JP5311577B2 - 圧力センサの検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサの検査装置に関し、更に詳しくは、圧力センサの温度特性を測定するための検査装置に関する。

圧力センサの性能を検査するための装置として、被検査物である圧力センサを収納する圧力容器（加圧容器）と、この圧力容器内の圧力を制御する圧力制御部（加圧部）と、圧力センサの出力信号を計測する計測部（電気的接触導通を取るプローブ）と、計測部で得られた出力信号を処理する演算処理部とを備えてなるものが提案されている（特許文献１参照）。

圧力センサの出力信号（電圧または電流）は、温度に対してほぼ直線的に変化し、２種類以上の温度において出力信号を計測することにより、圧力センサの温度特性を検査（測定）することができる。
そして、圧力センサの温度特性（温度と出力信号との関係）が、直線関係（理想直線）から許容値を超えてずれている場合には、圧力センサの温度特性が理想直線に近づくように適宜補正（温度補正）される。

特開２００４−１０８８８８号公報

圧力センサの温度特性を測定するためには、同一の圧力条件下に、２種類以上の温度で出力信号を計測する必要がある。
ここに、圧力センサの温度特性を測定する検査装置の構成として、図７に示したように、ボート基板９０に実装された圧力センサＳを収納する圧力容器９１と、この圧力容器９１内の圧力を制御する圧力制御部９２と、加圧のためのコンプレッサー９３と、圧力センサＳの出力信号を計測する計測部（プローブユニット９４および測定回路９５）と、圧力容器９１を収納する恒温槽９６と、圧力制御部９２、計測部および恒温槽９６の内部温度を制御するとともに、計測部により得られた圧力センサＳの出力信号を取得して処理する演算処理部９７とを備えてなるものが考えられる。
このような装置において、圧力センサの温度は、演算処理部９７により温度制御される恒温槽９６によって調整される。

このような装置によって圧力センサの温度特性を計測する方法の一例としては、先ず、恒温槽９６内を冷却して圧力センサＳの温度を所定温度（例えば−４０℃）まで低下させ、この低温条件下に、所定の圧力で圧力センサＳの出力信号を計測する。次に、恒温槽９６内を加熱して圧力センサＳを所定温度（例えば１２５℃）まで上昇させ、この高温条件下に圧力センサＳの出力信号を計測する。その後、恒温槽９６内を冷却して圧力センサＳの温度を所定温度（例えば２５℃）まで低下させ、この常温条件下に圧力センサＳの出力信号を計測する。このようにして得られた高温・低温・常温での出力信号から、圧力センサＳの温度特性を測定することができる。

なお、高温・低温・常温のそれぞれの条件下において、複数種類（例えば３種類）の圧力で、圧力センサの出力信号を計測しておくことによって、複数種類の圧力条件における圧力センサの温度特性を測定することができる。

しかしながら、上記のような検査装置によって圧力センサの温度特性を測定する場合には、被検査物である圧力センサが所定の温度（高温・低温・常温）になるまでにきわめて長い時間（昇温時間および降温時間）を必要とする。
例えば、低温（−４０℃）、高温（１２５℃）、常温（２５℃）の各温度条件において３種類の圧力で、圧力センサの出力信号を計測しようとすると、すべての計測が完了するまでに９〜１０時間を必要とする。
このため、圧力センサ（最終製品）の製造効率はきわめて低いものとなっている。

本発明は以上のような事情に基いてなされたものである。
本発明の目的は、被検査物である圧力センサを短い時間で所定温度にすることができ、圧力センサの温度特性を短時間で測定することができる圧力センサの検査装置を提供することにある。

（１）本発明の圧力センサの検査装置は、圧力センサの温度特性を測定する検査装置であって、被検査物である圧力センサを収納する圧力容器と、
この圧力容器内の圧力を制御する圧力制御部と、
前記圧力容器の内部において、圧力センサを挟み込むように配置され、この圧力センサを冷却または加熱する２枚の冷熱プレートと、
これらの冷熱プレートの温度を制御する温度制御部と、
圧力センサの出力信号を計測する計測部と、
前記圧力制御部、前記温度制御部および前記計測部を制御するとともに、当該計測部により得られた圧力センサの出力信号を、計測時の温度および圧力の情報とともに取得する演算処理部とを備えてなることを特徴とする。

このような構成を有する検査装置によれば、被検査物である圧力センサは、これを挟み込むようにして、圧力容器の内部に配置された冷熱プレートによって冷却または加熱されるので、圧力容器の外部から冷却または加熱される場合と比較して、格段に短い時間で圧力センサを所定の温度にすることができる。

