JP5748554B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、概して圧力センサに関し、特に、圧力変化を感知する歪みゲージ技術を利用してその変化に関連する電気信号を生成し、かつ信号を処理および増幅するエレクトロニクスを用いるセンサに関する。

流体圧力の変化を、関連する電気信号に変換するための歪みゲージ技術を利用することは公知であるが、より容易に製造され、かつ信頼性と最適な寿命見込みを改善したセンサを提供する必要性がある。また、与えられたアプリケーションで経済的な使用を実現できるように、センサの生産コストを最小化する必要性があり、従って、大量生産技術でコスト削減の結果を伴う生産量を増加させる必要がある。

本発明の譲受人に譲渡された特許文献１では、歪みゲージ技術を利用する圧力センサが開示され、請求された圧力センサは、一方の端部に流体受け取り開口を有し、かつ閉じられた対向する台座端部に一体に形成されたダイアフラムを有する管状のポートフィッティングと、角度配向構造と、台座端部に支持部材の受け取りを固定するためのロック構造とを有する。支持部材は、ダイアフラム部で受け取られる開口の平坦な端壁を有し、当該開口は、ダイアフラム部に結合された歪みゲージ感知素子ガラスと整合される。ワイヤは、歪みゲージ感知素子とフレキシブル回路アセンブリの結合されたローブ部分の回路パッドとの双方に結合され、シリコンゲルによってカプセル封止される。特許文献１のすべての教示および内容は、ここに参照することにより全体が含まれる。

米国特許第６，７６３，７２４号公報

自動車の用途において、圧力センサは、低コストで大量生産される必要があり、かつ安全性が不可欠なアプリケーション（例えば、ブレーキシステム）の過酷な環境で十分に信頼性がなければならない。歪みゲージをベースにした圧力センサもしくは荷重センサの組立では、感知素子ダイアフラムを電子基板の機械的ストレスから分離させること（湿度や熱膨張などにより）は、いわゆる“支持リング”の使用を促す。現在のやり方では、支持リングは、金属（電子部品基板にはんだ付けされ、感知素子ポート構造に突合せ溶接される）か、あるいはプラスチック（電子部品基板に接着され、感知素子ポート構造にスナップフィットされる）である。支持リングおよびその取り付けは、感知素子と電子基板との間の良好なワイヤボンディングのための安定したプラットフォームを提供するべきである。金属の支持リングはまた、コンデンサをデカップリングする電子基板と感知素子ポート機構との間の導電性経路として機能する。現在の慣行では、支持リングは、センサアセンブリの内部部品であり、保護をするセンサハウジングが支持リング周辺に装着された後に、取り扱われることを前提としていない。

首尾一貫した溶接プロセスにとって重要なのは、支持リングの縁（リップ）が均一の厚さであり、バリがなく、かつ感知素子ポートに抗して平坦に置かれることである。実際には、縁（リップ）を形成するのは難しく、支持リングと感知素子ポートとの間の過度の隙間や、支持リングの燃焼、もしくは、支持リングをポートインターフェース位置へレーザー溶接するのに失敗することが原因となる質の良くない溶接で欠陥が生じ得る。

圧力センサの組立において、当該分野で公知である保護ゲルは、ワイヤボンド、ガラス、およびゲージ上に分配（ディスペンス）され、腐食（ワイヤボンド）や劣化（グラス）から保護する。ゲル内の気泡やボイドは、その位置によっては、しばしば腐食や劣化を可能にし、または、ボンドワイヤおよび結合に機械的なダメージをもたらすことになる。これらの問題のため、ゲルは簡単に検査できることが望ましい。パッドに着地する電気的接点スプリング上のゲル（電気的絶縁体）の存在は、望ましくない開放（オープン）や断続的な接触を引き起こす可能性がある。典型的に、ワイヤが歪みゲージに接続されるプリント配線基板（ＰＣＢ）のワイヤボンドの窓は、矩形状である。アセンブリは、許容誤差の積み重ねの寸法であり、ダイアフラムの外側の直径に最も近いガラスの端部がＰＣＢにより覆われる可能性がある。ダイアフラムに対するＰＣＢの近接した垂直方向の間隔は、このエリアにおけるゲルの流れの欠如になり得、ガラス（歪みゲージが搭載される）を劣化（出力信号のオフセットシフトの原因）から保護しない状態にする。最も外側に位置決めされたガラス上までゲルが簡単に流れることができる設計が必要とされる。ひとつの従来の解決策では、ＳＭＴ要素の計画的な位置の組み合わせにより、かつプラスチックのゲルダム要素により、ゲルが不所望の位置へ流れるのを抑制する。しかしながら、コスト増となり、かつ場合によっては追加の回路基板の面積を必要とし、スペースの制約に否定的な影響を与えるような追加の要素を利用することなく、ゲルの流れを管理する必要がある。

例えば、自動車のブレーキシステムに使用される従来の圧力センサは、圧力センサと電子制御装置（ＥＣＵ）との間の接続を必要とする。これらの接続は、しばしば、スプリングもしくはスプリングを搭載したポゴピンコンタクトにより成される。このような接続は、ＥＣＵの一部分として、もしくはセンサアセンブリの一部分として提供される。従来の圧力センサは、典型的に、比較的高価なポゴピンか、１つもしくは２つの直径を有するスプリングを用いる。あるアプリケーションでは、スプリングは対称ではなく、組立過程において手作業で装着されなければならない。スプリングに機械的な案内を提供して、スプリングがセンサ内とＥＣＵ上との双方でターゲットのパッドに接続するのを確実にすることが重要である。スプリングは、座屈（バックリング）しないようにしなければならない。スプリングは、軸に沿って自由に移動し、要求される接触力を提供しなければならない。

