JP7433210B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサに関する。

液封型の半導体圧力センサに内蔵されるセンサユニットは、例えば、特許文献１に示されるように、継手部材のポートに連通する圧力室と後述する液封室とを隔絶する金属製ダイヤフラムと、円筒状のハウジングの内周部における金属製ダイヤフラムの上方に形成され圧力伝達媒体としてのシリコーンオイルを貯留する液封室と、液封室内に配され金属製ダイヤフラムを介しシリコーンオイルの圧力変動を検出するセンサチップと、センサチップを支持するセンサチップマウント部材と、上述のハウジングの内周部におけるセンサチップマウント部材の周囲を密封するハーメチックガラスと、ハーメチックガラスにより固定されセンサチップからの出力信号の送出およびセンサチップへの電力供給を行う入出力端子群とを主な要素として含んで構成されている。

上述のような構成において、加えて、特許文献１における図１に示されるように、センサチップの信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するためにシールド部材が液封室内に設けられている。門型断面を有するシールド部材におけるセンサチップ全体を覆う部分は、センサチップの端面との間に所定の隙間が形成されている。門型断面を有するシールド部材における２個の固定端部は、円盤状の導電板の一方の端面におけるセンサチップの外周部に近接して接合され導通している。シールド部材および導電板の電位は、センサチップに搭載されている電子回路と同一電位となっている。

斯かる構成においては、門型断面を有するシールド部材がセンサチップ全体を覆う構成なので液封室内の容積が比較的大となり、液封室内に充填され得るシリコーンオイルの容積が比較的大となる場合がある。このような場合、周囲温度の変化に基づくシリコーンオイルの膨張、収縮による金属製ダイヤフラムの変化に起因した圧力センサの出力特性の変化をもたらす虞がある。そこで、例えば、特許文献２に示されるように、周囲温度の変化に基づくシリコーンオイルの膨張、収縮による金属製ダイヤフラムの変化に起因した圧力センサの出力特性の変化を抑制すべく、液封室内に充填されるシリコーンオイルの容積が比較的小となるように、導電板に接合される環状部材が液封室内に設けられている。即ち、液封室内に充填されるシリコーンオイルの容積は、シールド部材および環状部材によって、環状部材が配置されないハウジングの内周部によって形成される液封室の全内容積に比して小となる。

特開２０１９－１００８０７号公報 特開２０１９－１００８０８号公報 特開２０１７－１９４４０１号公報

周囲温度の変化に起因した圧力センサの出力特性の変化をさらに抑制すべく、上述の液封室内に充填されるシリコーンオイルの容積をさらに減少させることが要望されている。

しかしながら、特許文献１に示されるように、液封室内に配置されるシールド部材の固定端部がハーメチックガラスの一方の端面に支持されている導電板の端面に固定される構成において、ボンディングワイヤの上方よりシールド部材でセンサチップ全体を覆うような構造であるため液封室を深くする必要があり、液封室内の空間容積が大きくなる傾向がある。また、特許文献１および特許文献２に示される構造ではシールド部材を固定するための導電板が必要であり、しかも、液封室を深くする必要があることから、金属製ダイヤフラムとシールド部材との間の所定の隙間を確保しつつ、液封室における入出力端子の軸線方向に沿った内寸法をさらに縮小することにも限界がある。

以上の問題点を考慮し、本発明は、圧力センサであって、センサチップの信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するためにシールド部材を液封室内に設け、しかも、液封室内に充填されるシリコーンオイルの容積をさらに減少させることができる圧力センサを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る圧力センサは、圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサチップと、センサチップが配される液封室と液封室に向き合う圧力室とを仕切るダイヤフラムと、センサチップに配線材を介して電気的に接続される入出力端子群と、センサチップが配置されるチップ設置部を有し、センサチップおよび入出力端子群を支持する絶縁性のセンサチップ／端子用支持部材とを含んでなるセンサユニットと、液封室内における前記センサチップの一方の端面とダイヤフラムとの間に配され、センサチップの真上に位置する遮蔽部と、遮蔽部に連なりセンサチップ／端子用支持部材に固定される固定端部とを有し、センサチップに作用する電界を遮断する電界遮断部材と、を備え、電界遮断部材の遮蔽部におけるセンサチップに接続された配線材の接続端の配列方向に沿った少なくとも一方の端部が、配線材の真上の位置よりもセンサチップの中央部に近接した位置に配置されることを特徴とする。

また、本発明に係る圧力センサは、圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサチップと、センサチップが配される液封室と液封室に向き合う圧力室とを仕切るダイヤフラムと、センサチップに電気的に接続される入出力端子群と、センサチップが配置されるチップ設置部を有し、センサチップおよび入出力端子群を支持するセンサチップ／端子用支持部材とを含んでなるセンサユニットと、液封室内におけるセンサチップの一方の端面とダイヤフラムとの間に配され、センサチップの真上に位置する遮蔽部と、遮蔽部に連なりセンサチップ／端子用支持部材に固定される固定端部とを有し、センサチップに作用する電界を遮断する電界遮断部材と、電界遮断部材の遮蔽部におけるセンサチップに接続された配線材と、を備え、ダイヤフラムは、電界遮断部材の遮蔽部に対向する部分を有し、遮蔽部に対向する部分の両端に連なり同心円状に形成される凹凸は、ダイヤフラムの外周縁による仮想平面に対し、液封室側への突出量が圧力室側への突出量よりも大きく、液封室側に突出し、圧力室側には突出しないように形成されており、液封室側への突出において、液封室内部のセンサチップ、配線材、入出力端子群、及び、電界遮断部材と干渉しない形状となっていることを特徴とする。

