JP2017146138A - 圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】追加的な部材を用いることによる製造上の工数増加を抑えるとともに、半導体型圧力検出装置の絶縁を確保できる圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサを提供する。【解決手段】蓋状に形成されたセラミックス製のベースと、皿状に形成された受け部材と、前記ベース及び前記受け部材の間に挟まれたダイアフラムと、前記ベースにおける前記ダイアフラムの間に形成された受圧空間側に取り付けられた半導体型圧力検出装置と、前記半導体型圧力検出装置に電気的に接続されるとともに前記ベースを貫通する端子ピンと、を備え、前記ベースの前記受圧空間側の面であって、前記半導体型圧力検出装置の近傍の領域に金属層が設けられた圧力検出ユニット。【選択図】図１
Description
本発明は、圧力センサに関し、特に、半導体型圧力検出装置を収容した液封入式の圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサに関する。
従来、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半導体型圧力検出装置を収容した液封入式の圧力センサは、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、自動車の燃料供給装置に装備されて供給されるオイル圧力の検知に使用されている。
半導体型圧力検出装置は、上記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有している。
半導体型圧力検出装置は、上記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有している。
受圧空間内に配置されるダイアフラムは、可撓性の金属板で構成されているため、使用される環境によって、半導体からなる圧力検出素子と金属筐体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等で電荷を帯びたりすると、圧力検出素子の表面に電荷が滞留して圧力検出素子の検出動作に不具合が生ずる場合がある。
そこで、上記圧力検出素子が収容されている受圧空間内に除電板をさらに配置し、この除電板を電気回路のゼロ電位に接続することにより、上記不具合の解消を図る圧力センサが知られている（特許文献１参照）。
そこで、上記圧力検出素子が収容されている受圧空間内に除電板をさらに配置し、この除電板を電気回路のゼロ電位に接続することにより、上記不具合の解消を図る圧力センサが知られている（特許文献１参照）。
特許文献１に開示されている圧力センサにおいては、通常、圧力検出部を構成するベース、ダイアフラム及び受け部材は、それぞれステンレス鋼等の金属材料で形成されているため、除電板として、例えばセラミックスやガラス等の絶縁性を有する材料の表面に導電層を設けたものを配置している。
しかしながら、特許文献１に開示された圧力センサは、ベース、ダイアフラム及び受け部材に加えて除電板を配置することから、当該除電板を加工する工程と除電板をベースに取り付ける工程とが必要となるため、製造上の工数が増加する懸念がある。
また、ベースが金属材料であるため、例えば落雷等で圧力センサが取り付けられた系に高電圧が印加された場合に、ベースに取り付けられた半導体型圧力検出装置にも瞬間的に高電圧が印加されることになり、当該半導体型圧力検出装置の検出精度の低下を招くおそれがあった。
しかしながら、特許文献１に開示された圧力センサは、ベース、ダイアフラム及び受け部材に加えて除電板を配置することから、当該除電板を加工する工程と除電板をベースに取り付ける工程とが必要となるため、製造上の工数が増加する懸念がある。
また、ベースが金属材料であるため、例えば落雷等で圧力センサが取り付けられた系に高電圧が印加された場合に、ベースに取り付けられた半導体型圧力検出装置にも瞬間的に高電圧が印加されることになり、当該半導体型圧力検出装置の検出精度の低下を招くおそれがあった。
そこで、本発明の目的は、追加的な部材を用いることによる製造上の工数増加を抑えるとともに、半導体型圧力検出装置の絶縁を確保できる圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明による圧力検出ユニットは、蓋状に形成されたセラミックス製のベースと、皿状に形成された受け部材と、前記ベース及び前記受け部材の間に挟まれたダイアフラムと、前記ベースにおける前記ダイアフラムの間に形成された受圧空間側に取り付けられた半導体型圧力検出装置と、前記半導体型圧力検出装置に電気的に接続されるとともに前記ベースを貫通する端子ピンと、を備え、前記ベースの前記受圧空間側の面であって、前記半導体型圧力検出装置の近傍の領域に金属層が設けられている。
本発明の一実施例による圧力検出ユニットは、前記複数の端子ピンは、前記半導体型圧力検出装置のアースパッドに電気的に接続されるアース端子ピンと、前記半導体型圧力検出装置の信号出力用パッドに電気的に接続される信号出力用端子ピンと、を含み、前記ベースと前記複数の端子ピンとの間に第１のロウ付け部が形成されており、前記アース端子ピンは、前記金属層と前記第１のロウ付け部を介して電気的に接続されている。
このとき、前記ベースと前記第１のロウ付け部との間にメタライズ層がさらに形成されてもよい。
このとき、前記ベースと前記第１のロウ付け部との間にメタライズ層がさらに形成されてもよい。
また、本発明の一実施例による圧力検出ユニットは、前記ベースと前記ダイアフラムとの間に、リング部材がさらに挟み込まれている。
このとき、前記ベースと前記リング部材との間に第２のロウ付け部が形成され、前記ベースと前記第２のロウ付け部との間にメタライズ層がさらに形成されてもよい。
さらに、前記ベースと前記受け部材とを、外周側からカシメ一体化するカシメ部材をさらに備えるものでもよい。
このとき、前記ベースと前記リング部材との間に第２のロウ付け部が形成され、前記ベースと前記第２のロウ付け部との間にメタライズ層がさらに形成されてもよい。
さらに、前記ベースと前記受け部材とを、外周側からカシメ一体化するカシメ部材をさらに備えるものでもよい。
本発明による圧力検出ユニットは、前記圧力検出ユニットを外周側から包むように取り付けられるカバーと、一端が前記圧力検出ユニットの端子ピンに電気的に接続されるとともに他端が前記カバーの外部に突出するリード線と、前記圧力検出ユニットの受け部材に取り付けられる流体流入管と、
を備えた圧力センサの一部として用いることができる。
を備えた圧力センサの一部として用いることができる。
本発明による圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサによれば、追加的な部材による重量増を抑えるとともに、半導体型圧力検出装置の絶縁を確保できる。
また、本発明による圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサは、温度環境の変化によるベースの膨張あるいは収縮の影響が小さいため、温度環境の変化による検出精度の低下を抑制できる。
また、本発明による圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサは、温度環境の変化によるベースの膨張あるいは収縮の影響が小さいため、温度環境の変化による検出精度の低下を抑制できる。
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１による圧力検出ユニットの概略を示しており、（ａ）は圧力検出ユニットの上面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面を側面視したものを示している。
図１に示すように、本発明の実施例１による圧力検出ユニット１００は、セラミックスからなるベース１１０と、当該ベース１１０に対向する受け部材１２０と、ベース１１０及び受け部材１２０の間に挟まれたダイアフラム１３０及びリング部材１４０と、を含む。
図１は、本発明の実施例１による圧力検出ユニットの概略を示しており、（ａ）は圧力検出ユニットの上面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面を側面視したものを示している。
図１に示すように、本発明の実施例１による圧力検出ユニット１００は、セラミックスからなるベース１１０と、当該ベース１１０に対向する受け部材１２０と、ベース１１０及び受け部材１２０の間に挟まれたダイアフラム１３０及びリング部材１４０と、を含む。
ベース１１０は、上面視円形の蓋状の部材であって、図１（ｂ）に示すように、外周部１１２と当該外周部１１２より厚さの小さい内側部１１４とが一体となった、絶縁性を有するセラミックス材料で構成されている。すなわち、ベース１１０は、後述する受圧空間Ｓ１が形成されるように、その中央部が凹むような形状とされている。
