JP2005147795A - 物理量センサおよび圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 センサチップとセンサ信号処理用の処理回路基板とを備える圧力センサにおいて、センサチップの設置面と平行な方向のセンサ体格を小さくする。
【解決手段】 中空筒状をなすものであって、外面の一部に圧力によって変形可能なダイアフラム１１を有するとともに中空部へ圧力を導入するための開口部１２を有するステム１０と、ダイアフラム１１上に設けられダイアフラム１１の変形に応じた電気信号を出力するセンサチップ２０と、センサチップ２０の周囲に設けられセンサチップ２０の電気信号を処理する処理回路基板３０とを備える圧力センサＳ１において、処理回路基板３０の基板平面がステム１０におけるセンサチップ２０の設置面１０ａに対して垂直方向に沿って位置するように、処理回路基板３０が配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センシング部とセンサ信号を処理するための処理回路基板とを備える物理量センサに関し、特に、中空筒状のステムに圧力検出用のダイアフラムを有する圧力センサに関する。

この種の物理量センサは、一般的に、圧力や加速度などの物理量に応じた電気信号を出力するセンシング部と、このセンシング部の周囲に設けられセンシング部の電気信号（センサ信号）を処理する処理回路基板とを備える。

このような物理量センサとしては、たとえば中空筒状をなすステムを有する圧力センサが提案されている（たとえば特許文献１参照）。

この圧力センサは、ステムにおける外面の一部に圧力によって変形可能なダイアフラムを形成するとともに、当該ステムの開口部からステムの中空部へ圧力を導入し、この導入された圧力によってダイアフラムが変形するようになっている。

特に、上記特許文献１に記載されている圧力センサでは、ダイアフラムは、ステムの軸一端側の端面に設けられ、開口部は、ダイアフラムとは反対側のステムの軸他端側に設けられている。

そして、ダイアフラム上には、センサチップ等からなるセンシング部が設けられており、当該ダイアフラムの変形に応じた電気信号がセンシング部から出力されるようになっている。

また、センシング部の周囲には処理回路基板が設けられており、当該処理回路基板によって、センシング部の電気信号すなわちセンサ信号は、取り扱いやすい信号に増幅されたり、変換されるなどの処理に施される。
特開２００１−２７２２９７号公報

しかしながら、上記特許文献１等にも記載されているように、従来の圧力センサ等の物理量センサにおいては、処理回路基板はセンシング部の周囲に２次元的に配置されたものとなっており、センサにおけるセンシング部の設置面と処理回路基板の基板平面とが平行な位置関係となっていた。

そのため、センサにおけるセンシング部の設置面と平行な方向のセンサ体格が、センシング部の面積だけでなく、処理回路基板の基板面積の分も加わった大きなものとなってしまう。

このことを、ステムの軸一端側にダイアフラム、軸他端側に開口部を有する上記特許文献１に記載されている圧力センサに照らして言うならば、従来では、ステムの外周において、処理回路基板は、その基板平面がステムの径方向と平行となるように配置された形となっていた。そのため、この圧力センサにおいては、ステムの径方向のセンサ体格が大きくなっていた。

このように、センシング部の設置面から当該設置面と平行な方向に処理回路基板の基板平面が広がっている配置関係を採用した場合、処理回路基板を支持する部分における構成部品も多く、また、その構造も複雑になってしまう。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、センシング部の設置面と平行な方向のセンサ体格を小さくすることのできる物理量センサおよび圧力センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、物理量に応じた電気信号を出力するセンシング部（２０）と、センシング部（２０）の周囲に設けられ、センシング部（２０）の電気信号を処理する処理回路基板（３０）とを備える物理量センサにおいて、処理回路基板（３０）の基板平面がセンシング部（２０）の設置面（１０ａ）に対して垂直方向に沿って位置するように、処理回路基板（３０）が配置されていることを特徴としている。

上述したように、従来では、センシング部の設置面と処理回路基板の基板平面とが平行に配置されていたので、センサにおけるセンシング部の設置面と平行な方向のセンサ体格が大きいものであった。

しかし、本発明では、センシング部（２０）の設置面（１０ａ）と処理回路基板（３０）の基板平面とが略垂直な位置関係となるため、センサにおけるセンシング部（２０）の設置面（１０ａ）と平行な方向のセンサ体格を小さくすることができる。

