-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ, die beispielsweise zum Detektieren einer Druckänderung und einer Temperaturänderung in einem Einlasskrümmer eines Verbrennungsmotors verwendet wird.
-
Beschreibung des Stands der Technik
-
Eine bekannte Apparatur zum Detektieren einer Druckänderung und Temperaturänderung von in einem Einlasskrümmer eines Verbrennungsmotors fließender Einlassluft ist eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ, die eine Temperaturdetektionsvorrichtung beinhaltet. Eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ, beinhaltet einen Druckführungspfad, der eine Druckdetektionsvorrichtung enthält, und einen Behälter, der ein Temperatursensormodul enthält, die zu einander angrenzen, die in einem Polymer (resin) -gehäuse ausgebildet sind.
-
Beispielsweise beinhaltet die in PTL 1 offenbarten Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ einen Vorsprung in einem ein Temperatursensormodul enthaltenen Behälter. Eine Temperatur-Detektionsvorrichtung ist innerhalb eines hochwärmeleitenden Elements untergebracht, welches an der Spitze des Vorsprungs angebracht ist und durch ein Dichtelement gehalten ist, welches das Innere des hochwärmeleitenden Elementes ausfüllt (siehe 2). Das hochwärmeleitende Element beinhaltet ein Polybutylen-Terephtalat-Polymer (nachfolgend als ein PBT-Polymer bezeichnet), das ein thermoplastisches Polymer ist, und einen Füller zum Verbessern der Wärmeleitfähigkeit.
-
In diesem Beispiel des Stands der Technik ist die Temperatur-Detektionsvorrichtung mit einem hochwärmeleitenden Element abgedeckt, welches Transfer von Wärme von Einlassluft innerhalb des Einlasskrümmers an die Temperatur-Detektionsvorrichtung erleichtert, was die Temperaturantwort der Temperatur-Detektionsvorrichtung gegenüber einer Temperaturänderung von Einlassluft verbessert.
-
Auch sind die Temperatur-Detektionsvorrichtung und ein Zuleitungsdraht innerhalb des Vorsprungs untergebracht, der sie vor Verbrennungsgaskomponenten, Ölkontamination und einem Korrosionsprodukt, das in der Einlassluft enthalten ist, schützt, und weiterhin verhindert, dass in der Einlassluft enthaltendes Fremdmaterial mit der Temperatur-Detektionsvorrichtung kollidiert.
- [PTL 1]: Japanisches Patent Nr. 5,137,914
-
Jedoch ist die in PTL 1 präsentierte Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ so konfiguriert, dass das hochwärmeleitende Element an einem konventionellen Gehäuse angebracht ist, was die Materialkosten vergrößert und die Kosten für den hochwärmeleitfähig-Element-bildenden Prozess, was ein Problem gesteigerter Herstellkosten verursacht.
-
Auch ist im Assemblierprozess ein mit einem Gehäuse durch Umspritzen integrierter Anschluss mit dem Zuleitungsdraht, der mit der Temperatur-Detektionsvorrichtung verbunden ist, verbunden, wird dann das Dichtelement in das an der Spitze des Vorsprungs angebrachte hochwärmeleitende Element injiziert und wird dann die Einhausung am Gehäuse angebracht, jedoch wird dieser Prozess manuell durchgeführt.
-
Da der Zuleitungsdraht einen Drahtdurchmesser so dünn wie ϕ0,2 oder so aufweist, falls im Einpassprozess die Temperatur-Detektionsvorrichtung mit dem Gehäuse interferiert, bevor die Temperatur-Detektionsvorrichtung innerhalb des hochwärmeleitenden Elementes untergebracht wird, wird der Zuleitungsdraht deformiert. Falls der Zuleitungsdraht deformiert wird, weicht die Position, an welcher die Temperatur-Detektionsvorrichtung untergebracht ist, von der beabsichtigten Position ab, so dass die Temperatur-Detektionsgenauigkeit abnimmt. Entsprechend muss die Temperatur-Detektionsvorrichtung genau an einer definierten Position innerhalb des hochwärmeleitenden Elements untergebracht werden, jedoch weist diese Arbeit bei der Automatisierung Schwierigkeiten auf, was dazu führt, dass die Herstellkosten steigen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Um das obige Problem zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ bereitzustellen, die den Assemblierprozess vereinfachen und die Herstellkosten reduzieren kann.
