JP2024040275A - 圧力センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力センサにおいて、センサチップの信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するためにシールド部材を液封室内に設け、しかも、液封室内に充填されるシリコーンオイルの容積をさらに減少させることができること。【解決手段】帯状のシールド部材20は、センサチップ/端子用固定部材14の凹状のチップ設置部に配されたセンサチップ16の信号処理電子回路部の真上に位置する遮蔽部20Aと、遮蔽部20Aの一端に連なりセンサチップ/端子用固定部材14に固定される固定端部20Bと、遮蔽部20Aの他端に連なりセンサチップ/端子用固定部材14に固定される固定端部20Cとから構成され、遮蔽部20Aは、遮蔽部20Aの幅方向に対応して互いに向き合うセンサチップ16に接続された複数のボンディングワイヤWiの一端相互間であって、ボンディングワイヤWiの湾曲部の位置よりもセンサチップ16の表面に近い位置に配置されるもの。【選択図】図1
Description
本発明は、圧力センサに関する。
液封型の半導体圧力センサに内蔵されるセンサユニットは、例えば、特許文献1に示されるように、継手部材のポートに連通する圧力室と後述する液封室とを隔絶する金属製ダイヤフラムと、円筒状のハウジングの内周部における金属製ダイヤフラムの上方に形成され圧力伝達媒体としてのシリコーンオイルを貯留する液封室と、液封室内に配され金属製ダイヤフラムを介しシリコーンオイルの圧力変動を検出するセンサチップと、センサチップを支持するセンサチップマウント部材と、上述のハウジングの内周部におけるセンサチップマウント部材の周囲を密封するハーメチックガラスと、ハーメチックガラスにより固定されセンサチップからの出力信号の送出およびセンサチップへの電力供給を行う入出力端子群とを主な要素として含んで構成されている。
上述のような構成において、加えて、特許文献1における図1に示されるように、センサチップの信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するためにシールド部材が液封室内に設けられている。門型断面を有するシールド部材におけるセンサチップ全体を覆う部分は、センサチップの端面との間に所定の隙間が形成されている。門型断面を有するシールド部材における2個の固定端部は、円盤状の導電板の一方の端面におけるセンサチップの外周部に近接して接合され導通している。シールド部材および導電板の電位は、センサチップに搭載されている電子回路と同一電位となっている。
斯かる構成においては、門型断面を有するシールド部材がセンサチップ全体を覆う構成なので液封室内の容積が比較的大となり、液封室内に充填され得るシリコーンオイルの容積が比較的大となる場合がある。このような場合、周囲温度の変化に基づくシリコーンオイルの膨張、収縮による金属製ダイヤフラムの変化に起因した圧力センサの出力特性の変化をもたらす虞がある。そこで、例えば、特許文献2に示されるように、周囲温度の変化に基づくシリコーンオイルの膨張、収縮による金属製ダイヤフラムの変化に起因した圧力センサの出力特性の変化を抑制すべく、液封室内に充填されるシリコーンオイルの容積が比較的小となるように、導電板に接合される環状部材が液封室内に設けられている。即ち、液封室内に充填されるシリコーンオイルの容積は、シールド部材および環状部材によって、環状部材が配置されないハウジングの内周部によって形成される液封室の全内容積に比して小となる。
周囲温度の変化に起因した圧力センサの出力特性の変化をさらに抑制すべく、上述の液封室内に充填されるシリコーンオイルの容積をさらに減少させることが要望されている。
しかしながら、特許文献1に示されるように、液封室内に配置されるシールド部材の固定端部がハーメチックガラスの一方の端面に支持されている導電板の端面に固定される構成において、ボンディングワイヤの上方よりシールド部材でセンサチップ全体を覆うような構造であるため液封室を深くする必要があり、液封室内の空間容積が大きくなる傾向がある。また、特許文献1および特許文献2に示される構造ではシールド部材を固定するための導電板が必要であり、しかも、液封室を深くする必要があることから、金属製ダイヤフラムとシールド部材との間の所定の隙間を確保しつつ、液封室における入出力端子の軸線方向に沿った内寸法をさらに縮小することにも限界がある。
