KR101234363B1 - 압력 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
과제
본 발명은 열응력에 의해 검출 특성에 영향을 미치는 것을 극력 저감하고, 열 응답성이 양호한 압력 검출 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
해결 수단
압력 검출 장치(100)는, 압력을 받아서 발생한 왜곡을 전기 신호로 변환하고 출력하는 압력 검출 소자(110)와, 이 압력 검출 소자(110)를 격납하는 소자 격납부(121)를 갖는 베이스부(120)와, 이들 압력 검출 소자(110) 및 소자 격납부(121) 사이에 개재하고, 양자를 인장 신장율 약 400% 이상으로 접속하는 접속부(129)를 구비한다.
압력 검출 장치
Description
도 1은 실시의 형태에 관한 압력 검출 장치를 도시한 개략 평면도.
도 2는 도 1에 도시한 압력 검출 장치의 A-A' 단면도.
도 3a은 도 2의 일부 확대 단면도.
도 3b는 도 3a의 변형예를 도시한 단면도.
도 4는 인장 신장율과 열 응답 시프트에 의한 출력 변동량과의 상관 관계를 도시한 도면.
도 5는 종래의 압력 검출 장치의 구조를 도시한 개략 단면도.
도 6은 도 5의 일부 확대 단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100 : 압력 검출 장치 110 : 압력 검출 소자
111 : 반도체 기판 112 : 대좌부
113 : 기준 압력 챔버 114 : 다이어프램
120 : 베이스부 121 : 소자 격납부
122 : 리드 단자 126 : 보호부
128 : 압력 검출 챔버 129 : 접속부
130 : 장치 덮개부 132 : 압력 도입부
133 : 압력 도입 구멍 150 : 돌기부
기술분야
본 발명은, 압력을 전기 신호로 변환하여 출력하는 압력 검출 장치에 관한 것으로, 특히 열 응답성이 양호한 압력 검출 장치에 관한 것이다.
종래의 기술
종래부터, 예를 들면 자동차 등에 사용되는 전자 제어식 연료 분사 장치에 있어서의 엔진 흡기측의 흡기압 측정용의 압력 검출 장치에서는, 이른바 피에조 저항 효과를 이용한 반도체 압력 센서 칩을 사용하는 것이 일반적으로 되어 있다. 이와 같은 반도체 압력 센서 칩을 사용한 압력 검출 장치의 동작 원리는 주지이고, 여기서는 설명을 생략하지만, 이와 같은 압력 검출 장치는, 예를 들면 피에조 저항 효과를 갖는 재료(예를 들면, 단결정 실리콘)로 이루어지는 다이어프램상에 복수의 반도체 변형 게이지(strain gauges)를 형성하고, 이들의 반도체 변형 게이지를 브리지 접속한 브리지 회로를 구비하는 구조로 이루어진다. 그리고, 다이어프램의 변형에 따른 반도체 변형 게이지의 게이지 저항의 변화를, 브리지 회로로부터 전기 신호로서 취출함에 의해 압력을 검출한다.
여기서, 상기 종래의 압력 검출 장치에 관해 간단히 설명한다. 도 5는 종래의 압력 검출 장치의 구조를 도시한 개략 단면도이다. 또한, 도 6은 도 5의 일부 확대 단면도이다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 압력 검출 장치(500)는, 반도체 압력 센서 칩인 압력 검출 소자(501)를, 압력 검출 장치(500)의 패키지 몸체인 수지 성형 부재의 베이스부(基體部)(502)에 부착하여 구성되어 있다. 베이스부(502)에는, 예를 들면 압력 검출 소자(501)를 격납하기 위한 오목 형상 단면을 갖는 소자 격납부(503)가 형성되어 있다.
