JP2591145B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents

半導体圧力センサ

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JP2591145B2 JP7089389A JP7089389A JP2591145B2 JP 2591145 B2 JP2591145 B2 JP 2591145B2 JP 7089389 A JP7089389 A JP 7089389A JP 7089389 A JP7089389 A JP 7089389A JP 2591145 B2 JP2591145 B2 JP 2591145B2
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勝吾 浅野
貴志 森川
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、自動車などの内燃機関の吸入空気圧や大気
圧、エギゾースト圧などの圧力を検出する半導体圧力セ
ンサに関する。
従来の技術 近年、自動車などの排気ガス規制の強化に伴い、自動
車用エンジンなどにおいてはその運転状態のいかんを問
わず、常に最良の燃焼状態を得ることができるように制
御しなければならない。
そこで、この制御のために、圧力変換器によりエンジ
ンの吸気圧力を検出して電気信号に変換し、この信号に
応じて燃料の供給量を電子的に制御したり、点火時期を
制御してエンジンの燃焼状態を最適な状態に維持する方
法や、大気圧の変化を検知して高度な補正を行う方法な
どが採用されるようになっている。
ところで、このような自動車用として使用される圧力
変換器は、耐熱性、耐震性などの特性に優れたものが要
求されるので、この要求を満足するものとして半導体歪
みゲージ形の圧力センサが広く採用され、これに伴い種
々改良された半導体圧力センサが提案されている。
第5図は、従来の半導体圧力センサを示す側面断面図
である。
第5図において、101は、圧力が検出される流体等を
先端開口から導入するための圧力導入パイプ、102は、
外部から圧力導入パイプ101を介して導入される流体等
の圧力を検出するためのセンサチップであり、圧力導入
パイプ101は、流体等がセンサチップ102に導入されるよ
うに、Oリング105を介して樹脂のアウタケース103内に
インサート成形で取り付けられる。
104は、外部からの電気ノイズをシールドするために
アウタケース103の内面に沿って設けられたインナケー
スであり、インナケース104内には、センサチップ102と
セラミック基板108が実装されたプリント基板107が配置
されている。
これらプリント基板107等は、インナケース104内に封
入されるゾル109により保護され、また、接続線106を介
してインナケース104、アウタケース103に固定されて電
気信号が外部に取り出される。
アウタケース103から外部に露出した接続線106は、接
続線112を介してコネクタ111に接続され、接続線106と
接続線112の接続部113は、樹脂110により保護される。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の半導体圧力センサでは、ア
ウタケース103を中心的な部品として、センサチップ102
やセラミック基板108を組み立て、また、ゾル107や樹脂
110により電気部品を保護するので、部品点数が多くな
ってアウタケース103との接続部が多くなり、したがっ
て、組立工程が多くなって高価になるばかりか、耐熱
性、耐震性などの信頼性に欠けるという問題点がある。
本発明は上記従来の問題点に鑑み、構造を単純化して
信頼性の向上、品質の安定化、低コスト化を図ることが
できる半導体圧力センサを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、先端の開口から
流体を導入し、後端の開口に感圧ダイヤフラムが取り付
けられた圧力導入パイプと、ダイヤフラムが上方に突出
するようにこの圧力導入パイプが貫通して取り付けられ
るとともに、感圧ダイヤフラムの圧力検出信号を取り出
すリード線を通すための孔が形成され、各孔がハーメチ
ックシールされる基台と、感圧ダイヤフラムを封止する
ために基台上に接合されたキャップと、基台の裏面に接
合される取付金具がインサート成形されるとともに、前
記リード線が接続されるターミナルを備えたコネクタを
備えたものである。
作用 本発明は上記構成により、感圧ダイヤフラム、キャッ
プ、圧力導入パイプ、コネクタが基台に取り付けられる
