JP2006184075A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ハウジングの一端部側にセンサ素子を搭載するとともに、ハウジングを貫通するように設けられたリードピンとセンサ素子とを電気的に接続してなる圧力センサにおいて、安価な構成によってリードピンとハウジングとの電気的な絶縁を確保する。
【解決手段】 ハウジング１０の一端部側に搭載され印加された圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子２０と、一端部がハウジング１０の一端部側にて露出し他端部がハウジング１０の他端部側にて露出するようにハウジング１０を貫通するリードピン３０とを備え、リードピン３０の一端部とセンサ素子２０とが電気的に接続されている圧力センサ１００において、ハウジング１０の内部にて、リードピン３０とハウジング１０との隙間は樹脂からなる樹脂部材４０により埋められており、この樹脂部材４０によってリードピン３０とハウジング１０とは電気的に絶縁されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハウジングの一端部側にセンサ素子を搭載するとともに、ハウジングを貫通するように設けられたリードピンとセンサ素子とを電気的に接続してなる圧力センサに関する。

図３は、従来のこの種の圧力センサの一般的な全体概略断面構成を示す図であり、図４は、図３に示される圧力センサにおけるセンサ素子２０の概略断面構成を拡大して示す図である。

図３に示されるように、たとえば、金属からなる略柱状のハウジング１０の一端部（図３中の上端部）側には、圧力検出室としての凹部１１が形成されており、この凹部１１には、印加された圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子２０が搭載され、接着剤などにより固定されている。

この例においては、図４に示されるように、センサ素子２０は、半導体ダイアフラム式のセンサチップ２１をガラス台座２２に接合し支持してなるものである。ここで、センサチップ２１は、半導体基板にエッチングなどにより凹部を形成し、その凹部の形成に伴い薄肉部となったダイアフラム２０ａを有するものにできる。

そして、センサチップ２１は、そのダイアフラム２０ａの表面に圧力を受け、この印加された圧力によってダイアフラム２０ａが歪み、この歪みに基づいて信号を出力するタイプのものである。

また、この図３に示される圧力センサにおいては、凹部１１は、金属などからなるダイアフラム１２により閉塞されている。このダイアフラム１２は、金属などからなる環状のリングウェルド１３によってハウジング１０に溶接などにより固定されている。

そして、ダイアフラム１２によって封止された凹部１１の内部には、圧力伝達媒体としてのオイル１７が充填されており、このオイル１７は、ダイアフラム１２によって凹部１１内に封入された形となっている。

ここで、リングウェルド１３には測定すべき圧力が導入される開口部１３ａが設けられており、この開口部１３ａから導入された圧力がダイアフラム１２に印加され、オイル１７を介してセンサ素子２０に印加されるようになっている。

また、図３に示されるように、ハウジング１０には、ハウジング１０を貫通した状態でリードピン３０が設けられている。このリードピン３０は、一端部がハウジング１０の一端部側にて露出し、他端部がハウジング１０の他端部（図３中の下端部）側にて露出している。

また、ハウジング１０の一端部側において、リードピン３０の一端部とセンサ素子２０とが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。また、ハウジング１０の他端部側において、リードピン３０の他端部は、図示しない配線部材などに接続が可能となっている。こうして、センサ素子２０からの信号はリードピン３０を介して外部へ出力されるようになっている。

つまり、このような圧力センサにおいては、リングウェルド１３の開口部１３ａから導入された測定圧力は、ダイアフラム１２およびオイル１７を介してセンサ素子２０へ印加され、センサ素子２０は、この印加された圧力に応じた電気信号を出力し、この信号は、ボンディングワイヤ５０およびリードピン３０を介して外部へ出力される。

また、図３に示されるように、この圧力センサにおいては、ハウジング１０の内部にて、リードピン３０とハウジング１０との隙間はハーメチックガラスからなる封止部材Ｊ４０により埋められており、この封止部材Ｊ４０によってリードピン３０とハウジング１０とは電気的に絶縁されている。

上述したように、従来の圧力センサにおいては、リードピン３０とハウジング１０とを電気的に絶縁する目的で、リードピン３０とハウジング１０との隙間を、ハーメチックガラスからなる封止部材Ｊ４０により埋めていたが、ハーメチックガラスは高価なものであり、その結果、圧力センサのコストが高くなってしまう。

