JP4919024B2

JP4919024B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP4919024B2
Application number: JP2006310071A
Authority: JP
Inventors: 哲武藤
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: JP2008128644A

Description

圧力センサASSYにおいて、圧力検出素子からの信号の取り出しには、センサチップからワイヤボンドを介して信号取出しピンへと接続している。
本発明は、この電気的接続を目的とした機構に関するものである。

圧力センサに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００４−２１２２６２号公報

図５は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、図６は図５の要部平面構成説明図である。
図において、センサチップ１は、ハーメチックボディ２の一方の面に支持基板３を介して設けられている。

スペーサ４は、センサチップ１の周囲に設けられている。
信号取出しピン５は、スペーサ４とハーメチックボディ２とを貫通して設けられている。
封着ガラス６は、信号取出しピン５をハーメチックボディ２に封着する。
ボンディングワイヤ７は、信号取出しピン５の一方端とセンサチップ１とを接続する。
信号取出しピン５の先端にはワイヤボンディングを容易にするために金メッキ８が施されている。
９は、圧力の導入される導圧路である。

以上の構成において、外部への圧力漏れを防止し、センサチップ１からの電気信号を外部へ導くために、信号取出しピン５をガラス封着６したハーメチックターミナルが使用されている。
ここで、信号取出しピン５とセンサチップ１の電気経路はボンディングワイヤ７によって形成されている。

このような装置においては、以下の間題点がある。
（１）信号取出しピン５の上面に、ワイヤーボンディングを実施するために、金メッキを施す必要がる。
金線のワイヤーのワイヤーボンディング性を安定させるためには、ボンディング面が金、もしくはアルミである必要があり、また、ある程度の平面度が必要条件である。

現状の生産ラインでは以下の工程によって条件を満たしている。
信号取出しピン５の高さを合わせてガラス封着→信号取出しピン５の上面研磨をする。
金ストライク → 金厚付け → ロジウム厚付け → 金ストライク → 金厚付けをする。

（２）安定したワイヤーボンディング性を得るための信号取出しピン５の剛性が必要。
ボンディング面に超音波を与えることでボンディング性を向上しているが、信号取出しピン５の剛性が低いと共振してしまうため、超音波を効果的に与えることができない。
そのため、信号取出しピン５の直径は、ある程度太いこと、長さは短いことが望まれるため、設計の自由度が低い。

（３）封入液削減のためにはワイヤーボンド長を短くする必要がある。
圧力センサは封入液を圧力供給媒体としているために、センサASSY内外の隙間には封入液が充填されている。

この封入液量を可能な限り少量にすることが製品特性の向上に繋がるが、ボンディングワイヤと他部品との接触を避けるために、ボンディングワイヤ周囲には隙間を設けており、その部分の封入液を削減するためにはボンディング長を短くする必要がある。
しかし、耐圧性能や感度維持の制限から、信号取出しピン５の配置やセンサチップ１上のボンディング位置を変更することは難しい。

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、工程や工数が削減でき安価で、耐圧性能が向上でき、コスト削減効果が期待できる圧力センサを提供することにある。

この目的を達成するために、本発明の請求項１の圧力センサにおいては、
ハーメチックボディの一方の面に設けられたセンサチップと、このセンサチップの周囲に設けられたスペーサと、このスペーサと前記ハーメチックボディとを貫通して設けられた信号取出しピンと、前記信号取出しピンの一方端と前記センサチップとを接続するボンディングワイヤとを具備する圧力センサにおいて、前記スペーサに設けられ前記信号取出しピンの一方端側が底部側の内径内に信号導通性を確保するばね板を介して挿入量が調節されて挿入され頂部に前記ボンディングワイヤの一端が取り付けられる帽子状の導通端子を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
（１）信号取出しピンに金メッキを施したり、高精度な組み付けや上面研磨も必要なくなるために、工程や工数が削減でき安価な圧力センサが得られる。
信号取出しピンの上端にボンディングを施す必要がなく、導通端子との電気的接触のみで良いので、信号取出しピンの上端に金メッキを施す必要がなくなる。

また、信号取出しピン上面の平面度を高く維持する必要もなくなり、高さのバラつきも導通端子の組立て調整で吸収できるため、信号取出しピンの高精度な組み付けや上面研磨も必要なくなる。

（２）信号取出しピンの直径を細くでき、ハーメチック端子の小型化が可能となり、耐圧性能が向上でき、コスト削減効果が期待できる圧力センサが得られる。
ボンディング面は導通端子となり、導通端子はスペーサによって固定されているため、信号取出しピンよりも剛性が高く、超音波によるボンディング性向上効果も期待できる。
また、信号取出しピン径や長さに対しての剛性による制限もなく、設計の自由度が高い圧力センサが得られる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図である。
図において、図５と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図５との相違部分のみ説明する。

図１において、導通端子１１は、スペーサ４に設けられ、信号取出しピン５の一方端５１に一端が取り付けられ他方端に、ボンディングワイヤ７の一端が取り付けられている。
導通端子１１と信号取出しピン５の電気的接続は、導通端子１１に内蔵されたばね板１１１により、電気的接続が確保されている。
この場合は、導通端子１１は、信号取出しピン５の一方端を覆う帽子状を成している。
この場合は、導通端子１１は、ボンディング面が金、もしくはアルミメッキされている。

以上の構成において、一種のコネクタである金メッキされた導通端子１１に信号取出しピン５を挿入して導通端子１１上面をボンディング面とする。
金メッキされた導通端子１１は各社より様々な大きさ、対応ピン径、形状が標準で販売されており、格安で入手可能である。

