JP2847074B2 - 集積回路を有する圧力センサ装置 - Google Patents

集積回路を有する圧力センサ装置

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JP2847074B2
JP2847074B2 JP9012214A JP1221497A JP2847074B2 JP 2847074 B2 JP2847074 B2 JP 2847074B2 JP 9012214 A JP9012214 A JP 9012214A JP 1221497 A JP1221497 A JP 1221497A JP 2847074 B2 JP2847074 B2 JP 2847074B2
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    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0055—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧力センサ装置に関
し、特に圧力センサにおける集積回路（ＩＣ）を含むよ
うなデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】他の適用と同様に自動車両において、空
気圧、マニホルド圧または他の圧力の測定を得ることが
必要である。共通してこのようなセンサは、ベース、圧
力変動に応答して可動なダイヤフラム、ダイヤフラム応
力に応答するダイヤフラム上のセンサ要素、該センサ要
素の出力を調整して圧力信号を得るための補償回路、ダ
イヤフラムを囲むためのカバー、そしてベースまたはカ
バーのいくつかの部分を通って拡張してデバイスに電力
を供給して圧力信号を送出する端子を含む。センサ装置
は、高品質を維持しながら組立体のコストを最小にする
こと、特にセンサ装置が大容量中で製造されることが重
要である。
【０００３】回路から側方に拡張する端子または回路の
平面に対しては垂直であるが該回路から側方にオフセッ
トしている端子を含むベースまたはハウジング上に圧力
センサまたは他の回路を設けることが知られている。し
かし、外側端子ブレードは回路またはダイヤフラムに対
して垂直であり整列されそして回路またはダイヤフラム
とベースの同じ側にあるような、インライン構成が望ま
しい。そのとき、ベースは圧力ソースと接続されること
ができ、そして端子はソースから離れて広がるであろ
う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＤＩＰパッケージ補償
ＩＣにはんだ付けされそして検出要素に取付ける粘着性
および金のワイヤ・ボンドを使用する、フレックス（可
撓）回路を使用することが提案されてきた。これは、フ
レックス回路およびパッケージＩＣの特別の製造工程お
よび高コストを要求する。別の提案は、ピンおよびソケ
ットの相互接続を使用する。検出要素は相互接続のソケ
ット部分を含む回路ボードに接着されたワイアである。
コネクタ上の端子を拡張しそして形成することにより作
られたピンは、手操作によりソケットに合致される。こ
の型を自動化することはコストがかかりそして潜在的な
品質の問題を提出するであろう。
【０００５】高品質および低コストを維持するために、
自動化過程により容易に組立てられそして不必要な構成
部品コストを避ける圧力センサ装置を構成することが望
ましい。そこで、圧力センサ装置における本発明の目的
は、低コストおよび自動化組立体のための検出要素に対
する補償ＩＣの接続を簡単化することである。このよう
な装置における他の目的は、検出回路および端子に対し
てＩＣを結合するためのフレックス回路または回路ボー
ドを削除することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】圧力検出ダイヤフラム
は、ベース上に支持されそしてそのセンターにボスを有
し、ボスの領域における圧力変化に依存する曲げを防止
する。補償器ＩＣが非可撓性領域に接着することにより
ダイヤフラムに直接に設けられている。ソフト接着剤を
使用することにより、ＩＣの部分をいくつかの可撓性領
域に重ねることを許容することを可能にする。接着剤
が、ＩＣをダイヤフラム動作から分離することに十分に