ベース１１０を構成するセラミックス材料としては、例えば、アルミナやジルコニア等の酸化物、炭化ケイ素等の炭化物、窒化ケイ素等の窒化物をはじめとする一般的に周知なものを用いることができる。
ベース１１０を構成するセラミックス材料としては、例えば、アルミナやジルコニア等の酸化物、炭化ケイ素等の炭化物、窒化ケイ素等の窒化物をはじめとする一般的に周知なものを用いることができる。
ベース１１０の内側部１１４とダイアフラム１３０との間には、密閉された受圧空間Ｓ１が形成され、オイル等の絶縁性の液状媒質が充填される。
また、ベース１１０の内側部１１４における受圧空間Ｓ１側の中央部には、後述する半導体型圧力検出装置１５０が取り付けられている。
また、ベース１１０の内側部１１４における受圧空間Ｓ１側の中央部には、後述する半導体型圧力検出装置１５０が取り付けられている。
図１（ａ）に示すように、ベース１１０における上記半導体型圧力検出装置１５０の周囲位置には、複数の端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６が挿入される複数の貫通穴（図１（ｂ）の符号１１６参照）が形成されている。
そして、複数の端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６は、当該複数の貫通穴１１６に挿通されるとともに、その一端が上記半導体型圧力検出装置１５０と電気的に接続される。
また、ベース１１０には、受圧空間Ｓ１に液状媒質を封入するための流入穴１１８がさらに形成されており、当該流入穴１１８の流入口は、例えば液状媒質の封入後にボール１７０を接合することにより封止される。
そして、複数の端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６は、当該複数の貫通穴１１６に挿通されるとともに、その一端が上記半導体型圧力検出装置１５０と電気的に接続される。
また、ベース１１０には、受圧空間Ｓ１に液状媒質を封入するための流入穴１１８がさらに形成されており、当該流入穴１１８の流入口は、例えば液状媒質の封入後にボール１７０を接合することにより封止される。
受け部材１２０は、例えばステンレス鋼板等の金属材料で形成され、中央部が凹むようにプレス成形された皿状の部材であり、有底筒状の筒部１２１と、当該筒部１２１の上端に形成されたフランジ部１２２と、を有する（なお、受け部材１２０は、プレス成形以外の切削加工等により形成されてもよい）。
筒部１２１の底面には、後述する流体流入管を取り付ける開口部１２３が形成されており、フランジ部１２２の上面には、ダイアフラム１３０が接合されている。
このような構造により、受け部材１２０とダイアフラム１３０との間には、検出対象である流体が流入する加圧空間Ｓ２が形成される。
筒部１２１の底面には、後述する流体流入管を取り付ける開口部１２３が形成されており、フランジ部１２２の上面には、ダイアフラム１３０が接合されている。
このような構造により、受け部材１２０とダイアフラム１３０との間には、検出対象である流体が流入する加圧空間Ｓ２が形成される。
ダイアフラム１３０は、例えばステンレス鋼等の金属材料からなる円板状の薄板部材として形成されており、リング部材１４０は、例えばステンレス鋼等の金属材料からなる環状部材として形成されている。
そして、ダイアフラム１３０は、受け部材１２０とリング部材１４０との間に挟まれる態様で、例えばレーザー溶接等によって周溶接されている。これにより、受け部材１２０とダイアフラム１３０とリング部材１４０とが一体化されて受圧構造体を構成する。
そして、ダイアフラム１３０は、受け部材１２０とリング部材１４０との間に挟まれる態様で、例えばレーザー溶接等によって周溶接されている。これにより、受け部材１２０とダイアフラム１３０とリング部材１４０とが一体化されて受圧構造体を構成する。
半導体型圧力検出装置１５０は、ベース１１０の中央部に接着等によりダイボンディングされる。半導体型圧力検出装置１５０は、ガラス製の支持基板１５２とそれに貼付された圧力検出素子（半導体チップ）１５４とからなる。
圧力検出素子１５４は、その一例として、例えば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用パッドであり、残る５つは信号調整用パッドである。
圧力検出素子１５４は、その一例として、例えば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用パッドであり、残る５つは信号調整用パッドである。
ベース１１０には、図１（ａ）に示すように、アース用端子ピン１６０と、電源入力用端子ピン１６２と、信号出力用端子ピン１６４と、複数本の調整用端子ピン１６６とが、ロウ付けによりベース１１０を貫通して取り付けられる。
アース用端子ピン１６０、電源入力用端子ピン１６２、信号出力用端子ピン１６４及び調整用端子ピン１６６は、上述した半導体型圧力検出装置１５０のアースパッド、電源入力パッド、信号出力用パッド及び信号調整用パッドにそれぞれボンディングワイヤ１６８を介して電気的に接続される。
アース用端子ピン１６０、電源入力用端子ピン１６２、信号出力用端子ピン１６４及び調整用端子ピン１６６は、上述した半導体型圧力検出装置１５０のアースパッド、電源入力パッド、信号出力用パッド及び信号調整用パッドにそれぞれボンディングワイヤ１６８を介して電気的に接続される。
本発明の実施例１による圧力検出ユニット１００において、ベース１１０の内側部１１４における受圧空間Ｓ１側の面であって、上記半導体型圧力検出装置１５０を囲繞する領域には、薄膜状の金属からなる金属層１８０が形成されている。
当該金属層１８０は、例えばセラミックス材料の表面に金属材料をメタライズ処理することにより形成される。
そして、金属層１８０は、上述したアース用端子ピン１６０とベース１１０との間に後述するロウ付け部（第１のロウ付け部Ｂ１）を形成する時に、当該第１のロウ付け部Ｂ１を介してアース用端子ピン１６０と電気的に接続される。
当該金属層１８０は、例えばセラミックス材料の表面に金属材料をメタライズ処理することにより形成される。
そして、金属層１８０は、上述したアース用端子ピン１６０とベース１１０との間に後述するロウ付け部（第１のロウ付け部Ｂ１）を形成する時に、当該第１のロウ付け部Ｂ１を介してアース用端子ピン１６０と電気的に接続される。
本発明の実施例１による圧力検出ユニット１００を組み立てる手順の一例としては、まずベース１１０の内側部１１４における受圧空間Ｓ１側の面であって、上記半導体型圧力検出装置１５０を囲繞する領域に、金属層１８０をメタライズ処理により形成する。
このとき、半導体型圧力検出装置１５０をベース１１０に取り付ける処理と、ベース１１０に金属層１８０を形成するメタライズ処理とを、同時に実行してもよい。
このとき、半導体型圧力検出装置１５０をベース１１０に取り付ける処理と、ベース１１０に金属層１８０を形成するメタライズ処理とを、同時に実行してもよい。
続いて、ベース１１０に形成された貫通穴１１６にアース用端子ピン１６０、電源入力用端子ピン１６２、信号出力用端子ピン１６４及び調整用端子ピン１６６をそれぞれ挿通し、これら複数の端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６とベース１１０とをロウ付けすることにより、第１のロウ付け部Ｂ１を形成して接合固定する（図１（ａ）の符号Ｂ１参照）。すなわち、ベース１１０に形成された複数の貫通孔１１６と複数の端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６との間に、それぞれ銀ロウ等のロウ材を介在させた状態で所定の温度に加熱することにより、ベース１１０のセラミックスと複数の端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６の金属との間に第１のロウ付け部Ｂ１を形成する。
このとき、ロウ付け作業を行う前に、ベース１１０の上記ロウ材と接触する面に予めメタライズ層（例えばＭｏ−Ｍｎ層等）を形成しておくことにより、セラミックス材料とロウ材との濡れ性を高めることができる。
このとき、ロウ付け作業を行う前に、ベース１１０の上記ロウ材と接触する面に予めメタライズ層（例えばＭｏ−Ｍｎ層等）を形成しておくことにより、セラミックス材料とロウ材との濡れ性を高めることができる。
続いて、リング部材１４０の上面（ダイアフラム１３０を溶接した面とは反対側の面）に、ベース１１０を第２のロウ付け部Ｂ２によって接合する。
すなわち、ベース１１０の外周部１１２とリング部材１４０との間に、銀ロウ等のロウ材を介在させた状態で所定の温度に加熱することにより、ベース１１０のセラミックスとリング部材１４０の金属との間に第２のロウ付け部Ｂ２を形成する。
すなわち、ベース１１０の外周部１１２とリング部材１４０との間に、銀ロウ等のロウ材を介在させた状態で所定の温度に加熱することにより、ベース１１０のセラミックスとリング部材１４０の金属との間に第２のロウ付け部Ｂ２を形成する。
