JP2004264150A

JP2004264150A - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2004264150A
Application number: JP2003054822A
Authority: JP
Inventors: Shuji Sato; 修治佐藤; Tomoyuki Tanaka; 智幸田中
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】コンデンサや抵抗等の電子部品が配設される場合であっても小型化が可能な圧力センサを提供する。
【解決手段】センサ素子４と電気的に接続されるセンサ接続ランド部５ｇを有するセンサ接続部５ａと、少なくとも電子部品からなる電子回路部７を実装する電子部品実装部５ｂ、５ｃと、前記電子回路部７からの電気信号を外部通電路６へと伝達する外部ターミナル接続ランド部５ｋを有する外部端子接続部５ｄとを柔軟性を有する回路基板５によって形成するとともに、回路基板５の電子部品実装部５ｂ、５ｃあるいは外部端子接続部５ｄの少なくとも一方側に引出端子部５ｉを施してなる圧力センサＡである。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定媒体の圧力を検出する圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体や気体等からなる被測定媒体の圧力を検出する圧力センサとしては、例えば特許文献１に開示されるものがある。この圧力センサは、被測定媒体の圧力を導入する圧力導入孔を有する金属製のステムに、前記圧力導入孔と対向するように金属製のベース板を介して半導体式のセンサ素子を配設し、このセンサ素子と、前記センサ素子の周囲を取り囲む孔部を有するプリント基板とをワイヤボンディングによって電気的に接続してなるものである。このプリント基板には、前記センサ素子によって検出された信号を増幅するための増幅回路を少なくとも有する各種電子部品が実装されており、この増幅された信号は、プリント基板に設けられるリードピンからターミナルに伝達され外部に出力される。
【０００３】
そして、前記センサ素子や前記プリント基板は、前記ステムの上部に取付けられる筒状をなす金属製のハウジングにより収納され、前記ハウジングの上部には前記ターミナルを案内支持する樹脂製のターミナルハウジングが設けられ、前記ハウジングとターミナルハウジングとは前記ハウジングの上端部全周を折り曲げて加締めることで閉塞されるようになっている。また、ステムの下部にはネジ部が形成されており、測定部である例えば車両用エンジンの一部に対しこのネジ部を直接ねじ込むことにより圧力センサが固定される。
【０００４】
上述した従来の圧力センサの電気接続構造は、前記プリント基板にリードピン設け、このリードピンと前記ターミナルとを半田等を介して電気的に接続し、前記センサ素子からの信号を外部に伝達する構成であるため、電気接続構造が複雑となるという問題があり、電気接続を簡単に行なうことの出来る圧力センサが望まれている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２３７３３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
また一般的に、プリント基板には、センサ素子によって検出された信号を増幅するための増幅回路を少なくとも有する各種電子部品が実装されており、この増幅された信号は、プリント基板に設けられるリードピンからターミナルに伝達され外部に出力されるように構成されているが、センサ素子のオフセット電圧及びフルスケール電圧の温度補償調整機能やセンサ素子からの電気信号を増幅する機能等を兼ね備えたＩＣパッケージが設けられてる。この場合、プリント基板上には、前記センサ素子のオフセット電圧及びフルスケール電圧の調整用あるいは検査用としてのランド部（端子部）が設けられているが、電子部品の実装スペースに加えて調整用ランド部などが付加されるとプリント基板の面積が広くなってしまうため、結果として圧力センサ小型化ができない問題があり、更なる小型化を達成できる構成が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、更なる小型化が可能な圧力センサを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、請求項１に記載の通り、ハウジングに設けられた圧力導入部から導入される被測定媒体の圧力を受ける状態で配設され、前記圧力を電気信号に変換するセンサ素子と、このセンサ素子と電気的に接続するセンサ接続部及び前記電気信号を外部通電路へと伝達する外部端子接続部を備え、前記ハウジング内に配設される柔軟性を有する回路基板と、その回路基板上に実装され、前記センサ素子の前記電気信号を増幅する増幅機能を少なくとも有する電子回路部とを備えた圧力センサであって、前記ハウジングとしての上部ハウジング及び下部ハウジングと、前記センサ素子の所望の出力特性を得るための補正データを前記電子回路部に書き込むため、前記回路基板に設けられる引出端子部と、前記回路基板に設けられ、前記回路基板の前記センサ接続部を前記圧力導入部が設けられた前記下部ハウジングの配設位置に取り付けた際に、前記回路基板に設けられる前記外部端子接続部及び前記引出端子部を前記下部ハウジングの外部側に引き出し可能とする延長部と、を備えてなることを特徴とする圧力センサである。