以上の問題点を考慮し、本発明は、圧力センサであって、センサチップの信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するためにシールド部材を液封室内に設け、しかも、液封室内に充填されるシリコーンオイルの容積をさらに減少させることができる圧力センサを提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明に係る圧力センサは、圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサチップと、該センサチップが配される液封室と該液封室に向き合う圧力室とを仕切るダイヤフラムと、該センサチップに配線材を介して電気的に接続される入出力端子群と、前記センサチップが配置されるチップ設置部を有し、前記センサチップおよび前記入出力端子群を支持するセンサチップ/端子用支持部材とを含んでなるセンサユニットと、前記液封室内における前記センサチップの一方の端面と前記ダイヤフラムとの間に配され、前記センサチップの真上に位置する遮蔽部と、該遮蔽部に連なり前記センサチップ/端子用支持部材に固定される固定端部とを有し、前記センサチップに作用する電界を遮断する電界遮断部材と、を備え、前記配線材は頂部を形成するように配線され、前記電界遮断部材の遮蔽部における前記センサチップに接続された配線材の接続端の配列方向に沿った少なくとも一方の端部が、該配線材の前記頂部の位置よりも前記センサチップの中央部に近接した位置に配置されることを特徴とする。
また、本発明に係る圧力センサは、前記チップ設置部は、前記センサチップ/端子用支持部材の端部に凹状に形成されることを特徴とする。
また、本発明に係る圧力センサは、導体パターンが前記センサチップ/端子用支持部材の端面に形成され、前記入出力端子群が前記導体パターンと電気的に接続され、前記電界遮断部材の各固定端部が前記導体パターンに固定されていることを特徴とする。
本発明に係る圧力センサによれば、電界遮断部材の遮蔽部におけるセンサチップに接続された配線材の接続端の配列方向に沿った少なくとも一方の端部が、配線材の接続端の真上の位置よりもセンサチップの中央部に近接した位置に配置されるのでセンサチップの信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するためにシールド部材としての電界遮断部材を液封室内に設け、しかも、液封室内に充填されるシリコーンオイルの容積をさらに減少させることができる。その結果として、シリコーンオイル実質充填容積を、即ち、シリコーンオイルなどの圧力伝達媒体の封入量を減らすことができるので、周囲温度の変化に基づくシリコーンオイルの膨張、収縮による金属製ダイヤフラムの変位量の変化に起因した圧力センサの出力特性の変化が抑制でき、圧力センサの出力における温度特性を向上させることができる。
図1(A)および(B)は、本発明に係る圧力センサの一例に用いられるセンサユニットの要部を示す。
圧力センサは、例えば、特許文献1に示されるような、圧力が検出されるべき流体が導かれる配管に接続される継手部材2と、ろう付け等により、継手部材2のベースプレート4に連結され後述するセンサユニットを収容しセンサチップからの検出出力信号を所定の圧力測定装置に供給するセンサユニット収容部と、を含んで構成されている。
図1(A)に示されるように、金属製の継手部材2は、上述の配管の接続部の雄ねじ部にねじ込まれる雌ねじ部2fsを内側に有している。雌ねじ部2fsは、矢印Pの示す方向から供給される流体を後述する圧力室4Aに導く継手部材2のポート2aに連通している。ポート2aの一方の開口端は、継手部材2のベースプレート4とセンサユニットのダイヤフラム32との間に形成される圧力室4Aに向けて開口している。
センサユニット収容部の外郭部は、カバー部材としての円筒状の防水ケース6により形成されている。樹脂製の防水ケース6の下端部には、開口部が形成されている。内側となる開口部の周縁の段差部6Sには、継手部材2のベースプレート4の周縁部が係合されている。圧力室4A内には、継手部材2のポート2aを通じて流体の圧力が導入される。センサユニットのハウジング12の下端面は、ベースプレート4の周縁部に溶接により連結されている。
図1(A)に示されるように、ベースプレート4と後述するダイヤフラム32との間に形成される圧力室4A内の圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサユニットは、金属製の円筒状のハウジング12と、上述の圧力室4Aとハウジング12の内周部とを隔絶する金属製のダイヤフラム32と、複数の圧力検出素子、および、圧力検出素子からの信号を処理する信号処理電子回路部を有するセンサチップ16と、センサチップ16を凹状のチップ設置部14G内で接着剤層50を介して支持するとともに、センサチップ16に電気的に接続される入出力端子群40ai(i=1~8)、および、オイル充填用パイプ44(図1(B)参照)をハウジング12の内周部に固定するセンサチップ/端子用固定部材14と、を主な要素として含んで構成されている。