このとき、ロウ付け作業を行う前に、ベース１１０における外周部１１２の上記ロウ材と接触する面に予めメタライズ層（例えばＭｏ−Ｍｎ層等）を形成しておくことにより、セラミックス材料とロウ材との濡れ性を高めることができる。
このメタライズ層を形成するメタライズ処理は、上述したベース１１０に金属層１８０を形成するメタライズ処理と同時に実行することが好ましい。
このメタライズ層を形成するメタライズ処理は、上述したベース１１０に金属層１８０を形成するメタライズ処理と同時に実行することが好ましい。
続いて、ベース１１０の中央部に、半導体型圧力検出装置１５０をダイボンディングする。
その後、半導体型圧力検出装置１５０のアースパッド、電源入力パッド信号出力用パッド及び調整用パッドと、上記した複数の端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６の一端とを、それぞれボンディングワイヤ１６８を介して電気的に接続する。
その後、半導体型圧力検出装置１５０のアースパッド、電源入力パッド信号出力用パッド及び調整用パッドと、上記した複数の端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６の一端とを、それぞれボンディングワイヤ１６８を介して電気的に接続する。
続いて、受け部材１２０とリング部材１４０との間にダイアフラム１３０を挟み込んだ状態で、上述のように、これらの重ね合わせ部を外周方向から連続的に周溶接して一体化する。
このとき、周溶接の手法としては、レーザー溶接やアーク溶接等の溶融溶接、あるいはシーム溶接等の抵抗溶接を適用することが可能であるが、溶接によるひずみの低減等を考慮すれば、入熱の小さいレーザー溶接や電子ビーム溶接等を適用することが好ましい。
このとき、周溶接の手法としては、レーザー溶接やアーク溶接等の溶融溶接、あるいはシーム溶接等の抵抗溶接を適用することが可能であるが、溶接によるひずみの低減等を考慮すれば、入熱の小さいレーザー溶接や電子ビーム溶接等を適用することが好ましい。
最後に、ベース１１０とダイアフラム１３０との間に形成された受圧空間Ｓ１に、ベース１１０に形成された流入穴１１８から液状媒質を注入した後、当該流入穴１１８の流入口にボール１７０を接合して封止する。
このとき、ボール１７０のベース１１０との接合は、例えばベース１１０の外面の上記流入穴１１８の近傍に予めメタライズ層を形成しておき、当該メタライズ層とボール１７０とを抵抗溶接することにより、取り付けることができる。
このとき、ボール１７０のベース１１０との接合は、例えばベース１１０の外面の上記流入穴１１８の近傍に予めメタライズ層を形成しておき、当該メタライズ層とボール１７０とを抵抗溶接することにより、取り付けることができる。
図２は、図１に示す本発明の実施例１による圧力検出ユニットを取り付けた圧力センサの縦断面図である。
図２に示すように、圧力センサ１は、図１で例示した本発明の実施例１による圧力検出ユニット１００と、当該圧力検出ユニット１００に取り付けられる円筒形状のカバー１０と、上記圧力検出ユニット１００から突出する端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６の一端が取り付けられる中継基板２０と、中継基板２０に取り付けられるコネクタ２２と、コネクタ２２に接続されて外部の機器との間で電気信号等を送受するリード線２４と、圧力検出ユニット１００の受け部材１２０に取り付けられる流体流入管３０と、を含む。
図２に示すように、圧力センサ１は、図１で例示した本発明の実施例１による圧力検出ユニット１００と、当該圧力検出ユニット１００に取り付けられる円筒形状のカバー１０と、上記圧力検出ユニット１００から突出する端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６の一端が取り付けられる中継基板２０と、中継基板２０に取り付けられるコネクタ２２と、コネクタ２２に接続されて外部の機器との間で電気信号等を送受するリード線２４と、圧力検出ユニット１００の受け部材１２０に取り付けられる流体流入管３０と、を含む。
カバー１０は、大径部１２と小径部１４とを含む段付きの円筒形状を有する部材であって、大径部１２が上記圧力検出ユニット１００の外周部を囲繞する態様で、圧力検出ユニット１００にベース１１０側から取り付けられる。
図２に示すように、カバー１０の内側には、ベース１１０を底面とする内部空間Ｓ３が形成されており、当該内部空間Ｓ３には、後述する中継基板２０とコネクタ２２とが収容されている。
図２に示すように、カバー１０の内側には、ベース１１０を底面とする内部空間Ｓ３が形成されており、当該内部空間Ｓ３には、後述する中継基板２０とコネクタ２２とが収容されている。
カバー１０の内側に形成された内部空間Ｓ３には樹脂Ｒ１が充填、固化されており、大径部１２の開口端側にも圧力検出ユニット１００を覆う態様で樹脂Ｒ２が充填、固化されている。
これらの樹脂Ｒ１及びＲ２は、カバー１０の内部に水分等が入り込むのを防止し、中継基板２０等の電気系を保護する。
これらの樹脂Ｒ１及びＲ２は、カバー１０の内部に水分等が入り込むのを防止し、中継基板２０等の電気系を保護する。
中継基板２０は、ベーク基板やガラスエポキシ基板、セラミックス基板あるいはフレキシブル基板として形成され、その中央部にコネクタ２２の一端が取り付けられており、当該コネクタ２２の取付位置の周囲にビア電極及び金属配線層（図示せず）を有する。
コネクタ２２は、一端が中継基板２０に取り付けられるとともに、他端にはカバー１０の外部に延びるリード線２４が取り付けられる。
コネクタ２２は、一端が中継基板２０に取り付けられるとともに、他端にはカバー１０の外部に延びるリード線２４が取り付けられる。
また、中継基板２０のビア電極には、圧力検出ユニット１００のベース１１０から突出する複数の端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６の一端がそれぞれ貫通して固着されている。
このとき、アース用端子ピン１６０、電源入力用端子ピン１６２及び信号出力用端子ピン１６４は、ビア電極に例えばハンダ付け等で固着され、当該ビア電極を含む電気回路に電気的に固着接続されている。
このとき、アース用端子ピン１６０、電源入力用端子ピン１６２及び信号出力用端子ピン１６４は、ビア電極に例えばハンダ付け等で固着され、当該ビア電極を含む電気回路に電気的に固着接続されている。
流体流入管３０は、例えば銅合金やアルミ合金等の金属材料からなる管状部材であって、上記圧力検出ユニット１００の受け部材１２０に取り付けられる取付部３２と、圧力検出対象の流体が流れる配管に接続される接続部３４と、を有する。
取付部３２は、図１に示した受け部材１２０の開口部１２３に、溶接、接着あるいは機械的締結等の任意の手法で取り付けられる。
取付部３２は、図１に示した受け部材１２０の開口部１２３に、溶接、接着あるいは機械的締結等の任意の手法で取り付けられる。
図２に示す圧力センサ１を組み立てる際には、まず圧力検出ユニット１００のベース１１０から突出する複数の端子ピン１６０、１６２、１６４、１６６の一端に、コネクタ２２を取り付けた中継基板２０を固着する。
一方、圧力検出ユニット１００の受け部材１２０の開口部１２３に、流体流入管３０の取付部３２を取付固定する。
一方、圧力検出ユニット１００の受け部材１２０の開口部１２３に、流体流入管３０の取付部３２を取付固定する。
続いて、リード線２４を大径部１２から挿入して小径部１４を通して外部に露出するように、圧力検出ユニット１００をカバー１０の大径部１２に挿入する。
その後、カバー１０の小径部１４側の開口部から樹脂Ｒ１を充填、固化して内部空間Ｓ３を封止する。
同様に、大径部１２側の開口端から樹脂Ｒ２を充填、固化して圧力検出ユニット１００をカバー１０内に固定する。
その後、カバー１０の小径部１４側の開口部から樹脂Ｒ１を充填、固化して内部空間Ｓ３を封止する。
同様に、大径部１２側の開口端から樹脂Ｒ２を充填、固化して圧力検出ユニット１００をカバー１０内に固定する。
図２に示す圧力センサ１において、流体流入管３０に導入される圧力検出対象の流体は、圧力検出ユニット１００の加圧空間Ｓ２に入り、その圧力でダイアフラム１３０を変形させる。
ダイアフラム１３０が変形すると、受圧空間Ｓ１内の液状媒質が加圧され、ダイアフラム１３０を変形させた圧力が半導体型圧力検出装置１５０の圧力検出素子１５４に伝達される。
ダイアフラム１３０が変形すると、受圧空間Ｓ１内の液状媒質が加圧され、ダイアフラム１３０を変形させた圧力が半導体型圧力検出装置１５０の圧力検出素子１５４に伝達される。
圧力検出素子１５４は、上記伝達された圧力の変動を検知して電気信号に変換し、信号出力用端子ピン１６４を介して電気信号を中継基板２０に出力する。
そして、上記電気信号は中継基板２０の配線層に伝達され、さらにコネクタ２２及びリード線２４を介して外部の機器に出力される。
