JP2012088192A - センサ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサチップとリードとを簡易な構成にて確実に電気的に接続し得るセンサ装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】コネクタケース３０には、ハウジング２０との組み付け時に当該ハウジング２０に取り付けられたセンサチップ４０の接点部４１の直上にて当該接点部４１に近接する貫通孔３４が形成されている。そして、リード３２は、その一部が貫通孔３４内に露出することで、当該貫通孔３４に充填されるとともに接点部４１に導通される導電性の充填部材３５により、接点部４１に電気的に接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、測定媒体の状態に応じた信号を出力可能なセンサチップを有するセンサ装置およびその製造方法に関するものである。

従来、測定媒体の状態に応じた信号を出力可能なセンサチップを有するセンサ装置として、下記特許文献１に開示される圧力センサが知られている。この圧力センサは、ターミナルピンを有するコネクタケースがハウジングに接合されて一体化されており、ターミナルピンと導通する配線部が半導体チップ（検出部）の近傍まで延びている。そして、コネクタケースのうち配線部および半導体チップに臨む位置に開口部が形成されており、この開口部を介して配線部と検出部とがワイヤボンディングされて電気的に接続される。そして、このような接続作業後に開口部をカバー部材により遮蔽することで、センサ内部の各部を保護している。これにより、バネ部材やフレキシブルプリント基板等の部品を用いることなく、コネクタケース側と検出部側とを接続している。

また、下記特許文献２に開示される圧力センサは、ガラス基板と、このガラス基板の第１面に一部が接合されたシリコン板とから構成されている。シリコン板の端部は枠体とされており、この枠体がその接合面にて外装ケースに固着されている。こうしたシリコン板の枠体とダイアフラム部との境界領域には、シリコン板を構成するシリコン基材の一部を薄肉化したことで振動を吸収する弾性部が形成されている。また、ガラス基板の一部には、第１面から第２面に向けて貫通する２つのコンタクトホールが形成され、これらコンタクトホール内には、例えばメタル材が充填された導通部が形成されている。そして、これら導通部にそれぞれ接合された接片が導電バネを介して圧力センサを制御する実装基板の配線パターンに接続されている。

特開２００８−００８８２９号公報 特開２００６−１５３８０４号公報

ところで、上記特許文献１のように開口部を介してセンサチップ（半導体チップ）とリード（ターミナルピン）とを電気的に接続する構成では、電気的接続を容易にするために形成した開口部にセンサチップ等が配置されるように構成するだけでなく、当該開口部を遮蔽する作業工程が必要となり、組付作業が煩雑になるという問題がある。また、作業工程を簡易化するためにバネ部材やフレキシブルプリント基板等の部品を用いると、別部品を採用する分だけ製造コストが増加するだけでなく、振動に起因するフレキシブルプリント基板の破損やバネ部材の共振により電気的接続に関する信頼性が低下するという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、センサチップとリードとを簡易な構成にて確実に電気的に接続し得るセンサ装置およびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１のセンサ装置では、測定媒体の状態に応じた信号を出力可能なセンサチップと、前記センサチップが取り付けられて当該センサチップに前記測定媒体の状態を伝達するハウジングと、前記ハウジングに一体に組み付けられて、前記センサチップの接点部に電気的に接続されることで当該センサチップからの信号を取り出すリードを有するコネクタケースと、を備えるセンサ装置であって、前記コネクタケースには、前記ハウジングとの組み付け時に前記接点部の直上にて当該接点部に近接する貫通孔が形成され、前記リードは、その一部が前記貫通孔内に露出することで、当該貫通孔に充填されるとともに前記接点部に導通される導電性の充填部材により前記接点部に電気的に接続されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のセンサ装置において、前記貫通孔は、下側ほど開口が小さくなるように形成されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載のセンサ装置において、前記リードは、前記コネクタケースの外郭を構成するコネクタ本体に対して、その一部が前記貫通孔内に露出するように一体成形されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ装置において、前記コネクタケースは、前記リードを複数備えるとともにこれら各リードに対応して前記貫通孔がそれぞれ形成され、各貫通孔の下端部には、前記ハウジングとの組み付け時に前記貫通孔に充填された前記充填部材と他の貫通孔に充填された充填部材との導通を防止するための仕切部がそれぞれ形成されることを特徴とする。

