JP2008511003A - 微細加工された絶対圧検知ダイを使用している排ガス循環装置 - Google Patents

Abstract

複数の圧力検知ダイと、当該複数の圧力検知ダイの上方に配置された気密封止されたカバーとを含んでいる絶対圧センサーが開示されている。圧力検知ダイが硬化接着剤によって取り付けられているキャリアを設けることができる。当該キャリアと前記圧力検知ダイとは、前記絶対圧センサーに電気的に接続するために複数の表面実装部品が装備された回路基板に取り付けることができる。温度補償によって、前記圧力検知ダイをデジタル式に校正するためにＡＳＩＣを設けることができる。当該ＡＳＩＣは、校正中に、その複数の出力モードを自動的に制御する。

Description

発明の分野

本発明は、概して、検知方法及び検知装置に関する。本発明はまた、圧力センサーに関するものでもある。更に、本発明は、検知ダイを含んでいる絶対圧センサーにも関する。本発明はまた、排ガス圧力センサーにも関する。
（関連出願）
本願は、２００４年７月２日に出願された“圧力センサー方法及び装置”という名称の仮特許出願第６０／５８４，９７６号に対する３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）による優先権を主張している。当該Ｕ．Ｓ．仮特許出願は、本明細書に参考として組み入れられている。

多くの微細加工絶対圧センサーは、シリコン検知ダイの材料取り出し側をガラス内に取り付けることによって機能する。このような材料は、絶対圧センサーを形成することができる。一般的には、絶対圧センサーは、膜の一方の側が検知される流体に曝されている状態で、膜のもう一方の側に密封された体積のガス又は負圧を使用することができる。

従来の絶対圧センサーの例が、２００３年８月７日に、“裏側密閉封止カバーを備えた微細加工絶対圧センサー及び当該センサーの製造方法”という名称でGregory D. Parkerに対して特許協力条約（ＰＣＴ）によって発行された国際公開ＷＯ０３／０６４９８９ Ａ１に開示されている。国際公開ＷＯ０３／０６４９８９ Ａ１は、本明細書に参考として組み入れられており、概して、抵抗又は圧電ストレンゲージ、導電トレース、ワイヤーボンディング及び微細加工シリコンダイ上のその他の電気部品を提供する微細加工絶対圧センサー構造が記載されている。

このような従来の幾何学的絶対圧センサー構造及び構造的相対関係の問題点は、ワイヤーボンディングパッド及び検知ダイの能動領域が検知媒体に対向して終端していることである。排ガスは酸及びその他の化学物質を含んでおり、これらは、常に保護ゲージ内に浸透し、検知ダイ及びそのワイヤーボンドを浸食し得る。更に、従来の絶対圧センサー構造は、１以上の絶対圧検知ダイからの圧力及び温度信号を処理する能力に欠けている。

従って、圧力及び温度検知信号がデジタル変換され、校正機能が所望の絶対圧及び差圧値を達成するように実施され、次いで、アナログに戻されて最終出力が提供される。

本発明の新規な特徴の幾つかの理解を助ける本発明の概要を以下に説明するが、これは完全な説明であることは意図されていない。本発明の種々の特徴の完全な理解は、明細書全体、特許請求の範囲、図面及び要約を全体的に考慮することによって得ることができる。

従って、本発明の一つの特徴は、改良されたセンサー方法及び装置を提供することである。
本発明のもう一つ別の特徴は、改良された圧力センサーを提供することである。

本発明のもう一つ別の特徴は、改良された圧力センサーを提供することである。
本発明のもう一つ別の特徴は、改良された排気背圧センサーを提供することである。
本発明の付加的な特徴は、微細加工絶対圧検知ダイを使用している改良された排気背圧センサーを提供することである。

本発明の一つの特徴はまた、微細加工絶対圧検知ダイを使用している排気ガス再循環装置モジュール圧力センサーを提供することでもある。
本発明の更に別の特徴は、微細加工圧力検知ダイを使用しているディーゼル粒子フィルタセンサーを提供することである。

本発明の更に別の特徴は、裏面検知及び１以上の特定用途用集積回路（ＡＳＩＣ）装置を使用している差圧測定装置を提供することである。
本発明の上記の特徴並びにその他の目的及び利点は、本明細書に記載されているようにして達成することができる。本明細書にはセンサー装置及び方法が開示されている。本明細書には、センサーの電子部品と検知媒体との間の分離を含んでいる絶対圧センサーが開示されている。センサーの電子回路は、１以上の特定用途用集積回路（ＡＳＩＣ）を組み込んでおり、当該ＡＳＩＣは、絶対値測定値と差値測定値との両方の信号を処理し且つ出力する。このようなセンサーは、自動車用ガソリンエンジンにおいて使用される排ガス再循環（ＥＧＲ）装置において使用するように形成することができる。このようなセンサーはまた、差圧が装置の制御及び／又は監視目的に必要とされるディーゼル粒子フィルタ及び／又は用途の両端の差圧を測定するために使用することができる。従って、本明細書に開示されている絶対圧センサーは、自動車エンジン及びその他の機械的及び／又は電子機械装置及びマシーンにおける排気圧を検知することができる。

好ましい実施形態の説明

添付図面においては、個々の図面を通して、同様の参照番号は同一又は機能的に類似した部材を示しており、これらの添付図面は本明細書に組み入れられており且つ本明細書の一部を形成している。添付図面は更に、発明の詳細な説明と共に本発明を例示しており、本発明の原理を説明する機能を果たす。

これらの非限定的な例において説明されている特別な値及び構造は、変更することができ且つ本発明の少なくとも１つの実施形態を示すために変更することができ且つ本発明の少なくとも１つの実施形態を示すために変更することができ且つ単に言及することができ、本発明の範囲を限定することは意図されていない。