このように回路基板を柔軟性を有する材料によって形成することによりハウジング内に収納する際に折返しながら組み付けることができるため実装密度を高めることができるとともに、圧力センサの検査時や調整時において下部ハウジングにセンサ素子と回路基板とを取付後において、回路基板に設けた引出端子部を下部ハウジングの外部側に引き回し配設した状態にてプローブ（接触端子）などによって容易にチェックすることができるという効果がある。
【０００９】
また請求項１において、請求項２では、前記下部ハウジングは、前記センサ素子の取付位置よりも高い周壁を備えてなることにより、圧力センサの検査時や調整時において下部ハウジングにセンサ素子と回路基板との取付後に、センサ素子の所望の出力特性を得るための補正データを前記電子回路部に書き込みの際などにおいて、下部ハウジングの周壁によってセンサ素子を覆うことができるため、電気的な配線部分に接触することを未然に防ぐことが可能となる。
【００１０】
また請求項１において、請求項３では、前記回路基板は、前記センサ接続部と前記外部端子接続部との間に、前記電子回路部を少なくとも実装する電子部品実装部を少なくとも前記延長部の一部分に設け、前記電子部品実装部に前記引出端子部が形成されてなる圧力センサである。このように構成することにより、回路基板の電子部品実装部あるいは外部端子接続部などの延長部箇所に引出端子部を追加して施してなるため更なる圧力センサの小型化を実現することができるという効果があるとともに、回路基板に設けた引出端子部を下部ハウジングの外部側に引き回し配設した状態にてプローブ（接触端子）などによって簡単にかつ容易にチェックすることができるという効果がある。
【００１１】
また請求項１もしくは請求項３において、請求項４では、前記引出端子部は、前記回路基板から切除可能に設けてなる圧力センサである。このように構成することにより、圧力センサ内に回路基板を折返しながら組み付ける際に、調整（書き込み）後において不要となった引出端子部箇所を工具によって簡単に切除することが可能となるため、ハウジング内への組み付けによる妨げになるという問題もなく組み付け作業効率を高めることができるものである。
【００１２】
また請求項４において、請求項５では、前記回路基板と前記引出端子部との間に切り欠き部を設け、前記切り欠き部によって前記引出端子部を切除可能に設けてなる圧力センサである。このように構成することにより、圧力センサ内に回路基板を折返しながら組み付ける際に、調整（書き込み）後において不要となった検査用あるいは調整用のランド部箇所を切り欠き部を介して切除することが可能となるため、ハウジング内への組み付けによる妨げになるという問題もなく組み付け作業効率を高めることができるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態となる実施例を説明する。
図１から図４は本発明の圧力センサの第１実施例を示すもので、圧力センサＡは、下部ハウジング（ケース体）１と、上部ハウジング２と、ベース板３と、センサ素子４と、回路基板５と、コード（外部通電路）６とから主に構成されている。
【００１４】
下部ハウジング１は、耐熱性及び耐クリープ性の合成樹脂材料である例えばポリファニレンサルファイド（ＰＰＳ）からなり、ＳＵＭ等の金属材料からなる圧力導入部１ａをインサート成形してなるものである。下部ハウジング１の下部にはネジ部１ｂが形成されており、圧力センサＡはこのネジ部１ｂにより例えば車両のエンジンにおける測定部に固定される。また圧力導入部１ａの略中央には、液体や気体からなる被測定媒体を導入する圧力導入孔１ｃが形成されている。また、下部ハウジング１は、後述する補強板を支持するホルダ１ｄを備える。
【００１５】
上部ハウジング２は、ＰＢＴ等の樹脂材料から形成され、上部ハウジング２の開口端部を下部ハウジング１の開口端部に対して熱加締めすることによって配設固定され、ベース板３，センサ素子４，回路基板５等を収納する。また、上部ハウジング２は、上部に凹部２ａが形成され、上部ハウジング２の内側から凹部２ａに向けてコード６が引き出されるようになっている。凹部２ａにはグロメット２ｂが配設されるとともにグロメット２ｂの上方から例えばエポキシ樹脂が流入されコード６を固定保持するとともにコード６の付け根からゴミや水分が侵入することを防止している。
