JP4240790B2 - センサ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波ノイズ除去用のフィルタ回路を有する集積化センサチップと、この集積化センサチップが配設されたケースとを備えるセンサ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のセンサ装置としては、特開平8−184462号公報に記載のものが提案されている。このものは、ケースと、このケースに配設された検出部としての集積化センサチップとを備え、集積化センサチップにより圧力等のセンシングを行うものである。
【0003】
ここで、集積化センサチップには、図7に模式的に示す様に、センシングを行ったりこのセンシングにより得られるセンサ信号を増幅するための検出回路23と、この検出回路23の前段に形成されセンサ外部からの高周波ノイズを除去するための抵抗RやコンデンサCより構成されたフィルタ回路24とが形成されている。そのため、外部からの信号はフィルタ回路24を介して検出回路23に入るので、外部からの信号に高周波ノイズが加わっていてもフィルタ回路24により除去されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、センサ装置にはセンサ外部から電流がノイズとして加わる場合がある。この場合、集積化センサチップへ入り込んだ電流(ノイズ電流)は、図7に示されるフィルタ回路24の出力端子Voutまたは入力端子Vccから、フィルタ回路24及び検出回路23を通り、接地端子GNDへ流れる。
【0005】
そして、このノイズ電流が過大(例えば100mA以上)であると、従来のフィルタ回路24のコンデンサだけでは除去することができず、検出回路が安定して動作することができなくなる。
【0006】
本発明は上記問題に鑑み、高周波ノイズ除去用のフィルタ回路を有する集積化センサチップと、この集積化センサチップが配設されたケースとを備えるセンサ装置において、センサ外部から集積化センサチップに注入される電流に対する耐性を向上させることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、集積化センサチップ内の回路に対して、ノイズ電流吸収用のコンデンサを新たに組み込むことを考えた。単純には、集積化センサチップ内に当該コンデンサを形成することが考えられるが、十分に電流を吸収するために容量の大きい(例えば100pF以上)のコンデンサを形成する場合に、集積化センサチップが大きくなってしまい、好ましくない。
【0008】
そのため、センサ装置における集積化センサチップ以外の部位、具体的にはケースの適所にノイズ電流吸収用のコンデンサを配設することを考えた。従来のこの種のセンサ装置においては、ケースには、集積化センサチップの接地端子、入力端子、出力端子に対応して外部接続用の複数個のターミナルが備えられている。本発明は、このターミナルの一部にコンデンサを設けることに着目し、なされたものである。
【0009】
即ち、請求項1記載の発明では、センサ外部からの高周波ノイズを除去するためのフィルタ回路(24)を有する検出部としての集積化センサチップ(20)と、この集積化センサチップが配設されたケース(10)とを備え、集積化センサチップの接地端子、入力端子、出力端子に対応して外部接続用の複数個のターミナル(12)がケースに設けられているセンサ装置において、接地端子に対応するターミナル(12b)と、入力端子と出力端子の各々に対応するターミナル(12a)の少なくとも一方とを、集積化センサチップに注入される電流を吸収するためのコンデンサ(16)を介して電気的に接続し、コンデンサ(16)を、当該コンデンサに接続されたリードピン(16a)を有するものとしてターミナルに搭載し、ターミナルには穴(18)を設け、リードピンを当該穴に差し込んで電気的に接続したことを特徴としている。
【0010】
本発明によれば、外部からの信号はフィルタ回路を介して検出回路(23)に入るので、外部からの信号に高周波ノイズが加わっていてもフィルタ回路により除去される。
【0011】
また、接地端子に対応するターミナルと接地端子以外の端子に対応するターミナルの間をコンデンサを介して電気的に接続することにより、集積化センサチップのフィルタ回路における接地端子と出力端子との間及び/または接地端子と入力端子との間にコンデンサが介在した回路構成となる。また、ターミナルにコンデンサを搭載するからセンサチップの体格増大を防止することができる。
【0012】
ここで、ケース外部からの電流は、フィルタ回路を通して検出回路内へ注入されるが、この注入された電流は電流吸収用のコンデンサにより吸収される。そのため、本発明によれば、センサ外部から集積化センサチップに注入される電流に対する耐性を向上させることができる。