本明細書には、微細加工された絶対圧検知ダイを使用している排気背圧センサーが開示されている。このような装置においては、検知媒体とセンサーの電子部品との間に高度な隔離を有している絶対圧センサーを設置することができる。このようなセンサーは、例えば、自動車エンジンの排気圧を検知するために使用することができる。

図１は、好ましい実施形態に従って実施することができる圧電検知ダイにおける排気背圧センサー装置１００を示している。図１乃至５においては、同一又は類似の部品又は部材は、同一の参照番号によって示されている。矢印１０３によって示されているように、装置１００の一部分１０１が図１に示されている。部分１０１は、概して、回路基板１２０は、圧力入口１０２を形成しているキャリア部分１２４に隣接して同じ場所に配置することが出来ることを示している。キャリア部分１２４とキャリア部分１２２とは共に、圧力入口１０２を包囲している単一のキャリアを形成することができる。装置１００は、排気背圧センサーとして設置することができる。

センサー１１６は、矢印１０５によって示されているように、圧力入口１０２の上方に形成することができる。センサー１１６は、絶対圧基準のための気密封止されたガラスカバー１１４と、絶対圧センサー機能のための裏面基準圧力キャビティ１１２とを含んでいる。１以上のピエゾ抵抗素子１１０を裏面基準圧力キャビティ１１２の下方の微細加工シリコンダイ１０４上に配置することができる。微細加工シリコンダイ１０４は、絶対圧センサーダイとして機能することができる。膜１０６は、ピエゾ抵抗素子１１０が膜１０６内に組み込まれるように微細加工シリコンダイによって作ることができる。更に、ワイヤーボンディングパッド１０８のような微細加工シリコンダイ１０４を回路基板１２０に接続する１以上のワイヤーボンディングパッドを設けることができる。

このような排気背圧センサー装置のコア技術は、絶対圧センサーダイ（すなわち、微細加工シリコンダイ１０４）である。検知又はセンサーダイ１０４は、シリコンを微細加工して作ることができる。ダイ１０４は、例えば、長さを約２．７ｍｍとし、幅を２．２ｍｍとし、厚みを０．３９ｍｍとすることができる。ダイ１０４は、例えば、ダイ１０４の基部に、約１．３平方ｍｍである検知キャビティ（例えば、裏面基準圧力キャビティ１１２）を含む構造とすることができる。一般的なシリコンエッチングプロセスは、キャビティ１１２のキャビティ角度を形成することができる。結果的に得られる膜１０６の厚みは、例えば、設計を考える際に、過程に応じて４バール（４００ｋＰａ）のフルスケール絶対圧センサーに対して約２０乃至５０ミクロンとすることができる。センサーダイはまた、単に“ホイートストンブリッジ”と称されるホイートストンブリッジ回路構造を組み込んだ構造とすることができる。

ピエゾ抵抗素子１１０のような１以上のピエゾ抵抗素子（例えば、４つのピエゾ抵抗素子）を、センサーのホイートストンブリッジ（図１には示されていない）の出力を最大化する位置で膜１０６に埋め込むことができる。ダイオードは、ダイの温度基準素子として形成することができる。ピエゾ抵抗素子を接続して完全なホイートストンブリッジ構造とし且つブリッジのコーナーとダイオードとを、例えばダイの長い端縁のうちの１つに対して６個のワイヤーボンディングパッドを接続するように、導電トレースをダイ１０４内に埋め込むことができる。当該６個のワイヤーボンディングパッドのうちの４個は、ホイートストンブリッジの４つのコーナーに取り付けることができる。ワイヤーボンディングパッドのうちの少なくとも２つは、ダイオードに取り付けることができる。Ｐ型ダイオード接続パッドは、ワイヤーボンディングを排除するために、ホイートストンブリッジの出力（電圧供給）のうちの１つに接続することができる。ワイヤーボンディングは次いで金属化させることができる。次いで、陽極接合によって、ガラスカバー１１４をシリコンダイ１０４の頂面に取り付けて、基準体積のガスを閉じこめることができる。

図２は、装置１００のセンサーダイの機械的／電気的インターフェースを含んでいる図１の装置１００の付加的な特徴を示しており、これは、好ましい実施形態に従って設置することができる。装置１００は、次いで、気密封止ガラスカバー１１４を備えた絶対圧検知ダイ１０４を、例えばシリコーン接着剤１３２を使用してプラスチック製のキャリア（例えば、キャリア部分１２４及び１２２）に取り付けることができる構造とされている。接着剤１３２は硬化させることができる。シリコーン接着剤１３２及びシリコン検知ダイ１０４の保護用フルオロシリコーンゲル１２６をキャリアの穴内に挿入することができる。

回路基板１２０は、標準的な表面実装部品及び表面実装技術を使用して形成された２つの強化用突出部を備えているフレキシブルＰＣＢ（印刷回路基板）として装備することができる。表面実装部品は、電磁インターフェース及び回路のための静電気放電保護を提供するために利用することができる。次いで、回路基板１２０は、エポキシ樹脂接着剤１３６を使用して、キャリア部分１２２，１２４によって作られているキャリアアセンブリに結合することができる。接着剤は次いで硬化させることができる。次いで、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を、シリコン検知ダイ１０４のための穴と同じ突出部上で回路基板１２０に接合することができる。このようなＡＳＩＣの例がＡＳＩＣ５０２として図５に示されている。ＡＳＩＣ接着剤は次いで硬化させることができる。検知ダイ１０４のワイヤーパッド１０８とＡＳＩＣとは、ほぼ同じ方向を向いている。次いで、ＡＳＩＣと検知ダイ１０４とは、アルミニウム及び／又は金のワイヤーボンディング１３０を使用して印刷回路基板１２０に結合することができる。ワイヤーボンディング１３０が付加的な組み立てステップ中に損傷を受けないように保護するために、ＡＳＩＣを覆うようにプラスチックカバーと検知ダイ１０４とを設置することができる。