そして、上記電気信号は中継基板２０の配線層に伝達され、さらにコネクタ２２及びリード線２４を介して外部の機器に出力される。
これらの構成を備えることにより、本発明の実施例１による圧力検出ユニット１００及びこれを適用した圧力センサ１は、当該圧力センサ１が何らかの理由で帯電した場合であっても、絶縁性を有するセラミックス材料で形成されたベース１１０の受圧空間Ｓ１側の面に形成された金属層１８０に優先的に電荷を集中させるとともに、アース用端子ピン１６０を介して電荷を外部に逃がすことができる。
このとき、従来の除電板を追加的に設ける構成に代えて、セラミックス材料で形成されたベース１１０の内面に金属層１８０を形成する構成としたため、上記除電板を加工する工程と当該除電板をベースに取り付ける工程とが不要となり、製造上の工数を増加させることなく圧力センサ１の除電を効果的に実施することができる。
そして、例えば落雷等により、圧力検出対象の流体が流通する流路に高圧の電気が突発的に流れた場合であっても、流体流入管３０及び受け部材１２０を通じて流れようとする電気が、セラミックス材料で形成されたベース１１０で遮断されるため、半導体型圧力検出装置１５０へのダメージを軽減することができる。
このとき、従来の除電板を追加的に設ける構成に代えて、セラミックス材料で形成されたベース１１０の内面に金属層１８０を形成する構成としたため、上記除電板を加工する工程と当該除電板をベースに取り付ける工程とが不要となり、製造上の工数を増加させることなく圧力センサ１の除電を効果的に実施することができる。
そして、例えば落雷等により、圧力検出対象の流体が流通する流路に高圧の電気が突発的に流れた場合であっても、流体流入管３０及び受け部材１２０を通じて流れようとする電気が、セラミックス材料で形成されたベース１１０で遮断されるため、半導体型圧力検出装置１５０へのダメージを軽減することができる。
また、ベース１１０をセラミックス材料で形成したことにより、従来の金属材料で形成したものに比べてベース１１０の熱膨張係数が小さくなるため、高温あるいは低温の厳しい使用環境に晒された場合であってもベース１１０の形状や寸法の変動が小さくなり、結果として、半導体型圧力検出装置１５０の温度環境による検出精度の低下を抑制することができる。
そして、ベース１１０をセラミックス材料で形成したことにより、従来型の圧力検出ユニットでベースに端子ピンを埋め込む際に用いられたガラス製のハーメチックシールをロウ付け部で代替できるため、脆弱なハーメチックシール部が破損して受圧空間に封入した液状媒質がリークすることを防止できる。
そして、ベース１１０をセラミックス材料で形成したことにより、従来型の圧力検出ユニットでベースに端子ピンを埋め込む際に用いられたガラス製のハーメチックシールをロウ付け部で代替できるため、脆弱なハーメチックシール部が破損して受圧空間に封入した液状媒質がリークすることを防止できる。
さらに、本発明の実施例１による圧力検出ユニット１００及びこれを適用した圧力センサ１は、予め受け部材１２０とリング部材１４０との間にダイアフラム１３０を挟んで一体化した受圧構造体を形成し、当該受圧構造体のリング部材１４０にベース１１０を接合する構造としたため、薄板で比較的弱いダイアフラム１３０を受け部材１２０及びリング部材１４０で補強することができる。
また、ベース１１０を受圧構造体と接合する際に、ベース１１０とリング部材１４０とを位置決めするのみで良いため、接合作業が簡略化されるとともに、圧力検出ユニット１００の形状精度を向上させることもできる。
また、ベース１１０を受圧構造体と接合する際に、ベース１１０とリング部材１４０とを位置決めするのみで良いため、接合作業が簡略化されるとともに、圧力検出ユニット１００の形状精度を向上させることもできる。
＜実施例２＞
図３は、本発明の実施例２による圧力検出ユニットの概略を示しており、（ａ）は圧力検出ユニットの上面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面を側面視したものを示している。
図３に示すように、本発明の実施例２による圧力検出ユニット２００は、セラミックスからなるベース２１０と、当該ベース２１０に対向する受け部材２２０と、ベース２１０及び受け部材２２０の間に挟まれたダイアフラム２３０及びリング部材２４０と、を含む。
図３は、本発明の実施例２による圧力検出ユニットの概略を示しており、（ａ）は圧力検出ユニットの上面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面を側面視したものを示している。
図３に示すように、本発明の実施例２による圧力検出ユニット２００は、セラミックスからなるベース２１０と、当該ベース２１０に対向する受け部材２２０と、ベース２１０及び受け部材２２０の間に挟まれたダイアフラム２３０及びリング部材２４０と、を含む。
ベース２１０は、実施例１と同様に、上面視円形の蓋状の部材であって、図３（ｂ）に示すように、外周部２１２と当該外周部２１２より厚さの小さい内側部２１４とが一体となった、絶縁性を有するセラミックス材料で構成されている。すなわち、ベース２１０は、後述する受圧空間Ｓ１が形成されるように、その中央部が凹むような形状とされている。
また、ベース２１０を構成するセラミックス材料は、実施例１と同様に、アルミナやジルコニア等の酸化物、炭化ケイ素等の炭化物、窒化ケイ素等の窒化物をはじめとする一般的に周知なものを用いることができる。
また、ベース２１０を構成するセラミックス材料は、実施例１と同様に、アルミナやジルコニア等の酸化物、炭化ケイ素等の炭化物、窒化ケイ素等の窒化物をはじめとする一般的に周知なものを用いることができる。
ベース２１０の内側部２１４とダイアフラム２３０との間には、密閉された受圧空間Ｓ１が形成され、オイル等の絶縁性の液状媒質が充填される。
また、ベース２１０の内側部２１４における受圧空間Ｓ１側の中央部には、後述する半導体型圧力検出装置２５０が取り付けられている。
また、ベース２１０の内側部２１４における受圧空間Ｓ１側の中央部には、後述する半導体型圧力検出装置２５０が取り付けられている。
図３（ａ）に示すように、ベース２１０における上記半導体型圧力検出装置２５０の周囲位置には、後述する３本の端子ピン２６０、２６２、２６４が挿入される複数の貫通穴（図３（ｂ）の符号２１６参照）が形成されている。
そして、３本の端子ピン２６０、２６２、２６４は、上記複数の貫通穴２１６に挿通されることでベース２１０を貫通するとともに、その一端が上記半導体型圧力検出装置２５０と電気的に接続される。
そして、３本の端子ピン２６０、２６２、２６４は、上記複数の貫通穴２１６に挿通されることでベース２１０を貫通するとともに、その一端が上記半導体型圧力検出装置２５０と電気的に接続される。
受け部材２２０は、実施例１と同様に、例えばステンレス鋼板等の金属材料で形成され、中央部が凹むようにプレス成形された皿状の部材であり、有底筒状の筒部２２１と、当該筒部２２１の上端に形成されたフランジ部２２２と、を有する（なお、受け部材２２０は、プレス成形以外の切削加工等により形成されてもよい）。
筒部２２１の底面には、後述する流体流入管を取り付ける開口部２２３が形成されており、フランジ部２２２の上面には、ダイアフラム２３０が接合されている。
このような構造により、受け部材２２０とダイアフラム２３０との間には、検出対象である流体が流入する加圧空間Ｓ２が形成される。
筒部２２１の底面には、後述する流体流入管を取り付ける開口部２２３が形成されており、フランジ部２２２の上面には、ダイアフラム２３０が接合されている。
このような構造により、受け部材２２０とダイアフラム２３０との間には、検出対象である流体が流入する加圧空間Ｓ２が形成される。
ダイアフラム２３０は、例えばステンレス鋼等の金属材料からなる円板状の薄板部材として形成されており、リング部材２４０は、例えばステンレス鋼等の金属材料からなる環状部材として形成されている。
そして、ダイアフラム２３０は、受け部材２２０とリング部材２４０との間に挟まれる態様で、例えばレーザー溶接等によって周溶接されている。これにより、受け部材２２０とダイアフラム２３０とリング部材２４０とが一体化されて受圧構造体を構成する。
そして、ダイアフラム２３０は、受け部材２２０とリング部材２４０との間に挟まれる態様で、例えばレーザー溶接等によって周溶接されている。これにより、受け部材２２０とダイアフラム２３０とリング部材２４０とが一体化されて受圧構造体を構成する。
半導体型圧力検出装置２５０は、ベース２１０の中央部に接着等によりダイボンディングされる。半導体型圧力検出装置２５０は、ガラス製の支持基板２５２とそれに接合された圧力検出素子（半導体チップ）２５４とからなる。
圧力検出素子２５４は、その一例として、例えば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用パッドであり、残る５つは信号調整用パッドである。
圧力検出素子２５４は、その一例として、例えば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用パッドであり、残る５つは信号調整用パッドである。