이와 같은 종래의 압력 검출 장치(500)에서, 압력 검출 소자(501)는, 베이스부(502)에 형성된 소자 격납부(503)에 대해, 예를 들면 접착제(504) 등에 의해 다이 본딩된 상태에서 베이스부(502)에 부착되어 있다. 그리고, 압력 검출 소자(501)는, 예를 들면 인서트 성형 등에 의해, 베이스부(502)를 관통한 상태이며, 또한 베이스부(502)에 대해 일체적으로 마련된 외부 도출용의 리드 단자(리드 프레임)(505)와, 본딩 와이어(506)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
이 경우, 압력 검출 소자(501)는, 베이스부(502)로부터의 응력을 저감시키기 위해, 예를 들면 유리로 이루어지는 대좌부(台座部)(507)에 공지의 양극접합법 등에 의해 압력 검출 소자(501)와 대좌부(507)와의 사이에 진공 기준실이 형성되도록 접합되어 있다. 또한, 이와 같은 구성의 압력 검출 장치(500)에서는, 압력 검출 소자(501)의 표면(501a)과, 본딩 와이어(506)를 덮고 내포하는 상태로, 예를 들면 겔상태의 보호 부재(508)에 의해 베이스부(502)에 피착되어 있다. 이 보호 부재(508)는, 압력 검출 소자(501) 등을, 압력 검출 장치(500)를 이용하여 압력 측정을 행하는 피압력측정 매체(도시 생략)에 포함되는 오염 물질 등으로부터 보호함과 함께, 이 피압력측정 매체로부터 검출된 측정 압력을 압력 검출 소자(501)에 전달시키는 것이다. 또한, 이 보호 부재(508)는, 압력 검출 소자(501)의 측면과 소자 격납부(503)의 측면과의 사이에도 마련되어 있다.
또한, 이와 같은 구성의 압력 검출 장치(500)에서는, 예를 들면 내주면(509a)을 갖는 구멍 형상의 압력 도입부(509)가 형성된 수지 성형 부재로 이루어지는 장치 덮개부(510)(도 5를 참조)를, 베이스부(502)의 소자 격납부(503)의 개구측 단부에 대해, 예를 들면 접착 등에 의해 부착 고정함으로써, 압력 도입부(509)와 연통하는 공간부로 이루어지는 압력 검출실(511)(도 5를 참조)을 형성하고 있다. 그리고, 압력 검출 장치(500)는, 장치 덮개부(510)의 압력 도입부(509)를 통하여 압력 검출실(511)로 도입된 피압력측정 매체로부터의 압력과 진공 기준실과의 압력차를 압력 변화로서 검출하고, 검출한 압력 변화를 압력 검출 소자(501)를 통하여 전기 신호로 변환하여 출력함에 의해, 절대압의 압력 측정을 행한다.
또한, 이와 같은 압력 검출 장치(500)에서는, 장치 전체로서의 소형화나, 고정밀한 검출 특성 및 높은 신뢰성의 실현 등의 시장에 있어서의 각종의 요구를 충족시키도록, 베이스부(502)로부터의 응력의 영향을 극력 저감하기 위해, 압력 검출 소자(501)의 사이즈에 대해 최적인 클리어런스를 갖게 하도록 소자 격납부(503)의 개구 치수가 결정된다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조).
[특허 문헌 1]
특개2003-247903호 공보
그러나, 상술한 종래의 압력 검출 장치(500)에서는, 예를 들면 장치 덮개부 (510)로부터의 외부 응력이나, 심한 온도 변화를 수반하는 엄한 측정 환경에 기인한 열응력에 의한 베이스부(502)의 변형 등이 압력 검출 소자(501)의 검출 특성에 영향을 미쳐, 압력 검출 장치(500)의 열 응답성이 악화되어 버린다는 문제가 있다.
여기서, 열 응답성이란, 예를 들면 고온 환경부터 저온 환경으로 환경 온도가 변화할 때에, 검출 특성이 이 온도 변화에 추종하는 상태로 변화하는 것을 나타내는 특성 시험에 있어서의 평가 항목의 하나이고, 열 응답성이 나쁜 압력 검출 장치에서는, 검출 초기 특성에 대해 온도 변화 후의 특성이 변동하여 버린다는 문제가 있다.
