DE102017216734A1

DE102017216734A1 - Halbleiter-Differenzdrucksensor

Info

Publication number: DE102017216734A1
Application number: DE102017216734.3A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kishimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-09-06
Also published as: JP2018146318A; JP6253825B1; US10422710B2; US20180252606A1

Abstract

Ein Halbleiter-Differenzdrucksensor beinhaltet ein Druckdetektionselement (2) das so angeordnet ist, dass seine Hauptoberfläche (2b) an einem Oberen (21a) eines ersten Vorsprungs (21) mit einem Haftvermittler (5) fixiert ist, während ein zweiter Vorsprung (22) in die Öffnung (4) eingepasst ist. Folglich wird das Druckdetektionselement (2) mit einer hohen Haltekraft an einer exakten Position gehalten. Darüber hinaus fließt der Haftvermittler (5) nicht in den ersten Druckeinführpfad (23), wodurch der erste Druckeinführpfad (23) daran gehindert wird, blockiert zu werden. Darüber hinaus wird durch Bereitstellen einer Vertiefung (21b) um den ersten Vorsprung (21) der Einfluss einer thermischen Deformation eines Kunststoffgehäuses (20) auf Charakteristika einer Druckdetektion unterdrückt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiter-Differenzdrucksensor, der einen Unterschied zwischen einem atmosphärischen Druck und einem Druck eines gemessenen Mediums detektiert.
Beschreibung des Stands der Technik
Halbleiter-Differenzdrucksensoren, die ein Druckdetektionselement zum Detektieren eines Unterschieds eines Drucks eines gemessenen Mediums zu einem atmosphärischen Druck beinhalten, sind bekannt. Der Halbleiter-Differenzdrucksensor wird zum Beispiel verwendet, indem er in einem Benzintank eines Automobils montiert ist, um eine Druckvariation eines Benzindampfs in einem Kraftstofftanksystem zu detektieren.
Das Druckdetektionselement, das in dem Halbleiter-Differenzdrucksensor beinhaltet ist, ist durch Anordnen eines Halbleiter-Piezowiderstands, Verdrahtung, Elektroden und anderen Komponenten an einer Oberflächenseite eines Einkristall-Siliziumsubstrats ausgebildet und das Druckdetektionselement weist eine dünne Filmmembran an einem zentralen Teil des Einkristall-Siliziumsubstrats auf. Die Membran ist durch ein Öffnen einer hinteren Oberflächenseite des Substrats durch Ätzen ausgebildet. Die hintere Oberflächenseite des Druckdetektionselements ist durch Haftvermittlung an einem Kunststoffgehäuse, das ein Druckeinführloch aufweist, mit einem Haftvermittler wie einem Silikonkunststoff, der eine geringe Festigkeit aufweist, fixiert. Das Druckdetektionselement, das so konstruiert ist, kann zum Beispiel einen atmosphärischen Druck an der Oberflächenseite detektieren und einen Druck eines gemessenen Mediums an der hinteren Oberflächenseite, die offen ist, detektieren.
Um dafür zu sorgen, dass der Halbleiter-Differenzdrucksensor wie erwartet funktioniert, muss das Druckdetektionselement gehalten werden, ohne sich von dem Kunststoffgehäuse aufgrund eines Unterschieds zwischen den Drücken, die an einer Oberfläche und einer hinteren Oberfläche der Membran aufgebracht werden, zu lösen. Andererseits, wenn das Kunststoffgehäuse eines konventionellen Halbleiter-Differenzdrucksensors sich ausdehnt oder aufgrund einer Umgebungstemperaturvariation schrumpft, kann die auftretende thermische Belastung sich direkt zu dem Druckdetektionselement übertragen und kann die Charakteristika der Druckdetektion beeinflussen.
Entsprechend diesem Problem offenbart zum Beispiel Patent Dokument 1 eine Technik zum Einführen eines keramischen Substrats zwischen einem Kunststoffgehäuse und einem Druckdetektionselement. Das keramische Substrat weist einen thermischen Expansionskoeffizienten in der Nähe von dem eines Siliziummaterials des Druckdetektionselements auf. Dieser Aufbau reduziert die Belastung auf die Membran des Druckdetektionselements, wenn das Kunststoffgehäuse thermisch verformt wird, weil das keramische Substrat die thermische Spannung des Kunststoffgehäuses freisetzt.
[Patentdokument 1] JP-A-2004-163148
Wie oben beschrieben muss der Halbleiter-Differenzdrucksensor so konfiguriert sein, dass das Druckdetektionselement fest durch Haftvermittlung an dem Kunststoffgehäuse fixiert ist, sodass eine Belastung der Membran aufgrund einer thermischen Deformation des Kunststoffgehäuses reduziert wird. Insbesondere ist die hintere Oberflächenseite des Druckdetektionselements offen und weist folglich eine kleine haftvermittelnde Fläche bezüglich des Kunststoffgehäuses auf, was ein Ablösen des Druckdetektionselements verursacht, wenn das Druckdetektionselement einem hohen Druck von einem Druckeinführpfad ausgesetzt ist.
