JP2009047533A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサチップに接する保護部材からのオイル抜けを防止して保護部材の硬化を回避し、センサチップの特性に影響を及ぼさないようにすることができる圧力センサを提供する。
【解決手段】センサチップ２０の裏面側に配置されるチップ裏面側保護部材５０を構成する第１保護部材５１および第２保護部材５２において、センサチップ２０の裏面に接する第１保護部材５１に含まれるオイル量よりも圧力媒体に接する第２保護部材５２に含まれるオイル量を多くする。これにより、第２保護部材５２を第１保護部材５１へのオイル供給源として機能させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、オイルが含まれる保護部材でセンサチップの圧力受圧面を被覆保護してなる圧力センサに関する。

従来より、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する検出部を、耐薬品性を有する保護部材で被覆して保護するようにした圧力センサが、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、樹脂パッケージと、樹脂パッケージの凹部に搭載され、圧力検出を行うセンサチップとこのセンサチップを保持するガラス台座とにより構成される検出部と、当該検出部を覆って保護する保護部材とを備えて構成される圧力センサが提案されている。

保護部材は、上層と下層との２層構造とされており、下層の保護部材として例えばフッ素ゴムが採用され、上層の保護部材として下層の保護部材よりも低弾性率のフッ素ゲルが採用される。これら各保護部材は、母材よりもガラス転移温度の低いフッ素系オイルが混合され、各保護部材のガラス転移温度が母材のガラス転移温度よりもそれぞれ低下させられたものとなっている。これにより、低温で保護部材が硬くならないようにされ、センサチップの特性の悪化の低減が図られている。

そして、上層および下層の各保護部材それぞれに同量の無官能のフッ素系オイルがそれぞれ混合されている。これにより、保護部材の各層の界面でフッ素系オイルの移動が起こらないようになっている。
特開２００１−３０４９９９号公報

しかしながら、上記従来の技術では、無官能のフッ素系オイルはフッ素系ゴムやフッ素ゲルと結合しないため、ブリードあるいは揮発によって上層の保護部材から抜け出てしまうという問題がある。これにより、上層の保護部材においてフッ素系オイルが抜け出た場所に、当該フッ素系オイルが抜け出た場所よりも下層の保護部材側に位置するフッ素系オイルが移動し、当該フッ素系オイルも上層の保護部材から抜け出てしまう。

このようなフッ素系オイルの移動が上層の保護部材で起こると、下層の保護部材から上層の保護部材へフッ素系オイルが移動してしまう。したがって、上層および下層の各保護部材に混合されたフッ素系オイルが最初に混合された量よりもそれぞれ低減してしまう。これにより、各保護部材の経時変化によって各保護部材が収縮して硬くなってしまい、センサチップの特性に影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、上記点に鑑み、センサチップに接する保護部材からのオイル抜けを防止して保護部材の硬化を回避し、センサチップの特性に影響を及ぼさないようにすることができる圧力センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、複数の保護部材（５０）のうち、少なくとも、センサチップ（２０、７０）の圧力受圧面に接する第１保護部材（５１）に含まれるオイル材の量よりも、この第１保護部材（５１）に接する第２保護部材（５２）に含まれるオイル材の量が多くなっており、第２保護部材（５２）が第１保護部材（５１）のオイル供給源になっていることを特徴とする。

これによると、オイル供給源である第２保護部材（５２）からセンサチップ（２０、７０）に接する第１保護部材（５１）に常にオイルを供給することができる。したがって、第１保護部材（５１）に常にオイルを供給できる形態となっていることで、第１保護部材（５１）からのオイル抜けを防止することができ、センサチップ（２０、７０）に接する第１保護部材（５１）が経時的に収縮して硬くなることを回避することができる。これにより、センサチップ（２０、７０）の特性に影響を与えないようにすることができ、センサチップ（２０、７０）の特性が安定した圧力センサを提供することができる。

この場合、圧力センサは、一面および他面を有する板状のものであって、一面に凹部（１２）が形成され、この凹部（１２）の底面と他面とを貫通する圧力導入孔（１３）が形成されたケース（１０）を備え、センサチップ（２０）は、一面および他面を有する板状のものであって、一面および他面が圧力受圧面になっており、各圧力受圧面にそれぞれ印加される圧力の差圧を検出するようになっており、圧力受圧面の一方がケース（１０）の圧力導入孔（１３）に対向するように凹部（１２）内に配置されている構成とすることができる。

このように、差圧を検出するセンサチップ（２０）において、圧力受圧面の一方に接する第１保護部材（５１）を経時的に硬くならないようにすることができる。

また、複数の保護部材（５０）を、第１保護部材（５１）と第２保護部材（５２）との二層のみによって構成し、第１保護部材（５１）をセンサチップ（２０）の圧力受圧面の一方に接するように圧力導入孔（１３）内に充填すると共に、第２保護部材（５２）を圧力導入孔（１３）内であって第１保護部材（５１）の上に配置することができる。

さらに、第２保護部材（５２）を、オイル材が含まれたシート状であって、第１保護部材（５１）の上に配置されるプレート部材（５３）として構成することができる。

これによると、プレート部材（５３）が第１保護部材（５１）の上を摺動することで第１保護部材（５１）を介してセンサチップ（２０）の圧力受圧面に圧力を導くことができる。さらに、プレート部材（５３）が第１保護部材（５１）のオイル供給源として機能することで、第１保護部材（５１）のオイル抜けを防止することができる。

また、圧力センサを製造する場合、圧力導入孔（１３）内に第１保護部材（５１）を充填した後、第１保護部材（５１）の上にプレート部材（５３）を載せるだけであるので、プレート部材（５３）の設置を容易に行うことができる。