【００１６】
ベース板３は、コバール等の金属材料から構成され、略円形状に形成される。また、ベース板３は、下部ハウジング１における圧力導入部１ａの上端部に抵抗溶接によって配設固定するためのフランジ部３ａと、圧力導入部１ａと嵌合して圧力導入部１ａに対してベース板３の配設位置を決定する突出部３ｂが設けられている。またフランジ部３ａの略中央には、センサ素子４に圧力を伝達するための孔部３ｃが設けられている。
【００１７】
センサ素子４は、シリコン等の半導体基板を薄肉に形成してなるダイアフラム部を有する半導体チップ４ａをガラス台座４ｂ上に配設し、半導体チップ４ａとガラス台座４ｂとを陽極接合法によって接合してなるものであって、ガラス台座４ｂに設けられる圧力導入路４ｃから導入される流体の圧力を前記ダイアフラム部によって受け、前記ダイアフラム部の変位量を検出するものである。センサ素子４は、前記ダイアフラム部に対応する部位にボロン等の不純物を拡散処理することによって、ピエゾ抵抗効果を有する４つの感圧素子となる抵抗を形成し、前記各抵抗をアルミ等の導電性材料を用いた配線パターンによってブリッジ回路を構成し、前記ダイアフラム部の変位に伴う前記ブリッジ回路の出力電圧によって前記流体の圧力を検出するものである。また、センサ素子４は、ガラス台座４ｂの裏面側にメタライズ層を形成するとともに、半田を介してベース板３と接合する。
【００１８】
回路基板５は、センサ素子４とワイヤボンディングにより電気的に接続されるものであって、柔軟性を有するＦＰＣにより形成されている。ＦＰＣからなる回路基板５は、図２から図４などに示すように、センサ素子４とワイヤボンディングされるセンサ接続部５ａと、センサ素子４からの電気信号を増幅する増幅機能やセンサ素子４のオフセット電圧及びフルスケール電圧の温度補償調整機能等を兼ね備え所望の出力特性を得るためＩＣパッケージからなる電子回路部７を配設する第一の電子部品実装部５ｂと、センサ素子４に印加される電流の大きさを調整するチップ抵抗や外来ノイズを除去するためのコンデンサ等からなる電子部品８を配設する第二の電子部品実装部５ｃと、コード６と接続するための外部端子接続部５ｄとを備え、前記各部を所定の配線パターンにより結線している。
【００１９】
また、回路基板５は、センサ接続部５ａと第一の電子部品実装部５ｂとの間，第一の電子部品実装部５ｂと第二の電子部品実装部５ｃとの間及び第二の電子部品実装部５ｃと外部端子接続部５ｄとの間の所定個所にて多層状に折り曲げられて各部５ａ〜５ｄがそれぞれ対向した状態で下部ハウジング１と上部ハウジング２とにより構成される空間内に収納される。このように構成することにより、上部及び下部のハウジング１，２内に収納する際に折返しながら組み付けることができるため実装密度を高めることができ、圧力センサを小型化することができる。
【００２０】
また回路基板５のセンサ接続部５ａには、回路基板５の裏面に貼り付けられＦＰＣからなる回路基板５を補強する受板５ｅと、回路基板５と受板５ｅとを連通する孔部５ｆおよびセンサ素子４と電気的に接続するためのセンサ接続ランド部５ｇとを備え、受板５ｅとともに回路基板５をベース板４上に載置した状態で孔部５ｆを介してセンサ素子４と回路基板５に設けられたセンサ接続ランド部５ｇとがワイヤボンディングによって電気的に接続されている。この場合、受板５ｅによって下部ハウジング１への取付を確実に行うことができるように構成している。
【００２１】
また下部ハウジング１は、センサ素子４の取付位置よりも高い周壁を備えてなることにより、圧力センサＡの組み付け時や検査時あるいは調整時などにおいて下部ハウジング１にセンサ素子４と回路基板５との取付後に、下部ハウジング１の周壁によってセンサ素子４を覆うことができるため、電気的な配線部分たとえばワイヤボンディング箇所などに外部側から接触するという問題を未然に解消することができる。
【００２２】
また第一の電子部品実装部５ｂは、センサ接続部５ａと第二の電子部品実装部５ｃとの間（センサ接続部５ａと外部端子接続部５ｄとの間）に設けられ、回路基板５の所定個所を折り曲げてセンサ接続部５ａの上方に位置するように配設されるものであり、一方側の面であるセンサ素子４との非対向面側に補強板５ｈを貼りつけるとともに他方側の面に増幅回路部７が表面実装され半田付けによってＩＣパッケージからなる電子回路部７との電気的接続がなされている。第一の電子部品実装部５ｂは、補強板５ｈが下部ハウジング１に取り付けられるホルダ１ｄにより支持されることで下部ハウジング１上に安定した状態で固定されるようになっている。
【００２３】