次いで、印刷回路基板アセンブリ１２０は、ＡＳＩＣを校正するために、幾つかの温度で圧力及び電気接続に結合することができる。各温度において、センサー装置１００の未校正出力は、センサー装置１００の標準出力圧力範囲内の２つの異なる圧力で検定することができる。次いで、ＡＳＩＣは、この温度において予想される出力のずれ及び範囲／勾配特性を有するようにＥＥＰＲＯＭトリミング技術を使用して校正することができる。本明細書において使用されている頭文字ＥＥＰＲＯＭは、一般的には、公称電圧よりも高い電圧をかけることによって繰り返し消去したり再プログラム（すなわち、書き込み）したりすることができるユーザーが改変できるリード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）である電気的消去書き込み可能な読出し専用メモリを示している。

校正の各温度における補正値は、コンピュータを使用して記録することができる。次いで、演算を使用してセンサーの出力を温度に関して補正する多次方程式をたてることができる。この方程式の係数は、最終的な校正温度データが取得された後にユニットのＥＥＰＲＯＭ内に取り込むことができる。補正方程式の係数がユニットのＥＥＰＲＯＭ内に取り込まれると、校正は完了する。このようなＥＥＰＲＯＭの性能の例は、図５に関して本明細書に示されている（図５のＥＥＰＲＯＭ校正５０６を参照のこと）。

図３は、好ましい実施形態に従って図１乃至２に示されている装置１００の一般的な実装構造を示している。一般的に、１以上の錫又は金メッキした真鍮端子１５２をプラスチックコネクタ１５０内に挿入することができる。例えば、３つの錫又は金メッキ真鍮端子をプラスチックコネクタ１５０（例えば、電流コネクタ）内に挿入することができる。例えばゴアテックス（Ｇｏｒｅ−Ｔｅｘ）（登録商標）のような薄い多孔質の膜によって作られたパッチ１６２をプラスチックコネクタ１５０内のポケット内に押し込むことができる。例えば、ゴアテックス（登録商標）の使用は、本明細書に記載されている発明の限定的な特徴ではなく、例示的及び図示目的のためにのみ提供されていることは理解することができる。他の多孔質の膜又は多孔質材料を本明細書に開示されている実施形態に従って使用することができる。組み立て中に電子部品が通気経路を介して通気されるように、前記ポケットはプラスチックコネクタ１５０内の通気穴１６６につながっている。次いで、例えばコネクタアセンブリ１５０の３つの端子を、印刷回路基板１２０の出力突出部に半田付けすることができる。

図４は、好ましい実施形態による図１乃至３に示されている装置１００のための全体的な排気背圧センサー構造を示している。シリコーンのシーラント１５６をハウジング１６８の基部縁上に挿入することができ、シリコーンのシーラント１５６は最終組み立て中にキャリアのシーラント１５６とかみ合う。ハウジング１６８は、圧入嵌合部１７０を組み入れた構造とすることができる。ハウジング１６８は、アルミニウムによって作ることができるが、設計に留意して、真鍮又は別の材料として形成しても良い。次いで、半田付けされたコネクタ１５０と、キャリア部分１２２、１２４によって形成され且つ検知ダイ１０４に取り付けられたキャリアとを含んでいる印刷回路基板１２０のアセンブリを、ハウジング１６８内に挿入することができる。短絡を防止し且つセンサー１００のアセンブリ全体の高さを付加するために、２つの折り畳まれた回路突出部間にスポンジを挿入することができる。印刷回路基板１２０は、補強材、ＡＳＩＣ及びその電気部品を備えた双突出部のフレキシブル回路基板として形成することができる。

前記付加された高さは、キャリア部分１２２，１２４によって形成されたキャリアがハウジング１６８の穴と適正にかみ合うのを可能にする。キャリア部分１２２，１２４によって形成されたキャリアの基部は、ハウジング１６８内に分配された接着剤１５６に接触する。このようなキャリア基部は、ハウジング１６８内のギャップ構造上に載置され、これは、接着剤高さを例えば約０．５ｍｍに設定する。この０．５ｍｍの隙間は、ハウジング１６８と検知ダイのキャリア（すなわち、キャリア部分１２２，１２４）との間の応力の隔離をなすことができる。コネクタ１５０は、ハウジング１６８内のかみ合い端縁上に載置される端縁を有している。

ハウジング１６８は、コネクタ１５０の周りに折り曲げてコネクタ１５０を垂直方向定位置に係止することができる。ハウジング１６８はまた、回転を防止することもできる。次いで、シーラント１６４を、前記の折り曲げた頂部の周囲に取り付けてコネクタ１５０をハウジング１６８に対してシールし且つ付加的な回転防止支持を提供させることができる。このシーラントは次いで硬化させることができる。

センサーは、前記圧力測定範囲の２倍を超える力で加圧して接着の一体性を確保することができる。次いで、当該センサーを最終的に試験して、圧力が接続されたときにこれらのセンサーが適正な出力を有することを確保することができる。次いで、特定及び追跡の目的でユニットにバーコードを付け且つ／又はラベルを付けることができる。

既に説明したように、多くの一般的な微細加工された絶対圧センサーは、シリコン検知ダイの材料取り出し側をガラス内に取り付けることによって機能する。このような方法は、一般的な絶対圧センサーを形成することができる。この幾何学的相対関係の問題点は、センサーダイのワイヤーボンディングパッド及び能動領域が検知媒体に向かって終端していることである。排ガスは酸及びその他の化学物質を含んでおり、これらの物質は、常に保護ゲル内に浸透して検知ダイ及びそのワイヤーボンディングを浸食し得る。

