JP2001108544A - 半導体センサ - Google Patents
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Abstract
て、これら両ケース内に半導体よりなるセンサ素子を収
納するようにしたものにおいて、低コストで構成が簡素
化された半導体圧力センサを提供する。 【解決手段】 半導体よりなる圧力検出用のセンサ素子
10が配設された第1のケースとしてのセンサケース2
0には、センサ素子10と電気的に接続するためのリー
ド30が、このセンサケース20から一部が露出するよ
うにインサート成形されている。センサケース20に組
み付けられる第2のケースとしてのコネクタケース40
には、リード30の露出部31を囲う囲い部42が形成
され、リード30の露出部31と囲い部42とにより、
該露出部31を外部端子に接続可能なコネクタ部50が
構成されている。
Description
センサ等、第1のケースと第2のケースとを組み付けて
これら両ケース内に半導体よりなるセンサ素子を収納す
るようにした半導体センサに関する。
は、特開平8−54305号公報や特開平9−1785
91号公報に記載の圧力センサが提案されている。これ
らのものは、半導体よりなるセンサ素子及び回路基板が
取り付けられた素子側ケースに対して、信号取出し用の
リードがインサート成形されたコネクタケースを組み付
けて、これら両ケース内にセンサ素子や回路基板を収納
するようにしたものである。
ような従来の半導体センサにおいては、コネクタケース
側のリードをセンサ素子及び回路基板と電気的に接続す
るにあたって、リードを、素子側ケースに別途設けられ
たコネクタ部材に溶接、はんだ付けする等の必要が生じ
る。そのため、コネクタ部を構成する部品の点数が多く
なり、構成が複雑化する。また、両ケースの組付は接着
剤を用いたり、かしめることにより行われているため、
加工工数や設備投資が大きく、コスト増大につながって
いる。
ケースと第2のケースとを組み付けて、これら両ケース
内に半導体よりなるセンサ素子を収納するようにしたも
のにおいて、低コストで構成が簡素化された半導体セン
サを提供することを目的とする。
め、請求項1記載の発明では、半導体よりなるセンサ素
子(10)が配設され樹脂成形された第1のケース(2
0)と、この第1のケースから一部が露出するように該
第1のケースにインサート成形されるとともに該センサ
素子と電気的に接続されたリード(30)と、該第1の
ケースに組み付けられて該センサ素子を覆う第2のケー
ス(40)と、該第2のケースに形成され該リードの露
出部(31)を囲う囲い部(42)とを備え、該リード
の露出部と該囲い部とにより、該露出部を外部端子に接
続可能なコネクタ部(50)を構成したことを特徴とし
ている。
コネクタ部を構成して外部端子に接続可能となるため、
簡単な構成にて、センサにおけるコネクタ機能を実現で
き、別途コネクタ部材は不要となる。また、リードは、
予め第1のケースにインサート成形されているため、コ
ネクタ部としてのリードを別途、溶接やはんだ付けする
等の手間が無くなる。よって、本発明によれば、低コス
トで構成が簡素化された半導体センサを提供をすること
ができる。
発明と同様に、センサ素子(10)と、第1のケース
(20)と、リード(30)と、第2のケース(40)
と、リードの露出部(31)とともにコネクタ部(5
0)を構成する囲い部(42)とを備えるものとし、さ
らに、該第1のケースと該第2のケースとを、該両ケー
スのどちらか一方に設けられた突起部(25)を他方に
設けられた穴部(47)にはめ込んで係止させることに
より結合するようにしたことを特徴としている。
突起部を他側ケースに設けられた穴部にはめ込んで係止
させること、いわゆるスナップフィットによる結合によ
り、両ケースの組付固定を行うことができる。そのた
め、請求項1の発明の効果に加えて、従来の接着やかし
めのように、加工工数や設備投資が大きい組付方法を採
用したものに比べて、より低コスト化が図れる。
ネクタケースにインサート成形されたリードは、ケース
内部で複雑に折れ曲がった形状となっているため、例え
ば、コネクタケースを成形する際、複数本のリードを成
形型内の所定位置に1本ずつ配置しなければならない
等、製造上、手間がかかるという問題がある。
ード(30)の全体を、センサ素子(10)と電気的に
接続される面内に位置する平板形状としたことを特徴と
しており、それにより、従来のような複雑な曲げ形状の
リードと比べて、一般に知られている量産化に適したフ
ープ成形に適したリード形状を提供でき、リードのイン
サート成形を低コスト化できる。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。