そして、ケース（１０）内に液状のオイル（１７）が配置されたオイル供給室（１６）を設け、オイル供給室（１６）から圧力導入孔（１３）に通じる通路（１９）にオイル（１７）を通過させて圧力導入孔（１３）内に配置された第１保護部材（５１）にオイル（１７）を直接接するようにし、オイル（１７）を第１保護部材（５１）に対するオイル供給源とすることができる。

これにより、第１保護部材（５１）に含まれるオイル材の量が減らないようにすることができ、第１保護部材（５１）の硬化を防止することができる。

他方、圧力導入孔（１３）は、ケース（１０）の他面に開口する第１孔（１３ａ）と、第１孔（１３ａ）よりも径が小さくケース（１０）の凹部（１２）の底面に開口する第２孔（１３ｂ）とによって構成され、第２孔（１３ｂ）の開口部分に第１孔（１３ａ）内に突出する堤防部（１５）が設けられており、複数の保護部材（５０）は、第１保護部材（５１）とオイル供給部材（５４）とのみによって構成され、第１保護部材（５１）はセンサチップ（２０）の圧力受圧面の一方に接するように第２孔（１３ｂ）内に充填されると共に、オイル供給部材（５４）は第１孔（１３ａ）内であってこの第１孔（１３ａ）の壁面と堤防部（１５）とで囲まれた領域に配置されると共に第１保護部材（５１）に覆われており、オイル供給部材（５４）に含まれるオイル材の量は、第１保護部材（５１）に含まれるオイル材の量よりも多くなっており、オイル供給部材（５４）は第１保護部材（５１）のオイル供給源になっている構造とすることができる。

これによると、第１保護部材（５１）から圧力媒体中にオイル抜けが生じる構成となるが、第１保護部材（５１）に覆われたオイル供給部材（５４）から常に第１保護部材（５１）にオイル材を供給することができる。したがって、オイル抜けによって第１保護部材（５１）が硬くならないようにすることができ、センサチップ（２０）の特性に影響を及ぼさないようにすることができる。

この場合、ケース（１０）内に液状のオイル（１７）が配置されたオイル供給室（１６）が設け、オイル（１７）がオイル供給室（１６）から第１孔（１３ａ）に通じる通路（１９）を通過して第１孔（１３ａ）内に配置されたオイル供給部材（５４）に直接接するようにすることができ、オイル（１７）をオイル供給部材（５４）に対するオイル供給源にすることができる。

上記では、差圧を検出するセンサチップ（２０）を備えた圧力センサについて述べたが、絶対圧を検出するセンサチップ（７０）を複数の保護部材で被覆保護してなる圧力センサにおいても、各保護部材に含まれるオイル材の量を上記と同様に規定することにより、センサチップ（７０）に接する保護部材の硬化を防止することができ、センサチップ（７０）の特性を良好に維持することができる。

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ものである。

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、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される圧力センサは、例えば、インテークマニホールド等に設置される吸気圧センサや、自動車用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム（ＤＰＦシステム）において排気ガスの圧力を検出する圧力センサとして用いられるものである。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。この図に示されるように、圧力センサは、ケース１０と、センサチップ２０と、回路チップ３０と、チップ表面側保護部材４０と、チップ裏面側保護部材５０とを備えて構成されている。

ケース１０は、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やエポキシ樹脂等の樹脂材料を、金型を用いて型成形してなる板状のものであり、複数の導体部１１がインサート成形されたものである。導体部１１は、圧力センサと外部との電気的な接続を行う端子であり、例えば銅などの導電材料よりなるものが採用される。また、ケース１０をなす板の一面に凹部１２が形成され、当該凹部１２に圧力検出用のセンサチップ２０が収納されている。

センサチップ２０は、圧力を検出してその圧力に応じたレベルの電気信号を発生するものであり、ピエゾ抵抗効果を利用した板状のものである。具体的に、センサチップ２０は、板の一面に薄肉部であり歪み部であるダイヤフラム２１を有すると共に、板の他面にダイヤフラム２１を構成するために異方性エッチング等により形成された凹部２２を有する半導体ダイヤフラム式のものである。すなわち、センサチップ２０は、板の他面に凹部２２を有し、この凹部２２に対応した板の一面に歪み部としてのダイヤフラム２１を有している。

以下では、センサチップ２０のうちダイヤフラム２１が形成された面をセンサチップ２０の表面といい、凹部２２が形成された面をセンサチップ２０の裏面という。本実施形態では、センサチップ２０の表面および裏面で圧力を受圧するため、センサチップ２０の両面が圧力受圧面となる。

ダイヤフラム２１には、例えば、拡散抵抗などにより構成されたブリッジ回路などを備えたセンシング部が設けられている。これにより、センサチップ２０の板の両面に圧力が印加されると、両圧力の差圧によってダイヤフラム２１が歪み、ブリッジ回路にて差圧に応じた電気信号が生成される。

上記センサチップ２０の裏面には、ガラス等よりなる台座２３が陽極接合などによって接合されセンサチップ２０と一体化されている。この台座２３は、接着剤２４を介してケース１０の凹部１２の底面に接着され、ケース１０に収納固定されている。これにより、センサチップ２０は、当該センサチップ２０の裏面がケース１０に対向した状態でケース１０に固定されている。

接着剤２４として、この接着剤２４の熱応力がセンサ特性に影響を与え難いような軟らかい接着剤、例えばシリコン系接着剤やフロロシリコン系接着剤等が採用される。

また、ケース１０にインサート成形された導体部１１は、その一端部がケース１０の凹部１２内に露出している。そして、センサチップ２０は、凹部１２内にて、導体部１１の露出部にボンディングワイヤ６１を介して結線され、外部と電気的に接続されている。

回路チップ３０は、センサチップ２０に対する駆動信号の出力や外部への検出用信号の出力、センサチップ２０からの電気信号を入力し、演算・増幅処理して外部へ出力する等の機能を有する制御回路等を備えたものである。このような回路チップ３０として、例えばシリコン基板等に対してＣＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等が半導体プロセスで形成されたものである。

