JP2006300774A

JP2006300774A - ダイヤフラム型圧力検出装置

Info

Publication number: JP2006300774A
Application number: JP2005123915A
Authority: JP
Inventors: Toshihito Nonaka; 稔仁野中; Shingo Wanami; 真吾和波; Minoru Fujioka; 稔藤岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-11-02
Also published as: US7313970B2; DE102006018365A1; US20060236776A1; DE102006018365B4

Abstract

【課題】組み付け作業が簡単でかつ精度に優れ小型軽量なダイヤフラム型圧力検出装置を提供すること。
【解決手段】回路基板２とハウジング３とにより圧力センサ１は挟設され、圧力センサ１の主面はハウジング３に接合、固定されるため、製造が容易で小型軽量となり、好ましくない応力も低減することができる。
【選択図】図１

Description

ダイヤフラム型圧力検出装置の改良に関し、特にダイアフラム部の周囲の封止構造の改良に関する。

下記の特許文献１は、車両のサイドドアに内蔵されたダイヤフラム型圧力検出装置により衝撃荷重による圧力波を検出してエアバッグを作動させる衝突安全装置を開示している。

この種のダイヤフラム型圧力検出装置の例を図２に示す。１は圧力センサ、２は回路基板、３はハウジング、４はカバーである。ハウジング３には回路基板２が挿入、固定され、回路基板２のセンサ実装面には圧力センサ１が固定されている。回路基板２は、圧力センサ１の検出信号を処理するための回路や圧力センサ１のダイアフラム部（図示せず）に形成された圧電変換部（たとえば歪みゲージ）に電源電圧を給電する定電圧回路などを有している。この種のダイヤフラム型圧力検出装置は、圧力センサ１が回路基板２に実装されているため、以下、回路基板内蔵型圧力検出装置と呼称する。

圧力センサ１のダイアフラム部の表側の圧力検出面には、外部に開口しているハウジング３の圧力導入口６を通じて検出圧力が導入される。ダイアフラム部の裏面には真空室が設けられており、その真空を基準にダイヤフラム部は作用する。その結果、ダイアフラム部は、真空に対して撓み、この撓みが電気信号に変換される。圧力センサ１のダイアフラム部の圧力検出面の周縁部はゴムパッキン７を介してハウジング３の内面に押しつけられており、これにより、検出圧力が圧力センサ１のダイアフラム部以外へ回り込むのが防止されるとともに、水分等が圧力導入口を通じてハウジング内に侵入するのを防止している。

圧力センサ１は、たとえば半導体圧力センサチップをそのダイアフラム部を除いて樹脂モールドパッケージに封入してなる。ハウジング３には、コネクタ部８が形成されており、コネクタ部８のコネクタ端子９は、ハウジング３の内部にて回路基板２にたとえば半田付けされている。
特開平２−２４９７４０号公報

しかしながら、上記した従来の回路基板内蔵型圧力検出装置では、ゴムパッキン７の部分における検出圧力の上記回り込みを防止するために、回路基板２を圧力センサ１の上記周縁部及びゴムパッキン７を通じてハウジング３の前端壁３０に押しつける必要があり、このため回路基板２や圧力センサ１にはこのましくない曲げ応力が生じるという問題があった。

このため、従来では、この曲げ応力を低減するため、回路基板２の背面に樹脂ポッティング材１０を設けたりするなどの補強作業を行う必要があった。また、このような回路基板２の剛性強化を図ったとしても、圧力センサ１の上記周縁部や、この周縁部に接する回路基板２の部位に、その厚さ方向に強い圧縮応力が掛かって、回路素子などに悪影響を生じさせる可能性が生じた。この悪影響の一つとしては、圧力センサ１のダイアフラム部などにこの圧縮応力の一部が作用して信号に影響することが考えられる。