ダイヤフラム32は、上述の圧力室4Aに向き合うハウジング12の一方の下端面に支持されている。圧力室4Aに配されるダイヤフラム32を保護するダイヤフラム保護カバー34は、複数の連通孔を有している。ダイヤフラム保護カバー34の周縁は、ダイヤフラム32の周縁とともに溶接によりハウジング12の下端面に接合されている。ハウジング12、ダイヤフラム32、上述のベースプレート4、および、継手部材2は、接続され導通している為、互いに同一電位である。また、入出力端子群40aiは、センサチップ/端子用固定部材14(絶縁物)を介してハウジング12とは絶縁されて保持されている。センサチップ/端子用固定部材14は、例えば、PPS,POE等の樹脂材料、ハーメチックガラス、セラミックのうちのいずれかの材料で形成されている。
金属製のダイヤフラム32と向かい合うセンサチップ16およびセンサチップ/端子用固定部材14の端面との間に形成される液封室13には、例えば、所定量のシリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等の圧力伝達媒体PMがオイル充填用パイプ44を介して充填されている。なお、オイル充填用パイプ44の一方の端部は、オイル充填後、押し潰され閉塞される。
入出力端子群40ai(i=1~8)は、2本の電源用端子(1本は、GND用端子:ゼロ(V)の端子)と、1本の出力用端子と、5本の調整用端子とから構成されている。各端子の両端部は、それぞれ、上述のセンサチップ/端子用固定部材14の一方の端面部からセンサチップ/端子用固定部材14の中心軸線に沿って液封室13に向けて突出し、または、センサチップ/端子用固定部材14の他方の端面部から外方に向けて突出している。なお、図1(A)においては、8本の端子うちの4本の端子だけが示されている。入出力端子群40aiと後述するセンサチップ16との間は、配線材としてのボンディングワイヤWiで接続されている。
センサチップ16は、ブリッジ回路を形成する複数の圧力検出素子をシリコンダイヤフラム部の上部に有し、例えば、シリコンで略矩形状に形成されている半導体歪ゲージ部と、半導体歪ゲージ部の上端面における圧力検出素子の周囲に形成されブリッジ回路の出力信号を処理する増幅回路、直線補正回路、温度補正回路、および、補正データ保持回路を集積化し形成する電子回路部と、を含んで構成されている。なお、上述の半導体歪みゲージ部と上述の電子回路部とはそれぞれ独立した素子であっても良い。
センサチップ16は、図4(C)に部分的に拡大されて示されるように、例えば、液封室13の内側となるセンサチップ/端子用固定部材14内のチップ設置部14Gの底部に接着剤層50を介して接着されている。その際、センサチップ16における一方の端面は、センサチップ/端子用固定部材14の端面を超えてチップ設置部14Gから液封室13に向けて突出している。チップ設置部14Gの深さは、例えば、約0.3mm程度に設定されている。ボンディングワイヤWiで接続されている入出力端子群40aiの一端の突出高さHaは、例えば、約0.2mm程度突出している。これにより、入出力端子群40aiの一端面は、センサチップ16における端面よりもセンサチップ/端子用固定部材14の端面に近い位置となる。
図1(B)に示されるように、液封室13内におけるセンサチップ16の一方の端面とダイヤフラム32との間には、電界遮断部材としてのシールド部材20が設けられている。シールド部材20は、センサチップ16の信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するものとされる。シールド部材20は、例えば、ステンレス鋼、銅、アルミニウム等の導電性の金属材料で帯状に作られている。
帯状のシールド部材20は、図1(B)に示されるように、センサチップ16の信号処理電子回路部の真上に位置する遮蔽部20Aと、遮蔽部20Aの一端に連なる固定端部20Bと、遮蔽部20Aの他端に連なる固定端部20Cとから構成されている。遮蔽部20Aの幅は、センサチップ16の一辺よりも若干小なる寸法に設定されている。遮蔽部20Aは、図4(C)に部分的に拡大されて示されるように、遮蔽部20Aの幅方向に対応して互いに向き合うセンサチップ16に接続された複数のボンディングワイヤWiの一端相互間に配され所定の隙間をもってセンサチップ16の表面に近接している。その所定の隙間は、後述の圧力伝達媒体PM中のボンディングワイヤWi、センサチップ16と遮蔽部20Aとの接触防止の為、例えば、少なくとも0.1mm程度に設定されている。
センサチップ /端子用固定部材14に対するシールド部材20、入出力端子群40ai、センサチップ16の相互位置関係については、シールド部材20の遮蔽部20Aに向き合うセンサチップ16の表面の位置が、センサチップ/端子用支持部材14の端面からセンサチップ16の中心軸線に平行に突出した入出力端子群40aiの端面の位置よりも遮蔽部20Aに近い位置とされる。