このような回路チップ３０は、ケース１０の凹部１２に収納固定されている。そして、当該回路チップ３０とセンサチップ２０とが、金やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤ６２を介して結線され電気的に接続されている。

さらに、ケース１０には回路チップ３０の近傍に図示しない導体部がインサート成形されており、当該導体部と回路チップ３０とがボンディングワイヤなどを介して結線され、外部と電気的に接続されている。

また、台座２３には、センサチップ２０が固定された面から中を貫いて反対側の面に抜ける貫通孔２３ａが形成されている。他方、ケース１０の凹部１２の底面には、台座２３の貫通孔２３ａに対応する位置に、ケース１０をなす板の一面から他面に貫通する圧力導入孔１３が設けられている。

圧力導入孔１３は、センサチップ２０の裏面に圧力を導く貫通した孔であり、台座２３を介してセンサチップ２０によって閉じられている。このように、ケース１０の一面に形成されている凹部１２とケース１０の他面に開口した圧力導入孔１３とは、センサチップ２０によって区画されている。これにより、センサチップ２０のダイヤフラム２１は、ケース１０の一面側と、ケース１０の他面側とからそれぞれ圧力を受ける構成となっている。

そして、圧力導入孔１３は、ケース１０の他面に開口する第１孔１３ａと、当該第１孔１３ａよりも径が小さくケース１０の凹部１２の底面に開口する第２孔１３ｂとによって構成されている。本実施形態では、第１孔１３ａと第２孔１３ｂとの径の違いによって、第１孔１３ａと第２孔１３ｂとの連結部が段差状になっている。このように、センサチップ２０側の第２孔１３ｂよりも第１孔１３ａの径が大きくなっていることで、受圧面積を広くすることができる。

チップ表面側保護部材４０およびチップ裏面側保護部材５０は、上記各構成要素を封止して保護するものである。上述のように、圧力センサは、例えば排気ガスという腐食性の高い圧力媒体にさらされる厳しい環境に置かれるため、腐食性の高い圧力媒体から圧力センサの各構成要素を保護する必要があるからである。

具体的には、ケース１０の凹部１２内にチップ表面側保護部材４０が充填されている。このチップ表面側保護部材４０によって、導体部１１とケース１０との界面、センサチップ２０、回路チップ３０およびこれらのボンディングワイヤ６１、６２などによる接続部が封止され、保護されている。

他方、センサチップ２０の裏面側において、圧力導入孔１３および台座２３の貫通孔２３ａにチップ裏面側保護部材５０が充填されている。このチップ裏面側保護部材５０によって、センサチップ２０の裏面が封止され、圧力導入孔１３への異物の侵入が阻止される。また、センサチップ２０の裏面への汚れ付着による特性変動、結露水の凍結による圧力導入孔１３の閉塞、さらには水の凍結時の体積膨張によるセンサチップ２０の破壊などの不具合を防止できるようになっている。

これらチップ表面側保護部材４０、チップ裏面側保護部材５０として、例えば、フッ素ゲル、シリコンゲル、フロロシリコンゲルなどが採用される。特に、圧力センサにて排気ガス圧の測定が行われる場合、排気ガスによる凝縮水は、排気ガスの窒素酸化物や硫黄酸化物が溶け込み強い酸性を持つため、これらチップ表面側保護部材４０、チップ裏面側保護部材５０として、耐酸性が強いフッ素ゲルを採用することが望ましい。

また、チップ裏面側保護部材５０は、センサチップ２０の裏面に接するように台座２３の貫通孔２３ａ、圧力導入孔１３に充填される第１保護部材５１と、圧力導入孔１３の第１孔１３ａ内であって第１保護部材５１を覆うと共に圧力媒体に接するように設けられた第２保護部材５２との２層構造として構成されている。

第１保護部材５１と第２保護部材５２とでは、圧力導入孔１３の軸方向に沿った厚さをみた場合、第２保護部材５２は第１保護部材５１よりも薄く層状に設けられている。これら各保護部材５１、５２として、上述のフッ素ゲル等が採用される。

第１保護部材５１および第２保護部材５２には、これら各保護部材５１、５２が経時的に硬くなってしまうことを防止するため、オイル材がそれぞれ混合されている。このオイル材は、各保護部材５１、５２への混合量に応じて各保護部材５１、５２の硬さを調整できるものであり、例えばフッ素系オイルが採用される。フッ素系オイルには無官能のものがあり、無官能のフッ素系オイルとして例えば無官能パーフロロアルキルを用いることができる。

また、センサチップ２０の裏面に接する第１保護部材５１に含まれるオイル量よりも圧力媒体に接する第２保護部材５２に含まれるオイル量が多くなっている。例えば、第１保護部材５１に含まれるオイル量は４０重量％であり、第２保護部材５２に含まれるオイル量は６０重量％である。

このように、第１保護部材５１よりも第２保護部材５２に含まれるオイル量を大きくした根拠について説明する。

発明者らは、（１）オイルで膨潤する方向は応力開放するため、オイルはセンサチップ２０に影響を与えない、（２）各保護部材５１、５２において、オイルの減量スピードは大気にさらされる第２保護部材５２の面積で決定されるが、その飽和値は各保護部材５１、５２のトータルの体積で決定される、（３）オイル移行スピードは各保護部材５１、５２の接触面積で決定されるが、その飽和値は各保護部材５１、５２のトータルの体積で決定されることを前提事項として、各保護部材５１、５２のオイルに関する特性について調べた。