請求項２に記載の発明では、中空筒状をなすものであって、外面の一部に圧力によって変形可能なダイアフラム（１１）を有するとともに中空部へ圧力を導入するための開口部（１２）を有するステム（１０）と、ダイアフラム（１１）上に設けられ、ダイアフラム（１１）の変形に応じた電気信号を出力するセンシング部（２０）と、センシング部（２０）の周囲に設けられ、センシング部（２０）の電気信号を処理する処理回路基板（３０）とを備える圧力センサにおいて、処理回路基板（３０）の基板平面がステム（１０）におけるセンシング部（２０）の設置面（１０ａ）に対して垂直方向に沿って位置するように、処理回路基板（３０）が配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、ステム（１０）におけるセンシング部（２０）の設置面（１０ａ）と処理回路基板（３０）の基板平面とが略垂直な位置関係となるため、ステム（１０）におけるセンシング部（２０）の設置面（１０ａ）と平行な方向のセンサ体格を小さくすることができる。

ここで、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の圧力センサにおいて、ダイアフラム（１１）は、ステム（１０）の軸一端側の端面に設けられ、開口部（１２）は、前記ステム（１０）の軸他端側に設けられたものにできる。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項２または請求項３に記載の圧力センサにおいて、センシング部は、センサチップ（２０）であるものにできる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項２〜請求項４に記載の圧力センサにおいて、処理回路基板（３０）は、ステム（１０）における側面に固定されて設置されていることを特徴としている。

それによれば、処理回路基板（３０）の支持をステム（１０）の側面を利用して行うことができるため、処理回路基板（３０）の支持部の構成を簡素化することができる。

ここで、請求項６に記載の発明のように、請求項５に記載の圧力センサにおいては、ステム（１０）における処理回路基板（３０）の設置面（１０ｂ）は平坦面であることが好ましい。

また、請求項７に記載の発明のように、請求項２〜請求項６に記載の圧力センサにおいては、センシング部（２０）と処理回路基板（３０）とはボンディングワイヤ（５０）によって電気的に接続されているものにできる。

また、請求項８に記載の発明では、請求項２〜請求項７に記載の圧力センサにおいて、それぞれが外部と接続されるセンサ出力用端子（６１）、接地用端子（６１）および電源用端子（６１）を有する配線部（６０）が、ステム（１０）の周囲に設けられており、ステム（１０）の側面には３個の異なる平坦面が形成されており、これら３個の異なる平坦面のそれぞれに、センサ出力用端子（６１）、接地用端子（６１）および電源用端子（６１）の３端子が振り分けられて配置されていることを特徴としている。

本発明のように、センサ出力用端子（６１）、接地用端子（６１）および電源用端子（６１）を有する配線部（６０）を有する圧力センサの場合、ステム（１０）の側面に形成された３個の異なる平坦面に、３つの各端子を振り分けて配置すれば、効率よく各端子間の距離を十分に確保することができ、好ましい。

また、請求項９に記載の発明のように、請求項２〜請求項８に記載の圧力センサにおいて、ステム（１０）は、開口部（１２）側の部位にて被測定物（Ｋ１）にシールされた形で取り付けられるものである場合、ステム（１０）における被測定物（Ｋ１）とのシール部は、円筒形状であるものにできる。

また、請求項１０に記載の発明では、請求項２〜請求項９に記載の圧力センサにおいて、センシング部（２０）および処理回路基板（３０）は、ゲル部材（７０）により被覆されていることを特徴としている。

センシング部（２０）および処理回路基板（３０）、さらにはこれら両者の電気的接続部をゲル部材（７０）によって保護することができるため、好ましい。

また、請求項１１に記載の発明では、請求項１に記載の物理量センサにおいて、処理回路基板（３０）は、処理回路基板（３０）を設置する部位に対して絶縁物（４０）を介して固定されていることを特徴としている。ここで、この絶縁物としては、３次元配線部品（４０）を採用することができる。

また、請求項１３に記載の発明では、請求項２に記載の圧力センサにおいて、処理回路基板（３０）は、絶縁物（４０）を介して、ステム（１０）に固定されていることを特徴としている。。ここで、絶縁物としては、３次元配線部品（４０）を採用することができる。

これら請求項１１〜請求項１４に記載の発明によれば、処理回路基板（３０）とこの処理回路基板（３０）が設置される部位（またはステム）との間に、絶縁物（４０）を介在させているため、処理回路基板（３０）と処理回路基板（３０）が設置される部位（またはステム）との間の寄生容量を低減し、処理回路基板（３０）が設置される部位（またはステム）から処理回路基板（３０）への電気的なノイズの注入を防止することができ、好ましい。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。本実施形態では、物理量センサとして、中空筒状のステムに圧力検出用のダイアフラムを有する圧力センサを採用した例について説明する。

