JP2006105645A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造をもってその縮径化を容易に実現することのできる圧力センサを提供する。
【解決手段】圧力センサは、ダイアフラム１２を有するステム１０、このステム１０を囲繞する形状からなるハウジング２０、導入される圧力に応じて歪むダイアフラム１２の歪み量を電気信号に変換するセンサチップ３０、及びこのセンサチップ３０からの電気信号を処理して外部に出力する処理回路チップ４０を備えている。ハウジング２０の上端部には複数の導電性パッド６１が配された中継領域６０が形成されており、この中継領域６０を介してセンサチップ３０と処理回路チップ４０とがボンディングワイヤ７０ａ，７０ｂにより電気的に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導入される圧力に応じたダイアフラムの歪み量を歪みゲージを通じて電気信号に変換するセンサ部と、該センサ部によって変換された電気信号を処理する処理回路部とがワイヤボンディングによって電気的に接続される圧力センサに関するものである。

従来、この種の圧力センサは、例えば、自動車の燃料噴射系を構成する燃料パイプの圧力やブレーキ油圧系を構成するブレーキ油路の圧力を検出するために用いられており、例えば特許文献１に記載のものが知られている。以下、この特許文献１に記載の圧力センサについて図５を参照して説明する。

図５は、この圧力センサの断面構造を示したものである。この図５に示されるように、圧力センサは、圧力導入孔９１及びこの圧力導入孔９１を介して導入される圧力に応じて歪むダイアフラム９２を有するステム９０を備えて構成されている。このステム９０の上記ダイアフラム９２表面には、例えば低融点ガラスからなる絶縁膜を介してセンサチップ９３が配設されており、このセンサチップ９３により上記ダイアフラム９２の歪みが電気信号に変換される。詳しくは、このセンサチップ９３には、上記ダイアフラム９２の歪み量を電気信号に変換する歪みゲージが形成されており、圧力導入孔９１からの圧力とハウジング９４の圧力室９５内の圧力との差に応じた電気信号がこの歪みゲージから出力される。

また、この圧力センサは、上記センサチップ９３によって変換された電気信号を処理する処理回路チップ９６を備えて構成されている。この処理回路チップ９６は、上記センサチップ９３とボンディングワイヤ９７により電気的に接続されている。そして、この処理回路チップ９６により増幅等の処理がなされた電気信号は、コネクタハウジング９８内に向かって突出するコネクタピン９９を介して外部に出力される。
特開２００１−２７２２９７号公報

ところで、上記圧力センサでは、センサチップ９３と処理回路チップ９６とをボンディングワイヤ９７により電気的に接続する関係上、図５に示されるように、上記処理回路チップ９６を上記センサチップ９３の外周側に並行して配設する構造が採られている。しかし、こうした処理回路チップ９６の配設構造は、処理回路チップ９６の大きさがそのまま当該圧力センサとしての径方向の大きさに反映されることとなる。このため、同圧力センサとしても、該径方向における大きさの増大が避けられず、その小型化、すなわち縮径化を阻害する要因の１つとなっている。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであって、その目的は、簡易な構造をもってその縮径化を容易に実現することのできる圧力センサを提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、導入される圧力に応じて歪むダイアフラムを備えるステムの前記ダイアフラム表面に配設されて該ダイアフラムの歪み量を歪みゲージを通じて電気信号に変換するセンサ部と、該センサ部によって変換された電気信号を処理する処理回路部とがワイヤボンディングによって電気的に接続されてなる圧力センサとして、前記センサ部の近傍に導電性部材が配された中継領域を設け、この中継領域を介したワイヤボンディングによって前記センサ部と前記処理回路部とを電気的に接続することとした。

上記構成によれば、上記センサ部と処理回路部とが中継領域を介したワイヤボンディングによって電気的に接続されるため、上記処理回路部を上記センサ部の外周側に並行して配設せざるを得ない等、ワイヤボンディングそのものに起因する上記処理回路部の配設位置に関する制限は好適に解消されるようになる。すなわち、センサ部と処理回路部との三次元的な配置が可能になるなど、少なくとも上記処理回路部の配設位置に関する自由度を向上させることができるようになるため、圧力センサとしての縮径化も容易に実現することができるようになる。