【0013】
また、請求項2記載の発明では、複数個のターミナル(12)が集積化センサチップ(20)とワイヤボンディングされて電気的に接続されている場合に、コンデンサ(16)を、ターミナルにおけるワイヤボンディング領域(120)以外の部位(121)に搭載したことを特徴としており、ターミナルのワイヤボンディング領域を確保しつつ適切にコンデンサを搭載することができる。
【0014】
この場合、請求項3記載の発明の様に、ターミナル(12)におけるコンデンサ(16)が搭載される部位(121)は、ワイヤボンディングを行う方向からみてターミナルにおけるワイヤボンディング領域(120)よりも引っ込んだ位置にあることが好ましい。それによれば、ターミナルに搭載されたコンデンサがワイヤボンディングの際に邪魔にならないため好ましい。
【0016】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本実施形態では、本発明のセンサ装置を圧力センサに具体化したものとして説明する。図1は本実施形態に係る圧力センサS1の全体概略を示す断面図であり、この圧力センサS1は例えば車両に搭載され車両のエアコン冷媒の圧力を検出するものに適用することができる。
【0018】
また、図2はケース10における集積化センサチップ20の配置部分の構成、即ち本発明の要部を模式的に示す図であり、(a)は当該チップ20の受圧面側から視た図、(b)は(a)中の矢印A方向から、(c)は(a)中の矢印B方向からそれぞれみたときのターミナルとコンデンサの接合構成を示す図である。なお、図2では後述する凹部11やOリング43等、一部を省略してある。
【0019】
10は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)やPBT(ポリブチレンテレフタレート)等の樹脂を型成形することにより作られたケース(コネクタケース)であり、本例では略円柱状をなしている。このケース10の一端面(図1中、下方側の端面)には凹部11が形成されている。
【0020】
この凹部11には圧力検出用の集積化センサチップ(検出部、以下単にセンサチップという)20が配設されている。このセンサチップ20は受圧面としてのダイヤフラム21を有し、受けた圧力を電気信号に変換しこの電気信号をセンサ信号として出力する半導体ダイヤフラム式のものである。本例では、シリコン半導体基板等に形成されたダイヤフラム21をガラス等よりなる台座22に陽極接合等により一体化し、台座22にて凹部11の底面に接着している。
【0021】
また、センサチップ20内の回路構成を図3に模式的に示す。上記図7と同様に、検出回路23と、この検出回路23の前段に形成されセンサ信号に加わる高周波ノイズを除去するための抵抗RやコンデンサCより構成されたフィルタ回路24とが形成されている。
【0022】
検出回路23は、ダイヤフラム21に印加された圧力を電気信号に変換するためのゲージ抵抗よりなるブリッジ回路や、このブリッジ回路からの信号を増幅する増幅回路等を備えている。また、フィルタ回路24は、検出回路23へ入ろうとする高周波ノイズを除去するものである。従って、センサ外部からの信号に高周波ノイズが加わっていてもフィルタ回路24により除去されるようになっている。
【0023】
また、ケース10の内部には、外部回路(図示せず)と電気的に接続されて外部回路と信号のやりとりを行うための複数個(本例では4個)ターミナル(コネクタピン)12がインサートモールドにより一体成形されて保持されている。各ターミナル12は、その一端側の端部が集積化センサチップ20の周囲において凹部11の底面から突出し露出している(図2参照)。
【0024】
本例における4個のターミナル12は、センサチップ20の出力端子Vout、接地端子GND、入力端子Vcc、信号調整用端子Vcの4個の端子に対応して振り分けられている(図2参照)。ここで図2中、出力端子Vout、接地端子GND、入力端子Vcc、信号調整用端子Vcに対応する順に、ターミナルの符号を12a、12b、12c、12dとしてある。
【0025】
そして、ケース10から露出する各ターミナル12の上記端部の端面(突出方向の先端面)120とセンサチップ20とは、ワイヤボンディングにより形成されたワイヤ13を介して結線され電気的に接続されている。また、各ターミナル12の上記端部の周囲はシリコンゴム等のシール剤14にて封止されている。
【0026】
一方、ケース10の他端側(図1中の上方端側)は、ターミナル12の他端側を例えばワイヤハーネス等の外部配線部材(図示せず)を介して上記外部回路(車両のECU等)に電気的に接続するための接続部15となっている。こうして、センサチップ20と上記外部回路との間の信号の伝達は、ワイヤ13及びターミナル12を介して行われるようになっている。
【0027】