なお、このようなハーメチックガラスによるコストの問題は、ハウジングと、ハウジングの一端部側に搭載されたセンサ素子と、一端部がハウジングの一端部側にて露出し他端部がハウジングの他端部側にて露出するようにハウジングを貫通した状態でハウジングに設けられたリードピンとを備え、リードピンの一端部とセンサ素子とが電気的に接続され、センサ素子からの信号がリードピンを介して外部へ出力されるようになっている圧力センサについて、共通した問題である。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ハウジングの一端部側にセンサ素子を搭載するとともに、ハウジングを貫通するように設けられたリードピンとセンサ素子とを電気的に接続してなる圧力センサにおいて、安価な構成によってリードピンとハウジングとの電気的な絶縁を確保できるように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、ハウジング（１０）と、ハウジング（１０）の一端部側に搭載され印加された圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子（２０）と、一端部がハウジング（１０）の一端部側にて露出し、他端部がハウジング（１０）の他端部側にて露出するようにハウジング（１０）を貫通した状態でハウジング（１０）に設けられたリードピン（３０）とを備え、リードピン（３０）の一端部とセンサ素子（２０）とが電気的に接続され、センサ素子（２０）からの信号はリードピン（３０）を介して外部へ出力されるようになっている圧力センサにおいて、ハウジング（１０）の内部にて、リードピン（３０）とハウジング（１０）との隙間は樹脂からなる樹脂部材（４０）により埋められており、この樹脂部材（４０）によってリードピン（３０）とハウジング（１０）とは電気的に絶縁されていることを特徴としている。

それによれば、リードピン（３０）とハウジング（１０）との隙間を、ハーメチックガラスよりも安価な樹脂部材（４０）により埋め、この樹脂部材（４０）によってリードピン（３０）とハウジング（１０）とが電気的に絶縁されている。

そのため、本発明によれば、ハウジング（１０）の一端部側にセンサ素子（２０）を搭載するとともに、ハウジング（１０）を貫通するように設けられたリードピン（３０）とセンサ素子（２０）とを電気的に接続してなる圧力センサにおいて、従来よりも安価な構成によってリードピン（３０）とハウジング（１０）との電気的な絶縁を確保することができる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の圧力センサにおいては、ハウジング（１０）は導電性材料からなるものにできる。

さらに、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は、ハウジング（１０）を構成する導電性材料としては、金属を採用することができる。

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、以下の各図相互において、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。

図１は、本発明の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り、図２は、図１に示される圧力センサ１００のハウジング１０におけるセンサ素子２０の配置部の概略平面構成を示す図である。

この圧力センサ１００は、限定するものではないが、たとえば自動車のブレーキ用の配管に取り付けられ、当該配管内の圧力、すなわちブレーキ用オイルの圧力を検出する圧力センサとして適用されるものである。

この圧力センサ１００は、大きくは、ハウジング１０と、ハウジング１０の一端部側に搭載されたセンサ素子２０と、一端部がハウジング１０の一端部側にて露出し他端部がハウジング１０の他端部側にて露出するようにハウジング１０を貫通した状態でハウジングに設けられたリードピン３０とを備えて構成されている。

図１において、ハウジング１０は、圧力センサ１００の本体を構成するものである。このハウジング１０は、被測定体としての上記ブレーキ用の配管などに対して取り付け可能となっており、センサ素子２０に対して測定すべき圧力を導入することができるようになっている。

このハウジング１０は導電性材料からなるものであり、本例では、略円柱状をなす。このハウジング１０は、具体的には、ステンレスや炭素鋼などの金属をプレスや切削加工することにより作られるものである。

また、図１に示されるように、ハウジング１０の一端部（図１中の上端部）には、凹形状をなす圧力検出室１１が形成されている。この圧力検出室１１は、受圧部としてのダイアフラム１２によって密閉されている。

このダイアフラム１２は、たとえばステンレス製の薄い金属板から形成されたものであり、ダイアフラム１２の周縁部は、環状部材としてのリングウェルド１３とハウジング１０の上端との間に挟まれ、外周を溶接して固定されている。