ここに記載されている実施形態は、ガラス又は適当な材料によって検知ダイの裏面を気密封止することによって、必要とされる基準キャビティを形成する絶対圧検知ダイ概念を設けることによってこの問題点を解決している。この構造は、検知ダイの電気的検知部分が検知媒体に曝されない幾何学的構造を形成している。更に、圧力センサーの検知媒体側に保護ゲルを挿入することができる。このようなゲルは、検知ダイ及び当該検知ダイをキャリアに取り付ける接着剤の両方のための付加的な保護層を提供することができる。

図５は、装置５００の高レベルのブロック図を示しており、この装置は、代替的な実施形態に従って配備することができる。装置５００は、一般的に、保護回路５０４に接続されたＡＳＩＣ５０２を組み込んでいる。センサー１１６からＡＳＩＣ５０２へ増幅されていない電圧信号を提供することができる。更に、ＥＥＰＲＯＭの校正データは、デジタル軌道限界及びソフトウエアの柔軟性を含んでいるブロック５０６によって示されているＥＥＰＲＯＭ校正装置によって提供することができる。図５のブロック５０８によって示されているように、過剰電圧、逆極性、ＥＭＣ及び電圧過渡特性を保護回路５０４に提供することができる。

図５に示されているＡＳＩＣ５０２は、一般的に、ホイートストン抵抗デルタデータを出力電圧に変換し且つ内部二次曲線近似方程式によって出力をデジタル形式で補正する。方程式の係数は、ブロック５０６によって示されているＥＥＰＲＯＭ校正中に演算し且つプログラムすることができる。温度は、検知ダイ１０４内に配置されているダイオードによって測定することができる。ダイ１０４からセンサー１１６の出力への信号経路は、一般的に、分離及び補償の柔軟性のためにアナログ−デジタル−アナログ形式とされる。

第二の実施形態は、センサーの電子部品と校正される媒体との間に分離機能を有する絶対圧及び差圧センサーに関する。当該センサーの電子回路は、絶対圧測定と差圧測定との両方のための信号を処理し且つ出力する特定用途用集積回路（ＡＳＩＣ）を組み込むことができる。このようなセンサーは、自動車用ガソリンエンジンにおける排ガス再循環（ＥＧＲ）のために使用することができる。

図５の実施形態は、絶対圧検知ダイ１０４の使用に基づいている。検知ダイ１０４は、ホイートストンブリッジ構造及び頂部ガラスキャップ内に設けられたピエゾ抵抗素子を備えた微細加工されたシリコンによって形成することができる。頂面上のワイヤーボンディングは、ホイートストンブリッジに対する電気接続を可能にする。検知ダイ１０４は、例えばシリコーン接着剤を使用してプラスチックキャリアに取り付けることができる。接着剤は硬化させることができ、アセンブリの漏れをチェックすることができる。

２つの検知ダイ／キャリアアセンブリを、エポキシ樹脂接着剤を使用して印刷回路基板（ＰＣＢ）に取り付けることができる。エポキシ樹脂は硬化させることができ、検知ダイは金ボールワイヤーボンディングによってＰＣＢに接続することができる。ＰＣＢは、ブロック５０８によって示されている過剰電圧及び逆極性保護回路及びＥＭＣ保護回路並びに出力保護回路５０４と共にＡＳＩＣ５０２を組み込むことができる。ワイヤーボンディングを損傷から保護し且つＥＭＩの保護をも提供するために、例えば鋼ＥＭＩシールドをＰＣＢ上に押し曲げて付けることができる。このようなアセンブリは、“基板アセンブリ”と称することができる。

基板アセンブリは、種々の温度で種々の圧力をかけ且つＡＳＩＣ５０２を介して検知ダイの応答を測定することによって校正することができる。補正関数の係数を計算し且つＡＳＩＣ５０２内のＥＥＰＲＯＭ内にプログラムすることができる。校正中においては、図５におけるブロック５０６によって示されている所望の出力伝送機能、診断限界、出力モード、応答時間及び分解能を制御するために使用することができる。

次いで、校正された基板アセンブリを、シリコーンシーラントを使用して、キャリアの底部上でハウジングに及びＰＣＢに対する半田付け端子に取り付けることができる。蓋をハウジング内に圧入し且つシリコーン接着剤によってシールすることができる。次いで、シリコーン接着剤を硬化させることができる。このようなアセンブリは、“完成アセンブリ”と称することができる。次いで、完成アセンブリを最終的に試験して適性な出力を確保することができる。次いで、特定及び追跡目的のために完成アセンブリにラベルを付けることができる。

ＡＳＩＣ５０２は、上記した第二の実施形態の重要な特徴である。ＡＳＩＣ５０２は、２つのダイが温度補償によってデジタル形式で校正されるのを可能にする。このような構造の利点は、ＡＳＩＣ５０２が校正中にソフトウエアを介して出力モードを制御する能力を可能にすることである。可能な出力モードは、圧力１、圧力２、温度１、差圧及び流量である。一般的なセンサー構造は、ＤＰ／ＭＡＰ出力構造からＭＡＰ／ＭＡＰ構造へと変更するために再設計しなければならないけれども、ＡＳＩＣ５０４は、この変更が製造過程中になされるのを許容する。頭文字ＤＰは差圧を表し、一方、頭文字ＭＡＰは、マニホルドの絶対圧力を表している。従って、ＤＰ／ＭＡＰは、差圧／マニホルド絶対圧を表している。

ＡＳＩＣ５０２は、例えば、５ボルトＤＣ電源によって電力を供給することができ且つ２つの０．１００ＤＣ電圧乃至４．９００ＤＣ電圧比率アナログ信号を出力する。内部電流源は、各検知ダイを一定の電流励起の約１ｍＡによって駆動することができる。マルチプレクサは、その各々のホイートストンブリッジの圧力及び温度信号を測定しながら励起度を切り換える。圧力信号は、電力を供給されたホイートストンブリッジの両端の電圧差を読み取ることによって測定することができる。温度信号は、検知ダイのブリッジ抵抗を読み取ることによって測定することができる。入力信号は、チョッパ前置増幅器段階を使用して調整することができる。