構造となるので、構造が簡単になり、したがって、信頼
性の向上、品質の安定化、低コスト化を図ることができ
る。
また、圧力を検出する素子として感圧ダイヤフラムを
用いているので、簡単な構造のキャップで感圧ダイヤフ
ラムを封止することができ、したがって、従来例のよう
なゾルが不要となる。
実施例 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。第
1図は、本発明に係る半導体圧力センサの一実施例を示
す側面断面図、第2図は、第1図の半導体圧力センサを
示す平面図であり、第1図は、第2図の線A−Aに沿っ
た側面断面図である。
第1図及び第2図において、1は、圧力が検出される
流体等を先端開口から導入するための圧力導入パイプで
あり、圧力導入パイプ1は、先端から半分の部分が比較
的細く形成され、後半部が比較的太く形成されて後端が
外側に開くように形成されている。
2は、外部から圧力導入パイプ1を介して導入される
流体等の圧力を検出するために半導体結晶チップで形成
されたセンサチップ、3は、センサチップ2の基台(ス
テム)であり、基台3は、前方部(図示左側)が略正方
形で形成され、後方部が前方部より幅が小さくなり、ま
た後端部(図示右側)が幅広になるように板状に形成さ
れている。
基台3の前方部には、圧力導入パイプ1からフィルタ
18を介して流体を導入するための第2の圧力導入パイプ
15が貫通するようにハーメチックシール剤19を介して取
り付けられ、フィルタ18と反対側の圧力導入パイプ15の
開口には、圧力を検出するためのホィートストンブリッ
ジ抵抗(不図示)が形成された感圧ダイヤフラム(半導
体単結晶チップ)11が直接封着して接合されている。
尚、圧力導入パイプ15は、半導体単結晶チップと近似す
る熱膨脹係数を有する材料で形成される。
基台3の前方部にはまた、温度補償及び増幅用の回路
部品(不図示)が実装された基板6が固定されている。
ここで、圧力導入パイプ15は、感圧ダイヤフラム11と基
板6の上面が一致するように基板6を貫通して取り付け
られ、感圧ダイヤフラム11の抵抗と基板6上の回路は、
導電性ワイヤにより接続される。この第2の圧力導入パ
イプ15を基台3に取り付けた後、第1の圧力導入パイプ
1が溶接又はろう付けにより基台3の裏面に固定され
る。
また、基台3の前方部には、基板6からの圧力検出信
号をリード線12を介して裏側から取り出すためのパイプ
20が貫通するように取り付けられ、このパイプ20の内部
17は、リード線12が取り出された後ハーメチックシール
剤19により封止される。
尚、第2図に示すように、圧力導入パイプ1、感圧ダ
イヤフラム11、基板6上の回路等は、センサチップ2の
幅方向に2重構成で配置され、基台3上には、感圧ダイ
ヤフラム11と基板6を包囲するためのキャップ14が溶接
されている。したがって、このキャップ14の溶接と、パ
イプ15及び貫通孔17のハーメチックシールにより、キャ
ップ14の内部16、すなわち感圧ダイヤフラム11の上側が
基準圧力で維持される。
4は、センサチップ2からの圧力検出信号を出力する
ために溶接によりリード線12に接続されるターミナル8
が一体で構成されたコネクタであり、コネクタ4には、
先端が圧力導入パイプ1の近傍で下方に折り曲げられ、
後端の幅が基台3の後端部の幅が略一致する接続金具
(取付金具)7がインサート樹脂成形で取り付けられて
いる。
基台3の後端部の裏面と接続金具7の後端部の表面
は、第2図に示すように、固定部9、10において溶接に
より接合され、また、接続金具7の裏側の凹部は、セン
サチップ2からのリード線12とコネクタ4のターミナル
8が接続された後樹脂5により封止される。
尚、13は、この圧力センサをエンジン等に固定するた
めにコネクタ4に形成された固定部である。
次に、上記実施例の動作を説明する。
第1図において、例えば内燃機関の吸入空気圧を測定
する場合に圧力導入パイプ1の一方の先端開口を吸気マ
ニホールドの吸気孔に接続すると、吸気マニホールドの
吸気孔からの流体が圧力導入パイプ1、フィルタ18、圧
力導入パイプ15を介して感圧ダイヤフラム11の裏側に導
入され、圧力に応じた歪みを感圧ダイヤフラム11に与え
る。
この歪みにより、感圧ダイヤフラム11に形成されたホ
ィートストンブリッジ抵抗の値が変化し、この抵抗値が
基板6上の回路により温度補償及び増幅され、リード線
12、コネクタ4のターミナル8を介して出力される。し
たがって、この値により吸気マニホールド内の圧力を検
出することができる。
また、圧力導入パイプ1の他方を介して大気を他方の
感圧ダイヤフラム11の裏側に導入すると、大気圧を検出