즉, 종래의 압력 검출 장치(500)에서는, 압력 검출 소자(501)를 베이스부(502)에 대해 접착제(504)를 이용하여 부착할 때에, 접착제(504의 충전량이 많은 경우는, 도 6에 도시한 바와 같이, 소자 격납부(503)의 저면(503a)과 대좌부(507)의 저면(507a)의 사이로부터 밀려나온 접착제(504)가, 압력 검출 소자(501)와 베이스부(502)와의 클리어런스 부분(즉, 대좌부(507)의 측면(507b)과 소자 격납부(503)의 측면(503b)의 사이의 부분)으로 뻗어 올라가 버린다. 이 때문에, 예를 들면 도 6중 화살표로 도시한 바와 같은 방향으로의 베이스부(502)의 변형에 의한 응력이 압력 검출 소자(501)의 검출 특성에 직접 영향을 미쳐, 압력 검출 장치(500)의 열 응답성이 악화하여 버리는 것이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 열응력에 의한 검출 특성에의 영향을 극력 저감하고, 열 응답성이 양호한 압력 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 청구항 제 1항의 발명에 관한 압력 검출 장치는, 압력을 받아서 발생한 왜곡을 전기 신호로 변환하여 출력하는 압력 검출 수단과, 상기 압력 검출 수단을 격납하는 격납 수단을 갖는 베이스 수단과, 상기 압력 검출 수단 및 상기 격납 수단 사이에 삽입되어 상기 양자를 접속하며, 400% 이상의 최대 인장 신장율을 갖는 접속 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 제 2항의 발명에 관한 압력 검출 장치는, 청구항 제 1항에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 검출 수단은, 반도체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 제 3항의 발명에 관한 압력 검출 장치는, 청구항 제 1항 또는 제 2항에 기재된 발명에 있어서, 상기 베이스 수단은, 수지 성형 부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 제 4항의 발명에 관한 압력 검출 장치는, 청구항 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 접속 수단은, 실리콘계 수지 접착제로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 제 5항의 발명에 관한 압력 검출 장치는, 청구항 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 접속 수단은, 상기 압력 검출 수단과 상기 격납 수단과의 접합면 사이의 거리가 30㎛ 내지 100㎛이 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이상 기술한 발명에 의하면, 압력 검출 수단을 격납 수단에 고정하는 접속 수단의 인장 신장율이 약 400% 이상으로 설정되어 있기 때문에, 양호한 신장율 특성에 의해 응력을 완충하고 열 응답성이 극히 좋은 압력 검출 장치를 실현할 수 있다.
본 발명에 관한 압력 검출 장치에 의하면, 열 응답성이 극히 양호하고 측정 환경의 온도 변화에 영향을 받기 어려운 구조를 실현하고, 재현성이 높은 측정 결과를 얻을 수 있다는 효과를 이룬다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 압력 검출 장치의 알맞는 실시의 형태를 상세히 설명한다. 또한, 이하의 실시의 형태의 설명 및 첨부 도면에 있어서, 같은 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
(실시의 형태)
도 1은 본 발명의 실시의 형태에 관한 압력 검출 장치를 도시한 개략 평면도이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시한 압력 검출 장치의 A-A' 단면도이다. 또한, 도 3a는 도 2의 일부 확대 단면도이다. 또한, 도 3b는 도 3a의 변형예를 도시한 단면도이다. 또한, 이후에 있어서는, 특히 명시하지 않는 한 도 1 내지 도 3b까지를 참조하여 설명함과 함께, 도면상에 나타내지 않은 구성 부분의 부호는 생략한다. 도 1 내지 도 3a에 도시한 바와 같이, 압력 검출 장치(100)는, 압력 검출 소자(110)와, 이 압력 검출 소자(110)를 내부에 구비하는 베이스부(120)와, 이 베이스부(120)에 부착되는 장치 덮개부(130)로 구성되어 있다. 또한, 이들 압력 검출 소자(110), 베이스부(120) 및 장치 덮개부(130)는, 각각의 중심부가 중심축(C)에 맞추 어져 동축(同軸) 배치되어 있다.