について説明する。本実施形態では、本発明を半導体圧
力センサに具体化したものとして説明する。本実施形態
の半導体圧力センサは例えば、浴槽の給湯器における湯
(または水)の流路に取り付けられ、当該流路内の圧力
によって浴槽の水位を検出する水位センサ等に適用可能
である。
力センサ100(以下、単にセンサ100という)の具
体的構成を示す。センサ100は、大きくは、半導体よ
りなるセンサ素子10が配設され、樹脂成形されたセン
サケース(本発明でいう第1のケース)20と、このセ
ンサケース20から一部が露出するように該センサケー
ス20にインサート成形されるとともにセンサ素子10
と電気的に接続された複数個のリード30と、センサケ
ース20に組み付けられてセンサ素子10を覆うコネク
タケース(本発明でいう第2のケース)40と、を備え
た構成を有する。
0、40が分離された状態(ケース組付前の状態)で示
す概略斜視図、図2はセンサケース20の概略断面図、
図3は図2中のA矢視図、図4はコネクタケース40の
概略断面図、図5は図4中のB−B断面図、図6は両ケ
ース20、40の組付け状態を示す図である。
レンサルファイド)やPBT(ポリブチレンテレフタレ
ート)等のプラスチック材料よりなる。図2に示す様
に、センサケース20は、その一側にセンサ素子10等
が配設された開口部20aを有し、この開口部20aの
底面より反対側に突出した圧力導入ポート21を有す
る。この圧力導入ポート21の先端部は、上記給湯器に
おける流路の適所にOリング等を介して取付け可能とな
っている。また、圧力導入ポート21の内部には、上記
流路からの圧力を導入するための導入孔22が設けられ
ている。
0aの底面には、その平坦部から凹んだ凹部23が形成
され、この凹部23内に、センサ素子10がガラス等よ
りなる台座11を介して固定されている。センサ素子1
0は、図示しないが、ピエゾ抵抗効果を有した半導体材
料(例えば単結晶シリコン)よりなるダイヤフラム上に
複数個の拡散抵抗を形成して、これら拡散抵抗をブリッ
ジ接続した構成となっており、このダイヤフラムの変形
に応じた拡散抵抗の抵抗値変化を上記ブリッジ回路から
電気信号として取り出すようになっている。
等にて接着されており、この台座11の内部には、導入
孔22と連通する貫通孔が形成されている。そして、上
記流路からの圧力は、上記導入孔22から台座11の貫
通孔を経て、センサ素子10のダイヤフラムに伝達され
るようになっている。また、凹部23内にはガラス台座
11の貫通孔と導入孔22との気密性を高めるために、
シリコンゲルや樹脂接着剤等の封止剤24が充填されて
いる。
なし、センサケース20にインサート成形され、センサ
ケース20と一体化されている。これらリード30は、
一般的なリードフレームの材料(例えばリン青銅に電解
ニッケルめっきしたもの等)を採用することができる。
ここで、これらリード30のうちセンサケース20の外
壁から大きく露出した3本の露出部31(図3参照)
は、センサ素子10の電気信号(出力)を外部へ取り出
すための取り出し部を構成している。
ス20の開口部20a内には、センサ素子10からの出
力信号を増幅する増幅回路としてのバイポーラトランジ
スタ素子12、これらセンサ素子10からの出力信号や
バイポーラトランジスタ素子12の信号等を調整する調
整回路としてのMOSトランジスタ素子13が、接着剤
等により固定されている。
ラトランジスタ素子12、MOSトランジスタ素子1
3、及び、リード30は、図2及び図3に示す様に、ワ
イヤボンディングにより形成された金やアルミニウム等
よりなる複数本のワイヤ(図中、太線にて図示)14に
より、適宜互いに電気的に接続されている。そして、セ
ンサ素子10からの電気信号(出力)は、これらワイヤ
14を通して、各素子12、13及びリード30、リー
ドの露出部31から外部へ取り出されるようになってい
る。
0は、開口部20aの底面の平坦部に沿って配置されて
おり、その全体が、ワイヤ14と接続される面内(即ち
センサ素子10と電気的に接続される面内)に位置する
平板形状となっている。これは、後述するように、一般
に知られているフープ成形に適したリード形状を提供す
るためである。なお、図1においては、センサケース2
0における開口部20a内において、該開口部20a内
の側面段差部やリード30、ワイヤ14は省略してあ
る。
センサ素子10を覆うコネクタケース40は、センサケ
ース20と同じくPPSやPBT等の樹脂にて射出成形
されたものであり、その内形がセンサケース20の外形
に対応している。そして、コネクタケース40は、セン
サケース20の開口部20aを覆う被覆部41と、この
被覆部41から突出して形成されリード30の露出部3
1を囲う囲い部42と、センサ100を上記給湯器にお