ベース２１０には、図３（ａ）に示すように、アース用端子ピン２６０と、電源入力用端子ピン２６２と、信号出力用端子ピン２６４とが、ロウ付けによりベース２１０を貫通して取り付けられる。
アース用端子ピン２６０、電源入力用端子ピン２６２及び信号出力用端子ピン２６４は、上述した半導体型圧力検出装置２５０のアースパッド、電源入力パッド及び信号出力用パッドにそれぞれボンディングワイヤ２６８を介して電気的に接続される。
アース用端子ピン２６０、電源入力用端子ピン２６２及び信号出力用端子ピン２６４は、上述した半導体型圧力検出装置２５０のアースパッド、電源入力パッド及び信号出力用パッドにそれぞれボンディングワイヤ２６８を介して電気的に接続される。
本発明の実施例２による圧力検出ユニット２００において、ベース２１０の内側部２１４における受圧空間Ｓ１側の面であって、上記半導体型圧力検出装置２５０を囲繞する領域には、実施例１と同様に、セラミックス材料の表面に金属材料をメタライズ処理された薄膜状の金属からなる金属層２８０が形成されている。
そして、金属層２８０は、上述したアース用端子ピン２６０とベース２１０とのロウ付け部（第１のロウ付け部Ｂ１）の形成時に、当該第１のロウ付け部Ｂ１を介してアース用端子ピン２６０と電気的に接続される。
そして、金属層２８０は、上述したアース用端子ピン２６０とベース２１０とのロウ付け部（第１のロウ付け部Ｂ１）の形成時に、当該第１のロウ付け部Ｂ１を介してアース用端子ピン２６０と電気的に接続される。
本発明の実施例２による圧力検出ユニット２００を組み立てる手順の一例としては、まずベース２１０の内側部２１４における受圧空間Ｓ１側の面であって、上記半導体型圧力検出装置２５０を囲繞する領域に、金属層２８０をメタライズ処理により形成する。
このとき、実施例１と同様に、半導体型圧力検出装置２５０をベース２１０に取り付ける処理と、ベース２１０に金属層２８０を形成するメタライズ処理とを、同時に実行してもよい。
このとき、実施例１と同様に、半導体型圧力検出装置２５０をベース２１０に取り付ける処理と、ベース２１０に金属層２８０を形成するメタライズ処理とを、同時に実行してもよい。
続いて、実施例１と同様に、ベース２１０に形成された貫通穴２１６にアース用端子ピン２６０、電源入力用端子ピン２６２及び信号出力用端子ピン２６４をそれぞれ挿通し、ロウ付けによる第１のロウ付け部Ｂ１を形成して接合固定する。
このとき、ロウ付け作業を行う前に、ベース２１０の上記ロウ材と接触する面に予めメタライズ層（例えばＭｏ−Ｍｎ層等）を形成しておいてもよい。
このとき、ロウ付け作業を行う前に、ベース２１０の上記ロウ材と接触する面に予めメタライズ層（例えばＭｏ−Ｍｎ層等）を形成しておいてもよい。
続いて、リング部材２４０の上面（ダイアフラム１３０を溶接した面とは反対側の面）に、ベース２１０を第２のロウ付け部Ｂ２によって接合する。
すなわち、ベース２１０の外周部２１２とリング部材２４０との間に、例えば銀ロウ等のロウ材を介在させた状態で所定の温度に加熱することにより、ベース２１０のセラミックス材料とリング部材２４０の金属材料との間に第２のロウ付け部Ｂ２を形成する。
すなわち、ベース２１０の外周部２１２とリング部材２４０との間に、例えば銀ロウ等のロウ材を介在させた状態で所定の温度に加熱することにより、ベース２１０のセラミックス材料とリング部材２４０の金属材料との間に第２のロウ付け部Ｂ２を形成する。
このとき、ロウ付け作業を行う前に、ベース２１０における外周部２１２のロウ材と接触する面に予めメタライズ層（例えばＭｏ−Ｍｎ層等）を形成しておくことにより、セラミックス材料とロウ材との濡れ性を高めることができる。
このメタライズ層を形成するメタライズ処理は、上述したベース２１０に金属層２８０を形成するメタライズ処理と同時に実行することが好ましい。
このメタライズ層を形成するメタライズ処理は、上述したベース２１０に金属層２８０を形成するメタライズ処理と同時に実行することが好ましい。
続いて、ベース２１０の中央部に、半導体型圧力検出装置２５０をダイボンディングする。
その後、半導体型圧力検出装置２５０のアースパッド、電源入力パッド及び信号出力用パッドと上記した３本の端子ピン２６０、２６２、２６４の一端とを、それぞれボンディングワイヤ２６８を介して電気的に接続する。
その後、半導体型圧力検出装置２５０のアースパッド、電源入力パッド及び信号出力用パッドと上記した３本の端子ピン２６０、２６２、２６４の一端とを、それぞれボンディングワイヤ２６８を介して電気的に接続する。
最後に、受け部材２２０とリング部材２４０との間にダイアフラム２３０を挟み込み、ベース２１０とダイアフラム２３０との間に形成される受圧空間Ｓ１に液状媒質を充填した状態で、上述のように、受け部材２２０とリング部材２４０との重ね合わせ部を外周方向から連続的に周溶接して一体化する。
このとき、周溶接の手法としては、レーザー溶接やアーク溶接等の溶融溶接、あるいはシーム溶接等の抵抗溶接を適用することが可能であるが、溶接によるひずみの低減等を考慮すれば、入熱の小さいレーザー溶接や電子ビーム溶接等を適用することが好ましい。
このとき、周溶接の手法としては、レーザー溶接やアーク溶接等の溶融溶接、あるいはシーム溶接等の抵抗溶接を適用することが可能であるが、溶接によるひずみの低減等を考慮すれば、入熱の小さいレーザー溶接や電子ビーム溶接等を適用することが好ましい。
図４は、図３に示す本発明の実施例２による圧力検出ユニットを取り付けた圧力センサの縦断面図である。
図４に示すように、圧力センサ１は、図３で例示した本発明の実施例２による圧力検出ユニット２００と、当該圧力検出ユニット２００に取り付けられる円筒形状のカバー１０と、上記圧力検出ユニット２００から突出する３本の端子ピン２６０、２６２、２６４の一端が取り付けられる中継基板２０と、中継基板２０に取り付けられるコネクタ２２と、コネクタ２２に接続されて外部の機器との間で電気信号等を送受するリード線２４と、圧力検出ユニット２００の受け部材２２０に取り付けられる流体流入管３０と、を含む。
図４に示すように、圧力センサ１は、図３で例示した本発明の実施例２による圧力検出ユニット２００と、当該圧力検出ユニット２００に取り付けられる円筒形状のカバー１０と、上記圧力検出ユニット２００から突出する３本の端子ピン２６０、２６２、２６４の一端が取り付けられる中継基板２０と、中継基板２０に取り付けられるコネクタ２２と、コネクタ２２に接続されて外部の機器との間で電気信号等を送受するリード線２４と、圧力検出ユニット２００の受け部材２２０に取り付けられる流体流入管３０と、を含む。
図４に示す実施例２による圧力センサ１において、カバー１０及び流体流入管３０の構成は、実施例１と同様であるため、ここでは同一の符号を付してその説明を省略する。
また、カバー１０の内側に形成された内部空間Ｓ３に充填される樹脂Ｒ１と、カバー１０の大径部１２の開口端側に圧力検出ユニット２００を覆う態様で充填される樹脂Ｒ２と、の構成についても、実施例１と同様のものである。
また、カバー１０の内側に形成された内部空間Ｓ３に充填される樹脂Ｒ１と、カバー１０の大径部１２の開口端側に圧力検出ユニット２００を覆う態様で充填される樹脂Ｒ２と、の構成についても、実施例１と同様のものである。
図４に示すように、カバー１０の内部空間Ｓ３には、後述する中継基板２０とコネクタ２２とが収容されている。
実施例２における中継基板２０のビア電極には、圧力検出ユニット２００のベース２１０から突出する３本の端子ピン２６０、２６２、２６４の一端がそれぞれ貫通して固着されている。
このとき、３本の端子ピン２６０、２６２、２６４は、ビア電極と例えばハンダ付け等で電気的に固着接続される。
実施例２における中継基板２０のビア電極には、圧力検出ユニット２００のベース２１０から突出する３本の端子ピン２６０、２６２、２６４の一端がそれぞれ貫通して固着されている。
このとき、３本の端子ピン２６０、２６２、２６４は、ビア電極と例えばハンダ付け等で電気的に固着接続される。
図４に示す圧力センサ１を組み立てる際には、まず圧力検出ユニット２００のベース２１０から突出する３本の端子ピン２６０、２６２、２６４の一端に、コネクタ２２を取り付けた中継基板２０を固着する。
一方、圧力検出ユニット２００の受け部材２２０の開口部２２３に、流体流入管３０の取付部３２を取付固定する。
一方、圧力検出ユニット２００の受け部材２２０の開口部２２３に、流体流入管３０の取付部３２を取付固定する。
続いて、リード線２４を大径部１２から挿入して小径部１４を通して外部に露出するように、圧力検出ユニット２００をカバー１０の大径部１２に挿入する。
その後、カバー１０の小径部１４側の開口部から樹脂Ｒ１を充填、固化して内部空間Ｓ３を封止する。
同様に、大径部１２側の開口端から樹脂Ｒ２を充填、固化して圧力検出ユニット２００をカバー１０内に固定する。
その後、カバー１０の小径部１４側の開口部から樹脂Ｒ１を充填、固化して内部空間Ｓ３を封止する。