압력 검출 소자(110)는, 예를 들면 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 기판(111)과, 이 반도체 기판(111)과 접합되는 유리 등으로 이루어지는 대좌부(112)를 구비하여 구성되고, 베이스부(120)로부터의 응력의 저감을 도모하기 위해, 반도체 기판(111)과 대좌부(112)를 공지의 양극접합법 등을 이용하여 접합한 구조로 된다. 반도체 기판(111)은, 대좌부(112)의 표면(112a)과의 접합측의 저면(111b)에 오목부(111c)를 구비하고, 압력 검출 소자(110)는, 반도체 기판(111)의 오목부(111c)와 대좌부(112)의 표면(112a)으로 둘러싸인 공간부에 기준 압력 챔버(113)를 형성하여 이루어진다. 또한, 대좌부(112)는, 구체적으로는 파이렉스(등록상표) 등의 내열 유리에 의해 구성되고, 직사각형 단면을 갖는 6면체로 이루어지는 것이다.
이 압력 검출 소자(110)에서는, 반도체 기판(111)의 기준 압력 챔버(113)와 대응한 부분에 다이어프램(114)이 형성되어 있고, 이 다이어프램(114)상에는, 예를 들면 복수가 도시하지 않은 변형 게이지가 형성되고, 이들 복수의 변형 게이지를 브리지 접속한 브리지 회로(도시 생략)가 구비되어 있다. 또한, 반도체 기판(111)에는, 이 브리지 회로와 전기적으로 접속된 증폭 회로(도시 생략)가 형성되어 있다.
이 때문에, 압력 검출 소자(110)는, 반도체 기판(111)의 다이어프램(114)이 인가된 압력을 받은 때에 왜곡되고, 그 왜곡에 의해 브리지 회로로부터 전압으로서의 전기 신호가 출력되고, 출력된 전기 신호를 증폭 회로에 의해 증폭하여 외부로 출력하는 구조로 이루어지는 변형 게이지식 압력 검출 소자에 의해 구성된 절대압 형의 압력 검출 소자이다. 또한, 압력 검출 소자(110)는, 이 밖에도, 예를 들면 정전용량식 압력 검출 소자에 의해 구성되어도 좋다.
한편, 베이스부(120)는, 예를 들면 PPS(폴리페닐렌설파이드) 등의 열가소성 수지 재료로 이루어지는 수지 성형 부재이고, 압력 검출 소자(110)를 격납한 오목 형상의 소자 격납부(121)를 구비함과 함께, 이 소자 격납부(121)의 개구측에, 후술한 압력 검출 챔버의 일부를 구성한 공간부를 구비하여 구성되어 있다. 또한, 베이스부(120)는, 상기 PPS외에도, 내열성을 구비하는 열가소성 수지 재료에 의해 구성되어도 좋다.
이 베이스부(120)의 소자 격납부(121)에는, 상기 압력 검출 소자(110)가, 접속부(129)를 사이에 두고 직접 접속되어 고정된 다음 격납되어 있다. 구체적으로는, 압력 검출 소자(110)와 베이스부(120)는, 소자 격납부(121)의 저면(121a)과 압력 검출 소자(110)의 대좌부(112)의 저면(112b)의 사이에 접속부(129)가 개재하는 상태로 접속 고정되어 있다. 이로써, 압력 검출 소자(110)는, 베이스부(120)에 고정 지지된다.
또한, 접속부(129)는, 수지 부재로 이루어지고, 예를 들면 실리콘계 수지 등으로 이루어지는 실리콘계 수지 접착제에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 접속부(129)는, 예를 들면 신에쯔화학공업주식회사제의 X32-2170AB(상품명) 등의 실리콘계 수지 접착제에 의해 구성할 수 있다. 이 접속부(129)는, 예를 들면 인장 신장율이 400% 이상의 특성을 구비하고 있고, 그 두께(소자 격납부(121)의 저면(121a) 및 대좌부(112)의 저면(112b) 사이의 거리)가 30㎛ 내지 100㎛이 되도록 형성되어 있다.