さらに、本発明に係る圧力センサは、圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサチップと、センサチップが配される液封室と該液封室に向き合う圧力室とを仕切るダイヤフラムと、センサチップに電気的に接続される入出力端子群と、センサチップが配置されるチップ設置部を有し、センサチップおよび入出力端子群を支持するセンサチップ／端子用支持部材とを含んでなるセンサユニットと、液封室内におけるセンサチップの一方の端面とダイヤフラムとの間に配され、センサチップの真上に位置する遮蔽部と、遮蔽部に連なりセンサチップ／端子用支持部材に固定される固定端部とを有し、センサチップに作用する電界を遮断する電界遮断部材と、を備え、ダイヤフラムの外縁部の位置は、前記電界遮断部材の前記遮蔽部に向き合う部分の位置よりも液封室内のセンサチップ／端子用支持部材の端部に近いことを特徴とする。チップ設置部は、センサチップ／端子用支持部材の端部に凹状に形成されてもよい

導体パターンが、センサチップ／端子用支持部材の端面に形成され、入出力端子群が導体パターンと電気的に接続され、電界遮断部材の各固定端部が導体パターンに固定されてもよい。

さらに、本発明に係る圧力センサは、圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサチップと、センサチップが配される液封室と液封室に向き合う圧力室とを仕切るダイヤフラムと、センサチップに電気的に接続される入出力端子群とを含んでなるセンサユニットと、液封室におけるセンサチップを取り囲むように配置されるスペーサ部材と、スペーサ部材に支持されることにより、液封室内におけるセンサチップの一方の端面とダイヤフラムとの間に配され、センサチップに作用する電界を遮断する電界遮断部材と、電界遮断部材の遮蔽部におけるセンサチップに接続された配線材と、を備え、電界遮断部材の電位が、入出力端子群のうちのいずれかの入出力端子の電位と同一の電位とされ、スペーサ部材の形状は、液封室内部でスペーサ部材がセンサチップ、配線材、及びダイヤフラムと干渉せず、かつ、液封室の内部空間容積を最大限に埋めることができる形状であることを特徴とする。

電界遮断部材は、液封室におけるダイヤフラムと電界遮断部材との間に形成される部分とスペーサ部材の内周部における電界遮断部材により囲まれる部分との間、または、スペーサ部材の内側とダイヤフラムと電界遮断部材との間に形成される部分とを連通させる少なくとも一つの開口部を有するものでもよい。

本発明に係る圧力センサによれば、電界遮断部材の遮蔽部におけるセンサチップに接続された配線材の接続端の配列方向に沿った少なくとも一方の端部が、配線材の接続端の真上の位置よりもセンサチップの中央部に近接した位置に配置されるのでセンサチップの信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するためにシールド部材としての電界遮断部材を液封室内に設け、しかも、液封室内に充填されるシリコーンオイルの容積をさらに減少させることができる。その結果として、シリコーンオイル実質充填容積を、即ち、シリコーンオイルなどの圧力伝達媒体の封入量を減らすことができるので、周囲温度の変化に基づくシリコーンオイルの膨張、収縮による金属製ダイヤフラムの変位量の変化に起因した圧力センサの出力特性の変化が抑制でき、圧力センサの出力における温度特性を向上させることができる。

（Ａ）は、本発明に係る圧力センサの一例に用いられるセンサユニットの要部を継手部材とともに示す部分断面図であり、（Ｂ）は、液封室内に配される電界遮蔽部材を図１（Ａ）に示される矢印ＩＢの示す方向から見た矢視図である。 図１（Ａ）に示されるセンサユニットに用いられるダイヤフラムの他の一例を、センサユニットの要部とともに示す断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、図１（Ａ）に示されるセンサユニットに用いられるダイヤフラムのさらなる他の一例を、センサユニットの要部とともに示す断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、および、（Ｃ）は、それぞれ、センサチップ／端子用固定部材のチップ設置部の一例を示す。 （Ａ）は、本発明に係る圧力センサの他の一例に用いられるセンサユニットの要部を示す断面図であり、（Ｂ）は、液封室内に配される電界遮蔽部材を図５（Ａ）に示される矢印ＶＢの示す方向から見た矢視図である。 （Ａ）は、本発明に係る圧力センサのさらなる他の一例に用いられるセンサユニットの要部を示す断面図であり、（Ｂ）は、液封室内に配される電界遮蔽部材を図６（Ａ）に示される矢印ＶＩＢの示す方向から見た矢視図である。

図１（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係る圧力センサの一例に用いられるセンサユニットの要部を示す。

圧力センサは、例えば、特許文献１に示されるような、圧力が検出されるべき流体が導かれる配管に接続される継手部材２と、ろう付け等により、継手部材２のベースプレート４に連結され後述するセンサユニットを収容しセンサチップからの検出出力信号を所定の圧力測定装置に供給するセンサユニット収容部と、を含んで構成されている。

図１（Ａ）に示されるように、金属製の継手部材２は、上述の配管の接続部の雄ねじ部にねじ込まれる雌ねじ部２ｆｓを内側に有している。雌ねじ部２ｆｓは、矢印Ｐの示す方向から供給される流体を後述する圧力室４Ａに導く継手部材２のポート２ａに連通している。ポート２ａの一方の開口端は、継手部材２のベースプレート４とセンサユニットのダイヤフラム３２との間に形成される圧力室４Ａに向けて開口している。