ポゴピンによる解決法は、スプリング周りの機械加工されたハウジングと余分のサブアセンブリ作業を必要とするために、高価である。顧客は、スプリングの調達、取り扱い、機械的な案内を必要とするために、ＥＣＵの一部として提供されるスプリングを好まない。センサアセンブリの一部として提供されたスプリングを用いる現在の解決方法は、組立中に（重力が原因でスプリングが落下するのを防ぐために）、プリント配線基板（ＰＣＢ）と部品の多重配向、またはその他の特別な手段を含むマルチピースサブアセンブリを必要とする。インサートモールドのスプリングの解決方法が困難なのは、スプリングに抗して正確にモールドを封止すること、モールドのバリを抑制すること、スプリング先端をターゲットのコンタクトパッドへ正確に配向する方法に潜在的に重大な難しさがあるためである。さらに、スプリングを取り扱うコストは取り除かれないが、単にサプライ・チェーンを移動されるだけであり、コスト面での利益は生じない。

従来の圧力センサは、高価なコンタクトアセンブリ、シーム溶接された部品、および電子基板上のあるエリアから保護ゲルの流れをブロックするためのゲルダムを使用する。従来の圧力センサの設計とは対照的に、本出願で開示される実施例は、単一の電子基板、改良された環境保護、およびより簡単に量産される安価なコンタクトアセンブリを提供する。

ある実施例では、圧力センサは、感知素子ポートと、少なくとも１つの搭載タブおよび複数の干渉フィット（嵌め合い）スリットを含む支持リングとを有し、感知素子ポートと支持リングとの間に柔軟な干渉嵌め合いを提供し、感知素子ポートと支持リングとの対向する壁が実質的に同一平面のラップ（重ね合わせ）結合を形成する。センサはまた、支持リング内に配置され、少なくとも１つの搭載タブに取り付けられ、かつ複数のコンタクトパッドを有する電子基板を含む。このような設計により、部品は互いに整合して固定されることができ、感知素子ポートと支持リングとを結合するときに、より大きなプロセス窓を提供する。この設計はまた、感知素子ポートを支持リングに溶接するときにレーザーの燃焼を避ける。感知素子ポートまたは支持リングの特別な複雑な幾何学が必要とされないため、支持リングの端部の状態は溶接の性能に重要ではなく、それゆえより大きなプロセス窓が提供される。

このような設計は、分離された外部のハウジング部品のないセンサを提供することができ、コストを削減する。フレキシブルな干渉嵌め合いは、既存のレーザ溶接ツールとの互換性を提供し、主要なコストを削減し、かつ抵抗溶接にも適応することができる。本設計は、支持リングが最終組み立てにおいて露出されているため、強固なハンドリングを提供する。本設計は、支持リングの選択的なメッキを必要とせず、コストを削減し、かつレーザー溶接と互換性がある。

他の実施例では、支持リングは、少なくとも３つの平坦な搭載タブを含み、電子基板は、対応する平坦な搭載タブにはんだ付けされたアタッチメントパッドと、少なくとも３つの平坦な搭載タブに対応するコンタクトパッドとを含む。結果として生じる安定的な構造は、電子部品の曲げを防止し、脆弱な電子部品の破損を抑制し、かつ、インターフェースコネクターのコンタクトスプリングに機械的な支持を提供する。

また別の実施例では、電子基板はさらに、ワイヤボンドを容易にしかつセンサのコンタクトの可視化を容易にするため、センサのコンタクトへのアクセスを提供するよう設けられたオーバーサイズのワイヤボンド窓を含む。従来の矩形状のワイヤボンド窓を変更することは、気泡やボイドの形状、歪みゲージおよび分配された保護ゲルの検査などの問題を解決する。ある特定の実施例では、オーバーサイズのワイヤボンド窓は、丸められた曲線状のコーナーを含み、感知素子ポート上に実装された歪みゲージの長手方向の寸法に沿う軸上におおよそ延在される。このような設計は、歪みゲージとワイヤボンド窓内にディスペンスされた保護ゲルの検査を容易にし、かつ、歪みゲージに対する窓ウィンドーのゆがみ（曲げ）により生じる問題を減らす。さらに、このようなオーバーサイズのワイヤボンド形状は、保護ゲルをディスペンスするときに気泡やボイドの減少を促進することが発見されている。

他の実施例において、電子基板上のゲルフローバリア（ゲルの流れの障壁）は、ゲルの流れる方向を変えるための堀を含む。堀は、１つもしくはそれ以上のトレンチを形成する１つもしくはそれ以上の壁を含む。堀は、保護ゲルに対して濡れ性のない面（non-wetting surface）を有する最上層を含む。不所望なゲルを収容するためのゲルダムを除去することによって、電子基板に取り付けられる必要のある別個の部品がひとつ減る。さらに、部品を除去することに加えて、ゲルダム上で他の部品が捕獲する機会もまた除去される。