여기서, 도 3b에 도시한 바와 같이, 소자 격납부(121)의 저면(121a)에는, 예를 들면 접속부(129)의 두께를 조정하기 위해, 돌기부(150)가 마련되어 있어도 좋다. 이 돌기부(150)는, 그 돌기 선단부가, 예를 들면 압력 검출 소자(110)의 대좌부(112) 저면(112b)의 네모서리 부근에 맞닿도록, 소자 격납부(121)의 저면(121a)에 마련되어 있으면 좋다. 또한, 돌기부(150)는 예를 들면 돌조(突條)로 이루어지는 것이라도 좋다. 또한, 돌기부(150)는 접속부(129)의 두께와 마찬가지로, 그 높이가 30㎛ 내지 100㎛로 형성된다. 또한, 돌기부(150)의 돌기 선단부와 대좌부(112)의 저면(112b)은, 반드시 접촉하는 것이 아니라, 압력 검출 장치(100)는, 이들의 사이에 접속부(129)가 개재된 구성이라도 좋다. 접속부(129)가 이와 같이 구성되어 있음에 의해, 열응력이 베이스부(120)로부터 접속부(129)를 통하여 압력 검출 소자(110)에 전해지지 않도록 완충할 수 있고, 압력 검출 장치(100)의 열 응답 지연의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 베이스부(120)에는, 예를 들면 소자 격납부(121)의 개구부 주변으로부터 중심축(C)과 직교하는 방향으로 연장하여 나오는 상태로, 복수의 리드 단자(122)가 인서트 성형 등에 의해 일체적으로 구비되어 있고, 이들 복수의 리드 단자(122)는, 베이스부(120)의 외부로 인출되어 있다. 리드 단자(122)는, 예를 들면 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금으로 이루어지는 금속 모재(母材)를, 펀칭 가공 등에 의해 판형상으로 성형한 구조로 되고, 소자 격납부(121)의 개구부 주변에 배설되는 랜드부(123)와, 이 랜드부(123)로부터 베이스부(120)의 외부로 인출된 리드부(124)를 구비하여 구성되어 있다. 또한, 이 압력 검출 장치(100)에서는, 리드부(124)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 예를 들면 8개 마련되어 있다.
각 리드 단자(122)의 랜드부(123)는, 베이스부(120)에 접속 고정된 압력 검출 소자(110)의 반도체 기판(111)의 표면(111a)과, 예를 들면 알루미늄(A1)이나 금(Au) 등으로 이루어지는 본딩 와이어(125)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 각 리드 단자(122)의 리드부(124)는, 외부 배선 부재(도시 생략)와 베이스부(120)의 외부에서 접속되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 베이스부(120)에는, 예를 들면 압력 검출 소자(110)나 리드 단자(122)의 랜드부(123)와 본딩 와이어(125)를 통하여 전기적으로 접속된 회로부가 구비되어 있어도 좋다. 이 회로부는, 압력 검출 소자(110)에 의해 출력된 전기 신호를 조정하여 압력 검출 장치(100)의 외부로 출력하는 것이다.
이 베이스부(120)의 소자 격납부(121)의 개구측에 형성된 공간부에는, 예를 들면 압력 검출 소자(110)의 반도체 기판(111)의 표면(111a)측을, 본딩 와이어(125) 및 리드 단자(122)의 랜드부(123)와 함께 피복하여 밀봉한 상태로 형성된 보호부(126)가 배설되어 있다. 이 보호부(126)는, 예를 들면 겔상태 수지 부재로 이루어지고, 압력 검출 소자(110)나 본딩 와이어(125) 등을, 오염 물질 등으로부터 보호함과 함께 측정 압력을 압력 검출 소자(110)에 확실하게 전달하는 것이다. 또한, 보호부(126)는, 소자 격납부(121)의 측면과 압력 검출 소자(110)의 측면의 사이에도 형성되어 있으면 좋다.