本実施形態に係る圧力センサは、たとえば自動車のブレーキシステムにおけるブレーキオイルの圧力を検出する圧力センサや、自動車の燃料噴射系における燃料パイプ内の圧力を検出する圧力センサ等に適用することができる。

図１〜図４は、本発明の実施形態に係る圧力センサＳ１の全体構成を示す図である。これら各図の説明をしておく。

図１は、圧力センサＳ１を被測定物Ｋ１に取り付けた状態で示す概略断面図、図２は、図１中の矢印Ａ方向から見たときの概略平面図である。なお、図１は図２中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。

図３は、図２中の矢印Ｃ方向からパイプ８０を切断した状態にてパイプ８０の内部を見たときの外観構成を示す図であり、図４は、図２中の矢印Ｄ方向からパイプ８０を切断した状態でパイプ８０の内部を見たときの外観構成を示す図である。

さらに、図５は、ステム１０にセンシング部としてのセンサチップ２０を配置して固定した状態を示す図であり、（ａ）はセンシング部の設置面１０ａから見たときの概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＥ−Ｅ線に沿った概略断面図である。

［圧力センサの構成］
図１〜図５に示されるように、ステム１０は、内部に中空部を有する有底筒状のもの、すなわち中空筒状をなすものである。このステム１０は、基本的には円筒体を加工することにより形成されている。

ステム１０は、その外面の一部に圧力によって変形可能なダイアフラム１１を有するとともに中空部へ圧力を導入するための開口部１２を有する。

本実施形態では、ダイアフラム１１は、ステム１０の軸一端側の端面に設けられ、開口部１２は、ステム１０の軸他端側に設けられている。ここで、ダイアフラム１１は、ステム１０の軸一端側の端面を薄肉部とすることにより形成されている。

また、図５に示されるように、ステム１０の側面のうち軸一端寄りの側面すなわちダイアフラム１１寄りの側面には、４つの平坦面が形成されている。それによって、図５（ａ）に示されるように、ステム１０におけるダイアフラム１１の形成面１０ａは四角形状をなしている。

また、図１に示されるように、ステム１０は、開口部１２側の部位にて被測定物Ｋ１にシールされた形で取り付けられている。そして、ステム１０における被測定物Ｋ１とのシール部は、円筒形状となっている。

ここで、被測定物Ｋ１は、上述したように、たとえば自動車のブレーキシステムにおけるブレーキオイルの配管や、自動車の燃料噴射系における燃料パイプなどである。そして、ステム１０は、被測定物Ｋ１に対して、たとえばネジ結合や溶接やかしめなどにより固定される。

このようにして、ステム１０が被測定物Ｋ１に取り付けられた状態において、被測定物Ｋ１からの圧力すなわち被測定圧力は、ステム１０の開口部１２からステム１０の中空部に導入される。すると、導入された被測定圧力の大きさに応じて、ダイアフラム１１が歪むようになっている。

また、図１〜図５に示されるように、ステム１０のダイアフラム１１上には、センシング部としてのセンサチップ２０が設けられている。

特に、本例では、図５（ａ）に示されるように、ステム１０における四角形状をなすダイアフラム１１の形成面１０ａをセンシング部２０の設置面１０ａとして、この設置面１０ａにセンサチップ２０が搭載されている。

このセンサチップ２０は、上記したダイアフラム１１の変形に応じた電気信号を出力するものである。たとえば、センサチップ２０は、単結晶Ｓｉ（シリコン）等の半導体チップからなるものであり、本例では、低融点ガラス２５によってステム１０のダイアフラム１１に接合され固定されている。

限定するものではないが、具体的に、センサチップ２０としては、ブリッジ回路を有し、ステム１０の開口部１２から導入された圧力によってダイアフラム１１が変形したとき、この変形に応じた抵抗値変化を電気信号に変換して出力する歪みゲージとして機能するものにできる。そして、これらダイアフラム１１およびセンサチップ２０が、圧力センサＳ１の基本性能を左右する。

ここで、ステム１０を構成する金属材料には、超高圧を受けることから高強度であること、および、Ｓｉからなるセンサチップ２０をガラス２５により接合するため低熱膨張係数であることなどが求められる。