第二の電子部品実装部５ｃは、第一の電子部品実装部５ｂと外部端子接続部５ｄとの間（センサ接続部５ａと外部端子接続部５ｄとの間）に設けられ、回路基板５の所定個所を折り曲げて第一の電子部品実装部５ｂの上方に位置するように配設されるものであり、両面に図示しない外部電源からセンサ素子４に印加される電流値を調整するためのチップ抵抗や外来ノイズを除去するためのコンデンサ等からなる電子部品８が配設されるものである。また、電子部品８は、その一部がスペーサ部材の役割をなすように補強板５ｈに接着剤を介して接着され、第二の電子部品実装部５ｃが安定して固定されるようになっている。
【００２４】
また、回路基板５の第二の電子部品実装部５ｃには、センサ素子４の温度補償を行うべく、ＩＣパッケージからなる電子回路部７にオフセット電圧及びフルスケール電圧に関する調整値（デジタル値）を図示しない調整装置を介して書き込み及び読み出しを行い（以下、デジタルトリミング処理と言う）、センサ素子４の所望の出力特性を得るための引出端子部５ｉが回路基板５から引き出し形成されている。この引出端子部５ｉは、前記調整装置に備えられるプローブ（接触端子）を接触させて所定の電圧を印加することが可能な形状をなしている。従って、圧力センサＡの検査時や調整時に、回路基板５に設けた引出端子部５ｉを下部ハウジング１の外部側に引き回し配設した状態にて前記調整装置のプローブを引出端子部５ｉに良好に接触させることが可能となるため、製造工程における検査工程の作業性を向上させることができる。
【００２５】
また、回路基板５は、センサ接続部５ａを前記圧力導入部１ａが設けられた下部ハウジング１の配設位置に取り付けた際に、回路基板５に設けられる外部端子接続部５ｄ及び引出端子部５ｉが下部ハウジング１の外部側に引き出し可能とする延長部箇所の一部に設けて構成されている。この延長部箇所としては、下部ハウジング１内に実装される回路基板５のセンサ接続部５ａとＩＣパッケージからなる電子回路部７が実装される第一の電子部品実装部５ｂとを除いた第二の電子部品実装部５ｃおよび外部端子接続部５ｄとに相当するものであり、この第二の電子部品実装部５ｃおよび外部端子接続部５ｄとからなる延長部箇所の一部である第二の電子部品実装部５ｃから引出端子部５ｉが引き出し形成されている。
【００２６】
また引出端子部５ｉは、この実施例では第２の電子部品実装部５ｃに例えばミシン目などからなる切り欠き部５ｊを形成することによって切除可能な状態に設けられている。従って各引出端子部５ｈは、デジタルトリミング処理終了後に切り欠き部５ｊを介して切除されることで、下部ハウジング１と上部ハウジング２とにより構成される空間内に回路基板５を配設する際に組み付け時の妨げになることはない。また、引出端子部５ｉが外部側に引き出されるとともに、デジタルトリミング処理終了後に切除可能とすることから、従来のような調整用ランドを回路基板上に備えた圧力センサに比べ、ハウジングの外形を小さくすることが可能となる。
【００２７】
また前述した回路基板５を介してセンサ素子４の温度補償調整を行う場合に、ＩＣパッケージからなる電子回路部７に所定調整値の書き込み処理を行うが、この書き込み処理は、ＩＣパッケージからなる電子回路部７の駆動電圧（例えば５Ｖ）よりも若干高い電圧（以下、書き込み電圧と言う）をＩＣパッケージからなる電子回路部７の所定の端子に印加することでデジタルトリミング処理を実行するものであるが、回路基板５の第二の電子部品実装部５ｃに電子部品８であるノイズ吸収用のツェナーダイオードが実装されている場合には、ＩＣパッケージからなる電子回路部７への書き込み電圧の印加時に、この書き込み電圧が前記ツェナーダイオードを介してグランドレベルに達しないような配線パターンが必要となる。これを防止するための一つの手法としては、前記ツェナーダイオードに繋がる配線パターンの途中に前記配線パターンを分断する接続ランドを形成し、センサ素子４への温度補償処理が終了後に、この接続ランドを半田によって接続したり、またジャンパー線を介して接続することで前記デジタルトリミング処理時の不具合を解消できる。
【００２８】
なお、電子部品８は、第二の電子部品実装部５ｃの一方の面にのみ配設されるものであってもよい。また、第二の電子部品実装部５ｃの固定のために専用のスペーサ部材を第二の電子部品実装部５ｃに設けてもよい。また、本発明の実施の形態においては、第一の電子部品実装部５ｂに補強板５ｈを配設し、補強板５ｈを支持するホルダ１ｄを設けるとともに、第二の電子部品実装部５ｃに補強板５ｈに接着される前記スペーサ部材を配設する構成であったが、第二の電子部品実装部５ｃに補強板を配設し、前記補強板を支持するホルダを設けるとともに、第一の電子部品実装部に前記補強板に接着されるスペーサ部材を配設する構成であってもよい。
【００２９】
