示的修正部和存储部的结构的框图。

图3是概略地表示本发明的压力传感器的一例的整体结构的剖视图。

具体实施方式

图3表示本发明的压力传感器的一例的整体结构，例如为液封型的半导体压力传感器。

压力传感器构成为包含：接头部件30，其与引导应检测压力的流体的配管连接；传感器单元收纳部，其与接头部件30的底板28连结，收纳传感器单元，将来自后述的传感器芯片16的检测输出信号向预定的测定装置42(参照图1)供给。

金属制的接头部件30在内侧具有拧入所述配管的连接部的外螺纹部的内螺纹部30fs。内螺纹部30fs与将从箭头P所示的方向供给的流体向后述的压力室28A引导的接头部件30的端口30a连通。端口30a的一个开口端朝向形成于接头部件30的底板28与后述的传感器单元的隔膜32之间的压力室28A开口。通过接头部件30的端口30a向压力室28A内供给作为流体的气体或液体。传感器单元的外壳62的下端面载置于底板28。

检测压力室28A内的压力并送出检测输出信号的传感器单元构成为，作为主要的要素而包含：圆筒状的外壳62、将压力室28A与外壳62的内周部隔绝的金属制的隔膜32、传感器芯片16、经由粘接层将传感器芯片16支承于一端部的金属制的芯片安装部件68、构成与传感器芯片16电连接的输入输出端子组的引脚60LP1、60LP2、60LP3、60LP4、60LP5、60LP6、60LP7和60LP8以及将输入输出端子组和油填充用管58固定于芯片安装部件68的外周面与外壳62的内周面之间的密封玻璃64。

另外，在图3中，仅代表性地示出引脚60LP1-60LP8中的引脚60LP6、60LP7、60LP8、60LP1以及油填充用管58。

隔膜32的外周缘支承于与所述的压力室28A面对的外壳62的一方的下端面。对配置于压力室28A的隔膜32进行保护的隔膜保护罩34具有多个连通孔。隔膜保护罩34的周缘与隔膜32的外周缘一起通过焊接与不锈钢制的外壳62的下端面接合。

在形成于与金属制的隔膜32面对的传感器芯片16及密封玻璃64的端面之间的液封室33中，例如经由油填充用管58填充有预定量的硅油或氟系非活性液体作为压力传递介质PM。另外，油填充用管58的一方的端部在油填充后被压扁而闭塞。

在配置于在作为绝缘构件的密封玻璃64的端部形成的凹部的传感器芯片16与隔膜32之间，还将金属制的电位调整部件37支承于密封玻璃64的下端面。电位调整部件37例如被连接到传感器芯片16的电路的零电位上连接的端子。

另外，将输入输出端子组及油填充用管58固定于芯片安装部件68的外周面与外壳62的内周面之间的绝缘部件并不限定于这样的例子，例如也可以是使输入输出端子组等绝缘的同时确保液封室33的气密性的陶瓷、耐热性树脂等。

引脚60LP6和引脚60LP7例如为2根电源用端子(Vcc、GND)，引脚60LP8例如为送出来自传感器芯片16的输出信号的外部输出用端子(Vout)。其他的引脚60LP1-60LP5分别为5根调整用端子。引脚60LP1-60LP5的两端部分别朝向形成于所述密封玻璃64的端部的凹部及后述的转换基板24突出。

引脚60LP6、引脚60LP7以及引脚60LP8的两端部分别朝向形成于所述的密封玻璃64的端部的凹部以及转换基板24突出。引脚60LP6、引脚60LP7以及引脚60LP8的一端分别与挠性接线件56的下端部连接。传感器芯片16与引脚60LP1-60LP5、引脚60LP6、引脚60LP7以及引脚60LP8的另一端之间通过接合线Wi连接。

此外，引脚的根数不限于这样的例子，例如，也可以根据传感器芯片16的输入输出端口的数量而适当设定。

在图3中，分别与多个连接端子54ai(i＝1-3)连接的挠性接线件56经由公接头52与测定装置42(参照图1)连接。多个连接端子54ai贯通后述的转换基板24的狭缝而设置于后述的端子台52a。各连接端子54ai例如为所述的引脚60LP6、引脚60LP7、以及经由挠性接线件56与引脚60LP8的一端连接的外部输出用连接端子(Vout)、驱动电压供给用连接端子(Vcc)、接地用连接端子(GND)。

传感器单元收纳部的外轮廓部由构成公接头52的圆筒状的防水壳体50和在接头部件30的底板28与防水壳体50的连结端部之间夹持所述外壳62并连结底板28和防水壳体50的连接部件70形成。

在树脂制的防水壳体50的连结端部的端面形成有与内部空间50A连通的开口部50a。凹陷的内部空间50A由形成开口部50a的防水壳体50的内侧侧面和与内侧侧面相连的最上端面形成。在最上端面通过粘接剂27粘接有转换基板24。在转换基板24的与半蚀刻玻璃64的端部面对的安装面上安装有多个电子部件25。