Darüber hinaus können Fälle existieren, in welchen ein Haftvermittler, der auf dem Kunststoffgehäuse aufgebracht ist, in den Druckeinführpfad hereinfließt und diesen beim Verbinden des Druckdetektionselements an das Kunststoffgehäuse blockiert, wodurch die Zuverlässigkeit der Druckdetektion reduziert wird. Darüber hinaus verringert ein Aushärten des Haftvermittlers bei hoher Temperaturen die Viskosität und erhöht die fluidität des Haftvermittlers und darum kann das Druckdetektionselement von der ursprünglichen Die-Verbindungsposition verschoben sein, wodurch eine Spannung auf einer Leitung aufgebracht wird, die mit dem Druckdetektionselement verbunden ist.
Entsprechend dem Patentdokument 1 ist das keramische Substrat zwischen dem Kunststoffgehäuse und dem Druckdetektionselement eingeschoben, um den Effekt der thermischen Deformation des Kunststoffgehäuses auf die Charakteristika der Druckdetektion zu reduzieren. Dieser Aufbau erhöht die Teilekosten und Produktionskosten.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um diese Probleme zu lösen, und ein Ziel der Erfindung ist es, einen Halbleiter-Differenzdrucksensor bereitzustellen, der dazu ausgestaltet ist, ein Druckdetektionselement mit einer hohen Haltekraft an einer genauen Position zu halten und ein Blockieren eines Druckeinführpfads eines Kunststoffgehäuses zu unterdrücken sowie den Einfluss einer thermischen Deformation des Kunststoffgehäuses auf die Charakteristika der Druckdetektion zu unterdrücken, und der günstig mit einer hohen Ausbeute hergestellt werden kann.
Ein Halbleiter-Differenzdrucksensor, der die Erfindung betrifft, beinhaltet ein Drucksensormodul, das ein Druckdetektionselement und ein Kunststoffgehäuse aufweist. Das Druckdetektionselement weist eine Hauptoberfläche auf, an welcher atmosphärischer Druck aufgebracht wird und weist die andere Hauptoberfläche auf, die mit einer Öffnung bereitgestellt ist, auf der Druck eines zu messenden Mediums eingebracht werden kann. Das Kunststoffgehäuse weist eine Druckreferenzkammer auf, in welcher das Druckdetektionselement platziert ist. Das Kunststoffgehäuse weist einen ersten Vorsprung, der ein flaches Oberes mit einer größeren Fläche als die Fläche der anderen Hauptoberfläche des Druckdetektionselements aufweist, und weist einen zweiten Vorsprung auf, der an einem zentralen Teil des Oberen bereitgestellt ist, sodass der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung auf derselben Achse in der gleichen Richtung liegen. Ein erster Druckeinführpfad dringt durch ein Inneres des ersten Vorsprungs und des zweiten Vorsprungs in der axialen Richtung ein und ist dadurch mit der Öffnung verbunden. Das Druckdetektionselement ist so angeordnet, dass die andere Hauptoberfläche oberhalb des ersten Vorsprungs mit einem Haftvermittler fixiert ist, während der zweite Vorsprung in die Öffnung eingepasst ist.
Der Halbleiter-Differenzdrucksensor, der die vorliegende Erfindung betrifft, weist ein Druckdetektionselement auf, das so angeordnet ist, dass die andere Hauptoberfläche oberhalb des ersten Vorsprungs mit einem Haftvermittler fixiert ist, wenn der zweite Vorsprung in die Öffnung eingepasst ist. Folglich wird das Druckdetektionselement fest mit einer hohen Haltekraft an der exakten Position gehalten und der Haftvermittler fließt nicht in den ersten Druckeinführpfad, wodurch ein Blockieren des ersten Druckeinführpfads verhindert wird. Darüber hinaus ist das Druckdetektionselement oberhalb des ersten Vorsprungs fixiert, wodurch ein übertragen eine Ablenkung aufgrund einer thermischen Deformation des Kunststoffgehäuses auf das Druckdetektionselement unterdrückt wird, ohne dass ein konventionelles Keramiksubstrat verwendet wird. Entsprechend wird der Einfluss der thermischen Deformation des Kunststoffgehäuses auf die Charakteristika der Druckdetektion verringert und der Halbleiter-Differenzdrucksensor wird mit geringen Kosten bei einer hohen Ausbeute produziert.
Das vorgenannte und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung klarer, wenn diese zusammen mit den begleitenden Figuren betrachtet wird.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die einen Halbleiter-Differenzdrucksensor zeigt, der eine erste Ausführungsform der Erfindung betrifft.
2 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Halbleiter-Differenzdrucksensors zeigt, der die erste Ausführungsform der Erfindung betrifft.
3 ist eine Aufsicht, die den Halbleiter-Differenzdrucksensor, der die erste Ausführungsform der Erfindung betrifft, zeigt, in welchem eine zweite Abdeckung entfernt ist.
4 ist eine Aufsicht, die den Halbleiter-Differenzdrucksensor, der die erste Ausführungsform der Erfindung betrifft, zeigt, in welchem die zweite Abdeckung und eine erste Abdeckung entfernt sind.