また、ゴムパッキン７の厚さだけ、装置が体格及び重量が増大し、材料費も増加した。圧力センサ１は回路基板２に実装された圧力センサ１のダイアフラム部を、面方向においてハウジング３の圧力導入口６に正確に位置合わせする必要があるうえ、回路基板２の主面が傾くことにより、圧力センサ１が傾いてしまうのを防ぎつつ回路基板２のハウジング３への固定を行う必要があり、この作業が繁雑となるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、組み付け作業が簡単でかつ精度に優れ小型軽量なダイヤフラム型圧力検出装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、圧力を電気信号に変換するダイアフラム部を有する薄板状の圧力センサと、前記圧力センサの一主面が固定されるセンサ実装面を有して前記電気信号を処理する回路基板と、前記圧力センサの他主面に形成された前記ダイアフラム部の圧力検出面へ検出圧力を導入する圧力導入口を有するセンサ格納構造体とを備え、前記センサ格納構造体は、前記圧力センサの少なくとも前記圧力検出面を除く前記圧力センサの外表面及び前記回路基板を密封するダイヤフラム型圧力検出装置において、前記圧力検出面の周囲の前記圧力センサの前記他主面は、前記センサ格納構造体の内面に実質的に固定されていることを特徴としている。すなわち、この発明の回路基板内蔵型圧力検出装置は、圧力センサの一主面をセンサ格納構造体（以下、ハウジングと称する）に、他主面を回路基板に、それぞれ固定することにより、従来の回路基板内蔵型圧力検出装置において気密確保のために用いていたゴムパッキン７を省略したことをその特徴としている。

これにより、本発明装置では、圧力センサの上記周縁部や、この周縁部に接する回路基板の部位に厚さ方向に強い圧縮応力が掛かって回路素子などに悪影響を生じさせることを防止することができる。また、ゴムパッキン７の省略により部品点数の低減及び装置の小型軽量化を図ることができる。また、組み付け作業が簡単であるにもかかわらず、圧力センサの姿勢確保及び位置合わせが容易であるという利点も生じた。

以下、本発明装置の組み付け作業について説明する。本発明装置の好適な組み付けには、例えば以下の二つの方法がある。第一の方法は、まず圧力センサをハウジングの前端壁内面のうち、圧力導入口の周縁部に接着などにより固定した後、回路基板をハウジングに組み付け、その後、圧力センサを回路基板に接合することである。第二の方法は、従来同様、圧力センサを回路基板に実装した後、この圧力センサ付きの回路基板をハウジングに固定する方法である。前者は圧力センサのダイアフラム部と圧力導入口との精密な位置合わせが簡単である。また、ドア内圧力センサのように小型化を要求される用途に特に好適である。

好適な態様において、前記圧力検出面の周囲の前記圧力センサの他主面は、前記センサ格納構造体の内面に接着される。このようにすれば、接合作業が簡単となる。なお、本発明は、ゴムパッキンの省略により、ハウジングと圧力センサと回路基板との間の熱膨張率の差による熱応力が生じるが、この熱応力は、各構成要素の熱膨張量の差を減らすように材料選択や熱応力吸収のための形状設計を行うことにより低減することができる。また、圧力センサとハウジングとの間、又は、圧力センサと回路基板との間の接着材は、他の構成要素より弾性変形性に優れるため、接着剤層によりこの熱応力を吸収することもできる。

本発明の回路基板内蔵型圧力検出装置の好適な実施形態を図１を参照して説明する。図１は、この装置の厚さ方向の断面図である。

（装置構造）
１は圧力センサ、２は回路基板、３はハウジング、４はカバー、５は接着剤層である。圧力センサ１は、圧力を電気信号に変換するダイアフラム部を有する薄板状の部材であり、回路基板２には圧力センサ１の端子１１３が接合されている。回路基板２には、圧力センサ１から出力される信号電圧を処理する回路部品２１が実装されている。ハウジング３は、一端開口の椀状樹脂部材であって、その前端壁３０には圧力導入口６が形成されている。ハウジング３は、その外側面にから突出するコネクタ部８を有している。コネクタ部８内には端子９が複数本配置されている。これら端子９の内側の端部は、ハウジング３の外端壁の内面から厚さ方向後方へ突出し、回路基板２の貫通孔を貫通し、回路基板にはんだ付けされている。これにより、回路基板２はハウジング３に固定されている。ハウジング３の側壁の先端には、カバー４が接着されている。これにより、圧力センサ１及び回路基板２は、ハウジング３及びカバー４からなるセンサ格納構造体内に密閉されている。