同様に、大径部１２側の開口端から樹脂Ｒ２を充填、固化して圧力検出ユニット２００をカバー１０内に固定する。
図４に示す圧力センサ１において、流体流入管３０に導入される圧力検出対象の流体は、圧力検出ユニット２００の加圧空間Ｓ２に入り、その圧力でダイアフラム２３０を変形させる。
ダイアフラム２３０が変形すると、受圧空間Ｓ１内の液状媒質が加圧され、ダイアフラム２３０を変形させた圧力が半導体型圧力検出装置２５０の圧力検出素子２５４に伝達される。
ダイアフラム２３０が変形すると、受圧空間Ｓ１内の液状媒質が加圧され、ダイアフラム２３０を変形させた圧力が半導体型圧力検出装置２５０の圧力検出素子２５４に伝達される。
圧力検出素子２５４は、上記伝達された圧力の変動を検知して電気信号に変換し、信号出力用端子ピン２６４を介して電気信号を中継基板２０に出力する。
そして、上記電気信号は中継基板２０の配線層に伝達され、さらにコネクタ２２及びリード線２４を介して外部の機器に出力される。
そして、上記電気信号は中継基板２０の配線層に伝達され、さらにコネクタ２２及びリード線２４を介して外部の機器に出力される。
これらの構成を備えることにより、本発明の実施例２による圧力検出ユニット２００及びこれを適用した圧力センサ１は、実施例１における効果に加えて、ベース２１０を貫通して取り付けられる端子ピンを３本に削減することができるため、当該端子ピンの削減に伴う重量減とともに、ロウ付け箇所も減少するため、接合工程での手間を小さくすることができる。
また、端子ピンを削減したことにより、ベース２１０に形成する端子ピン挿通用の貫通穴も減少するため、ベース２１０の強度低下も抑制できるとともに、配管等から伝達するコモンモードノイズの伝達経路を極小化できるため、半導体型圧力検出装置１５０がノイズを検出することによる検出精度の低下を軽減できる。
また、端子ピンを削減したことにより、ベース２１０に形成する端子ピン挿通用の貫通穴も減少するため、ベース２１０の強度低下も抑制できるとともに、配管等から伝達するコモンモードノイズの伝達経路を極小化できるため、半導体型圧力検出装置１５０がノイズを検出することによる検出精度の低下を軽減できる。
＜実施例３＞
図５は、本発明の実施例３による圧力検出ユニットの中心線を通る断面を側面視した縦断面図である。
図５に示すように、本発明の実施例３による圧力検出ユニット３００は、セラミックスからなるベース３１０と、当該ベース３１０に対向する受け部材３２０と、ベース３１０及び受け部材３２０の間に挟まれたダイアフラム３３０及びリング部材３４０と、ベース３１０及び受け部材３２０を外周側から一体固定するカシメ部材３９０と、を含む。
図５は、本発明の実施例３による圧力検出ユニットの中心線を通る断面を側面視した縦断面図である。
図５に示すように、本発明の実施例３による圧力検出ユニット３００は、セラミックスからなるベース３１０と、当該ベース３１０に対向する受け部材３２０と、ベース３１０及び受け部材３２０の間に挟まれたダイアフラム３３０及びリング部材３４０と、ベース３１０及び受け部材３２０を外周側から一体固定するカシメ部材３９０と、を含む。
ベース３１０は、実施例１と同様に、上面視円形の蓋状の部材であって、図５に示すように、外周部３１２と当該外周部３１２より厚さの小さい内側部３１４とが一体となった、絶縁性を有するセラミックス材料で構成されている。すなわち、ベース３１０は、後述する受圧空間Ｓ１が形成されるように、その中央部が凹むような形状とされている。
また、外周部３１２の下端には、外周方向に向けて開放する環状の切欠部３１２ａが形成されており、当該切欠部３１２ａには、後述するＯリング等の封止部材３９２が取り付けられる。
また、外周部３１２の下端には、外周方向に向けて開放する環状の切欠部３１２ａが形成されており、当該切欠部３１２ａには、後述するＯリング等の封止部材３９２が取り付けられる。
ベース３１０の内側部３１４とダイアフラム３３０との間には、密閉された受圧空間Ｓ１が形成され、オイル等の絶縁性の液状媒質が充填される。
また、実施例１と同様に、ベース３１０の内側部３１４における受圧空間Ｓ１側の中央部には、半導体型圧力検出装置３５０が取り付けられている。
また、実施例１と同様に、ベース３１０の内側部３１４における受圧空間Ｓ１側の中央部には、半導体型圧力検出装置３５０が取り付けられている。
図５に示すように、ベース３１０における上記半導体型圧力検出装置３５０の周囲位置には、複数の端子ピン３６０、３６４、３６６が挿入される複数の貫通穴３１６が形成されている。
そして、複数の端子ピン３６０、３６４、３６６は、当該複数の貫通穴３１６に挿通されるとともに、その一端が上記半導体型圧力検出装置３５０と電気的に接続される。
また、ベース３１０には、受圧空間Ｓ１に液状媒質を封入するための流入穴３１８がさらに形成されており、当該流入穴３１８の流入口は、例えば液状媒質の封入後にボール３７０を接合することにより封止される。
そして、複数の端子ピン３６０、３６４、３６６は、当該複数の貫通穴３１６に挿通されるとともに、その一端が上記半導体型圧力検出装置３５０と電気的に接続される。
また、ベース３１０には、受圧空間Ｓ１に液状媒質を封入するための流入穴３１８がさらに形成されており、当該流入穴３１８の流入口は、例えば液状媒質の封入後にボール３７０を接合することにより封止される。
受け部材３２０は、実施例１と同様に、例えばステンレス鋼板等の金属材料で形成され、中央部が凹むようにプレス成形された皿状の部材であり、有底筒状の筒部３２１と、当該筒部３２１の上端に形成されたフランジ部３２２と、を有する（なお、受け部材３２０は、プレス成形以外の切削加工等により形成されてもよい）。
筒部３２１の底面には、流体流入管（図６の符号３４参照）を取り付ける開口部３２３が形成されており、フランジ部３２２の上面には、ダイアフラム３３０が接合されている。
このような構造により、受け部材３２０とダイアフラム３３０との間には、検出対象である流体が流入する加圧空間Ｓ２が形成される。
筒部３２１の底面には、流体流入管（図６の符号３４参照）を取り付ける開口部３２３が形成されており、フランジ部３２２の上面には、ダイアフラム３３０が接合されている。
このような構造により、受け部材３２０とダイアフラム３３０との間には、検出対象である流体が流入する加圧空間Ｓ２が形成される。
ダイアフラム３３０は、実施例１と同様に、金属材料からなる円板状の薄板部材として形成されており、リング部材３４０は、金属材料からなる環状部材として形成されている。
そして、ダイアフラム３３０は、受け部材３２０とリング部材３４０との間に挟まれる態様で周溶接されることにより、受け部材３２０とダイアフラム３３０とリング部材３４０とが一体化されて受圧構造体を構成する。
そして、ダイアフラム３３０は、受け部材３２０とリング部材３４０との間に挟まれる態様で周溶接されることにより、受け部材３２０とダイアフラム３３０とリング部材３４０とが一体化されて受圧構造体を構成する。
半導体型圧力検出装置３５０は、実施例１と同様に、ガラス製の支持基板３５２とそれに接合された圧力検出素子（半導体チップ）３５４とからなり、ベース３１０の中央部に接着等によりダイボンディングされる。
圧力検出素子３５４は、実施例１と同様の出力信号用の電源入力パッド、アースパッド、信号出力用パッド、及び信号調整用パッドを備えている。
圧力検出素子３５４は、実施例１と同様の出力信号用の電源入力パッド、アースパッド、信号出力用パッド、及び信号調整用パッドを備えている。
ベース３１０には、図５に示すように、アース用端子ピン３６０と、電源入力用端子ピン（図示せず）、信号出力用端子ピン３６４と、複数本の調整用端子ピン３６６とが、ロウ付けによりベース３１０を貫通して取り付けられる。
アース用端子ピン３６０、信号出力用端子ピン３６２、電源入力用端子ピン及び調整用端子ピン３６６は、上述した半導体型圧力検出装置３５０のアースパッド、信号出力用パッド、電源入力パッド及び信号調整用パッドにそれぞれボンディングワイヤ３６８を介して電気的に接続される。
アース用端子ピン３６０、信号出力用端子ピン３６２、電源入力用端子ピン及び調整用端子ピン３６６は、上述した半導体型圧力検出装置３５０のアースパッド、信号出力用パッド、電源入力パッド及び信号調整用パッドにそれぞれボンディングワイヤ３６８を介して電気的に接続される。
カシメ部材３９０は、例えば金属材料からなる環状の部材であり、ベース３１０と受け部材３２０とを重ね合わせた状態でこれらの外周を取り囲むように配置され、その上端部及び下端部を図示しないカシメ装置で内周側に塑性変形されることにより一体固定する。
このような構成を採用することにより、ベース３１０と受け部材３２０（あるいはリング部材３４０）との密着度が向上するとともに、これらの重ね合わせ部の外周側を取り囲む構造であるため、より高い気密あるいは水密性を確保できる。
このような構成を採用することにより、ベース３１０と受け部材３２０（あるいはリング部材３４０）との密着度が向上するとともに、これらの重ね合わせ部の外周側を取り囲む構造であるため、より高い気密あるいは水密性を確保できる。