また、請求項１に記載の圧力センサにおいて、例えば請求項２に記載の発明によるように、前記処理回路部を、前記センサ部の前記ダイアフラムから圧力を受ける側と反対側の方向に、前記センサ部および前記処理回路部のいずれか一方が他方の投影領域内に収まる態様で配設する構成を採用すれば、上記センサ部および処理回路部のいずれかの大きさで圧力センサとしての径方向の大きさが決まることとなり、同圧力センサとして最大限の縮径化が図られるようになる。

また、請求項１または２に記載の圧力センサにおいて、例えば請求項３に記載の発明によるように、前記ステムを筒状のハウジングに収容し、このハウジングの上端部の一部を段差形状とすべく該上端部に形成された切り欠き部の底部に前記中継領域を形成するとともに、同ハウジングの上端部の前記切り欠き部が形成されていない領域に、前記処理回路部を基板に実装した状態で配設することにより、上記中継領域の確保、並びに上記処理回路部の配設領域の確保を上記ハウジング１つで極めて簡易に実現することができるようになる。

また、請求項３に記載の圧力センサにおいて、例えば請求項４に記載の発明によるように、前記中継領域に配される導電性部材を、インサート成形により前記ハウジングと一体に形成することにより、中継領域の形成を簡便に行うことができるようになる。また、ハウジングを形成する工程に併せて上記中継領域を形成することができるため、工数の増加を抑えることもできる。

また、請求項３または４に記載の圧力センサにおいて、例えば請求項５に記載の発明によるように、前記処理回路部が実装される基板に、前記ハウジングの上端部から突出するかたちで設けられた外部入出力用のコネクタピンが挿通されるとともに、該挿通された同コネクタピンと電気的に接続される電極を設けることにより、上記処理回路部が実装される基板の大きさ内で上記コネクタピンを設けることができるとともに、同コネクタピンの配設強度も好適に確保されるようになる。

以下、本発明にかかる圧力センサの一実施の形態について図１および図２を参照して説明する。なお、本実施の形態の圧力センサは、例えば自動車のブレーキ油圧系を構成するブレーキ油路の圧力を検出するものである。

図１は、圧力センサの断面構造を示すものである。この図１に示すように、本実施の形態の圧力センサは、大きくは、ステム１０、ハウジング２０、センサチップ（センサ部）３０、及び処理回路チップ（処理回路部）４０を備えて構成されている。この圧力センサは、ブレーキアクチュエータＡＳＳＹ等の機器内部に組み込まれるものであり、このアクチュエータＡＳＳＹの一部として上記ステム１０の下端部が圧力の測定対象であるアクチュエータ内のブレーキ油路Ｂに対して溶接により直接取り付けられている。

上記ステム１０は、略円筒形状からなり、その一端側で開口して上記ブレーキ油路Ｂの圧力を導入する圧力導入孔１１を備えるとともに、その他端側に、上記圧力導入孔１１を介して導入される圧力に応じて歪むダイアフラム１２を備えて構成されている。なお、このステム１０は、上記センサチップ３０を例えば低融点ガラス（絶縁膜）を用いて接合することから低熱膨張係数であることが求められる。このため、ステム１０は、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等を主体とした材料を選定してプレスや冷間鍛造等により形成される。

また、上記センサチップ３０は、上記ダイアフラム１２表面に配設されている。このセンサチップ３０は、上記ダイアフラム１２の歪みに基づきブレーキ油路Ｂ内の圧力を検出するものであり、ダイアフラム１２の歪み量を電気信号に変換する歪みゲージを備えて構成されている。この歪みゲージは、例えば４つの抵抗体を備え、これらが互いに電気的に接続されることによりダイアフラムの歪みに応じた抵抗値変化を電気信号に変換するブリッジ回路（ホイーストンブリッジ）を構成してなるものである。