具体的には、ステム１０は、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏまたはＦｅ、Ｎｉを主体とし、析出強化材料としてＴｉ、Ｎｂ、Ａｌまたは、Ｔｉ、Ｎｂが加えられた材料を選定し、プレス、切削や冷間鍛造等により形成することができる。

また、図１〜図４に示されるように、センシング部であるセンサチップ２０の周囲には、センサチップ２０の電気信号を処理する処理回路基板３０が設けられている。

この処理回路基板３０は、たとえば、半導体基板からなるＩＣチップやセラミック基板あるいはプリント基板からなる回路チップなどであり、センサチップ２０からの電気信号（センサ信号）を、取り扱いやすい信号に増幅したり変換したりするなどの処理を行うものである。

本実施形態では、各図に示されるように、処理回路基板３０の基板平面がステム１０におけるダイアフラム１１の形成面１０ａ（センシング部の設置面）に対して垂直方向に沿って位置するように、処理回路基板３０を配置している。

上述したように、ステム１０の側面のうちダイアフラム１１寄りの側面には、４つの平坦面が形成されているが、これら平坦面のうちの１つを処理回路基板３０の設置面１０ｂとして、この設置面１０ｂに処理回路基板３０が搭載され固定されている。

なお、処理回路基板３０の設置面１０ｂは平坦面でなくてもかまわないが、平坦面である方が処理回路基板３０の設置に関して都合がよい。

ここでは、処理回路基板３０は、３次元配線部品４０に対して接着剤等を介して固定されている。そして、この３次元配線部品４０が処理回路基板３０の設置面１０ｂに接着等により固定されることにより、処理回路基板３０は当該設置面１０ｂに固定され設置されている。

ここで、３次元配線部品４０は、樹脂本体の絶縁体に電極（パッド）４１（図３参照）を形成してなるもので、一般的に用いられているものである。つまり、処理回路基板３０は、処理回路基板３０を設置する部位すなわちステム１０における設置面１０ｂに対して、絶縁物としての３次元配線部品４０を介して固定されている。

そして、図１および図３に示されるように、処理回路基板３０のパッド３１と３次元配線部品４０のパッド４１とは、ボンディングワイヤ５０を介して結線され電気的に接続されている。

さらに、図１〜図４に示されるように、３次元配線部品４０のパッド４１とセンサチップ２０のパッド２１とは、ボンディングワイヤ５０を介して結線され電気的に接続されている。

このように、本実施形態では、センシング部であるセンサチップ２０と処理回路基板３０とは、３次元配線部品４０を介しながらボンディングワイヤ５０によって電気的に接続されている。

また、図１、図２、図４に示されるように、ステム１０の側面のうち処理回路基板３０の設置面１０ｂ以外の３つの平坦面には、配線部としてのピンアッシー６０が設けられている。ここで、ピンアッシー６０は、当該３つの平坦面を取り囲むように、ステム１０の平坦面に接着などにより固定されている。

このピンアッシー６０は、３本のピン６１が樹脂にインサート成形されてなるものである。ここで、３本のピン６１は、それぞれが外部と接続されるセンサ出力用端子、接地用端子および電源用端子として構成されている。これら３本のピン６１は、自動車のＥＣＵ等へ配線部材を介して電気的に接続可能となっている。

そして、これら３本のピン６１については、１本のピン６１がステム１０の平坦面の１つに位置するように、配置されている（図２参照）。つまり、ステム１０の側面における３個の異なる平坦面のそれぞれに、センサ出力用端子６１、接地用端子６１および電源用端子６１の３端子が振り分けられて配置されている。

そして、このピンアッシー６０と３次元配線部品４０とは、電気的に接続されている。具体的には、図４に示されるように、ピンアッシー６０におけるピン６１と導通するパッド６１ａと３次元配線部品４０のパッド４１とが、ボンディングワイヤ５０を介して結線され電気的に接続されている。

こうして、センサチップ２０、処理回路基板３０、およびピンアッシー６０は、３次元配線部品４０およびボンディングワイヤ５０を介して電気的に接続されている。そして、センサチップ２０からの電気信号は、処理回路基板３０にて処理され、ピンアッシー６０から外部へと出力されるようになっている。

また、図１等に示されるように、センシング部であるセンサチップ２０および処理回路基板３０は、ゲル部材７０により被覆されている。このゲル部材７０は、Ｓｉゲル等の電気絶縁材料からなるもので、被覆部の絶縁保護の役割を果たすものである。

本例では、ステム１０の外周に、このステム１０のダイアフラム１１側の部位を取り囲むような円筒状のパイプ８０が取り付けられており、このパイプ８０内にゲル部材７０が充填されている。

