JP3620184B2 - 圧力センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定媒体の圧力を検出する圧力センサに関し、例えば自動車の吸気圧センサに用いることができる。
【0002】
【従来の技術】
図6に、自動車用の吸気圧センサの従来構成を示す。セラミック基板100の一面側に感圧素子部101が取り付けられている。この感圧素子部101は、センサチップ101aとガラス台座101bとで構成されており、測定媒体の圧力を感知する。セラミック基板100の他面側には、信号処理回路用IC102が取り付けられている。この信号処理回路用IC102と感圧素子部101とはセラミック基板100上に形成された配線およびボンディングワイヤ103、104にて電気的に接続されており、信号処理回路用IC102から、感圧素子部101にて感知された圧力に応じたセンサ信号が出力される。
【0003】
セラミック基板100は、ターミナル105がインサート成形されたケース106に取り付けられている。ターミナル105の一端側はボンディングワイヤ107およびセラミック基板100上の配線を介して信号処理回路用IC102に電気的に接続されており、他端側は、ケース106のコネクタ部106aに露出されている。このターミナル105の他端側にて外部との
電気的な導通が取られる。
【0004】
ケース106には、上蓋108が取り付けられるとともに、圧力導入孔109aを有する下蓋109が取り付けられる。この下蓋109の圧力導入孔109から受圧室110に圧力が導入され、その導入された圧力を感圧素子部101が感知する。
なお、上蓋108、下蓋109、およびケース106は、樹脂で構成されており、上蓋108、下蓋109は、接着剤111にてケース106に接着固定される。また、セラミック基板100も接着剤111にてケース106に接着固定される。このような接着固定により、受圧室110、および信号処理回路用ICが形成された部屋(回路室)112を気密状態にする。なお、上蓋108に形成された、加熱硬化時のエア抜き孔108aも接着剤111により、封止される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
圧力導入孔から導入された測定媒体(空気)には、排気ガスや排気ガスが冷やされてできる酸性の凝縮水が混ざっている。そこで、上記した構成に示すように、圧力を感知する感圧素子部101と、信号処理を行う信号処理回路用IC102とを別々の部屋に設けることにより、受圧室110内の汚染環境から信号処理回路用IC102を保護することができる。
【0006】
しかしながら、感圧素子部101と信号処理回路用IC102を別々の部屋に設け、かつそれらを気密状態に維持するためには、下蓋109とケース106の気密接着以外に、上蓋108とケース106の間、セラミック基板100とケース106の間、および上蓋のエア抜き孔108aをそれぞれ気密接着する必要があり、気密信頼性および構造の複雑化などの点で問題がある。
【0007】
また、気密信頼性を向上できるものとして、特開平7−243926号公報には、メタルダイヤフラムを用い、このメタルダイヤフラムの変位をシリコンオイルで感圧素子部に伝達する構成のものが開示されているが、シリコンオイルを用いるとその熱膨張により圧力の検出精度が低下するという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みたもので、感圧素子部と信号処理回路用ICを別々の部屋に設けなくても、信号処理回路用ICを汚染環境から保護して圧力検出を行うことができ、しかも圧力検出を精度よく行うことができる圧力センサを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明においては、モールドIC(1)に信号処理回路用IC(17)を内蔵するとともにこのモールドICに感圧素子部(10)を一体的に設け、感圧素子部に圧力を導入するための圧力導入孔(30a)に連通された開口部(20a)を有するケース(20)の開口部内にモールドICを固定し、ケースにインサート成形したターミナル(21a、21b、21c)の一端をモールドICの外部端子(2a、2b、2c)に電気的に導通した状態で固定し、ターミナルの他端からセンサ信号を出力する構成とするとともに、モールドICの外部端子とターミナルの一端を、樹脂注型剤にて覆って圧力導入孔に連通された開口部の空間から隔離したことを特徴としている。
【0009】
従って、信号処理回路用ICをモールドICに内蔵することによって、感圧素子部が配置される場所の汚染環境から信号処理回路用ICを保護することができる。
