JP4240790B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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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