（２）本発明の圧力センサの検査装置において、前記冷熱プレートの内部には、熱媒体の循環流路が形成され、
前記温度制御部は、温度の異なる熱媒体を収容する複数基の媒体タンクと、
前記演算処理部からの信号に従って、前記冷熱プレートに形成された熱媒体の循環流路に連結させる媒体タンクを前記複数基の媒体タンクの中から選択して切り替える切替機構とを有していることが好ましい。

このような構成を有する検査装置によれば、切替機構により選択された媒体タンク中の熱媒体が冷熱プレートの内部を循環するので、冷熱プレートの表面温度を迅速に変化（低下または上昇）させることができる。
また、切替機構によって媒体タンクを切り替えることにより、切替前とは異なる温度の熱媒体が冷熱プレートの循環流路に直ちに循環するので、冷熱プレートの表面温度を迅速に変化（上昇または低下）させることができる。

（３）本発明の圧力センサの検査装置において、被検査物である複数の圧力センサが実装される実装部と、これらの圧力センサの各々に電気的に接続される端子群が位置するプローブポイントとを有するボート基板
を備えてなることが好ましい。

このような構成を有する検査装置によれば、複数の圧力センサの温度特性を同時に計測することができる。
また、ボート基板において、実装部と離間してプローブポイントが設けられていることにより、計測部を構成するプローブユニットを冷熱プレートから離間して配置することができ、冷熱プレートからプローブユニットへの熱の影響を回避することができる。

本発明の一実施形態に係る検査装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る検査装置の主要部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る検査装置の主要部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る検査装置を構成するボート基板を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る検査装置における熱媒体の流路を示す模式図である。 実施例に係る検査装置において、圧力容器内の圧力およびセンサ温度の経時的変化を示すチャートである。 圧力センサの性能を検査する従来の検査装置の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明の圧力センサの検査装置について詳細に説明する。
本発明の検査装置は、圧力センサの温度特性（温度と出力信号の関係）を測定する検査装置である。

本実施形態の検査装置は、ＭＥＭＳ圧力センサの温度特性（温度と出力信号の関係）を測定する検査装置である。
図１に示すように、本実施形態の検査装置は、ボート基板１０と、圧力容器２０と、圧力制御部３０と、冷熱プレート（下側の冷熱プレート４１および上側の冷熱プレート４２）と、冷熱プレートの温度制御部５０と、計測部（プローブユニット６１および測定回路６２）と、演算処理部７０とを備えてなる。
同図において、３１はコンプレッサ（加圧装置）、３２は真空ポンプ（減圧装置）、３３は圧力センサ（圧力容器内の圧力の計測手段）、７１は入力部、７２は記憶部、７３は出力部である。

ボート基板１０は、圧力センサのキャリアおよび電気的接続を行うための基板であり、図２および図３に示すように、アルミニウムからなる基台１１上に、フレキシブル基板（ＦＰＣ）１２が配置されてなる。

図３において、Ｓは被検査物である圧力センサ、１３は圧力センサを上側から押圧する蓋である。アルミニウムなどの金属からなる蓋１３には、圧力センサＳの感圧部位に対応して貫通孔（図示省略）が形成されている。

図４に示すように、ボート基板１０は、センサが実装される実装部１０Ａと、これらのセンサの各々に接続される端子群が位置するプローブポイント１０Ｂとを有する。
このボート基板１０の実装部１０Ａには、３３個のセンサを実装することが可能であり、例えば、被検査物である３２個の圧力センサと、１個の温度センサを実装することができる。
一方、プローブポイント１０Ｂには１３２個（１個のセンサあたり４個）の端子が配列されている。

圧力容器２０には、ボート基板１０の実装部１０Ａに実装されている圧力センサおよび温度センサが収納される。図２および図３に示すように、この圧力容器２０は、容器本体２１と、開閉可能な蓋部２２とを有している。２３は把手である。

圧力容器２０内の圧力は、圧力制御部３０によって制御される。
圧力制御部３０は、演算処理部７０からの信号を受けて、コンプレッサ３１または真空ポンプ３２を稼働させるとともに、例えば、内蔵する圧力調整弁により、圧力容器２０内を所定の圧力（加圧または負圧）となるよう制御する。
圧力容器２０内の圧力は、圧力センサ３３により計測され、圧力情報として演算処理部７０にフィードバックされる。