特許文献1の様に、従来、シールド部材がセンサチップ16の周囲からセンサチップ16に配線されるボンディングワイヤWiに干渉しないよう、シールド部材がボンディングワイヤWiの上方を跨ぐようにセンサチップ16を覆っていた。これに対して、本構造では、シールド部材20の遮蔽部20Aの位置は、図4(C)に拡大して示されるように、ボンディングワイヤWiの湾曲部の頂部Witよりもセンサチップ16の中央部寄りとなる位置、即ち、向き合うボンディングワイヤWiの湾曲部の内側に対応するセンサチップ16を覆う位置に配置されている。シールド部材20の遮蔽部20Aの幅方向の端部の位置は、より好ましくは、ボンディングワイヤWiの湾曲部の頂部Witよりもセンサチップ16の中央部寄りとなる離隔した位置であってボンディングワイヤWiの湾曲部の接続端Wieに近接した位置である。
これにより、遮蔽部20Aは、ボンディングワイヤWiの湾曲部の頂部Witの位置よりもさらにセンサチップ16の表面に近い位置に配置されることとなる。
なお、ボンディングワイヤWiが、門型に形成された状態でセンサチップ16の表面に配線される場合にあっては、遮蔽部20Aの端部の位置は、ボンディングワイヤWiの接続端の真上に位置する頂部よりもセンサチップ16の中央部寄りに離隔した接続端に近い位置に配置されてもよい。
固定端部20Bに形成された孔には、オイル充填用パイプ44が挿入されている。固定端部20Cは、入出力端子群40aiのうちの隣接した所定の二本の端子相互間の位置となるように、センサチップ/端子用固定部材14の端面に形成された後述する導体パターン22の一方の端部に半田付け固定されている。固定端部20Bは、導体パターン22の他方の端部に半田付け固定されている。所定の膜厚を有する導体パターン22は、図1(B)に示されるように、例えば、めっき、または、メタライズ等により、センサチップ/端子用固定部材14の円周方向に沿った入出力端子群40aiの一端の配列とハウジング12の内周面12aとの間に入出力端子群40aiの一端の配列に倣って形成されている。導体パターン22は、入出力端子群40aiのうちのいずれか1本、例えば、GND用端子(ゼロ(V)の端子)に接続されたボンディングワイヤWibを介して接続され導通している。GND用端子は、ボンディングワイヤWiaを介してセンサチップ16に接続されている。これにより、シールド部材20は、センサチップ16に搭載されている信号処理電子回路の電位と同一電位となっている。従って、ダイヤフラム32とセンサチップ16の信号処理電子回路部との間に、センサチップ16の電位と同一電位となるシールド部材20を配置することにより、ユニットの一次側電源(不図示)と同一電位であるダイヤフラム32と、制御回路(不図示)側との電位差によって生じるセンサチップ16に作用する電界は、シールド部材20により遮断される。また、シールド部材20の電位とセンサチップ16の電位とは同一電位であるので電界はこれら相互間に発生しない。そのため、センサチップ16とダイヤフラム32との間に生じる電位差は、センサチップ16に作用しないのでセンサチップ16における信号処理電子回路に対する影響を防止することができる。さらに、特許文献1および特許文献2に示されるような液封室13内に配される導電板がなく、しかも、シールド部材20の遮蔽部20Aは、ボンディングワイヤWiの湾曲部の位置よりもさらにセンサチップ16の表面に近い位置に配置されることとなる。その結果として、窪んだチップ設置部14Gに配されたセンサチップ16にダイヤフラム32をさらに近づけることができるのでハウジング12の内周部に形成される液封室13におけるセンサチップ/端子用固定部材14の中心軸線に沿った深さをより浅くできる。これにより、液封室13内に充填される圧力伝達媒体PMの封入量を減少させることができるので、圧力センサの出力における温度特性を向上させることができる。なお、少なくとも、センサチップ16の半導体歪ゲージ部分のみをシールド部材20(遮蔽部20A)で覆うだけでも同様の効果が得られる。
上述の例においては、センサチップ16における一方の端面は、センサチップ/端子用固定部材14の端面を超えてチップ設置部14Gから液封室13に向けて突出しているが、斯かる例に限られることなく、例えば、図4(B)に示されるように、センサチップ16における一方の端面がセンサチップ/端子用固定部材24の端面と面一となるように、センサチップ/端子用固定部材24のチップ設置部24Gの深さが設定されてもよい。シールド部材20の固定端部は、チップ設置部24Gの周囲に形成される導体パターンCOLに接続されている。これにより、ハウジング12の内周部に形成される液封室13におけるセンサチップ/端子用固定部材24の中心軸線に沿った深さをより浅くできる。
