JP2003337075A - 絶対圧型圧力センサ - Google Patents
絶対圧型圧力センサInfo
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Abstract
る。 【解決手段】 流体の導入側と反対側に歪ゲージ(9)
が形成された金属製ダイアフラム(10)を有する圧力
検出素子(11)と、金属製ダイアフラムの歪ゲージ側
に参照圧力空間(12)を形成する金属製蓋(13)
と、歪ゲージに結線された中継基板(14)と、中継基
板に結線された入出力端子(15)とを具備する。中継
基板が導通孔(17)を中央に備える積層セラミック体
で形成され、この中継基板の両面にそれぞれ金属製シー
ルリング(18,19)が導通孔を囲むように接合さ
れ、一方の金属製シールリング(18)に金属製ダイア
フラムの外周部が接合され、他方の金属製シールリング
(19)に金属製蓋が参照圧力空間を形成するように接
合され、中継基板の金属製シールリング間から突出した
箇所に入出力端子が接続される。
Description
り、さらに詳しくは絶対圧力を計測する絶対圧型圧力セ
ンサに関する。
11−83655号公報が開示する絶対圧型圧力センサ
は、拡散半導体型圧力センサチップをダイアフラムで液
封した構成であり、封入液によってセンサチップへの流
体の接触を防止している。
開示する絶対圧型圧力センサは、金属製蓋である圧力ケ
ースによりセンサチップの抵抗ブリッジ側に参照圧力空
間(真空室)を形成してなるもので、センサチップの抵
抗ブリッジと反対側面に流体が接触するようになってい
る。
る絶対圧型圧力センサは、金属製蓋を用いることなく比
較的簡単な構造で参照圧力空間を形成する。
6号公報、特開平11−83655号公報の絶対圧型圧
力センサの場合は、圧力センサの製造工程の中で封入液
に空気が混入しないよう、高真空に真空排気した後に液
封する必要があり、製造工程が煩雑になるばかりでな
く、シール用のダイアフラムが破れると封入液が配管全
体を汚染してしまうという問題がある。
型圧力センサの場合は、金属製蓋である圧力ケースにハ
ーメチックシールまたは貫通コンデンサを装着すること
で、圧力ケースからリード線を引き出しており、電気信
号は、センサチップからワイヤ、基板、リード線を経由
してハーメチックシールまたは貫通コンデンサ内のリー
ド線に至り、さらにターミナルに至る。このように電気
的接続が多く複雑な構造の上に、溶接する圧力ケース内
側にも電気的な接続部が配置されていることから、セン
サの組み立て作業が繁雑化し、接続部が多い分センサと
しての信頼性が低くなるという問題がある。
センサは、参照圧力空間をプリモールドパッケージの樹
脂材料で形成し、リードフレームと樹脂材料の密着性で
参照圧力空間を封止しているので封止の信頼性が低い。
の有する欠点を解消するべく図9乃至図11に示すよう
な絶対圧型圧力センサを案出した。すなわち、ダイアフ
ラム8の表面に歪ゲージ9を形成してなる圧力検出素子
1の周囲に、ハーメチックシール端子2を配して溶接に
て接合し、ワイヤ3にて電気的な接続を行った後、金属
製蓋4をハーメチックシール端子2に真空中で溶接する
ことにより圧力センサを構成した。ところが、この圧力
センサによれば、信頼性の高い参照圧力空間5は形成す
ることができるものの、流体導入孔6と入出力端子7が
同方向に突出するので、圧力センサの実装が難しくな
る。
できる絶対圧型圧力センサを提供することを目的とす
る。
め、請求項1の発明は、流体の導入側と反対側に歪ゲー
ジ(9)が形成された金属製ダイアフラム(10)を有
する圧力検出素子(11)と、金属製ダイアフラム(1
0)の歪ゲージ(9)側に参照圧力空間(12)を形成
する金属製蓋(13)と、歪ゲージ(9)に結線された
中継基板(14)と、中継基板(14)に結線された入
出力端子(15)とを具備した絶対圧型圧力センサにお
いて、中継基板(14)が導通孔(17)を中央に備え
る積層セラミック体で形成され、この中継基板(14)
の両面にそれぞれ金属製シールリング(18,19)が
導通孔(17)を囲むように接合され、一方の金属製シ
ールリング(18)に金属製ダイアフラム(10)の外
周部が接合され、他方の金属製シールリング(19)に
金属製蓋(13)が参照圧力空間(12)を形成するよ
うに接合され、中継基板(14)の金属製シールリング
(18,19)間から突出した箇所に入出力端子(1
5)が接続された絶対圧型圧力センサを採用する。
出素子(11)の金属製ダイアフラム(10)には流体