また、上記ハウジング２０は、上記ステム１０を囲繞する円筒形状からなり、その内周面において上記ステム１０と接着剤により結合されている。このハウジング２０の上端部は、その一部に切り欠き部２１が形成された段差形状に構成されている。そして、この切り欠き部２１の底部には、導電性部材からなる複数の導電性パッド６１が配された中継領域６０が設けられている。この中継領域６０は上記センサチップ３０の近傍に位置しており、この中継領域６０の各導電性パッド６１と上記センサチップ３０の電極３０ａ（図３（ｄ））とがボンディングワイヤ７０ａにより電気的に接続されている。

図２は、図１に示す矢印Ａの方向からみた上記圧力センサを示すものである。この図２に示すように、上記処理回路チップ４０は、センサチップ３０により変換された電気信号の増幅等の各種処理を行うものであり、ボンディングワイヤ４２を介して電気的に接続される処理回路基板４１に実装された状態で上記ハウジング２０の上端部に配設されている。詳しくは、この処理回路基板４１は、上記ハウジング２０の上端部のうち、上記切り欠き部２１が形成されていない領域に配設されており、上記矢印Ａの方向からみて上記中継領域６０を視認可能な形状で構成されている。また、この処理回路基板４１は、上記処理回路チップ４０の投影領域内に上記センサチップ３０が収まる態様となるように配設されている。

また、上記処理回路チップ４０は、その電極４０ａにおいて上記中継領域６０の導電性パッド６１とボンディングワイヤ７０ｂを介して電気的に接続されている。このため、上記センサチップ３０と処理回路チップ４０とは、上記中継領域６０を介したボンディングワイヤ７０ａおよび７０ｂによって電気的に接続されている。

また、上記ハウジング２０の上端部には外部入出力用の３本のコネクタピン５０が突出するかたちで設けられている。これに対し、上記処理回路基板４１は、ハウジング２０に形成された上記各コネクタピン５０に対応する３つの挿通孔４３を有する電極４４を備えて構成され、これら挿通孔４３に上記各コネクタピン５０が挿通されて同コネクタピン５０と電極４４とがはんだ付けされている。この処理回路チップ４０により処理された電気信号は、上記コネクタピン５０を介して外部に出力される。

次に、上記圧力センサの製造方法について図３を参照して説明する。
図３（ａ）に示すように、まず、予め形成しておいたステム１０のダイアフラム１２表面にセンサチップ３０を配設する。なお、このセンサチップ３０の配設は、低融点ガラスよりなる絶縁膜を用いて行われる。

また、図３（ｂ）に示すように、先の図３（ａ）に示す工程とは別工程でハウジング２０を成形する。この際、インサート成形を用いて上記コネクタピン５０及び導電性パッド６１をハウジング２０と一体に形成する。

次に、図３（ｃ）に示すように、上記センサチップ３０が配設された状態にあるステム１０とハウジング２０とを組み付ける。この組み付けは、ステム１０の外周面とハウジング２０の内周面とを接着剤により接合して行う。そして、ステム１０とハウジング２０とを一体に組み付けた後、図３（ｄ）にも示すように、上記導電性パッド６１とセンサチップ３０の電極３０ａとをボンディングワイヤ７０ａにより電気的に接続する。

一方、図３（ｅ）に示すように、上記図３（ａ）〜（ｄ）に示す工程とは別工程で、上記コネクタピン５０に対応した３つの挿通孔４３を有する電極４４を備えた処理回路基板４１上に処理回路チップ４０を実装する。この処理回路チップ４０の実装は、同処理回路チップ４０を処理回路基板４１に対して接着剤を用いて固定するとともに、その処理回路チップ４０と処理回路基板４１とをボンディングワイヤ４２を用いて電気的に接続して行われる。そして、処理回路チップ４０が実装された処理回路基板４１を、上記挿通孔４３に上記コネクタピン５０が挿通された状態で上記ハウジング２０の上端部に接着剤等を用いて固定する。さらに、この処理回路基板４１の電極４４とコネクタピン５０とをはんだ付けして、電極４４とコネクタピン５０とを電気的に接続する。