センサユニット収容部の外郭部は、カバー部材としての円筒状の防水ケース６により形成されている。樹脂製の防水ケース６の下端部には、開口部が形成されている。内側となる開口部の周縁の段差部６Ｓには、継手部材２のベースプレート４の周縁部が係合されている。圧力室４Ａ内には、継手部材２のポート２ａを通じて流体の圧力が導入される。センサユニットのハウジング１２の下端面は、ベースプレート４の周縁部に溶接により連結されている。

図１（Ａ）に示されるように、ベースプレート４と後述するダイヤフラム３２との間に形成される圧力室４Ａ内の圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサユニットは、金属製の円筒状のハウジング１２と、上述の圧力室４Ａとハウジング１２の内周部とを隔絶する金属製のダイヤフラム３２と、複数の圧力検出素子、および、圧力検出素子からの信号を処理する信号処理電子回路部を有するセンサチップ１６と、センサチップ１６を凹状のチップ設置部１４Ｇ内で接着剤層５０を介して支持するとともに、センサチップ１６に電気的に接続される入出力端子群４０ａｉ（ｉ＝１～８）、および、オイル充填用パイプ４４（図１（Ｂ）参照）をハウジング１２の内周部に固定するセンサチップ／端子用固定部材１４と、を主な要素として含んで構成されている。

ダイヤフラム３２は、上述の圧力室４Ａに向き合うハウジング１２の一方の下端面に支持されている。圧力室４Ａに配されるダイヤフラム３２を保護するダイヤフラム保護カバー３４は、複数の連通孔を有している。ダイヤフラム保護カバー３４の周縁は、ダイヤフラム３２の周縁とともに溶接によりハウジング１２の下端面に接合されている。ハウジング１２、ダイヤフラム３２、上述のベースプレート４、および、継手部材２は、接続され導通している為、互いに同一電位である。また、入出力端子群４０ａｉは、センサチップ／端子用固定部材１４（絶縁物）を介してハウジング１２とは絶縁されて保持されている。センサチップ／端子用固定部材１４は、例えば、ＰＰＳ，ＰＯＥ等の樹脂材料、ハーメチックガラス、セラミックのうちのいずれかの材料で形成されている。

金属製のダイヤフラム３２と向かい合うセンサチップ１６およびセンサチップ／端子用固定部材１４の端面との間に形成される液封室１３には、例えば、所定量のシリコーンオイル、または、フッ素系不活性液体等の圧力伝達媒体ＰＭがオイル充填用パイプ４４を介して充填されている。なお、オイル充填用パイプ４４の一方の端部は、オイル充填後、押し潰され閉塞される。

入出力端子群４０ａｉ（ｉ＝１～８）は、２本の電源用端子（１本は、ＧＮＤ用端子：ゼロ（Ｖ）の端子）と、１本の出力用端子と、５本の調整用端子とから構成されている。各端子の両端部は、それぞれ、上述のセンサチップ／端子用固定部材１４の一方の端面部からセンサチップ／端子用固定部材１４の中心軸線に沿って液封室１３に向けて突出し、または、センサチップ／端子用固定部材１４の他方の端面部から外方に向けて突出している。なお、図１（Ａ）においては、８本の端子うちの４本の端子だけが示されている。入出力端子群４０ａｉと後述するセンサチップ１６との間は、配線材としてのボンディングワイヤＷｉで接続されている。

センサチップ１６は、ブリッジ回路を形成する複数の圧力検出素子をシリコンダイヤフラム部の上部に有し、例えば、シリコンで略矩形状に形成されている半導体歪ゲージ部と、半導体歪ゲージ部の上端面における圧力検出素子の周囲に形成されブリッジ回路の出力信号を処理する増幅回路、直線補正回路、温度補正回路、および、補正データ保持回路を集積化し形成する電子回路部と、を含んで構成されている。なお、上述の半導体歪みゲージ部と上述の電子回路部とはそれぞれ独立した素子であっても良い。

センサチップ１６は、図４（Ｃ）に部分的に拡大されて示されるように、例えば、液封室１３の内側となるセンサチップ／端子用固定部材１４内のチップ設置部１４Ｇの底部に接着剤層５０を介して接着されている。その際、センサチップ１６における一方の端面は、センサチップ／端子用固定部材１４の端面を超えてチップ設置部１４Ｇから液封室１３に向けて突出している。チップ設置部１４Ｇの深さは、例えば、約０．３ｍｍ程度に設定されている。ボンディングワイヤＷｉで接続されている入出力端子群４０ａｉの一端の突出高さＨａは、例えば、約０．２ｍｍ程度突出している。これにより、入出力端子群４０ａｉの一端面は、センサチップ１６における端面よりもセンサチップ／端子用固定部材１４の端面に近い位置となる。

図１（Ｂ）に示されるように、液封室１３内におけるセンサチップ１６の一方の端面とダイヤフラム３２との間には、電界遮断部材としてのシールド部材２０が設けられている。シールド部材２０は、センサチップ１６の信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するものとされる。シールド部材２０は、例えば、ステンレス鋼、銅、アルミニウム等の導電性の金属材料で帯状に作られている。

帯状のシールド部材２０は、図１（Ｂ）に示されるように、センサチップ１６の信号処理電子回路部の真上に位置する遮蔽部２０Ａと、遮蔽部２０Ａの一端に連なる固定端部２０Ｂと、遮蔽部２０Ａの他端に連なる固定端部２０Ｃとから構成されている。遮蔽部２０Ａの幅は、センサチップ１６の一辺よりも若干小なる寸法に設定されている。遮蔽部２０Ａは、図４（Ｃ）に部分的に拡大されて示されるように、遮蔽部２０Ａの幅方向に対応して互いに向き合うセンサチップ１６に接続された複数のボンディングワイヤＷｉの一端相互間に配され所定の隙間をもってセンサチップ１６の表面に近接している。その所定の隙間は、後述の圧力伝達媒体ＰＭ中のボンディングワイヤＷｉ、センサチップ１６と遮蔽部２０Ａとの接触防止の為、例えば、少なくとも０．１ｍｍ程度に設定されている。

