JP2019143994A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサのリード線と温度センサ端子の接続部の腐食耐性を向上し、振動による温度センサの破損を防止することができる温度センサ一体型半導体圧力センサを提供すること。【解決手段】リード線４２と温度センサ端子１１ｂの接続部４１を樹脂材２５にてリード線４２の露出が少ない様にプリモールド後に、ケース１０としてオーバーモールドする構成の温度センサ一体型半導体圧力センサ１００とする。【選択図】 図１

Description

本発明は温度センサ一体型半導体圧力センサに関する。

内燃機関の吸気管内の圧力と温度とを検出するための装置として特許文献１に記載の技術がある。特許文献１によれば、温度センサのリード線と端子との接続部が圧力検出素子の設置部位および圧力導入孔とは別の部位であって圧力媒体から隔離された部位である接続部設置室を設けていることが示されている。

特開２００６−１９４６８３号公報

しかしながら、前述の温度センサ一体型半導体圧力センサには以下に示すような問題点が挙げられる。温度センサのリード線と端子との接続部は気中剥き出しの構成となっている。このため、コネクタハーネスを介して進入してくる、ガス・水分による腐食が懸念される。また、ケースが高温に晒されている時に、インテークマニホルド内に低温の気体が流れる場合、温度センサやリード線を介して低い温度が伝導すると接続部は、結露による電触の懸念がある。他には、ポート部にリード線をインサートモールドする際、リード線と樹脂材に界面が生じて、腐食性ガスが接続部設置室に侵入して接続部を腐食する可能性があるという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、腐食耐性の高い温度センサを備える圧力センサを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の圧力センサは、一部がコーティングされたリード線と温度検出素子を有する温度センサと、前記リード線と接続される温度センサ端子と、を有し、前記温度検出素子を露出するように、前記コーティング部の一部並びに前記リード線と前記温度センサ端子の接続部分を樹脂で封止するプリモールドを備える。

本発明によれば、腐食耐性の高い温度センサを備える圧力センサを提供できる。

本発明の実施例１における温度センサ一体型半導体圧力センサの断面図である。 本発明の実施例１における温度センサのリード線と温度センサ端子を接合した部分組立図である。 本発明の実施例１のプリモールド品の斜視図である。 本発明の実施例１における温度センサのリード線と温度センサ端子のプリモールドに圧力センサ端子を配した図である。 本発明の実施例２における温度センサ一体型半導体圧力センサの断面図である。 本発明の実施例１におけるプリモールドの正面図である 本発明の実施例１におけるプリモールドの側面図である 本発明の実施例３におけるプリモールドの正面図である 本発明の実施例３におけるプリモールドの側面図である 本発明の実施例３の変形例におけるプリモールドの正面図である 本発明の実施例３の変形例におけるプリモールドの側面図である 本発明の実施例３における温度センサ一体型半導体圧力センサの断面図である。

以下、本発明の温度センサ一体型半導体圧力センサの実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。

本発明の実施例１について、図１〜図３、図５を用いて説明する。

温度センサ一体型半導体圧力センサ１００（以降、一体型圧力センサと略記する）は、大別してケース１０、圧力センサセル２１、カバー９、プリモールド２６を備えている。

図２Ａや図２Ｂに示すように、温度検出センサ４４と、温度センサ端子１１ｂとは、リード線４２と温度センサ端子１１ｂを接続した後に接続部４１を樹脂材２５によりモールド（封止）したプリモールド２６を形成している。温度センサ４４は、温度を検出する温度検出素子４０と、温度センサ端子１１ｂと電気的に接続するリード線４２を備えている。リード線４２は、腐食防止のためにコーティングされている。特に、後述するプリモールド樹脂との密着性の観点からは、コーティング材は樹脂材料がより好ましい。コーティング用樹脂材料としては、例えばエポキシ等の樹脂が挙げられる。

リード線４２は、樹脂材２５でモールドされる前に、少なくとも接続部４１を除く領域がコーティングされている。そして、コーティングの界面（コーティングされている箇所とされていない箇所の境界）が樹脂材２５で覆われて保護するようにしている。本構成によれば、リード線４２とコーティングとの界面が樹脂材２５で保護されて気体に直接曝されない構成となるので、温度センサの耐腐食性を向上させることができる。