ここで、リングウェルド１３は、たとえばＳＵＳ３１６などのステンレス製の部材である。また、リングウェルド１３には、測定すべき圧力が導入される開口部１３ａが設けられており、この開口部１３ａから導入された圧力がダイアフラム１２に印加されるようになっている。

また、圧力検出室１１の内部には、上記センサ素子２０が樹脂などからなる接着剤１４を介して固定されている。このセンサ素子２０は、印加された圧力に基づいて信号を出力するものである。

本例においては、図１に示されるように、センサ素子２０は、半導体ダイアフラム式のセンサチップ２１をガラス台座２２に対して接合し支持してなるものである。ここで、センサチップ２１と台座２２とはたとえば陽極接合などにより接合される。また、センサチップ２１は、その表面に圧力を受け、この印加された圧力に基づいて信号を出力するタイプのものである。

このようなセンサチップ２１は、たとえば単結晶シリコンなどの半導体チップからなるもので、ピエゾ抵抗素子をブリッジ接続して構成され、このブリッジ回路の抵抗値が印加される圧力に応じてピエゾ抵抗効果により変化し、印加圧力に応じたレベルの電気信号を出力する歪みゲージとして機能するものである。

ここでは、センサ素子２０は、センサチップ２１はガラス台座２２との接合面と反対側の面にて、金属などからなる環状のリング１５を介して、ケース１０に搭載されている。そして、このリング１５の内周とセンサチップ２１とケース１０とにより区画される空間は、真空などの一定の圧力を有する基準圧室１６となっている。

また、センサ素子２０において、ガラス台座２２には、その上面からセンサチップにおけるガラス台座２２との接合面に到達する貫通孔２２ａが形成されている。具体的には、本実施形態のセンサ素子２０は、上記図４に示されるセンサ素子２０において、台座２２に貫通孔２２ａが形成されたものである。

つまり、本実施形態のセンサ素子２０においては、台座２２の貫通孔２２ａから露出するセンサチップ２１の面に測定圧力が印加され、センサチップ２１が歪む。一方、センサチップ２１の測定圧力の印加面とは反対側の面が基準圧室１６となっている。それにより、センサチップ２１は印加された圧力に応じた信号を出力できるようになっている。

また、ダイアフラム１２により密閉された圧力検出室１１の内部には、シリコンオイルやフッ素系オイルなどからなる圧力伝達媒体としてのオイル１７が封入されている。

そして、このオイル１７とダイアフラム１２とは接している。また、台座２２の貫通孔２２ａから露出するセンサチップ２１の面は、圧力検出室１１内において、このオイル１７からの圧力を受ける位置に配設されている。

こうして、リングウェルド１３の開口部１３ａから導入された圧力は、ダイアフラム１２からオイル１７を介して、センサ素子２０のセンサチップ２１に印加されるようになっている。

なお、本実施形態においては、センサ素子２０のセンサチップ２１は、上記したブリッジ回路からの電気信号を増幅・調整するなど、信号処理用の回路部が一体化して形成されたもの、いわゆる集積化センサチップとして構成されている。

もちろん、別体の図示しない回路チップをハウジング１０の適所に設け、当該回路チップとセンサチップ２１とをボンディングワイヤなどにより電気的に接続することにより、センサチップ２１からの電気信号を、当該回路チップにて処理し、出力するように構成されていてもよい。

また、図１に示されるように、ハウジング１０には、ハウジング１０を貫通した状態で、上記リードピン３０が設けられている。このリードピン３０は、一端部がハウジング１０の一端部側にて露出し、他端部がハウジング１０の他端部（図１中の下端部）側にて露出している。このリードピン３０は、たとえば銅や４２アロイなどの導電性材料からなる配線部材である。

また、ハウジング１０の一端部側において、リードピン３０の一端部とセンサ素子２０におけるセンサチップ２１とが、バンプ１８を介して電気的に接続されている。このバンプ１８としては、半田バンプや金などからなるスタッドバンプなど、通常のバンプを採用することができる。

また、ハウジング１０の他端部側において、リードピン３０の他端部は、図示しない配線部材などに接続が可能となっている。こうして、センサ素子２０からの信号はリードピン３０を介して外部へ出力されるようになっている。

つまり、本実施形態の圧力センサ１００においては、リングウェルド１３の開口部１３ａから導入された測定圧力は、ダイアフラム１２およびオイル１７を介してセンサ素子２０へ印加され、センサ素子２０は、この印加された圧力に応じた電気信号を出力し、この信号は、バンプ１８およびリードピン３０を介して外部へ出力される。