の導入側と反対側に歪ゲージ(9)が形成されたことか
ら、封入液体を介することなく流体圧力を計測すること
ができるのはもちろんのこと、積層セラミック体の中継
基板(14)の両面にそれぞれ金属製シールリング(1
8,19)が接合され、一方の金属製シールリング(1
8)に金属製ダイアフラム(10)の外周部が接合さ
れ、他方の金属製シールリング(19)に金属製蓋(1
3)が参照圧力空間(12)を形成するように接合され
たことから、参照圧力空間(12)の気密性が高度に維
持され絶対圧力の精度の良い測定が可能になる。また、
中継基板(14)が積層セラミック体で形成され、この
積層セラミック体の金属製シールリング(18,19)
間から突出した箇所に入出力端子(15)が接続された
ことから、絶対圧型圧力センサの配線が簡素化され、そ
れだけ測定精度も向上する。
の絶対圧型圧力センサにおいて、中継基板(14)と歪
ゲージ(9)とが上記導通孔(17)を通して電気的に
結線された絶対圧型圧力センサを採用する。
板(14)の導通孔(17)を利用して中継基板(1
4)と歪ゲージ(9)とを結線するので、それだけ絶対
圧型圧力センサの構造が簡素化される。
の絶対圧型圧力センサにおいて、中継基板(14)の金
属製蓋(13)側にキャビティ(16)が形成された絶
対圧型圧力センサを採用する。
ティ(16)の存在により中継基板(14)の金属製蓋
(13)側の表面と歪ゲージ(9)との距離が短縮し、
導通孔(17)を通した電気的結線(22)の長さが短
縮する。従って、絶対圧型圧力センサの振動等に対する
強度が向上する。
求項3のいずれかに記載の絶対圧型圧力センサにおい
て、中継基板(14)の金属製蓋(13)側の配線が金
属製シールリング(19)より内側に形成され、中継基
板(14)の金属製ダイアフラム(10)側の配線に入
出力端子(15)が電気的に接続された絶対圧型圧力セ
ンサを採用する。
板(14)の金属製蓋(13)側の配線が金属製シール
リングと金属製蓋とで囲まれ、中継基板の金属製ダイア
フラム(10)側表面の配線上に入出力端子(15)が
接続されるので、真空内で金属製蓋(13)を金属製シ
ールリング(19)に溶接する際に発生する金属蒸気が
中継基板(14)の配線上に付着するのを防止すること
ができる。従って、中継基板(14)の絶縁低下を防止
し、ひいては絶対圧型圧力センサの精度低下を防止する
ことができる。
を参照して説明する。
に、この絶対圧型圧力センサは、流体の導入側と反対側
に歪ゲージ9(図10参照)が形成された金属製ダイア
フラム10を有する圧力検出素子11と、金属製ダイア
フラム10の歪ゲージ9側に参照圧力空間12を形成す
る金属製蓋13と、歪ゲージ9に結線された中継基板1
4と、中継基板14に結線された入出力端子15とを具
備する。
形成される。図3中二点鎖線は積層セラミック体の各層
の境界を模式的に示す。図3及び図4に示すように、中
継基板14における片方の表面の中央部には凹部である
キャビティ16が形成され、キャビティ16内の中央に
は、図2乃至図4に示すように、複数個の導通孔17が
形成される。導通孔17は中継基板14を一方の表面か
ら他方の表面へと貫通する。
乃至図4に示すように、それぞれ金属製シールリング1
8,19が接合される。一方の金属製シールリング18
は導通孔17を囲むように接合され、他方の金属製シー
ルリング19はキャビティ16を囲むように接合され
る。各シールリング18,19は中継基板14の表面に
ロウ付けで溶接される。シールリング18,19は、中
継基板14を構成するセラミックと線膨張係数等の温度
係数が近いニッケル合金(コバール)、42アロイなど
で構成するのが望ましい。
ように、円筒部11aの一端をダイアフラム10で閉じ
た構成の素子本体を有する。素子本体は金属材料を切削
加工またはプレス等により一体成形することにより得ら
れる。円筒部11aは流体の導入孔20として流体をダ
イアフラム10の片方の面へと導く。ダイアフラム10
の円筒部11aと反対側の面すなわち流体に接しない面
には歪ゲージ9(図10参照)が形成される。歪ゲージ
9は図10に示したごときパターンで形成されるが、非
常に薄い層であるから図3及び図4では図示を省略す
る。
ように、その金属製ダイアフラム10の外周部が一方の
金属製シールリング18に接合されることにより中継基
板14と一体化される。具体的には、ダイアフラム10
の外周部である円筒部11aの周りがシールリング18
に嵌め込まれ、その継ぎ目21の全周が溶接される。こ
の溶接は圧力検出素子11に熱影響を与えにくい熱密度