또한, 이 베이스부(120)의 공간부의 개구측 주연(周緣)에는, 오목 형상으로 형성된 홈으로 이루어지는 감합 홈부(127)가 형성되고, 이 감합 홈부(127)에 장치 덮개부(130)의 감합 볼록부(137)가 감합됨에 의해, 장치 덮개부(130)가 베이스부(120)에 부착된다. 또한, 장치 덮개부(130)와 베이스부(120)는, 예를 들면 감합 홈부(127)에 충전된 도시하지 않은 접착제 등에 의해 접착 고정되어 있다. 그리고, 이 장치 덮개부(130)에 의해, 베이스부(120)에 구비된 압력 검출 소자(110) 등은, 압력 검출 장치(100)에 밀봉 고정되어 있다.
장치 덮개부(130)는, 상기 베이스부(120)와 마찬가지로, 예를 들면 PPS 등으로 이루어지는 수지 성형 부재이고, 평판형상의 덮개 기체부(131)와, 이 덮개 기체부(131)의 주면(主面)(131a)으로부터 세운 상태로 형성된 원통형상의 압력 도입부(132)를 구비하여 구성되고, 볼록형상 단면(斷面)을 갖는 구조로 된다. 압력 도입부(132)에는, 중심축(C)과 동축의 압력 도입 구멍(133)이 형성되고, 장치 덮개부(130)가 베이스부(120)에 접착 고정된 경우, 이 압력 도입 구멍(133)은, 베이스부(120)의 공간부와 연통하는 구조로 된다. 이 장치 덮개부(130)는, 상기 PPS 외에도, 내열성을 구비한 수지 부재에 의해 구성되어도 좋다. 또한, 압력 검출 챔버(128)는, 장치 덮개부(130)의 덮개 기체부(131)로 구획된 베이스부(120)의 공간부에 의해 구성된다.
이와 같이 구성된 압력 검출 장치(100)에서는, 예를 들면 측정 환경인 대기중의 압력이, 장치 덮개부(130)의 압력 도입부(132)에 마련된 압력 도입 구멍(133)을 통하여 압력 검출 챔버(128)에 도입된다. 그리고, 압력 검출 챔버(128)에 도입된 대기압과, 베이스부(120)에 구비된 압력 검출 소자(110)의 기준 압력 챔버(113) 의 내압과의 차에 의해, 다이어프램(114)이 변형하고, 이 변형에 의한 왜곡에 의거한 전기 신호가 압력 검출 소자(110)로부터 출력된다. 압력 검출 소자(110)로부터 출력된 전기 신호는, 본딩 와이어(125), 회로부 및 리드 단자(122) 등을 통하여 압력 검출 장치(100)의 외부로 출력되고, 도시하지 않은 외부의 측정 장치 등에 의해 압력 측정이 행하여진다.
이 압력 검출 장치(100)에서는, 압력 검출 소자(110)와 베이스부(120)가, 상술한 바와 같이 인장 신장율이 약 400% 이상의 특성을 구비하는 접속부(129)에 의해 접속 고정되어 있기 때문에, 베이스부(120)로부터의 열응력이 압력 검출 소자(110)에 전해지기 어려운 구조를 실현하고, 열 응답 지연의 발생을 효과적으로 방지하여, 재현성이 높은 압력 측정 결과를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 상기 압력 검출 장치(100)는, 예를 들면 다음과 같이 제조할 수 있다. 즉, 베이스부(120) 및 장치 덮개부(130)의 형상에 맞추어 형(型)이 형성된 금형 등에, 베이스부(120)의 경우는 리드 단자(122)를 배설 위치에 대응시켜서 고정한 후, PPS 등의 수지 재료를 충전하고, 냉각·고화하여 베이스부(120) 및 장치 덮개부(130)를 각각 성형한다. 여기서, 베이스부(120) 및 장치 덮개부(130)의 수지 재료로서 PPS를 이용한 경우는, 예를 들면 성형시에 가스가 발생하기 쉽고, 또한 성형품에 버르가 발생하기 쉽기 때문에, 가스 배기나 버르 제거를 행하면 제조 정밀도가 향상한다.