また、特許請求の範囲に記載の請求項５のセンサ装置の製造方法では、測定媒体の状態に応じた信号を出力可能なセンサチップと、前記センサチップが取り付けられて当該センサチップに前記測定媒体の状態を伝達するハウジングと、前記ハウジングに一体に組み付けられて、前記センサチップの接点部に電気的に接続されることで当該センサチップからの信号を取り出すリードを有するコネクタケースと、を備えるセンサ装置の製造方法であって、前記センサチップが取り付けられた前記ハウジングを用意する第１工程と、前記ハウジングとの組み付け時に前記接点部の直上にて当該接点部に近接する貫通孔が形成されこの貫通孔内に前記リードの一部が露出する前記コネクタケースを用意する第２工程と、前記コネクタケースを前記ハウジングに組み付ける第３工程と、前記貫通孔に導電性の充填部材を充填するとともにこの充填部材を前記接点部に導通させることで、前記リードと前記接点部とを電気的に接続する第４工程と、を備えることを特徴とする。

請求項１の発明では、コネクタケースには、ハウジングとの組み付け時に当該ハウジングに取り付けられたセンサチップの接点部の直上にて当該接点部に近接する貫通孔が形成されている。そして、リードは、その一部が貫通孔内に露出することで、当該貫通孔に充填されるとともに接点部に導通される導電性の充填部材により、接点部に電気的に接続される。

これにより、貫通孔に導電性の充填部材を充填して接点部に導通させるだけで、センサチップの接点部とリードとが電気的に接続されるので、センサチップとリードとを簡易な構成にて確実に電気的に接続することができる。

請求項２の発明では、貫通孔は、下側ほど開口が小さくなるように形成されるため、上側から流し込んだ充填部材が貫通孔内に隙間無く充填されやすくなり、センサチップとリードとをより確実に電気的に接続することができる。

請求項３の発明では、リードは、コネクタ本体に対して、その一部が貫通孔内に露出するように一体成形されるため、リードの一部が確実に貫通孔内に露出することとなり、この貫通孔に充填部材を充填することで、センサチップとリードとをより確実に電気的に接続することができる。

請求項４の発明では、コネクタケースには、各貫通孔の下端部に、ハウジングとの組み付け時に貫通孔に充填された充填部材と他の貫通孔に充填された充填部材との導通を防止するための仕切部がそれぞれ形成される。これにより、各リードに接続するべき接点部が近接する場合であっても、それぞれの貫通孔の下方から流出した充填部材が仕切部により仕切られて互いに導通しないので、各リード間の導通（短絡）を防止することができる。

請求項５の発明では、第１工程により、センサチップが取り付けられたハウジングが用意され、第２工程により、ハウジングとの組み付け時に接点部の直上にて当該接点部に近接する貫通孔が形成されこの貫通孔内にリードの一部が露出するコネクタケースが用意され、第３工程により、コネクタケースがハウジングに組み付けられ、第４工程により、貫通孔に導電性の充填部材を充填するとともにこの充填部材を接点部に導通させることで、リードと接点部とが電気的に接続される。

これにより、コネクタケースとがハウジングとを組み付けた後に、貫通孔に導電性の充填部材を充填して接点部に導通させるだけで、センサチップの接点部とリードとが電気的に接続されるので、センサチップとリードとを簡易な構成にて確実に電気的に接続することができる。

本実施形態に係る圧力センサの構成を概略的に示す断面図である。 コネクタケースの貫通孔近傍を拡大して示す断面図である。 図２の３−３線相当の切断面を概略的に示す断面図である。 圧力センサの製造工程の流れを説明する説明図である。 本実施形態の第１変形例に係るコネクタケースの貫通孔近傍を拡大して示す断面図である。 図５の６−６線相当の切断面を概略的に示す断面図である。 本実施形態の第２変形例に係るコネクタケースの貫通孔近傍を拡大して示す断面図である。

以下、本発明のセンサ装置を圧力センサ１０に適用した一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る圧力センサ１０の構成を概略的に示す断面図である。図２は、コネクタケース３０の貫通孔３４近傍を拡大して示す断面図である。図３は、図２の３−３線相当の切断面を概略的に示す断面図である。なお、図１では、説明の便宜上、貫通孔３４およびこの貫通孔３４に露出するリード３２の一組のみを拡大して誇張して示している。