ゲルフローバリアを形成するための技術は、次のステップを含む：ゲルの流れから保護されるべき基板の部分を取り囲む、複数の多層トレンチと対応する壁を電子プリント配線基板（ＰＣＢ）に製造する。複数の多層壁は、保護されるべき基板の部分を少なくとも部分的に取り囲む堀を提供するトレンチを形成する。このような技術は、ゲルの流れを管理するコスト効果的な手段を提供し、かつ、電子基板の部分にとって不所望なゲルの流れから保護する場所の柔軟性を提供する。ゲルを印加する技術は、保護ゲルに対して濡れ性のない表面を有するゲルフローバリアを電子基板上に提供すること、電子コンタクトパッドを保護するようゲルフローバリアを位置決めすること、およびオーバーサイズのワイヤボンド窓を提供することを含む。ゲルをオーバーサイズのワイヤボンド窓内および電子基板上のワイヤボンドパッド上にディスペンスし、ゲルフローバリアがゲルの方向を変更し、ゲルが電子コンタクトパッド上に流れるのを防ぐことにより、ゲルの流れが管理される。

例示的なインターフェースコネクターアセンブリは、弾性コンタクト部材を保持するように設けられた上部スプリングガイドと、当該上部スプリングガイドに取り付けられる下部スプリングガイドとを含む。弾性コンタクト部材は、２つの傾斜が付けられた端部を有する対称のダブルエンドのスプリングを含み、スプリングの各端部のコンタクト地点は、スプリングの中心軸／中心線により近接する。このようなインターフェースコネクターアセンブリは、高価なポゴピンやＰＣＢを使用することなく、効果的なスプリング捕捉を提供する。コネクターは、個別に前もって組み立てられることができ、状況次第では、組立は、歪みゲージの組立に要求されるクリーンルームの条件以外で行われることができ、スプリングの対称性は、製造中の方向性の問題を低減し、かつスプリングの自動供給を可能とする。

他の実施例では、インターフェースコネクターのスプリングは、円錐状にテーパー付けられ、さらに、スプリング先端の中心を電子基板上のコンタクト受け取りパッドの中心へ向けて整合させる。第１のテーパーは、効果的にスプリングがより小さな直径の先端をもつことを可能にし、これにより、電子基板もしくはＥＣＵのコンタクトパッドに照準を合わせる際の配置の問題を低減する。さらに、第２のテーパーは、スプリングガイド内のスプリングの信頼性のある捕獲および保持を可能とする。

上記のこのような設計および技術はパッケージ化を容易にし、大量生産および高信頼性を提供する。本出願に開示される実施例は、アメリカ合衆国マサチューセッツ州アテルボロ所在のセンサータ テクノロジーズ インコーポレーテッドにより製造されるような装置に用いられる。

前述の記載は、添付される図面に例示されるように、以下に開示される特定の実施例の記載から明らかであり、図においては、同様の参照番号は、異なる図面でも一貫して同じ部分を指す。図は必ずしも原寸ではなく、本出願で開示される原理を例示するすことを強調するものである。
図１は、本出願で開示される実施例に従った圧力センサの断面図である。 図２は、図１の圧力センサの上面図である。 図２Ａは、図２の２Ａ−２Ａ線で切断された断面図である。 図３は、ゲルフローバリアを含む、図１の圧力センサの電子基板の上面図である。 図４は、図３の電子基板の底面図である。 図５は、図３のゲルフローバリアの断面図である。 図５Ａは、図５のゲルフローバリアの上面図である。 図６は、図１のコンタクトスプリングの図である。 図６Ａは、スプリング先端のコンタクトを表す図６のコンタクトスプリングの側面図である。 図７は、可変ピッチアクティブコイルを有する、図６のコンタクトスプリングに類似したコンタクトスプリングの図である。

本出願で開示される発明の実施例は、圧力の測定において利用される新規な圧力センサを提供する。本実施例は、あるプリント配線基板（ＰＣＢ）の機能および構成要素をＰＣＢの他のエリアに与えられた保護ゲルから隔絶する、新規に設計されたゲルフローバリア（ゲルの流れの障害）を含む。さらに、本実施例は、圧力センサの製造を容易にするように適合された新規に設計されたコンタクトスプリングを含み、これは、他方で、許容誤差の累積の影響を最小化する。特に、ある実施例では、支持リングは、単一の電子基板のための安定した支持を提供し、かつ、例えば、両端部に円錐状のテーパーを有するダブルエンドの対称のスプリングのような弾性コンタクト部材のための支持を提供する、平坦な搭載タブを含む。

図１は、ひとつの実施例に従って構成された圧力センサ１００を例示する。圧力センサ１００は、コンタクトハウジングサブアセンブリ１０８を含み、コンタクトハウジングサブアセンブリ１０８は、下部スプリングガイド１３４（下部コンタクトハウジングともいう）に結合された上部スプリングガイド１２０（上部コンタクトハウジングともいう）を含む。コンタクトハウジングサブアセンブリ１０８は、支持リング１１０に接続され、支持リング１１０は感知素子ポート１１４に接続される。