本発明ではすべての構造で少なくとも一箇所の開放端を有している。具体的には、図１では保護部材５０のセンサチップ２０と対向する（センサチップ２０とは反対側の）面側は開放されている。なお、摺動部を有するプレート部材５３が乗っている後述する図８の構成も同様、センサチップ７０と対向する面を開放端の一種とみなすことができる。

そして、この少なくとも一箇所の開放端を有する構成は、膨潤した材料が開放端側、すなわちセンサチップ２０と対向する面側（センサチップ２０とは反対側）に応力を開放することができるため、ダイヤフラム２１に好まざる応力を発生することがない。したがって、センサチップ２０はオイルによって影響を受けない。

まず、発明者らは、調査対象をゲル材料とし、オイル濃度Ｘのゲル材料に対し、車両に搭載される圧力センサが受ける一般的な温度である１２０℃以上、例えば１５０℃の温度を加えたときのゲル材料の重量を調べた。その結果を図２に示す。

図２に示されるように、ゲル材料に含まれるオイルのオイル濃度がＸの場合、ゲル材料の重量は時間と共に減少し、２．０％減少して飽和する。また、ゲル材料に含まれるオイルのオイル濃度を２倍とした２Ｘの場合、ゲル材料の重量はオイル濃度をＸとした場合の２倍、すなわち４．０％減少して飽和する。すなわち、ゲル材料からオイルが抜け出たことによってゲル材料の重量が減少した。この場合、オイル濃度を高くするほど、時間の経過と共にゲル材料の重量は減少する傾向にあると言える。このように、オイルを含むゲル材料は、時間の経過によってオイルが抜けることでその重量が減少する。

この結果を本実施形態に当てはめると、図１に示されるチップ裏面側保護部材５０の構成においては、第２保護部材５２の重量が時間の経過と共に最終的に２．０％減少する。したがって、第２保護部材５２の加熱重量減量を考慮したオイル量が、オイルを補充される第１保護部材５１に含まれるオイル量よりも大きくなるようにする。

このため、オイル供給源として機能する第２保護部材５２のオイル混合量を第１保護部材５１のオイル混合量の例えば１．０２倍以上として各保護部材５１、５２においてオイル濃度勾配を設けることで、第１保護部材５１のオイル混合量が減少しないようにすることができると言える。また、第１保護部材５１のオイル濃度が２Ｘの場合、第１保護部材５１のオイル混合量に対して第２保護部材５２のオイル混合量を例えば１．０４倍以上とすれば良い。なお、１．０２倍等のオイル濃度勾配は一例であり、保護部材５１、５２の材料や体積等によってオイル濃度勾配が決められる。

そして、発明者らは、各保護部材５１、５２のオイル混合量の移動量について調べた。オイルを補充される保護部材の増加重量と時間との相関関係を図３に示す。図３において、２Ｘ：０は、オイル濃度が２Ｘの第２保護部材５２とオイル濃度が０の第１保護部材５１とを接触させた場合のオイル濃度が０の第１保護部材５１の増加重量を示している。同様に、２Ｘ：Ｘは、オイル濃度が２Ｘの第２保護部材５２とオイル濃度がＸの第１保護部材５１とを接触させた場合、２Ｘ：２Ｘは、オイル濃度が２Ｘの第２保護部材５２とオイル濃度が２Ｘの第１保護部材５１とを接触させた場合について示している。

図３に示されるように、オイル濃度が２Ｘどうし（２Ｘ：２Ｘ）の各保護部材５１、５２を接触させたとしても、第１保護部材５１の重量はほとんど変化しない。しかしながら、オイルを補充する側である第２保護部材５２のオイル量を、オイルを補充される側である第１保護部材５１よりも大きくする（２Ｘ：Ｘ、２Ｘ：０）、すなわち各保護部材５１、５２にそれぞれ含まれるオイル量の差を大きくすることで、オイルを補充される側である第１保護部材５１の重量が増加することがわかる。

つまり、各保護部材５１、５２に含まれるオイル量の差が大きいと、オイル供給源である第２保護部材５２からセンサチップ２０の裏面に接する第１保護部材５１に移動するオイル量も大きくなる。これにより、時間の経過と共に第１保護部材５１のオイル量を増加させることができ、第１保護部材５１を軟らかくすることができる。

上記結果に基づいて、各保護部材５１、５２にオイルを混合させた場合、上述のように、各保護部材５１、５２に混合されたオイルは無官能であり、各保護部材５１、５２を構成するゲル部材と結合しない状態になっている。このため、オイルは各保護部材５１、５２内を移動し、第２保護部材５２から圧力媒体内に抜け出る。

しかしながら、第１保護部材５１よりも第２保護部材５２のオイルの混合量が多いため、第２保護部材５２から圧力媒体内にオイルが抜け出たとしても、第２保護部材５２に第１保護部材５１からオイルが移動できる場所が形成されない。したがって、第１保護部材５１から第２保護部材５２へのオイルの移動は起こらず、第１保護部材５１と第２保護部材５２との界面でのオイルの移動を阻止することができる。これにより、第１保護部材５１のオイル量は減らないため、第１保護部材５１は硬くなることはなく、センサチップ２０の特性に影響が起こらないようにすることができる。

さらに、第１保護部材５１よりも第２保護部材５２のオイルの混合量が多いことから、第２保護部材５２から第１保護部材５１へのオイルの移動が起こる。このため、第１保護部材５１のオイル量を経時的に多くすることができ、圧力センサの製造時よりも第１保護部材５１を軟らかくすることができる。すなわち、第２保護部材５２は、第１保護部材５１へのオイル供給源として機能する。このように、第２保護部材５２から第１保護部材５１にオイルを供給することができるので、第１保護部材５１が硬くならないようにすることができる。

次に、上記圧力センサの製造方法について説明する。まず、導体部１１がインサート成形され、凹部１２、圧力導入孔１３が設けられたケース１０を型成形により形成する。

他方、凹部２２が設けられ、歪み部としてのダイヤフラム２１が形成された圧力検出用のセンサチップ２０を用意する。また、半導体プロセス等で形成された処理回路等が設けられた回路チップ３０を用意する。