圧力制御部３０により制御される圧力容器２０内の圧力範囲は、圧力センサの用途などにより異なり、特に限定されるものではないが、例えば１３〜１２０ｋＰａとされる。
圧力制御部３０は、また、複数の圧力範囲を制御するもの（例えば、第１の圧力範囲を１３〜１２０ｋＰａとし、第２の圧力範囲を１０１〜６０８ｋＰａ（１〜６気圧）とする）であってもよい。

本実施形態の検査装置を構成する冷熱プレート４１および４２は、被検査物である圧力センサを冷却または加熱するためのものである。
本実施形態の検査装置においては、被検査物を冷却または加熱する手段である冷熱プレート４１および４２が、圧力センサＳを挟み込むようにして、圧力容器２０の内部に配置されている点に特徴を有する。

冷熱プレート４１および冷熱プレート４２に挟まれた状態で圧力センサＳが冷却または加熱されるので、圧力容器の外部から冷却または加熱される場合と比較して、格段に短い時間で圧力センサＳを所定の温度にすることができる。

図３に示すように、下側の冷熱プレート４１は、プレート要素４１１および４１２から構成され、冷熱プレート４１の内部には、水平面に沿って蛇行するように、熱媒体の循環流路が形成されている。
また、上側の冷熱プレート４２は、プレート要素４２１および４２２から構成され、冷熱プレート４２の内部には、水平面に沿って蛇行するように、熱媒体の循環流路が形成されている。
なお、図３において、４３はプレート要素の固定ネジ、４４はガスケットである。また、図１〜図３において、４５１、４５２および４５３は、それぞれ、熱媒体の流路を区画する外部配管である。

冷熱プレートの内部を循環する熱媒体は、図５に示すように、後述する媒体タンクから外部配管４５１を通って冷熱プレート４１の内部に流入され、蛇行する循環流路４１Ｆを流動することにより冷熱プレート４１の表面（上面）を冷却または加熱し、冷熱プレート４１の内部から流出される。
冷熱プレート４１の内部から流出された熱媒体は、外部配管４５２を通って冷熱プレート４２の内部に流入され、蛇行する循環流路４２Ｆを流動することにより冷熱プレート４２の表面（下面）を冷却または加熱し、冷熱プレート４２の内部から流出される。
冷熱プレート４２の内部から流出された熱媒体は、外部配管４５３を通って媒体タンクに戻る。
上記のようにして、冷熱プレート４１および４２の内部に熱媒体が循環される。
なお、熱媒体の順路は、上記に限定されるものではない。

冷熱プレート４１および４２の表面温度は、温度制御手段５０によって制御される。
図１に示すように、温度制御部５０は、高温（通常６０〜１５０℃、例えば１２５℃）の熱媒体を収容する媒体タンク５１１と、常温（通常２０〜４０℃、例えば２５℃）の熱媒体を収容する媒体タンク５１２と、低温（通常−５０〜０℃、例えば−４０℃）の熱媒体を収容する媒体タンク５１３を有している。

媒体タンク５１１、５１２および５１３に収容される熱媒体としては、冷熱プレートの設定温度（高温・常温・低温）において流動性を有するものであれば特に限定されるものではない。
なお、媒体タンク５１１、５１２および５１３に収容される熱媒体は、同じ化合物からなることが好ましいが、媒体タンクごとに異なる種類の熱媒体を使用することも可能である。

また、温度制御部５０は、冷熱プレート４１および４２に形成された熱媒体の循環流路に連結させる媒体タンクの切替機構として、高温の熱媒体の流路に設けられた循環ポンプ５２１並びにバルブ５３１および５４１と、常温の熱媒体の流路に設けられた循環ポンプ５２２並びにバルブ５３２および５４２と、低温の熱媒体の流路に設けられた循環ポンプ５２３並びにバルブ５３３および５４３とを有している。

ここに、演算処理部７０からの信号に従って、循環ポンプ５２３を稼働させるとともに、バルブ５３３および５４３を開いて、他のバルブを閉じることにより、媒体タンク５１３に収容されている低温の熱媒体が、循環ポンプ５２３により送り出され、バルブ５３３、外部配管４５１、下側の冷熱プレート４１の循環流路、外部配管４５２、上側の冷却プレート４２の循環流路、外部配管４５３、バルブ５４３をとおって、媒体タンク５１３に戻ることになり、これにより、冷熱プレート４１および４２の表面が低温状態となる。