さらに、図4(A)に示されるように、センサチップ16における一方の端面の位置がセンサチップ/端子用固定部材43の端面よりも低くセンサチップ16全体がチップ設置部内に埋没するように、センサチップ/端子用固定部材43のチップ設置部43Gの深さが設定されてもよい。なお、図4(A)において、シールド部材20の各固定端部(不図示)は、センサチップ/端子用固定部材43のチップ設置部43Gの周囲に形成される導体パターンCOLに接続されている。即ち、シールド部材20の各固定端部は、遮蔽部20Aと共通の平面上に形成されている。
これにより、ハウジング12の内周部に形成される液封室13におけるセンサチップ/端子用固定部材14の中心軸線に沿った深さをより浅くできるとともに、シールド部材の遮蔽部、および、固定端部を共通の平面上に形成できるのでシールド部材20の構成が簡略化され得る。なお、図4(A)および(B)において、図4(C)に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。
図4(A)、(B)、および、(C)に示される例においては、入出力端子群40aiが、センサチップ16の全周囲の円周方向に沿って所定の間隔をもって配列され、各ボンディングワイヤWiにより、センサチップ16の両端部にそれぞれ、複数個形成されるボンディングパッドに電気的に接続されている。
斯かる例に限られることなく、例えば、入出力端子群が、センサチップ16の一方の端部の周囲にのみ配列される場合、即ち、例えば、センサチップ16の周囲180°の範囲内に配列されるとき、入出力端子群が、センサチップ16の一方の端部だけに複数個形成されるボンディングパッドに各ボンディングワイヤWiにより電気的に接続されてもよい。
このような場合、第1の変形例として、例えば、センサチップ/端子用固定部材に固定される固定端部を一端部に有し、片持ち支持されるシールド部材の遮蔽部におけるセンサチップ16の各ボンディングパッドに臨む他端部の位置は、各ボンディングパッドに接触することなく、センサチップ16の各ボンディングパッドに接続される各ボンディングワイヤWiにおける接続端に可能な限り近接した位置に設定されてもよい。
さらにまた、第2の変形例として、センサチップ16の各ボンディングパッドの配列方向に沿ったシールド部材の遮蔽部の長辺に直交する各短辺にそれぞれ一体に形成される各固定端部が例えば、センサチップ/端子用固定部材に固定されてもよい。このような場合、シールド部材の遮蔽部におけるセンサチップ16の各ボンディングパッドに臨むシールド部材の遮蔽部の長辺の端部の位置は、各ボンディングパッドに接触することなく、センサチップ16の各ボンディングパッドに接続される各ボンディングワイヤWiにおける接続端に可能な限り近接した位置に設定されてもよい。
図1(A)に示される例においては、ダイヤフラム32の横断面における同心円状に緩やかに起伏する凹凸は、比較的小さく形成されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、図2に示されるように、ダイヤフラム42の横断面におけるシールド部材20の遮蔽部20Aに向き合う平坦部分の回りに液封室13内に向けて比較的大きく起伏する凹凸が、同心円状に張り出すように形成されてもよい。即ち、ダイヤフラム42の凹凸は、ダイヤフラム42の外周縁による仮想平面に対し、液封室13側への突出量が圧力室4A側への突出量よりも大きい。望ましくは、凹凸が、液封室13側に突出し、圧力室4A側には突出しないように形成されている。ダイヤフラム42の凹凸の形状は、液封室13側への突出において、液封室13内部の各部品(センサチップ、ボンディングワイヤ、入出力端子群、シールド部材等)とは干渉しない形状となっている。
これにより、液封室13内に充填される圧力伝達媒体PMの容積が、図1(A)に示される例における液封室13内に充填される圧力伝達媒体PMの容積に比してさらに減少される。なお、図2において、図1(A)に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。
また、例えば、図3(A)に示されるように、ハウジング12に接合されるダイヤフラム52の外周縁の位置が、ダイヤフラム52の横断面におけるシールド部材20の遮蔽部20Aに向き合う平坦部分の位置よりも液封室13内のセンサチップ/端子用固定部材14の端面により近い位置に設定されてもよい。さらに、例えば、図3(B)に示されるように、ハウジング12に接合されるダイヤフラム53の外周縁が、ダイヤフラム53の横断面におけるシールド部材20の遮蔽部20Aに向き合う平坦部分53Bに連なる円錐面53Fにより平坦部分53Bに連結されるように形成されてもよい。