さらに、貫通孔２３ａが設けられた台座２３を用意する。そして、センサチップ２０の裏面と台座２３の貫通孔２３ａとが対向するように、センサチップ２０と台座２３とを例えば陽極接合によって接合する。

続いて、ケース１０の凹部１２に台座２３を固定する。具体的には、台座２３の貫通孔２３ａと圧力導入孔１３とが繋がるように台座２３をケース１０の凹部１２に接着固定する。これにより、センサチップ２０の裏面がケース１０の圧力導入孔１３に対向した状態となる。また、回路チップ３０をケース１０の凹部１２に接着固定する。

この後、センサチップ２０と導体部１１との間、回路チップ３０と導体部との間、センサチップ２０と回路チップ３０との間をそれぞれワイヤボンディングする。これにより、各部材の間をボンディングワイヤ６１、６２で結線する。

次に、ケース１０にチップ表面側保護部材４０およびチップ裏面側保護部材５０を設ける。具体的には、ケース１０の凹部１２にチップ表面側保護部材４０を注入・充填する。また、ケース１０の圧力導入孔１３にチップ裏面側保護部材５０を注入・充填する。このように、ケース１０にチップ表面側保護部材４０、チップ裏面側保護部材５０を充填した後、気泡発生を防ぐために真空脱泡する。

ケース１０の圧力導入孔１３にチップ裏面側保護部材５０を充填する際には、混合されるオイル量が異なる第１保護部材５１および第２保護部材５２を用いる。上述のように、第１保護部材５１よりも第２保護部材５２のオイル量が多くなるように、液状の各保護部材５１、５２に異なる量のオイルをそれぞれ混合させたものを用意し、先に、圧力導入孔１３の第２孔１３ｂに第１保護部材５１を充填する。これにより、第１保護部材５１がセンサチップ２０の裏面に接すると共に、台座２３の貫通孔２３ａに充填される。第１保護部材５１は、圧力導入孔１３の第２孔１３ｂ内まで充填される。次に、圧力導入孔１３の第２孔１３ｂ内であって、第１保護部材５１の上に第２保護部材５２を充填する。

この後、保護部材５１、５２を加熱硬化させることにより、保護部材５１、５２の配設が終了する。これら第１保護部材５１および第２保護部材５２の配設において、第１保護部材５１を充填・硬化した後、第２保護部材５２を充填・硬化してもよいが、第１保護部材５１と第２保護部材５２とを充填した後に同時に硬化を行うことが好ましい。

なお、チップ表面側保護部材４０とチップ裏面側保護部材５０とでは、充填・硬化は同時に行ってもよいし、別々に行ってもよい。こうして、図１に示される圧力センサが完成する。

次に、上記のようにして製造された圧力センサの圧力検出方法について説明する。まず、チップ表面側保護部材４０を介して、センサチップ２０の表面に表面側圧力Ｐ１が印加される。他方、圧力導入孔１３からチップ裏面側保護部材５０を介して、センサチップ２０の裏面に裏面側圧力Ｐ２が印加される。

例えば、圧力センサがＤＰＦシステムに採用される場合、センサチップ２０の表面で表面側圧力Ｐ１として排ガスフィルタの上流側の圧力が検出され、センサチップ２０の裏面で裏面側圧力Ｐ２として排ガスフィルタの下流側の圧力が検出される。また、圧力センサが吸気圧センサとして採用される場合、センサチップ２０の表面で表面側圧力Ｐ１として大気圧が検出され、センサチップ２０の裏面で裏面側圧力Ｐ２としてインテークマニホールド内の吸気圧が検出される。

そして、センサチップ２０のダイヤフラム２１は、センサチップ２０の表面側と裏面側との差圧によって歪み、この歪みに応じたレベルの電気信号がセンサチップ２０から出力される。そして、この電気信号は、回路チップ３０にて処理され、導体部１１から圧力センサの外部に出力される。

以上説明したように、本実施形態では、センサチップ２０の裏面側に配置されるチップ裏面側保護部材５０を構成する第１保護部材５１および第２保護部材５２において、センサチップ２０の裏面に接する第１保護部材５１に含まれるオイル量よりも圧力媒体に接する第２保護部材５２に含まれるオイル量を多くしていることが特徴となっている。

これにより、第２保護部材５２から第１保護部材５１に常にオイルを供給することができ、第１保護部材５１からオイルが抜けて第１保護部材５１が硬くならないようにすることができる。

この場合、第２保護部材５２に含まれるオイルが圧力媒体中に抜け出てしまったとしても、第１保護部材５１よりも第２保護部材５２に含まれるオイル量を多くしてあるため、第１保護部材５１から第２保護部材５２へのオイルの移動が起こらないようにすることができ、第１保護部材５１のオイル量が減少しないようにすることができる。したがって、オイル抜けによる第１保護部材５１や第２保護部材５２の硬化を回避することができ、ひいてはセンサチップ２０の特性に影響を及ぼさないようにすることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記第１実施形態では、オイル供給源である第２保護部材５２とセンサチップ２０の裏面に接する第１保護部材５１とを同じ材質のもので構成していたが、本実施形態では、第２保護部材５２に代えてオイルを含有したプレートを用いることが特徴となっている。

図４は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。この図に示されるように、圧力センサにおいて、第１保護部材５１の上にシート状のプレート部材５３が配置され、第１保護部材５１およびプレート部材５３によってチップ裏面側保護部材５０が構成されている。

このプレート部材５３は、オイルを含んだオイル供給源として機能するものであり、例えば樹脂やゴムの材質のものが採用される。また、第１実施形態と同様に、プレート部材５３に含まれるオイル量は、第１保護部材５１に含まれるオイル量よりも多くなっている。