-
Die Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ gemäß der Erfindung ist eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ, in der ein Drucksensormodul und ein Temperatursensormodul in einem Polymergehäuse enthalten sind. Das Gehäuse beinhaltet: einen Druckführungspfad, der eine Druckdetektionsvorrichtung des Drucksensormoduls enthält; einen angrenzend am Druckführungspfad vorgesehenen Behälter, der das Temperatursensormodul enthält; und einen Vorsprung, der derart vorgesehen ist, dass ein Teil des Behälters weiter vorragt als der Einlass des Druckführungspfads. Das Temperatursensormodul beinhaltet: eine an der Spitze des Vorsprungs fixierte Temperatur-Detektionsvorrichtung; einen mit einem Zuleitungsdraht-Schutzmaterial abgedeckten Zuleitungsdraht; einen mit der Temperatur-Detektionsvorrichtung über den Zuleitungsdraht verbundenen Anschluss; und ein die Temperatur-Detektionsvorrichtung, den Zuleitungsdraht und den Anschluss abdeckendes Polymer. Die Temperatur-Detektionsvorrichtung, der Zuleitungsdraht und der Anschluss werden zusammen durch das Polymer integriert.
-
Gemäß der Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ gemäß der Erfindung sind die Temperatur-Detektionsvorrichtung, der Zuleitungsdraht und der Anschluss zusammen durch das Polymer integriert. So kann verhindert werden, dass der Zuleitungsdraht beim Assemblierprozess deformiert wird, kann der Assemblierprozess vereinfacht werden, und können die Herstellkosten reduziert werden. Weiterhin sind die Temperatur-Detektionsvorrichtung und der Zuleitungsdraht mit dem Polymer abgedeckt, so dass sie vor Kontamination und rinrm Korrosionsprodukt, das in dem detektierten Fluid enthalten ist, geschützt werden können.
-
Die vorstehendenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
-
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine konventionelle Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ zeigt;
-
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Variation der Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
-
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Variation der Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Erste Ausführungsform
-
Eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Querschnittsansicht, die als Vergleichsbeispiel eine konventionelle Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ zeigt. Es ist anzumerken, dass in den Zeichnungen dieselben oder korrespondierende Komponenten durch dieselben Bezugszeichen benannt sind.
-
Eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ 1 gemäß der ersten Ausführungsform (nachfolgend als Drucksensorvorrichtung 1 abgekürzt) wird an einem Durchgangsloch 41, das an einem Durchgangsrohr 40 vorgesehen ist, wie etwa einem Einlasskrümmer eines Verbrennungsmotors, angebracht, und detektiert eine Druckänderung und eine Temperaturänderung von in einer Passage 42 im Durchgangsrohr 40 fließenden detektiertem Fluid, das heißt, in eine Verbrennungskammer geleitete Einlassluft.
-
Ein Drucksensormodul 5, das in der Drucksensorvorrichtung 1 enthalten ist, und ein am Drucksensormodul 5 angebrachtes Temperatursensormodul 10 sind in einem, einen Kasten 2 und eine Einhausung 3 beinhaltenden Polymergehäuse untergebracht. Der Kasten 2 ist mit der äußeren Peripherie 31 der Einhausung 3 durch Schweißen oder Bondieren verbunden. Der Kasten 2 und die Einhausung 3 werden aus einem thermoplastischen Polymer gebildet, wie etwa PBT-Polymer oder Polyphenylensulfid-Polymer (PPS-Polymer; PPS resin).
-
Die Einhausung 3 wird durch Verbinden eines externen Verbindungsanschlusses 15 mit einem Anschlussrahmen 7 des Drucksensormoduls 5 durch Schweißen oder Löten und dann gemeinsames Integrieren durch Umspritzen unter Verwendung von PBT-Polymer hergestellt. Die Einhausung 3 weist einen darin ausgebildeten konkaven Verbinder 16 auf, und ein Ende des externen Verbindungsanschlusses 15 ist innerhalb des Verbinders 16 exponiert. Der Verbinder 16 ist mit einem weiblichen Verbinder (Buchse, nicht gezeigt) verbunden, der mit einer Fahrzeugsteuereinheit verbunden ist.