増幅された信号は、次いで、例えば１３−ビットのアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）によってデジタル値に変換することができる。このような値は、次いで、二次曲線近似関数におけるＥＥＰＲＯＭからの係数として使用することができる。この数学的な結果は、次いで、デジタル平均化フィルタを通され且つ診断限界値と比較される。この最終的な値は、１１−ビットのデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）によってアナログ電圧に変換することができる。内部レジスタ及び外部キャパシタによって制御されている二次ローパスフィルタは、出力信号の応答時間を制御する別の手段を提供することができる。

既に示したように、多くの一般的な微細加工された絶対圧センサーは、シリコン検知ダイの材料取り出し側をガラスに取り付けることによって機能する。ワイヤーボンディングパッド及び機能領域を含んでいるセンサーの反対側は、検知媒体の方へ向けることができる。種々の化学物質及び環境要素は、検知ダイ及びワイヤーボンディングを腐食させ且つ破壊し得る。従って、本明細書に開示されている実施形態は、検知ダイの能動側にガラスを気密封止して必要とされる基準キャビティを形成することによって、これらの問題点を解決している。検知ダイの受動側は、検知媒体に向けて配向してセンサーの全ての電子部品を隔離することができる。

このような実施形態はまた、改良された分解能及び速度によって、従来のセンサー構造より優れた測定精度を提供することもできる。センサー回路は、上記したＡＳＩＣを組み入れ、これは、１以上の絶対圧検知ダイ好ましくは2つの絶対圧センサー又は検知ダイからの圧力及び温度信号を処理することができる。これらの信号は、所望の絶対圧値及び差圧値を達成するために校正関数が設けられるデジタルの値に変換することができる。変換してアナログへ戻すことによって、最終的な出力信号を提供することができる。

図６は、一実施形態による電圧出力及び比率出力を示しているグラフ６０２及び６０４である。グラフ６０２は電圧出力を示しており、一方、グラフ６０４は比率出力を示している。グラフ６０２は、ｋＰａＡでの絶対圧に対する電圧出力を追跡している。一方、グラフ６０４は、ｋＰａＡによる絶対圧に対する電圧出力比率を追跡している。グラフ６０２及び６０４は、センサー出力を測定範囲（勾配）又はオフセットによって調整することができることを示している。上方クランプ軌道は、９５％〜９７．５％まで調整可能である。更に、下方クランプ軌道は、２．５％〜５％まで調整可能である。グラフ６０２及び６０４は、２．５％の下方クランプ軌道及び９７．５％の上方クランプ軌道によって示されている。

図７は、図１乃至５に示された代替的な実施形態による絶対圧センサー装置の第一段階のアセンブリ７０２及び第二段階のアセンブリ７０４を示している。図１乃至７においては、同一又は類似の部品又は要素は、概して同じ参照番号によって示されている。第一段階のアセンブリ７０２の構造は、可撓性を有する完全に機能できるサブアセンブリを提供している。校正（例えば図５のブロック５０６を参照）は概して第一段階のアセンブリ７０２においてなされる。第二段階のアセンブリ７０４は、概して、ハウジング及びコネクタの応力を校正された第一段階のアセンブリから隔離することを特徴としている。

図８は、本発明の一つの実施形態に従って実施することができる第一段階のアセンブリのフローシーケンスの高水準フローチャート８００である。キャリア部分１２２，１２４によって形成されているキャリアのようなキャリアは、ブロック８０１及び８０２に示されているように、パレットに取り付けることができる。ブロック８０３及び８０２に示されているように、ＲＴＶシリコーンシーラントは、キャリア上にスクリーン印刷することができる。検知ダイ（例えば、検知ダイ１０４）は、ブロック８０５及び８０６に示されているように、キャリアに組み付けることができる。その後に、ブロック８０８に示されているように、インライン硬化プロセスを、以前のブロック８０１，８０２，８０３，８０４，８０５及び８０６に従って組み立てられた装置上において行うことができる。

次に、ブロック８０１に示されているように、フリップ／リーク点検動作を行い、続いて、検知ダイの裏面（例えば、検知ダイ１０４の裏面）にＳｉｆｅｌゲル材を分配することができる。組み立てられた校正部品は、次いで、ブロック８１４に示されているように、実際の真空バッチ硬化処理を行うことができる。その後に、ブロック８１８に示されているように、当該アセンブリはエポキシ樹脂を分配するために動かすことができる。その後に、ブロック８２４，８２６及び８２０に示されているように、エポキシ樹脂がＰＣＢ上に分配され、続いて、ＰＣＢ（例えば、回路基板１２０）にキャリア（例えば、キャリア部分１２２，１２４）を組み付けることが出来るように、エポキシ樹脂と、形成され、試験され、順に並べられたＰＣＢ（例えば、回路基板１２０）を形成することができる。

次いで、ブロック８２２に示されているように、インライン硬化動作を行うことができ、これに続いて、ブロック８２８に示されているように、ワイヤーボンディング検知ダイをＰＣＢに結合することができる。その後に、ブロック８３１及び８３０に示されているように、ＥＭＩシールドをＰＣＢに組み付ける（例えば、クリンプさせる）ことができる。次に、ブロック８３２に示されているように、ＰＣＢは、個別化動作を受けることができる。その後に、ブロック８３４に示されているように、特性、校正並びに温度及び圧力検定動作を行うことができる。最後に、ブロック８３６に示されているように、第二段階のアセンブリを開始することができる。このアセンブリプロセスは図９に詳細に記載されている。