これにより、センサチップ/端子用固定部材14の中心軸線に沿ったハウジング12の厚さをより薄くすることが可能となる。
なお、図3(A)および(B)において、図1(A)に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。
図5(A)および(B)は、本発明に係る圧力センサの一例に用いられるセンサユニットの他の一例の要部を示す。なお、図5(A)および(B)において、図1(A)および(B)に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。
上述のベースプレートとダイヤフラム32との間に形成される圧力室内の圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサユニットは、金属製の円筒状のハウジング12と、圧力室とハウジング12の内周部とを隔絶する金属製のダイヤフラム32と、複数の圧力検出素子、および、圧力検出素子からの信号を処理する信号処理電子回路部を有するセンサチップ16と、接着剤層50を介してセンサチップ16を一端部で支持する金属製のチップマウント部材18と、センサチップ16に電気的に接続される入出力端子群40ai(i=1~8)と、入出力端子群40aiおよびオイル充填用パイプ44をチップマウント部材18の外周面とハウジング12の内周面との間に固定するハーメチックガラス19と、を主な要素として含んで構成されている。
金属製のダイヤフラム32と向かい合うセンサチップ16およびハーメチックガラス19の端面との間に形成される液封室13には、電界遮断部材としてのシールド部材21が、センサチップ16の一方の端面とダイヤフラム32との間に配されている。シールド部材21の外周縁は、後述するスペーサ部材17の一方の端面に接合されている。シールド部材21は、センサチップ16の信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するものとされる。円板状のシールド部材21は、例えば、ステンレス鋼、銅、アルミニウム等の導電性の金属材料で作られている。なお、シールド部材21の外周縁は、後述するスペーサ部材17の一方の端面に接合されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、シールド部材21の外周縁がスペーサ部材17の一方の端部に形成される凹部内に支持されてもよい。
シールド部材21は、図5(B)に示されるように、入出力端子群40aiのうちのいずれかの1本、例えば、GND用端子(ゼロ(V)の端子)に対応した位置に孔21aを有している。これにより、液封室13内に充填される圧力伝達媒体PM(例えば、シリコーンオイル)が、ダイヤフラム32の変位に応じてシールド部材21により覆われたスペーサ部材17の内周部とダイヤフラム32とシールド部材21との間に形成された部分との間を、孔21aを介して流動することとなる。
シールド部材21は、入出力端子群40aiのうちのいずれかの1本、例えば、GND用端子(ゼロ(V)の端子)に接続されたボンディングワイヤWibを介して接地されている。GND用端子(ゼロ(V)の端子)は、ボンディングワイヤWiaを介してセンサチップ16に接続されている。なお、シールド部材21の形状は、円板形状に限られることなく、例えば、図1(B)に示されるような、帯状、あるいは、小判形であってもよい。
また、シールド部材21には、孔21aの他に、シールド部材21により覆われたスペーサ部材17の内周面と、ダイヤフラム32とシールド部材21との間に形成された部分との間を連通させる孔、もしくは、溝等の連通路が、スペーサ部材17内に形成されてもよい。
スペーサ部材17は、例えば、圧力伝達媒体PMよりも熱膨張率の低い、例えば、樹脂材料、ゴム材料、セラミック等の絶縁材料で成形されている。これにより、特許文献1および特許文献2に示されるような、液封室13内に配されシールド部材を固定する導電板がなく、ハウジング12の内周部に形成される液封室13における入出力端子群40aiの中心軸線に沿った深さをより浅くできる。これにより、液封室13の内部空間容積、即ち、圧力伝達媒体PMの封入量を減少させることができるので、圧力センサの出力における温度特性を向上させることができる。
なお、センサーデバイスの内部空間の横断面形状が、例えば、特許文献3の図1に示されるような、矩形横断面である場合においては、上述のスペーサ部材17が環状部材である必要はなく、例えば、スペーサ部材が矩形の筒状横断面を有するものであってもよい。さらに、スペーサ部材の形状は、液封室13内部でスペーサ部材がセンサチップ16、ボンディングワイヤWi、ダイヤフラム32などと干渉せず、しかも、液封室13の内部空間容積を最大限に埋めることができる形状であれば、スペーサ部材の形状を任意の形状とすることができる。