ける流路の適所に固定するための取付穴43を有するフ
ランジ部44と備えている。
体の内部にてリード30の露出部31を該露出部31と
空間を隔てて囲っている。囲い部42と被覆部41との
間に位置する壁部45には、リード30の露出部31が
挿入されて支持される穴部46が形成されている。そし
て、囲い部42とリード30の露出部31とにより、外
部端子に接続可能なコネクタ部50が構成されており
(図6参照)、このコネクタ部50は、一般のコネクタ
部材の外部端子に対し嵌合等により接続可能となってい
る。
20とは、両ケース20、40のどちらか一方に設けら
れた突起部を他方に設けられた穴部にはめ込んで係止さ
せることにより結合する、いわゆるスナップフィットに
より結合されている。本例では、センサケース20の両
側の外壁面に1個ずつ、突起部としての爪部25が形成
され、コネクタケース40の両側の外壁面に1個ずつ、
爪部25に対応して穴部としての係止穴47が形成され
ている。
センサケース20がはめ込まれる方向(以下、結合方向
という)から徐々に突出度合が大きくなるように、テー
パ状に突出している。また、コネクタケース40の外壁
面には、上記結合方向から切りかかれたスリットが形成
され、それによって、該外壁面と交差する方向へ弾性変
形可能な板状の変形部48が形成されており、上記係止
穴47は、この変形部48の厚み方向を貫通する貫通穴
として形成されている。
変形部48による結合作用を図7に示しながら、両ケー
ス20、40の組付方法を説明する。なお、図7中のハ
ッチングは便宜上付したものである。まず、各素子の配
設及びワイヤボンディングがなされたセンサケース20
を、リード30の露出部31がコネクタケース40の穴
部46に挿入されるように、上記結合方向に沿ってコネ
クタケース40へ挿入していく(図1及び図7(a)参
照)。
触し、爪部25のテーパ部によって、変形部48が外方
に押し広げられるように弾性的に変形する(図7
(b))。さらに、センサケース20を挿入していく
と、爪部25が係止穴47にはまり込み、変形部48は
弾性力によって元の位置に戻る(図7(c))。こうし
て、爪部25が係止穴47に係止されることにより、図
6に示す様に、両ケース20、40が結合される。
て述べる。上述のように、リード30は、一般に知られ
ているフープ成形に適した平面的なリード形状となって
おり、センサケース20はフープ成形により作られる。
図8に、センサケース20の製造方法を模式的に示す。
まず、1個のセンサ100に用いられる複数本のリード
30を1単位として、この1単位が直線状に複数個形成
された帯状のリードフレームK1を用意する(図8
(a))。
ル状態にしておく(図8(b))。ここで、リード30
は上記の平面的な形状であるが故に、リードフレームK
1自体も、平面帯形状とでき、コイル状態に巻き取るこ
とが容易となる。そして、このコイル状態のリードフレ
ームK1を回転可能なシャフト(図示せず)に装着す
る。なお、リードフレームK1には、次工程における1
単位ずつの送り出しに対応して、リード30の1単位間
隔で送り出し用の位置決め印が設けられていても良い。
ス20を射出成形するための射出成形機に設けられた成
形型K2内に、上記シャフトを回転させてリードフレー
ムK1をリード30の1単位ずつ送り出し、成形型K2
内に位置決めする。次に、成形型K2内に樹脂を射出
し、リード30と樹脂が一体化したセンサケース20を
成形する。そして、1個のセンサケース20が成形され
ると、リードフレームK1のうち樹脂からはみ出した余
分な部分は、分断型K3によって切断除去される。セン
サケース20が出来上がる。これを、リード30の1単
位毎に繰り返すことで、容易にセンサケース20を量産
化できる。
は、上述のように、台座11に接着されたセンサ素子1
0、両トランジスタ素子12及び13を接着し、ワイヤ
ボンディングを行うことにより、図2及び図3に示す状
態となる。そして、この状態のセンサケース20を、上
述のように、コネクタケース40に結合することで、セ
ンサ100が出来上がる。
センサとして作動する。給湯器における湯(または水)
の流路内の圧力は、導入孔22から台座11の貫通孔を
経て、センサ素子10のダイヤフラムの裏面側に導入さ
れる。一方、例えばコネクタケース40の適所に大気と
連通する穴(図示せず)を設けたり、両ケース20、4
0の隙間を利用する等により、センサ素子10のダイヤ
フラムの表面は大気と連通して大気圧(基準圧)となっ
ている。
フラムが歪んだとき、この歪みに基づく電気信号が発生
する。この信号は、ワイヤ14、各トランジスタ素子1
2、13及びリード30、リード30の露出部31を経
て、コネクタ部50に接続された外部端子へ取り出され
