JP2005207828A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 センシング部を導体部材がインサート成形されたケースに搭載するとともに、導体部材とケースとの界面を封止部材にて封止してなる圧力センサにおいて、センシング部に対する導体部材の位置的な自由度を大きくする。
【解決手段】 ケース１０に設けられ圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生するセンシング部２０と、ケース１０にインサート成形されてセンシング部２０の周囲に設けられセンシング部２０と電気的に接続された導体部材３０と、導体部材３０とケース１０との界面を封止する封止部材５０とを備える圧力センサ１００において、封止部材５０とセンシング部２０との間には、封止部材５０のセンシング部２０側への流入をせき止めるためのせき止め部１２が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センシング部を導体部材がインサート成形されたケースに搭載するとともに、導体部材とケースとの界面を封止部材にて封止してなる圧力センサに関する。

この種の圧力センサとしては、一般に、ケースと、ケースに設けられ圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生するセンシング部と、ケースにインサート成形されるとともにセンシング部の周囲に設けられセンシング部と電気的に接続された導体部材と、導体部材とケースとの界面を封止する封止部材とを備えるものが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

図８は、上記構成を有する従来の圧力センサの要部の拡大断面構成を示す図である。樹脂などからなるケース１０には、ターミナルなどの導体部材３０がインサート成形され、当該ケース１０には、センシング部としての圧力検出素子２０が接着剤２３を介して搭載され固定されている。

この圧力検出素子２０としては、たとえば、ガラス台座に半導体ダイアフラム式のセンサチップを接合したものが用いられる。

そして、圧力検出素子２０の周囲には、導体部材３０が位置しており、この導体部材３０と圧力検出素子２０とは、たとえば、ボンディングワイヤ４０を介して結線されるなどの方法により互いに電気的に接続されている。

そして、ケース１０にインサートされている導体部材３０とケース１０との界面は、フッ素ゴムなどからなる封止部材５０により封止されている。これは、圧力センサに負圧が印加された際に、導体部材３０とケース１０との界面から気泡が発生する恐れがあり、この気泡を封止するため、当該界面に封止部材５０を配置しているのである。

さらに、この種の圧力センサでは、図８に示されるように、圧力検出素子２０上に耐薬品性に優れたフッ素ゲルなどの保護部材６０を配置している。つまり、封止部材５０の上に保護部材６０が積層された２層保護構造となっている。

このような従来の圧力センサでは、導体部材３０とケース１０との間を封止するための封止部材５０は、液体状態で塗布され、その後、塗布された封止部材５０を硬化することにより配置される。

そして、この封止部５０材の塗布工程では、センシング部２０の表面に封止部材５０が流入して付着するのを防止するために、図８に示されるように、導体部材３０は、センシング部２０よりも低く、ケース１０の最下部に配置されている。

このような構造としたうえで、フッ素ゴムなどからなる封止部材５０を注入することにより、簡易な塗布方法によって、導体部材３０とケース１０との界面のすべてを封止部材５０によって封止することが可能となる。
特開平１１−３０４６１９号公報 特開２００１−３０４９９９号公報

しかしながら、上記したような従来の圧力センサでは、導体部材３０が常にケース１０の最下部に配置しているため、導体部材３０はセンシング部２０よりも低く、両者の間には段差が生じる。そのため、次のような問題が生じていた。

たとえば、導体部材３０とセンシング部（圧力検出素子）２０とをボンディングワイヤ４０を介して結線する場合、導体部材３０とセンシング部２０との間のボンディング面に段差があるため、ワイヤボンディング性が悪くなる。

また、導体部材３０とセンシング部２０との間に段差があるため、圧力センサにおける高さ方向、すなわち上記図８における上下方向の体格を小型化する際に、当該段差の分が支障となる。

このような問題に対して、導体部材３０をセンシング部２０と同じ程度の高さかより高い位置に設けることが考えられるが、そのような場合、封止部材５０を塗布する際に、封止部材５０が、低い位置にあるセンシング部２０側へ流入しやすくなるという問題が発生する。

そのため、センシング部２０に対する導体部材３０の位置的な自由度が制約されることになり、その結果、従来では、上述したように、導体部材３０をケース１０の最下部に配置してセンシング部２０よりも低い位置とせざるをえない。