対応する場合には、どの要素も他の要素の存在により不
利に影響されない。ボスのない、このため応力なし領域
を持たないダイヤフラムの場合において、ダイヤフラム
の動きが非常に小さいならば、ＩＣはなおソフト接着剤
を使用するダイヤフラム上に設けられ得る。
【０００７】ダイヤフラム中またはダイヤフラム上の応
力検出抵抗はダイヤフラム応力に従って抵抗において変
化する。ダイヤフラムの表面は、ホーイストン・ブリッ
ジ構成の抵抗に結合される導電性経路の形態の回路を保
ち、そして抵抗を形成するために構成されても良い。い
ずれかの場合において、回路は、ワイヤ・ボンディング
によりＩＣ上のボンド・サイトに結合されているボンド
・サイトを形成し、圧力応答抵抗情報をＩＣに与える。
経路はまたダイヤフラムと隣接して置かれたコネクタ端
子にワイア・ボンディングすることにより接続用のボン
ド・パッドを形成する。
【０００８】圧力センサと補償器ＩＣに対して供給電圧
を運ぶ端子とグランドおよびＩＣの出力電圧を運ぶ端子
は、ベース上に位置されそして回路とＩＣ上に広がる非
導電性ドームに設けられている。ドームは回路と端子間
の接続を完成するためにワイア・ボンダーによるアクセ
スを許容する開口を有する。各端子ブレードはダイヤフ
ラムから離れて指向される端部と、回路上のボンド・パ
ッドの近くの開口の縁に置かれている別の端部を有す
る。またベース上に据えられたカバーはセンサの側を囲
み、そして端子を収容する頂部開口を有する。カバー
は、その外側の環境からセンサをシールするためにドー
ムに対してシールしても良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の利点は、同一の参照番号
が同一の部分を述べている添付の図面と結合して取られ
た次の記述からさらに明らかになるであろう。図１を参
照すると、圧力センサ装置は、中央のボス１２、ボス１
２の上に位置する圧力センサ１４、圧力センサ１４上に
直接設けられる補償ＩＣチップ１６、圧力センサに囲ま
れそしてベース１０上に置かれる端子組立体１８、そし
て端子組立体に囲まれてまたベース１０上に置かれるカ
バー２０を有する。各部品は図２（カバー２０の一部の
ない）そしてカバー２０を除く図３に組立体中に示され
ている。
【００１０】ベース１０は、その頂部の回りに６つのフ
ランジ２２および検出される圧力に結合する軸パッセー
ジ（通路）を有するステンレス・スチール圧力ポートで
ある。上側環状リブ２６が、中央ボス１２と同心円であ
るベースの上側表面上に形成されている。ポートの下側
の領域は入り組んでも簡素でも良く、そしてエンジン、
オイル・パン、トランスミッション、または圧力測定を
要求する他のデバイスに設けられるために適用される。
【００１１】圧力センサは、各種の実施例のいずれかを
有しても良い。本例において、圧力センサ１４は一端で
開口する円筒状壁３０、他端部に跨がって拡張するダイ
ヤフラム３２、そしてダイヤフラム上および壁３０内に
中心に置かれたボス３４を有するステンレス・スチール
である。壁３０はベース上のボス１２とパッセージ２４
の端部を囲み、そしてベースに溶接されてパッセージの
周りをシールする。このため、センサ１４およびベース
はパッセージと通信するチャンバを制限する。ダイヤフ
ラムの頂部は、圧力によるわずかな変形を仮定して、通
常は平らである。ボス３４のエリアと対応する領域は、
ボスの剛性により曲げることができず、このため圧力変
動に応答しないでボス３４と壁３０の間のダイヤフラム
領域が圧力変動により力を受ける。
【００１２】ダイヤフラム３２の頂部は圧力変化により
曲がるダイヤフラムに応答する抵抗を含む回路を保つ。
スチール・ダイヤフラム３２と共の使用に適する回路の
実施例は、図４に示される。増幅および温度補償用に使
用されるＩＣ１６は、回路の上のダイヤフラム上に設け
られ、そして回路の中央部分をカバーする。ダイヤフラ
ムから離れて直面するＩＣの表面はボンド・サイトを含
む。ダイヤフラムは、絶縁コーテイング（図示されてい
ない）それから導電性フィルムによりカバーされてい
る。フィルムは、４つの抵抗３８と複数の導電性経路４
０を制限するライン３６にそってトリムすることにより
スクライブされる。ワイヤボンド４２と共に、経路４０
は、抵抗をＩＣに接続し、そしてワイヤボンド４４と共
