JP2009008462A

JP2009008462A - Pressure sensor device

Info

Publication number: JP2009008462A
Application number: JP2007168361A
Authority: JP
Inventors: Jun Kubo; 淳久保; Toshiaki Kaminaga; 俊明神永; Katsuhiko Kikuchi; 勝彦菊池; Kenji Nakabayashi; 研司中林; Hiroshi Konuki; 洋小貫; Kiyotomo Ide; 聖智井手
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-01-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein, when a pressure detection device is loaded for an automobile, especially in an exhaust environment, a very strong acidic material such as exhaust condensate or various pollutant products generated by engine combustion reaches the pressure detection device. <P>SOLUTION: A simple structure wherein a resin diaphragm excellent in waterproofness and acid resistance is mounted on an introduction port for pressure detection, and fixed by laser welding is used. Hereby, a semiconductor sensor is protected from the exhaust environment of an internal combustion engine or the like without changing a sensor characteristic such as responsiveness, and durability and reliability are improved. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、気体の圧力を測定する圧力センサ素子を備えた圧力センサ及び、圧力センサ素子の耐久性向上に関する形状及びその構造に関するものであり、例えば内燃機関の排気ガス環境下などの過酷な環境にて使用される圧力センサにおける耐久性向上ならびにその構造に関する。 The present invention relates to a pressure sensor provided with a pressure sensor element for measuring the pressure of gas, and a shape and structure related to improvement in durability of the pressure sensor element, for example, in a severe environment such as an exhaust gas environment of an internal combustion engine. The present invention relates to an improvement in durability and a structure of a pressure sensor used in the above.

従来の一般的な圧力センサは、圧力を検出する半導体センサの搭載部に保護材としてシリコーンゲルやフッ素系のゲルなどを塗布し、汚損物や被水，腐食性ガスから半導体センサの保護を行っている。また、自動車用、特に排気環境などに搭載される場合、排気凝縮水やエンジン燃焼による各種汚損生成物が非常に強い酸性物質が圧力検出装置へ到達することが知られており、上記記載内容のみの対応では不十分となる可能性が出てくる。このため過酷な環境下にて使用される圧力センサでは、例えば特許文献１のように圧力検出部の耐汚損・耐腐食構造として、例えば金属を用いて製作されたダイアフラムを追加している。但し前記ダイアフラムを用いる場合、圧力の変動による半導体センサの感度を維持させるために、ダイアフラムの圧力に対する変位量を大きくし、ダイアフラムと圧力検出部の間に温度に対する依存性が小さい液体または気体を完全に充填させる必要があり、その結果、ダイアフラムの大型化及びその形状が複雑となり、圧力検出装置の構造自体も複雑化するという問題点が生じる。 Conventional general pressure sensors apply a silicone gel or fluorine-based gel as a protective material to the mounting part of the semiconductor sensor that detects pressure to protect the semiconductor sensor from contaminants, water, and corrosive gases. ing. In addition, when mounted in automobiles, especially in exhaust environments, it is known that acidic substances with extremely strong various polluted products caused by exhaust condensate and engine combustion reach the pressure detection device. There is a possibility that this will be insufficient. For this reason, in a pressure sensor used in a harsh environment, for example, as disclosed in Patent Document 1, a diaphragm made of, for example, metal is added as an antifouling / corrosion resistant structure of a pressure detection unit. However, in the case of using the diaphragm, in order to maintain the sensitivity of the semiconductor sensor due to pressure fluctuation, the amount of displacement of the diaphragm with respect to the pressure is increased, and a liquid or gas that is less dependent on temperature is completely placed between the diaphragm and the pressure detector. As a result, there is a problem that the diaphragm is enlarged and the shape thereof is complicated, and the structure of the pressure detection device is also complicated.

特開２００３−３１５１９３号公報JP 2003-315193 A

本発明では上記問題点を解決するために、圧力に対する半導体センサの感度及びその他の特性を低下させること無く、構造対策を行うことで過酷な環境下でも使用できる信頼性の高い圧力センサを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a highly reliable pressure sensor that can be used even in harsh environments by taking structural measures without degrading the sensitivity and other characteristics of the semiconductor sensor with respect to pressure. .