なお、組立性としては、スペーサ４に導通端子１１を挿入する自動機を用意すれば、導通端子１１に信号取出しピン５を挿入しながらスペーサ４を載せるだけであり、容易に組み立てできる。

この結果、
（１）信号取出しピン５に金メッキを施したり、高精度な組み付けや上面研磨も必要なくなるために、工程や工数が削減でき安価な圧力センサが得られる。
信号取出しピン５の上端にボンディングを施す必要がなく、導通端子１１との電気的接触のみで良いので、信号取出しピン５の上端に金メッキを施す必要がなくなる。

また、信号取出しピン５の上面の平面度を高く維持する必要もなくなり、高さのバラつきも導通端子１１の組立て調整で吸収できるため、信号取出しピン５の高精度な組み付けや上面研磨も必要なくなる。

（２）信号取出しピン５の直径を細くでき、ハーメチック端子の小型化が可能となり、耐圧性能が向上でき、コスト削減効果が期待できる圧力センサが得られる。
ボンディング面は導通端子１１となり、導通端子１１はスペーサ４によって固定されているため、信号取出しピン５よりも剛性が高く、超音波によるボンディング性向上効果も期待できる。
また、信号取出しピン径や長さに対しての剛性による制限もなく、設計の自由度が高い圧力センサが得られる。

（３）導通端子１１は、信号取出しピン５の一方端を覆う帽子状を成すので、導通端子１１と信号取出しピン５の組立て性が向上され安価な圧力センサが得られる。
帽子状の導通端子１１は、様々な形状、大きさが市販されており安価で入手可能なため安価な圧力センサが得られる。

図２は、本発明の他の実施例の要部構成説明図、図３は図２の要部平面構成説明図である。
図２，図３において、導通端子２１は、信号取出しピン５の一方端とのコンタクト部２１１は板ばね状を成している。

導通端子２１は、スペーサ４の表面に露出する金属部分をセンサチップ１側のボンディング位置付近にまで伸ばすことで、ボンディングワイヤ７の長さを大幅に短くできる。
これにより、ボンディングワイヤ７周りの封液量削減とともに、コモンモードノイズに対しても強くなり、製品特性の向上に繋がる。

基本的にハーメチック端子の信号取出しピン５間の距離は、近接して配置すると封着ガラス６の耐圧性能を低下させる要因となる。
そのため、信号取出しピン５にボンディングする図５従来例の方法では、センサチップ１が小型化出来ても、信号取出しピン５のピッチを狭くできず、小型化に限界があった。
しかし、図２，図３実施例では、信号取出しピン５の直径を細くできるため小型化が可能となる。

この結果、導通端子２１は、信号取出しピン５の一方端とのコンタクト部２１１は板ばね状を成すので、導通端子２１と信号取出しピン５の導通組立て性が向上され安価な圧力センサが得られる。
導通端子２１をスペーサ３にインサート成形することで、導通端子２１をスペーサ３に挿入する工数の削減、および、確実な固定を得られ安価で高品質の圧力センサが得られる。

帽子状の導通端子を用いないため、更なるハーメチック端子の小型化が可能となり、耐圧性能の向上および、コスト削減効果が期待できる。
小型化を採用しない場合においては、帽子状の導通端子を用いないことにより、信号取り出しピン５とスペーサ３の外周に設けられた金属カプセルとの距離を保つことが可能であり、電気的ノイズに強い圧力センサが得られる。

図４は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
図４において、導通端子３１は、信号取出しピン５の一方端にコイルスプリング３２を介して電気的に接続されている。

この結果、板ばね２１１内蔵の導通端子２１のインサート成形において、板ばね周辺にはインサート型の存在により必要のない空間を生じる場合があるが、インサート部品が平板状の導通端子３１であれば、このような心配はない。
そのため平板状の導通端子３１と巻きばね３２を使用した電気的接続を使用することで不必要な空間を排除でき、封入液量の削減に繋がり製品特性の向上に寄与する圧力センサが得られる。

なお、コストを総合的にみると、インサート成形品は割高ではあるが、信号取出しピン５の研磨や金メッキなどの工程がなくなることや、部品の小型化が可能であり、大幅なコストダウンとなる。
また、導通端子の信号取出しピン５への接点構造はどのような接触のさせ方でも構わないことは勿論である。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

本発明の一実施例の要部構成説明図である。本発明の他の実施例の要部構成説明図である。図２の要部平面構成説明図である。本発明の他の実施例の要部構成説明図である。従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図である。図５の要部平面構成説明図である。

符号の説明

１センサチップ
２ハーメチックボディ
３支持基板
４スペーサ
５信号取出しピン
６封着ガラス
７ボンディングワイヤ
８金メッキ
９導圧路
１１導通端子
１１１ばね板
２１導通端子
２１１コンタクト部
３１導通端子
３２巻きばね

Claims

ハーメチックボディの一方の面に設けられたセンサチップと、このセンサチップの周囲に設けられたスペーサと、このスペーサと前記ハーメチックボディとを貫通して設けられた信号取出しピンと、前記信号取出しピンの一方端と前記センサチップとを接続するボンディングワイヤとを具備する圧力センサにおいて、
前記スペーサに設けられ前記信号取出しピンの一方端側が底部側の内径内に信号導通性を確保するばね板を介して挿入量が調節されて挿入され頂部に前記ボンディングワイヤの一端が取り付けられる帽子状の導通端子
を具備したことを特徴とする圧力センサ。