外壳62的上端面与防水壳体50的连接端部的端面中的开口部50a的周缘抵接。另外，在防水壳体50的开口部50a的周缘形成有插入了O型圈72的O型圈用槽50G。

公接头52的防水壳体50例如由树脂材料形成。公接头52由能够相对于省略图示的母接头拆装的连接口部52FC和与连接口部52FC的基部一体地形成并支承所述的连接端子54ai的端子台52a构成。在端子台52a中的形成内部空间50A的一部分的所述的最上端面配置有转换基板24和连接端子54ai。

连接端子54ai的固定端子部被形成于连接口部52FC的下端的端子台52a支承。从端子台52a突出的各连接端子54ai的卡合端子以与连接口部52FC的中心轴线C平行的方式在朝向连接口部52FC开口的小径部52b内延伸。

图1表示包含由所述单片IC构成的传感器芯片16以及转换基板(转换电路)24而构成的系统结构。

这样的半导体压力传感器构成为包含对压力室28A内的压力进行检测并送出检测输出信号的传感器单元。如图3所示，传感器单元例如构成为，包含如下构件作为主要元素：圆筒状的不锈钢制的外壳62；金属制的隔膜32，其将导入应检测的流体的压力室28A与外壳62的内周部进行隔绝；传感器芯片16，其具有配置于由隔膜32分隔的外壳62的内周部的液封室33内的压力检测部；金属制的芯片安装部件68，其经由粘接剂层在一端部支承传感器芯片16；输入输出端子组(60LP1-60LP8)，其与传感器芯片16电连接；以及密封玻璃64，其将输入输出端子组(60LP1-60LP8)以及油填充用管58固定于芯片安装部件68的外周面与外壳62的内周面之间。

在图1中，转换基板24在所述传感器单元的制造工序的最终工序中可装卸地连接于预定的测定装置42。

转换基板24构成为包含：电源电压转换部24A，其使从测定装置42的输出端口向端口24b1供给的电压降压或升压至预定的电压，并通过端口24a1向传感器芯片16的端口16P1输出；以及输出转换部24B，其使从传感器芯片16的端口16P2向端口24a2送出的传感器输出(DC0.5V～4.5V)升压(放大)至预定的电压(DC0V～10V)，或者降压(衰减)至预定的电压(DC0.3V～3.0V)，经由端口24b2向测定装置42的输入端口送出。

电源电压转换部24A例如使供给至端口24b1的输入电源电压(DC12V～24V)降压至压力检测元件的电源电压DC5V，或者将供给至端口24b1的输入电源电压(DC3.3V)升压至压力检测元件的电源电压DC5V。

另外，输出转换部24B例如也可以将传感器输出转换为预定的电流(DC4mA～20mA)并输出。另外，输出转换部24B例如也可以具有UART：Universal Asynchronous ReceiverTransmitter、或者I2C：Inter-Integrated Circuit等串行通信装置，具备串行通信功能。

传感器芯片16例如其由单片IC构成，被构成为包含：压力检测部16A，其将表示来自检测压力的应变电阻(gauge resistor)的流体压力的检测输出向信号处理部16B送出，并且针对该检测输出，基于表示来自后述的修正部16D的压力的范围调整量的调整信号Acs1及表示温度的范围调整量的调整信号Acs2，使检测输出反映温度的范围调整量及压力的范围调整量；修正部16D，其基于后述的数据组Ca1，根据预定的试验恒温槽(未图示)内的预定试验温度，使从转换基板24的输出转换部24B输出的输出电压成为预定的目标电压地对压力检测部16A中的压力检测输出进行压力的范围调整等以及对输出部16C的输出信号进行与预定的温度特性相应的温度偏移调整等；以及输出部16C，其基于来自修正部16D的后述的表示与预定的温度特性相应的偏移量的温度偏移调整信号Avs1、及基于Avs2，对表示与来自信号处理部16B的压力成比例的电压值的输出信号加上各偏移量，形成输出电压。

另外，如图2所示，传感器芯片16具备依次发送并存储后述的来自修正部16D的各寄存器16DR(RAM)的更新后的各数据Dp、Dt、DS1以及DS2的存储部(EPROM)16M。

存储部16M基于向端口16P5供给的一边更新一边指示写入的写入控制信号CW1，将后述的各寄存器16DR(RAM)的各数据依次保存于预定的存储器地址。

修正部16D例如如图2所示，包含形成所述的压力检测部16A的一部分的温度检测部(应变电阻部)16Dt。表示流过根据来自温度检测部16Dt的温度而变化的应变电阻部的电流值的输出信号St分别被发送至后述的温度范围调整部16DT及温度偏移调整部16Ds1。

另外，修正部16D还具备：压力范围调整部16DP，其对表示所述的压力检测输出的特性线(一次函数)的斜率进行调整并设定从检测出的最小压力到最大压力的范围；温度范围调整部16DT，其对表示根据温度而变化的压力检测输出的特性线(一次函数)的斜率进行调整；对根据温度而变化的压力检测输出的特性线(一次函数)的截距(也称为偏移量)进行调整的温度偏移调整部16Ds1和偏移调整部16Ds2。