センサチップ ／端子用固定部材１４に対するシールド部材２０、入出力端子群４０ａｉ、センサチップ１６の相互位置関係については、シールド部材２０の遮蔽部２０Ａに向き合うセンサチップ１６の表面の位置が、センサチップ／端子用支持部材１４の端面からセンサチップ１６の中心軸線に平行に突出した入出力端子群４０ａｉの端面の位置よりも遮蔽部２０Ａに近い位置とされる。

特許文献１の様に、従来、シールド部材がセンサチップ１６の周囲からセンサチップ１６に配線されるボンディングワイヤＷｉに干渉しないよう、シールド部材がボンディングワイヤＷｉの上方を跨ぐようにセンサチップ１６を覆っていた。これに対して、本構造では、シールド部材２０の遮蔽部２０Ａの位置は、図４（Ｃ）に拡大して示されるように、ボンディングワイヤＷｉの湾曲部の頂部Ｗｉｔよりもセンサチップ１６の中央部寄りとなる位置、即ち、向き合うボンディングワイヤＷｉの湾曲部の内側に対応するセンサチップ１６を覆う位置に配置されている。シールド部材２０の遮蔽部２０Ａの幅方向の端部の位置は、より好ましくは、ボンディングワイヤＷｉの湾曲部の頂部Ｗｉｔよりもセンサチップ１６の中央部寄りとなる離隔した位置であってボンディングワイヤＷｉの湾曲部の接続端Ｗｉｅに近接した位置である。

これにより、遮蔽部２０Ａは、ボンディングワイヤＷｉの湾曲部の頂部Ｗｉｔの位置よりもさらにセンサチップ１６の表面に近い位置に配置されることとなる。

なお、ボンディングワイヤＷｉが、門型に形成された状態でセンサチップ１６の表面に配線される場合にあっては、遮蔽部２０Ａの端部の位置は、ボンディングワイヤＷｉの接続端の真上に位置する頂部よりもセンサチップ１６の中央部寄りに離隔した接続端に近い位置に配置されてもよい。

固定端部２０Ｂに形成された孔には、オイル充填用パイプ４４が挿入されている。固定端部２０Ｃは、入出力端子群４０ａｉのうちの隣接した所定の二本の端子相互間の位置となるように、センサチップ／端子用固定部材１４の端面に形成された後述する導体パターン２２の一方の端部に半田付け固定されている。固定端部２０Ｂは、導体パターン２２の他方の端部に半田付け固定されている。所定の膜厚を有する導体パターン２２は、図１（Ｂ）に示されるように、例えば、めっき、または、メタライズ等により、センサチップ／端子用固定部材１４の円周方向に沿った入出力端子群４０ａｉの一端の配列とハウジング１２の内周面１２ａとの間に入出力端子群４０ａｉの一端の配列に倣って形成されている。導体パターン２２は、入出力端子群４０ａｉのうちのいずれか１本、例えば、ＧＮＤ用端子（ゼロ（Ｖ）の端子）に接続されたボンディングワイヤＷｉｂを介して接続され導通している。ＧＮＤ用端子は、ボンディングワイヤＷｉａを介してセンサチップ１６に接続されている。これにより、シールド部材２０は、センサチップ１６に搭載されている信号処理電子回路の電位と同一電位となっている。従って、ダイヤフラム３２とセンサチップ１６の信号処理電子回路部との間に、センサチップ１６の電位と同一電位となるシールド部材２０を配置することにより、ユニットの一次側電源（不図示）と同一電位であるダイヤフラム３２と、制御回路（不図示）側との電位差によって生じるセンサチップ１６に作用する電界は、シールド部材２０により遮断される。また、シールド部材２０の電位とセンサチップ１６の電位とは同一電位であるので電界はこれら相互間に発生しない。そのため、センサチップ１６とダイヤフラム３２との間に生じる電位差は、センサチップ１６に作用しないのでセンサチップ１６における信号処理電子回路に対する影響を防止することができる。さらに、特許文献１および特許文献２に示されるような液封室１３内に配される導電板がなく、しかも、シールド部材２０の遮蔽部２０Ａは、ボンディングワイヤＷｉの湾曲部の位置よりもさらにセンサチップ１６の表面に近い位置に配置されることとなる。その結果として、窪んだチップ設置部１４Ｇに配されたセンサチップ１６にダイヤフラム３２をさらに近づけることができるのでハウジング１２の内周部に形成される液封室１３におけるセンサチップ／端子用固定部材１４の中心軸線に沿った深さをより浅くできる。これにより、液封室１３内に充填される圧力伝達媒体ＰＭの封入量を減少させることができるので、圧力センサの出力における温度特性を向上させることができる。なお、少なくとも、センサチップ１６の半導体歪ゲージ部分のみをシールド部材２０（遮蔽部２０Ａ）で覆うだけでも同様の効果が得られる。

上述の例においては、センサチップ１６における一方の端面は、センサチップ／端子用固定部材１４の端面を超えてチップ設置部１４Ｇから液封室１３に向けて突出しているが、斯かる例に限られることなく、例えば、図４（Ｂ）に示されるように、センサチップ１６における一方の端面がセンサチップ／端子用固定部材２４の端面と面一となるように、センサチップ／端子用固定部材２４のチップ設置部２４Ｇの深さが設定されてもよい。シールド部材２０の固定端部は、チップ設置部２４Ｇの周囲に形成される導体パターンＣＯＬに接続されている。これにより、ハウジング１２の内周部に形成される液封室１３におけるセンサチップ／端子用固定部材２４の中心軸線に沿った深さをより浅くできる。