そして、プレート部材５３は、第１保護部材５１の上に配置される一方、圧力導入孔１３の壁面に接しているが固定されていない。すなわち、プレート部材５３は、第１保護部材５１の表面に浮いた状態とされている。

このような構造によると、プレート部材５３は圧力媒体から圧力を受けると、圧力印加方向に摺動するだけである。また、プレート部材５３が熱収縮したとしても、プレート部材５３自体が応力を発生することはなく、センサチップ２０の特性に影響を及ぼすことはない。

図２に示される圧力センサを製造するに際し、チップ裏面側保護部材５０を形成する場合、第１保護部材５１よりもプレート部材５３のオイル量が多くなるように、第１保護部材５１およびプレート部材５３をそれぞれ用意し、圧力導入孔１３内に第１保護部材５１を充填する。この後、第１保護部材５１の上にプレート部材５３を載せ、第１保護部材５１を硬化させる。これにより、チップ裏面側保護部材５０を形成できる。このように、第１保護部材５１の上にプレート部材５３を載せるだけでよいので、チップ裏面側保護部材５０を容易に形成することができる。

また、本実施形態に係る圧力センサは、ケース１０の凹部１２には、ケース１０の凹部１２の底面と台座２３との接着部、ボンディングワイヤ６１と導体部１１との接続部を覆うゴム部材１４が設けられた構成となっている。このゴム部材１４は、導体部１１とケース１０との界面等からの気泡の発生を抑制する機能を果たすものであり、高弾性率を持ち且つ耐薬品性を有する材料からなるものが採用される。このゴム部材１４の上にチップ表面側保護部材４０が設けられている。このようなゴム部材１４は、第１実施形態に示される圧力センサに採用することもできる。

以上説明したように、チップ裏面側保護部材５０の構成として、第１保護部材５１にオイルを供給するプレート部材５３を採用することができる。このプレート部材５３をオイル供給源とすることで、第１保護部材５１が硬くならないようにすることができ、ひいてはセンサチップ２０の特性に影響を及ぼさないようにすることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記各実施形態では、圧力導入孔１３の第１孔１３ａ内において第１保護部材５１の上に第２保護部材５２やプレート部材５３が配置されていたが、本実施形態では、第１孔１３ａ内においてオイル供給源となる部材の上に第１保護部材５１が配置された構造になっていることが特徴となっている。

図５は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。この図に示されるように、ケース１０に設けられた圧力導入孔１３の第２孔１３ｂ内に中空筒状のパイプ部材１５が配置されている。このパイプ部材１５の外径は、第２孔１３ｂの径と同じになっており、パイプ部材１５の外壁が第２孔１３ｂの壁面に接するように取り付けられている。また、パイプ部材１５は第２孔１３ｂから第１孔１３ａ側に突出する長さになっている。パイプ部材１５の材質として、例えば金属やセラミックスが採用される。なお、パイプ部材１５は、本発明の堤防部に相当する。

また、第１孔１３ａ内に突出するパイプ部材１５の外壁と第１孔１３ａの壁面とで構成される領域にオイル供給源としてのゴム部材５４が配置されている。そして、センサチップ２０の裏面に接するように台座２３の貫通孔２３ａ、パイプ部材１５の中空部分、およびゴム部材５４の上に第１保護部材５１が充填されている。これにより、センサチップ２０の裏面に接する第１保護部材５１が圧力媒体に接すると共に、オイル供給源であるゴム部材５４が第１保護部材５１に完全に覆われた形態となっている。本実施形態では、これら第１保護部材５１およびゴム部材５４によってチップ裏面側保護部材５０が構成されている。なお、ゴム部材５４は、本発明のオイル供給部材に相当する。

上記パイプ部材１５は、第１孔１３ａの底面にゴム部材５４を充填するための堤防として機能するものである。パイプ部材１５を用いずに、当該第２孔１３ｂの開口部分に第１孔１３ａ内に突出する堤防部があらかじめ設けられたケース１０を採用しても良い。

このような構成を有するチップ裏面側保護部材５０において、センサチップ２０の裏面に接する第１保護部材５１に含まれるオイル量よりもゴム部材５４に含まれるオイル量が多くなっている。

ここで、センサチップ２０の裏面に接する第１保護部材５１が圧力媒体に接する形態とされているため、第１保護部材５１からオイルが抜け出る。しかしながら、第１保護部材５１に接するゴム部材５４から常にオイルが供給されるため、第１保護部材５１に含まれるオイル量が減少しないようにすることができる。

したがって、オイル供給源であるゴム部材５４を第１保護部材５１で覆うと共に、第１保護部材５１を圧力媒体にさらす形態としても、第１保護部材５１が硬くならないようにすることができ、センサチップ２０の特性に影響を与えないようにすることができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、第１保護部材５１にオイルを直接供給することが特徴となっている。

図６は、本発明の第４実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。この図に示されるように、ケース１０内にオイル供給室１６が設けられており、このオイル供給室１６内に液状のオイル１７が配置されている。オイル１７は、ケース１０をなす板の一面に設けられた供給口１８からオイル供給室１６内に入れられている。

さらに、ケース１０内に設けられた通路１９によって、オイル供給室１６と圧力導入孔１３の第１孔１３ａとが繋がれている。これにより、第１孔１３ａ内に第１保護部材５１が充填され、オイル１７がオイル供給室１６内に入れられると、オイル１７が第１保護部材５１に直接接するようになっている。

このような構成によると、第１保護部材５１は第２保護部材５２からオイルを供給される一方、通路１９を介してオイル供給室１６からオイル１７が直接供給される。したがって、第１保護部材５１に含まれるオイル量が減少することはなく、供給されるオイル量によっては圧力センサ完成時よりも第１保護部材５１はオイルによって軟らかくなる。

