JP2021032807A - センサ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】デジタル信号を出力できるようにしつつ、設計変更が複雑になることを抑制できるセンサ装置を提供する。【解決手段】物理量に応じたアナログ信号を検出信号として出力するセンサチップ21と、センサチップ21と電気的に接続され、検出信号に所定の処理を行ったアナログ信号を第1処理信号として出力するアナログ処理回路を有する第1回路チップ22と、第1回路チップ22と電気的に接続され、第1処理信号に対して所定の処理を行ったデジタル信号を第2処理信号として出力するデジタル処理回路を有する第2回路チップ31と、を備える。そして、センサチップ21および第1回路チップ22は、第1モールド樹脂24で封止されて第1モールド部材20が構成されるようにし、第2回路チップ32は、第1モールド樹脂24と異なる第2モールド樹脂33で封止されて第2モールド部材30が構成されるようにする。【選択図】図3
Description
本発明は、センサチップがモールド樹脂で封止されたセンサ装置に関するものである。
従来より、例えば、特許文献1には、センサチップがモールド樹脂で封止されたセンサ装置が提案されている。具体的には、このセンサ装置は、センサチップと共に回路チップがモールド樹脂で一体的に封止されてモールド部材を構成している。そして、センサ装置は、モールド部材がコネクタケースに搭載されて構成されている。
なお、センサチップは、圧力や温度等の物理量に応じたアナログ信号を出力するように構成されている。回路チップは、センサ素子から出力されたアナログ信号に所定のアナログ処理を行うことが可能なアナログ処理回路が形成されている。そして、センサ装置は、回路チップで処理されたアナログ信号を外部回路へと出力する。
ところで、近年では、センサ装置からデジタル信号を出力できるようにすることも望まれている。この場合、回路チップにデジタル処理を可能なデジタル処理回路も形成しようとすると、回路チップが大型化するため、この回路チップを封止したモールド部材の形状や、当該モールド部材を搭載するコネクタケース等の形状も変更する必要があり、設計変更が複雑になることが懸念される。また、現状では、既に量産されているセンサチップおよび回路チップの構成の形状を維持したいという要望もある。
本発明は上記点に鑑み、デジタル信号を出力できるようにしつつ、設計変更が複雑になることを抑制できるセンサ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための請求項1では、測定媒体の物理量を検出するセンサ装置であって、物理量に応じたアナログ信号を検出信号として出力するセンサチップ(21)と、センサチップと電気的に接続され、センサチップから出力される検出信号に所定の処理を行ったアナログ信号を第1処理信号として出力するアナログ処理回路を有する第1回路チップ(22)と、第1回路チップと電気的に接続され、第1回路チップから出力される第1処理信号に対して所定の処理を行ったデジタル信号を第2処理信号として出力するデジタル処理回路を有する第2回路チップ(31)と、を備え、センサチップおよび第1回路チップは、第1モールド樹脂(24)で封止されて第1モールド部材(20)を構成し、第2回路チップは、第1モールド樹脂と異なる第2モールド樹脂(33)で封止されて第2モールド部材(30、40)を構成している。
これによれば、第2回路チップは、第1モールド樹脂とは別の第2モールド樹脂で封止されて第2モールド部材を構成している。このため、従来のセンサ装置に対し、第1モールド部材の構成や体格を大きく変更する必要がなく、第1モールド部材の形状を維持できる。また、第1モールド部材を搭載する部分のコネクタケースの構成や体格も大きく変更する必要がない。したがって、デジタル信号を出力できるようにしつつ、設計変更が複雑になることを抑制できる。
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
(第1実施形態)
第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、検出する物理量が圧力および温度であるセンサ装置について説明する。また、このようなセンサ装置は、例えば、車両に搭載されて用いられると好適である。