修正部16D的调整基于修正部16D中的压力范围调整部16DP、温度范围调整部16DT、温度检测部16Dt、偏移调整部16Ds2来进行。各调整部16DP、16DT、16Ds2基于从省略了图示的调整电路分别向端口16P8、16P7、16P6发送的数据组Ca1、使能信号Ca2以及时钟信号Ca3进行调整。

将传感器芯片16及转换基板24放入恒温槽(未图示)，以传感器芯片16及转换基板24成为预定的温度的方式控制恒温槽的温度，以使压力室28A内的压力成为预定的压力的方式控制压力。为使转换基板24的输出信号成为目标电压，关于修正部16D的调整，通过操作修正部16D中的压力范围调整部16DP、温度范围调整部DT、温度检测部Dt、偏移调整部16Ds2、温度偏移调整部16Ds1来进行调整。关于调整，以转换基板24的输出在1个条件以上的温度和1个条件以上的压力的组合中分别成为目标电压的方式进行调整。各调整部16DP、16DT、16Ds1、16Ds2的最终的调整数据存储于存储部(EPROM)。

如上所述，传感器芯片16的输出部16C以及转换基板24的输出转换部24B的输出成对地通过修正部16D进行调整，因此不会受到电子部件的制造上的误差的影响，能够抑制与转换基板24的转换电路连接的传感器单元的传感器芯片16的输出特性的偏差。

而且，传感器芯片16及转换基板24在传感器芯片16的老化试验后，通过在所述传感器单元的制造工序的最终工序中连接的测定装置42，检查在压力室28A的压力为预定的压力时，来自与作为良品的传感器芯片16连接的转换基板24的输出转换部24B的输出是否成为预定的正常的电压值。

例如，通过对各种转换基板连接由单片IC构成的公用的压力检测元件，能够使压力检测元件的调整设备通用化，因此，能够节约设备成本。另外，即使分别高精度地制作压力检测元件和转换基板，也伴随因组合而产生的误差无法消除的问题。另一方面，如所述的例子那样，通过在组合了压力检测元件和转换基板的状态下对输出部的输出进行修正，能够消除这样的组合误差。由于压力检测元件的消耗电流发生变化，转换基板的内部电源状态发生变动，成为误差的原因，但这在将压力检测元件和转换基板组合之后才知晓。

此外，在所述的例子中，在输出部16C中，将各温度偏移量与来自信号处理部16B的输出信号相加，形成输出电压，但不限于这样的例子，例如，也可以不是在输出部16C，而是在信号处理部16B中，基于来自温度偏移调整部16Ds1以及偏移调整部16Ds2的温度偏移调整信号来形成输出电压。

附图标记的说明

16传感器芯片

16A压力检测部

16B信号处理部

16C输出部

16D修正部

16M存储部

16DP压力范围调整部

16DT温度范围调整部

16Ds1温度偏移调整部

16Ds2偏移调整部

24转换基板

33液封室

50防水壳体

50A内部空间

70连接部件。

Claims (9)

1.一种液封型的压力传感器，具备：金属制的隔膜，其对液体的压力进行受压；外壳部件，其与所述隔膜一起形成密封油的液封室；压力传感器芯片，其在所述液封室内固定于所述外壳部件，一体地形成有对所述液封室内的压力进行检测的压力检测部和对所述压力检测部的输出信号进行修正的集成化的电子电路；以及引脚，其用于将来自所述压力传感器芯片的电信号导出至外部，其特征在于，

该压力传感器具备与所述压力传感器芯片的输入部及输出部连接且对电输入输出进行转换的转换基板。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述压力传感器芯片还包含：输出部，其送出来自所述压力检测部的检测输出；修正部，其进行所述压力检测部的检测输出的范围调整，并且基于来自形成所述压力检测部的一部分的温度检测部的检测信号，进行与所述压力检测部的检测输出的温度变化对应的所述范围调整的温度补偿；以及存储部，其存储表示来自所述修正部的调整量和温度补偿量的数据。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，

所述修正部包含：压力的范围调整部，其进行所述压力检测部的检测输出的范围调整；温度范围调整部，其基于来自形成所述压力检测部的一部分的温度检测部的检测信号，进行与所述压力检测部的检测输出的温度变化对应的所述范围调整的温度补偿；以及温度偏移调整部，其基于来自所述温度检测部的检测信号，调整对所述输出部的检测输出相加的偏移量。

4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，

所述存储部存储表示所述压力的范围调整部的调整量以及温度范围调整部的温度补偿量的数据、表示温度偏移调整部的偏移量的数据。

5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述传感器芯片配置于对压力室内的压力进行检测并送出检测输出的传感器单元的液封室内，所述转换基板配置于在收纳所述传感器单元的传感器单元收纳部内与所述液封室隔绝而形成的内部空间。

6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述转换基板使电源电压降压并供给至所述压力传感器芯片的所述输入部。

7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述转换基板使电源电压升压并供给至压力传感器芯片的所述输入部。

8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述转换基板将压力传感器芯片的所述输出部的信号转换为电流信号。

9.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述转换基板将压力传感器芯片的所述输出部的信号转换为数字信号。