JP2014178125A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサの受圧空間内の帯電防止を図る。
【解決手段】圧力センサ１は、カバー１０内に固定されるベース４０にダイアフラム５０が取り付けられてオイルが封入される受圧空間５２が形成される。半導体形圧力検出装置６０はボンディングワイヤ８０により、複数本の端子ピン７０に接続される。半導体形圧力検出装置６０の周囲に取り付けられる除電板１００は、アース用ボンディングワイヤ８２によりアース端子ピン７２に結線され、受圧空間５２内に封入された絶縁性媒質の帯電を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体形圧力検出装置を備えた圧力センサに関する。

この種の圧力センサは、冷凍冷蔵装置や空調装置に装備されて冷媒圧力を検知したり、産業用機器に装備されて各種の流体圧力の検知に使用されている。
半導体形圧力検出装置は、ダイアフラムで区画されてオイルが封入された受圧室内に配置され、受圧空間内の圧力変化を電気信号に変換して外部に出力する機能を備える。
ダイアフラムは可撓性の金属板であって、半導体形圧力検出素子との間で電位差が発生したり、封入されたオイルが静電気を帯びたりすると、半導体形圧力検出素子に不具合が生ずる場合がある。

そこで、半導体形圧力検出素子とダイアフラムとの間に導電性部材を配置して、この導電性部材を電気回路のゼロ電位に接続することで除電を図るものが、下記の特許文献に開示されている。

特開２００３−３０２３００号公報

本発明の目的は、より簡素な構造の除電板を備え、受圧空間の高さ寸法を拡大する必要がない圧力検出センサを提供するものである。

本発明の圧力センサは、ダイアフラムとベースとからなる圧力検出部が一体的に装備される圧力センサであって、ベース上には、半導体形圧力検出装置と、その周囲位置に配置される除電板とが搭載されている。除電板は、ベースからの高さが半導体形圧力装置のベースからの高さよりも低い位置に配置され、除電板は、アース用ボンディングワイヤを介してアース端子ピンに電気的に導通している。

ボンディングワイヤは、アース用の線径を他よりも大径に構成する、あるいは複数本で構成することもできる。

除電板は、外郭形状が四角形状であって中央部に窓孔を有している。また、外郭形状は八角形状や円形状とすることもできる。除電板の一部にスリットが設けられることもある。

本発明の構成を採用することによって、静電気等の電磁気的ノイズに対する耐性に富んだ信頼性の高い圧力センサを提供することができる。

本発明の圧力センサの断面図である。 本発明の圧力センサの要部の平面図である。 本発明の圧力センサの要部拡大平面図である。 半導体形圧力検出素子と除電板の詳細を示す要部拡大断面図である。 本発明の圧力センサの第１製造工程を示す説明図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の圧力センサの第２製造工程を示す説明図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の圧力センサの第３製造工程を示す説明図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の圧力センサの他の実施形態を示す平面図である。 本発明の圧力センサの更に他の実施形態を示す平面図である。 本発明の圧力センサの更に他の実施形態を示す平面図である。 本発明の圧力センサの更に他の実施形態を示す要部の拡大平面図である。

図１及び図２に示すように、圧力センサ１は段付の円筒形状のカバー１０を有し、カバー１０の大径の開口部に対向して流体流入管２０が取り付けられる。カバー１０の内部にはベース４０が組み付けられ、流体流入管２０を支持する取付部材３０との間にダイアフラム５０の外周部が挟み込まれる。
皿状のベース４０とダイアフラム５０で区画される受圧空間５２にはオイル等の絶縁性の液状媒質が充填される。
ベース４０の受圧空間５２側の中央部には半導体形圧力検出装置６０が搭載される。圧力検出装置６０は、ガラス製の台座６２とそれに貼付された圧力検出素子（半導体チップ）６４とからなる。

半導体形圧力検出装置６０の周囲にはベース４０を貫通する複数本の端子ピン７０が位置する。端子ピン７０はベース４０に対してハーメチックシール７４により絶縁封止されて起立する。