第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、検出する物理量が圧力および温度であるセンサ装置について説明する。また、このようなセンサ装置は、例えば、車両に搭載されて用いられると好適である。
本実施形態のセンサ装置は、図1に示されるように、センサユニット10にハウジング70が組付けられて構成されている。
まず、センサユニット10の構成について説明する。センサユニット10は、図1〜図3に示されるように、第1モールド部材20、第2モールド部材30、コネクタケース40を有する構成とされている。
第1モールド部材20は、図4に示されるように、センサチップ21、第1回路チップ22、第1リードフレーム23、これらを封止する第1モールド樹脂24等を有する構成とされている。
センサチップ21は、図4および図5に示されるように、シリコン基板等を用いて構成された平面矩形状の板状部材とされており、長手方向の一端部側(すなわち、図4および図5中紙面右側)にセンシング部211が形成されている。本実施形態では、センシング部211は、図4〜図6に示されるように、薄膜化されたダイヤフラム部212に4つのゲージ抵抗213がブリッジ回路を構成するように形成され、当該ブリッジ回路に電流Iが流れるように構成されている。なお、ゲージ抵抗213は、感温性物質で構成された感温抵抗体で構成されている。
そして、センサチップ21は、ダイヤフラム部212に圧力が印加されてダイヤフラム部212が変形すると、ゲージ抵抗213の抵抗値が変化する。このため、図6に示されるように、センサチップ21は、圧力に応じた検出信号として、アナログ信号である第1電圧信号Vpを出力する。また、センサチップ21は、温度が変化すると、ブリッジ回路の合成抵抗値が変化する。このため、センサチップ21は、温度に応じた検出信号として、アナログ信号である第2電圧信号Vtを出力する。つまり、本実施形態のセンサチップ21は、ブリッジ回路の抵抗値バランスによって圧力を検出し、ブリッジ回路の全体の合成抵抗値の変化によって温度を検出する。
第1回路チップ22は、図4に示されるように、センサチップ21とボンディングワイヤ25を介して電気的に接続されている。そして、第1回路チップ22は、センサチップ21から出力された第1電圧信号Vpおよび第2電圧信号Vtに対して所定の処理を行ったアナログ信号を第1処理信号として出力するアナログ処理回路を有する構成とされている。なお、所定の処理とは、例えば、増幅処理等である。
第1リードフレーム23は、第1アイランド部23aと、第1アイランド部23aの周囲に配置された複数の第1端子部23bとを備えている。なお、このような第1リードフレーム23は、一般的な銅や42アロイ等の導電性に優れた金属にて構成され、エッチング加工やプレス加工等によって所定形状に加工されている。
第1アイランド部23a上には、センサチップ21における長手方向の他端部および第1回路チップ22が図示しない接着剤を介して搭載されている。つまり、センサチップ21は、一端部側が第1アイランド部23aから突出するように配置されている。
第1端子部23bは、第1アイランド部23aにおけるセンサチップ21が突出する側と反対側に配置されており、第1回路チップ22は、各第1端子部23bとボンディングワイヤ26を介して電気的に接続されている。
なお、本実施形態では、第1端子部23bは、4本備えられ、一方向(すなわち、図4中紙面上下方向)に沿って配列されている。具体的には、第1端子部23bの1本は、ブリッジ回路に電源電圧を印加するための電源用端子部とされ、第1端子部23bの1本は、ブリッジ回路にグランド電圧を印加するためのグランド用端子部とされている。第1端子部23bの残りの2本は、ブリッジ回路の中点電圧を出力するための出力用端子部とされている。そして、各第1端子部23bは、配列方向の両端部に出力用端子部が位置すると共に出力用端子部の間に電源用端子部およびグランド用端子部が位置するように、配置されている。
第1モールド樹脂24は、センサチップ21、第1回路チップ22、第1リードフレーム23、ボンディングワイヤ25、26を封止するように構成されている。これにより、第1モールド部材20が構成されている。
具体的には、第1モールド樹脂24は、センサチップ21のうちのセンシング部211が形成されている側の一端部側が露出すると共に、第1端子部23bの一部が露出するように形成されている。なお、第1モールド樹脂24は、一般的なエポキシ樹脂等で構成され、金型を用いたトランスファーモールド法等によって成形される。