5 ist eine unter Ansicht, die den Halbleiter-Differenzdrucksensor, der die erste Ausführungsform der Erfindung betrifft, zeigt.
6 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Halbleiter-Differenzdrucksensors, der eine zweite Ausführungsform der Erfindung betrifft, zeigt.
7 ist eine Schnittansicht, die ein Teil eines Halbleiter-Differenzdrucksensors, der eine dritte Ausführungsform der Erfindung betrifft, zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Erste Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Halbleiter-Differenzdrucksensor, der eine erste Ausführungsform der Erfindung betrifft, mit Bezug zu den Figuren beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht, die den Halbleiter-Differenzdrucksensor zeigt, der die erste Ausführungsform betrifft. 2 ist eine Schnittansicht, die einen Teil des Halbleiter-Differenzdrucksensors zeigt, der die erste Ausführungsform betrifft. Es sei angemerkt, dass die gleichen oder korrespondierenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen in den Figuren gekennzeichnet sind.
Der Halbleiter-Differenzdrucksensor, der die erste Ausführungsform betrifft, detektiert eine Druckvariation eines Benzintanks in einem Kraftstofftanksystem für ein Automobil und wird an einem Öffnungsloch 51 montiert, das in einem Benzintank 50, wie in 1 gezeigt, bereitgestellt ist. Die Einführrichtung des Halbleiter-Differenzdrucksensors in das Öffnungsloch 51 wird als eine „axialen Richtung“ in der folgenden Beschreibung bezeichnet.
Ein Drucksensormodul 1 beinhaltet ein Druckdetektionselement 2 und ein Kunststoffgehäuse 20. Das Druckdetektionselement 2 weist gegenüberliegende Hauptoberflächen 2a und 2b auf. Das Kunststoffgehäuse 20 weist eine Druckreferenzkammer 24 auf, in welcher das Druckdetektionselement 2 platziert ist. Wie in 2 gezeigt, beinhaltet das Druckdetektionselement 2 ein Druckelement 2A und eine Basis 2B. Das Druckelement 2A ist aus einem Siliziumsubstrat und einer dünnen Filmmembran 3, die an einem zentralen Abschnitt des Druckelements 2A angeordnet ist, und einer elektrischen Schaltung (nicht gezeigt), die einen Piezo-Widerstand zum Detektieren von Spannung beinhaltet, die in der Membran 3 auftreten kann, ausgebildet. Die Basis 2B weist eine Öffnung 4 auf und ist aus einem Glas, einem Siliziumsubstrat oder anderem Material gebildet und die Basis 2B wird an das Druckelement 2A durch ein anodisches Bonden befestigt.
Das Druckdetektionselement 2 detektiert einem Druckunterschied unter Verwendung der Variation des Widerstandswerts des Piezo-Widerstands und der Widerstandswert des Piezo-Widerstands variiert in Übereinstimmung mit einer Verformungsmenge der Membran 3. Die Membran 3 verformt sich durch einen Druckunterschied zwischen der Hauptoberfläche 2a, auf welche atmosphärischer Druck aufgebracht wird, und der Öffnung 4, die an der anderen Hauptoberfläche 2b bereitgestellt ist, auf welcher ein zu messendes Medium aufgebracht wird. Das Druckdetektionselement 2 kann eine elektrische Schaltung beinhalten, die aus einem Kondensator in der Nähe der elektrischen Schaltung, die aus dem Piezowiderstand ausgebildet ist, ausgebildet ist.
Das Druckdetektionselement 2 ist an dem Kunststoffgehäuse 20 mit einem Haftvermittler 5 wie einem Silikon mit geringer Festigkeit fixiert. Ein Anpassungsschaltung 6 für eine Amplitude ist auch dem Kunststoffgehäuse 20 mit einem Haftvermittler 7 fixiert. Der Anpassungsschaltung 6 für eine Amplitude wird durch eine Verstärkungsschaltung, eine Anpassungsschaltung, einen ROM (Festwertspeicher) und anderen Komponenten ausgebildet. Die Verstärkerschaltung wandelt den Druck, der durch das Druckdetektionselement 2 detektiert wird, in ein elektrisches Signal und verstärkt das elektrische Signal. Die Anpassungsschaltung passt die Spannungsreduktion an, sodass eine vorbestimmte Charakteristik vorliegt. Der ROM speichert angepasste Daten.
Das Druckdetektionselement 2 und die Anpassungsschaltung 6 für eine Amplitude sind an einem Anschlussrahmen 10 durch eine Verdrahtung 8 verbunden, die aus Gold oder Aluminium hergestellt ist. Der Anschlussrahmen 10 ist mit externen Verbindungsanschlüssen 11 durch Schweißen oder Löten verbunden. Folglich wird das elektrische Signal, das verstärkt wurde und durch die Anpassungsschaltung 6 für eine Amplitude angepasst wurde, nach außen durch die externen Verbindungsanschlüsse 11 ausgegeben. Das Druckdetektionselement 2, die Anpassungsschaltung 6 für eine Amplitude und die Verdrahtung 8 werden durch ein schützendes Material 9 wie einem Fluorsilikongel oder einem fluorierten Gel abgedeckt.