이렇게 하여 베이스부(120) 및 장치 덮개부(130)를 성형한 후, 베이스부(120)의 소자 격납부(121)에 접속부(129)를 사이에 두고 압력 검출 소자(110)를 접 속 고정함과 함께, 회로부를 탑재하고, 와이어 본딩 등에 의해 이들과 리드 단자(122)를 본딩 와이어(125)에 의해 결선 접속한다. 그리고, 소자 격납부(121)의 개구측의 공간부 및 압력 검출 소자(110)와 소자 격납부(121)의 사이의 공간부를 겔상태 수지 부재로 이루어지는 보호부(126)로 피복하고, 장치 덮개부(130)를 베이스부(120)에 부착 고정한다. 이와 같이 하여 압력 검출 장치(100)를 제조할 수 있다.
본 실시의 형태의 압력 검출 장치(100)에 의하면, 상기한 바와 같이 인장 신장율이 약 400% 이상의 특성을 구비하는 접속부(129)에 의해, 압력 검출 소자(110)와 베이스부(120)가 접속 고정되는 구조이기 때문에, 예를 들면 베이스부(120)로부터의 열응력이 압력 검출 소자(110)에 전해지기 어려운 구조를 실현하고 있다. 다음에, 접속부(129)의 인장 신장율을 이와 같이 규정한 이유에 관해 기술한다.
도 4는 접속부(129)의 인장 신장율(%)과 열 응답 시프트에 의한 출력 변동량(%F.S.×10)과의 상관 관계를 도시한 도면이다. 본 출원인은, 접속부(129)의 인장 신장율을 규정하기 위해 이하와 같은 시험을 행하였다. 즉, 인장 신장율 측정 장치로서 주식회사 시마즈제작소제의 강도 특성 계측 장치인 「EZ Test(상품명)」를 사용하고, 피시험 재료로서, 압력 검출 장치(100)의 접속부(129)에 사용되는 신에쯔화학공업주식회사제의 실리콘계 수지 접착제 「X32-2170AB(상품명)」(이하, 「시료(1)」이라고 한다)와, 비교예에서 사용되는 GE 도시바실리콘주식회사제의 실리콘계 수지 접착제 「TSE322(상품명)」(이하, 「시료(2)」라고 한다)를 사용하여, 인장 신장율 측정 시험을 행하였다.
또한, 이 시험에 있어서의 각 시료(1, 2)의 형상은, 폭 8mm, 높이(두께) 1.5mm 및 길이 50mm로 하고, 측정 장치에의 고정 치구 사이의 거리를 10mm로 함과 함께, 인장 속도를 60mm/min으로 하고 인장 시험을 행하였다. 또한, 도 4에서의 열 응답 시프트에 의한 출력 변동량이란, 압력 검출 장치(100)를, 예를 들면 130℃ 분위기중에 1시간 방치한 후, 실온(예를 들면, 20℃ 내지 25℃)으로 되돌린 때의 압력 검출 장치로부터의 출력치의 시프트량(검출 출력 변동량)인 것을 말한다. 이 열 응답 시프트에 의한 출력 변동량의 단위는, 압력 검출 장치(100)의 출력 전압의 풀 스케일(Full Scale : F.S.)에 대한 퍼센티지이고, 여기서는, 얻어지는 출력 전압의 값이 매우 작기 때문에 10배로 보정하여 표시하고 있다.
본 실시의 형태의 압력 검출 장치(100)와 같이, 이른바 차량탑재용 부품에서는, 고정밀도일 필요가 있기 때문에, 목표로 하는 열 응답 시프트에 의한 출력 변동량이 0.125(%F.S.)(예를 들면, 10배 표시라면, 1.25(%F.S.×10)) 이하인 것이 바람직하고, 이 시험에서는, 열 응답 시프트에 의한 출력 변동량의 판정 임계치를 1.25(%F.S.×10)로 설정하여 실시하였다. 또한, 실리콘계 수지 접착제 등으로 이루어지는 접속부(129)의 「신장」이란, 인장 신장율 측정 시험 실시 전의 시료(1, 2)에 대해 표점(標點)(예를 들면, 고정 치구에 의한 고정점)을 2개 정하고, 이들 2표점 사이의 거리(고정 치구 사이의 거리)(L0)를 계측하고, 시험 실시후에 재차 2표점 사이의 거리(L1)를 계측한 때의 차분량(差分量)을 말하며, 이 경우, 「신장율(단위는 %)」은 다음 식(1)에 의해 산출할 수 있다.