ある実施例では、下部スプリングガイド１３４は、スナップフィット（嵌め合い）接続１３０で上部スプリングガイド１２０に結合される。コンタクトハウジングサブアセンブリ１０８は、複数のコンタクトスプリング１１８ａ−１１８ｎ（総称してコンタクトスプリング１１８またはスプリング１１８という）を含み、コンタクトスプリング１１８は、対応するスプリング保持部１１６ａ−１１６ｎによって支持される。感知素子ポート１１４は、引き込み（lead-in）面取り部１２６を含み、ポートフィッティング１１２に結合される。支持リング１１０は、少なくとも１つの干渉フィットスリット１３２を含む。支持リング１１０はまた、電子基板１２２を支持しかつ電気的に接続するため、平坦な搭載タブ１２４ａ−１２４ｎ（集合的に平坦な搭載タブ１２４という）を含む。電子基板１２２は、プリント配線基板１２２（ＰＣＢ）もしくは電子基板１２２ともいう。

動作において、ダイアフラムのガラス表面にデポジットされたシリコン歪みゲージ１８２（この図には示されない）は、オーバーサイズのワイヤボンド窓１４０（図３）を介して電子基板１２２の接続へ引き回されたワイヤを通して電子基板１２２に結合された信号を生成する。流体圧力に応答して、ダイアフラムはドーム状となり、それゆえ歪みゲージ１８２が歪む。シリコン歪みゲージ１８２は、ホイートストーンブリッジの構成に配線され、ホイートストーンブリッジは、オフセット、条件付けおよび温度補償された、流体圧力を反映する出力を提供するように、電子基板１２２の内部電子回路に結合される。電子基板１２２は、信号を条件付けするためのカスタム集積回路や、フィルタリングおよび静電放電（ＥＳＤ）保護のための他の部品を含む。

例えば、自動車用ブレーキシステムにおける圧力センサ１００と電子制御ユニット（ＥＣＵ、図示しない）間の電気的な接続は、コンタクトスプリング１１８により成される。スプリングコンタクトに代えて、他のタイプの弾性コンタクト部材を使用することができることが理解されよう。電子基板１２２は、ＥＣＵと通信するために任意に出力電圧をディジタルフォーマットへ変換することができる。ディジタル出力は、単一のコンタクトにおいて冗長信号を含むことができる。

製造中に、干渉フィットスリット１３２は、感知素子ポートと支持リングとの対向する壁が、溶接されるべき表面間に実質的に同一平面のラップ（重ね合わせ）結合コンタクトを形成することを確実にする。代替的な実施例では、支持リング１１０上のバンプ突出部（図示しない）は、感知素子ポート１１４の円筒部分と僅かな干渉をもって係合するように設計され、ポート上に支持リングを自己センタリングし、かつ、例えばレーザーや抵抗の溶接を使用して溶接されるべき表面間の接触を確実にする。

従来の圧力センサとは対照的に、支持リング１１０を有する圧力センサ１００は、保護ハウジングを利用することはできるけれども、保護センサハウジングを必要としない。例示的なセンサにおいて、３つの平坦な搭載タブ１２４は、単一の電子基板１２２を支持し、対照的に、従来の圧力センサでは複数の電子基板が使用される。ある実施例では、支持リング１１０は、引き出し加工されたステンレス鋼の部品である。

より具体的な詳細では、図２（上面図）および図２Ａ（断面図）に見られるように、圧力センサ１００は、スプリング１１８を収容するコンタクトハウジングサブアセンブリ１０８の上部スプリングガイド１２０を含む。スプリングは、スプリング先端コンタクト地点１６２で終端する。

スプリング１１８を有するコンタクトハウジングサブアセンブリ１０８は、ＥＣＵに対するインターフェースコネクターを形成し、スプリング先端コンタクト地点１６２を介して電気的な接続をする。ある実施例では、スプリング１１８とこれに対応する平坦な搭載タブ１２４の位置は、顧客のＥＣＵの仕様に適合するように設計され、コンタクトハウジングサブアセンブリ１０８は、スナップフィットにより支持リング１１０に取り付けられる。コンタクトハウジングサブアセンブリ１０８はまた、スナップ構造１４２と、アクセスホール１４３と、上部スプリングガイドをモールドするためのゲート１５０とを含む。

ここで図２Ａを参照すると、支持リング１１０は、感知素子ポート１１４と支持リング１１０との間の柔軟な干渉の嵌り合いを提供するための複数の干渉フィットスリット１３２を含み、感知素子ポート１１４と支持リング１１０との対向する側の壁が実質的な同一平面のラップ結合を形成する。干渉フィットスリット１３２およびツーリングアライメントノッチは、製造中に、良好な製造公差と、自己センタリングおよび部品のアライメントを提供する。ある実施例では、干渉フィットスリット１３２により提供されたフレキシブルな干渉フィットは、感知素子ポート１１４への支持リング１１０の挿入力を最小化し、感知素子ポート１１４と支持リング１１０との対向する壁間の密接なコンタクトを助長する。感知素子ポート１１４は、引き込み面取り部１２６を含む。