シールド部材21を液封室13内に配置するにあたっては、先ず、例えば、入出力端子群40aiとセンサチップ16とがボンディングワイヤを介して接続された後、次に、スペーサ部材17がハウジング12の内周部12a内に接着、または、溶着などにより、固定されるとともにシールド部材21がスペーサ部材17の一方の端面に接合され、スペーサ部材17とシールド部材21とが一体となる。続いて、シールド部材21が、ボンディングワイヤWibを介してGND用端子(ゼロ(V)の端子)に接続される。
図6(A)および(B)は、本発明に係る圧力センサの一例に用いられるセンサユニットのさらなる他の一例の要部を示す。なお、図6(A)および(B)において、図5(A)および(B)に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。
図5(A)および(B)に示される例においては、シールド部材21が、ボンディングワイヤWibを介してGND用端子(ゼロ(V)の端子)に接続されているが、その代わりに、図6(A)および(B)に示される例においては、シールド部材31が、端子接続用基板30、および、端子接続用基板30の導体パターンを介して例えば、GND用端子(ゼロ(V)の端子)に接続される中継端子62により、GND用端子(ゼロ(V)の端子)に接続される。
上述のベースプレートとダイヤフラム32との間に形成される圧力室内の圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサユニットは、金属製の円筒状のハウジング12と、圧力室とハウジング12の内周部とを隔絶する金属製のダイヤフラム32と、複数の圧力検出素子、および、圧力検出素子からの信号を処理する信号処理電子回路部を有するセンサチップ16と、接着剤層50を介してセンサチップ16を一端部で支持する金属製のチップマウント部材18と、センサチップ16に電気的に接続される入出力端子群40ai(i=1~8)と、入出力端子群40aiおよびオイル充填用パイプ44をチップマウント部材18の外周面とハウジング12の内周面との間に固定するハーメチックガラス19とを主な要素として含んで構成されている。
金属製のダイヤフラム32と向かい合うセンサチップ16およびハーメチックガラス19の端面との間に形成される液封室13には、電界遮断部材としてのシールド部材31が、センサチップ16の一方の端面とダイヤフラム32との間に配されている。シールド部材31の外周縁は、スペーサ部材17の一方の端面に接合されている。シールド部材31は、センサチップ16の信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するものとされる。円板状のシールド部材31は、例えば、ステンレス鋼、銅、アルミニウム等の導電性の金属材料で作られている。シールド部材31は、図6(B)に示されるように、互いに向き合う2箇所に貫通孔31aおよび31bを有している。これにより、液封室13内に充填される圧力伝達媒体PM(例えば、シリコーンオイル)が、ダイヤフラム32の変位に応じてシールド部材31により覆われたスペーサ部材17の内周部とダイヤフラム32とシールド部材31との間に形成された部分との間を、貫通孔31aおよび31bを介して流動することとなる。なお、シールド部材31の形状は、円板形状に限られることなく、例えば、図1(B)に示されるような、帯状、あるいは、小判形であってもよい。このような場合、上述の貫通孔は不要となる。また、シールド部材31の貫通孔31aおよび31bの代わりに、シールド部材31により覆われたスペーサ部材17の内周部とダイヤフラム32とシールド部材31との間に形成された部分との間を連通させる連通路が、スペーサ部材17内に形成されてもよい。
シールド部材31は、中継端子62の下端部に半田付け固定されている。中継端子62は、入出力端子群40aiのうちの隣接する2本の端子相互間に配置され、ハーメチックガラス19により固定されている。中継端子62、入出力端子群40ai(i=1~8)、および、オイル充填用パイプ44は、それぞれ、ハーメチックガラス19の円周方向に沿って均等間隔でハーメチックガラス19内に固定されている。
中継端子62の上端部は、端子接続用基板30の導体パターンの一方の端部に半田付け固定されている。端子接続用基板30の導体パターンの他方の端部は、入出力端子群40aiのうちのいずれかの1本、例えば、GND用端子(ゼロ(V)の端子)に接続されている。端子接続用基板30は、中継端子62の上端部が貫通する孔、および、入出力端子群40aiおよびオイル充填用パイプ44が貫通する複数個の孔を円周方向に沿って所定の間隔をもって備えている。端子接続用基板30には、中継端子62の上端部が貫通する孔の周縁とGND用端子(ゼロ(V)の端子)が貫通する孔の周縁との間に導体パターンが形成されている。