に抵抗またはＩＣを供給電圧ＶCCに接続し、グランドま
たは出力電圧ＶOUTを端子組立体１８上の端子パッドに
接続している。追加の経路がプログラミングの目的のた
めＩＣ上のボンド・サイトにワイヤボンドされる。経路
４０は広いエリアをカバーするので、ワイヤボンド４２
が広い経路上に取付けられるボンド・サイト４６は、Ｉ
Ｃ上の固定ボンド・サイトと隣接した場所に容易に選択
される。同様に、ワイヤボンド４４を取付けるための経
路上のボンド・パッド４８は、端子パッドと隣の場所に
容易に選択される。
【００１３】図４の実施例は、図５の断面図に示され
る。ＩＣは接着剤４９によりボス３４の上に設けられて
いる。この場合、ＩＣはボスよりも大きいので周辺部分
はダイヤフラムの可撓性部分の上をおおっている。この
とき接着剤は、ダイヤフラムの動きに対する干渉を避け
そしてＩＣに対する有害な量の応力を妨げるように十分
に柔らかくそして追従的でなければならない。高い弾性
係数によいり組成されたシリコン接着剤はこの目的に適
切である。図２の実施例において、ＩＣはボス３４より
も小さく、そしてボスにより制限された領域内に完全に
置かれている。ボスを含むダイヤフラムの領域は曲がら
ないので、ＩＣは圧力変動により影響しない安定台をも
つ。図示されていないさらに別の実施例において、ダイ
ヤフラムの動きは非常に小さく、そしてボスを持たずま
たは応力のない領域を持たない。小さい動きのために、
ＩＣは、ＩＣまたはセンサ性能のいずれかに不利な効果
なしにソフト接着剤でダイヤフラム上に直接取付けられ
る。
【００１４】図２と３を参照すると、端子組立体１８は
ドーム内にモールドされた端子ブレード５２をもった非
導電性ドーム５０を含む。ドーム５０は、センサ１４を
囲みそしてベース１０上に位置される円筒状壁５４と、
頂部５６を有する。ワイヤボンド４４の取付けのための
ワイヤボンダーのアクセスを認めるために、開口５８
は、端子組立体の一方の側のドーム頂部５６と壁５４に
中に設けられる。開口はその頂部の棚６０を制限する短
かくされた壁部を形成する。端子ブレードは、ダイヤフ
ラムに対して実質上垂直でそしてダイヤフラムから離れ
た、ダイヤフラムと整合され頂部５６から拡張する外側
端部５２を有する。ドームに埋設された各端子用の内側
部分は頂部５６中のパス６４および開口５８に広がる壁
５４中の半円筒状パス６６を含む。端子の他方の端部
は、棚６０上に位置されている端子パッド６８である。
このため、端子組立体はベース上に据えられた後にワイ
ヤボンド４４はダイヤフラム３２および端子パッド６８
上のボンド・パッドに取付けられ得る。コネクタ端子の
ベースの周りの頂部上の通常は三角の突起７０が傾斜し
た側壁７２を有する。部分的に図２に示されるカバー２
０は、端子組立体１８と環状リブ２６の間に入れ子され
た大直径の下部縁７４を有する。頂部ドーム５６の上
に、カバーは肩７６で直径を減じ、そして突起７０の壁
７２に従ってドーム開口５８を取囲む。所望なら、肩
は、突起に対しシールして外の環境からダイヤフラム領
域をシールする。
【００１５】図６は圧力センサの別の実施例を示し、円
筒状壁３０’により支持されたダイヤフラム３２’を持
ち、図示されていない中央のボスを有する。仮想線に示
されているＩＣ１６’は中央に取付けられている。ダイ
ヤフラムは絶縁層で被膜されたステンレス・スチールで
あり、そしてポリシリコン層がダイヤフラム・エリアの
少なくとも一部をカバーしている。４つの圧電抵抗素子
３８’がポリシリコン中に形成されている。シリコン表
面に形成された金の導電性トレイス４０’が、ダイヤフ
ラム縁におけるボンド・パッド４４’からＩＣへのワイ
ヤボンデイング用のＩＣの縁に近いボンド・サイト４
６’へと拡張している。トレイス４０’はまた抵抗要素
３８’の端部へと拡張し、そしていくつかのトレイス
は、抵抗要素をＳ＋とＳ−として指示されたボンド・サ
イトと接続する。４つのプログラミング・パッド４７は
ＩＣへの接続のためにボンド・サイト４６’にトレイス
により結合されている。ＩＣへの単に数個のワイヤボン
ド４２’が図示されている。圧力センサは図２に示され
た同じ方法でパッケージされ、そこでワイヤボンドは、
ボンド・パッド４４’と端子組立体上の対応する端子パ
ッドの間に作られている。
【００１６】
【発明の効果】このため圧力センサ装置は、圧力検出ダ