上記目的を達成する為に、本発明では防水性，耐酸性に優れ、耐熱性を有するＰＰＳ樹脂ダイアフラムを圧力検出用導入口へ装着及び固定する単純な構造を用いることで、応答性などのセンサ特性を変化させること無く、半導体センサを内燃機関などの排気環境から保護し、耐久性および信頼性の向上を図ったものである。 In order to achieve the above object, in the present invention, a sensor such as responsiveness is provided by using a simple structure in which a PPS resin diaphragm having excellent waterproofness and acid resistance and heat resistance is attached and fixed to a pressure detection inlet. The semiconductor sensor is protected from an exhaust environment such as an internal combustion engine without changing the characteristics, and the durability and reliability are improved.

また、樹脂ダイアフラムを固定するために耐酸性を考慮した方法が必要となるため、レーザー溶着を用いた構造とし、接着部分に排気凝縮水などの酸性の液体が壁面を伝って接着部まで到達しても腐食しない構造を採用し、信頼性向上を図っている。 In addition, since a method that takes acid resistance into account is required to fix the resin diaphragm, a structure using laser welding is used, and acidic liquid such as exhaust condensed water reaches the bonded part through the wall surface at the bonded part. However, the structure that does not corrode is adopted to improve reliability.

本発明によれば、耐酸性及び耐水性が高い樹脂ダイアフラムを圧力検出用開口部に装着、内燃機関から排出される排気生成物や排気凝縮水による影響を低減し、基本特性を変化させること無く、安価で信頼性の高い圧力検出装置を提供することができる。 According to the present invention, a resin diaphragm having high acid resistance and high water resistance is attached to the pressure detection opening, the influence of exhaust products and exhaust condensed water discharged from the internal combustion engine is reduced, and the basic characteristics are not changed. An inexpensive and highly reliable pressure detection device can be provided.

実施例について説明する。 Examples will be described.

以下図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態，構成について説明する。 Hereinafter, an embodiment and a configuration of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１は圧力検出装置の縦断面図である。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the pressure detection device.

圧力情報を検出する半導体センサ１はシリコンから成る。半導体センサ１はガラス台座２とアノーディックボンディング等で接合されている。 The semiconductor sensor 1 for detecting pressure information is made of silicon. The semiconductor sensor 1 is joined to the glass pedestal 2 by anodic bonding or the like.

前記半導体センサ１を収納するゲージケース３はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、またはＰＰＳ等の熱可塑性樹脂からなり、接着剤６はニッケルメッキを施したリン青銅で構成されている。 The gauge case 3 for housing the semiconductor sensor 1 is made of a thermosetting resin such as an epoxy resin or a thermoplastic resin such as PPS, and the adhesive 6 is made of phosphor bronze plated with nickel.

前記ゲージケース３にはガラス台座２と接合した半導体センサ１が出力端子７により接着固定されている。また、ゲージケース３にインサート成形されている接着剤６は、半導体センサ１とアルミまたは金から成るワイヤ４で電気的に接続されている。この半導体センサ１をシリコーンゲル等の保護材５で被覆することで腐食性ガス，液体から保護されている。外装ケース８はＰＢＴ，ＰＰＳ等の樹脂材と、金属製のリード材９で構成される。 A semiconductor sensor 1 bonded to the glass pedestal 2 is bonded and fixed to the gauge case 3 by an output terminal 7. The adhesive 6 insert-molded in the gauge case 3 is electrically connected to the semiconductor sensor 1 by a wire 4 made of aluminum or gold. The semiconductor sensor 1 is protected from corrosive gas and liquid by covering with a protective material 5 such as silicone gel. The outer case 8 is composed of a resin material such as PBT or PPS and a metal lead material 9.

外装ケース８は前記ゲージケース３を実装するための開口部１１と圧力検出用開口部１０を有しており、前記開口部１１には機密性の確保及び前記ゲージケース３の固定等の目的で、エポキシ樹脂が充填されている。また、外装ケース８の外側をコネクタ形状とし、リード材９により外部に信号を出力する構造となっている。 The exterior case 8 has an opening 11 for mounting the gauge case 3 and a pressure detection opening 10. The opening 11 has a purpose of securing confidentiality and fixing the gauge case 3. The epoxy resin is filled. In addition, the outer case 8 has a connector shape and a lead material 9 outputs a signal to the outside.