図９は、本発明の別の実施形態に従って行うことができる第二段階の組み立てフローシーケンスの高水準フローチャート９００を示している。フローチャート９００は、図８に示された一連の動作を示している。ブロック９０２に示されているように、ＰＣＢ（例えば、回路基板１２０）は、個別化動作を受けることができる。その後に、ブロック９０４に示されているように、当該アセンブリの特性を決定し、校正し、温度及び圧力検知に関して検定することができる。次に、ブロック９０５及び９０６に示されているように、ＰＣＢアセンブリを取り付け且つＡＳＩＣが読み込む。次に、ブロック９０７及び９０８に示されているように、ハウジング（例えば、ハウジング１６８）を取り付けることができる。

その後に、ブロック９０９及び９１０に示されているように、ＲＴＶシーラントをハウジング内に分配してシールを取り付けることができる。次に、ブロック９１１及び９１２に示されているように、ＲＴＶシーラントをハウジングに対するキャリアのシールのために及びＰＣＢを第二段階のアセンブリ内に配置するために分配することができる。次に、ブロック９１４に示されているように、硬化パレット取り付け動作を実行することができる。その後に、ブロック９１６に示されているように、ＲＴＶシーラント又は接着剤を硬化させることができる。その後に、ブロック９１８に示されているように、硬化パレット取り外し動作を行うことができ、それに続いて、ブロック９１９及び９２０に示されているように、第二段階のアセンブリに半田プリフォームが配置される動作がなされる。

その後に、ブロック９２２に示されているように、半田プリフォームを点検し且つＰＣＢ（例えば。回路基板１２０）をハウジング（例えば、ハウジング１６８）に半田付けするために使用することができる。ブロック９２４に示されている動作に続いて、その後に、ブロック９２５及び９２６に示されているように、エポキシ樹脂及びリークの点検を行うことができる。次に、ブロック９２７及び９２８に示されているように、蓋を第二段階のアセンブリ内の定位置に配置することができ、それに続いて、ブロック９２９及び９３０に示されているように、エポキシ樹脂が特別なアセンブリステーションにおいて分配される。

その後に、ブロック９３２に示されているように、エポキシ樹脂を分配し且つ検査することができ、それに続いて、ブロック９３４によって示されているように、硬化パレット取り付け動作を行うことができる。次に、ブロック９３５に示されているように、エポキシ樹脂硬化動作を実行し、続いて、ブロック９３６に示されているように、エポキシ樹脂硬化動作を実行し、続いて、ブロック９３６に示されているように、硬化パレット取り外し動作を行うことができる。その後に、ブロック９３８に示されているように、４つのアセンブリステーションを使用して最終的な試験を行い、続いて、ブロック９４０に示されているように、衝撃マーキング動作を行うことができる。次に、ブロック９４２に示されているように、第二段階のアセンブリを取り外し、区分けし、包装して最終製品とすることができる。最後に、ブロック９４４に示されているように、最終製造装置１００を検査し且つラベルを付けることができる。

図１０は、１つのダイ１００４を使用してダイの２つの側部間の差圧を検知する一般的な圧力検知装置を示している。装置１０００は、検知ダイ１００４が測定媒体１００２を検知できるような構造とされている。媒体の流れは、矢印１００８のような矢印で示されている。フィルタ１００６は、媒体を濾過する機能を果たし且つ検知ダイ１００４が配置されている容器１０１２と反対側に配置されている。従来の装置１０００内においては、差圧は、制御及び／又は監視目的で制御モジュールに送られている。このような設計の問題点は、ワイヤーボンディング及び検知ダイ１００４の能動領域が検知媒体１００２に対向して終端していることである。検知媒体１００２は酸及びその他の化学物質を含んでいるので、能動領域及びワイヤーボンディングがこのような化学物質によって浸食されて検知ダイ１００４を損傷させ得る。

図１１は、代替的な実施形態による差圧測定のための改良された圧力検知装置１１００を示している。装置１１００の代替的な実施形態は、各圧力Ｐ１及びＰ２に対して２つの別個のダイ１１０７，１１０９を設置して、検知媒体が検知ダイ１１０７，１１０９の裏面にのみ適用されるようにすることによって、図１０の装置１０００に関連する問題点を解決している。従って、ワイヤーボンディングと検知ダイ１１０７，１１０９の一方の側上の能動領域とは、検知媒体に曝されず、従って、酸による及び／又は化学的な浸食を受けない。検知媒体は、ダイの側部１１１０上に存在しない。ダイ又は検知ダイの裏面は、検知媒体への露呈を介して、保護ゲル１１１２，１１１４の層によってコーティングすることができる。媒体の流れは、図１１において矢印１１０８のような矢印によって示されている。媒体はフィルタ１１０６内に流れ得る。

検知媒体内に含まれている公知の酸及び化学物質はこのゲル１１１２，１１１４を浸食しないので、ダイ１１０７，１１０９のこの側もまた、酸による及び化学的な浸食から保護することができる。本明細書に記載された第三の実施形態によって作られた製品は、２つのダイ１１０７，１１０９の裏面からの圧力を検知する。関連する回路は、ＥＭＣ保護、過剰電圧及び逆極性の保護並びに単一のＡＳＩＣを使用しているその他のアルゴリズムを提供することができる。しかしながら、一般的な構造に基づく製品は、単一のダイの両側の圧力を検知する。