イヤフラム上のＩＣに直接設け、そしてベース上の端子
組立体を組立てた後にワイヤボンデイングすることによ
り端子組立体に電気接続を行うことにより簡略化され
る。端子組立体はコンパクトであり、そして最終のワイ
ヤボンドの接続を組立体が取付けられた後になされるこ
とを認める。高価なフレックス回路のような中間回路
は、ピンおよびソケット接続と同様に避けられる。装置
は容易に自動化組立体に適用されるので手動組立体の高
コストは避けられる。加えて先行技術のデバイスにおい
て使用される高価な材料および工程を削除し、センサ装
置の大きさは、パッケージするために一層少ない構成部
品を持つことにより減少される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧力センサ装置の分解図である。
【図２】カバーの一部のない図１の装置の断面図であ
る。
【図３】カバーの一部のない図２の装置の等大の図であ
る。
【図４】本発明によるダイヤフラム上に設けられたＩＣ
の上面図である。
【図５】図４の５−５線に沿った横断面図である。
【図６】本発明の別の実施例によるダイヤフラム上に設
けられたＩＣの上面である。
【符号の説明】
１０：ベース １２：ボス １６：補償ＩＣチップ １８：端子組立体 ２０：カバー ２２：フランジ ２６：環状リブ ３０、５４：円筒状壁 ３２：ダイヤフラム ３８：抵抗 ４０：導電性経路 ４４：ワイヤボンド ４６：ボンド・サイト ４８：ボンド・パッド ４９：接着剤 ５０：非導電性ドーム ５８：開口 ６８：端子パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルイス・ヘンリー・リトル アメリカ合衆国インディアナ州46970, ペルー，エジプト・ヒル・ロード 432 (56)参考文献 特開 平４−194716（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−244680（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−74945（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01L 9/04 101

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 検出される圧力に従いそしてベース上に
    支持され、圧力変動により応力を生じるダイヤフラム要
    素と、 ダイヤフラム要素の表面上に形成された複数のセンサ要
    素を含むセンサ手段と、 前記ダイヤフラム要素の表面上に直接設けられ、該ダイ
    ヤフラム要素から離れて面する表面上の複数のボンド・
    サイトを有するＩＣと、 導電性ボンド・サイト制限するダイヤフラム要素の表面
    そして前記ダイヤフラム要素上の少なくとも１つのボン
    ド・パッドに形成され、そのいくつかは前記センサ要素
    に電気的に接続されている導体トレースと、 前記ＩＣ上のボンド・サイトと前記ダイヤフラム要素上
    のボンド・サイト間のワイヤボンド電気接続と、 前記ダイヤフラム要素上の前記少なくとも１つのボンド
    ・パッドに接近した少なくとも１つの端子ボンド・パッ
    ドを含むベース上に設けられたコネクタ組立体と、 前記ダイヤフラム要素上のボンド・パッドと前記端子ボ
    ンド・パッドの間のワイヤボンド電気接続と、を含む圧
    力センサ装置。
  2. 【請求項２】 前記ダイヤフラム要素のなんらかの応力
    から前記ＩＣを分離するための追従性接着剤により、該
    ＩＣは前記表面上に設けられている、請求項１に記載の
    圧力センサ装置。
  3. 【請求項３】 前記コネクタ組立体は、 ベース上に設けられ、そして前記ダイヤフラム要素とＩ
    Ｃの上に拡張する非導電性ドーム要素と、 前記ドーム要素により支持され、そして前記ベースから
    離れて拡張する第１の端部と、電子回路のボンド・パッ
    ドに接近した端子ボンド・パッドを制限する第２の端部
    を有する少なくともひとつの端子ブレードと、を含む請
    求項１に記載の圧力センサ装置。
  4. 【請求項４】 前記ドーム要素は、ベース上の周辺に置
    かれそしてベースの上に拡張し、圧力センサ装置の製造