さらに、図４（Ａ）に示されるように、センサチップ１６における一方の端面の位置がセンサチップ／端子用固定部材４３の端面よりも低くセンサチップ１６全体がチップ設置部内に埋没するように、センサチップ／端子用固定部材４３のチップ設置部４３Ｇの深さが設定されてもよい。なお、図４（Ａ）において、シールド部材２０の各固定端部（不図示）は、センサチップ／端子用固定部材４３のチップ設置部４３Ｇの周囲に形成される導体パターンＣＯＬに接続されている。即ち、シールド部材２０の各固定端部は、遮蔽部２０Aと共通の平面上に形成されている。

これにより、ハウジング１２の内周部に形成される液封室１３におけるセンサチップ／端子用固定部材１４の中心軸線に沿った深さをより浅くできるとともに、シールド部材の遮蔽部、および、固定端部を共通の平面上に形成できるのでシールド部材２０の構成が簡略化され得る。なお、図４（Ａ）および（Ｂ）において、図４（Ｃ）に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。

図４（Ａ）、（Ｂ）、および、（Ｃ）に示される例においては、入出力端子群４０ａｉが、センサチップ１６の全周囲の円周方向に沿って所定の間隔をもって配列され、各ボンディングワイヤＷｉにより、センサチップ１６の両端部にそれぞれ、複数個形成されるボンディングパッドに電気的に接続されている。

斯かる例に限られることなく、例えば、入出力端子群が、センサチップ１６の一方の端部の周囲にのみ配列される場合、即ち、例えば、センサチップ１６の周囲１８０°の範囲内に配列されるとき、入出力端子群が、センサチップ１６の一方の端部だけに複数個形成されるボンディングパッドに各ボンディングワイヤＷｉにより電気的に接続されてもよい。

このような場合、第1の変形例として、例えば、センサチップ／端子用固定部材に固定される固定端部を一端部に有し、片持ち支持されるシールド部材の遮蔽部におけるセンサチップ１６の各ボンディングパッドに臨む他端部の位置は、各ボンディングパッドに接触することなく、センサチップ１６の各ボンディングパッドに接続される各ボンディングワイヤＷｉにおける接続端に可能な限り近接した位置に設定されてもよい。

さらにまた、第２の変形例として、センサチップ１６の各ボンディングパッドの配列方向に沿ったシールド部材の遮蔽部の長辺に直交する各短辺にそれぞれ一体に形成される各固定端部が例えば、センサチップ／端子用固定部材に固定されてもよい。このような場合、シールド部材の遮蔽部におけるセンサチップ１６の各ボンディングパッドに臨むシールド部材の遮蔽部の長辺の端部の位置は、各ボンディングパッドに接触することなく、センサチップ１６の各ボンディングパッドに接続される各ボンディングワイヤＷｉにおける接続端に可能な限り近接した位置に設定されてもよい。

図１（Ａ）に示される例においては、ダイヤフラム３２の横断面における同心円状に緩やかに起伏する凹凸は、比較的小さく形成されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、図２に示されるように、ダイヤフラム４２の横断面におけるシールド部材２０の遮蔽部２０Ａに向き合う平坦部分の回りに液封室１３内に向けて比較的大きく起伏する凹凸が、同心円状に張り出すように形成されてもよい。即ち、ダイヤフラム４２の凹凸は、ダイヤフラム４２の外周縁による仮想平面に対し、液封室１３側への突出量が圧力室４Ａ側への突出量よりも大きい。望ましくは、凹凸が、液封室１３側に突出し、圧力室４Ａ側には突出しないように形成されている。ダイヤフラム４２の凹凸の形状は、液封室１３側への突出において、液封室１３内部の各部品（センサチップ、ボンディングワイヤ、入出力端子群、シールド部材等）とは干渉しない形状となっている。

これにより、液封室１３内に充填される圧力伝達媒体ＰＭの容積が、図１（Ａ）に示される例における液封室１３内に充填される圧力伝達媒体ＰＭの容積に比してさらに減少される。なお、図２において、図１（Ａ）に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。

また、例えば、図３（Ａ）に示されるように、ハウジング１２に接合されるダイヤフラム５２の外周縁の位置が、ダイヤフラム５２の横断面におけるシールド部材２０の遮蔽部２０Ａに向き合う平坦部分の位置よりも液封室１３内のセンサチップ／端子用固定部材１４の端面により近い位置に設定されてもよい。さらに、例えば、図３（Ｂ）に示されるように、ハウジング１２に接合されるダイヤフラム５３の外周縁が、ダイヤフラム５３の横断面におけるシールド部材２０の遮蔽部２０Ａに向き合う平坦部分５３Ｂに連なる円錐面５３Ｆにより平坦部分５３Ｂに連結されるように形成されてもよい。

これにより、センサチップ／端子用固定部材１４の中心軸線に沿ったハウジング１２の厚さをより薄くすることが可能となる。

なお、図３（Ａ）および（Ｂ）において、図１（Ａ）に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。

図５（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係る圧力センサの一例に用いられるセンサユニットの他の一例の要部を示す。なお、図５（Ａ）および（Ｂ）において、図１（Ａ）および（Ｂ）に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。