本発明の実施例３による圧力検出ユニット３００を組み立てる手順の一例としては、まずベース３１０の内側部３１４における受圧空間Ｓ１側の面であって、上記半導体型圧力検出装置３５０を囲繞する領域に、金属層３８０をメタライズ処理により形成する。
このとき、半導体型圧力検出装置３５０をベース３１０に取り付ける処理と、ベース３１０に金属層３８０を形成するメタライズ処理とを、同時に実行してもよい。
このとき、半導体型圧力検出装置３５０をベース３１０に取り付ける処理と、ベース３１０に金属層３８０を形成するメタライズ処理とを、同時に実行してもよい。
続いて、ベース３１０に形成された貫通穴３１６にアース用端子ピン３６０、電源入力用端子ピン、信号出力用端子ピン３６４及び調整用端子ピン３６６をそれぞれ挿通し、これらの端子ピン３６０〜３６６とベース３１０とをロウ付けすることにより、ロウ付け部を形成して接合固定する（図３（ａ）の符号Ｂ３参照）。
すなわち、実施例１と同様に、ベース３１０に形成された貫通穴３１６と端子ピン３６０〜３６６との間に、それぞれ銀ロウ等のロウ材を介在させた状態で所定の温度に加熱することにより、ベース３１０のセラミックスと端子ピン３６０〜３６６の金属との間にロウ付け部Ｂ３を形成する。
このとき、ロウ付け作業を行う前に、ベース３１０の上記ロウ材と接触する面に予めメタライズ層（例えばＭｏ−Ｍｎ層等）を形成しておいてもよい。
すなわち、実施例１と同様に、ベース３１０に形成された貫通穴３１６と端子ピン３６０〜３６６との間に、それぞれ銀ロウ等のロウ材を介在させた状態で所定の温度に加熱することにより、ベース３１０のセラミックスと端子ピン３６０〜３６６の金属との間にロウ付け部Ｂ３を形成する。
このとき、ロウ付け作業を行う前に、ベース３１０の上記ロウ材と接触する面に予めメタライズ層（例えばＭｏ−Ｍｎ層等）を形成しておいてもよい。
続いて、ベース３１０の中央部に、半導体型圧力検出装置３５０をダイボンディングする。
その後、半導体型圧力検出装置３５０のアースパッド、信号出力用パッド、電力入力パッド及び調整用パッドと上記した複数の端子ピン３６０〜３６６の一端とを、それぞれボンディングワイヤ３６８を介して電気的に接続する。
その後、半導体型圧力検出装置３５０のアースパッド、信号出力用パッド、電力入力パッド及び調整用パッドと上記した複数の端子ピン３６０〜３６６の一端とを、それぞれボンディングワイヤ３６８を介して電気的に接続する。
続いて、受け部材３２０とリング部材３４０との間にダイアフラム３３０を挟み込んだ状態で、上述のように、当該重ね合わせ部を外周方向から連続的に周溶接する。
このとき、周溶接の手法としては、レーザー溶接やアーク溶接等の溶融溶接、あるいはシーム溶接等の抵抗溶接を適用することが可能であるが、溶接によるひずみの低減等を考慮すれば、入熱の小さいレーザー溶接や電子ビーム溶接等を適用することが好ましい。
このとき、周溶接の手法としては、レーザー溶接やアーク溶接等の溶融溶接、あるいはシーム溶接等の抵抗溶接を適用することが可能であるが、溶接によるひずみの低減等を考慮すれば、入熱の小さいレーザー溶接や電子ビーム溶接等を適用することが好ましい。
続いて、ベース３１０の外周部３１２の下端に形成された切欠部３１２ａに、例えばＯリング等の封止部材３９２を取り付けた状態で、受け部材３２０に周溶接されたリング部材３４０の上面にベース３１０を重ね合わせ、カシメ部材３９０によりカシメ固定して一体化する。
このとき、封止部材３９２の高さ及び幅は、ベース３１０に形成された切欠部３１２ａの高さ及び幅よりやや大きい寸法となるように選択される。これにより、カシメ固定時に切欠部３１２ａの内部で上下方向及び左右方向から圧縮されるため、確実な気密性及び水密性を確保できる。
このとき、封止部材３９２の高さ及び幅は、ベース３１０に形成された切欠部３１２ａの高さ及び幅よりやや大きい寸法となるように選択される。これにより、カシメ固定時に切欠部３１２ａの内部で上下方向及び左右方向から圧縮されるため、確実な気密性及び水密性を確保できる。
最後に、ベース３１０とダイアフラム３３０との間に形成された受圧空間Ｓ１に、ベース３１０に形成された流入穴３１８から液状媒質を注入した後、当該流入穴３１８の流入口にボール３７０を接合して封止する。
このとき、ボール３７０のベース３１０との接合は、実施例１と同様に、ベース３１０の外面の上記流入穴３１８の近傍に予めメタライズ層を形成しておき、当該メタライズ層とボール３７０とを抵抗溶接する。
このとき、ボール３７０のベース３１０との接合は、実施例１と同様に、ベース３１０の外面の上記流入穴３１８の近傍に予めメタライズ層を形成しておき、当該メタライズ層とボール３７０とを抵抗溶接する。
図６は、図５に示す本発明の実施例３による圧力検出ユニットを取り付けた圧力センサの縦断面図である。
図６に示すように、圧力センサ１は、図５で例示した本発明の実施例３による圧力検出ユニット３００と、当該圧力検出ユニット３００に取り付けられる円筒形状のカバー１０と、上記圧力検出ユニット３００から突出する端子ピン３６０〜３６６の一端が取り付けられる中継基板２０と、中継基板２０に取り付けられるコネクタ２２と、コネクタ２２に接続されて外部の機器との間で電気信号等を送受するリード線２４と、圧力検出ユニット３００の受け部材３２０に取り付けられる流体流入管３０と、を含む。
図６に示すように、圧力センサ１は、図５で例示した本発明の実施例３による圧力検出ユニット３００と、当該圧力検出ユニット３００に取り付けられる円筒形状のカバー１０と、上記圧力検出ユニット３００から突出する端子ピン３６０〜３６６の一端が取り付けられる中継基板２０と、中継基板２０に取り付けられるコネクタ２２と、コネクタ２２に接続されて外部の機器との間で電気信号等を送受するリード線２４と、圧力検出ユニット３００の受け部材３２０に取り付けられる流体流入管３０と、を含む。
カバー１０は、実施例１と同様に、大径部１２と小径部１４とを含む段付きの円筒形状を有する部材であって、大径部１２が上記圧力検出ユニット３００のカシメ部材３９０を囲繞する態様で、圧力検出ユニット３００にベース２１０側から取り付けられる。
図６に示すように、カバー１０の内側には、ベース３１０を底面とする内部空間Ｓ３が形成されており、当該内部空間Ｓ３には、後述する中継基板２０とコネクタ２２とが収容されている。
図６に示すように、カバー１０の内側には、ベース３１０を底面とする内部空間Ｓ３が形成されており、当該内部空間Ｓ３には、後述する中継基板２０とコネクタ２２とが収容されている。
カバー１０の内側に形成された内部空間Ｓ３には樹脂Ｒ１が充填、固化されており、大径部１２の開口端側にも圧力検出ユニット３００を覆う態様で樹脂Ｒ２が充填、固化されている。
これらの樹脂Ｒ１及びＲ２は、カバー１０の内部に水分等が入り込むのを防止し、中継基板２０等の電気系を保護する。
これらの樹脂Ｒ１及びＲ２は、カバー１０の内部に水分等が入り込むのを防止し、中継基板２０等の電気系を保護する。
中継基板２０は、実施例１と同様に、ベーク基板やガラスエポキシ基板、セラミックス基板あるいはフレキシブル基板として形成され、その中央部にコネクタ２２の一端が取り付けられており、コネクタ２２は、一端が中継基板２０に取り付けられるとともに、他端にはカバー１０の外部に延びるリード線２４が取り付けられる。
また、中継基板２０のビア電極には、圧力検出ユニット３００のベース３１０から突出する複数の端子ピン３６０〜３６６の一端がそれぞれ貫通して固着されている。
また、中継基板２０のビア電極には、圧力検出ユニット３００のベース３１０から突出する複数の端子ピン３６０〜３６６の一端がそれぞれ貫通して固着されている。
流体流入管３０は、実施例１と同様に、金属材料からなる管状部材であって、上記圧力検出ユニット３００の受け部材３２０に取り付けられる取付部３２と、圧力検出対象の流体が流れる配管に接続される接続部３４と、を有する。
取付部３２は、図５に示した受け部材３２０の開口部３２３に、溶接、接着あるいは機械的締結等の任意の手法で取り付けられる。
取付部３２は、図５に示した受け部材３２０の開口部３２３に、溶接、接着あるいは機械的締結等の任意の手法で取り付けられる。
図６に示す圧力センサ１を組み立てる際には、まず圧力検出ユニット３００のベース３１０から突出する複数の端子ピン３６０〜３６６の一端に、コネクタ２２を取り付けた中継基板２０を固着する。
一方、圧力検出ユニット３００の受け部材３２０の開口部３２３に、流体流入管３０の取付部３２を取付固定する。
一方、圧力検出ユニット３００の受け部材３２０の開口部３２３に、流体流入管３０の取付部３２を取付固定する。
続いて、リード線２４を大径部１２から挿入して小径部１４を通して外部に露出するように、圧力検出ユニット３００をカバー１０の大径部１２に挿入した後、カバー１０の小径部１４側の開口部から樹脂Ｒ１を充填、固化して内部空間Ｓ３を封止する。
同様に、大径部１２側の開口端から樹脂Ｒ２を充填、固化して圧力検出ユニット３００をカバー１０内に固定する。