ここで、本実施形態の第1モールド樹脂24は、センサチップ21のうちの一端部側におけるセンシング部211が露出するように配置されているが、センサチップ21における側面の周囲にも隙間部24aを介して配置されている。これにより、第1モールド樹脂24は、緩衝材となり、センサチップ21の側面が搬送時や組み着け時等において他の部材と衝突して欠けたりすることを抑制する機能を発揮する。なお、このような第1モールド樹脂24は、例えば、センシング部211が露出すると共にセンサチップ21におけるセンシング部211側の側面が封止されるようにモールド樹脂を形成した後、レーザ加工等することによって隙間部24aを形成することで構成される。以上が本実施形態の第1モールド部材20の構成である。
第2モールド部材30は、図3および図7に示されるように、第2回路チップ31と、第2リードフレーム32と、これらを封止する第2モールド樹脂33等を有している。
第2回路チップ31は、第1回路チップ22から出力された第1処理信号に対して所定の処理を行ったデジタル信号を第2処理信号として出力するデジタル処理回路を有する構成とされている。なお、所定の処理とは、例えば、アナログ信号をデジタル信号に変換する処理等である。
第2リードフレーム32は、第2アイランド部32aと、複数の第2端子部32bとを備えている。なお、複数の第2端子部32bは、第2アイランド部32aを挟むように、第2アイランド部32aの両側に配置されている。また、第2リードフレーム32は、第1リードフレーム23と同様に、一般的なCuや42アロイ等の導電性に優れた金属にて構成され、エッチング加工やプレス加工等によって所定形状に加工されている。
第2アイランド部32a上には、第2回路チップ31が接着剤34を介して搭載されている。そして、第2回路チップ31は、各第2端子部32bとボンディングワイヤ35を介して電気的に接続されている。
第2モールド樹脂33は、第2回路チップ31、第2リードフレーム32、ボンディングワイヤ35を封止するように構成されている。これにより、第2モールド部材30が構成されている。
具体的には、第2モールド樹脂33は、第2端子部32bの一部が露出するように形成されている。なお、第2モールド樹脂33は、第1モールド樹脂24と同様に、一般的なエポキシ樹脂等で構成されるものであり、金型を用いたトランスファーモールド法等によって成形される。以上が本実施形態の第2モールド部材30の構成である。
コネクタケース40は、図8に示されるように、円柱状のボディ部40aと、ボディ部40aから延設されると共にボディ部40aとの連結部分においてボディ部40aよりも径が小さくされた円柱状のコネクタ部40bとを有している。なお、コネクタケース40は、例えば、ポリフェニレンサルファイド(すなわち、PPS)やポリブチレンテレフタレート(すなわち、PBT)等の樹脂を型成形することにより作られている。
コネクタ部40bには、ボディ部40a側の外周面に凹部41が形成されていると共に、ボディ部40a側と反対側の端部に、開口部42が形成されている。ボディ部40aには、コネクタ部40b側と反対側の端部から当該凹部41内の空間と連通する貫通孔43が形成されている。
コネクタケース40には、外部回路等と電気的に接続するための金属棒状のターミナル50が複数本備えられている。これら各ターミナル50は、インサート成形によりコネクタケース40と一体に成形されることによってコネクタケース40内に保持されている。
本実施形態では、各ターミナル50は、一端部がコネクタケース40の凹部41内にて露出し、他端部がコネクタケース40の開口部42内にて露出するように、コネクタケース40に保持されている。なお、開口部42内で露出しているターミナル50の他端部は、図示しないワイヤハーネス等の外部配線部材を介して外部回路等と電気的に接続される。以上がコネクタケース40の構成である。
そして、コネクタケース40には、図2および図3に示されるように、貫通孔43に第1モールド部材20が圧入されることで第1モールド部材20が搭載されている。具体的には、第1モールド部材20は、第1端子部23bが凹部41内にて露出すると共に、センサチップ21のセンシング部211がコネクタケース40から突出するように、コネクタケース40に形成された貫通孔43に圧入されている。これにより、コネクタケース40の凹部41には、ターミナル50と、第1モールド部材20の第1端子部23bとが露出した状態となっている。