また、感圧素子部と信号処理回路用ICとの電気的接続は、具体的には、請求項2に記載の発明のように、リードフレーム(2)を用いて行うことができ、この場合、リードフレームにより外部端子を構成することができる。
【0010】
また、請求項3に記載の発明のように、モールドICに開口部(3a)を形成し、この開口部内に感圧素子部を設置して、感圧素子部とリードフレームとをボンディングにより電気的に接続するようにすれば、感圧素子部とリードフレームとのボンディングを良好に行うことができる。
また、請求項4に記載の発明のように、リードフレームを42アロイで構成し、モールドICを熱硬化性樹脂にてモールドするようにすれば、それぞれの熱膨張係数を合わせることができるため、熱応力によりリードフレームがモールドICから剥離するのを防止することができる。
【0011】
また、請求項5に記載の発明のように、モールドICは、樹脂注型剤にて、樹脂ケースの開口部内に接着固定されるようにすることができる。請求項6に記載の発明においては、モールドIC(1)に信号処理回路用IC(17)を内蔵するとともにこのモールドICに感圧素子部(10)を一体的に設け、このモールドICを樹脂で構成されたケース(20)の開口部(20a)内に樹脂注型剤を用いて接着固定し、さらにケースにインサート成形したターミナル(21a、21b、21c)の一端をモールドICの外部端子(2a、2b、2c)に電気的に導通した状態で固定し、ターミナルの他端からセンサ信号を出力する構成とするとともに、モールドICの外部端子とターミナルの一端を、樹脂注型剤にて覆って圧力導入孔に連通された開口部の空間から隔離したことを特徴としている。
【0012】
この発明においては、信号処理回路用ICをモールドICに内蔵することによって、感圧素子部が配置される場所の汚染環境から信号処理回路用ICを保護することができるとともに、モールドICの外部端子とターミナルの一端についても汚染環境から保護することができる。また、請求項7に記載の発明のように、感圧素子部に圧力を導入するための圧力導入孔(30a)を有する蓋部(30)をケースに設けるようにすれば、測定媒体を感圧素子部が配置される受圧室内に導入することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1乃至図4に本発明の一実施形態である半導体式圧力センサの構成を示す。図1はその平面図、図2は図1中のII−II 断面図、図3は図1に示すモールドIC1のIII−III 断面図、図4は図1中のIV−IV 断面図である。
本実施形態に係る半導体式圧力センサは、自動車用の吸気圧センサとして用いられるもので、ケース20内にモールドIC1を収納して構成されている。
【0014】
モールドIC1は、42アロイで構成されたリードフレーム2を、フィラー入りのエポキシ樹脂によりモールドして形成されている。このモールドIC1における樹脂のモールド部材3には、開口部3aが形成されており、この開口部3a内に、圧力を感知する感圧素子部(センシング部)10が載置されている。
感圧素子部10は、図3、図4に示すように、シリコン基板にて構成されるセンサチップ11と、このセンサチップ11と陽極接合されたガラス台座13から構成されている。センサチップ11には、圧力を受けて変位するダイヤフラム11aが形成され、またその表面にはダイヤフラム11aの変位に応じて抵抗値が変化する拡散ゲージ12が形成されている。そして、センサチップ11とガラス台座13の間には基準圧力室が形成され、ダイヤフラム11aは、表面にかかる圧力と基準圧力室の圧力の差圧に応じて変位する。
【0015】
上記した感圧素子部10は、樹脂接着剤14により開口部3a内のモールド部材3上に接着固定されている。また、感圧素子部10の周囲および感圧素子部10上には有機系のゲル状保護材15が塗布されており、センサチップ11を汚染から保護するとともに、リードフレーム2同士を電気的に絶縁している。また、ゲル状保護材15が塗布されていないボンディングワイヤ16には有機蒸着膜(図示しない)が形成されており、ボンディングワイヤ16同士を電気的に絶縁している。
【0016】
センサチップ11の表面に形成された拡散ゲージ12は、センサチップ11上に形成された図示しないAl薄膜による配線パターン、およびボンディングワイヤ16により、リードフレーム2に電気的に接続されている。その電気信号は、図4に示すように、モールドIC1内のリードフレーム2上に設けられた信号処理回路用IC17に入力され、センサ信号として出力される。また、信号処理回路用IC17は、リードフレーム2により構成された3つの外部端子2a、2b、2cと電気的に接続されている。外部端子2a、2b、2cは、それぞれ信号処理回路用IC17の電源端子、接地端子、およびセンサ信号出力端子を構成している。