そこで、本発明は上記問題に鑑み、センシング部を導体部材がインサート成形されたケースに搭載するとともに、導体部材とケースとの界面を封止部材にて封止してなる圧力センサにおいて、センシング部に対する導体部材の位置的な自由度を大きく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、ケース（１０）と、ケース（１０）に設けられ、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生するセンシング部（２０）と、ケース（１０）にインサート成形されるとともにセンシング部（２０）の周囲に設けられ、センシング部（２０）と電気的に接続された導体部材（３０）と、導体部材（３０）とケース（１０）との界面を封止する封止部材（５０）とを備える圧力センサにおいて、封止部材（５０）とセンシング部（２０）との間には、封止部材（５０）のセンシング部（２０）側への流入をせき止めるためのせき止め部（１２、１３）が設けられていることを特徴としている。

それによれば、せき止め部（１２、１３）によって、封止部材（５０）がセンシング部（２０）側へ流入するのを防止できる。

そのため、封止部材（５０）を塗布によって配置するにあたって、導体部材（３０）をセンシング部（２０）と同程度の高さか、それよりも上側に位置させた場合でも、センシング部（２０）に封止部材（５０）が付着するのを防止できる。

よって、本発明によれば、センシング部（２０）を導体部材（３０）がインサート成形されたケース（１０）に搭載するとともに、導体部材（３０）とケース（１０）との界面を封止部材（５０）にて封止してなる圧力センサにおいて、センシング部（２０）に対する導体部材（３０）の位置的な自由度を大きくすることができる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、せき止め部（１２、１３）は、ケース（１０）のうち封止部材（５０）とセンシング部（２０）との間に位置する部位に設けられているものにすることができる。

また、請求項３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、ケース（１０）に設けられたせき止め部は、ケース（１０）の表面から突出する凸部（１２）であることを特徴としている。

それによれば、ケース（１０）に設けられたせき止め部を、ケース（１０）の表面から突出する凸部（１２）とすることにより、封止部材（５０）は当該凸部（１２）を乗り越えてセンシング部（２０）側へ流入できないため、封止部材（５０）のせき止めが適切になされる。

また、請求項４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、ケース（１０）に設けられたせき止め部は、ケース（１０）の表面から凹んだ凹部（１３）であることを特徴としている。

それによれば、ケース（１０）に設けられたせき止め部を、ケース（１０）の表面から凹んだ凹部（１３）とすることにより、封止部材（５０）は当該凹部（１３）に貯められてセンシング部（２０）側へ流入できないため、封止部材（５０）のせき止めが適切になされる。

また、請求項５に記載の発明のように、請求項１〜請求項４に記載の圧力センサにおいては、導体材（３０）に凸部（３１、３２）を設けることにより、封止部材（５０）を同一平面で注入することが可能となり、注入性を向上することが出来る。

さらに、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、導体部材（３０）の表面から突出する凸部（３１）は、導体部材（３０）の一部をその他の部位に比べて厚くした部位であるものにできる。

また、請求項７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、導体部材（３０）の表面から突出する凸部（３２）は、導体部材（３０）の一部を折り曲げた部位として構成されたものにできる。

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。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１００の全体概略断面構成を示す図である。

限定するものではないが、この圧力センサ１００を、自動車のインテークマニホールドに取り付けられガソリン等の薬品に曝される環境で使用される吸気圧センサに適用した例について説明する。

ケース１０は、たとえば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やエポキシ樹脂等の樹脂材料を型成形してなるものである。このケース１０の上面には、後述するセンシング部２０を搭載するための開口した凹部１１が形成されている。

ケース１０には、導体部材としてのターミナル３０がインサート成形により一体的に設けられている。このターミナル３０は、たとえば銅などの導電材料よりなるもので、このターミナル３０の一部は、上記凹部１１の底面にて露出した状態となるように配置されている。

そして、このターミナル３０の露出部分は金メッキが施されることにより、ボンディングパッドとして機能するように構成されている。また、ターミナル３０は、上記ボンディングパッド以外の図示しない部位にて、図示しない外部機器（外部の配線部材等）に接続可能となっている。

ケース１０の凹部１１に搭載されたセンシング部２０は、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体よりなるセンサチップ２１と、このセンサチップ２１を保持するガラス台座２２とにより、構成されている。

ここで、センサチップ２１は、限定するものではないが、たとえば、ピエゾ抵抗効果を利用した周知構成のもので、その上面に圧力を受けて歪むダイアフラム２１ａおよび図示しない拡散抵抗などを備えた構成となっている。

このセンサチップ２１は、上記したケース１０の凹部１１の底面にガラス台座２２を介して、たとえばシリコーンゴム等の接着剤２３によりダイボンディングされている。また、センサチップ２１の各入出力端子（図示せず）は、ターミナル３０の上記ボンディングパッドに対し金やアルミニウム等のボンディングワイヤ４０を介して電気的に接続されている。