以上のように、ケース１０にオイル供給室１６を設け、第１保護部材５１にオイル１７を直接接するようにすることで、第２保護部材５２からだけでなく、オイル１７を第１保護部材５１に供給することができる。

この場合、第１保護部材５１にオイル１７を直接供給できることから、第１保護部材５１と第２保護部材５２とにそれぞれ含まれるオイル量を同じにしても構わない。また、本実施形態に示されるオイル供給室１６を図４および図５に示される圧力センサに採用することもできる。図５に示される圧力センサにおいては、オイル１７がゴム部材５４に直接接する形態とすることができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記各実施形態では、圧力センサはセンサチップ２０の表面と裏面とでそれぞれ受けた圧力の差圧を検出するものとして構成されていたが、絶対圧を検出する圧力センサに上記した発明の内容を適用することができる。

図７は、本発明の第５実施形態に係る圧力センサの一部概略断面図であり、センサチップ７０付近の拡大図である。圧力センサは、例えば、ケース８０に凹部８１が設けられており、この凹部８１の底面にガラス台座７１を介してセンサチップ７０が固定されている。また、センサチップ７０の各入出力端子（図示せず）は、ケース８０にインサート成形され、凹部８１の底面に露出するターミナル８２の一端側に対しボンディングワイヤ８３を介して電気的に接続されている。

センサチップ７０は板状をなしており、絶対圧を検出するものとして構成されている。すなわち、センサチップ７０を構成する板の一方の面が圧力受圧面、板の他方の面が基準圧力である真空圧を検出する面になっている。

さらに、ケース８０の凹部８１の底部には、ゴム部材５５がターミナル８２とボンディングワイヤ８３との接続部およびその周辺部を覆うように設けられている。そして、ゴム部材５５の上面にセンサチップ７０の圧力受圧面に接する第１保護部材５１が積層され、この第１保護部材５１の上に第２保護部材５２が設けられている。

このような構成の圧力センサにおいても、センサチップ７０の圧力受圧面に接する第１保護部材５１に含まれるオイル量よりも圧力媒体に接する第２保護部材５２に含まれるオイル量を多くすることで、第２保護部材５２から第１保護部材５１にオイルを供給することができ、第１保護部材５１の硬化を防止することができる。

（第６実施形態）
本実施形態では、第５実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図８は、本発明の第６実施形態に係る圧力センサの一部概略断面図である。この図に示されるように、第１保護部材５１の上に、第１保護部材５１よりも多くのオイルが混合されたプレート部材５３が配置されている。このように、絶対圧を測定する圧力センサにおいて、プレート部材５３を採用した構成とすることもできる。

（第７実施形態）
本実施形態では、第５、第６実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図９は、本発明の第７実施形態に係る圧力センサの一部概略断面図である。本実施形態では、センサチップ７０の圧力受圧面に接する第１保護部材５１よりも、当該第１保護部材５１よりも下層のゴム部材５５に含まれるオイル量を多くしてゴム部材５５をオイル供給源として機能させている。このように、第１保護部材５１に覆われたゴム部材５５をオイル供給源とすることもできる。なお、本実施形態に係るゴム部材５５は、本発明のオイル供給部材に相当する。

（他の実施形態）
上記各実施形態に示される圧力センサの形態は一例を示すものであって、これらに限らず他の形態であっても構わない。

上記各実施形態では、チップ裏面側保護部材５０の第２保護部材５２として、ゲル部材が採用されているが、例えばゴム等の樹脂材料を用いることも可能である。この場合であっても、第２保護部材５２に混合するオイルの量を第１保護部材５１よりも多くすれば良い。

上記各実施形態では、チップ裏面側保護部材５０が２層構造のものについて説明したが、３層以上になっていても良い。この場合、少なくとも、センサチップ２０に接する第１保護部材に含まれるオイル量よりも、この第１保護部材に接する第２保護部材に含まれるオイル量を多くすれば良い。

また、上記第１〜第４実施形態では、チップ裏面側保護部材５０のみがオイルを含んだ保護部材５１、５２で構成されているが、チップ表面側保護部材４０がオイルを含んだ各保護部材５１、５２で構成されていても良い。この場合、上記のようにチップ表面側保護部材４０を複数の保護部材で構成することもできる。

上記第５〜第７実施形態で示された絶対圧を検出する圧力センサに対し、第４実施形態に示されるオイル供給室１６を設けることもできる。これにより、オイル供給室１６内のオイル１７が凹部８１内に設けられた第１保護部材５１に直接接するため、オイル１７を第１保護部材５１に対するオイル供給源とすることができる。この場合、第７実施形態における図９に示される圧力センサにおいては、オイル１７がゴム部材５５に直接接する形態とすることができる。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。 オイル濃度Ｘの保護部材を加熱した場合の減量重量と時間との相関関係を示した図である。 オイルを補充される保護部材の増加重量と時間との相関関係を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。 本発明の第５実施形態に係る圧力センサの一部概略断面図である。 本発明の第６実施形態に係る圧力センサの一部概略断面図である。 本発明の第７実施形態に係る圧力センサの一部概略断面図である。

符号の説明

１０、８０…ケース、１２、８１…ケースの凹部、１３…圧力導入孔、１３ａ…第１孔、１３ｂ…第２孔、１５…パイプ部材、１６…オイル供給室、１７…オイル、１９…通路、２０、７０…センサチップ、５０…チップ裏面側保護部材、５１…第１保護部材、５２…第２保護部材、５３…プレート部材、５４、５５…ゴム部材。

Claims (13)