ここで、図１に示されるように、この圧力センサ１００においては、ハウジング１０の内部にて、リードピン３０とハウジング１０との隙間は樹脂からなる樹脂部材４０により埋められており、この樹脂部材４０によってリードピン３０とハウジング１０とは電気的に絶縁されている。

つまり、従来では、上記図３に示したように、リードピン３０とハウジング１０との隙間はハーメチックガラスからなる封止部材Ｊ４０により埋められていた。本実施形態の圧力センサ１００では、ハーメチックガラスに代えて、より安価な樹脂を採用したものである。

そして、この樹脂部材４０によってリードピン３０とハウジング１０とは電気的に絶縁されるとともに、リードピン３０とハウジング１０との隙間を封止し、圧力検出室１１内のオイル１７の漏れを防止してている。

ここでは、図１に示されるように、ハウジング１０の圧力検出室１１の底部は、この樹脂部材４０により構成されている。つまり、ハウジング１０において圧力検出室１１を構成する凹部は、オイル７０の充填空間よりも深い位置まで形成されており、その凹部の底部から途中部までが、樹脂部材４０により充填されている。

そして、図１において、この樹脂部材４０の上端部から露出するリードピン３０の一端部は、圧力検出室１１内に露出している。つまり、リードピン３０の一端部は、ハウジング１０の一端部側にて露出している。また、樹脂部材４０の上端部に上記リング１５を介してセンサチップ２１が搭載された形となっている。

この樹脂部材４０は、特に限定するものではないが、たとえば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）や、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）や、エポキシ系樹脂などからなるものにできる。

そして、この樹脂部材４０は、たとえばリードピン３０を樹脂材料によりインサート成形することで、リードピン３０が一体化された樹脂部材４０を形成し、これをハウジング１０に圧入や接着などにより嵌合させることでハウジング１０に取り付けられる。

また、ハウジング１０にリードピン３０を挿入し、その後、リードピン３０とハウジング１０との隙間に樹脂を注入して硬化させることなどによっても、樹脂部材４０をハウジング１０に設けることができる。

また、図１に示されるように、ハウジング１０において、その側面と圧力検出室１１とをつなぐように、オイル１７を充填するための充填孔１９が形成されている。この充填孔１９を通して圧力検出室１１内にオイル１７が充填されるようになっており、この充填孔１９は、たとえばねじ部材１９ａにより封止されている。

この圧力センサ１００の組み付け方法の一例を、次に示す。

まず、ハウジング１０に対して、リードピン３０が一体化された樹脂部材４０を挿入し接合する。そして、樹脂部材４０の上端部すなわち圧力検出室１１の底部に、上記リング１５を装着する。

次に、リードピン３０の一端部とセンサ素子２０のセンサチップ２１とを、バンプ１８を介して接続する。その後、上記接着剤１４によりセンサ素子２０をケース１０に対して固定する。

次に、上記充填孔１９から圧力検出室１１内に、圧力伝達媒体としてのオイル１７を注入し、ねじ部材１９ａにより充填孔１９を閉塞した後、リングウェルド１３を用いてダイアフラム１２をハウジング１０に溶接することにより、圧力検出室１１をダイアフラム１２により閉塞する。こうして、上記図１に示される本実施形態の圧力センサ１００ができあがる。

以上述べてきたように、本実施形態によれば、ハウジング１０と、ハウジング１０の一端部側に搭載され印加された圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子２０と、一端部がハウジング１０の一端部側にて露出し、他端部がハウジング１０の他端部側にて露出するようにハウジング１０を貫通した状態でハウジング１０に設けられたリードピン３０とを備え、リードピン３０の一端部とセンサ素子２０とが電気的に接続され、センサ素子２０からの信号はリードピン３０を介して外部へ出力されるようになっている圧力センサにおいて、ハウジング１０の内部にて、リードピン３０とハウジング１０との隙間は樹脂からなる樹脂部材４０により埋められており、この樹脂部材４０によってリードピン３０とハウジング１０とは電気的に絶縁されている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、リードピン３０とハウジング１０との隙間を、ハーメチックガラスよりも安価な樹脂部材４０により埋め、この樹脂部材４０によってリードピン３０とハウジング１０とが電気的に絶縁されている。