の高い溶接が望ましく、例えばレーザー溶接、アルゴン
アーク溶接が使用される。
基板14の反ダイアフラム側の表面に形成された回路
(図示せず)に電気的にパッド24を介して結線され、
そのためのボンドワイヤ22が中継基板14の導通孔1
7に通される。このように、中継基板14の導通孔17
を利用して中継基板14と歪ゲージ9とが結線されるの
で、それだけ絶対圧型圧力センサの構造が簡素化され
る。
イアフラム側の表面にはキャビティ16が形成されてい
るので、キャビティ16が設けられない場合に比し反ダ
イアフラム側の回路と歪ゲージ9との距離が短縮され
る。これにより、電気的結線である上記ボンドワイヤ2
2の長さが短くなり、絶対圧型圧力センサの振動等に対
する強度、信頼性が向上する。
に、円筒部13aの一端を端板13bで閉じたキャップ
体であり、プレス等により一体成形される。この金属製
蓋13の円筒部13aの開口縁が他方の金属製シールリ
ング19に嵌め込まれ、その継ぎ目23の全周が溶接さ
れる。この溶接により、ダイアフラム10の歪ゲージ9
側の表面と金属製蓋13の内面との間に気密室が形成さ
れる。
にする必要があるため、この溶接は真空内において行わ
れる。すなわち、上記ボンドワイヤ22の結線後に金属
製蓋13を金属製シールリング19に被せて真空中に置
き、継ぎ目23の全周を電子ビーム溶接にて封止する。
電子ビーム溶接は真空中(5×10-2Torr以下、よ
り好ましくは1×10-3Torr以下)で電子束を被溶
接物に向かって放出することにより被溶接物を接合する
もので、同溶接により金属製蓋13と中継基板14と金
属製ダイアフラム10とで囲まれた参照圧力空間12が
真空空間として形成される。
じ圧力を維持しなければ絶対圧型圧力センサとしての出
力が変化してしまうので、この参照圧力空間12からは
樹脂等の有機物、水分等のガス化する成分を極力排除す
る必要がある。そこで、真空封止前に高温真空の中でベ
ーキングを行い、水分の除去をしたうえで組み立てるこ
とが望ましい。
属製シールリング18,19間から突出した箇所に接続
される。入出力端子15は、望ましくは中継基板14を
構成するセラミックと線膨張係数等の温度係数が近いニ
ッケル合金(コバール)、42アロイ等で形成され、中
継基板14にロウ付け等で溶接される。上記中継基板1
4上の配線は図2に示すヴィアホール25を経由し中継
基板14の内装面を通り、この入出力端子15に接続さ
れる。図3から明らかなように、入出力端子15と圧力
検出素子11の円筒部11aは異方向に突出することか
ら、円筒部11aを所望の測定箇所に取り付ける場合に
入出力端子15が邪魔にならず、従って絶対圧型圧力セ
ンサの実装作業が簡易化される。
上記継ぎ目23の付近には金属の蒸気が充満するが、こ
の金属蒸気が中継基板14の配線に付着すると絶縁低下
を起こすおそれがある。そこで、入出力端子15を含む
全ての配線に金属蒸気が直接触れることがないような手
段を講ずる必要があるが、この実施の形態では、中継基
板14の金属製蓋13側の配線が金属製シールリング1
9より内側すなわち参照圧力空間12内に入るように形
成され、また入出力端子15は中継基板14の金属製ダ
イアフラム10側の配線に電気的に接続される。これに
より、中継基板14の配線や入出力端子15の接続部へ
の金属蒸気の付着が防止され、中継基板14の絶縁性が
保持される。
用について説明する。
1の円筒部11aが配管等に固定されることにより所望
の圧力検出箇所に設置される。
孔20から圧力検出素子11内に導入され、ダイアフラ
ム10に至る。ダイアフラム10が流体の圧力により弾
性変形すると、ダイアフラム10の裏側の歪ゲージ9が
この変形量を電気的信号として出力する。
継基板14、入出力端子15を経て絶対圧型圧力センサ
外に取り出され、流体の絶対圧力情報として所定の制御
装置へと送られる。
セラミック体である中継基板14の両面にそれぞれ金属
製シールリング18,19が接合され、一方の金属製シ
ールリング18に金属製ダイアフラム10の外周部が接
合され、他方の金属製シールリング19に金属製蓋13
が参照圧力空間12を形成するように接合されたことか
ら、参照圧力空間12の気密性が長期にわたり高度に維
持され、従って絶対圧力の精度の良い測定が可能にな
る。
に、この実施の形態2の絶対圧型圧力センサは実施の形
態1の場合と異なる中継基板26を有する。すなわち、
中継基板26は上記キャビティ16が省略され、金属製
蓋13側の表面が裏面と同様に平坦に形成される。従っ
て、この中継基板26は実施の形態1の場合よりも製造