Das Kunststoffgehäuse 20 des Drucksensormoduls 1 wird aus einem thermisch aushärtenden Kunststoff wie einem Epoxidkunststoff hergestellt. Das Kunststoffgehäuse 20 weist die Druckreferenzkammer 24 auf, in welcher das Druckdetektionselement 2 platziert ist, und ein Ende der Druckreferenzkammer 24 wird durch die erste Abdeckung 25 abgedeckt, die aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist. Die erste Abdeckung 25 weist ein erstes atmosphärisches Einführloch 26 zum Einführen von atmosphärischen Druck in die Druckreferenzkammer 24 auf. Die Anzahl des ersten atmosphärischen Einführlochs 26 kann größer als eins sein.
Das Kunststoffgehäuse 20 weist auch einen zylindrischen Teil 27 an einer Seite auf, die der Druckreferenzkammer 24 zugewandt ist und weist einen zylindrischen Vorsprung 29 auf an einem Ende des zylindrischen Teils 27, in den ein O-Ring 28 eingepasst ist. Der Vorsprung 29 weist eine angepasste Form an seinem Ende auf. Ein erster Druckeinführpfad 23, der mit der Öffnung 4 des Druckdetektionselements 2 in Verbindung steht, ist an dem Inneren des zylindrischen Teils 27 und des Vorsprungs 29 bereitgestellt.
Das Drucksensormodul 1 ist in einem Kunststoffgehäuse 30 enthalten, dessen äußerer umfängliche Teil 35 mit einem Gehäuse 40 durch Schweißen, Verkleben oder anderen Verbindungsmethoden gefügt ist. Das Gehäuse 30, das Gehäuse 40 und die erste Abdeckung 25 sind jeweils aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt wie einem Polybutylenterephthalat-Kunststoff (im Folgenden als „PBT-Kunststoff“ bezeichnet) oder einem Polyphenylensulfid-Kunststoff (im Folgenden als ein „PPS-Kunststoff“ bezeichnet).
Das Gehäuse 30 weist eine einen Aufnahmeabschnitt 31, der das Drucksensormodul 1 enthält, einen atmosphärischen Einführpfad 32, der mit dem Aufnahmeabschnitt 31 in Verbindung steht, eine zweite Abdeckung 33, die ein Ende des Aufnahmeabschnitts 31 abdeckt, und einen Verbinder 34, der mit einem äußeren Verbindungsanschluss 11 bereitgestellt ist, auf. Die zweite Abdeckung 33 ist mit dem Gehäuse 30 durch Schweißen, Verkleben oder andere Fügemethoden verbunden. Der Verbinder 34 weist eine vertiefte Form auf und ein Ende des externen Verbindungsanschlusses 11 liegt innerhalb des Verbinders 34 frei. Der Verbinder 34 kann mit einer Verbindungsbuchse (nicht gezeigt) verbunden werden, die mit einer Fahrzeugsteuerungseinheit verbunden ist.
Das Gehäuse 30 ist integral mit dem Drucksensormodul 1, das mit dem externen Verbindungsanschluss 11 durch die Anschlussleitung 10 verbunden ist, durch Spritzgießen unter Verwendung von dem PBT-Kunststoff, dem PPS-Kunststoff oder anderen Kunststoff, während die erste Abdeckung 25 an das Drucksensor Modul 1 angeklebt oder eingepresst ist, ausgebildet. D. h., dass das Drucksensor Modul integral mit dem Gehäuse 30 ohne Verwendung eines Haftvermittlers ausgebildet ist.
Das Gehäuse 40 weist einen zylindrischen Teil 41, der in das Öffnungsloch 51 des Benzintanks 50 eingeführt und fixiert ist und weist eine Nut 43 zum Einsetzen eines O-Rings 42 an eine umfängliche Oberfläche des zylindrischen Teils 41 auf. Der O-Ring 42 verhindert ein Auslaufen von Benzindampf und Benzindampfdruck durch einen Spalt zwischen einer inneren Wand des Öffnungslochs 51 und des zylindrischen Teils 41 nach außen.
Ein zweiter Druckeinführpfad 44, der die Öffnung und den ersten Druckeinführpfad 23 des Druckdetektionselements 2 verbindet, ist an dem Inneren des zylindrischen Teils 41 bereitgestellt. Das Gehäuse 40 und das Gehäuse 30 bilden eine vertieft geformte Dichtungskammer 45, die luftdicht zu dem zweiten Druckeinführpfad 44 durch den O-Ring 28 ist. Die Dichtungskammer 45 ist mit einem zweiten atmosphärischen Einführloch 46 zum Einführen von atmosphärischem Druck bereitgestellt. Die Anzahl der zweiten atmosphärischen Einführlöcher 46 kann größer als eins sein. Das zweite atmosphärische Einführloch 46 ist mit einem Filter 47 bereitgestellt, der einen Eintritt von Fremdkörpern wie Staub oder Wasser vom äußeren in das Gehäuse 30 verhindert.