-
Ein Basisbereich 21 des Kastens 2 enthält: einen zylindrischen Bereich 22, der in das Durchgangsloch 41 im Durchgangsrohr 40 eingeführt ist und fixiert wird; und eine Nut 23, innerhalb welcher ein O-Ring 4 an der äußeren Peripherie des zylindrischen Bereichs 22 angebracht ist. Der O-Ring 4 verhindert, dass Einlassluft in der Passage 42 durch den Spalt zwischen der Innenwand des Durchgangslochs 41 und dem Basisbereich 21 nach außen leckt.
-
Der Kasten 2 beinhaltet: einen Druckführungspfad 24, der eine Druckdetektionsvorrichtung 6 des Drucksensormoduls 5 enthält; und einen Behälter 28, der das Temperatursensormodul 10 enthält. Der Druckführungspfad 24 und der Behälter 28 sind aneinander angrenzend vorgesehen. Der Behälter 28 beinhaltet einen Vorsprung 25, der so vorgesehen ist, das ein Teil des Behälters 28 weiter vorragt als der Einlass des Druckführungspfads 24.
-
Die Druckdetektionsvorrichtung 6 des Drucksensormoduls 5 ist an einem konkaven Bereich, der zum Druckführungspfad 24 weist, mit einem Adhäsiv fixiert, und ist mit dem Leiterrahmen 7 über einen aus Gold oder Aluminium gebildeten Draht 8 verbunden. Die Druckdetektionsvorrichtung 6, der Leiterrahmen 7 und der Draht 8 sind mit einem Schutzelement (nicht gezeigt), wie etwa Fluorgel oder Fluorsilikongel abgedeckt.
-
Ein O-Ring 9 ist zwischen dem Drucksensormodul 5 und dem Kasten 2 vorgesehen und verhindert, dass in den Druckführungspfad 24 geleitete Einlassluft zwischen dem Drucksensormodul 5 und dem Kasten 2 nach außen leckt.
-
Die Druckdetektionsvorrichtung 6 ist eine bekannte Vorrichtung, die den Piezo-Widerstandseffekt einsetzt und ist eine Silizium-Halbleitervorrichtung, die ein Diaphragma und eine Vakuumkammer enthält. Eine elektrische Schaltung, die einen Messwiderstand beinhaltet, ist auf dem Diaphragma gebildet. Das Diaphragma wird in Reaktion auf Einlassluftdruck deformiert, dann variiert der Widerstand des Messwiderstands abhängig vom Deformationsgrad, und dann wird der Druck aus der Variation beim Widerstand bestimmt.
-
Der durch die Druckdetektionsvorrichtung 6 detektierte Druck wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und verstärkt, dann nach außen als ein elektrisches Signal durch den externen Verbindungsanschluss 15 des Verbinders 16 ausgegeben. Jedoch kann die Druckdetektionsvorrichtung 6 nicht nur die den Messwiderstand enthaltende elektrische Schaltung beinhalten, sondern beispielsweise auch eine, eine Kapazität oder dergleichen enthaltende elektrische Schaltung.
-
Das Temperatursensormodul 10 enthält: eine Temperaturdetektionsvorrichtung 11; einen mit einem Zuleitungsdrahtschutzmaterial 13 abgedeckten Zuleitungsdraht 12; und einen mit der Temperaturdetektionsvorrichtung 11 über den Zuleitungsdraht 12 verbundenen Anschluss 14. Der Zuleitungsdraht 12 ist mit der Temperaturdetektionsvorrichtung 11 und dem Anschluss 14 durch Schweißen oder Löten verbunden. Auch ist der Anschluss 14 mit dem externen Verbindungsanschluss 15 durch Schweißen oder Löten verbunden.