上述のベースプレートとダイヤフラム３２との間に形成される圧力室内の圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサユニットは、金属製の円筒状のハウジング１２と、圧力室とハウジング１２の内周部とを隔絶する金属製のダイヤフラム３２と、複数の圧力検出素子、および、圧力検出素子からの信号を処理する信号処理電子回路部を有するセンサチップ１６と、接着剤層５０を介してセンサチップ１６を一端部で支持する金属製のチップマウント部材１８と、センサチップ１６に電気的に接続される入出力端子群４０ａｉ（ｉ＝１～８）と、入出力端子群４０ａｉおよびオイル充填用パイプ４４をチップマウント部材１８の外周面とハウジング１２の内周面との間に固定するハーメチックガラス１９と、を主な要素として含んで構成されている。

金属製のダイヤフラム３２と向かい合うセンサチップ１６およびハーメチックガラス１９の端面との間に形成される液封室１３には、電界遮断部材としてのシールド部材２１が、センサチップ１６の一方の端面とダイヤフラム３２との間に配されている。シールド部材２１の外周縁は、後述するスペーサ部材１７の一方の端面に接合されている。シールド部材２１は、センサチップ１６の信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するものとされる。円板状のシールド部材２１は、例えば、ステンレス鋼、銅、アルミニウム等の導電性の金属材料で作られている。なお、シールド部材２１の外周縁は、後述するスペーサ部材１７の一方の端面に接合されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、シールド部材２１の外周縁がスペーサ部材１７の一方の端部に形成される凹部内に支持されてもよい。

シールド部材２１は、図５（Ｂ）に示されるように、入出力端子群４０ａｉのうちのいずれかの１本、例えば、ＧＮＤ用端子（ゼロ（Ｖ）の端子）に対応した位置に孔２１ａを有している。これにより、液封室１３内に充填される圧力伝達媒体ＰＭ（例えば、シリコーンオイル）が、ダイヤフラム３２の変位に応じてシールド部材２１により覆われたスペーサ部材１７の内周部とダイヤフラム３２とシールド部材２１との間に形成された部分との間を、孔２１ａを介して流動することとなる。

シールド部材２１は、入出力端子群４０ａｉのうちのいずれかの１本、例えば、ＧＮＤ用端子（ゼロ（Ｖ）の端子）に接続されたボンディングワイヤＷｉｂを介して接地されている。ＧＮＤ用端子（ゼロ（Ｖ）の端子）は、ボンディングワイヤＷｉａを介してセンサチップ１６に接続されている。なお、シールド部材２１の形状は、円板形状に限られることなく、例えば、図１（Ｂ）に示されるような、帯状、あるいは、小判形であってもよい。

また、シールド部材２１には、孔２１ａの他に、シールド部材２１により覆われたスペーサ部材１７の内周面と、ダイヤフラム３２とシールド部材２１との間に形成された部分との間を連通させる孔、もしくは、溝等の連通路が、スペーサ部材１７内に形成されてもよい。

スペーサ部材１７は、例えば、圧力伝達媒体ＰＭよりも熱膨張率の低い、例えば、樹脂材料、ゴム材料、セラミック等の絶縁材料で成形されている。これにより、特許文献１および特許文献２に示されるような、液封室１３内に配されシールド部材を固定する導電板がなく、ハウジング１２の内周部に形成される液封室１３における入出力端子群４０ａｉの中心軸線に沿った深さをより浅くできる。これにより、液封室１３の内部空間容積、即ち、圧力伝達媒体ＰＭの封入量を減少させることができるので、圧力センサの出力における温度特性を向上させることができる。

なお、センサーデバイスの内部空間の横断面形状が、例えば、特許文献３の図１に示されるような、矩形横断面である場合においては、上述のスペーサ部材１７が環状部材である必要はなく、例えば、スペーサ部材が矩形の筒状横断面を有するものであってもよい。さらに、スペーサ部材の形状は、液封室１３内部でスペーサ部材がセンサチップ１６、ボンディングワイヤＷｉ、ダイヤフラム３２などと干渉せず、しかも、液封室１３の内部空間容積を最大限に埋めることができる形状であれば、スペーサ部材の形状を任意の形状とすることができる。

シールド部材２１を液封室１３内に配置するにあたっては、先ず、例えば、入出力端子群４０ａｉとセンサチップ１６とがボンディングワイヤを介して接続された後、次に、スペーサ部材１７がハウジング１２の内周部１２ａ内に接着、または、溶着などにより、固定されるとともにシールド部材２１がスペーサ部材１７の一方の端面に接合され、スペーサ部材１７とシールド部材２１とが一体となる。続いて、シールド部材２１が、ボンディングワイヤＷｉｂを介してＧＮＤ用端子（ゼロ（Ｖ）の端子）に接続される。

図６（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係る圧力センサの一例に用いられるセンサユニットのさらなる他の一例の要部を示す。なお、図６（Ａ）および（Ｂ）において、図５（Ａ）および（Ｂ）に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。

図５（Ａ）および（Ｂ）に示される例においては、シールド部材２１が、ボンディングワイヤＷｉｂを介してＧＮＤ用端子（ゼロ（Ｖ）の端子）に接続されているが、その代わりに、図６（Ａ）および（Ｂ）に示される例においては、シールド部材３１が、端子接続用基板３０、および、端子接続用基板３０の導体パターンを介して例えば、ＧＮＤ用端子（ゼロ（Ｖ）の端子）に接続される中継端子６２により、ＧＮＤ用端子（ゼロ（Ｖ）の端子）に接続される。