3 und 4 sind Aufsichten des Halbleiter-Differenzdrucksensors, welche die erste Ausführungsform betreffen. 3 zeigt einen Zustand, in dem die zweite Abdeckung entfernt ist. 4 zeigt ein Zustand, in dem die erste Abdeckung zusätzlich zu der zweiten Abdeckung auch entfernt ist. 5 ist eine untere Ansicht des Halbleiter-Differenzdrucksensors, welche die erste Ausführungsform betrifft. Wie in 3 gezeigt, wenn die zweite Abdeckung 33 von dem Gehäuse 30 entfernt ist, wird die erste Abdeckung 25, die das erste atmosphärische Einführloch 26 aufweist und die Druckreferenzkammer 24 des Drucksensor Moduls 1 abdeckt, betrachtet. Durch ein weiteres Entfernen der ersten Abdeckung 25 werden das Druckdetektionselement 2, die Anpassungsschaltung 6 für eine Amplitude und die Verdrahtung 8, die durch das Schutzmaterial 9 abgedeckt sind, wie in 4 gezeigt, sichtbar.
Andererseits sind der zweite Druckeinführpfad 44, durch den der Druck des gemessenen Mediums eingeführt wird, und das zweite atmosphärische Einführloch 46, durch welches der atmosphärische Druck eingebracht wird, an der unteren Oberfläche des Halbleiter-Differenzdrucksensors offen. Der atmosphärische Druck wird als eine Messreferenz für einen Druck verwendet und wird durch das zweite atmosphärische Einführloch 46, das in dem Gehäuse 40 bereitgestellt ist, zu dem Inneren des Gehäuses 30 durch den Filter 47 eingebracht. Danach wird der atmosphärische Druck in die Druckreferenzkammer 24 durch das erste atmosphärische Einführloch 26, das in der ersten Abdeckung 25 bereitgestellt ist, durch den atmosphärischen Einführpfad 32, der in dem Gehäuse 30 ausgebildet ist, eingebracht.
Das Verfahren zum festen Fixieren des Druckdetektionselements 2 an dem Kunststoffgehäuse 20 in dem Halbleiter-Differenzdrucksensor, der die erste Ausführungsform betrifft, wird unter Verwendung von 2 beschrieben. Die Öffnung 4 des Druckdetektionselements 2 weist eine erste Öffnung 4a, eine zweite Öffnung 4b und eine Stufe 4c auf, die zwischen der ersten Öffnung 4a und der zweiten Öffnung 4b bereitgestellt ist. Die erste Öffnung 4a ist an einer Seite der anderen Hauptoberfläche 2b bereitgestellt, an welcher der Druck des gemessenen Mediums eingebracht wird. Die zweite Öffnung 4b ist näher an der Hauptoberfläche 2a als die erste Öffnung 4b bereitgestellt und weist eine äußere Form auf, die größer als die erste Öffnung 4a ist.
Das Kunststoffgehäuse 20 weist einen ersten Vorsprung 21 und einen zweiten Vorsprung 22, die sich in der axialen Richtung erstrecken, auf und weist eine ringförmige Vertiefung 21b auf, die den ersten Vorsprung 21 umgibt. Der erste Vorsprung 21 weist ein flaches Oberes 21a mit einer Fläche größer als die Fläche der Hauptoberfläche 2b des Druckdetektionselements 2 auf und der zweite Vorsprung 22 ist an einem zentralen Teil des Oberen 21a bereitgestellt, sodass der erste Vorsprung 21 und der zweite Vorsprung 22 an derselben Achse in der gleichen Richtung liegen. Der zweite Vorsprung 22 weist eine umfängliche Oberfläche 22b, die parallel zu der axialen Richtung ist, und ein zweites Oberes 22a auf, das die umfängliche Oberfläche 22b orthogonal schneidet. Der zweite Vorsprung 22 weist eine Fase 22c auf, die an einem Ende des zweiten Vorsprungs 22 ausgebildet ist, und eine äußere Form des zweiten Oberen 22a ist kleiner als die der umfänglichen Oberfläche 22b, wenn in der axialen Richtung betrachtet.
Der erste Druckeinführpfad 23, der mit der Öffnung 4 des Druckdetektionselements 2 verbunden ist, dringt durch das Innere des ersten Vorsprungs 21 und des zweiten Vorsprungs 22 in der axialen Richtung. Das Druckdetektionselement 2 ist so angeordnet, dass die Hauptoberfläche 2b an dem Oberen 2a des ersten Vorsprungs 21 mit einem Haftvermittler 5 fixiert ist, während der zweite Vorsprung 22 in die Öffnung 4 eingepasst ist. Die innere umfängliche Oberfläche der ersten Öffnung 4a und die umfängliche Oberfläche 22b des zweiten Vorsprung 22 sind zusammen ohne einen Spalt in der ersten Ausführungsform eingepasst.