こうして、センシング部２０は、ケース１０の凹部１１に搭載された状態で、導体部材としてのターミナル３０と電気的に接続されている。

ここで、ターミナル３０は、センシング部２０の周囲に設けられているが、本実施形態では、ケース１０の凹部１１内において、ターミナル３０の表面と、センシング部２０の表面すなわちセンサチップ２１の表面とは、同程度の高さに位置している。

これにより、本実施形態の圧力センサ１００においては、従来の圧力センサ（上記図８参照）に比べて、圧力センサの高さ方向に沿った体格の小型化を適切に実現することができている。

そして、ターミナル３０とケース１０との界面は、電気絶縁材料製の封止部材５０により封止されている。さらに、上記凹部１１内には、電気絶縁材料製の保護部材６０が、センシング部２０、ボンディング４０、さらには封止部材５０を埋めるように充填されている。

これら封止部材５０および保護部材６０により、センシング部２０、ターミナル３０、ボンディングワイヤ４０、センサチップ２１とボンディングワイヤ４０との接続部、および、ターミナル３０とボンディングワイヤ４０との接続部が被覆され、薬品からの保護、電気的な絶縁性の確保、並びに防食などが図られている。

ここで、封止部材５０と保護部材６０とでは、保護部材６０の方が比較的低弾性なものである。そして、本実施形態では、封止部材５０の上に保護部材６０を積層した２層保護構造より構成されている。

封止部材５０は、ボンディングワイヤ４０の上部を露出させた状態で、ボンディングワイヤ４０とターミナル３０との接続部、ターミナル３０およびターミナル３０とケース１０との界面を覆うように設けられている。

一方、保護部材６０は、封止部材５０の上部、センシング部２０およびボンディングワイヤ４０を被覆している。

ここで、これら封止部材５０および保護部材６０の材料は、たとえば上記特許文献に記載されている２層保護構造と同様のものにできる。

まず、封止部材５０は、ターミナル３０とケース１０との界面等からの気泡の発生を抑制するために高弾性率を持ち且つ耐薬品性を有する材料からなるものにできる。限定するものではないが、たとえば、封止部材５０としては、フッ素系のゴム材料などを採用することができる。

また、保護部材６０は、センシング部２０およびボンディングワイヤ４０へ応力を与えないような低弾性率を持ち且つ耐薬品性を有する材料からなるものにできる。限定するものではないが、たとえば、保護部材６０としては、フッ素系のゲル材料やフロロシリコーンゲルなどを採用することができる。

このような圧力センサ１００において、本実施形態では、封止部材５０とセンシング部２０との間に、封止部材５０のセンシング部２０側への流入をせき止めるためのせき止め部１２が設けられている。

本実施形態では、せき止め部１２は、ケース１０のうち封止部材５０とセンシング部２０との間に位置する部位に設けられたものであって、ケース１０の表面から突出する凸部１２として構成されたものである。このような凸部１２は、ケース１０を成形する際に成形型を工夫することで容易に形成することができる。

かかる圧力センサ１００は、ターミナル３０がインサート成形されたケース１０を用意し、センシング部２０をケース１０へ接着剤２３を介して搭載固定し、センサチップ２１とターミナル３０とをワイヤボンディングにより結線した後、封止部材５０の注入・塗布、保護部材６０の凹部１１内への充填を行い、熱硬化処理を行って封止部材５０および保護部材６０を硬化することにより、製造される。

そして、圧力センサ１００は、その凹部１１が自動車におけるエンジン吸気路と連通した状態で配置されるものであり、これにより、センシング部２０によって吸気圧（負圧）を検出できるように構成される。

ところで、本実施形態によれば、ケース１０と、ケース１０に設けられ、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生するセンシング部２０と、ケース１０にインサート成形されるとともにセンシング部２０の周囲に設けられセンシング部２０と電気的に接続された導体部材としてのターミナル３０と、ターミナル３０とケース１０との界面を封止する封止部材５０とを備える圧力センサにおいて、封止部材５０とセンシング部２０との間に、封止部材５０のセンシング部２０側への流入をせき止めるせき止め部１２を設けたことを特徴とする圧力センサ１００が提供される。

それによれば、せき止め部１２によって、封止部材５０がセンシング部２０側へ流入するのを防止できる。

そのため、封止部材５０を塗布によって配置するにあたって、ターミナル３０をセンシング部２０と同程度の高さか、それよりも上側に位置させた場合でも、センシング部２０に封止部材５０が付着するのを防止できる。

よって、本実施形態によれば、センシング部２０をターミナル３０がインサート成形されたケース１０に搭載するとともに、ターミナル３０とケース１０との界面を封止部材５０にて封止してなる圧力センサにおいて、センシング部２０に対するターミナル３０の位置的な自由度を大きくすることができる。