-
Die Temperaturdetektionsvorrichtung 11 und der Anschluss 14, die mit dem Zuleitungsdraht 12 verbunden sind, und der mit dem Anschluss 14 verbundene externe Verbindungsanschluss 15 sind mit einem thermoplastischen Polymer 17, wie etwa PBT-Polymer abdeckt und durch Umspritzen gemeinsam integriert. Weiterhin ist ein aus dem thermoplastischen Polymer 17 exponiertes Ende des externen Verbindungsanschlusses 15 mit einem Ende des Leiterrahmens 7 des Drucksensormoduls durch Schweißen oder Löten verbunden, dann sind sie mit PBT-Polymer abgedeckt und zusammen durch Umspritzen integriert, um die Einhausung 3 zu bilden.
-
Als die Temperaturdetektionsvorrichtung 11 wird eine Thermistor-Vorrichtung oder dergleichen, welche die Änderung im elektrischen Widerstand gegenüber Temperatur einsetzt, verwendet. Als thermoplastisches Polymer 17 kann auch zusätzlich zu PBT-Polymer PPS-Polymer verwendet werden.
-
Der Vorsprung 25 des Kastens 2 weist eine Öffnung 26 an einer Spitze auf und die Temperaturdetektionsvorrichtung 11 wird außerhalb des Behälters 28 durch die Öffnung 26 platziert. Der Innenraum des Behälters 28 ist so gebildet, dass er sich zur Spitze des Vorsprungs 25 verengt und dass Temperatursensormodul 10 wird positional an der Öffnung 26 geregelt.
-
Der Vorsprung 25 ist zylindrisch und weist einen konkaven Bereich 27 an der äußeren Kante der Öffnung 26 auf, der mehr zurückgesetzt ist als der verbleibende Teil. Ein Dichtelement 18 ist vorgesehen, um den Spalt zwischen dem thermoplastischen Polymer 17 des Temperatursensormoduls 10 und der Öffnung 26 abzudichten und ist den konkaven Bereich 27 eingepasst und fixiert.
-
Es ist anzumerken, dass im in 1 gezeigten Beispiel das Dichtelement 18 die Temperaturdetektionsvorrichtung 11 mit dem thermoplastischen Polymer 17 dazwischen bedeckt. Das heißt, dass die Temperaturdetektionsvorrichtung 11 die Temperatur von Einlassluft durch das thermoplastische Polymer 17 und das Dichtelement 18 detektiert. So ist das Dichtelement 18 wünschenswerter Weise ein hochwärmeleitendes Element. Es ist anzumerken, dass als Dichtelement 18 Silikonmaterial, Epoxidmaterial oder dergleichen verwendet wird, und es entweder durch Verfüllen oder Tauchen beschichtet werden kann.
-
Als Vergleichsbeispiel gegenüber der Drucksensorvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist in 2 eine konventionelle Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ gezeigt. Bei einer konventionellen Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ 100 (nachfolgend als konventionelle Drucksensorvorrichtung 100 abgekürzt) ist eine Temperaturdetektionsvorrichtung 11 innerhalb eines an der Spitze eines Vorsprungs 25 angebrachten hochwärmeleitenden Elements 19 untergebracht und durch ein Dichtelement 18 gehalten, welches das Innere des hochwärmeleitenden Elements 19 füllt.
-
Auf diese Weise wird ein Teil des Gehäuses 2 aus dem hochwärmeleitenden Element 19 hergestellt, was die Temperaturantwort der Temperaturdetektionsvorrichtung 11 verbessern kann, aber die Herstellkosten aufgrund eines Anstiegs bei den Materialkosten und den Bildungsprozesskosten anhebt.
-
Auch wird im Assemblierprozess der konventionellen Drucksensorvorrichtung 100 ein mit der Temperaturdetektionsvorrichtung 11 verbundener Zuleitungsdraht 12 mit einem Anschluss 14, das mit einer Einhausung 3 integriert ist, durch Umspritzen verbunden, wird dann das Dichtelement 18 in das hochwärmeleitende Element 19 an der Spitze des Vorsprungs 25 injiziert und wird dann die Einhausung 3 am Kasten 2 eingepasst.