このパイプ８０は、たとえば金属製のものであり、パイプ８０内にステム１０を挿入し、ステム１０の円筒部においてステム１０とパイプ８０とを溶接または軽い圧入によって固定することにより、パイプ８０とステム１０とが一体化する。

［製造方法］
かかる構成を有する圧力センサＳ１の製造方法について、図６〜図９も参照して説明する。

これら図６〜図９の説明をしておく。図６は、本製造方法の工程フローを示す図であり、図７は、ステム１０とセンサチップ２０との組み付け工程を説明するための概略断面図である。

図８は、処理回路基板３０と３次元配線部品４０との組み付け工程を説明するための概略平面図であり、（ａ）は処理回路基板３０単体の平面図、（ｂ）は３次元配線部品４０単体の平面図、（ｃ）は処理回路基板３０と３次元配線部品４０との組み付け状態を示す平面図、（ｄ）は（ｃ）の状態にさらにワイヤボンディングを施した状態を示す平面図である。

図９は、処理回路基板３０および３次元配線部品４０が一体化した一体化部材と、ピンアッシー６０と、パイプ８０とをステム１０へ組み付ける工程を説明するための概略断面図である。

まず、図７（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ステム１０を用意し、このステム１０におけるダイアフラム１１の形成面１０ａに低融点ガラス２５を印刷し（ステムへのガラス印刷工程）、その上にセンサチップ２０を搭載する（センサチップ組付工程）。そして、低融点ガラス２５を溶融・固化させることにより、センサチップ２０をステム１０に固定する。

一方、図８（ａ）〜（ｃ）に示されるように、処理回路基板３０および３次元配線部品４０を用意し、これら両者３０、４０を接着剤等により接合する（処理回路基板と３次元配線部品との組付け工程）。

続いて、図８（ｄ）に示されるように、処理回路基板３０および３次元配線部品４０が一体化した一体化部材に対して、処理回路基板３０のパッド３１と３次元配線部品４０のパッド４１とを、金やＡｌなどを用いたワイヤボンディングを行うことにより、結線する（ワイヤボンディング工程）。それにより、両パッド３１、４１間がボンディングワイヤ５０により電気的に接続される。

次に、図９（ａ）、（ｂ）に示されるように、処理回路基板３０および３次元配線部品４０が一体化した一体化部材と、ピンアッシー６０とを、ステム１０の側面に接着し固定する（接着固定工程）。

さらに、センサチップ１０と３次元配線部品４０との間、および、ピンアッシー６０と３次元配線部品４０との間にてワイヤボンディング工程を行い、これらの間をボンディングワイヤ５０により電気的に接続する。

続いて、図９（ｃ）、（ｄ）に示されるように、用意されたパイプ８０をステム１０に装着し（パイプ組付工程）、ゲル部材７０を配設する。

具体的には、パイプ８０をステム１０の開口部１２側から挿入し、ステム１０の円筒部で溶接または軽圧入しステム１０とパイプ８０とを固定および密着させ、その後に、Ｓｉゲル等からなるゲル部材７０をセンサチップ２０側から注入し、パイプ８０内に充填させる。

この時、ゲル部材７０の内部に気泡が存在すると、冷熱に対する耐量が低下するので、真空中でゲル部材７０の注入を行うことが望ましい。

そして、センサチップ２０、処理回路基板３０およびワイヤボンディング部に塗布されたゲル部材７０は、硬化される（ゲル塗布硬化工程）。このように、本例では、Ｓｉゲル等の塗布の量産性を考慮して、ステム１０にパイプ８０を装着し、このパイプ８０内にゲルの充填を行うようにしている。

ここまでの構造のセンサアッシーに対して、ピンアッシー６０のピン６１を介して、センサ特性を測定し、必要に応じて特性調整等を実施する（特性検査工程）。こうして、本実施形態の圧力センサＳ１が完成する。

かかる圧力センサＳ１は、上述したように、被測定物Ｋ１に対して、たとえばネジ結合や溶接やかしめなどにより固定され取り付けられる。

そして、被測定物Ｋ１からの圧力が、ステム１０の開口部１２からステム２０の中空部へ導入されたときに、その圧力によってダイアフラム１１が変形する。この変形をセンサチップ２０により電気信号に変換し、この電気信号は処理回路基板３０にて信号処理され、ピンアッシー６０から外部へ出力される。こうして圧力検出が行割れるようになっている。