つまり、従来では、上記図８に示されるように、導体部材３０を常にケース１０の最下部に配置し、導体部材３０はセンシング部２０よりも低くせざるを得なかったが、本実施形態では、導体部材３０とセンシング部２０との高さ関係は自由となる。

そのため、本実施形態では、図１に示されるように、導体部材３０とセンシング部２０とをボンディングワイヤ４０を介して結線する場合、導体部材３０とセンシング部２０との間のボンディング面を同一高さとすることができ、ワイヤボンディング性を向上させることができる。

また、本実施形態では、導体部材３０とセンシング部２０との間の段差を極力無くすことにより、圧力センサにおける高さ方向、すなわち図１における上下方向の体格を、従来よりも小型化することができる。

ここで、本実施形態では、せき止め部１２を、ケース１０のうち封止部材５０とセンシング部２０との間に位置する部位に設け、かつ、ケース１０の表面から突出する凸部１２としている。

このように、ケース１０に設けられたせき止め部を、ケース１０の表面から突出する凸部１２とすることにより、封止部材５０は当該凸部１２を乗り越えてセンシング部２０側へ流入できないため、封止部材５０のせき止めが適切になされる。

ここで、本実施形態の変形例を図２に示しておく。上記図１では、ターミナル３０をセンシング部２０と同程度の高さとしていたが、図２に示される圧力センサでは、ターミナル３０をセンシング部２０よりも上側に位置させた場合である。この例においても、凸部１２による封止部材５０のせき止め効果が適切に発揮されることは明らかである。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサ２００の要部構成を示す概略断面図である。上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。

本実施形態では、図３に示されるように、せき止め部１３を、ケース１０のうち封止部材５０とセンシング部２０との間に位置する部位に設けているが、ここでは、そのせき止め部１３を、ケース１０の表面から凹んだ凹部１３としている。このような凹部１３は、ケース１０を成形する際に成形型を工夫することで容易に形成することができる。

図４は、このせき止め部としての凹部１３の詳細を示すもので、ターミナル３０およびその周囲に設けられた凹部１３の近傍部の拡大斜視図である。この図４に示されるように、せき止め部としての凹部１３は、ターミナル３０の周囲を取り囲むように形成された溝部である。

それによれば、ケース１０に設けられたせき止め部を、ケース１０の表面から凹んだ凹部１３とすることにより、封止部材５０は当該凹部１３に貯められてセンシング部２０側へ流入できないため、封止部材５０のせき止めが適切になされる。

なお、上記実施形態では、封止部材５０は、ボンディングワイヤ４０の上部を露出させた状態で、ボンディングワイヤ４０とターミナル３０との接続部、ターミナル３０およびターミナル３０とケース１０との界面を覆うように設けられていたが、図３に示される例では、ボンディングワイヤ４０とターミナル３０との接続部は、封止部材５０によって覆われていない。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサ３００の要部構成を示す概略断面図である。上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。

本実施形態では、図５に示されるように、せき止め部３１を、導体部材であるターミナル３０のうち封止部材５０とセンシング部２０との間に位置する部位に設けている。そして、ここでは、そのせき止め部３１を、ターミナル３０の表面から突出する凸部３１としている。

特に、本実施形態では、図５に示されるように、ターミナル３０の表面から突出する凸部３１をを設けることにより導体部が封止部材５０に埋まりにくくなる。これにより封止部材５０の注入性を向上することが可能となる。

このような凸部３１は、たとえば、ターミナル３０を部分的に積層構成としたり、ターミナル３０の厚さをプレス加工などにより部分的に厚くするなどにより、容易に形成することができる。

なお、図５に示される例では、封止部材５０によってターミナル３０およびターミナル３０とケース１０との界面は覆われているが、ボンディングワイヤ４０は、ターミナル３０の凸部３１に接続されている。

（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態に係る圧力センサ４００の要部構成を示す概略断面図である。上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。

本実施形態でも、図６に示されるように、凸部３２を設けることにより導体部が封止部材５０に埋まりにくくなる。これにより封止部材５０の注入性を向上することが可能となる。

しかし、本実施形態では、そのターミナル３０の表面から突出する凸部３２を、ターミナル３０の一部を折り曲げた部位として構成されたものとしている。

このような折り曲げ部としての凸部３２は、たとえば、ターミナル３０の裏面からプレス加工を施すなどによって、ターミナル３０を部分的に折り曲げることにより、容易に形成することができる。