外部端子接続部５ｄは、回路基板５の端部に設けられており、センサ素子４により検出されＩＣパッケージからなる電子回路部７によって調整増幅された電気信号を外部に伝達するコード６と半田付け接続される外部ターミナル接続ランド部５ｋが外部端子接続部５ｄの端部側に設けられている。
【００３０】
コード６は、ＩＣパッケージからなる電子回路部７により調整増幅された電気信号を外部端子接続部５ｄを介して外部に伝達するものであり、上部ハウジング２の凹部２ａからグロメット２ｂを介して案内支持され、上部ハウジング２の外部に導き出される外部通電路である。なお、外部通電路としては、コードに限定されるものではなく、例えばコネクタピンを上部ハウジングから突出させ、外部との接続をコネクタによって行う構成であってもよい。
【００３１】
なお本発明は上述した実施例に限定されるものでなく本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能であり、実施例においては柔軟性を有する回路基板５の第一及び第二の電子部品実装部５ｂ、５ｃ側に引出端子部５ｉを設けて構成していたが、回路基板５の端部側に位置した外部端子接続部５ｄに引出端子部５ｉを設けてもよい。
【００３２】
また本実施例の引出端子部５ｉは、ミシン目などからなる切り欠き部５ｊを形成することによって切除可能な状態に設けていたが、切り取ることなく圧力センサのハウジング内に折返しながら引き回し配設するようにしてもよい。また、場合によっては、ミシン目などの切り欠き部５ｊを設けることなく、調整（書き込み）後において不要となった引出端子部５ｉ箇所を工具によって簡単に切除することが可能となるため、下部及び上部のハウジング１，２内への組み付けによる妨げになるという問題もなく組み付け作業効率を高めることができるものである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、被測定媒体の圧力を検出する圧力センサに関するものであって、更なる小型化が可能な圧力センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である圧力センサを示す断面図である。
【図２】同上の圧力センサの回路基板を示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施例である圧力センサの下側ハウジングにセンサ素子と回路基板との実装状態を示す側面図である。
【図４】図４は、図３の上面側から見た平面図である。
【符号の説明】
Ａ圧力センサ
１下部ハウジング
２上部ハウジング
３ベース板
４センサ素子
５回路基板
５ａセンサ接続部
５ｂ第一の電子部品実装部
５ｃ第二の電子部品実装部
５ｄ外部端子接続部
５ｇセンサ接続ランド部
５ｉ引出端子部
５ｊ切り欠き部
５ｋ外部ターミナル接続ランド部
６コード（外部通電路）
７電子回路部（ＩＣパッケージ）
８電子部品

Claims

ハウジングに設けられた圧力導入部から導入される被測定媒体の圧力を受ける状態で配設され、前記圧力を電気信号に変換するセンサ素子と、このセンサ素子と電気的に接続するセンサ接続部及び前記電気信号を外部通電路へと伝達する外部端子接続部を備え、前記ハウジング内に配設される柔軟性を有する回路基板と、その回路基板上に実装され、前記センサ素子の前記電気信号を増幅する増幅機能を少なくとも有する電子回路部とを備えた圧力センサであって、
前記ハウジングとしての上部ハウジング及び下部ハウジングと、
前記センサ素子の所望の出力特性を得るための補正データを前記電子回路部に書き込むため、前記回路基板に設けられる引出端子部と、
前記回路基板に設けられ、前記回路基板の前記センサ接続部を前記圧力導入部が設けられた前記下部ハウジングの配設位置に取り付けた際に、前記回路基板に設けられる前記外部端子接続部及び前記引出端子部を前記下部ハウジングの外部側に引き出し可能とする延長部と、
を備えてなることを特徴とする圧力センサ。
前記下部ハウジングは、前記センサ素子の取付位置よりも高い周壁を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
前記回路基板は、前記センサ接続部と前記外部端子接続部との間に、前記電子回路部を少なくとも実装する電子部品実装部を少なくとも前記延長部の一部分に設け、前記電子部品実装部に前記引出端子部が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
前記引出端子部は、前記回路基板から切除可能に設けられてなることを特徴とする請求項１もしくは請求項３に記載の圧力センサ。
前記回路基板と前記引出端子部との間に切り欠き部を設け、前記切り欠き部によって前記引出端子部を切除可能に設けてなることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。