そして、たとえば、この検出された圧力に基づいて、ブレーキシステムの制御や燃料噴射制御がなされるのである。

［特徴点等］
ところで、本実施形態によれば、中空筒状をなすものであって、外面の一部に圧力によって変形可能なダイアフラム１１を有するとともに中空部へ圧力を導入するための開口部１２を有するステム１０と、ダイアフラム１１上に設けられダイアフラム１１の変形に応じた電気信号を出力するセンシング部としてのセンサチップ２０と、センサチップ２０の周囲に設けられセンサチップ２０の電気信号を処理する処理回路基板３０とを備える圧力センサにおいて、処理回路基板３０の基板平面がステム１０におけるセンサチップ２０の設置面１０ａに対して垂直方向に沿って位置するように、処理回路基板３０が配置されていることを特徴とする圧力センサＳ１が提供される。

それによれば、ステム１０におけるセンサチップ２０の設置面１０ａと処理回路基板３０の基板平面とが略垂直な位置関係となるため、ステム１０におけるセンサチップ２０の設置面１０ａと平行な方向のセンサ体格を小さくすることができる。

なお、ステム１０におけるセンサチップ２０の設置面１０ａと処理回路基板３０の基板平面とが略垂直な位置関係であるとは、両者の位置関係が完全な垂直であることに限るものではなく、加工や設計上の誤差などによって多少垂直方向から傾斜していてもよい。つまり、これら両者は実質的に垂直な位置関係にあればよい。

本実施形態では、ダイアフラム１１は、ステム１０の軸一端側の端面に設けられ、開口部１２は、ステム１０の軸他端側に設けられている。そのため、ステム１０におけるセンサチップ２０の設置面１０ａと平行な方向のセンサ体格とは、ステム１０の径方向のセンサ体格であり、この体格を小さくすることができるものである。

特に、たとえばブレーキシステムに採用される圧力センサは、１個の圧力センサではなく、複数個の圧力センサが並列的に配置されたセンサユニットの形で用いられる。このような場合において、ステム１０の径方向のセンサ体格を小さくできるということは、大きな利点である。

また、ステム１０の径方向のセンサ体格を小さくできるということは、被測定物Ｋ１に対するセンサの取り付け面積が減ることにつながり、その結果、被測定物Ｋ１の小型化が実現できる。また、センサ体格の小型化に伴い、センサの構造材の小型・少量化が図れ、材料費を低減することができる。

また、本実施形態では、処理回路基板３０は、ステム１０における側面に固定されて設置されている。それによれば、処理回路基板３０の支持をステム１０の側面を利用して行うことができるため、処理回路基板３０の支持部の構成を簡素化することができる。

また、上述したように、ステム１０における処理回路基板３０の設置面１０ｂを平坦面とすれば、形状の観点から処理回路基板３０の設置が容易になり、好ましい。

また、本実施形態によれば、配線部としてのピンアッシー６０におけるセンサ出力用端子、接地用端子および電源用端子としての３本のピン６１が、ステム１０の側面に形成された３個の異なる平坦面のそれぞれに、振り分けられて配置されている（図２参照）。

このようなピン６１の配置を採用することにより、効率よく各ピン６１間の絶縁距離を十分に確保することができ、好ましい。

また、本実施形態では、ステム１０における被測定物Ｋ１とのシール部は、円筒形状である（図１参照）。そして、本実施形態の効果としてステム１０の径方向のセンサ体格が小さくなるということは、図１中に示されるステム１０の肉厚Ｔも小さくできるということである。

このステム１０の肉厚Ｔが小さくなれば、被測定物Ｋ１の圧力がステム１０に加わる面積を小さくすることができ、その結果、センサＳ１に加わる圧力による抜け力が低下でき、被測定物Ｋ１とのシール構造を簡素化することができる。

また、本実施形態では、センサチップ（センシング部）２０および処理回路基板３０は、ゲル部材７０により被覆されているため、これらセンサチップ２０および処理回路基板３０、さらにはこれら両者の電気的接続部をゲル部材７０によって保護することができ、好ましい。

また、本実施形態では、処理回路基板３０は、絶縁物である３次元配線部品４０を介して、ステム１０に固定されている。

それによれば、処理回路基板３０とこの処理回路基板３０が設置される部位すなわちステム１０との間に、絶縁物４０を介在させているため、処理回路基板３０とステム１０との間の寄生容量を低減し、ステム１０から処理回路基板３０への電気的なノイズの注入を防止することができ、好ましい。