また、演算処理部７０からの信号に従って、循環ポンプ５２１を稼働させるとともに、バルブ５３１および５４１を開いて、他のバルブを閉じることにより、媒体タンク５１１に収容されている高温の熱媒体が、循環ポンプ５２１により送り出され、バルブ５３１、外部配管４５１、下側の冷熱プレート４１の循環流路、外部配管４５２、上側の冷却プレート４２の循環流路、外部配管４５３、バルブ５４１をとおって、媒体タンク５１１に戻ることになり、これにより、冷熱プレート４１および４２の表面が高温状態となる。

更に、演算処理部７０からの信号に従って、循環ポンプ５２２を稼働させるとともに、バルブ５３２および５４２を開いて、他のバルブを閉じることにより、媒体タンク５１２に収容されている常温の熱媒体が、循環ポンプ５２２により送り出され、バルブ５３２、外部配管４５１、下側の冷熱プレート４１の循環流路、外部配管４５２、上側の冷却プレート４２の循環流路、外部配管４５３、バルブ５４２をとおって、媒体タンク５１２に戻ることになり、これにより、冷熱プレート４１および４２の表面が常温状態となる。

このような構成を有する本実施形態の検査装置によれば、媒体タンク５１１、５１２、５１３のうち、切替機構により選択された一基の媒体タンクに収容されている熱媒体が、冷熱プレート４１および４２の内部を循環するので、冷熱プレート４１および４２の表面温度を迅速に変化（低下または上昇）させることができる。
また、切替機構によって媒体タンクを切り替えることにより、切替前とは異なる温度の熱媒体が冷熱プレート４１および４２の循環流路に直ちに循環するので、冷熱プレート４１および４２の表面温度を迅速に変化（上昇または低下）させることができる。

本実施形態の検査装置の計測部は、プローブユニット６１および測定回路６２を備えてなり、圧力センサの出力信号（電圧または電流）を計測する機能を有する。
プローブユニット６１には、ボート基板１０のプローブポイント１０Ｂに配列された端子群の各々に接続される複数のプローブが設けられている。
プローブユニット６１により計測された圧力センサの出力信号（電圧または電流）は、測定回路を経て演算処理部７０に入力される。

このような構成を有する本実施形態の検査装置によれば、プローブユニット６１を構成するプローブにより、ボート基板１０の実装部１０Ａに実装された圧力センサの温度特性を同時に計測することができる。
また、ボート基板１０において、実装部１０Ａとプローブポイントが離間していることにより、プローブユニット６１を冷熱プレート４１および４２から離間して配置することができ、冷熱プレート４１および４２からプローブユニット６１への熱の影響を回避することができる。

本実施形態の検査装置の演算処理部７０は、圧力制御部３０、温度制御部５０および計測部を制御するとともに、計測部により得られた圧力センサの出力信号を、計測時の温度情報（計測部によって得られた温度センサからの情報）および圧力情報（圧力制御部３０または圧力センサ３３からの情報）とともに取得し、これらの情報を演算処理する装置である。

演算処理部７０には、入力部７１、記憶部７２および出力部７３が接続されている。
入力部７１からは、圧力容器２０内の設定圧力、被検査物である圧力センサの設定温度などを入力することができる。入力された設定圧力の情報は演算処理部７０によって処理され、演算処理部７０からの処理信号によって圧力制御部３０が制御される。また、入力された設定温度の情報も演算処理部７０により処理され、演算処理部７０からの処理信号により温度制御部５０が制御される。

記憶部７２は、演算処理部７０によって取得された情報（圧力センサの出力信号の計測値、計測時の温度および圧力の情報）などを記憶することができ、記憶部７２により記憶された情報は、出力部７３により出力（表示・印字）することができる。

図１〜図３に示したような構成の検査装置を使用し、ボート基板１０の実装部１０Ａに３２個の圧力センサと１個の温度センサとを実装し、低温、高温および常温の各温度条件において、圧力容器２０の内部圧力を３とおりに変更することを目的とする、温度および圧力の制御を実施した。

温度の制御は、演算処理部７０からの信号を受けた温度制御部５０において、切替機構により、冷熱プレート４１および４２の循環流路に連結させる媒体タンクを、媒体タンク５１３、媒体タンク５１１、媒体タンク５１２の順に切り替えることによって、前記循環流路に、低温（−４０℃）、高温（１２５℃）、常温（２５℃）に温度調整された熱媒体「ガルデン」（登録商標）を順次循環させることにより行い、被検査物である圧力センサの温度変化に一致するものとして、前記温度センサにより温度変化を計測した。