圧力センサ１０は、たとえば自動車に搭載され、燃料圧力、エンジンや駆動系の潤滑用オイル圧、あるいはエアコンの冷媒圧、さらには排気ガス圧等の圧力媒体の被測定圧力を検出する圧力センサ等に適用できる。

図１に示すように、圧力センサ１０は、主に、圧力媒体の圧力に応じた電気信号を出力可能なセンサチップ４０と、このセンサチップ４０が取り付けられて当該センサチップ４０に圧力媒体の圧力を伝達するハウジング２０と、センサチップ４０からの信号を取り出すための複数のリード３２を有するコネクタケース３０と、を備えている。

ハウジング２０は、中空状の段付き円柱部材であり、ステンレスや炭素鋼、アルミニウムなどの金属を、切削加工やプレス加工などにて成形することにより作られるものである。このハウジング２０の一端側の外周面には、燃料配管等の被測定体に締結させる締結部としてネジ部２１が形成されている。

図１に示されるように、このハウジング２０の一端側の端面中央には開口部２２が形成されるとともに、この開口部２２から他端側に延びる媒体導入通路２３が形成されている。この媒体導入通路２３は、被測定体から測定対象となる圧力を、開口部２２を介してハウジング２０内すなわち圧力センサ１０内へ導入するための通路である。

また、ハウジング２０の媒体導入通路２３における他端側の先端位置において、ハウジング２０が薄肉化されており、この薄肉化された部分によって圧力により変形可能なダイアフラム２４が構成されている。そして、被測定体の圧力が開口部２２から媒体導入通路２３を通じてダイアフラム２４に伝えられるようになっている。

このように、本実施形態では、ハウジング２０は、媒体導入通路２３を中空部とし、一端側に開口部２２を有し、開口部２２とは反対側の他端部がダイアフラム２４により閉塞された閉塞部となっている有底筒状をなすものである。

また、ハウジング２０における表面のうちダイアフラム２４の位置においては、ダイアフラム２４の変形に応じた電気信号を出力するセンサチップ４０が取り付けられている。このセンサチップ４０は、図示しないが、低融点ガラスを介したガラス接合などにより、ダイアフラム２４の表面に接合されている。

センサチップ４０は、例えばシリコン基板を用いて形成されており、このシリコン基板の表面に図示しない歪みゲージが備えられたものである。この歪みゲージは、たとえばＰ型不純物をドーピングして形成したホイートストンブリッジ状をなす。そして、媒体導入通路２３から導入された圧力によってダイアフラム２４が変形したときに、この変形に応じた当該歪みゲージ抵抗値の変化を電気信号に変換して各接点部４１を介して出力するため、センサチップ４０は、検出部として機能する。

コネクタケース３０は、当該コネクタケース３０の外郭を構成するコネクタ本体３１を備えており、このコネクタ本体３１は、ＰＰＳ（ポリプロピレンサルファイド）などの樹脂を成形してなるものであり、金属などよりなる導電性の複数のリード３２や当該コネクタケース３０をハウジング２０に溶接固定するための円筒部３３が、インサート成形などにより一体に成形されている。当該コネクタケース３０は、円筒部３３の下端部がハウジング２０の外周に設けられる円柱状の段部２５に溶接接合等されることで、ダイアフラム２４を取り囲むようにしてハウジング２０と一体化される。

図２および図３に示すように、コネクタ本体３１には、ハウジング２０との組み付け時にセンサチップ４０の各接点部４１の直上にて当該各接点部４１に近接する貫通孔３４がそれぞれ形成されている。各貫通孔３４は、下側ほど開口が小さくなるように形成されており、これら各貫通孔３４内には、対応するリード３２の下端部がそれぞれ露出している。

各貫通孔３４内には、導電ゲル等の導電性の充填部材３５がそれぞれ充填されており、これら各貫通孔３４内に充填された充填部材３５は、その下端部が当該貫通孔３４に近接する接点部４１に接触することで導通している。これにより、センサチップ４０の各接点部４１と対応するリード３２とが充填部材３５を介してそれぞれ電気的に接続される。

そして、各リード３２の上端部が、図示しない外部コネクタなどに接続されることにより、圧力センサ１０の外部にある相手側回路等へ配線部材を介して信号のやりとりが可能となるように電気的に接続されることとなる。

次に、上述のように構成される圧力センサ１０の製造方法について、図４を参照して説明する。図４は、圧力センサ１０の製造工程の流れを説明する説明図である。
まず、図４のステップＳ１０１のハウジング成形工程に応じて、上述のように形成されて、センサチップ４０が取り付けられたハウジング２０を用意する。