    中に前記ボンド・パッドと前記端子ボンド・パッドへの
    アクセスをワイヤボンダーができるための開口を有す
    る、請求項３に記載の圧力センサ装置。
  5. 【請求項５】 検出される圧力に従いそしてベース上に
    支持され、圧力変動により応力を生じる第１の領域と該
    変動に実質的に非感知である第２の領域を有するダイヤ
    フラム要素と、 前記第１の領域内のダイヤフラム要素の表面上に形成さ
    れた複数のセンサ要素を含むセンサ手段と、 実質的に前記第２の領域内の前記ダイヤフラム要素の表
    面上に直接設けられ、該ダイヤフラム要素から離れて面
    する表面上の複数のボンド・サイトを有するＩＣと、 導電性ボンド・サイト制限するダイヤフラム要素の表面
    そして前記ダイヤフラム要素上の少なくとも１つのボン
    ド・パッドに形成され、そのいくつかは前記センサ要素
    に電気的に接続されている導体トレースと、 前記ＩＣ上のボンド・サイトと前記ダイヤフラム要素上
    のボンド・サイト間のワイヤボンド電気接続と、 前記ダイヤフラム要素上の前記少なくとも１つのボンド
    ・パッドに接近した少なくとも１つの端子ボンド・パッ
    ドを含むベース上に設けられたコネクタ組立体と、 前記ダイヤフラム要素上のボンド・パッドと前記端子ボ
    ンド・パッドの間のワイヤボンド電気接続と、を含む圧
    力センサ装置。
  6. 【請求項６】 前記ＩＣは前記第２の領域内に全体に設
    けられている、請求項５に記載の圧力センサ装置。
  7. 【請求項７】 前記第２の領域は前記ダイヤフラム要素
    の中央の該ダイヤフラム要素上のボスにより制限され、
    そして前記ＩＣは前記ダイヤフラム要素の中央に設けら
    れている、請求項５に記載の圧力センサ装置。
  8. 【請求項８】 前記第２も領域は、前記ダイヤフラム要
    素の中央にあり、そして前記ＩＣは第２の領域に設けら
    れそして該第２の領域を越えて拡張する周辺部分を有す
    る、請求項５に記載の圧力センサ装置。
  9. 【請求項９】 前記ＩＣは、該ＩＣとダイヤフラム要素
    のそれぞれを外部からの応力から分離するために、追従
    性接着剤により表面上に設けられている、請求項５に記
    載の圧力センサ装置。
  10. 【請求項１０】 前記ダイヤフラム要素とベースは前記
    ＩＣを保持する表面と反対側にダイヤフラム要素のサイ
    ト上のチャンバを限定し、該チャンバは検出されるべき
    圧力にさらされている、請求項５に記載の圧力センサ装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記コネクタ組立体は、 ベース上に設けられ、そしてダイヤフラム要素および前
    記ＩＣの上を拡張する非導電性ドーム要素と、 前記ドーム要素により支持されそして前記ベースから離
    れて拡張する第１の端部および電子回路のボンド・パッ
    ドに接近した端子ボンド・パッドを制限する第２の端部
    を有する少なくとも一つの端子ブレードと、を含む請求
    項５に記載の圧力センサ装置。
  12. 【請求項１２】 前記ドーム要素は前記ベース上の周辺
    に置かれそして該ベースの上に拡張し、前記圧力センサ
    装置の製造中に前記ボンド・パッドと前記端子ボンド・
    パッドへのアクセスをワイヤボンダーができるための開
    口を有する、請求項１１に記載の圧力センサ装置。
  13. 【請求項１３】 前記ドーム要素の上にそして前記ベー
    ス上に置かれたカバーを含む、請求項１２に記載の圧力
    センサ装置。
JP9012214A 1996-01-25 1997-01-27 集積回路を有する圧力センサ装置 Expired - Lifetime JP2847074B2 (ja)

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US08/591,814 US5802912A (en) 1996-01-25 1996-01-25 Electrical terminal apparatus
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