【0017】
ケース20は、樹脂、例えばPBT(ポリブチレンテレフタレート)で構成されている。このケース20は、図2に示すように、モールドIC1を収納する開口部20aおよびコネクタ部20bを有している。このケース20内には、銅で構成された3つのターミナル21a、21b、21cがインサート成形されており、ターミナル21a、21b、21cの一端は、溶接により外部端子2a、2b、2cに電気的に導通した状態でそれぞれ固定されている。また、ターミナル21a、21b、21cのそれぞれの他端は、コネクタ部20b内に露出しており、その露出した部分にて外部との電気的な導通が取られる。
【0018】
モールドIC1は、樹脂注型剤(ポッティング剤)4にてケース20の開口部20a内に固定されている。この場合、樹脂注型剤4にて外部端子2a、2b、2c、ターミナル21a、21b、21cを覆うようにしているため、外部端子2a、2b、2cとモールド部材3の間から水等がモールドIC1内に侵入するのを防止することができ、またターミナル21a、21b、21cの腐食を防止して、電気的なリークがないようにしている。
【0019】
また、ケース20にモールドIC1が装着された後、ケース20には、図5に示すように、蓋部30が取り付けられる。この蓋部30は、モールドIC1内の受圧室22に圧力を導入するための圧力導入孔30aを有している。なお、蓋部30は、接着剤31によってケース20に接着固定され、受圧室22を外部からシールする。また、圧力導入孔30aは、図示しないゴムホースを介してサージタンクに接続される。
【0020】
上記した構成によれば、蓋部30の圧力導入孔30aを介して受圧室22内に導入された測定媒体(空気)の圧力が感圧素子部1にて感知される。この感圧素子部1からの電気信号は、ボンディングワイヤ16およびリードフレーム2を介して信号処理回路用IC17に入力される。そして、この信号処理回路用IC17にて増幅され、外部端子およびターミナルから外部にセンサ信号として出力される。
【0021】
なお、受圧室22内には、従来技術の欄で述べたように、汚染環境に曝されているが、信号処理回路用IC17はモールドIC1に内蔵されているため、信号処理回路用IC17を受圧室22内に設けても受圧室22内の汚染環境から信号処理回路用IC17を保護することができる。また、モールドIC1の外部端子2a、2b、2cとターミナル21a、21b、21cを樹脂注型剤4にて覆っているため、それらについても受圧室22内の汚染環境から保護することができる。
【0022】
また、モールドIC1をケース20内に収納固定しているため、蓋部30とケース20間を気密接着するのみで受圧室22内を気密に保持することができ、簡素な構成で気密信頼性を向上させることができる。
また、モールド部材3として熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)を用いているため耐汚染性に強く、またフィラー入りのエポキシ樹脂の熱膨張係数が14ppmでリードフレーム2の構成材料である42アロイの熱膨張係数4ppmと比較的近いため、熱応力によりモールド部材3とリードフレーム2間が剥離するのを防止することができる。
【0023】
従って、上記した実施形態によれば、受圧室22内が汚染環境に曝される状況にあっても信号処理回路用IC17、および信号処理回路用IC17から外部に信号伝達する信号線部分(外部端子2a、2b、2cとターミナル21a、21b、21c)を汚染環境から保護することができ、またモールドIC1をケース20内に収納する構造であるので、従来技術のように気密接着剤を多くの箇所に用いることなく構成することができる。
【0024】
なお、本発明は上記した種々の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で適宜変更が可能である。例えば、モールドIC1、ケース20の構成材料としては、上記した実施形態以外の他の材料を用いることができる。
また、外部端子2a、2b、2cとターミナル21a、21b、21cのそれぞれの固定は、溶接以外に、半田、かしめ等を用いることができる。
【0025】
また、リードフレーム2とターミナル21a、21b、21cは、上記実施形態に示したような異種の金属でも、あるいは銅等の同種の金属でもよい。この場合、信号処理回路用IC17からコネクタ部20b内に信号伝達する信号線手段を1つの材料にて構成するようにしてもよい。
