JP2015004591A - 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、ハンダ付け１１０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。

上記目的を達成するために、本発明の圧力センサは、流体の圧力を受圧するダイアフラムと、アースパッドを含む複数のボンディングパッドを備えた半導体形圧力検出装置と、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前記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電気的に接続される複数の端子ピン及び電気回路のゼロ電位と接続される１つのアース端子ピンとを具備した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の周囲位置に除電板が設けられており、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検出装置の前記ベースからの高さと面一、あるいはそれよりも低い位置に配置されており、前記除電板は、前記半導体形圧力検出装置のアースパッド及び前記アース端子ピンと電気的に接続されたことを特徴とする。

また、前記除電板は、前記圧力検出素子の周囲位置の一部に配置されることもできる。
さらに、前記除電板は、前記アース端子ピンとハンダ付けにより電気的に接続されることができる。

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第１の実施例の縦断面図である。 本発明の圧力センサの第１の実施例を示す要部の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。 本発明の圧力センサの第２の実施例を示す要部の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ´断面図である。

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の大径の開口部には、後述する半導体形圧力検出装置６０が搭載されたベース４０、図示されない流体流入管が接続される接続ナット２０を支持する取付部材３０、ベース４０及び取付部材３０によりその外周部が挟持されたダイアフラム５０等より成る圧力検知ユニットが取り付けられる。
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。ボール９９は、ベース４０に形成された孔９９ａを介して受圧空間５２内に液状媒質を充填した後に該孔を封止する為のものであり、ベース４０に溶接等の手段で固着される。
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。圧力検出素子６４は、この例においては８つのボンディングパッド（電極）を備え、そのうちの３つは出力信号用の電源入力パッド、アースパッド及び信号出力パッドであり、残る５つは信号調整用パッドである。

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（この例においては８本）の端子ピン７０、７２が位置する。端子ピン７０、７２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。

複数の端子ピンのうちの１つはアース端子ピン７２である。これらの７本の端子ピン７０と１本のアース端子ピン７２は中継基板９０に接続される。また、電源入力パッド、アースパッド及び信号出力パッドに接続された３本の端子ピン７０、７２は、コネクタ９２を介してリード線９４に連結される。リード線９４は、当該圧力センサ１が設置された冷凍冷蔵装置や空調装置等の制御盤内に設けられた図示されない電気回路に接続される。
半導体形圧力検出装置６０（圧力検出素子６４）の、アースパッドを除く各ボンディングパッドと端子ピン７０とはボンディングワイヤ８０で接続（結線）される。また、アースパッドは後述する除電板１００とボンディングワイヤ８１で接続される。
上述の圧力検知ユニットがカバー１０内に配置された後、カバー１０の大径の開口部側及び小径の開口部側（リード線９４が導出される側）からカバー１０の内部に樹脂Ｐが充填、固化され、これによりカバー１０内に圧力検知ユニットが固定される。

接続ナット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。

この第１の実施例にあっては、半導体形圧力検出装置６０を囲むように（半導体形圧力検出装置６０の周囲に）、除電板１００がベース４０上に接着剤等により貼り付けてある。

除電板１００は、外部形状が多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の外周を囲むための窓孔１０２と、アース端子ピン７２を挿通する為の孔部１０２ａを設けてある。
除電板１００がベース４０上に貼り付けられた状態においては、孔部１０２ａに挿通されたアース端子ピン７２の先端部は、除電板１００の上面からやや突出している。そして、除電板１００とアース端子ピン７２との間はハンダ付け１１０により電気的に接続される。
ハンダ付け１１０により除電板１００とアース端子ピン７２を結合するので、平坦面で結合することができる。

アース端子ピン７２は、リード線９４を介して当該圧力センサ１が設置された冷凍冷蔵装置や空調装置等の制御盤内に設けられた電気回路のゼロ電位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、あるいは受圧空間５２内に充填された液状媒質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の帯電に起因する作動不良が防止される。