図１２は、代替的な実施形態に従って行うことができる２つのＡＳＩＣ回路装置１２００のブロック図である。装置１２００は、概して、出力が高位ＡＳＩＣ１２０６及び基準位ＡＳＩＣ１２０４に結合されている過剰電圧及び極性保護回路１２０２を含んでいる。高位ＡＳＩＣ１２０６からの出力は、差動回路１２０８に接続することができ、作動回路１２０８は、次いで、圧力脈動回路１２１０に接続される。差動回路１２０８及び圧力脈動回路１２１０からの出力は、出力保護回路１２１２への入力として供給することができる。基準位ＡＳＩＣ１２０６からの出力はまた、出力保護回路１２１２へ供給することもできる。出力保護回路１２１２からの出力は、次いで、ＥＭＣ保護回路１２１４へ送ることができる。ＥＭＣ保護回路１２１４からの出力は、次いで、過剰電圧及び逆極性保護回路１２０２へと戻すことができる。

図１３は、代替的な実施形態に従って実施することができる単一のＡＳＩＣ回路装置１３００のブロック図である。回路装置１３００は、一般的に、その出力が双入力ＡＳＩＣ１３０４への入力として接続され且つ送られる解除電圧及び逆極性区政保護回路１３０２を含んでいる。双入力ＡＳＩＣ１３０４からの出力は、次いで、出力保護回路１３０６に送られる。出力保護回路１３０６からの出力信号は、次いで、ＥＭＣ保護回路１３０８への入力として送ることができる。最後に、ＥＭＣ保護回路１３０８からの出力は、過剰電圧及び逆極性保護回路１３０２への入力として供給することができる。

ディーゼル粒子フィルタの両端の差圧を測定する必要性及び／又は装置の制御及び／又は監視の目的に差圧が必要とされる用途の両端の差圧を測定する必要性が存在するので、図１０及び１２乃至１３の実施形態を利用することができる。裏面検知技術及び単一ＡＳＩＣ１３０４を使用しているこのような実施形態は、ディーゼル粒子フィルタの両端の差圧を測定するための圧力センサー及び／又は差圧が装置の制御及び／又は監視目的のために使用される用途として行うことができる。

このような実施形態は、この差圧をアナログ出力電圧信号の形態制御モジュールに送ることができる。この出力電圧信号は、フィルタ１１０６が清浄であり又は媒体の流れが速いときに低い。長時間に亘って微小粒子がフィルタ１１０６内に堆積し、それによって媒体の流れを制限し得る。媒体の流れが少なくなるにつれて、フィルタ１１０６と出力電圧信号との間の差圧は増加し得る。次いで、エンジン制御モジュールは、この出力電圧信号を他のパラメータと共に使用して、フィルタ１１０６が洗浄されるべきか否かを判定することができる。

本明細書に記載した実施形態及び例は、本発明及びその実際的な用途を最も詳しく説明して当業者が本発明を実施し且つ使用できるようにするために提供されたものである。しかしながら、当業者は、上記の説明及び例が図示及び例示のみのために提供されたものであることを認識するであろう。本発明の他の変形例及び改造例が当業者に明らかとなるであろう。このような変形例及び改造例を包含することが特許請求の範囲の意図するところである。

上記の説明は、本発明の範囲を網羅し又は限定することを意図していない。特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの改造及び変形が上記の教示を参考にすれば可能である。本発明の使用方法は、種々の特徴を有する構成部品を含むことができることが考えられる。本発明の範囲は、全ての点において等価物に対する十分な認識を提供する特許請求の範囲によって規定されることが意図されている。

図１は、好ましい実施形態に従って実施することができる圧電検知ダイ構造における排気背圧センサー装置を示している図である。 図２は、図１に示されている装置の付加的な特徴を示しており、好ましい実施形態による検知ダイの機械的／電気的インターフェースを含んでいる図である。 図３は、好ましい実施形態による図１乃至２に示された装置の一般的な実装構造を示している図である。 図４は、好ましい実施形態による図１乃至３に示された装置の排気背圧センサー構造全体を示している図である。 図５は、好ましい実施形態に従って実施することができる装置の高水準のブロック図である。 図６は、一実施形態による電圧出力及び比率出力を示しているグラフである。 図７は、代替的な実施形態による図１乃至５に示された絶対圧センサー装置の第一段階のアセンブリ及び第二段階のアセンブリを示している図である。 図８は、本発明の一実施形態に従って実施することができる第一段階の組み立てのフローシーケンスの高水準フローチャートである。 図９は、本発明のもう一つ別の実施形態に従って実施することができる第二段階の組み立てフローシーケンスの高水準フローチャートである。 図１０は、ダイの２つの側面の両端の差圧を検知するために１つのダイを使用している従来の圧力検知装置を示している図である。 図１１は、代替的な実施形態による差圧を測定するための改良された圧力検知装置を示している図である。 図１２は、代替的な実施形態に従って実施することができる双ＡＳＩＣ回路装置のブロック図である。 図１３は、代替的な実施形態に従って実施することができる単一ＡＳＩＣ回路装置のブロック図である。

Claims (21)