次に、上記図1において、30はハウジングであり、鉄鋼材料等よりなる(例えば炭素鋼にめっきを施したもの等)本体部31を備える。この本体部31は、自動車のエアコン配管からエアコン冷媒が導入される圧力導入孔32と、圧力センサS1をエアコン配管等に固定するためのネジ部33とを有する。
【0028】
更に、ハウジング30は、薄い金属(例えばSUS等)製のシールダイヤフラム(メタルダイヤフラム)34と金属(例えばSUS等)製の押さえ部材(リングウェルド)35とが本体部31に全周溶接され、圧力導入孔32の一端に気密接合されたものとなっている。
【0029】
このハウジング30は、図1に示す様に、本体部31の端部36をケース10の一端側(図1中の下端側)にかしめることによりケース10と固定され一体化されている。こうして組み合わせられたケース10とハウジング30において、ケース10とハウジング30のシールダイヤフラム34との間で、圧力検出室40が構成されている。
【0030】
この圧力検出室40には圧力伝達媒体であり封入液であるオイル(フッ素オイル等)41が封入されている。このオイル41の封入により、凹部11にはセンサチップ20及びワイヤ13等の電気接続部分を覆うようにオイル41が充填され、更に、オイル41はシールダイヤフラム34により覆われて封止された形となる。
【0031】
また、圧力検出室40の外周囲には、環状の溝(Oリング溝)42が形成され、この溝42内には、圧力検出室40を気密封止するためのOリング43が配設されている。このOリング43は、ケース10とハウジング30の押さえ部材35とにより挟まれて押圧されている。こうして、シールダイヤフラム34とOリング43とにより圧力検出室40が封止され閉塞されている。
【0032】
かかる圧力センサS1の基本的な圧力検出動作について述べる。圧力センサS1は、例えば、ハウジング30のネジ部33及びネジ部33に取り付けられたOリング37によって、車両におけるエアコン配管系の適所に、該配管系内部と連通するように取り付けられる。そして、該配管系内のエアコン冷媒がハウジング30の圧力導入孔32より圧力センサS1内に導入される。
【0033】
すると、このエアコン冷媒の圧力がシールダイヤフラム34から圧力検出室40内のオイル41を介して、センサチップ20の表面(本例ではダイヤフラム21の表面)に印加される。そして、印加された圧力に応じた電気信号がセンサ信号として、センサチップ20から出力される。このセンサ信号は、センサチップ20からワイヤ13、ターミナル12を介して、上記外部回路へ伝達され、エアコン冷媒の圧力が検出される。
【0034】
ところで、上記圧力センサS1においては、例えば、ケース10の外部からノイズ電流がターミナル12、ワイヤ13を介してセンサチップ20内へ注入される場合がある。
【0035】
ここにおいて、本実施形態では、センサチップ20の接地端子GNDに対応するターミナル12bと、入力端子Vccと出力端子Voutの各々に対応するターミナル12a、12cの少なくとも一方とを、センサチップ20に注入される電流を吸収するためのコンデンサ16を介して電気的に接続した独自の構成を採用している。
【0036】
本例では、図2に示す様に、出力端子Voutに対応するターミナル12aと接地端子GNDに対応するターミナル12bとの間をコンデンサ16により電気的に接続している。そして、コンデンサ16は、ターミナル12a、12bにおける上記端面(ワイヤボンディング領域)120以外の部位、即ち図2中に示すコンデンサ搭載領域121に搭載されている。
【0037】
なお、図2の例以外にも、入力端子Vccに対応するターミナル12cと接地端子GNDに対応するターミナル12bとの間をコンデンサ16で電気的に接続しても良いし、ターミナル12aと12bとの間及びターミナル12bと12cとの間の両方をコンデンサ16で電気的に接続しても良い。
【0038】
また、図2(b)及び(c)に示す様に、ターミナル12a、12bにおけるコンデンサ16が搭載されているコンデンサ搭載領域121は、ワイヤボンディングを行う方向(図2(a)では紙面上方)からみてターミナル12a、12bにおける端面(ワイヤボンディング領域)120よりも段差を介して引っ込んだ位置にある。このような段差構成は、ターミナル12の端部をプレスや切削加工する等により形成することができる。
【0039】
ここで、図2では、コンデンサ16としてチップコンデンサを採用しており、コンデンサ搭載領域121は平坦面とし、この平坦面に導電性接着剤または半田等の導電性部材17を介してコンデンサ16の電極部が接着されている。このように、コンデンサ16をターミナル12へ搭載することにより、センサチップ20内に設ける場合に比べて、センサチップ20の体格増大を防止することができる。
【0040】