そのため、本実施形態によれば、ハウジング１０の一端部側にセンサ素子２０を搭載するとともに、ハウジング１０を貫通するように設けられたリードピン３０とセンサ素子２０とを電気的に接続してなる圧力センサ１００において、従来よりも安価な構成によってリードピン３０とハウジング１０との電気的な絶縁を確保することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明の圧力センサにおけるセンサ素子としては、上記した半導体ダイアフラム式のセンサチップに限定されるものではなく、印加された圧力に基づいて信号を出力するものであればよい。

また、受圧部としては、上記したダイアフラム１２に限定されるものではなく、リングウェルド１３の開口部１３ａから導入される圧力を受圧してセンサ素子２０へ伝達可能であるものならばよい。

また、上記実施形態では、圧力伝達媒体としてシリコーンオイルなどのオイル７０を用いたが、圧力伝達媒体としては、液体、気体などに関わらず、ダイアフラム１２からの圧力をセンサ素子２０に適切に伝達できるものであれば、オイルに限定されるものではない。さらに、圧力伝達媒体としてのオイル１７は、センサ素子２０へ圧力が伝達されるならば、省略してもよい。

さらには、上記図１に示される圧力センサ１００において、ダイアフラム１２を省略し、リングウェルド１３の開口部１３ａから導入される圧力を直接、センサ素子２０に受圧させてもよい。

また、本発明の樹脂部材を有する圧力センサとしては、上記図３における圧力センサにおいて、ハーメチックガラスからなる封止部材Ｊ４０に代えて、リードピン３０とハウジング１０との隙間に樹脂部材を設けたものであってもよい。

つまり、上記各図に示される圧力センサにおけるセンサ素子２０の電気的な取り出し構造やケース１０への取付構造は、本発明の圧力センサに適用できる一具体例を示したものであり、上記図示例に限定されるものではない。

上記実施形態では、センサ素子２０とリードピン３０との電気的な接続はバンプ１８により行われていたが、上記図３のようにボンディングワイヤにより行われているものであってもよい。

要するに、本発明は、、ハウジングと、ハウジングの一端部側に搭載され印加された圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子と、一端部がハウジングの一端部側にて露出し、他端部がハウジングの他端部側にて露出するようにハウジングを貫通するリードピンとを備え、リードピンの一端部とセンサ素子とが電気的に接続され、センサ素子からの信号はリードピンを介して外部へ出力されるようになっている圧力センサにおいて、ハウジングの内部にて、リードピンとハウジングとの隙間を樹脂からなる樹脂部材により埋め、この樹脂部材によってリードピンとハウジングとを電気的に絶縁したことを要部とするものであり、その他の部分は適宜設計変更が可能である。

本発明の実施形態に係る圧力センサの全体概略断面図である。 図１に示される圧力センサのハウジングにおけるセンサ素子の配置部の概略平面図である。 従来のこの種の圧力センサの一般的な全体概略断面図である。 図３に示される圧力センサにおけるセンサ素子の概略断面拡大図である。

符号の説明

１０…ハウジング、２０…センサ素子、３０…リードピン、４０…樹脂部材。

Claims (3)

1. ハウジング（１０）と、
   前記ハウジング（１０）の一端部側に搭載され印加された圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子（２０）と、
   一端部が前記ハウジング（１０）の一端部側にて露出し、他端部が前記ハウジング（１０）の他端部側にて露出するように前記ハウジング（１０）を貫通した状態で前記ハウジング（１０）に設けられたリードピン（３０）とを備え、
   前記リードピン（３０）の一端部と前記センサ素子（２０）とが電気的に接続され、前記センサ素子（２０）からの信号は前記リードピン（３０）を介して外部へ出力されるようになっている圧力センサにおいて、
   前記ハウジング（１０）の内部にて、前記リードピン（３０）と前記ハウジング（１０）との隙間は樹脂からなる樹脂部材（４０）により埋められており、この樹脂部材（４０）によって前記リードピン（３０）と前記ハウジング（１０）とは電気的に絶縁されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記ハウジング（１０）は導電性材料からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記ハウジング（１０）を構成する導電性材料は金属であることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
   

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