上述のベースプレートとダイヤフラム３２との間に形成される圧力室内の圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサユニットは、金属製の円筒状のハウジング１２と、圧力室とハウジング１２の内周部とを隔絶する金属製のダイヤフラム３２と、複数の圧力検出素子、および、圧力検出素子からの信号を処理する信号処理電子回路部を有するセンサチップ１６と、接着剤層５０を介してセンサチップ１６を一端部で支持する金属製のチップマウント部材１８と、センサチップ１６に電気的に接続される入出力端子群４０ａｉ（ｉ＝１～８）と、入出力端子群４０ａｉおよびオイル充填用パイプ４４をチップマウント部材１８の外周面とハウジング１２の内周面との間に固定するハーメチックガラス１９とを主な要素として含んで構成されている。

金属製のダイヤフラム３２と向かい合うセンサチップ１６およびハーメチックガラス１９の端面との間に形成される液封室１３には、電界遮断部材としてのシールド部材３１が、センサチップ１６の一方の端面とダイヤフラム３２との間に配されている。シールド部材３１の外周縁は、スペーサ部材１７の一方の端面に接合されている。シールド部材３１は、センサチップ１６の信号処理電子回路部に対する不所望な電界を遮断するものとされる。円板状のシールド部材３１は、例えば、ステンレス鋼、銅、アルミニウム等の導電性の金属材料で作られている。シールド部材３１は、図６（Ｂ）に示されるように、互いに向き合う２箇所に貫通孔３１ａおよび３１ｂを有している。これにより、液封室１３内に充填される圧力伝達媒体ＰＭ（例えば、シリコーンオイル）が、ダイヤフラム３２の変位に応じてシールド部材３１により覆われたスペーサ部材１７の内周部とダイヤフラム３２とシールド部材３１との間に形成された部分との間を、貫通孔３１ａおよび３１ｂを介して流動することとなる。なお、シールド部材３１の形状は、円板形状に限られることなく、例えば、図１（Ｂ）に示されるような、帯状、あるいは、小判形であってもよい。このような場合、上述の貫通孔は不要となる。また、シールド部材３１の貫通孔３１ａおよび３１ｂの代わりに、シールド部材３１により覆われたスペーサ部材１７の内周部とダイヤフラム３２とシールド部材３１との間に形成された部分との間を連通させる連通路が、スペーサ部材１７内に形成されてもよい。

シールド部材３１は、中継端子６２の下端部に半田付け固定されている。中継端子６２は、入出力端子群４０ａｉのうちの隣接する２本の端子相互間に配置され、ハーメチックガラス１９により固定されている。中継端子６２、入出力端子群４０ａｉ（ｉ＝１～８）、および、オイル充填用パイプ４４は、それぞれ、ハーメチックガラス１９の円周方向に沿って均等間隔でハーメチックガラス１９内に固定されている。

中継端子６２の上端部は、端子接続用基板３０の導体パターンの一方の端部に半田付け固定されている。端子接続用基板３０の導体パターンの他方の端部は、入出力端子群４０ａｉのうちのいずれかの１本、例えば、ＧＮＤ用端子（ゼロ（Ｖ）の端子）に接続されている。端子接続用基板３０は、中継端子６２の上端部が貫通する孔、および、入出力端子群４０ａｉおよびオイル充填用パイプ４４が貫通する複数個の孔を円周方向に沿って所定の間隔をもって備えている。端子接続用基板３０には、中継端子６２の上端部が貫通する孔の周縁とＧＮＤ用端子（ゼロ（Ｖ）の端子）が貫通する孔の周縁との間に導体パターンが形成されている。

シールド部材３１を液封室１３内に配置するにあたっては、先ず、例えば、入出力端子群４０ａｉとセンサチップ１６とがボンディングワイヤを介して接続された後、次に、スペーサ部材１７がハウジング１２の内周部１２ａ内に接着、または、溶着などにより、固定されるとともにシールド部材３１がスペーサ部材１７の一方の端面に接合された後、シールド部材３１および端子接続用基板３０の導体パターンの一方の端部が、それぞれ、中継端子６２の両端部に半田付け固定される。

これにより、シールド部材３１は、中継端子６２および端子接続用基板３０の導体パターンを介してセンサチップ１６に搭載されている信号処理電子回路の電位と同一電位となっている。従って、ダイヤフラム３２とセンサチップ１６の信号処理電子回路部との間に、センサチップ１６の電位と同一電位となるシールド部材３１を配置することにより、ユニットの一次側電源（不図示）と同一電位であるダイヤフラム３２と、制御回路（不図示）側との電位差によって生じるセンサチップ１６に作用する電界は、シールド部材３１により遮断される。また、シールド部材３１の電位とセンサチップ１６の電位とは同一電位であるので電界はこれら相互間に発生しない。そのため、センサチップ１６とダイヤフラム３２との間に生じる電位差は、センサチップ１６に作用しないのでセンサチップ１６における信号処理電子回路に対する影響を防止することができる。

さらに、本実施例の構成においても、上述の例と同様に、シールド部材３１の外周縁は導電板を介せずにスペーサ部材１７の一方の端面に直接接合されている。特許文献１および特許文献２に示されるような、液封室１３内に配されシールド部材を固定する導電板がないため、ハウジング１２の内周部に形成される液封室１３における入出力端子群４０ａｉの中心軸線に沿った深さをより浅くできる。これにより、液封室１３の内部空間容積、即ち、圧力伝達媒体ＰＭの封入量を減少させることができるので、圧力センサの出力における温度特性を向上させることができる。