そして、コネクタケース40の凹部41には、第2モールド部材30が搭載されている。具体的には、第2モールド部材30は、一部の第2端子部32bがターミナル50と電気的に接続され、残りの第2端子部32bが第1モールド部材20の第1端子部23bと電気的に接続されるように配置されている。本実施形態では、第2モールド部材30の第2端子部32bと、ターミナル50および第1モールド部材20の第1端子部23bとは、母材同士が接続される抵抗溶接により、電気的、機械的に接続されている。
そして、コネクタケース40に形成された凹部41には、第2モールド部材30の第2端子部32bと、ターミナル50および第1モールド部材20の第1端子部23bとを保護する保護部材60が配置されている。これにより、第2モールド部材30の第2端子部32bと、ターミナル50および第1モールド部材20の第1端子部23bとの接続部の汚染や腐食等が抑制される。なお、保護部材60は、ポッティング樹脂等で構成される。
また、第1モールド部材20とコネクタケース40の間には、第1モールド部材20とコネクタケース40との間の隙間を封止するように、図示しないポッティング材が配置されている。以上が本実施形態のセンサユニット10の構成である。
ハウジング70は、図1に示されるように、収容凹部71と、当該収容凹部71と連結された延設部72とを有する構成とされている。そして、延設部72には、内部に測定媒体を導入する開口部72aが形成されている。なお、このようなハウジング70は、例えば、ステンレス、SUS、アルミニウム等の金属材料が切削や冷間鍛造等されて構成される。
そして、ハウジング70は、延設部72内にセンサチップ21のセンシング部211が位置するように、収容凹部71内にコネクタケース40のボディ部40aが挿入されてボディ部40aにかしめられることでコネクタケース40と一体化されている。これにより、開口部72aから延設部72内に測定媒体が導入され、センサチップ21から測定媒体に応じた検出信号が出力される。
なお、特に図示しないが、コネクタケース40とハウジング70との間には、Oリング等が配置されている。そして、Oリングがかしめ圧で押し潰されることにより、コネクタケース40とハウジング70との間の隙間が封止されている。
以上説明したように、本実施形態では、第1回路チップ22およびセンサチップ21は、第1モールド樹脂24で封止されて第1モールド部材20を構成している。第2回路チップ31は、第1モールド樹脂24とは別の第2モールド樹脂33で封止されて第2モールド部材30を構成している。このため、従来のセンサ装置に対し、第1モールド部材20の構成や体格を大きく変更する必要がなく、第1モールド部材20を搭載するコネクタケース40の構成や体格も大きく変更する必要がない。したがって、デジタル処理回路を搭載したセンサ装置を従来の構成から大きく変更することなく構成できるため、拡張が容易となる。つまり、本実施形態によれば、デジタル信号を出力できるようにしつつ、設計変更が複雑になることを抑制できる。
特に、本実施形態では、コネクタケース40の凹部41に第2モールド部材30を配置するようにしており、凹部41は、従来からターミナル50と第1モールド部材20の第1端子部23bとを接続する部分として形成されていた部分である。このため、本実施形態のセンサ装置は、従来の製造ラインに対し、第2モールド部材30を構成する工程と、第2モールド部材30をコネクタケース40に搭載する工程のみを追加すればよく、設計変更がさらに複雑になることを抑制できる。
また、本実施形態では、第2モールド部材30の第2端子部32bは、ターミナル50および第1モールド部材20の第1端子部23bと、母材同士が接続される抵抗溶接で接続されている。このため、第2モールド部材30の第2端子部32bと、ターミナル50および第1モールド部材20の第1端子部23bとの接続の信頼性を向上できる。
(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、第2回路チップ31をコネクタケース40内に収容したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、第2回路チップ31をコネクタケース40内に収容したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、図9に示されるように、第2回路チップ31は、コネクタケース40内に配置されている。具体的には、本実施形態のターミナル50は、一端部が凹部41から露出しないように形成されている。そして、コネクタケース40内には、ターミナル50の一端部と凹部41との間に第2アイランド部32aが配置されていると共に、コネクタケース40内から凹部41内に露出するように第2端子部32bが配置されている。なお、図9は、図2中のIII−III線に相当する断面図である。