端子ピン７０と同様の構造をもつアース端子ピン７２も設けられる。端子ピン７０とアース端子ピン７２は中継基板９０に接続され、コネクタ９２を介してリード線９４に連結されて外部に出力される。半導体形圧力検出装置６０と端子ピン７０の間はボンディングワイヤ８０で接続（結線）される。

流体流入管２０に導入される流体は流体導入室３２内に入り、その圧力でダイアフラム５０が変形し、受圧空間５２内の媒質を加圧する。
半導体形圧力検出素子６４はこの圧力変動を検知して電気信号に変換し、端子ピン７０を介して電気信号を外部に出力する。

本発明の圧力センサ１にあっては、半導体形圧力検出装置６０を囲むように、除電板１００がベース４０上に取り付けてある。

図２に示す除電板１００は、外部形状が四角形状の平面形状を有し、内側に半導体形圧力検出装置６０を収容する窓孔１０２を設けてある。
そして、除電板１００とアース端子ピン７２の間はアース用ボンディングワイヤ８２で結線される。

アース端子ピン７２は電位ゼロの電気回路に接続されるものであり、半導体形圧力検出装置６０の周囲に帯電する電位は除電板１００を介して除電され、これにより半導体形圧力検出装置６０の静電気帯電に起因する作動不良が防止される。

本実施例にあっては、アース用ボンディングワイヤ８２の線径は、他のボンディングワイヤ８０に比べて大径のものを使用することにより、高い除電性能を備える。

図３、図４に拡大して示すように、半導体形圧力検出装置６０は、ガラス製の台座部６２の上面に圧力検出素子６４が搭載された構造を有し、接着剤層６２ａにより金属製のベース４０に固着される。

除電板１００は、例えば、セラミックス、ガラス等の無機材料、又はポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（PET）等の耐熱性に富んだ絶縁層を設け、その片側の面に導電層１１０を形成した構造を有し、接着剤層１００ａを介してベース４０上に固着される。導電層１１０の材料としては金、銅、アルミニウム、ニッケル等が代表的であるが、高電圧耐久性を得るためにタングステンやモリブデン等が高融点材料を用いることもできる。

半導体形圧力検出装置６０（圧力検出素子６４）と端子ピン７０の間はボンディングワイヤ８０で結線され、除電板１００の導電層１１０とアース端子ピン７２の間は太径のアース用ボンディングワイヤ８２により結線される。

本発明の圧力センサ１に装備される板状の除電板１００は、固着されるベース４０の表面の基準高さ位置Ｈ_０に対して、除電板１００の表面高さ位置Ｈ_２が半導体形圧力検出装置６０のガラス製台座部６２の表面高さ位置Ｈ_１に比べて低くなるように構成されている。
これにより、受圧空間５２の高さ寸法を従来の圧力センサのものと同様としたままで、除電板１００を配設することが可能となり、圧力センサのサイズの変更を必要とすることなくオイル等の封入媒質の除電を効果的に発揮させることができる。

本発明は以上のように、受圧空間５２内の帯電を効果的に除去して半導体形圧力検出装置６０の作動不良をより確実に防止することができる。

次に、本発明の圧力センサの製造過程について説明する。
図５は、端子ピン７０やアース端子ピン７２に植設されたベース４０をその受圧空間５２側を上に向けて設置し、ベース４０中央部に半導体形圧力検出装置６０を固着する工程を示す。
半導体形圧力検出装置６０の位置決めのために、この実施形態では、ベース４０の中央部に凹部４２を設けてある。半導体形圧力検出装置６０は接着剤層によりベース４０に固着される。

図６は、半導体形圧力検出装置６０の周囲に除電板１００を固着する工程を示す。
除電板１００は、中央部に窓孔１０２を有し、この窓孔１０２内に半導体形圧力検出装置６０を収容する姿勢で導電層を上向きにした状態で除電板１００を接着剤層１００ａによりベース４０上に固着する。
図４に示すように、除電板１００の受圧空間５２側の高さ位置Ｈ_２は、ガラス製台座部６２の高さ位置Ｈ_１に比べて低くなるように構成されている。