また、圧力容器２０の内部圧力の制御は、低温、高温および常温の各温度条件において、演算処理部７０からの信号を受けた圧力制御部３０によって、順次、１２０ｋＰａ、１３ｋＰａ、６０ｋＰａの３種類の圧力になるように設定し、圧力容器２０の内部における実際の圧力変化を圧力センサ３３（圧力容器内の圧力の計測手段）により計測した。

温度センサにより計測した温度変化、および、圧力センサ３３により計測した圧力変化を図６に示す。
図６に示したように、冷却を開始してから約１０分間で（−４０℃，１２０ｋＰａ）、（−４０℃，１３ｋＰａ）、（−４０℃，６０ｋＰａ）の計測環境を得ることができた。 その後、加熱を開始してから約１０分間で（１２５℃，１２０ｋＰａ）、（１２５℃，１３ｋＰａ）、（１２５℃，６０ｋＰａ）の計測環境を得ることができた。
その後、冷却を開始してから約１０分間で（２５℃，１２０ｋＰａ）、（２５℃，１３ｋＰａ）、（２５℃，６０ｋＰａ）の計測環境を得ることができた。

すなわち、この検査装置によれば、低温（−４０℃）、高温（１２５℃）、常温（２５℃）の各温度条件において、３種類の圧力（１２０ｋＰａ、１３ｋＰａ、６０ｋＰａ）で、圧力センサの出力信号を計測しようとする場合に、すべての計測を３０分程度の時間で完了することが可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の検査装置はこれらに限定されるものでなく、種々の変更が可能である。
例えば、１枚のボート基板に更に多数のセンサを実装することも可能である。
また、圧力容器の内部に、複数のボート基板を配置してもよい。この場合、ボート基板に実装された圧力センサのすべてを挟むように、２枚または（２×ｎ）枚の冷熱プレートを配置してもよい。
また、被検査物である圧力センサは、ＭＥＭＳ圧力センサ以外のものであってもよい。 また、冷熱プレートを冷却または加熱する手段として、熱媒体を循環させること以外の手段を採用（併用）してもよい。

１０ ボート基板
１０Ａ 実装部
１０Ｂ プローブポイント
１１ 基台
１２ フレキシブル基板（ＦＰＣ）
１３ 蓋
２０ 圧力容器
２１ 容器本体
２２ 蓋部
２３ 把手
３０ 圧力制御部
３１ コンプレッサ
３２ 真空ポンプ
３３ 圧力センサ
４１ 冷熱プレート（下側）
４１１，４１２ プレート要素
４１Ｆ 循環流路
４２ 冷熱プレート（上側）
４２１，４２２ プレート要素
４２Ｆ 循環流路
４３ 固定ネジ
４４ ガスケット
４５１、４５２、４５３ 熱媒体の外部配管
５０ 温度制御部
５１１ 媒体タンク（高温用）
５１２ 媒体タンク（常温用）
５１３ 媒体タンク（低温用）
５２１ 循環ポンプ（高温用）
５２２ 循環ポンプ（常温用）
５２３ 循環ポンプ（低温用）
５３１、５４１ バルブ（高温用）
５３２、５４２ バルブ（常温用）
５３３、５４３ バルブ（低温用）
６１ プローブユニット
６２ 測定回路
７０ 演算処理部
７１ 入力部
７２ 記憶部
７３ 出力部

Claims (3)

1. 圧力センサの温度特性を測定する検査装置であって、
   被検査物である圧力センサを収納する圧力容器と、
   この圧力容器内の圧力を制御する圧力制御部と、
   前記圧力容器の内部において、圧力センサを挟み込むように配置され、この圧力センサを冷却または加熱する２枚の冷熱プレートと、
   これらの冷熱プレートの温度を制御する温度制御部と、
   圧力センサの出力信号を計測する計測部と、
   前記圧力制御部、前記温度制御部および前記計測部を制御するとともに、当該計測部により得られた圧力センサの出力信号を、計測時の温度および圧力の情報とともに取得する演算処理部とを備えてなることを特徴とする圧力センサの検査装置。
2. 前記冷熱プレートの内部には、熱媒体の循環流路が形成され、
   前記温度制御部は、温度の異なる熱媒体を収容する複数基の媒体タンクと、
   前記演算処理部からの信号に従って、前記冷熱プレートに形成された熱媒体の循環流路に連結させる媒体タンクを前記複数基の媒体タンクの中から選択して切り替える切替機構とを有していることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの検査装置。
3. 被検査物である複数の圧力センサが実装される実装部と、これらの圧力センサの各々に電気的に接続される端子群が位置するプローブポイントとを有するボート基板
   を備えてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力センサの検査装置。

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