（他の実施形態）
図１０〜図１２に本発明の種々の変形例を示す。

図１０に示される変形例では、処理回路基板３０を２個有するものを示している。なお、この図１０は、上記図３と同様の視点からセンサ構成を表した図である。このように、回路規模により複数の処理回路基板３０が必要な場合には、３次元配線部品４０に複数の処理回路基板３０（回路チップ）を実装することができる。

図１１に示される変形例では、センサチップ２０と処理回路基板３０とを直接ボンディングワイヤ５０により結線し電気的に接続した例を示している。なお、この図１１は、上記図１と同様の視点からセンサ構成を表した図である。

上記実施形態では、センサチップ２０と処理回路基板３０とを３次元配線部品４０を介してワイヤボンディングしていたが、本変形例のようにしてもよい。なお、図１１においては、処理回路基板３０は、ピンアッシー６０の樹脂部に接着されることにより、ステム１０における処理回路基板３０の設置面１０ｂに実装されている。

図１２は、ステム１０の側面にダイアフラム１１を形成した変形例を示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｆ方向から見た図である。

上記実施形態では、ダイアフラム１１は、ステム１０の軸一端側の端面に形成されていたが、本変形例のように、ステム１０の側面にダイアフラム１１を形成してもよい。この場合、ステム１０の側面の一部を薄肉部とし、その部分をダイアフラム１１として構成する。

そして、センサチップ２０は、低融点ガラス２５を介して、ダイアフラム１１の形成面上に設置されている。この場合、このステム１０の側面に形成されたダイアフラム１１の部分が、センシング部の設置面となる。

そして、図１２（ｂ）に示されるように、処理回路基板３０は、このダイアフラム１１の面と垂直方向に沿って位置するステム１０の側面に配置される。

それにより、本変形例においても、ステム１０におけるセンサチップ（センシング部）２０の設置面と処理回路基板３０の基板平面とが略垂直な位置関係となる。そのため、ステム１０におけるセンサチップ２０の設置面と平行な方向のセンサ体格、本例ではステム１０の幅方向のセンサ体格を小さくすることができる。

なお、上記各実施形態において、処理回路基板３０は、ステム１０の側面に支持されているが、ステム１０におけるセンサチップ２０の設置面１０ａと処理回路基板３０の基板平面とが略垂直な位置関係が確保されるならば、処理回路基板３０は、ステム１０ではなく何らかの部材を介して圧力センサＳ１と一体化していてもよい。

また、上記各実施形態では、センシング部はセンサチップ２０であった。ここで、上記圧力センサにおいて、ダイアフラム上に設けられ該ダイアフラムの変形に応じた電気信号を出力するセンシング部としては、上記センサチップ２０に限定されるものではない。たとえば、歪みゲージをダイアフラムに直接蒸着し、この歪みゲージをセンシング部として用いても良い。

また、本発明は上記圧力センサに限定されるものではない。つまり、物理量センサとして、物理量に応じた電気信号を出力するセンシング部と、このセンシング部の周囲に設けられセンシング部の電気信号を処理する処理回路基板とを備えるものであれば、加速度センサ、角速度センサ、ガスセンサ、赤外線センサ、湿度センサ、フローセンサ等にも適用できる。

たとえば、物理量センサとして、加速度検出用の可動部を有する半導体チップをセンシング部として備える加速度センサの場合、当該半導体チップをセンサケースの設置面に搭載するとともに、このセンサケースの設置面と垂直なセンサケースの面に処理回路基板を設けるようにすればよい。

このように、本発明によれば、物理量に応じた電気信号を出力するセンシング部と、センシング部の周囲に設けられ、センシング部の電気信号を処理する処理回路基板とを備える物理量センサにおいて、処理回路基板の基板平面がセンシング部の設置面に対して垂直方向に沿って位置するように、処理回路基板が配置されていることを特徴とする物理量センサが提供される。

そして、このような物理量センサによれば、センシング部の設置面と処理回路基板の基板平面とが略垂直な位置関係となるため、センサにおけるセンシング部の設置面と平行な方向のセンサ体格を小さくすることができる。