図７は、半導体形圧力検出装置子６０と端子ピン７０及び除電板１００とアース端子ピン７２の間をボンディングワイヤ８０とアース用ボンディングワイヤ８２により結線する工程を示す。
圧力検出素子６４と除電板１００の上側の空間には何らの部材が存在しないので、この結線作業は通常のワイヤボンディングと同一の工程で容易に実施することができる。

図８は、除電板の他の実施形態を示す。この実施形態の除電板２００は、外部形状が八角形状で中央部に窓孔２０２を有するものである。

図９は除電板のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の除電板３００は、外部形状が円形形状で中央部に窓孔３０２を有するものである。

図１０は、除電板のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の除電板４００は、中央部に窓孔４０２を有するとともに、一部にスリット４０４が設けてある。スリット４０４の位置は、アース端子ピン７２の対角位置に設定される。
スリット４０４を設けることにより、確実な除電作用が得られる。

図１１に、本発明の更に他の実施形態を示す。
本実施形態にあっては、アース用ボンディングワイヤを複数本（この実施例では３本）のボンディングワイヤ２８２で構成してある。
各ボンディングワイヤは他の結線用ボンディングワイヤ８０と同一のものを用いてあり、アース用に特別なワイヤを用意する必要はない。
この構成によっても除電作用はより確実に遂行される。他の構成は先の実施形態と同様である。

除電板は、上記の各実施形態では半導体形圧力検出装置を取り囲む形状としているが、これに限るものではなく、矩形状の除電板としてそれを半導体形圧力検出装置の横（側方）に配置する形態とすることも可能である。

本発明の圧力センサにあっては、半導体形圧力検出装置の周囲に又はその側方位置に除電板を設けてあるので、受圧空間内の静電気等の電磁気的ノイズによる影響を防止して、センサとしての信頼性を向上することができる。
また、除電板１０２は、使用環境のノイズレベルに応じて、受圧空間内への設置の有無を適宜に選択することが可能である。
また、除電板の高さ位置を半導体形圧力検出装置の高さ位置より低くすることにより、ワイヤボンディングの作業性を損なうことなく圧力センサの製造工程が簡素化され、サイズも従来のものと同様に保つことができる。

１ 圧力センサ １０ カバー
２０ 流体導入部 ３０ 取付部材
３２ 流体導入室 ４０ ベース
５０ ダイアフラム ５２ 受圧空間
６０ 半導体形圧力検出装置 ６２ ガラス台座
６４ 検出素子 ７０ 端子ピン
７２ アース端子ピン ７４ ハーメチックシール
８０ ボンディングワイヤ ８２ アース用ボンディングワイヤ
９０ 中継基板 ９２ コネクタ
９４ リード線
１００、２００、３００、４００ 除電板
１０２、２０２、３０２、４０２ 窓孔
４０４ スリット

Claims (7)

1. 流体の圧力を受圧するダイアフラムと、
   前記ダイアフラムとの間でオイル等の絶縁性媒質が封入された受圧空間が形成され前記受圧空間内に半導体形圧力検出装置が設けられるベースと、
   前記ベースに植設され前記半導体形圧力検出装置とボンディングワイヤを介して結線される複数の端子ピン及びアース端子ピンとを具備し、
   前記ダイアフラムと前記ベースとからなる圧力検出部が一体的に装備される圧力センサであって、
   前記ベース上には、前記半導体形圧力検出装置と、その周囲位置に配置される除電板とが搭載されており
   前記除電板は、前記ベースからの高さが前記半導体形圧力装置の前記ベースからの高さよりも低い位置に配置されており、
   前記除電板は、アース用ボンディングワイヤを介して前記アース端子ピンに電気的に導通させてある
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 前記アース用ボンディングワイヤの線径は他のボンディングワイヤの線径よりも大径にしてあることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
3. 前記アース用ボンディングワイヤが複数本からなることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
4. 前記除電板は、外郭形状が四角形状であって中央部に窓孔を有することを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
5. 前記除電板は、外郭形状が八角形状であって中央部に窓孔を有することを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
6. 前記除電板は、外郭形状が円形状であって中央部に窓孔を有することを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
7. 前記除電板にはその一部にスリットが設けてあることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の圧力センサ。