第2アイランド部32a上には、接着剤34を介して第2回路チップ31が配置されている。そして、第2回路チップ31は、ボンディングワイヤ35を介して、ターミナル50の一端部および第2端子部32bと接続されている。なお、本実施形態では、コネクタケース40を構成する樹脂が第2モールド樹脂に相当し、コネクタケース40が第2モールド部材に相当する。
そして、コネクタケース40に備えられた第2端子部32bは、第1モールド部材20の第1端子部23bと凹部41内で接続されている。本実施形態では、第1実施形態と同様に、第2モールド部材30の第2端子部32bは、第1モールド部材20の第1端子部23bと抵抗溶接で接続されている。
以上説明したように、第2回路チップ31をコネクタケース40内に配置する構成としても上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、第2回路チップ31をコネクタケース40内に配置するため、コネクタケース40を形成する工程に多少の設計変更を要するものの、従来の製造ラインをそのまま利用できる。したがって、設計変更が複雑になることを抑制できる。また、本実施形態では、第2回路チップ31を封止するためにコネクタケース40と別のモールド部材を形成する必要がないため、部品点数の削減を図ることができる。
(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、第2モールド部材30の第2端子部32bと、第1モールド部材20の第1端子部23bおよびターミナル50との接続構造を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、第2モールド部材30の第2端子部32bと、第1モールド部材20の第1端子部23bおよびターミナル50との接続構造を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、図10に示されるように、第2モールド部材30の第2端子部32bと、第1モールド部材20の第1端子部23bおよびターミナル50とは、導電性接着剤等で構成される導電性の接合部材80を介して接合されている。なお、図10は、図2中のIII−III線に相当する断面図である。
これによれば、上記第1実施形態の抵抗溶接と比較すると、第2モールド部材30の第2端子部32bと、第1モールド部材20の第1端子部23bおよびターミナル50とを接続する際に高温にする必要がない。このため、第1モールド部材20、第2モールド部材30、コネクタケース40に熱応力が発生し難くなる。したがって、第1モールド樹脂24、第2モールド樹脂33、コネクタケース40等にクラックが発生することも抑制できる。
(第4実施形態)
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、第2モールド部材30の第2端子部32bと、第1モールド部材20の第1端子部23bおよびターミナル50との接続構造を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、第2モールド部材30の第2端子部32bと、第1モールド部材20の第1端子部23bおよびターミナル50との接続構造を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、図11に示されるように、第2モールド部材30の第2端子部32bと、第1モールド部材20の第1端子部23bおよびターミナル50とは、はんだ90を介して接合されている。なお、図11は、図2中のIII−III線に相当する断面図である。
これによれば、第2モールド部材30の第2端子部32bと、第1モールド部材20の第1端子部23bおよびターミナル50とがはんだ90を介して接合されるため、微小な位置ずれをはんだ90によって吸収できる。このため、製造工程の簡略化を図ることができると共に歩留まりを向上できる。
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