In der ersten Ausführungsform ist die Querschnittsform orthogonal zu der axialen Richtung der Öffnung 4 des Druckdetektionselements 2 kreisförmig und der erste Vorsprung 21 und der zweite Vorsprung 22 weisen jeweils eine hohle zylindrische Form auf. In einem anderen Beispiel kann die Querschnittsform der Öffnung 4 des Druckdetektionselements 2 quadratisch und der erste Vorsprung 21 und der zweite Vorsprung 22 können jeweils in einer quadratischen Säulenform ausgebildet sein.
In der ersten Ausführungsform ist das Druckdetektionselement 2 so angeordnet, dass die Hauptoberfläche 2b an dem Oberen 21a des ersten Vorsprungs 21 mit einem Haftvermittler 5 fixiert ist, während der zweite Vorsprung 22 in die Öffnung 4 eingepasst ist. Folglich ist das Druckdetektionselement 2 fest mit einer hohen Haltekraft gehalten, wodurch ein Ablösen des Druckdetektionselements 2 sogar dann verhindert wird, wenn ein hoher Druck von dem ersten Druckeinführpfad 23 in das Innere der Öffnung 4 eingebracht wird. Darüber hinaus ist das Druckdetektionselement 2 an der exakten Position fixiert, ohne versetzt zu sein, und der Haftvermittler 5 fließt nicht in den ersten Druckeinführpfad 23, wodurch ein Blockieren des ersten Druckeinführpfads 23 verhindert wird.
In dem die ringförmige Vertiefung 21b um den ersten Vorsprung 21 bereitgestellt ist, deren Oberes 21a das Druckdetektionselement 2 hält, wird eine Ablenkung aufgrund einer thermischen Verformung des Kunststoffgehäuses 20 aufgenommen und wird daran gehindert sich zu dem Druckdetektionselement 2 zu übertragen. Folglich ist der Druck der thermischen Deformation des Kunststoffgehäuses 20 auf die Charakteristika der Druckdetektion verringert, ohne ein keramisches Substrat zu verwenden, das zwischen dem Kunststoffgehäuse und dem Druckdetektionselement wie im Stand der Technik angeordnet ist. Ferner ist das Drucksensormodul 1 integral mit dem Gehäuse 30 ohne Verwendung eines Haftvermittlers ausgebildet, wodurch ein Bauelement, welches das Drucksensormodul 1 beinhaltet, in seiner Ausdehnung und den Kosten reduziert ist, und mit einer hohen Effizienz produziert werden kann.
Entsprechend stellt die erste Ausführungsform einen Halbleiter-Differenzdrucksensor bereit, der so ausgestaltet ist, dass das Druckdetektionselement 2 mit einer hohen Haltekraft an der exakten Position gehalten wird und ein Blockieren des ersten Druckeinführpfads 23 des Kunststoffgehäuses 20 sowie einen Einfluss einer thermischen Verformung des Kunststoffgehäuses 20 auf die Charakteristika der Druckdetektion verhindert. Dieser Halbleiter-Differenzdrucksensor wird mit geringen Kosten und hoher Ausbeute hergestellt.
Zweite Ausführungsform
6 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Halbleiter-Differenzdrucksensors zeigt, der eine zweite Ausführungsform der Erfindung betrifft. Der Gesamtaufbau des Halbleiter-Differenzdrucksensors, der die zweite Ausführungsform betrifft, ist ähnlich zu dem der ersten Ausführungsform und darum wird der Gesamtaufbau des Halbleiter-Differenzdrucksensors, der die zweite Ausführungsform betrifft, unter Verwendung von 1 beschrieben und wird hier nicht detailliert beschrieben.
In der ersten Ausführungsform ist der zweite Vorsprung 22, der an dem Kunststoffgehäuse 20 bereitgestellt ist, so angeordnet, dass die umfängliche Oberfläche 22b parallel zu der axialen Richtung an die innere umfängliche Oberfläche der Öffnung 4 des Druckdetektionselements 2 ohne Spalt angepasst ist, so wie in 2 gezeigt. Andererseits ist in der zweiten Ausführungsform die äußere Ausdehnung der umfänglichen Oberfläche 22b des zweiten Vorsprungs 22 leicht kleiner als die der Öffnung 4 des Druckdetektionselements 2. Folglich wird ein Die-Verbinden (Die-Bonding) durchgeführt, während der zweite Vorsprung 22 und die Öffnung 4 einen Freiraum dazwischen aufweisen. Der Haftvermittler 5 fließt in den Raum und fixiert dadurch die umfängliche Oberfläche 22b des zweiten Vorsprungs 22 an der inneren umfänglichen Oberfläche der Öffnung 4. Das Ende des zweiten Vorsprungs 22, der eine angepasste Form aufweist, verhindert ein Hochfließen des Haftvermittlers 5 an dem Startpunkt der Fase 22c. Die anderen strukturellen Komponenten mit Ausnahme des zweiten Vorsprungs 22 sind ähnlich zu denen, die in der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Die zweite Ausführungsform stellt Effekte ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform bereit und verbessert die Leistung des Haltens des Druckdetektionselements 2, wobei die anhaftende Fläche zwischen dem Druckdetektionselement 2 und dem Kunststoffgehäuse 20 größer als in der ersten Ausführungsform ist.