することができ、したがって、吸気マニホールド内の圧
力と大気圧を同時に検出することができる。
尚、上記実施例では、2つの圧力導入パイプ1、15、
フィルタ18を介して感圧ダイヤフラム11の裏側に導入す
るように構成したが、代わりに第3図及び第4図に示す
ように、圧力導入パイプ1aを感圧ダイヤフラム11の裏側
まで伸びるように構成すれば、第1図及び第2図に示す
ようにフィルタ8の接合部から流体が漏れることがなく
なり、圧力をより正確に検出することができる。
尚、この場合、圧力導入パイプ1aは、感圧ダイヤフラ
ム11の半導体結晶チップと熱膨脹係数が近似した材料で
形成すると、圧力導入パイプ1aの開口に感圧ダイヤフラ
ム11を直接封着して接合したセンサチップ2aを構成する
ことができる。
発明の効果 以上説明したように、本発明は、先端の開口から流体
を導入し、後端の開口に感圧ダイヤフラムが取り付けら
れた圧力導入パイプと、ダイヤフラムが上方に突出する
ようにこの圧力導入パイプが貫通して取り付けられると
ともに、感圧ダイヤフラムの圧力検出信号を取り出すリ
ード線を通すための孔が形成され、各孔がハーメチック
シールされる基台と、感圧ダイヤフラムを封止するため
に基台上に接合されたキャップと、基台の裏面に接合さ
れる取付金具がインサート成形されるとともに、前記リ
ード線が接続されるターミナルを備えたコネクタを備え
たので、感圧ダイヤフラム、キャップ、圧力導入パイ
プ、コネクタが基台に取り付けられる構造となり、した
がって、構造が簡単になるので、信頼性の向上、品質の
安定化、低コスト化を図ることができる。
また、圧力を検出する素子として感圧ダイヤフラムを
用いているので、簡単な構造のキャップで感圧ダイヤフ
ラムを封止することができ、したがって、従来例のよう
なゾルが不要となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る半導体圧力センサの一実施例を
示す側面断面図、第2図は、第1図の半導体圧力センサ
を示す平面図、第3図は、本発明に係る半導体圧力セン
サの第2の実施例を示す側面断面図、第4図は、第3図
の半導体圧力センサを示す平面図、第5図は、従来の半
導体圧力センサを示す側面断面図である。 1,1a,15…圧力導入パイプ、2,2a…センサチップ、3…
基台(ステム)、4…コネクタ、5…樹脂、6…基板、
7…接続金具(取付金具)、8…ターミナル、11…感圧
ダイヤフラム、12…リード線、13…センサ固定部、14…
キャップ、17…貫通孔、19…ハーメチックシール剤、20
…パイプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−61641(JP,A) 特開 昭61−3020(JP,A) 特開 昭57−186137(JP,A) 特開 昭63−290932(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】先端の開口から流体を導入し、後端の開口
    に感圧ダイヤフラムが取り付けられた圧力導入パイプ
    と、 前記感圧ダイヤフラムが上方に突出するように前記圧力
    導入パイプが貫通して取り付けられるとともに、前記感
    圧ダイヤフラムの圧力検出信号を取り出すリード線を通
    すための孔が形成され、各孔がハーメチックシールされ
    る基台と、 前記感圧ダイヤフラムを封止するために前記基台上に接
    合されたキャップと、 前記基台の裏面に接合される取付金具がインサート成形
    されるとともに、前記リード線が接続されるターミナル
    を備えたコネクタを有する半導体圧力センサ。
  2. 【請求項2】前記感圧ダイヤフラムと圧力導入パイプを
    それぞれ2つ備え、前記コネクタのターミナルから2つ
    の流体の圧力検出信号を出力することを特徴とする請求
    項(1)記載の半導体圧力センサ。
  3. 【請求項3】前記圧力導入パイプは、前記基台の裏側に
    接合される第1の圧力導入パイプと、一端が前記第1の
    圧力導入パイプに当接し、他端に前記感圧ダイヤフラム
    が取り付けられる第2の圧力導入パイプとより成ること
    を特徴とする請求項(1)又は(2)記載の半導体圧力
    センサ。
  4. 【請求項4】前記感圧ダイヤフラムにより検出された圧
    力検出信号を温度補償し、増幅する回路部品を前記キャ
    ップにより封止することを特徴とする請求項(1)〜
    (3)のいずれかに記載の半導体圧力センサ。
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