圧力センサ１の主面１４は、接着剤層５によりハウジング３の前端壁３０の内面に接合されている。ただし、圧力センサ１の図示しないダイアフラム部は、ハウジング３の圧力導入口６に面しており、圧力センサ１の他主面１４のうち上記ダイアフラム部の周囲の部分がハウジング３の前端壁３０の内面に接着されている。よく知られているように、圧力センサ１は、図示しない半導体圧力センサチップをそのダイアフラム部を除いて樹脂モールドパッケージに封入してなる。半導体圧力センサチップには薄肉のダイアフラム部（図示せず）が形成されており、このダイアフラム部には歪みゲージ型センサが形成されている。もちろん、樹脂モールドパッケージはダイアフラム部の片面を露出させる開口を有しており、圧力センサ１の樹脂モールドパッケージの表側の開口はハウジング３の圧力導入口６に面している。また、ダイヤフラム部の他面は真空室に連通している。ハウジング３の圧力導入口６は、外部の検出圧力を圧力センサ１のダイアフラム部の表側の主面すなわち圧力検出面に導入する。これにより、圧力センサ１のダイアフラム部は、外部の検出圧力と真空室の基準圧力との差圧により撓み、ダイアフラム部の歪みゲージ（図示せず）がこの撓みを信号電圧に変換する。この信号電圧は、回路基板２に実装された回路により処理されてコネクタ部８から外部に出力される。

（作用）
上記説明したこの実施例の回路基板内蔵型圧力検出装置によれば、ゴムパッキンを用いる従来構造の装置に比較して、圧力センサ１のダイアフラム部の周縁部やこの周縁部に接する回路基板の部位に厚さ方向に強い圧縮応力が掛かることが無いため、この圧縮応力の一部がダイアフラム部の歪みゲージなどに悪影響を生じさせることがない。また、回路基板２が撓むことがないため、この撓み応力により回路基板２上の回路素子に悪影響を与えることが無い。その他、ゴムパッキン７の省略により部品点数の低減及び装置の小型軽量化を図ることができる。また、組み付け作業が簡単であるにもかかわらず、圧力センサの姿勢確保及び位置合わせが容易であるという利点も生じた。

（組み付け）
以下、上記装置の組み付け工程を説明する。まず、圧力センサ１をハウジング３の前端壁３０の内面に接着する。次に、回路基板２の端子貫通孔にコネクタ端子９と圧力センサ１の端子１１とを貫通させる。その後、コネクタ端子９と圧力センサ１の端子１１とは、回路基板２の導体パターンにはんだ付けされる。これにより、回路基板２がハウジング３に固定されるとともに、圧力センサ１と回路基板２との電気的接続、及び、回路基板２とコネクタ端子９との接続がなされる。

（変形態様）
その他、圧力センサ１を回路基板２に予め接合した後で、上記と同様にコネクタ端子９を回路基板２の端子貫通孔に貫通させ、予め接着剤が塗布されたハウジング３の圧力導入口６の周縁部に圧力センサ１のダイアフラム部の周縁部を押しつけて接着してもよい。

本発明の実施形態に係る回路基板内蔵型圧力検出装置の断面図である。従来の回路基板内蔵型圧力検出装置の断面図である。

符号の説明

１圧力センサ
２回路基板
３ハウジング
４カバー
５接着剤層
６圧力導入口
８コネクタ部
９コネクタ端子
１１圧力センサの端子
１４主面
２１回路部品
３０前端壁

Claims

圧力を電気信号に変換するダイアフラム部を有する薄板状の圧力センサと、
前記圧力センサの一主面が固定されるセンサ実装面を有して前記電気信号を処理する回路基板と、
前記圧力センサの他主面に形成された前記ダイアフラム部の圧力検出面へ検出圧力を導入する圧力導入口を有するセンサ格納構造体と、
を備え、
前記センサ格納構造体は、
前記圧力センサの少なくとも前記圧力検出面を除く前記圧力センサの外表面及び前記回路基板を密封するダイヤフラム型圧力検出装置において、
前記圧力検出面の周囲の前記圧力センサの前記他主面は、前記センサ格納構造体の内面に実質的に固定されていることを特徴とするダイヤフラム型圧力検出装置。
請求項１記載のダイヤフラム型圧力検出装置において、
前記圧力検出面の周囲の前記圧力センサの他主面は、前記センサ格納構造体の内面に接着されることを特徴とするダイヤフラム型圧力検出装置。