例えば、上記各実施形態では、センサチップ21が物理量としての圧力および温度を検出する例について説明したが、センサチップ21は、圧力のみを検出するように構成されていてもよいし、温度のみを検出するように構成されていてもよい。また、センサチップ21は、他の物理量を検出するように構成されていてもよく、例えば、測定媒体の流量を検出するように構成されていてもよい。
さらに、上記各実施形態では、第1モールド部材20における第1端子部23bは、配列方向における位置関係が適宜変更されてもよい。例えば、第1モールド部材20における第1端子部23bは、配列方向の端部に電源用端子部が配置され、2つの出力用端子部がグランド用端子部を挟んで電源用端子部と反対側に配置されるようにしてもよい。これによれば、ノイズが印加され易い電源用端子部の隣にグランド用端子部が配置され、電源用端子部と2つの出力用端子部が離れて配置されるため、ノイズの影響を低減し易くなる。
また、上記各実施形態を適宜組み合わせるようにしてもよい。例えば、上記第3、第4実施形態を第2実施形態に組み合わせ、第2モールド部材30の第2端子部32bと第1モールド部材20の第1端子部23bとが導電性の接合部材80またははんだ90で接合されるようにしてもよい。
20 第1モールド部材
21 センサチップ
22 第1回路チップ
24 第1モールド樹脂
30 第2モールド部材
31 第2回路チップ
33 第2モールド樹脂
21 センサチップ
22 第1回路チップ
24 第1モールド樹脂
30 第2モールド部材
31 第2回路チップ
33 第2モールド樹脂
Claims (6)
- 測定媒体の物理量を検出するセンサ装置であって、
前記物理量に応じたアナログ信号を検出信号として出力するセンサチップ(21)と、
前記センサチップと電気的に接続され、前記センサチップから出力される検出信号に所定の処理を行ったアナログ信号を第1処理信号として出力するアナログ処理回路を有する第1回路チップ(22)と、
前記第1回路チップと電気的に接続され、前記第1回路チップから出力される第1処理信号に対して所定の処理を行ったデジタル信号を第2処理信号として出力するデジタル処理回路を有する第2回路チップ(31)と、を備え、
前記センサチップおよび前記第1回路チップは、第1モールド樹脂(24)で封止されて第1モールド部材(20)を構成し、
前記第2回路チップは、第1モールド樹脂と異なる第2モールド樹脂(33)で封止されて第2モールド部材(30、40)を構成しているセンサ装置。 - ターミナル(50)を有するコネクタケース(40)を備え、
前記コネクタケースには、外周面に前記ターミナルを露出させる凹部(41)が形成されており、
前記第1モールド部材は、前記第1回路チップと接続される第1端子部(23b)を有し、前記第1端子部が前記凹部から露出する状態で前記コネクタケースに搭載されており、
前記第2モールド部材は、前記第2回路チップと接続される複数の第2端子部(32b)を有し、一部の前記第2端子部が前記ターミナルと接続されると共に、残りの前記第2端子部が前記第1端子部と接続される状態で前記凹部に配置されている請求項1に記載のセンサ装置。 - 前記第1モールド部材は、前記第1回路チップと接続される第1端子部(23b)を有し、前記第2モールド部材に搭載されており、
前記第2モールド部材は、前記第2回路チップと接続されると共に外部回路と接続されるターミナル(50)、および前記第2回路チップと接続されると共に前記第1モールド部材の第1端子部と接続される第2端子部(32b)を有している請求項1に記載のセンサ装置。 - 前記第2モールド部材の第2端子部は、前記第1モールド部材の第1端子部と抵抗溶接されて接続されている請求項2または3に記載のセンサ装置。
- 前記第2モールド部材の第2端子部は、前記第1モールド部材の第1端子部と導電性の接合部材(80)を介して接続されている請求項2または3に記載のセンサ装置。
- 前記第2モールド部材の第2端子部は、前記第1モールド部材の第1端子部とはんだ(90)を介して接続されている請求項2または3に記載のセンサ装置。
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JP (1) | JP2021032807A (ja) |
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2019
- 2019-08-28 JP JP2019155638A patent/JP2021032807A/ja active Pending
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