本発明の実施形態に係る圧力センサを被測定物に取り付けた状態で示す概略断面図である。 図１中のＡ矢視概略平面図である。 図２中の矢印Ｃ方向からパイプを切断した状態にてパイプ内部を見たときの外観構成を示す図である。 図２中の矢印Ｄ方向からパイプを切断した状態でパイプ内部を見たときの外観構成を示す図である。 センサチップが固定されたステムの構成を示す図である。 上記実施形態に係る圧力センサの製造方法の工程フローを示す図である。 ステムとセンサチップとの組み付け工程を説明するための概略断面である。 処理回路基板と３次元配線部品との組み付け工程を説明するための概略平面図である。 ステムに対して処理回路基板、ピンアッシー、パイプを組み付ける工程を説明するための概略断面図である。 処理回路基板を２個有する変形例を示す図である。 センサチップと処理回路基板とを直接ボンディングワイヤにより結線した例を示す図である。 ステムの側面にダイアフラムを形成した変形例を示す図である。

符号の説明

１０…ステム、１０ａ…センシング部の設置面としてのダイアフラムの形成面、
１１…ダイアフラム、１２…ステムの開口部、
２０…センシング部としてのセンサチップ、３０…処理回路基板、
５０…ボンディングワイヤ、６０…配線部としてのピンアッシー、
６１…センサ出力用端子、接地用端子および電源用端子としてのピン、
７０…ゲル部材、Ｋ１…被測定物。

Claims (14)

1. 物理量に応じた電気信号を出力するセンシング部（２０）と、
   前記センシング部（２０）の周囲に設けられ、前記センシング部（２０）の電気信号を処理する処理回路基板（３０）とを備える物理量センサにおいて、
   前記処理回路基板（３０）の基板平面が前記センシング部（２０）の設置面（１０ａ）に対して垂直方向に沿って位置するように、前記処理回路基板（３０）が配置されていることを特徴とする物理量センサ。
2. 中空筒状をなすものであって、外面の一部に圧力によって変形可能なダイアフラム（１１）を有するとともに中空部へ圧力を導入するための開口部（１２）を有するステム（１０）と、
   前記ダイアフラム（１１）上に設けられ、前記ダイアフラム（１１）の変形に応じた電気信号を出力するセンシング部（２０）と、
   前記センシング部（２０）の周囲に設けられ、前記センシング部（２０）の電気信号を処理する処理回路基板（３０）とを備える圧力センサにおいて、
   前記処理回路基板（３０）の基板平面が前記ステム（１０）における前記センシング部（２０）の設置面（１０ａ）に対して垂直方向に沿って位置するように、前記処理回路基板（３０）が配置されていることを特徴とする圧力センサ。
3. 前記ダイアフラム（１１）は、前記ステム（１０）の軸一端側の端面に設けられ、前記開口部（１２）は、前記ステム（１０）の軸他端側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記センシング部は、センサチップ（２０）であることを特徴とする請求項２または３に記載の圧力センサ。
5. 前記処理回路基板（３０）は、前記ステム（１０）における側面に固定されて設置されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の圧力センサ。
6. 前記ステム（１０）における前記処理回路基板（３０）の設置面（１０ｂ）は平坦面であることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
7. 前記センシング部（２０）と前記処理回路基板（３０）とはボンディングワイヤ（５０）によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１つに記載の圧力センサ。
8. それぞれが外部と接続されるセンサ出力用端子（６１）、接地用端子（６１）および電源用端子（６１）を有する配線部（６０）が、前記ステム（１０）の周囲に設けられており、
   前記ステム（１０）の側面には３個の異なる平坦面が形成されており、
   これら３個の異なる平坦面のそれぞれに、前記センサ出力用端子（６１）、前記接地用端子（６１）および前記電源用端子（６１）の３端子が振り分けられて配置されていることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１つに記載の圧力センサ。
9. 前記ステム（１０）は、前記開口部（１２）側の部位にて被測定物（Ｋ１）にシールされた形で取り付けられるものであり、
   前記ステム（１０）における前記被測定物（Ｋ１）とのシール部は、円筒形状であることを特徴とする請求項２ないし８のいずれか１つに記載の圧力センサ。
10. 前記センシング部（２０）および前記処理回路基板（３０）は、ゲル部材（７０）により被覆されていることを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１つに記載の圧力センサ。
11. 前記処理回路基板（３０）は、前記処理回路基板（３０）を設置する部位に対して絶縁物（４０）を介して固定されていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
12. 前記絶縁物は、３次元配線部品（４０）であることを特徴とする請求項１１に記載の物理量センサ。
13. 前記処理回路基板（３０）は、絶縁物（４０）を介して、前記ステム（１０）に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
14. 前記絶縁物は、３次元配線部品（４０）であることを特徴とする請求項１３に記載の圧力センサ。

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