そして、図１および図２に示されるように、上記処理回路チップ４０と上記導電性パッド６１とをボンディングワイヤ７０ｂを用いて電気的に接続する。これにより、上記センサチップ３０と処理回路チップ４０とが、上記ボンディングワイヤ７０ａ，７０ｂ、及び中継領域６０を介して電気的に接続される。そして、上記各工程を経て製造された圧力センサは、アクチュエータＡＳＳＹ等に組み込まれてブレーキ油路Ｂに取り付けられる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に列記する効果が得られるようになる。
（１）ハウジング２０の上端部に導電性パッド６１の配された中継領域６０を設け、この中継領域６０を介してセンサチップ３０と処理回路チップ４０とをボンディングワイヤ７０ａおよび７０ｂにより電気的に接続することとした。このため、上記処理回路チップ４０を上記センサチップ３０の外周側に並行して配設せざるを得ない等、ワイヤボンディングそのものに起因する上記処理回路チップ４０の配設位置に関する制限は好適に解消されるようになる。すなわち、センサチップ３０と処理回路チップ４０との三次元的な配置が可能になるなど、少なくとも上記処理回路チップ４０の配設位置に関する自由度を向上させることができるようになるため、圧力センサとしての縮径化も容易に実現することができるようになる。また、このように圧力センサの縮径化がなされることで、上記ブレーキ油路Ｂと圧力センサとのシール面積が抑えられるようになり、圧力センサのシール構造を簡素化させることもできるようになる。さらには、圧力センサの取り付け面積の減少、コストの削減等においても有効である。

（２）上記処理回路チップ４０を、上記センサチップ３０の上記ダイアフラム１２から圧力を受ける側と反対側の方向に、同処理回路チップ４０の投影領域内に上記センサチップ３０が収まる態様で配設することとした。このため、処理回路チップ４０の実装された処理回路基板４１の大きさで圧力センサとしての径方向の大きさがほぼ決まることとなり、圧力センサとして最大限の縮径化がなされる。

（３）上記ステム１０を筒状のハウジング２０に収容し、このハウジング２０の上端部の一部に形成された切り欠き部２１の底部に上記中継領域６０を形成するとともに、同ハウジング２０の上端部の上記切り欠き部２１が形成されていない領域に、処理回路チップ４０を処理回路基板４１に実装した状態で配設することとした。このため、上記中継領域６０の確保、並びに上記処理回路チップ４０の配設領域の確保を上記ハウジング２０により極めて簡易に実現することができるようになる。

（４）上記中継領域６０に配される導電性パッド６１を、インサート成形により上記ハウジング２０と一体に形成することとしたため、中継領域６０の形成を簡便に行うことができるようになる。また、ハウジング２０を形成する工程に併せて上記中継領域６０を形成することができるため、工数の増加を抑えることもできる。

（５）上記処理回路基板４１に、上記ハウジング２０の上端部から突出するかたちで設けられた外部入出力用のコネクタピン５０が挿通されるとともに、その挿通されたコネクタピン５０と電気的に接続される電極４４を設ける構成とした。このため、上記処理回路基板４１の大きさ内で上記コネクタピン５０を設けることができるとともに、同コネクタピン５０の配設強度も好適に確保されるようになる。

（６）上記ハウジング２０の上端部のうち、上記切り欠き部２１が形成されていない領域に上記処理回路基板４１を配設するとともに、この処理回路基板４１を上記矢印Ａの方向からみて上記中継領域６０を視認可能な形状で構成した。このため、上記処理回路チップ４０と上記中継領域６０の導電性パッド６１とのワイヤボンディングを簡便に行うことができるようになる。

なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、ブレーキ油路Ｂに対してステム１０の下端部が溶接されて取り付けられる圧力センサについて示したが、例えば図４に示すようにねじで取り付けられる圧力センサとして構成してもよい。すなわち、上記ステム１０に締結部８０及び雄ねじ部８１を形成するとともに、ブレーキ油路Ｂに雌ねじ部８２を形成し、同ブレーキ油路Ｂに圧力センサを締結して取り付けるようにしてもよい。