ひとつの例示的プロセスでは、レーザー溶接が目標とするのは、ラップ結合１６４の中間に向けられる。このプロセスでは、ラップ結合１６４の中間を介したレーザー溶接は、実質的な同一平面のラップ結合のおおよそ中間で支持リング１１０の底端からオフセットされ、それゆえ、支持リングの底端の状態が溶接の質の影響を受けないようにし、突合せ溶接を利用するよりも、より大きなプロセス窓を可能とする。ラップ結合は、レーザー（連続的な、もしくはスポット溶接）、抵抗溶接、もしくは当該技術分野で公知である他の溶接技術を利用して溶接されることができることが理解される。ある代替の実施例では、支持リングの平坦な搭載タブ１２４は、金メッキであり、電子基板のはんだ付けを可能にするが、他方で、支持リング１１０は溶接の領域でめっきされずに溶接の汚染を防ぐ。

再度、図２Ａを参照すると、コンタクトハウジングサブアセンブリ１０８（スプリングガイドサブアセンブリ１０８ともいう）は、弾性コンタクト部材、ここでは下部スプリングガイド１３４に取り付けられたスプリング１１８を保持するように設けられた上部スプリングガイド１２０を含む。ある実施例では、上部スプリングガイド１２０は、下部スプリングガイド１３４にスナップフィットされ、スプリングガイドサブアセンブリ１０８は、３つのスプリングを含む。ガイドされたスプリング１１８を含むスプリングガイドサブアセンブリ１０８は、ＥＣＵに対し電気的なインターフェース接続を提供する。

スプリングガイドサブアセンブリ１０８を２つの部品に分割するは、各スプリングの端部がその目標へ向かって接近して導かれることを可能にし、高価なポゴピンやＰＣＢを使用することなく、コスト効果的なスプリングキャプチャを可能にし、かつ、コネクタのプリアッセンブリを可能にする。上部および下部スプリングガイド１２０、１３４は、スナップフィット構造の手段を用いることによって互いに接続される。上部および下部スプリングガイドは、結合する配向の特徴を有し、これにより適切なアライメントを確実にする。スナップフィットに加えて、熱かしめ（ヒートステーキング）、溶接および接着だけに限られないその他の技術が、上部および下部スプリングガイド１２０、１３４を結合するために使用することができる。

ここで図３を参照すると、電子基板１２２の上部側１８０は、オーバーサイズのワイヤボンド窓１４０と、複数のゲルフローバリア１７２ａ−１７２ｎ（集合的にゲルフローバリア１７２という）と、複数のワイヤボンドパッド１７４ａ‐１７４ｎ（集合的にワイヤボンドパッド１７４という）と、複数のコンタクトパッド１７０ａ−１７０ｎ（集合的にコンタクトパッド１７０という）とを含み、当該コンタクトパッド１７０は、対応する複数の平坦な搭載タブ１２４ａ−１２４とおおよそ整合するように位置決めされる。電子基板１２２の上部側１８０はさらに、アライメントマーク１７８ａ、１７８ｂ（ワイヤボンディング中に使用される）と、複数のＰＣＢテストポイント１７６ａ−１７６ｎとを含む。図３はまた、ワイヤ１８４ａ−１８４ｎによってワイヤボンドパッド１７４ａ−１７４ｎに接続された歪みゲージ１８２ａ、１８２ｂ（集合的に歪みゲージ１８２という）を示している。電子基板１２２上のゲルフローバリア１７２は、堀（モート）（図５との関連より詳細に表される）を含み、ゲルの流れの方向を変更させる。

ある実施例では、電子基板１２２は３つの平坦な搭載タブ１２４ａ−１２４ｎに結合される。平坦な搭載タブ１２４ａ−１２４ｎは、水平な面を規定し、電子基板１２２のための安定した支持を提供し、さらにその上方において、対応するコンタクトパッド１７０を押圧するスプリング１１８のための機械的な支持を提供する。これは、電子基板１２２の支持されないエリアへのスプリング１１８の付勢力を避ける。平坦な搭載タブ１２４ａ−１２４ｎはまた、搭載タブ１２４にはんだ付けされることができる電子基板に取り付け点を提供する。ワイヤボンドパッド１７４は、歪みゲージ１８２（例えば、ホイートストーンブリッジ）から、電子基板１２２へのワイヤボンド接続のために使用され、かつ、ワイヤボンドパッド１７４は、ある実施例では、おおよそ１６分の１インチ平方の金メッキされたパッドである。圧力センサ１００の製造中に、ゲルは、過酷な自動車の環境からワイヤボンド接続を部分的に保護するために利用され、オーバーサイズのワイヤボンド窓１４０を介して電子基板１２２へ分配される。ある実施例では、ゲルは、２つの部分のセルフキュアのフレキシブルゲル（two part self-curing flexible gel）である。ゲルは、腐食され易い部品を覆うために使用され、かつ、部分的環境の封止またはシールを提供するために使用されるが、ゲルは非導電性であるため、コンタクトパッド１７０から離間させておく必要がある。