る。そして、外部回路にて信号処理を行うことにより、
流路内の圧力が相対圧として検出され、この圧力に応じ
て水位等を求めることが可能となっている。
は、囲い部42とともにコネクタ部50を構成して外部
端子に接続可能となるため、簡単な構成にて、センサ1
00におけるコネクタ機能を実現でき、別途、コネクタ
部材は不要となる。また、リード30は、予め、センサ
ケース20にインサート成形されているため、コネクタ
としてのリード30を別途、溶接やはんだ付けする等の
手間が無くなる。よって、本実施形態によれば、低コス
トで構成が簡素化された半導体センサを提供をすること
ができる。
ットによる結合により、両ケース20、40の組付固定
を行うことができるため、従来の接着やかしめのよう
に、加工工数や設備投資が大きいケースの組付方法を採
用したものに比べて、より低コスト化が図れる。
を、センサ素子10と電気的に接続される面内において
平面的な形状としているため、従来のような複雑な曲げ
形状のリードと比べて、一般に知られている量産化に適
したフープ成形に適したリード形状を提供でき、リード
のインサート成形を低コスト化できる。
は、リード30を、フープ成形に適した平面的なリード
形状としているが、リードはセンサ素子と電気的に接続
される面内において完全に平面的な形状でなくとも良
く、リードフレームとしてコイル状態に巻き取り可能で
あるならば、多少平面から外れて曲がった形状であって
も良い。また、本発明は、半導体センサとして、半導体
センサ素子を用いた温度センサや加速度センサ等にも適
用可能である。
ース組付前の状態で示す概略斜視図である。
概略断面図である。
の概略断面図である。
態を示す図である。
用を示す説明図である。
模式的に示す説明図である。
ド、31…リードの露出部、40…コネクタケース、4
2…囲い部、50…コネクタ部。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体よりなるセンサ素子(10)が配
設され、樹脂成形された第1のケース(20)と、 この第1のケースから一部が露出するように前記第1の
ケースにインサート成形されるとともに前記センサ素子
と電気的に接続されたリード(30)と、 前記第1のケースに組み付けられて前記センサ素子を覆
う第2のケース(40)と、 前記第2のケースに形成され、前記リードの露出部(3
1)を囲う囲い部(42)とを備え、 前記リードの露出部と前記囲い部とにより、該露出部を
外部端子に接続可能なコネクタ部(50)が構成されて
いることを特徴とする圧力センサ。 - 【請求項2】 半導体よりなるセンサ素子(10)が配
設され、樹脂成形された第1のケース(20)と、 この第1のケースから一部が露出するように前記第1の
ケースにインサート成形されるとともに前記センサ素子
と電気的に接続されたリード(30)と、 前記第1のケースに組み付けられて前記センサ素子を覆
う第2のケース(40)と、 前記第2のケースに形成され、前記リードの露出部(3
1)を囲う囲い部(42)とを備え、 前記リードの露出部と前記囲い部とにより、該露出部を
外部端子に接続可能なコネクタ部(50)が構成されて
おり、 前記第1のケースと前記第2のケースとは、これら両ケ
ースのどちらか一方に設けられた突起部(25)を、他
方に設けられた穴部(47)にはめ込んで係止させるこ
とにより、結合されていることを特徴とする半導体セン
サ。 - 【請求項3】 前記リード(30)は、その全体が前記
センサ素子(10)と電気的に接続される面内に位置す
る平板形状となっていることを特徴とする請求項1また
は2に記載の半導体センサ。 - 【請求項4】 前記囲い部(42)は、前記リード(3
0)の露出部(31)を該露出部と空間を隔てて囲って
いることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つ
に記載の半導体センサ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28593899A JP4281178B2 (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | 半導体圧力センサ |
US09/678,846 US6439058B1 (en) | 1999-10-06 | 2000-10-04 | Semiconductor sensor |
DE10049356A DE10049356B4 (de) | 1999-10-06 | 2000-10-05 | Halbleitersensor |
Applications Claiming Priority (1)
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