１２ ハウジング
１４ センサチップ／端子用固定部材
１６ センサチップ
１７ スペーサ部材
１８ チップマウント部材
１９ ハーメチックガラス
２０、２１、３１ シールド部材
３０ 端子接続用基板
３２、４２、５２ ダイヤフラム
４０ａｉ 入出力端子群
１４Ｇ、２４Ｇ、４４Ｇ チップ設置部
６２ 中継端子
Ｗｉ、Ｗｉａ ，Ｗｉｂ ボンディングワイヤ
Ｗｉｅ 接続端

Claims (7)

1. 圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサチップと、該センサチップが配される液封室と該液封室に向き合う圧力室とを仕切るダイヤフラムと、該センサチップに配線材を介して電気的に接続される入出力端子群と、前記センサチップが配置されるチップ設置部を有し、前記センサチップおよび前記入出力端子群を支持する絶縁性のセンサチップ／端子用支持部材とを含んでなるセンサユニットと、
   前記液封室内における前記センサチップの一方の端面と前記ダイヤフラムとの間に配され、前記センサチップの真上に位置する遮蔽部と、該遮蔽部に連なり前記センサチップ／端子用支持部材に固定される固定端部とを有し、前記センサチップに作用する電界を遮断する電界遮断部材と、を備え、
   前記電界遮断部材の遮蔽部における前記センサチップに接続された配線材の接続端の配列方向に沿った少なくとも一方の端部が、該配線材の真上の位置よりも前記センサチップの中央部に近接した位置に配置されることを特徴とする圧力センサ。
2. 圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサチップと、該センサチップが配される液封室と該液封室に向き合う圧力室とを仕切るダイヤフラムと、該センサチップに電気的に接続される入出力端子群と、前記センサチップが配置されるチップ設置部を有し、前記センサチップおよび前記入出力端子群を支持するセンサチップ／端子用支持部材とを含んでなるセンサユニットと、
   前記液封室内における前記センサチップの一方の端面と前記ダイヤフラムとの間に配され、前記センサチップの真上に位置する遮蔽部と、遮蔽部に連なり前記センサチップ／端子用支持部材に固定される固定端部とを有し、該センサチップに作用する電界を遮断する電界遮断部材と、
   前記電界遮断部材の前記遮蔽部における前記センサチップに接続された配線材と、を備え、
   前記ダイヤフラムは、前記電界遮断部材の遮蔽部に対向する部分を有し、該遮蔽部に対向する部分の両端に連なり同心円状に形成される凹凸は、前記ダイヤフラムの外周縁による仮想平面に対し、前記液封室側への突出量が前記圧力室側への突出量よりも大きく、前記液封室側に突出し、前記圧力室側には突出しないように形成されており、前記液封室側への突出において、前記液封室内部の前記センサチップ、前記配線材、前記入出力端子群、及び、前記電界遮断部材と干渉しない形状となっていることを特徴とする圧力センサ。
3. 圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサチップと、該センサチップが配される液封室と該液封室に向き合う圧力室とを仕切るダイヤフラムと、該センサチップに電気的に接続される入出力端子群と、前記センサチップが配置されるチップ設置部を有し、前記センサチップおよび前記入出力端子群を支持するセンサチップ／端子用支持部材とを含んでなるセンサユニットと、
   前記液封室内における前記センサチップの一方の端面と前記ダイヤフラムとの間に配され、前記センサチップの真上に位置する遮蔽部と、遮蔽部に連なり前記センサチップ／端子用支持部材に固定される固定端部とを有し、該センサチップに作用する電界を遮断する電界遮断部材と、を備え、
   前記ダイヤフラムの外縁部の位置は、前記電界遮断部材の前記遮蔽部に向き合う部分の位置よりも前記液封室内のセンサチップ／端子用支持部材の端部に近いことを特徴とする圧力センサ。
4. 前記チップ設置部は、前記センサチップ／端子用支持部材の端部に凹状に形成されることを特徴とする請求項１から請求項３までのうちのいずれかに記載の圧力センサ。
5. 導体パターンが前記センサチップ／端子用支持部材の端面に形成され、前記入出力端子群が前記導体パターンと電気的に接続され、前記電界遮断部材の各固定端部が前記導体パターンに固定されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのうちのいずれかに記載の圧力センサ。
6. 圧力を検出し検出出力信号を送出するセンサチップと、該センサチップが配される液封室と該液封室に向き合う圧力室とを仕切るダイヤフラムと、該センサチップに電気的に接続される入出力端子群とを含んでなるセンサユニットと、
   前記液封室における前記センサチップを取り囲むように配置されるスペーサ部材と、
   前記スペーサ部材に支持されることにより、前記液封室内における前記センサチップの一方の端面と前記ダイヤフラムとの間に配され、該センサチップに作用する電界を遮断する電界遮断部材と、
   前記電界遮断部材の遮蔽部における前記センサチップに接続された配線材と、
   を備え、
   前記電界遮断部材の電位が、前記入出力端子群のうちのいずれかの入出力端子の電位と同一の電位とされ、
   前記スペーサ部材の形状は、前記液封室内部で前記スペーサ部材が前記センサチップ、前記配線材、及び前記ダイヤフラムと干渉せず、かつ、前記液封室の内部空間容積を最大限に埋めることができる形状であることを特徴とする圧力センサ。
7. 前記電界遮断部材は、前記液封室における前記ダイヤフラムと前記電界遮断部材との間
   に形成される部分と前記スペーサ部材の内周部における前記電界遮断部材により囲まれる部分との間、または、前記スペーサ部材の内側と前記ダイヤフラムと前記電界遮断部材との間に形成される部分とを連通させる少なくとも一つの開口部を有することを特徴とする請求項６記載の圧力センサ。

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