ゲルを保持するための幾つかの従来のゲルフローダムを使用する代わりに、電子基板１２２上に製造されたゲルフローバリア１７２は、ゲルの流れから除外されるべき電子基板１２２の部分の周囲にゲルの流れる方向を変化させる。ある実施例では、ゲルは、ワイヤボンド窓１４０に分配されて、歪みゲージ１８２を封止して保護する。ゲルの分配が続けられ、ゲルは、ワイヤボンド窓１４０から溢れ出て、ワイヤボンドパッド１７４およびワイヤ１８４を覆い保護する。ゲルがゲルフローバリア１７２に到達すると、ゲルフローバリア１７２は、ゲルを押しとどめる代わりに、ゲルが排除されるべき部分、ここではコンタクトパッド１７０の周囲にゲルの流れを変化させる。この方法で、ゲルフローバリア１７２は、ゲルの存在に対して敏感である電子基板１２２の領域に過度のゲルが流れるのを防止する。改善されたゲルの流れの管理は、コスト削減および品質改良をもたらす。これは、いくつかの追加のゲルダムが必要とされず、かつ、ＰＣＢ製造過程の一部分として作成されたゲルフローバリア１７２が、電子基板１２２上の要求されるどのような場所にも柔軟に配置されることができるからである。ある実施例では、ゲルフローバリア１７２は、電子基板１２２のトレースから形成された”ダブルアイブロー”の形状を有し、ゲルフローから排除されるべき電子基板の近くの周囲に、ここでは、スプリングコンタクトパッド１７０の近くの周囲に配置される。

幾つかの他の問題は、保護ゲルを分配するときに存在する。時折、ゲルは向けられた方向に流れず、場合によっては、空気が取り込まれて、被覆内に気泡やボイド空洞を形成する。このような場合、ゲルはその保護機能を果たさない。これらの問題のために、保護されるべきものすべてがゲルで覆われているかを確認するために、キュアされたゲルを検査することがしばしば必要になる。さらに、電子基板１２２は、歪みゲージ１８２に関連してゆがめられることがある。これらの問題に対応して、オーバーサイズのワイヤボンド窓１４０の形状を変化させることが３つの問題の効果を削減する、ということが発見された。従来の矩形状の窓の代わりに必要以上に大きいワイヤボンド窓１４０を提供することによって、たとえオーバーサイズのワイヤボンド窓１４０が曲げられたとしても、より簡単にゲルを検査することができる。

ある実施例では、オーバーサイズのワイヤボンド窓１４０は、丸められたコーナーを含み、感知素子ポート１１４上に搭載された歪みゲージ１８２の長い方向の次元に沿う軸上におおよそ延ばされる。オーバーサイズのワイヤボンド窓１４０は、歪みゲージ１８２の端部が、たとえゆがめられたときでも、電子基板１２２によって隠されず、これにより歪みゲージ１８２およびワイヤ１８４の検査を提供することを確実にする。オーバーサイズのワイヤボンド窓１４０の他の利点は、保護ゲル内の気泡またはボイドが生じるのを減少することである。

ここで図４を参照すると、電子基板１２２の底面側１９０は、オーバーサイズのワイヤボンド窓１４０と、アタッチメントタブ１９６ａ−１９６ｃと、電気部品１９２ａ−１９２ｎ（例えば、セラミックキャパシタ）および１９４（例えば、ＡＳＩＣＳやその他のＩＣ）とを含む。ＰＣＢのための片持ち支持を有するような従来の設計と比較すると、平坦な搭載タブ１２４は、安定した搭載プラットフォームを提供する。電子基板１２２は、スプリング１１８のための機械的な支持を提供する平坦な搭載タブ１２４に取り付けられるので、破損した部品１９２、１９４による損傷は大幅に削減される。

図５は、図３のゲルフローバリア１７２の断面図を示す。ゲルフローバリア１７２は、電子基板１２２を製造するために使用されるプリント配線基板プロセスを用いて作られ、ある実施例では、ゲルフローバリア１７２のベースは、ベース層３０２と、ベース銅層３０４と、予め含浸された（pre-impregnated）複合のファイバー層３０６とを含む。第１の壁３２０、第２の壁３２４、第３の壁３２８、およびコンタクトパッド１７０は、ベース層３０２の最上に配置される。第１のトレンチ３２２は、第１の壁３２０と第２の壁３２４との間に形成される。第２のトレンチ３２６は、第２の壁３２４と第３の壁３２８との間に形成される。第３のトレンチ３１６は、第３の壁３２８とコンタクトパッド１７０との間に形成される。第３トレンチ３１６は、任意の第４の壁３１４を含み、ここではソルダーマスク層３３６により形成されている。

第１の壁３２０は、銅層３０８と、ソルダーマスク層３３６とを含む。第２の壁３２４、第３の壁３２８およびコンタクトパッド１７０はそれぞれ、銅層３０８と、銅めっき層３３０と、ニッケルめっき層３３２と、金めっき層３３４とを含む。トレンチ３２２、３２６、３１６は、ゲルの流れがコンタクトパッド１７０に到達する前に、ゲルの流れの方向を変更させる堀を形成する。堀の最上部（すなわち、壁３２０、３２４、３２８）は、好ましくは金メッキされ、これは、概してゲルは金に濡れ性がなく、金は、ゲルの流れが、簡単にトレンチを横切って、金メッキされたコンタクトパッド１７０に向かうことを抑制する。

ある例示的な製造プロセスでは、ゲルフローバリア１７２は、電子基板１２２内に、ゲルの流れから保護すべきボード部分、例えば、コンタクトパッド１７０ａを囲む複数の多層の壁３２０、３２４、３２８と対応するトレンチ３２２、３２６、３１６とを製造することにより形成される。トレンチ３２２、３２６、３１６は、保護されるべき基板部分を少なくとも部分的に取り囲む堀を形成する。トレンチは、当該分野で公知であるＰＣＢ基板製造技術を用いて、銅層３０８を介して電子基板までエッチングすることにより形成され得る。壁３２０、３２４、３２８の表面は、ゲルに対して非濡れ性の材料、例えば金でメッキされるか処理され得る。