温度センサ４４のリード線４２は、おおよそ半分がプリモールド２６の樹脂材２５の中にインサートモールドされていることが好ましい。これは、リード線４２の固定端からの長さを実質的に短くする事で、温度センサ４４の振動における共振点を下げる事に功を奏するからである。結果として振動耐性の向上に寄与している。また、ケース１０からリード線４２を介して温度検出素子４０へ伝わる熱を、リード線４２から放熱するために、ある程度は樹脂２５並びにケース１０からリード線４２が露出していることが好ましい。半分程リード線４２が樹脂２５から度露出していれば十分にその機能を果たすため、本実施例によれば、耐振性と放熱性の両立を図ることも可能である。なお、本実施例では、リード線４２の長さの約半分がインサートモールドされている形状を示しているが、例えば２／３の長さまでインサートモールドすれば、更なる振動耐性の向上が期待される。

温度センサ４４を圧力導入口付近に配置することで、プリモールド２６での温度センサ４４のリード線４２を樹脂材２５で覆う量を多くしてリード線４４の固定端からの露出長さを短く構成することができる。

図１や図３に示すように、ケース１０には、圧力センサセル２１が搭載され、圧力センサセル２１へ測定媒体である気体圧力を伝達するための圧力導入孔３１が形成されている。また、ケース１０は、温度センサ端子１１ｂ（一部圧力センサ端子１１ａを兼用）、温度センサ４４を備えるプリモールド２６を保持している。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ものである。

各端子１１のうちケース１０における開口部１３において露出する端部は、図示しない外部機器（外部の配線部材等）に接続可能となっている。つまり、このケース１０の開口部１３の部分は、当該開口部１３に位置する各端子１１の端部とともに、本センサ装置１００におけるコネクタ部として構成されている。

圧力センサセル２１は、ポート部３０の一端側に接着剤１７で接着される。ポート部３０の一端側には圧力検出室１６が設けられ、ポート部３０の他端側には圧力導入孔３１が設けられている。

ケース１０には、温度検出素子４０の保護のために、先端側（ポート部３０の圧力導入孔３１側）にガード３５が設けられている。ガード３５は、内燃機関の吸気管内に異物が流入して来た際温度検出素子４０への衝突を低減したり、一体型圧力センサ１００を取り扱う際、落下などによる外力から温度検出素子４０を保護したりすることができる。ガード３５は、ケース１０成形の際、型抜きが可能でかつ吸気管内を流れる気体の流入・流出を妨げない細い柱状構成となっており、強度を確保する為複数の細い柱の先端を接続することにより強度を確保している。

ケース１の樹脂材とプリモールドの樹脂材２５は高温時または低温時における線膨張差を考慮して同一である事が望ましい。

ケース１０にインサートモールドされた圧力センサ端子１１ａにはそれぞれ圧力センサセル２１の端子が溶接されており、その上からゲル２２にて封止されている。これは接合部２３を封止することで水や腐食性物質から接合部２３を保護することを目的としている。また、圧力センサセル２１の端子は（電源、出力、ＧＮＤ）の３端子、温度センサ４４の端子２本、合計５本であるが、ＧＮＤを温度センサ４４と兼用とする事により、４本で構成することができる。すなわち、圧力センサ端子１１ａのＧＮＤと、温度センサ端子１１ｂのＧＮＤとを兼用することにより、端子数を削減可能となる。

ケース１０とカバー９を接着材１７で接着している。このような構造にすることにより圧力導入孔３１より印加された圧力がケース１０内部に拡散することなく圧力センサセル２１へ圧力を印加することができ、かつカバー９と接着材１７により気密を保つことが可能でケース１０外部に圧力が漏れてしまうのを防ぐことができる。

本実施例は、圧力センサへの導入ポートを備えるケースと、リード線と温度検出素子を有する温度センサと、前記リード線と接続される温度センサ端子と、を備え、前記リード線はコーティングされており、前記温度検出素子を露出するように、前記コーティング部の一部並びに前記リード線と前記温度センサ端子の接続部分を樹脂で封止する封止部を備え、前記ケースと前記封止部は別に形成されている。

なお、本実施例では、プリモールド２６がケース１０にインサートされることで固定される例を示したが、これに限定されるものではなく、ポート部３０内に挿入される形でプリモールド２６がケース１０に固定されていてもよい。

また、リード線４２と温度センサ端子１１ｂとの接続は、ハンダ接合、レーザー溶接、抵抗溶接等、電気的導通が図れる手法が挙げられる。

リード線４２の例としては、ニッケル線や、ＣＰ線に無電解ニッケルめっき（化学ニッケルめっき）をしたものが挙げられる。温度センサ端子１１ｂの例としては、黄銅材にスズめっきしたもの、りん青銅材にスズめっきをしたもの、ステンレス材が挙げられる。