Dritte Ausführungsform
7 ist eine Schnittansicht entlang eines Teils eines Halbleiter-Differenzdrucksensors, der eine dritte Ausführungsform der Erfindung betrifft. Der allgemeine Aufbau des Halbleiter-Differenzdrucksensors, der die dritte Ausführungsform betrifft, ist ähnlich zu dem der ersten Ausführungsform und darum ist der allgemeine Aufbau des Halbleiter-Differenzdrucksensors, der die dritte Ausführungsform betrifft unter Verwendung von 1 beschrieben und wird nicht detailliert beschrieben.
In der dritten Ausführungsform ist die äußere Ausdehnung der umfänglichen Oberfläche 22b des zweiten Vorsprungs 22 leicht kleiner als die der Öffnung 4 des Druckdetektionselements 2, was ähnlich zu dem in der zweiten Ausführungsform ist. Folglich wird das Die-Verbinden (Die-Bonding) durchgeführt, während der zweite Vorsprung 22 und die Öffnung 4 einen Freiraum dazwischen aufweisen. Als ein Ergebnis ist die umfängliche Oberfläche 22b des zweiten Vorsprungs 22 an der inneren umfänglichen Oberfläche der Öffnung 4 mit dem Haftvermittler 5 fixiert.
Darüber hinaus weist der zweite Vorsprung 22 eine Klaue 22d auf, die durch ein nach außen Biegen eines Endes der umfänglichen Oberfläche 22b ausgebildet ist, die parallel zu der axialen Richtung ist. Der zweite Vorsprung 22 ist in die erste Öffnung 4a eingepasst, während die Klaue 22d an die Stufe 4c der Öffnung 4 angepasst ist. In dem Beispiel, das in 7 gezeigt ist, kreuzt die Klaue 22d die umfängliche Oberfläche 22b orthogonal und weist einen L-förmigen Querschnitt auf. Die Klaue 22d weist eine angefaste Form an ihrem Ende auf und hat folglich keinen spitzen Winkel. Es sei angemerkt, dass die Form der Klaue 22b nicht auf die oben beschriebene Form beschränkt ist. Die anderen strukturellen Komponenten mit Ausnahme des zweiten Vorsprungs 22 sind ähnlich zu denen, die in der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Die dritte Ausführungsform stellt ähnliche Effekte wie die der ersten und zweiten Ausführungsform bereit und verbessert ferner die Halteleistung des Druckdetektionselements 2, weil die Haftfläche zwischen dem Druckdetektionselement 2 und dem Kunststoffgehäuse 20 größer als in der zweiten Ausführungsform ist. Darüber hinaus, sogar wenn ein hoher Druck von dem ersten Druckeinführpfad 23 in das Innere der Öffnung 4 eingeführt wird, gleicht die Klaue 22d die Kraft aus, die in einer Ablöserichtung des Druckdetektionselements 2 wirkt, wodurch ein Ablösen des Druckdetektionselements 2 verhindert wird.
Darüber hinaus verhindert die Klaue 22d ein Herauffließen des Haftvermittlers 5, wodurch ferner effektiv eine Blockierung des ersten Druckeinführpfads 23 verhindert wird. Indem die Klaue 22d an dem zweiten Vorsprung 22 bereitgestellt wird, kann ein Versatz des Druckdetektionselements 2 in der axialen Richtung reguliert werden und die Positionspräzision wird weiter verbessert. Verschiedene Modifikationen und Änderungen diese Erfindung sind dem Fachmann klar ohne von dem Umfang und der Idee der Erfindung abzuweichen und es sollte verstanden werden, dass diese nicht auf die dargestellten Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004163148 A [0006]

Claims

Halbleiter-Differenzdrucksensor, umfassend: ein Drucksensormodul (1), das ein Druckdetektionselement (2) und ein Kunststoffgehäuse (20) aufweist, wobei das Druckdetektionselement (2) eine Hauptoberfläche (2a), auf welcher atmosphärischer Druck aufgebracht wird, und die andere Hauptoberfläche (2b) aufweist, die mit einer Öffnung (4) bereitgestellt ist, auf welcher Druck eines zu messenden Mediums aufgebracht wird, und das Kunststoffgehäuse (20) eine Druckreferenzkammer (24) aufweist, in welcher das Druckdetektionselement (2) platziert ist, wobei das Kunststoffgehäuse (20) einen ersten Vorsprung (21), der ein flaches Oberes (21a) mit einer Fläche größer als die Fläche der anderen Hauptoberfläche (2b) des Druckdetektionselements (2) aufweist, und einen zweiten Vorsprung (22) aufweist, der in einem zentralen Teil des Oberen (21a) bereitgestellt ist, sodass der erste Vorsprung (21) und der zweite Vorsprung (42) auf derselben Achse und in derselben Richtung liegen, einen ersten Druckeinführpfad (23), der durch ein Inneres des ersten Vorsprungs (21) und des zweiten Vorsprungs (42) in der axialen Richtung dringt und dadurch mit der Öffnung (4) verbunden ist, und das Druckdetektionselement (2) so angeordnet ist, dass die andere Hauptoberfläche (2b) an dem Oberen (21a) des ersten Vorsprungs (21) mit einem Haftvermittler (5) fixiert ist, während der zweite Vorsprung (22) in die Öffnung (4) eingepasst ist.