そして、図3に示す様に、フィルタ回路24における接地端子GNDと出力端子Voutとの間、及び/または、接地端子GNDと入力端子Vccとの間(図2の例では接地端子GNDと出力端子Voutとの間)に、コンデンサ16が介在した回路構成となる。
【0041】
ここで、ケース10外部からの電流は、フィルタ回路24の出力端子Voutや入力端子Vccを通してセンサチップ20内へ注入され、接地端子GNDから流れ出る。この注入された電流は、フィルタ回路24内のコンデンサによりある程度吸収されると共に、フィルタ回路24内のコンデンサにて吸収できない過大な電流であっても電流吸収用のコンデンサ16により吸収することができる。そのため、本実施形態によれば、ケース10外部からセンサチップ20に注入される電流に対する耐性を向上させることができる。
【0042】
また、本実施形態では、センサチップ20とワイヤボンディングされて電気的に接続されている複数個のターミナル12において、コンデンサ16を、ターミナル12a、12bにおけるワイヤボンディング領域120以外のコンデンサ搭載領域121に搭載しており、ターミナル12a、12bのワイヤボンディング領域120を好適に確保しつつコンデンサ16を搭載することができる。
【0043】
さらに、本実施形態では、ターミナル12a、12bにおけるコンデンサ16が搭載される部位、即ちコンデンサ搭載領域121を、ワイヤボンディングを行う方向からみてワイヤボンディング領域120よりも引っ込んだ位置に形成しているため、ターミナル12a、12bに搭載されたコンデンサ16がワイヤボンディングの際に邪魔にならず、好ましい。
【0044】
ここで、上記圧力センサS1の製造方法について述べておく。ターミナル12がインサート成形されたケース10へセンサチップ20を固定し、ピンシール剤(接着剤)を注入し、ワイヤボンディングを行ってターミナル12とセンサチップ20とをワイヤ13で結線する。また、コンデンサ16を導電性部材17を介してターミナル12a、12bへ接合する。
【0045】
そして、センサチップ20側を上にしてケース10を配置し、ケース10の上方から、ディスペンサ等によりフッ素オイル等よりなるオイル41を一定量注入する。
【0046】
続いて、シールダイヤフラム34及び押さえ部材35が全周溶接され、圧力導入孔32の一端に気密接合されたハウジング30を用意し、このハウジング30を上から水平を保ったまま、ケース10に嵌合するように降ろす。この状態のものを真空室に入れて真空引きを行い圧力検出室40内の余分な空気を除去する。
【0047】
その後、ケース10とハウジング30の押さえ部材35とが十分接するまで押さえ、シールダイヤフラム34とOリング43によりシールされた圧力検出室40を形成する。次に、ハウジング30における本体部31の端部36をケース10の一端側にかしめることによりケース10と一体化する。
【0048】
こうして、ケース10とハウジング30との組合せ固定がなされ、図1に示す圧力センサS1が完成する。このように、本実施形態によれば、従来のセンサチップ20のケース10への配設及びワイヤボンディング工程の際に、コンデンサ16をターミナル12へ接合する工程を付加するだけで容易に圧力センサを製造することができる。
【0049】
また、上記図2では、チップコンデンサを電流吸収用のコンデンサ16とした例を示したが、リードピンを有するディスクリードタイプのコンデンサを採用した場合を、本実施形態の変形例として図4及び図5に示す。
【0050】
図4は第1の変形例を示すもので、ターミナル12の縦方向に沿った断面形状を示す。この第1の変形例は、コンデンサ搭載領域121に穴18を空け、その穴18にリードピン16aを差し込み(図4(a)の状態)、その後導電性接着剤または半田等の導電性部材17にて接合する(図4(b)の状態)ものである。
【0051】
一方、図5は第2の変形例を示すもので、(a)はターミナル12の端面(ワイヤボンディング領域)120の上方からみた図、(b)はターミナル12の縦方向に沿った断面形状を示す図である。この第2の変形例は、リードピン16aの先端部を平らな板状とし、この先端部をコンデンサ搭載領域121に溶接して(図5(a)中、溶接部19)、接合したものである。
【0052】
以上述べてきたように、上記変形例を含む本実施形態の圧力センサにおいては、電流吸収用のコンデンサ16を上記各方法にてターミナル12へ搭載することにより、センサチップ20の体格増大を防止しつつ、ケース10外部からセンサチップ20に注入される電流に対する耐性を向上させることができる。
【0053】
ここで、本実施形態の注入電流に対する耐性向上の効果の一例を図6に示しておく。図6は、100mAの電流を注入した場合において、注入する電流の周波数(MHz)と出力変動(mV)との関係を調べたものであり、(a)は従来の場合、(b)は本実施形態において47pFのコンデンサ16を搭載した例の場合を示す。図6から、本実施形態では、従来に比べてセンサ信号のノイズが大幅に抑制され、注入電流に対する耐性が大幅に向上していることがわかる。