本発明の実施例２について、図４を用いて説明する。なお、実施例と同様の構成については説明を省略する。

本実施例は、実施例１に対してカバー９を廃止したカバーレス構造である。本実施例は、圧力センサセル２１の端子を圧力センサ端子１１ａに溶接した後、接着材１７をケース１上部に充填し封止する構成である。ケース１０はＰＰＳ樹脂（ポリファニレンサルファイド：Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ樹脂）で作られている。ＰＰＳ樹脂は、「ｐｏｌｙｐｌａｓｔｉｃｓ社のフォートロン６５６５Ａ７ ＨＤ９０５０」を使用している。この樹脂は、接着材１７との接着性が良く、線膨張係数も近い特性であり、圧力センサセル２１にも使用されている。圧力センサセル２１とケース１０の材料が同一であることから、高温時または低温時における線膨張差によるケース１０から圧力センサセル２１への応力の影響が少なく、圧力センサセル９の出力への悪影響を防ぐことが可能である。

ケース１０にインサートモールドされた圧力センサ端子１１ａにはそれぞれ圧力センサセル２１の端子が溶接されており、その上から接着材１７にて封止されている。これは接合部２３を封止することで水や腐食性物質から溶接部を保護するためと、封止することで接続部自体の強度を高めることを目的としている。

圧力センサセル２１自体はケース１０に対して接着材１７を用いて接着されている。このような構造にすることにより圧力導入孔３１より印加された圧力がケース１０に拡散することなく圧力センサセル２１へ圧力を印加することができる。

また、ポート部３０の一端側（上端側）に接着材１７で接着により配置されている圧力センサセル２１の上側まで接着材１７により封止され、ケース１０の蓋の役割を担って気密に覆っている。これは蓋であるカバー９を必要とせず、気密を保つことが可能でケース１０外部に圧力が漏れてしまうのを防ぐことができる。

また、プリモールド２６の樹脂材２５は、ケース１０のオーバーモールドの際、オーバーモールドにより完全に覆われる構成とする事により、より腐食物質からの耐性を向上するのに功を奏する。ケース１０の樹脂材とプリモールドの樹脂材２５は高温時または低温時における線膨張差を考慮して同一である事が望ましい。

本発明の実施例３について、図６を用いて説明する。なお、実施例１と同様の構成については説明を省略する。

図６に示すように、本実施例は、樹脂材２５aのリード線４２が出ている部分が、リード線保持構造４６を備えている。リード線保持構造４６は、樹脂材２５aの表面とリード線４２の表面とが９０度より大きい角度で接する面を持っている。言い換えると、リード線保持構造４６は、リード線となす角が９０以下となる傾斜あるいは曲面テーパ構造である。このような構造にすることで、外力Aや外力Bが温度センサ４４へ加わっても、リード線保持構造４６の広い範囲に応力を分散することができるため、リード線４２が曲がりにくくなる。温度センサ４４への外力としては、例えばエンジン吸気システム内のバックファイヤなどがある。

実施例３の変形例を図７を用いて説明する。図６ではリード線保持構造４６と樹脂材２５aの表面とリード線４２の表面とが９０度より大きい角度で接する面が３６０度すべての方向にある円錐状の構造である。しかし、本実施例のプリモールド２６の様に２本のリード線４２が先端でつながる片持ち構造の場合、リード線４２が曲がりやすい外力の方向は、リード線が並ぶ方向に垂直である外力Aと外力Bの方向であり、リード線が並ぶ方向に平行である外力Cや外力Dの方向の外力に対しては強い構造である。そのため、図７に示すように、外力Aと外力Bの方向のみに樹脂材２５aの表面とリード線４２の表面とが９０度より大きい角度で接する面を持っているリード線保持構造４６でもよい。図７aと図７bとは図６の場合と同じ方向から見た図である。

図６、図７のリード線保持構造４６は２本のリード線４２それぞれに対し、独立の突起構造となっているが、２本のリード線４２にまたがる１つの構造で樹脂材２５aの表面とリード線４２の表面とが９０度より大きい角度で接する面を持つ構造でもよい。

本発明の実施例４を図８を用いて説明する。なお、実施例２と同様の構成については説明を省略する。

実施例４では、実施例３では樹脂２５で構成したリード線保持構造42を、プリモールド26をインサートするケース１０で構成した。実施例３と同様に、ケース１０に形成されたリード線保持構造４２により、ケース１０を構成する樹脂から突出するリード４２が外力から保護される。