-
Beim Einpassen kann der Zuleitungsdraht 12 so mit dem Kasten 2 interferieren, dass er deformiert wird. Falls der Zuleitungsdraht 12 deformiert wird, weicht die Position, an welcher die Temperaturdetektionsvorrichtung 11 aufgenommen ist, von der gewollten Position ab, so dass die Temperatur-Detektionsgenauigkeit abnimmt. Um eine solche Situation zu vermeiden, muss die Temperaturdetektionsvorrichtung 11 genau an einer definierten Position innerhalb des hochwärmeleitenden Elements 19 untergebracht werden, jedoch weist diese Arbeit eine Schwierigkeit bei der Automatisierung auf, und wird manuell durchgeführt, was dazu führt, dass die Herstellkosten steigen.
-
Andererseits sind in der Drucksensorvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der mit dem Zuleitungsdrahtschutzmaterial 13 abgedeckte Zuleitungsdraht 12 und die Temperaturdetektionsvorrichtung 11 zusammen durch thermoplastisches Polymer 17 integriert. So kann, selbst falls der Zuleitungsdraht 12 mit dem Kasten 2 interferiert, wenn die Einhausung 3 am Kasten 2 angebracht wird, verhindert werden, dass der Zuleitungsdraht 12 deformiert wird. Dies gestattet es, den Einpassungsprozess zu automatisieren, wodurch der Assemblierprozess vereinfacht wird.
-
Weiterhin wird die Temperaturdetektionsvorrichtung 11 aus der Öffnung 26 an der Spitze des Vorsprungs 25 exponiert, was ausreichende Temperaturantwort sicherstellen kann, und kann das als, die Temperaturdetektionsvorrichtung 11 abdeckende Dichtelement 18 verwendete hochwärmeleitende Element die Temperaturantwort verbessern. Weiterhin werden die Temperaturdetektionsvorrichtung 11, der Zuleitungsdraht 12 und das Zuleitungsdrahtschutzmaterial 13 mit dem thermoplastischen Polymer 17 bedeckt, so dass sie vor Verbrennungsgaskomponenten, Ölkontaminanten und Korrosionsprodukten, die in der Einlassluft enthalten sind, geschützt werden.
-
3 und 4 zeigen eine Variation der Halbleiterdrucksensorvorrichtung vom Temperatursensor-integrierten Typ gemäß der ersten Ausführungsform. Im in 3 gezeigten Beispiel wird nur das Innere des konkaven Bereichs 27 an der Spitze des Vorsprungs 25 mit dem Dichtelement 18 ausgefüllt und wird die Temperaturdetektionsvorrichtung 11 nicht mit dem Dichtelement 18 bedeckt. Dies kann die Menge an Dichtelement 18 reduzieren, um so die Materialkosten zu senken. Weiter ist die Oberfläche der Temperaturdetektionsvorrichtung 11 nur mit dem thermoplastischen Polymer 17 bedeckt, was die Temperaturantwort verbessern kann.
-
Im in 4 gezeigten Beispiel wird ein O-Ring 20 anstelle des Dichtelements 18 verwendet und in dem konkaven Bereich 27 eingepasst. Es ist anzumerken, dass anstelle des O-Rings 20 eine Dichtung verwendet werden kann. Dies eliminiert die Notwendigkeit für den Prozess des Verfüllens des konkaven Bereichs 27 mit dem Dichtelement 18 und Aushärten des Dichtelements 18, wodurch der Herstellprozess vereinfacht wird.
-
Wie oben beschrieben, kann gemäß der ersten Ausführungsform die Drucksensorvorrichtung 1 bereitgestellt werden, welche die Temperaturantwort der Temperaturdetektionsvorrichtung 11 sicherstellen kann, die Temperaturdetektionsvorrichtung 11, den Zuleitungsdraht 12 und das Zuleitungsdrahtschutzmaterial vor einem Kontaminanten und einem Korrosionsprodukt schützen kann, die in der Einlassluft innerhalb des Einlasskrümmers enthalten sind, und den Assemblierprozess vereinfachen und die Herstellkosten reduzieren kann. Es ist anzumerken, dass gemäß der Erfindung die Ausführungsform angemessen modifiziert oder weggelassen werden kann, innerhalb des Umfangs der Erfindung.
-
Verschiedene Modifikationen und Änderungen der Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich, ohne vom Schutzumfang und Geist dieser Erfindung abzuweichen, und es versteht sich, dass diese nicht auf die hier dargestellten illustrativen Ausführungsformen beschränkt ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