シールド部材31を液封室13内に配置するにあたっては、先ず、例えば、入出力端子群40aiとセンサチップ16とがボンディングワイヤを介して接続された後、次に、スペーサ部材17がハウジング12の内周部12a内に接着、または、溶着などにより、固定されるとともにシールド部材31がスペーサ部材17の一方の端面に接合された後、シールド部材31および端子接続用基板30の導体パターンの一方の端部が、それぞれ、中継端子62の両端部に半田付け固定される。
これにより、シールド部材31は、中継端子62および端子接続用基板30の導体パターンを介してセンサチップ16に搭載されている信号処理電子回路の電位と同一電位となっている。従って、ダイヤフラム32とセンサチップ16の信号処理電子回路部との間に、センサチップ16の電位と同一電位となるシールド部材31を配置することにより、ユニットの一次側電源(不図示)と同一電位であるダイヤフラム32と、制御回路(不図示)側との電位差によって生じるセンサチップ16に作用する電界は、シールド部材31により遮断される。また、シールド部材31の電位とセンサチップ16の電位とは同一電位であるので電界はこれら相互間に発生しない。そのため、センサチップ16とダイヤフラム32との間に生じる電位差は、センサチップ16に作用しないのでセンサチップ16における信号処理電子回路に対する影響を防止することができる。
さらに、本実施例の構成においても、上述の例と同様に、シールド部材31の外周縁は導電板を介せずにスペーサ部材17の一方の端面に直接接合されている。特許文献1および特許文献2に示されるような、液封室13内に配されシールド部材を固定する導電板がないため、ハウジング12の内周部に形成される液封室13における入出力端子群40aiの中心軸線に沿った深さをより浅くできる。これにより、液封室13の内部空間容積、即ち、圧力伝達媒体PMの封入量を減少させることができるので、圧力センサの出力における温度特性を向上させることができる。
12 ハウジング
14 センサチップ/端子用固定部材
16 センサチップ
17 スペーサ部材
18 チップマウント部材
19 ハーメチックガラス
20、21、31 シールド部材
30 端子接続用基板
32、42、52 ダイヤフラム
40ai 入出力端子群
14G、24G、44G チップ設置部
62 中継端子
Wi、Wia ,Wib ボンディングワイヤ
Wie 接続端
14 センサチップ/端子用固定部材
16 センサチップ
17 スペーサ部材
18 チップマウント部材
19 ハーメチックガラス
20、21、31 シールド部材
30 端子接続用基板
32、42、52 ダイヤフラム
40ai 入出力端子群
14G、24G、44G チップ設置部
62 中継端子
Wi、Wia ,Wib ボンディングワイヤ
Wie 接続端
Claims (3)
- 圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサチップと、該センサチップが配される液封室と該液封室に向き合う圧力室とを仕切るダイヤフラムと、該センサチップに配線材を介して電気的に接続される入出力端子群と、前記センサチップが配置されるチップ設置部を有し、前記センサチップおよび前記入出力端子群を支持するセンサチップ/端子用支持部材とを含んでなるセンサユニットと、
前記液封室内における前記センサチップの一方の端面と前記ダイヤフラムとの間に配され、前記センサチップの真上に位置する遮蔽部と、該遮蔽部に連なり前記センサチップ/端子用支持部材に固定される固定端部とを有し、前記センサチップに作用する電界を遮断する電界遮断部材と、
を備え、
前記配線材は頂部を形成するように配線され、
前記電界遮断部材の遮蔽部における前記センサチップに接続された配線材の接続端の配列方向に沿った少なくとも一方の端部が、該配線材の前記頂部の位置よりも前記センサチップの中央部に近接した位置に配置されることを特徴とする圧力センサ。 - 前記チップ設置部は、前記センサチップ/端子用支持部材の端部に凹状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。
- 導体パターンが前記センサチップ/端子用支持部材の端面に形成され、前記入出力端子群が前記導体パターンと電気的に接続され、前記電界遮断部材の各固定端部が前記導体パターンに固定されていることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。
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