1. 絶対圧検知装置であって、
   複数の圧力検知ダイと当該複数の圧力検知ダイ上に配置された気密封止カバーとによって構成されている絶対圧センサーと、
   前記複数の圧力検知ダイが硬化接着剤によって取り付けられたキャリアであって、当該キャリアと前記複数の圧力検知ダイとが、前記絶対圧センサーへの電気的接続のための複数の表面実装部品を備えた回路基板に取り付けられた前記キャリアと、
   温度補償によって前記複数の圧力検知ダイをデジタル形式で校正するためのＡＳＩＣであって、校正中に当該ＡＳＩＣの複数の出力モードを自動的に制御する前記ＡＳＩＣと、を含んでいる絶対圧検知装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記複数の出力モードが、初期及びそれに続く出力圧力データ、初期及びそれに続く温度データ、種々の圧力データ並びに流量データの出力モードのうちの少なくとも１つを含んでいる装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、
   前記ＡＳＩＣが、製造過程で、前記絶対圧センサーがＭＡＰ／ＭＡＰセンサー構造からＤＰ／ＭＡＰセンサーに変わるのを可能にするようになされている装置。
4. 請求項１に記載の装置であって、
   ハウジングを更に含み、前記絶対圧センサーが、前記キャリアと、前記絶対圧センサーへの電気的接続のために前記複数の表面実装部品が装備された前記回路基板とに組み合わせて当該ハウジング内に配置されている装置。
5. 請求項４に記載の装置であって、
   前記複数の圧力センサーダイが、少なくとも１つのワイヤーボンディングを使用して前記回路基板に接続されている２つの圧力検知ダイを含んでいる装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、
   前記少なくとも１つのワイヤーボンディングが金ボールワイヤーボンディングを含んでいる装置。
7. 請求項５に記載の装置であって、
   前記回路基板が、基板アセンブリを含んでいる印刷回路基板（ＰＣＢ）を含んでおり、当該基板アセンブリは、
   過剰電圧及び逆極性保護回路と、
   ＥＭＣ保護回路と、
   出力保護回路と、を含んでいる装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、
   前記ＥＭＣ保護回路は、前記少なくとも１つのワイヤーボンディングを損傷から保護し且つＥＭＩ保護を提供するために前記ＰＣＢ内に押し曲げて取り付けられた鋼製ＥＭＩシールドと組み合わせられている装置。
9. 請求項７に記載の装置であって、
   硬化せしめられた接着剤によって前記ハウジング内に圧入された蓋を含み、当該蓋が硬化せしめられたエポキシ樹脂によって密封保持された通気穴を含んでいる最終的なアセンブリを更に含んでいる装置。
10. 請求項１に記載の装置であって、
    前記複数の圧力検知ダイが、頂部ガラスキャップに組み合わせられたブリッジ回路内の複数のピエゾ抵抗素子と、当該ブリッジ回路に電気的に接続するための複数のワイヤーボンディングパッドと、を備えた微細加工シリコンによって形成されている装置。
11. センサー装置であって、
    複数の圧力検知ダイと、当該複数の圧力検知ダイの上に配置された気密封止カバーと、を含んでいる絶対圧センサーと、
    前記複数の圧力検知ダイが硬化接着剤によって取り付けられているキャリアであって、当該キャリアと前記複数の圧力センサーダイとは、前記絶対圧センサーに電気的に接続するために複数の表面実装部品が装備された前記回路基板と組み合わせられて配置されている前記ハウジングと、
    温度補償によって、前記複数の圧力検知ダイをデジタル形式で校正するためのＡＳＩＣであって、校正中に前記複数の圧力検知ダイの複数の出力モードを自動的に制御する前記ＡＳＩＣと、を含んでいる装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、
    前記ＡＳＩＣが、前記絶対圧センサーが製造過程中にＭＡＰ／ＭＡＰセンサー構造からＤＰ／ＭＡＰセンサー構造に変わるのを可能にするようになされている装置。
13. 請求項１１に記載の装置であって、
    前記絶対圧センサーが、前記キャリアと、当該絶対圧センサーに電気的に接続するために前記複数の表面実装部品が装備された前記回路基板とに組み合わせられて配置されている装置。
14. 絶対圧検知方法であって、
    複数の圧力検知ダイと、当該複数の圧力検知ダイの上方に配置された気密封止カバーとを含んでいる絶対圧センサーを設けるステップと、
    硬化接着剤によって前記複数の圧力検知ダイをキャリアに取り付けるステップであって、前記キャリアと前記複数の圧力検知ダイとは、前記絶対圧センサーに電気的に接続するために複数の表面実装部品が装備された回路基板に取り付けられるステップと、
    前記複数の圧力検知ダイを自動的に且つデジタル形式で校正するステップであって、校正中に前記複数の圧力検知ダイの複数の出力モードを制御するＡＳＩＣを使用する温度補償によって校正するステップと、を含む装置。
15. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記複数の出力モードが、初期及びそれに続く出力圧力データ、初期及びそれに続く温度データ、差圧データ並びに流量データからなる出力モードのうちの少なくとも１つを含んでいる方法。
16. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記絶対圧センサーを、前記ＡＳＩＣを使用して、製造過程中にＭＡＰ／ＭＡＰセンサー構造からＤＰ／ＭＡＰセンサー構造へ自動的に変換するステップを更に含んでいる方法。
17. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記絶対圧センサーが、前記キャリアと、前記絶対圧センサーに電気的に接続するために前記複数の表面実装部品が装備されている前記回路基板とに組み合わせられて配置されているハウジングを設けるステップを更に含んでいる方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、
    前記複数の圧力検知ダイを、少なくとも１つのワイヤーボンディングを使用して前記回路基板に接続されている２つの圧力検知ダイを含むように形成するステップを更に含んでいる方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記回路基板を、印刷回路基板（ＰＣＢ）を含むように形成するステップを更に含んでおり、前記印刷回路基板は、
    過剰電圧及び逆極性保護回路と、
    出力保護回路と、
    ＥＭＣ保護回路であって、前記少なくとも１つのワイヤーボンディングを損傷から守り且つＥＭＩ保護を提供するために前記ＰＣＢ内に押し曲げられて取り付けられる鋼製のＥＭＣシールドに組み合わせられたＥＭＣ保護回路と、を含んでいる方法。
20. 請求項１９に記載の方法であって、
    硬化接着剤によって前記ハウジング内に押し込まれた蓋を含んでいる最終的なアセンブリであって、当該蓋は、硬化せしめられたエポキシ樹脂によって密封保持された通気穴を含んでいる前記最終的なアセンブリを形成するステップを更に含んでいる方法。
21. 請求項１４に記載の方法であって、
    内部のブリッジ回路内に複数のピエゾ抵抗素子を備えている微細加工されたシリコンによって、最初に前記複数の圧力検知ダイを形成するステップを更に含んでいる方法。

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