また、図７は、本実施形態の変形例である。この図７に示される例では、ターミナル３０の端部を折り曲げることにより、この折り曲げ部を、ターミナル３０の表面から突出するせき止め部としての凸部３２としている。この例においても、上述した本実施形態の効果を発揮できることは明らかである。

なお、これら図６、図７に示される例では、封止部材５０によってターミナル３０およびターミナル３０とケース１０との界面は覆われているが、ボンディングワイヤ４０は、ターミナル３０の凸部３２に接続されている。

（他の実施形態）
なお、上記各図に示される各実施形態において、必要に応じて、センシング部２０とせき止め部１２等との間に、センシング部２０の表面を露出させた状態で封止部材５０を配置し、センシング部２０の側面と接着剤２３とを封止部材５０により封止するようにしてもよい。

また、ケース１０としては、その材質は樹脂に限定されるものではなく、導体部材がインサート成形されるものであれば、かまわない。

また、導体部材としては上記したターミナル３０に限定されるものではない。つまり、導体部材は、ケース１０にインサート成形されるとともにセンシング部２０の周囲に設けられ、センシング部２０と電気的に接続されたものであればよい。

また、センシング部２０としては半導体ダイアフラム式のものに限定されるものではなく、たとえば、センシング部２０が容量式のもの、圧電素子を用いたものなどにも、適用可能である。

また、上述したようなセンシング部２０などを封止して保護する保護部材６０は、無いものであってもよい。

また、導体部材３０とセンシング部２０との電気的な接続は、上記したボンディングワイヤ４０によるもの以外にも、たとえばはんだや導電性接着剤などを用いて両者を電気的に接続する方法を採用してもよい。

また、上記各実施形態では、ターミナル３０をセンシング部２０と同程度の高さかそれよりも上側に位置させた構成としていたが、たとえば上記図８に示されるように、ターミナル３０をケース１０の最下部に配置し、ターミナル３０がセンシング部２０よりも低くなるような構成であっても、上記したせき止め部を採用できることは明らかである。

要するに、本発明が適用される圧力センサとしては、ケースと、ケースに設けられ圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生するセンシング部と、ケースにインサート成形されるとともにセンシング部の周囲に設けられセンシング部と電気的に接続された導体部材と、導体部材とケースとの界面を封止する封止部材とを備えるものであればよい。

また、本発明の圧力センサは、自動車の吸気圧センサ以外にも適用可能であることは勿論である。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサの全体概略断面図である。 上記第１実施形態の変形例としての圧力センサの要部構成を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサの要部構成を示す概略断面図である。 図３中のせき止め部の詳細構成を示す拡大斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサの要部構成を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る圧力センサの要部構成を示す概略断面図である。 上記第４実施形態の変形例としての圧力センサの要部構成を示す概略断面図である。 従来の圧力センサの要部の拡大断面構成を示す図である。

符号の説明

１０…ケース、１２…ケースに設けられたせき止め部としての凸部、
１３…ケースに設けられたせき止め部としての凹部、２０…センシング部、
３０…導体部材としてのターミナル、
３１、３２…ターミナルの表面から突出する凸部、
４０…ボンディングワイヤ、５０…封止部材、６０…保護部材。

Claims (7)

1. ケース（１０）と、
   前記ケース（１０）に設けられ、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生するセンシング部（２０）と、
   前記ケース（１０）にインサート成形されるとともに前記センシング部（２０）の周囲に設けられ、前記センシング部（２０）と電気的に接続された導体部材（３０）と、
   前記導体部材（３０）と前記ケース（１０）との界面を封止する封止部材（５０）とを備える圧力センサにおいて、
   前記封止部材（５０）と前記センシング部（２０）との間には、前記封止部材（５０）の前記センシング部（２０）側への流入をせき止めるためのせき止め部（１２、１３）が設けられていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記せき止め部（１２、１３）は、前記ケース（１０）のうち前記封止部材（５０）と前記センシング部（２０）との間に位置する部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記ケース（１０）に設けられた前記せき止め部は、前記ケース（１０）の表面から突出する凸部（１２）であることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記ケース（１０）に設けられた前記せき止め部は、前記ケース（１０）の表面から凹んだ凹部（１３）であることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
5. 前記導体部材（３０）のうち前記封止部材（５０）と前記センシング部（２０）との間に位置する部位には、前記導体部材（３０）の表面から突出している凸部（３１、３２）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力センサ。
6. 前記導体部材（３０）の表面から突出する凸部（３１）は、前記導体部材（３０）の一部をその他の部位に比べて厚くした部位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. 前記導体部材（３０）の表面から突出する凸部（３２）は、前記導体部材（３０）の一部を折り曲げた部位として構成されたものであることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
   

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