次に、ステップＳ１０３のコネクタケース成形工程に応じて、コネクタ本体３１や各リード３２等が一体に成形され、各貫通孔３４が形成されてこれら各貫通孔３４内にリード３２の一部が露出するコネクタケース３０を用意する。続いて、ステップＳ１０５の組付工程に応じて、コネクタケース３０の円筒部３３の下端部をハウジング２０の段部２５に溶接接合等することで、コネクタケース３０をハウジング２０に組み付ける。

そして、ステップＳ１０７の充填工程に応じて、各貫通孔３４に対して上方から導電性の充填部材３５を流し込んで充填する。このとき、充填部材３５は、下方へ流れ込みながら当該貫通孔３４内に充填され、貫通孔３４から流れ出る一部の充填部材３５がセンサチップ４０の対応する接点部４１に接触して導通する。貫通孔３４内にはリード３２の下端部が露出しているため、センサチップ４０の各接点部４１と対応するリード３２とが充填部材３５を介してそれぞれ電気的に接続されることとなる。
これにより、図１に示す圧力センサ１０が完成する。

以上説明したように、本実施形態に係る圧力センサ１０では、コネクタケース３０には、ハウジング２０との組み付け時に当該ハウジング２０に取り付けられたセンサチップ４０の接点部４１の直上にて当該接点部４１に近接する貫通孔３４が形成されている。そして、リード３２は、その一部が貫通孔３４内に露出することで、当該貫通孔３４に充填されるとともに接点部４１に導通される導電性の充填部材３５により、接点部４１に電気的に接続される。

また、本実施形態に係る圧力センサ１０の製造方法としては、ハウジング成形工程（第１工程）により、センサチップ４０が取り付けられたハウジング２０が用意され、コネクタケース成形工程（第２工程）により、貫通孔３４が形成されこの貫通孔３４内にリード３２の一部が露出するコネクタケース３０が用意され、組付工程（第３工程）により、コネクタケース３０がハウジング２０に組み付けられ、充填工程（第４工程）により、貫通孔３４に導電性の充填部材３５を充填するとともにこの充填部材３５を接点部４１に導通させることで、リード３２と接点部４１とが電気的に接続される。

これにより、貫通孔３４に導電性の充填部材３５を充填して接点部４１に導通させるだけで、センサチップ４０の接点部４１とリード３２とが電気的に接続されるので、センサチップ４０とリード３２とを簡易な構成にて確実に電気的に接続することができる。

また、本実施形態に係る圧力センサ１０では、貫通孔３４は、下側ほど開口が小さくなるように形成されるため、上側から流し込んだ充填部材３５が貫通孔３４内に隙間無く充填されやすくなり、センサチップ４０とリード３２とをより確実に電気的に接続することができる。

さらに、本実施形態に係る圧力センサ１０では、リード３２は、コネクタ本体３１に対して、その一部が貫通孔３４内に露出するように一体成形されるため、リード３２の一部が確実に貫通孔３４内に露出することとなり、この貫通孔３４に充填部材３５を充填することで、センサチップ４０とリード３２とをより確実に電気的に接続することができる。

図５は、本実施形態の第１変形例に係るコネクタケース３０の貫通孔３４ａ近傍を拡大して示す断面図である。図６は、図５の６−６線相当の切断面を概略的に示す断面図である。
本実施形態の第１変形例として、コネクタケース３０に対して上述した貫通孔３４に代えて貫通孔３４ａを形成するようにしてもよい。この貫通孔３４ａは、図５および図６に示すように、コネクタ本体３１によるリード３２の支持を強化するために、充填部材３５が充填される深さのうち下方のみリード３２の下端部が露出するように形成されている。このようにしても、貫通孔３４ａに充填部材３５を充填して接点部４１に導通させるだけで、センサチップ４０の接点部４１とリード３２とを電気的に接続して、センサチップ４０とリード３２とを確実に電気的に接続することができる。

図７は、本実施形態の第２変形例に係るコネクタケース３０の貫通孔３４近傍を拡大して示す断面図である。なお、図７では、説明の便宜上、互いに近接する貫通孔３４とこれら貫通孔３４にそれぞれ露出するリード３２との二組のみを示している。
本実施形態の第２変形例として、図７に示すように、コネクタケース３０には、各貫通孔３４の下端部に、ハウジング２０との組み付け時に貫通孔３４に充填された充填部材３５と他の貫通孔３４に充填された充填部材３５との導通を防止するための仕切部３６をそれぞれ形成してもよい。