・上記実施の形態では、上記処理回路チップ４０の配設を、上記センサチップ３０が上記処理回路チップ４０の投影領域内に収まる態様で行うこととしたが、この投影領域内に上記センサチップ３０の一部が重なる態様など、他の態様で上記処理回路チップ４０を配設してもよい。要は、上記ハウジング２０に設けられた中継領域６０を介してセンサチップ３０と処理回路チップ４０とがボンディングワイヤにより電気的に接続される構造であれば、上記センサチップ３０と処理回路チップ４０との三次元的な配置が可能になるなど、処理回路チップ４０の配設位置に関する自由度は向上されるため、圧力センサの縮径化は十分図られる。

・上記実施の形態では、ハウジング２０の上端部に切り欠き部２１を設け、この切り欠き部２１の底部に上記中継領域６０を形成することとしたが、例えばハウジング２０の内側側面や外側側面など、ハウジング２０の他の部位に中継領域を設けてもよい。また、ハウジング２０の側面のうち、センサチップ３０の近傍に位置する側面に開口を設け、その開口内に導電性パッドの配された中継領域を設けてもよい。これらを採用した場合も上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。

・上記実施の形態では、ステム１０を囲繞するハウジング２０を設け、このハウジング２０に中継領域６０を形成することとしたが、こうしたハウジング２０を有しない圧力センサの場合であれ、センサチップ３０の近傍に配設される部材に上記中継領域６０を形成することにより、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。

・上記実施の形態では、インサート成形により上記導電性パッド６１を上記ハウジング２０と一体に形成することとしたが、例えば接着剤等を用いて導電性パッド６１を貼り付ける等してもよい。要は、上記中継領域６０に導電性パッド６１が設けられるのであれば、その形成方法は種々の方法を採用することができる。

・上記実施の形態では、アクチュエータＡＳＳＹの圧力センサについて示したが、先に述べた従来の圧力センサのように、圧力センサ単体で使用されるものであっても本発明は同様に適用することができる。

この発明にかかる圧力センサの一実施の形態についてその全体構造を示す断面図。 図１に示す矢印Ａ方向からみた同実施の形態の圧力センサの平面図。 （ａ）〜（ｅ）は同実施の形態の圧力センサの製造工程を示す図。 別の実施の形態の圧力センサについてその全体構造を示す断面図。 従来の圧力センサについてその全体構造を示す断面図。

符号の説明

１０…ステム、１１…圧力導入孔、１２…ダイアフラム、２０…ハウジング、２１…切り欠き部、３０…センサチップ、３０ａ…電極、４０…処理回路チップ、４０ａ…電極、４１…処理回路基板、４２…ボンディングワイヤ、４３…挿通孔、４４…電極、５０…コネクタピン、６０…中継領域、６１…導電性パッド、７０ａ、７０ｂ…ボンディングワイヤ、８０…締結部、８１…雄ねじ部、８２…雌ねじ部、Ｂ…ブレーキ油路。

Claims (5)

1. 導入される圧力に応じて歪むダイアフラムを備えるステムの前記ダイアフラム表面に配設されて該ダイアフラムの歪み量を歪みゲージを通じて電気信号に変換するセンサ部と、該センサ部によって変換された電気信号を処理する処理回路部とがワイヤボンディングによって電気的に接続されてなる圧力センサにおいて、
   前記センサ部の近傍に導電性部材が配された中継領域を備え、この中継領域を介したワイヤボンディングによって前記センサ部と前記処理回路部とが電気的に接続されてなる
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 前記処理回路部は、前記センサ部の前記ダイアフラムから圧力を受ける側と反対側の方向に、前記センサ部および前記処理回路部のいずれか一方が他方の投影領域内に収まる態様で配設されてなる
   請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記ステムは筒状のハウジングに収容されてなり、このハウジングの上端部の一部を段差形状とすべく該上端部に形成された切り欠き部の底部に前記中継領域が形成されるとともに、同ハウジングの上端部の前記切り欠き部が形成されていない領域に、前記処理回路部が基板に実装された状態で配設されてなる
   請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記中継領域に配される導電性部材が、インサート成形により前記ハウジングと一体に形成されてなる
   請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記処理回路部が実装される基板には、前記ハウジングの上端部から突出するかたちで設けられた外部入出力用のコネクタピンが挿通されるとともに、該挿通された同コネクタピンと電気的に接続される電極が設けられてなる
   請求項３または４に記載の圧力センサ。

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