さらに、感圧素子部10は、このモールドIC1の開口部3a内になくても一体的に設けられていればよく、例えばモールドIC1の上面を平坦化し、その上に感圧素子部10を乗せるような構成であってもよい。但し、リードフレーム2にワイヤボンディングすることを考えれば、上記実施形態のように開口部3a内に感圧素子部10を配置する構成の方が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す半導体式圧力センサの平面図である。
【図2】図1中のII−II 断面図である。
【図3】図1に示すモールドICのIII−III 断面図である。
【図4】図1中のIV−IV 断面図である。
【図5】ケース20に蓋部30を取り付けた状態を示す断面図である。
【図6】従来の半導体式圧力センサの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1…モールドIC、2…リードフレーム、2a、2b、2c…外部端子、
3…モールド部材、4…樹脂注型剤、10…感圧素子部、
16…ボンディングワイヤ、17…信号処理回路用IC、20…ケース、
21a、21b、21c…ターミナル、30…蓋部。
Claims (7)
- 信号処理回路用IC(17)を内蔵するとともに外部端子(2a、2b、2c)を有するモールドIC(1)と、このモールドICに一体的に設けられ圧力を感知する感圧素子部(10)とを備え、前記信号処理回路用ICと前記感圧素子部は電気的に接続され、前記信号処理回路用ICは、前記圧力に応じたセンサ信号を前記外部端子から出力するように構成されており、さらに前記感圧素子部に圧力を導入するための圧力導入孔(30a)に連通された開口部(20a)を有するケース(20)と、このケースにインサート成形して取り付けられたターミナル(21a、21b、21c)とを備え、前記モールドICは、前記開口部内に固定されており、前記ターミナルの一端は、前記モールドICの外部端子に電気的に導通した状態で固定され、前記ターミナルの他端は、外部と電気的な導通を図るために前記ケース外に露出しており、前記モールドICの外部端子と前記ターミナルの一端は、樹脂注型剤にて覆われて前記圧力導入孔に連通された前記開口部の空間から隔離されていることを特徴とする圧力センサ。
- 前記モールドIC内には、前記感圧素子部と前記信号処理回路用ICを電気的に接続しかつ前記外部端子を構成するリードフレーム(2)が設けら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。
- 前記モールドICには、前記リードフレームの一部が露出するように開口部(3a)が形成されており、この開口部内に前記感圧素子部が設置され、前記感圧素子部と前記露出したリードフレームの一部とがボンディングにより電気的に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の圧力センサ。
- 前記リードフレームは42アロイで構成されており、前記モールドICは熱硬化性樹脂にてモールドされていることを特徴とする請求項2又は3に記載の圧力センサ。
- 前記ケースは樹脂で構成されており、前記モールドICは樹脂注型剤(4)にて前記ケースの開口部内に接着固定されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の圧力センサ。
- 信号処理回路用IC(17)を樹脂でモールドしてなるとともに外部端子(2a、2b、2c)を有するモールドIC(1)と、このモールドICに一体的に設けられ圧力を感知する感圧素子部(10)とを備え、前記信号処理回路用ICと前記感圧素子部は電気的に接続され、前記信号処理回路用ICは、前記圧力に応じたセンサ信号を前記外部端子から出力するように構成されており、さらに前記感圧素子部に圧力を導入するための圧力導入孔(30a)に連通された開口部(20a)を有する樹脂で構成されたケース(20)と、このケースにインサート成形して取り付けられたターミナル(21a、21b、21c)とを備え、前記モールドICは、樹脂注型剤(4)にて前記ケースの開口部内に接着固定されており、前記ターミナルの一端は、前記モールドICの外部端子に電気的に導通した状態で固定され、前記ターミナルの他端は、外部と電気的な導通を図るために前記ケース外に露出しており、前記モールドICの外部端子と前記ターミナルの一端は、樹脂注型剤にて覆われて前記圧力導入孔に連通された前記開口部の空間から隔離されていることを特徴とする圧力センサ。
- 前記ケースには、前記圧力導入孔(30a)を有する蓋部(30)が設けられていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の圧力センサ。
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