Halbleiter-Differenzdrucksensor nach Anspruch 1, wobei der zweite Vorsprung (22) eine umfängliche Oberfläche (22b) aufweist, die parallel zu der axialen Richtung ist, und die umfängliche Oberfläche (22b) an eine innere umfängliche Oberfläche der Öffnung (24) des Druckdetektionselements (2) ohne Spalt angepasst ist.
Halbleiter-Differenzdrucksensor nach Anspruch 1, wobei der zweite Vorsprung (22) eine umfängliche Oberfläche (22b) aufweist, die parallel zu der axialen Richtung ist, und die umfängliche Oberfläche (22b) an einer inneren umfänglichen Oberfläche der Öffnung (4) des Druckdetektionselements (2) mit dem Haftvermittler (5) fixiert ist.
Halbleiter-Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1-3, wobei der erste Vorsprung (21) und der zweite Vorsprung (22) jeweils eine hohle zylindrische Form aufweisen.
Halbleiter-Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Kunststoffgehäuse (20) eine Vertiefung (21b) aufweist, die den ersten Vorsprung (21) umgibt.
Halbleiter-Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der zweite Vorsprung (22) eine umfängliche Oberfläche (22b) aufweist, die parallel zu der axialen Richtung ist, und ein zweites Oberes (22a) aufweist, das die umfängliche Oberfläche (22b) orthogonal kreuzt, und die äußere Form des zweiten Oberen (22a) größer als die äußere Form der umfänglichen Oberfläche (22b) ist, wenn in der axialen Richtung betrachtet.
Halbleiter-Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Öffnung (4) eine erste Öffnung (4a), eine zweite Öffnung (4b) und eine Stufe (4c) aufweist, die zwischen der ersten Öffnung (4a) und der zweiten Öffnung (4b) bereitgestellt ist, wobei die erste Öffnung (4a) an einer Seite der anderen Hauptoberfläche (2b) bereitgestellt ist, die zweite Öffnung (4b) näher an der Hauptoberfläche (2a) als die erste Öffnung (4a) bereitgestellt ist und eine äußere Form größer als die äußere Form der ersten Öffnung (4a) aufweist, der zweite Vorsprung (22) eine Klaue (22d) aufweist, die durch nach außen Biegen eines Endes einer umfänglichen Oberfläche (22b) ausgebildet ist, die parallel zu der axialen Richtung ist, und der zweite Vorsprung (22) in die erste Öffnung (4a) eingepasst ist, während die Klaue (22d) an die Stufe (4c) angepasst ist.
Halbleiter-Differenzdrucksensor nach Anspruch 7, wobei die Klaue (22d) die umfängliche Oberfläche (22b) orthogonal kreuzt.
Halbleiter Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1-8, ferner umfassend: eine Abdeckung (25), die ein erstes atmosphärisches Einführloch (26) aufweist und ein Ende der Druckreferenzkammer (24) abdeckt; ein Gehäuse (30); und ein Gehäuse (40), wobei das Gehäuse (30) und das Gehäuse (40) jeweils aus einem Kunststoff ausgebildet und aneinandergefügt sind, wobei das Gehäuse (30) einen Aufnahmeabschnitt (31) aufweist, der das Drucksensormodul (1) beinhaltet, einen atmosphärischen Einführpfad (32), der mit dem Aufnahmeabschnitt (31) verbunden ist, und einen Verbinder (34) der mit einem äußeren Verbindungsanschluss (11) bereitgestellt ist, wobei das Gehäuse (40) einen zweiten Druckeinführpfad (44), der mit der Öffnung (4) und dem ersten Druckeinführpfad (23) verbunden ist, und ein zweites atmosphärisches Einführloch (46) zum Einführen eines atmosphärischen Drucks in den atmosphärischen Einführpfad (32) aufweist, und der atmosphärische Druck in die Druckreferenzkammer (24) durch das zweite atmosphärische Einführloch (46), den atmosphärischen Einführpfad (32) und das erste atmosphärische Einführloch (26) aufgebracht wird.
Halbleiter-Differenzdrucksensor nach Anspruch 9, wobei das Drucksensormodul (1) integral mit dem Gehäuse (30) zusammen mit der Abdeckung (25) ausgebildet ist, während das Drucksensormodul (1) mit einem externen Verbindungsanschluss (11) durch einen Anschlussrahmen (10) verbunden ist.
Halbleiter Differenzdrucksensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Gehäuse (30), das Gehäuse (40) und die Abdeckung (25) jeweils aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet sind.
Halbleiter-Differenzdrucksensor nach einem der Ansprüche 1-11, wobei das Kunststoffgehäuse (20) aus einem thermisch aushärtenden Kunststoff hergestellt ist.