代替の実施例（図示しない）は、ＰＣＢの１つもしくは複数のスロットによりゲルの方向を変更させるようなトレンチを提供し、過度のゲルは、コンタクトパッド１７０に到達する前に、下方に排出され得る。他の実施例では、はんだがトレースに加えられて、壁の高さを増加させる。また、数珠繋ぎ（bead）の幅、高さおよびゲルのウエット特性に最良の材料選択でもってディスペンスされたゲルフローバリアを形成することが可能である。ゲルフローバリア１７２の材料および壁の高さとトレンチの幅は、特定のゲルタイプ、ゲルビート幅および高さと、ゲルのウエット特性にとって、最適化されることができると理解される。

図５Ａは、図５のゲルフローバリア１７２の上面図を示す。ゲルフローバリア１７２は、第１の壁３２０と、第２の壁３２４と、第３の壁３２８とを含む。当該壁は、第１のトレンチ３２２と、第２のトレンチ３２６と、第３のトレンチ３１６とを形成する。本実施例では、第４の壁３１４および第１の壁３２０は、トレンチ３２２、３２６、３１６を取り囲む。

図６は、図１のコンタクトスプリング１１８を示し、コンタクトスプリング１１８は、アクティブコイル４００の部分と、第１のテーパー部分４０２（テーパーライン４０８によって示される）と、スプリング先端コンタクト地点１６２で終端するデッドコイル部分を有する端部４０４ａ、４０４ｂとを有する、ダブルエンドの対称のスプリングである。端部４０４は、第２のテーパー部分４１２（テーパーライン４０８により示される）を有する。スプリング先端コンタクト地点１６２は、一方の端部４０４ａでコンタクトパッドへの接続をさせ、対向する端部４０４ｂでＥＣＵへの接続をさせる。スプリング１１８はまた、スプリング１１８が上部スプリングガイド１２０および下部スプリングガイド１３４で保持されることを可能にする第１のテーパー部分４０２にショルダー（肩部）を有する。スプリング１１８が対称であるので、従来のいくつかの圧力センサの製造にあるような、スプリングガイド１２０、１３４へのハンドロードは必要とされない。ダブルエンドの対称構造は、ボール供給（bowl feeding）および製造装置のピックアンドプレースの利用を容易にする。第２のテーパー部分４１２は、スプリング先端コンタクト地点１６２を、スプリング１１８の中心軸４０６により近接させる。第１のテーパー部分４０２がまた、スプリング先端コンタクト地点１６２を中心軸４０６のより近くへ運ぶことに貢献することを理解されよう。スプリング１１８は、従来のセンサで使用される、マニュアルアセンブリを必要とする、よりコストのかかるポゴピンや非対称のスプリングの代わりに利用されることができる。

スプリング先端コンタクト地点１６２（すなわち、コンタクトパッド１７０）のターゲットは小さく、かつ、アセンブリ（上部スプリングガイド１２０と下部スプリングガイド１３４、電子基板１２２と支持リング１１０）は、同時に３つのターゲットと接触するように整合されなければならないので、許容誤差の積み重ねの問題の可能性がある。３つのターゲットを命中させるように水平方向の次元に回転可能にアセンブリを位置させるため、許容誤差に影響する１つの特徴は、スプリング（すなわち、スプリング先端コンタクト地点１６２）の最も高い地点の位置である。スプリング１１８のテーパー部分４０２、４１２によって、スプリングの各端部４０４のスプリング先端コンタクト地点１６２は、スプリング１１８の中心軸４０６（中心線４０６ともいう）により近接して配置される。言い換えれば、テーパー４１０は、スプリング先端コンタクト地点１６２を中心に向けて引っ張り、各スプリング１１８の中心から外れた距離を低減し、圧力センサ１００の組み立てにおいて追加の許容誤差を効率的に提供することによって、許容誤差の積み重ねの問題を著しく容易にする。

図６Ａは、スプリング先端コンタクト地点１６２を例示する図６のコンタクトスプリングの側面図である。スプリング１１８のテーパーのために、スプリング１１８の各端部のスプリング先端コンタクト地点１６２は、スプリングの中心軸４０６により近接する。すなわち、スプリング１１８は、コンタクトパッド１７０と接続するために有利となる、スプリング中央よりも小さな直径の先端を有する。

図７は、図６のスプリング１１８に類似するコンタクトスプリング１１８’の図であり、コンタクトスプリング１１８’は、第１のピッチ４１６およびここでは例えばより小さなピッチ４１８を含む可変ピッチアクティブコイル部４００'を有する。可変ピッチアクティブコイル部４００'は、コンタクトスプリング１１８'の要求される長さおよび力の仕様に影響を与えることなく、自動製造作業中に、スプリングが互いに絡まることにより生じるスプリングのもつれの発生率を減少させる。

本発明が特定の好ましい実施例に対応して記述されたが、変更および修正は、当業者にとっては明らかである。それゆえ、添付の請求項は、そのような変更および修正を含んで、先行技術の観点から可能な限り広範囲に解釈されることを意図している。例えば、本発明は、同様に、圧力／温度センサ、力センサ等に適応されることができる。