図３は、本発明の圧力センサの第２の実施例の要部を示す図であり、図１及び２と同一の符号は、同一又は同等部分を示している。
図３に示す第２の実施例にあっては、半導体形圧力検出装置６０の周囲の一部（側面）に除電板２００がベース４０上に接着剤等により貼り付けてある。

除電板２００は、外部形状が平面形状を有し、図２に示された半導体形圧力検出装置６０を囲う形状とは異なり、該検出装置６０の側面に配置され、前述の除電板１００に比較して小型となっている。
この除電板２００も、半導体形圧力検出装置６０のアースパッドとボンディングワイヤ８１により接続され、また除電板２００と該除電板２００に設けられた孔部１０２ａに挿通されたアース端子ピン７２との間はハンダ付け２１０により電気的に接続される。
ハンダ付け２１０により除電板２００とアース端子ピン７２を結合するので、平坦面で結合することができる。

アース端子ピン７２は、リード線９４を介して当該圧力センサ１が設置された冷凍冷蔵装置や空調装置等の制御盤内に設けられた電気回路のゼロ電位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、あるいは受圧空間５２内に充填された液状媒質に帯電する電位は除電板２００を介して除電され、これにより半導体形圧力検出装置６０の帯電に起因する作動不良が防止される。

除電板１００、２００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）、ＰＰＳ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を形成した構造を有し、接着剤層を介してベース４０上に固着される。導電層は、金属の板状で構成したり、あるいは印刷や焼成で形成してもよい。導電層の材料としては金、銀、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。
また、除電板は、絶縁層を設けることなく、金属板のみで構成されてもよい。

本発明の各実施例に装備される板状の除電板１００、２００は、そのベース４０からの高さが半導体形圧力検出装置６０のベース４０からの高さと同一かあるいは低い位置に設定されている。換言すれば、除電板１００、２００は、固着されるベース４０の表面の基準高さ位置に対して、除電板の表面高さ位置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、２００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。
また、上記の構成により、圧力検出素子６４のボンディングパッドと端子ピン７０とをワイヤボンディングする際に、除電板１００、２００が邪魔をすることがなく、その作業性が低下することがない。

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。

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。
なお、除電板１００、２００の高さ位置は、ガラス台座６２の高さ位置よりも低くしても良い。
また、除電板１００、２００とアース端子ピン７２との間はハンダ付け１１０により電気的に接続されるものとしたが、本発明は特にこれのみに限定されることはなく、カシメ、圧着、圧入、溶接、あるいは導電性接着剤を用いた接着等の手法により、電気的に接続されても良い。

１ 圧力センサ １０ カバー
２０ 接続ナット 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、８１ 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 除電板
１１０、２１０ ハンダ付け

Claims (4)

1. 流体の圧力を受圧するダイアフラムと、
   アースパッドを含む複数のボンディングパッドを備えた半導体形圧力検出装置と、
   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前記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電気的に接続される複数の端子ピン及び電気回路のゼロ電位と接続される１つのアース端子ピンとを具備した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の周囲位置に除電板が設けられており、
   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検出装置の前記ベースからの高さと面一、あるいはそれよりも低い位置に配置されており、
   前記除電板は、前記半導体形圧力検出装置のアースパッド及び前記アース端子ピンと電気的に接続されたことを特徴とする圧力センサ。
2. 前記除電板は、前記アース端子ピンとハンダ付けにより電気的に接続されたことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
3. 流体の圧力を受圧するダイアフラムと、
   アースパッドを含む複数のボンディングパッドを備えた半導体形圧力検出装置と、
   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前記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電気的に接続される複数の端子ピン及び電気回路のゼロ電位と接続される１つのアース端子ピンとを具備した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の周囲位置の一部に除電板が設けられており、
   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検出装置の前記ベースからの高さと面一、あるいはそれよりも低い位置に配置されており、
   前記除電板は、前記半導体形圧力検出装置のアースパッド及び前記アース端子ピンと電気的に接続されたことを特徴とする圧力センサ。
4. 前記除電板は、前記アース端子ピンとハンダ付けにより電気的に接続されたことを特徴とする請求項３記載の圧力センサ。