同様に、大径部１２側の開口端から樹脂Ｒ２を充填、固化して圧力検出ユニット３００をカバー１０内に固定する。
これらの構成を備えることにより、本発明の実施例２による圧力検出ユニット３００及びこれを適用した圧力センサ１は、実施例１で示した効果に加えて、ベース３１０と受け部材３２０とをカシメ部材３９０を用いて外周側からカシメ固定して一体化したことにより、ベース３１０と受け部材３２０（あるいはリング部材３４０）との重ね合わせ部が露出しないため、圧力検出ユニット３００のより確実な気密性あるいは水密性を確保できる。
また、ベース３１０とリング部材３４０とをロウ付けする必要がない、すなわちベース３１０とは別に、受け部材３２０とリング部材３４０との間にダイアフラム３３０を挟み込んで周溶接することができるため、当該周溶接のための設備を小型化できるとともに寸法精度を向上させることができる。
また、ベース３１０とリング部材３４０とをロウ付けする必要がない、すなわちベース３１０とは別に、受け部材３２０とリング部材３４０との間にダイアフラム３３０を挟み込んで周溶接することができるため、当該周溶接のための設備を小型化できるとともに寸法精度を向上させることができる。
なお、本発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、種々の改変を施すことがで
きる。
例えば、実施例１において、第１のロウ付け部Ｂ１を形成した後に第２のロウ付け部Ｂ２を形成する場合を例示したが、これらのロウ付け部を形成するためのロウ材が同一あるいはほぼ同一の溶融温度を有するものであれば、第１のロウ付け部Ｂ１と第２のロウ付け部Ｂ２とを同一の工程で形成してもよい。
これにより、圧力センサの製造に要する時間を大幅に短縮することができる。
きる。
例えば、実施例１において、第１のロウ付け部Ｂ１を形成した後に第２のロウ付け部Ｂ２を形成する場合を例示したが、これらのロウ付け部を形成するためのロウ材が同一あるいはほぼ同一の溶融温度を有するものであれば、第１のロウ付け部Ｂ１と第２のロウ付け部Ｂ２とを同一の工程で形成してもよい。
これにより、圧力センサの製造に要する時間を大幅に短縮することができる。
また、実施例１〜実施例３において、ダイアフラム１３０（２３０、３３０）及びリング部材１４０（２４０、３４０）を、ベース１１０（２１０、３１０）と受け部材１２０（２２０、３２０）との間に挟み込んだものを例示したが、セラミックス材料からなるベース１１０（２１０、３１０）と金属材料からなるダイアフラム１３０（２３０、３３０）との間での適宜の接合技術を選択することにより、リング部材１４０（２４０、３４０）を介さずに、ベース１１０（２１０、３１０）と受け部材１２０（２２０、３２０）との間に直接ダイアフラム１３０（２３０、３３０）を挟み込む構造としてもよい。
これにより、リング部材１４０（２４０、３４０）の製造コスト及び材料を削減できるとともに、圧力検出ユニット１００（２００、３００）全体の軽量化を図ることもできる。
これにより、リング部材１４０（２４０、３４０）の製造コスト及び材料を削減できるとともに、圧力検出ユニット１００（２００、３００）全体の軽量化を図ることもできる。
また、実施例１〜実施例３において、ベース１１０（２１０、３１０）に形成する金属層１８０（２８０、３８０）を、半導体型圧力検出装置１５０（２５０、３５０）の周囲を囲繞する円形の領域に形成した場合を例示したが、金属層１８０（２８０、３８０）は円形の領域に限定されるものではなく、例えば四角形や五角形等の多角形の領域、あるいはアース用端子ピン１６０（２６０、３６０）の周囲の領域のみに形成してもよい。
さらに、ベース１１０（２１０、３１０）を貫通して取り付けられる複数の端子ピンの配置も、半導体型圧力検出装置１５０（２５０、３５０）の周囲に配置する態様に限定されるものではなく、ベース１１０（２１０、３１０）の内側部１１４（２１４、３１４）のいずれの位置に配置してもよい。また、実施例３で用いたカシメ部材３９０による一体化の構造を実施例２に示した３本の端子ピンによる圧力検出ユニット２００に適用することもできる。
これにより、圧力検出ユニット１００（２００、３００）における端子ピン及び金属層のレイアウトの自由度を高めることができる。
さらに、ベース１１０（２１０、３１０）を貫通して取り付けられる複数の端子ピンの配置も、半導体型圧力検出装置１５０（２５０、３５０）の周囲に配置する態様に限定されるものではなく、ベース１１０（２１０、３１０）の内側部１１４（２１４、３１４）のいずれの位置に配置してもよい。また、実施例３で用いたカシメ部材３９０による一体化の構造を実施例２に示した３本の端子ピンによる圧力検出ユニット２００に適用することもできる。
これにより、圧力検出ユニット１００（２００、３００）における端子ピン及び金属層のレイアウトの自由度を高めることができる。
１ 圧力センサ
１０ カバー
２０ 中継基板
２２ コネクタ
２４ リード線
３０ 流体流入管
１００、２００、３００ 圧力検出ユニット
１１０、２１０、３１０ ベース
１１２、２１２、３１２ 外周部
１１４、２１４、３１４ 内側部
１２０、２２０、３２０ 受け部材
１２１、２２１、３２１ 筒部
１２２、２２２、３２２ フランジ部
１２３、２２３、３２３ 開口部
１３０、２３０、３３０ ダイアフラム
１４０、２４０、３４０ リング部材
１５０、２５０、３５０ 半導体型圧力検出装置
１５２、２５２、３５２ 支持基板
１５４、２５４、３５４ 圧力検出素子
１６０、２６０、３６０ アース用端子ピン
１６２、２６２ 電源入力用端子ピン
１６４、２６４、３６４ 信号出力用端子ピン
１６６、３６６ 調整用端子ピン
１６８、２６８、３６８ ボンディングワイヤ
１７０、３７０ ボール
３９０ カシメ部材
３９２ 封止部材
１０ カバー
２０ 中継基板
２２ コネクタ
２４ リード線
３０ 流体流入管
１００、２００、３００ 圧力検出ユニット
１１０、２１０、３１０ ベース
１１２、２１２、３１２ 外周部
１１４、２１４、３１４ 内側部
１２０、２２０、３２０ 受け部材
１２１、２２１、３２１ 筒部
１２２、２２２、３２２ フランジ部
１２３、２２３、３２３ 開口部
１３０、２３０、３３０ ダイアフラム
１４０、２４０、３４０ リング部材
１５０、２５０、３５０ 半導体型圧力検出装置
１５２、２５２、３５２ 支持基板
１５４、２５４、３５４ 圧力検出素子
１６０、２６０、３６０ アース用端子ピン
１６２、２６２ 電源入力用端子ピン
１６４、２６４、３６４ 信号出力用端子ピン
１６６、３６６ 調整用端子ピン
１６８、２６８、３６８ ボンディングワイヤ
１７０、３７０ ボール
３９０ カシメ部材
３９２ 封止部材
Claims (8)
- 蓋状に形成されたセラミックス製のベースと、
皿状に形成された受け部材と、
前記ベース及び前記受け部材の間に挟まれたダイアフラムと、
前記ベースにおける前記ダイアフラムの間に形成された受圧空間側に取り付けられた半導体型圧力検出装置と、
前記半導体型圧力検出装置に電気的に接続されるとともに前記ベースを貫通する端子ピンと、を備え、
前記ベースの前記受圧空間側の面であって、前記半導体型圧力検出装置の近傍の領域に金属層が設けられた圧力検出ユニット。 - 前記複数の端子ピンは、前記半導体型圧力検出装置のアースパッドに電気的に接続されるアース端子ピンと、前記半導体型圧力検出装置の信号出力用パッドに電気的に接続される信号出力用端子ピンと、を含み、
前記ベースと前記複数の端子ピンとの間に第１のロウ付け部が形成されており、
前記アース端子ピンは、前記金属層と前記第１のロウ付け部を介して電気的に接続されている、
請求項１に記載の圧力検出ユニット。 - 前記ベースと前記第１のロウ付け部との間にメタライズ層がさらに形成されている、
請求項２に記載の圧力検出ユニット。 - 前記ベースと前記ダイアフラムとの間に、リング部材がさらに挟み込まれている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力検出ユニット。 - 前記ベースと前記受け部材とを、外周側からカシメ一体化するカシメ部材をさらに備える、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力検出ユニット。 - 前記ベースと前記リング部材との間に第２のロウ付け部が形成されている、
請求項４に記載の圧力検出ユニット。 - 前記ベースと前記第２のロウ付け部との間にメタライズ層がさらに形成されている、
請求項６に記載の圧力検出ユニット。 - 請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧力検出ユニットと、前記圧力検出ユニットを外周側から包むように取り付けられるカバーと、一端が前記圧力検出ユニットの端子ピンに電気的に接続されるとともに他端が前記カバーの外部に突出するリード線と、前記圧力検出ユニットの受け部材に取り付けられる流体流入管と、
を備えた圧力センサ。
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