前記圧力検出用開口部１０に防水性及び耐熱性を兼ね備えた樹脂ダイアフラム（例えばポリフェニレンサルファイド樹脂によるダイアフラム）１２がレーザー溶着により接着・固定されている。 A resin diaphragm 12 (for example, a diaphragm made of polyphenylene sulfide resin) 12 having both waterproofness and heat resistance is bonded and fixed to the pressure detection opening 10 by laser welding.

本実施例によれば圧力検出装置の圧力検出用開口部１０に樹脂ダイアフラム１２を挿入し、レーザー溶着することで固定される構造となっている。圧力検出装置が自動車などの内燃機関の排気環境下にて使用される場合、内燃機関より排出される生成物（ＮＯｘやＰＭ，腐食性ガスおよび凝縮水）による影響を考慮する必要があり、挿入する樹脂ダイアフラムには高い耐水性と耐酸性を有し、尚且つ圧力の変動に追従することができる材質が必要となる。本実施例では上記記載の条件を満たす材料として、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂のような、耐熱及び耐酸性が高い材質のものが好ましい。 According to the present embodiment, the resin diaphragm 12 is inserted into the pressure detection opening 10 of the pressure detection device and fixed by laser welding. When the pressure detection device is used in an exhaust environment of an internal combustion engine such as an automobile, it is necessary to consider the influence of products (NOx, PM, corrosive gas and condensed water) discharged from the internal combustion engine. The resin diaphragm to be used requires a material having high water resistance and acid resistance and capable of following pressure fluctuations. In the present embodiment, a material satisfying the above description is preferably a material having high heat resistance and acid resistance such as PPS (polyphenylene sulfide) resin.

上記樹脂ダイアフラム１２を設けることにより、半導体センサ１への特に排気ガスによる凝縮水が付着することを防止することが可能となり、半導体センサの凝縮水による腐食を防止することができる。 By providing the resin diaphragm 12, it becomes possible to prevent the condensed water due to the exhaust gas from adhering to the semiconductor sensor 1, and corrosion of the semiconductor sensor due to the condensed water can be prevented.

更に上記ダイアフラムは薄膜構造及び波形状１４を有しているため、圧力応答性などの基本的な特性が大きく変化することはない。 Furthermore, since the diaphragm has a thin film structure and a wave shape 14, basic characteristics such as pressure response do not change greatly.

特に内燃機関エンジンの排気ガスの圧力を測定する圧力センサ装置に関する。 In particular, the present invention relates to a pressure sensor device that measures the pressure of exhaust gas of an internal combustion engine.

本発明の一実施例を示す圧力センサ装置断面図。1 is a cross-sectional view of a pressure sensor device showing an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例を示す圧力センサ装置部分断面拡大図。The pressure sensor apparatus partial cross-sectional enlarged view which shows one Example of this invention. 本発明の一実施例を示す図。The figure which shows one Example of this invention.

Explanation of symbols

１半導体センサ
２ガラス台座
３ゲージケース
４ワイヤ
５保護材
６接着剤
７出力端子
８外装ケース
９リード材
１２樹脂ダイアフラム
１３Ｏリング
１４波形状 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor sensor 2 Glass base 3 Gauge case 4 Wire 5 Protective material 6 Adhesive 7 Output terminal 8 Outer case 9 Lead material 12 Resin diaphragm 13 O-ring 14 Wave shape

Claims

It has a pressure detection chamber into which gas for measuring pressure is introduced, a pressure sensor element for detecting the pressure of the gas introduced into the pressure detection chamber, and a resin diaphragm for protecting the pressure sensor element, thereby improving acid resistance. A pressure sensor device.

2. The pressure sensor device according to claim 1, wherein a PPS (polyphenylene sulfide) resin is used as a material of the diaphragm.

2. The pressure sensor device according to claim 1, wherein laser welding is used for installing the resin diaphragm.

2. The pressure sensor device according to claim 1, wherein the shape of the resin diaphragm is a wave shape.