JP5227288B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents

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この発明は流体圧力を半導体のダイヤフラムにより受けて、圧力を電気信号に変換して出力する半導体圧力センサに関する。
従来、例えば流体の圧力を精度良く測ることのできる小型圧力センサとして半導体式圧力センサが提供されている。ここで、センサ素子は、センサ取り付け部とセンサ出力用の端子等を有したセンサケース内に収納され、このセンサケースが、センサ用の回路基板に取り付けられている。センサ用回路基板では、センサ出力を増幅するとともに温度補償等を行い、検知圧力を出力している。
特開平８−２０１１９７号公報 特開平１０−２３９１９２号公報 特開平１０−２３９１９３号公報
上記従来の半導体圧力センサは、出力が温度により影響を受けるので温度補償していたが、この温度補償に際して、出力と温度の関係が直線的ではないので、正確な温度補償が難しく、正確に補償するには、センサ出力の温度特性に合わせた関数または補償用の記憶データ等の大量の記憶容量を必要としていた。しかし、正確な温度補償のために、多くのメモリや回路を設けると、センサ装置が大きくなり、取り付けスペースを多く必要とする問題があった。
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて成されたもので、小型で正確な圧力測定を可能にする半導体圧力センサを提供することを目的とする。
この発明は、圧力を検出するダイヤフラムを中央部に有した半導体センサ素子と、断面がコ字状に形成され圧力導入筒が中央部外側に一体に設けられ、上記半導体センサ素子が内部に一体に固定され、上記ダイヤフラムの外表面が外側の開口部を向いて位置し、表面に設けられた導体の一端部が外側面に露出し表面実装用の電極を形成し、上記半導体センサ素子が上記圧力導入筒の内側一端部に気密状態で取り付けられたセンサケースと、このセンサケースが表面実装され表裏に導体パターンが形成されたセンサ用回路基板と、このセンサ用回路基板に設けられ上記センサ素子の出力や上記センサケースの電極が接続され、上記センサケースの周囲に位置した電子素子が接続された導体パターンから成るセンサ用回路と、上記半導体センサ素子が取り付けられた側とは反対側の上記センサ用回路基板の表面に設けられ、上記センサ用回路基板面に隙間を空けて表面実装され、上記センサ素子の大気圧導入部よりも大きいＬＳＩと、上記センサ用回路基板の表裏の上記導体パターンを接続した一つのスルーホールとを備え、上記ＬＳＩは、上記半導体センサ素子の温度特性を補償する補償データを記憶しており、上記センサ素子の外表面側の上記大気圧導入部が対面した部分の上記センサ用回路基板に上記スルーホールが位置し、上記スルーホール全体が上記ＬＳＩにより覆われ、上記大気圧導入部と上記ＬＳＩの裏面中央部とが、上記センサ用回路基板の上記一つのスルーホールを介して対面し、上記センサ用回路基板の上記ＬＳＩが表面実装された面の端縁部にはピンが突設され、上記ピンが突設された面であってこのピンとは反対側の端縁部には、外部接続用の端面電極が形成されている半導体圧力センサである。
さらに、上記センサケースと上記半導体センサ素子は、金線によりワイヤボンディングされているものである。
この発明の半導体圧力センサは、半導体センサ素子をセンサケース内に一体に固定して収容し、センサ素子が取り付けられたセンサ用回路基板に、センサ用の回路や種々の回路が形成されたＬＳＩを一体に設けたので、装置の大きさを小型化することができる。さらに、回路基板のセンサ素子に対向してＬＳＩを設けることにより、さらにスペース効率を上げることができ、正確な圧力測定を可能にする。
この発明の一実施形態の半導体圧力センサの正面図である。 この実施形態の半導体圧力センサのセンサ素子部分の縦断面図である。 この実施形態の半導体圧力センサの平面図である。 この実施形態の半導体圧力センサの底面図である。
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づいて説明する。この実施形態の圧力センサは、図２に示すように、Ｓｉ半導体センサ素子１０がセンサケース１１内に設けられ、半導体センサ素子１０とセンサケース１１とは図示しない金線によりワイヤボンディングされている。センサケース１１には、図示しない導体パターンが形成され、この導体パターンの一端部はセンサケース１１の外側面に露出し、実装用の電極１２を形成している。センサケース１１には、被測定圧の圧力導入部である圧力導入筒１４が一体に固定され、この圧力導入筒１１の一端部に半導体センサ素子１０が気密状態で取り付けられている。センサ素子１０のダイヤフラムの圧力導入筒１４とは反対側は、大気圧導入部１６となっている。
半導体センサ素子１０を内蔵したセンサケース１１は、センサ用回路基板１８に電極１２を利用して表面実装されている。このセンサ用回路基板１８には、半導体センサ素子１０の出力が接続されるセンサ用回路が形成され、このセンサ用回路を構成する抵抗器やトランジスタ等の電子素子２０が回路基板１８に設けられている。センサ用回路基板１８には、電子素子２０が接続されて回路を構成する導体パターンが形成され、導体パターンの所定位置にはスルーホール２２が設けられ、回路基板１８の表裏のセンサ用回路の導通を図っている。
半導体センサ素子１０が取り付けられた側とは反対側のセンサ用回路基板１８の面には、書き込み消去自在のＥＥＰＲＯＭ２４が表面実装されている。ＥＥＰＲＯＭ２４の裏面には、半導体センサ素子１０の大気圧導入部１６が回路基板１８を介して対面し、この部分の回路基板１８にはスルーホール２２を兼ねた透孔２６が形成されている。ＥＥＰＲＯＭ２４と回路基板１８の面との間にはわずかの隙間が形成され、大気圧導入部１６は外気と連通可能に設けられている。
ＥＥＰＲＯＭ２４は、半導体センサ素子１０の温度補償データを記憶したもので、圧力センサ１０の出力の温度特性が、所定の程度以上リニアでない、即ち直線として近似できない程度の一部分の補償データを記憶している。
さらに、回路基板１８のＥＥＰＲＯＭ２４が表面実装された面の端縁部には、ピン３０が突設され、ピン３０が突設された面であって反対側の端縁部には、外部接続用の端面電極３２が形成されている。
この実施形態の圧力センサの使用方法は、まず圧力導入筒１４を被測定圧力側に接続し、大気圧導入部１６が大気圧側に開放されるように設ける。圧力測定するガス等は、圧力導入筒１４を通り、センサ素子１０の裏面側に直接接触し、半導体センサ素子１０は、ガスの圧力により歪みが生じる。それに伴い半導体センサ素子１０に形成された抵抗素子の抵抗値を検出し、ガス等の圧力を測定する。
この実施形態の半導体圧力センサは、半導体センサ素子１０が回路基板と一体に設けられているとともに、この半導体センサ素子１０の回路が回路基板１８に一体に設けられ、半導体センサ素子１０の温度補償データもＥＥＰＲＯＭ２４内に設けられているので、全体構造を小型化することができる。さらに、半導体センサ素子１０の反対側にＥＥＰＲＯＭ２４を設けることにより、大幅にスペース効率を上げることができる。また、ＥＥＰＲＯＭ２４が大気圧導入部１６に対向する回路基板１８の面からわずかに透き間を空けて透孔２６を覆って設けられているので、大気圧導入部１６に透孔２６を介してほこり等が入りにくく、圧力センサの特性を長期間維持することができる。
この発明の半導体圧力センサは、上記実施形態に限定されるものではなく、回路基板に取り付けられるＬＳＩは、ＥＥＰＲＯＭ以外のメモリであるマスクＲＯＭや書き込み可能なＰＲＯＭ、その他ＥＰＲＯＭ等のメモリ素子でも良く、種々の回路が形成された他のＬＳＩでも良い。
１０ 半導体センサ素子
１１ センサケース
１４ 圧力導入筒
１６ 大気圧導入部
１８ センサ用回路基板
２０ 電子素子
２２ スルーホール
２４ ＥＥＰＲＯＭ
２６ 透孔