【0054】
(他の実施形態)
なお、上記実施形態では、ケース10から露出するターミナル12のワイヤボンディング領域120と隣接した部位にコンデンサ搭載領域121を設けたが、参考例として、ワイヤボンディング領域120とは別部位にてケース10からターミナル10の一部を露出させ、この露出部にコンデンサ16を搭載し、ケース10にコンデンサ16を内蔵するようにしても良い。
【0055】
例えば、上記図1中に破線にて示す様に、ケース10の一端と他端の中間部の側面に、当該側面から凹んだ凹部10aを設けることで、出力端子Vout、接地端子GND、入力端子Vccに対応するターミナル12(つまりターミナル12a、12b、12c)の途中部を露出させる。この凹部10aはケース10の型成形の際同時に形成することができる。
【0056】
そして、各ターミナル12の露出部にコンデンサ16(図1中、破線にて図示)を上記同様の形態で搭載することにより、当該各ターミナル12の間を電気的に接続するものである。なお、この場合、凹部10a内にはエポキシ樹脂やシリコン接着剤等のポッティング剤を充填し、コンデンサ16及びターミナル12の露出部を被覆することが望ましい。
【0057】
また、本発明は、センサ信号に加わる高周波ノイズを除去するためのフィルタ回路を有する検出部としての集積化センサチップと、この集積化センサチップが配設されたケースとを備え、集積化センサチップの接地端子、入力端子、出力端子に対応して外部接続用の複数個のターミナルがケースから露出して設けられているセンサ装置であれば、適用可能であり、上記圧力センサ以外にも、加速度センサ、磁気センサ、光センサ等のセンサ装置に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る圧力センサの全体を示す概略縦断面図である。
【図2】集積化センサチップの配置部分の構成を模式的に示す図である。
【図3】集積化センサチップとコンデンサにより構成される回路の模式的構成図である。
【図4】上記実施形態の第1の変形例を示す図である。
【図5】上記実施形態の第2の変形例を示す図である。
【図6】本発明の効果を具体的に示す図である。
【図7】従来の集積化センサチップの回路構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
10…ケース、12…ターミナル、12a…出力端子に対応するターミナル、
12b…接地端子に対応するターミナル、16…コンデンサ、
20…集積化センサチップ、24…フィルタ回路、
120…ターミナルにおける端面(ワイヤボンディング領域)、
121…コンデンサ搭載領域。
Claims (3)
- センサ外部からの高周波ノイズを除去するためのフィルタ回路(24)を有する検出部としての集積化センサチップ(20)と、
この集積化センサチップが配設されたケース(10)とを備え、
前記集積化センサチップの接地端子、入力端子、出力端子に対応して外部接続用の複数個のターミナル(12)が前記ケースに設けられているセンサ装置において、
前記接地端子に対応するターミナル(12b)と、前記入力端子と前記出力端子の各々に対応するターミナル(12a)の少なくとも一方とは、前記集積化センサチップに注入される電流を吸収するためのコンデンサ(16)を介して電気的に接続されており、
前記コンデンサ(16)は、前記コンデンサに接続されたリードピン(16a)を有するものであって、前記ターミナルに搭載されており、
前記ターミナルには穴(18)が設けられ、前記リードピンは前記穴に差し込まれて電気的に接続されていることを特徴とするセンサ装置。 - 前記複数個のターミナル(12)は、前記集積化センサチップ(20)とワイヤボンディングされて電気的に接続されており、
前記コンデンサ(16)は、前記ターミナルにおけるワイヤボンディング領域(120)以外の部位(121)に搭載されていることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。 - 前記ターミナル(12)における前記コンデンサ(16)が搭載される部位(121)は、前記ワイヤボンディングを行う方向からみて前記ターミナルにおけるワイヤボンディング領域(120)よりも引っ込んだ位置にあることを特徴とする請求項2に記載のセンサ装置。
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JP2002098552A (ja) | 2002-04-05 |
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