１００：圧力センサ
１０８：コンタクトハウジングサブアセンブリ
１１０：支持リング
１１２：ポートフィッティング
１１４：感知素子ポート
１１６ａ−１１６ｎ：スプリング保持部
１１８ａ−１１８ｎ：コンタクトスプリング
１２０：上部スプリングガイド
１２２：電子基板
１２４ａ−１２４ｎ：平坦な搭載タブ
１２６：面取り部
１３２：干渉フィットスリット
１３４：下部スプリングガイド
１４０：ワイヤボンド窓
１７０：コンタクトパッド
１７２：ゲルフローバリア
１７４：ワイヤボンドパッド
１８２ａ、１８２ｂ：歪みゲージ
１８４ａ−１８４ｎ：ワイヤ

Claims (16)

1. 圧力センサであって、
   感知素子ポートと、
   上部と底部とを有する支持リングであって、少なくとも１つの平坦な搭載タブと複数の干渉フィットスリットとを含み、少なくとも１つの平坦な搭載タブは、前記上部に設けられ、前記感知素子ポートと当該支持リングとの間に柔軟な干渉嵌め合いを提供して、前記感知素子ポートと前記支持リングとの対向する壁が実質的な同一平面のラップ結合を形成する、前記支持リングと、
   前記支持リング内に配置された電子基板であって、当該電子基板は、前記少なくとも１つの平坦な搭載タブに取り付けられ、かつ複数のコンタクトパッドを有する、前記電子基板とを有し、
   前記感知素子ポートは、前記支持リングの前記底部からオフセットされたレーザー溶接によって前記支持リングに結合される、圧力センサ。
2. 前記支持リングは、少なくとも３つの平坦な搭載タブを含み、
   前記電子基板は、少なくとも３つの平坦な搭載タブの対応するものにはんだ付けされる複数のアタッチメントパッドを含み、かつ前記電子基板は、少なくとも３つの平坦な搭載タブに対応する少なくとも３つのコンタクトパッドを含む、請求項１に記載のセンサ。
3. レーザー溶接されたラップ結合は、スポット溶接プロセスによって提供される、請求項１に記載の圧力センサ。
4. 前記電子基板はさらに、前記複数のコンタクトパッドに隣接した複数のゲルフローバリアを含む、請求項１に記載の圧力センサ。
5. 前記電子基板はさらに、センサのコンタクトへのアクセスを提供するよう構成されたオーバーサイズのワイヤボンド窓を含み、ワイヤボンディングとセンサのコンタクトの可視化を容易にする、請求項１に記載の圧力センサ。
6. 前記オーバーサイズのワイヤボンド窓は、丸められたコーナーを含み、かつ、前記感知素子ポートに搭載された歪みゲージの長手の次元に沿うほぼ軸上に延在される、請求項５に記載の圧力センサ。
7. 電子基板上のゲルフローバリアであって、
   ゲルの流れる方向を変更させるように少なくとも１つのトレンチを形成する少なくとも１つの壁を有する堀を有し、
   前記堀は、保護するゲルに対して非濡れ性の表面を有する最上層を含む、ゲルフローバリア。
8. 前記堀はさらに、ゲルの流れから除外されるべき電子基板の部分の実質的な周辺に配置される複数のトレンチおよび／または壁を含む、請求項７に記載のゲルフローバリア。
9. 前記電子基板の部分は、前記電子基板上に配置されたコンタクトパッドであり、前記堀は、少なくとも部分的に前記コンタクトパッドを取り囲む、請求項８のゲルフローバリア。
10. 前記非濡れ性の表面は、金めっきされる、請求項７に記載のゲルフローバリア。
11. 前記電子基板は、センサにおいて利用される、請求項７に記載のゲルフローバリア。
12. ゲルフローバリアを形成する方法であって、
    ゲルの流れから保護されるべき基板の部分を取り囲む、複数の多層の壁および／または対応するトレンチを電子基板内に製造し、
    前記複数のトレンチは、保護されるべき前記基板の部分を少なくとも部分的に取り囲む堀を形成し、
    前記堀は、保護するゲルに対して非濡れ性の表面を有する最上層を含む、方法。
13. 保護されるべき部分は、電子コンタクトパッドである、請求項１２に記載の方法。
14. 方法はさらに、前記複数の壁の少なくとも１つの最上層をゲルに対して非濡れ性の材料でめっきすることを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記電子基板はセンサにおいて利用される、請求項１２に記載の方法。
16. ゲルを印加する方法であって、
    保護するゲルに対して非濡れ性の表面を有する最上層を含む、少なくとも１つのトレンチを形成する少なくとも１つの壁を有するゲルフローバリアを電子基板上に提供し、
    電子コンタクトパッドを保護するように前記ゲルフローバリアを位置決めし、
    オーバーサイズのワイヤボンド窓を提供し、
    ゲルを、前記オーバーサイズのワイヤボンド窓内および前記電子基板上のワイヤボンドパッド上に分配して、ゲルフローバリアがゲルの流れを変化させることでゲルが電子コンタクトパッド上へ流れるのを防ぐことにより、ゲルの流れを管理する、方法。

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