工程が簡易化される。
じ符号を付して示すこととし、その詳細な説明は省略す
る。
入側と反対側に歪ゲージが形成された金属製ダイアフラ
ムを有する圧力検出素子と、金属製ダイアフラムの歪ゲ
ージ側に参照圧力空間を形成する金属製蓋と、歪ゲージ
に結線された中継基板と、中継基板に結線された入出力
端子とを具備した絶対圧型圧力センサにおいて、中継基
板が導通孔を中央に備える積層セラミック体で形成さ
れ、この中継基板の両面にそれぞれ金属製シールリング
が導通孔を囲むように接合され、一方の金属製シールリ
ングに金属製ダイアフラムの外周部が接合され、他方の
金属製シールリングに金属製蓋が参照圧力空間を形成す
るように接合され、中継基板の金属製シールリング間か
ら突出した箇所に入出力端子が接続された絶対圧型圧力
センサであるから、封入液体を介することなく流体圧力
を計測することができるのはもちろんのこと、参照圧力
空間の気密性が長期にわたって安定的に維持され絶対圧
力の精度の良い測定が可能になる。また、中継基板が積
層セラミック体で形成され、この積層セラミック体の金
属製シールリング間から突出した箇所に入出力端子が接
続されたことから、絶対圧型圧力センサの配線が簡素化
され、それだけ測定精度も向上する。
記載の絶対圧型圧力センサにおいて、中継基板と歪ゲー
ジとが上記導通孔を通して電気的に結線された絶対圧型
圧力センサであるから、中継基板の導通孔を利用して結
線することができ、それだけ絶対圧型圧力センサの構造
が簡素化される。
記載の絶対圧型圧力センサにおいて、中継基板の金属製
蓋側にキャビティが形成された絶対圧型圧力センサであ
るから、キャビティの存在により中継基板の金属製蓋側
の表面と歪ゲージとの距離が短縮され、導通孔を通した
電気的結線の長さが短縮される。従って、絶対圧型圧力
センサの振動等に対する強度が向上する。
至請求項3のいずれかに記載の絶対圧型圧力センサにお
いて、中継基板の金属製蓋側の配線が金属製シールリン
グより内側に形成され、中継基板の金属製ダイアフラム
側の配線に入出力端子が電気的に接続された絶対圧型圧
力センサであるから、真空室内で金属製蓋を金属製シー
ルリングに溶接する際に発生する金属蒸気が中継基板の
配線上に付着するのを防止することができる。従って、
中継基板の絶縁低下を防止し、ひいては絶対圧型圧力セ
ンサの精度低下を防止することができる。
サの平面図である。
いて示す平面図である。
サの平面図である。
いて示す平面図である。
る。
図である。
して示す平面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 流体の導入側と反対側に歪ゲージが形成
された金属製ダイアフラムを有する圧力検出素子と、金
属製ダイアフラムの歪ゲージ側に参照圧力空間を形成す
る金属製蓋と、歪ゲージに結線された中継基板と、中継
基板に結線された入出力端子とを具備した絶対圧型圧力
センサにおいて、中継基板が導通孔を中央に備える積層
セラミック体で形成され、この中継基板の両面にそれぞ
れ金属製シールリングが導通孔を囲むように接合され、
一方の金属製シールリングに金属製ダイアフラムの外周
部が接合され、他方の金属製シールリングに金属製蓋が
参照圧力空間を形成するように接合され、中継基板の金
属製シールリング間から突出した箇所に入出力端子が接
続されたことを特徴とする絶対圧型圧力センサ。 - 【請求項2】 請求項1に記載の絶対圧型圧力センサに
おいて、中継基板と歪ゲージとが上記導通孔を通して電
気的に結線されたことを特徴とする絶対圧型圧力セン
サ。 - 【請求項3】 請求項2に記載の絶対圧型圧力センサに
おいて、中継基板の金属製蓋側にキャビティが形成され
たことを特徴とする絶対圧型圧力センサ。 - 【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載
の絶対圧型圧力センサにおいて、中継基板の金属製蓋側
の配線が金属製シールリングより内側に形成され、中継
基板の金属製ダイアフラム側の配線に入出力端子が電気
的に接続されたことを特徴とする絶対圧型圧力センサ。
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Family Applications (1)
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EP (1) | EP1363116B1 (ja) |
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