1. 圧力受圧面を有し、前記圧力受圧面で圧力媒体の圧力を検出してその圧力に応じた電気信号を発生するセンサチップ（２０、７０）を、オイル材が混合された複数の保護部材（５０）で被覆保護してなる圧力センサであって、
   前記複数の保護部材（５０）のうち、少なくとも、前記センサチップ（２０、７０）の圧力受圧面に接する第１保護部材（５１）に含まれるオイル材の量よりも、この第１保護部材（５１）に接する第２保護部材（５２）に含まれるオイル材の量が多くなっており、前記第２保護部材（５２）は前記第１保護部材（５１）のオイル供給源になっていることを特徴とする圧力センサ。
2. 一面および他面を有する板状のものであって、前記一面に凹部（１２）が形成され、この凹部（１２）の底面と前記他面とを貫通する圧力導入孔（１３）が形成されたケース（１０）を備え、
   前記センサチップ（２０）は、一面および他面を有する板状のものであって、前記一面および他面が圧力受圧面になっており、前記各圧力受圧面にそれぞれ印加される圧力の差圧を検出するようになっており、前記圧力受圧面の一方が前記ケース（１０）の圧力導入孔（１３）に対向するように前記凹部（１２）内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記複数の保護部材（５０）は、前記第１保護部材（５１）と前記第２保護部材（５２）との二層のみによって構成され、前記第１保護部材（５１）は前記センサチップ（２０）の圧力受圧面の一方に接するように前記圧力導入孔（１３）内に充填されると共に、前記第２保護部材（５２）は圧力導入孔（１３）内であって前記第１保護部材（５１）の上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記第２保護部材（５２）は、オイル材が含まれたシート状をなしており、前記第１保護部材（５１）の上に配置されるプレート部材（５３）として構成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記ケース（１０）内に液状のオイル（１７）が配置されたオイル供給室（１６）が設けられており、前記オイル（１７）は前記オイル供給室（１６）から前記圧力導入孔（１３）に通じる通路（１９）を通過して前記圧力導入孔（１３）内に配置された前記第１保護部材（５１）に直接接しており、前記オイル（１７）が前記第１保護部材（５１）に対するオイル供給源になっていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の圧力センサ。
6. 前記圧力導入孔（１３）は、前記ケース（１０）の他面に開口する第１孔（１３ａ）と、前記第１孔（１３ａ）よりも径が小さく前記ケース（１０）の凹部（１２）の底面に開口する第２孔（１３ｂ）とによって構成され、前記第２孔（１３ｂ）の開口部分に前記第１孔（１３ａ）内に突出する堤防部（１５）が設けられており、
   前記複数の保護部材（５０）は、前記第１保護部材（５１）とオイル供給部材（５４）とのみによって構成され、前記第１保護部材（５１）は前記センサチップ（２０）の圧力受圧面の一方に接するように前記第２孔（１３ｂ）内に充填されると共に、前記オイル供給部材（５４）は前記第１孔（１３ａ）内であってこの第１孔（１３ａ）の壁面と前記堤防部（１５）とで囲まれた領域に配置されると共に前記第１保護部材（５１）に覆われており、
   前記オイル供給部材（５４）に含まれるオイル材の量は、前記第１保護部材（５１）に含まれるオイル材の量よりも多くなっており、前記オイル供給部材（５４）は前記第１保護部材（５１）のオイル供給源になっていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
7. 前記ケース（１０）内に液状のオイル（１７）が配置されたオイル供給室（１６）が設けられており、前記オイル（１７）は前記オイル供給室（１６）から前記第１孔（１３ａ）に通じる通路（１９）を通過して前記第１孔（１３ａ）内に配置された前記オイル供給部材（５４）に直接接しており、前記オイル（１７）が前記オイル供給部材（５４）に対するオイル供給源になっていることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
8. 凹部（８１）を有するケース（８０）を備え、
   前記センサチップ（７０）は、圧力受圧面を有する板状のものであって、前記圧力受圧面に印加される圧力を絶対圧として検出するように前記凹部（８１）内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
9. 前記複数の保護部材（５０）は、前記第１保護部材（５１）と前記第２保護部材（５２）との二層のみによって構成され、前記第１保護部材（５１）は前記センサチップ（２０）の圧力受圧面の一方に接するように前記凹部（８１）内に充填されると共に、前記第２保護部材（５２）は凹部（８１）内であって前記第１保護部材（５１）の上に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の圧力センサ。
10. 前記第２保護部材（５２）は、オイル材が含まれたシート状をなしており、前記第１保護部材（５１）の上に配置されるプレート部材（５３）として構成されていることを特徴とする請求項９に記載の圧力センサ。
11. 前記ケース（８０）内に液状のオイル（１７）が配置されたオイル供給室（１６）が設けられており、前記オイル（１７）は前記オイル供給室（１６）から前記凹部（８１）に通じる通路（１９）を通過して前記凹部（８１）内に配置された前記第１保護部材（５１）に直接接しており、前記オイル（１７）が前記第１保護部材（５１）に対するオイル供給源になっていることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１つに記載の圧力センサ。
12. 前記複数の保護部材（５０）は、第１保護部材（５１）とオイル供給部材（５５）との二層のみによって構成され、前記第１保護部材（５１）は前記センサチップ（７０）の圧力受圧面に接するように前記凹部（８１）内に充填されると共に、前記オイル供給部材（５５）は前記凹部（８１）の底面に充填され前記第１保護部材（５１）に覆われていることを特徴とする請求項８に記載の圧力センサ。
13. 前記ケース（８０）内に液状のオイル（１７）が配置されたオイル供給室（１６）が設けられており、前記オイル（１７）は前記オイル供給室（１６）から前記凹部（８１）に通じる通路（１９）を通過して前記凹部（８１）内に配置された前記オイル供給部材（５５）に直接接しており、前記オイル（１７）が前記オイル供給部材（５５）に対するオイル供給源になっていることを特徴とする請求項１２に記載の圧力センサ。

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