Claims (1)

  1. 圧力を検出するダイヤフラムを中央部に有した半導体センサ素子と、
    断面がコ字状に形成され圧力導入筒が中央部外側に一体に設けられ、上記半導体センサ素子が内部に一体に固定され、上記ダイヤフラムの外表面が外側の開口部を向いて位置し、表面に設けられた導体の一端部が外側面に露出し表面実装用の電極を形成し、上記半導体センサ素子が上記圧力導入筒の内側一端部に気密状態で取り付けられたセンサケースと、
    このセンサケースが表面実装され表裏に導体パターンが形成されたセンサ用回路基板と、
    このセンサ用回路基板に設けられ上記センサ素子の出力や上記センサケースの電極が接続され、上記センサケースの周囲に位置した電子素子が接続された導体パターンから成るセンサ用回路と、
    上記半導体センサ素子が取り付けられた側とは反対側の上記センサ用回路基板の表面に設けられ、上記センサ用回路基板面に隙間を空けて表面実装され、上記センサ素子の大気圧導入部よりも大きいＬＳＩと、
    上記センサ用回路基板の表裏の上記導体パターンを接続した一つのスルーホールとを備え、
    上記ＬＳＩは、上記半導体センサ素子の温度特性を補償する補償データを記憶しており、
    上記センサ素子の外表面側の上記大気圧導入部が対面した部分の上記センサ用回路基板に上記スルーホールが位置し、上記スルーホール全体が上記ＬＳＩにより覆われ、上記大気圧導入部と上記ＬＳＩの裏面中央部とが、上記センサ用回路基板の上記一つのスルーホールを介して対面し、
    上記センサ用回路基板の上記ＬＳＩが表面実装された面の端縁部にはピンが突設され、上記ピンが突設された面であってこのピンとは反対側の端縁部には、外部接続用の端面電極が形成されていることを特徴とする半導体圧力センサ。
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