９ カバー
１０ ケース
１１ 端子
１１ａ 圧力センサ端子
１１ｂ 温度センサ端子
１２ 第一の凹部
１３ コネクタ開口部
１４ ボンディングワイヤ
１６ 圧力検出室
１７ 接着材
１９ 接続部設置室
２０ 圧力検出素子
２１ 圧力センサセル
２２ ゲル
２３ 接続部（圧力センサ−端子間）
２５ 樹脂材
２５a リード線保持構造４６を備えた樹脂材
２６ プリモールド
３０ ポート部
３１ 圧力導入孔
３２ 壁部
３３ Ｏリング
３５ ガード
４０ 温度検出素子
４１ 接続部（温度センサ−端子間）
４２ リード線
４３ リード線の他端部
４４ 温度センサ
４５ エポキシコーティング
４６ リード線保持構造
４７ ケース１０に配置されたリード線保持構造
１００ 第一実施形態に係る温度センサ一体型圧力センサ装置
２００ 第二実施形態に係る温度センサ一体型圧力センサ装置
９００ 特許文献１の温度センサ一体型圧力センサ装置
A 外力Aの印加方向
B 外力Bの印加方向
C 外力Cの印加方向
D 外力Dの印加方向

Claims (14)

1. ケースに圧力センサが搭載される圧力センサにおいて、
   一部がコーティングされたリード線と温度検出素子を有する温度センサと、前記リード線と接続される温度センサ端子と、を有し、前記温度検出素子を露出するように、前記コーティング部の一部並びに前記リード線と前記温度センサ端子の接続部分を樹脂で封止するプリモールドを備え、
   前記プリモールドは、リード線保持構造を備える圧力センサ装置。
2. 前記プリモールドは、少なくとも前記温度検出素子が露出するように、前記ケースにインサート固定されている請求項１に記載の圧力センサ装置。
3. ケースに圧力センサが搭載される圧力センサにおいて、
   一部がコーティングされたリード線と温度検出素子を有する温度センサと、前記リード線と接続される温度センサ端子と、を有し、前記温度検出素子を露出するように、前記コーティング部の一部並びに前記リード線と前記温度センサ端子の接続部分を樹脂で封止するプリモールドを備え、
   前記プリモールドは、少なくとも前記温度検出素子が露出するように、前記ケースにインサート固定され、
   前記ケースは、リード線保持構造を備える圧力センサ装置。
4. 前記ケースは、圧力センサへ圧力を導入する圧力導入孔を有するポート部を備え、前記温度検出素子を、前記ポート部から突出させた請求項１乃至３の何れかに記載の圧力センサ。
5. 前記プリモールドの樹脂部は、前記圧力導入孔に配置される請求項４に記載の圧力センサ。
6. 前記リード線は、エポキシ系樹脂でコーティングされている請求項１乃至５の何れかに記載の圧力センサ。
7. 前記プリモールドの樹脂部は、前記ケースを構成する樹脂に完全に覆われている請求項２に記載の圧力センサ。
8. 前記プリモールドの樹脂部は、前記ケースを構成する樹脂から一部露出している請求項２に記載の温度センサ一体型半導体圧力センサ。
9. 前記温度センサ端子のＧＮＤ端子は、前記圧力センサのＧＮＤ端子を兼ねる請求項１に記載の圧力センサ。
10. 前記リード線と温度センサ端子との接続は、ハンダ接合、レーザー溶接、抵抗溶接等である請求項１に記載の圧力センサ。
11. 前記リード線はニッケル線を用い、
    前記温度センサ端子は、黄銅材にスズめっきしたもの、りん青銅材にスズめっきしたもの、ステンレス材にしたもの、の何れかを用いる請求項１に記載の圧力センサ。
12. 前記リード線はＣＰ線に無電解ニッケルめっき（化学ニッケルめっき）を用い、
    前記温度センサ端子は黄銅材にスズめっきしたものを用いる請求項１に記載の圧力センサ。
13. 前記リード線保持構造は、少なくともリード線が連なる方向と垂直な方向に、前記樹脂の表面と前記リード線の表面とが９０度より大きい角度で接する面を持っている請求項１乃至２の何れかに記載の圧力センサ。
14. 前記リード線保持構造は、３６０度すべての方向にある円錐状の構造である請求項１３に記載の圧力センサ。

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