これにより、各リード３２に接続するべきセンサチップ４０の接点部４１が互いに近接する場合であっても、それぞれの貫通孔３４の下方から流出した充填部材３５が仕切部３６により仕切られて互いに導通しないので、各リード３２間の導通（短絡）を防止することができる。なお、仕切部３６はセンサチップ４０に直接接触しておらず、これら仕切部３６およびセンサチップ４０との間には、充填部材３５が流れ込まない程度の隙間が形成されているものとする。

なお、本発明は上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよい。
（１）本発明に係るセンサ装置は、圧力センサに適用されることに限らず、例えば、温度センサや誘電率センサに適用されてもよい。この場合、センサチップは、測定媒体の温度や誘電率等を検出可能に構成される。

（２）センサチップ４０にダイアフラム等から構成されるセンシング部を設けるとともに、ハウジング２０のダイアフラム２４を廃止して媒体導入通路２３を他端部に貫通させ、当該媒体導入通路２３を介した測定媒体を上記センシング部に直接導入することで、測定媒体の状態（圧力等）に応じた信号をセンサチップ４０から出力するようにしてもよい。

（３）コネクタケース３０の貫通孔３４は、下側ほど開口が小さくなるように形成されることに限らず、例えば、上下方向に直交する断面を円状に形成するなど、充填する充填部材３５に応じて充填し易い形状に形成されてもよい。

（４）各リード３２は、コネクタ本体３１と一体成形されることに限らず、別体として構成されて対応する貫通孔にその下端部が露出するように支持されてもよい。

１０…圧力センサ（センサ装置）
２０…ハウジング
２４…ダイアフラム
３０…コネクタケース
３１…コネクタ本体
３２…リード
３４，３４ａ…貫通孔
３５…充填部材
３６…仕切部
４０…センサチップ
４１…接点部

Claims (5)

1. 測定媒体の状態に応じた信号を出力可能なセンサチップと、
   前記センサチップが取り付けられて当該センサチップに前記測定媒体の状態を伝達するハウジングと、
   前記ハウジングに一体に組み付けられて、前記センサチップの接点部に電気的に接続されることで当該センサチップからの信号を取り出すリードを有するコネクタケースと、
   を備えるセンサ装置であって、
   前記コネクタケースには、前記ハウジングとの組み付け時に前記接点部の直上にて当該接点部に近接する貫通孔が形成され、
   前記リードは、その一部が前記貫通孔内に露出することで、当該貫通孔に充填されるとともに前記接点部に導通される導電性の充填部材により前記接点部に電気的に接続されることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記貫通孔は、下側ほど開口が小さくなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記リードは、前記コネクタケースの外郭を構成するコネクタ本体に対して、その一部が前記貫通孔内に露出するように一体成形されることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. 前記コネクタケースは、
   前記リードを複数備えるとともにこれら各リードに対応して前記貫通孔がそれぞれ形成され、
   各貫通孔の下端部には、前記ハウジングとの組み付け時に前記貫通孔に充填された前記充填部材と他の貫通孔に充填された充填部材との導通を防止するための仕切部がそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
5. 測定媒体の状態に応じた信号を出力可能なセンサチップと、
   前記センサチップが取り付けられて当該センサチップに前記測定媒体の状態を伝達するハウジングと、
   前記ハウジングに一体に組み付けられて、前記センサチップの接点部に電気的に接続されることで当該センサチップからの信号を取り出すリードを有するコネクタケースと、
   を備えるセンサ装置の製造方法であって、
   前記センサチップが取り付けられた前記ハウジングを用意する第１工程と、
   前記ハウジングとの組み付け時に前記接点部の直上にて当該接点部に近接する貫通孔が形成されこの貫通孔内に前記リードの一部が露出する前記コネクタケースを用意する第２工程と、
   前記コネクタケースを前記ハウジングに組み付ける第３工程と、
   前記貫通孔に導電性の充填部材を充填するとともにこの充填部材を前記接点部に導通させることで、前記リードと前記接点部とを電気的に接続する第４工程と、
   を備えることを特徴とするセンサ装置の製造方法。

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