100×(L1-L0)/L0 … (1)
이와 같은 조건하에서 실시된 인장 신장율 측정 시험에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 시료(1, 2)의 측정 결과 상관 곡선(401)에 의해 표시되는 바와 같은 명확한 차이점이 판명되었다. 그리고, 측정 결과 상관 곡선(401)은, 시료(1, 2)의 측정 결과에 있어서의 출력 변동량과 신장율과의 상관 관계를 나타내고, 신장율이 커지면 출력 변동량이 작아지고, 열 응답성이 양호하게 되는 것을 나타내는 것이다. 또한, 측정 결과 상관 곡선(401)의 우하측의 단점(端点)(402)은, 시료(1)의 측정 결과를 나타내고, 측정 결과 상관 곡선(401)의 좌상측의 단점(403)은, 시료(2)의 측정 결과를 나타내는 것이다.
즉, 시료(1)에서는, 측정 결과 상관 곡선(401)으로부터도 분명한 바와 같이, 예를 들면 인장 신장율이 약 500%일 때에 열 응답 시프트에 의한 출력 변동량은 약 0.77(%F,S.)이지만, 시료(2)에서는 인장 신장율이 약 200%일 때에 열 응답 시프트에 의한 출력 변동량은 약 3.6(%F,S.)이다. 또한, 이 경우, 예를 들면 시료(1)의 경도(JIS A)를 20, 시료(2)의 경도를 17로 설정하여 시험을 행하였지만, 경도 20 정도의 재료로 접속부(129)를 형성하면, 열 응답 시프트에 의한 출력 변동량과 경도와의 상관은 거의 없는 것이 판명되었기 때문에, 접속부(129)의 신장율 특성과의 상관은 커진다(즉, 신장율과 경도는 그다지 관계가 없다)라고 말할 수 있다.
따라서 접속부(129)의 신장율을, 도 4중 검은 화살표로 도시한 영역의 범위(출력 변동량 1,25(%F.S.×10) 이하 신장율 약 400% 이상의 범위)에 수습되도록 설정하면, 양호한 신장율 특성에 의해 베이스부(120)로부터의 응력을 압력 검출 소자(110)에 대해 완충하고, 열 응답성의 매우 좋은 압력 검출 장치(100)를 실현하는 것이 가능해진다.
이상의 것으로부터, 본 실시의 형태의 구성에 의해, 베이스부(120)의 열응력에 의한 변형에 대해, 접속부(129)에 의해 양호한 신장율 특성으로 베이스부(120)로부터의 응력을 압력 검출 소자(110)에 전파시키지 않도록 완충할 수 있고, 초기 검출 특성적으로도, 성능 신뢰성적으로도 충분한 정밀도를 담보할 수 있는 압력 검출 장치(100)를 실현할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 베이스부(120)나 장치 덮개부(130)의 재료나 형상, 압력 검출 장치(100)에 구비되는 각 부분의 구성 등을, 수치 등을 이용하여 구체적인 예를 들어서 설명하였지만, 이들은 어디까지나 한 예이고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 신장율 약 400% 이상의 특성을 구비하는 접속부(129)에 의해, 압력 검출 소자(110)와 베이스부(120)를 접속 고정함으로써, 양호한 신장율 특성에 의해 응력을 완충하여 열 응답성이 매우 좋은 압력 검출 장치(100)를 실현할 수 있다. 또한, 이 압력 검출 장치(100)에 의하면, 열 응답성이 아주 양호하기 때문에, 측정 환경의 온도 변화에 영향을 받기 어려운 구조를 실현할 수 있고, 재현성이 매우 높은 측정 결과를 얻을 수 있다.
산업상의 이용 가능성
이상과 같이, 본 발명에 관한 압력 검출 장치는, 압력의 검출이나 측정을 행하는 각종의 용도에 이용할 수 있다.
본 발명에 관한 압력 검출 장치에 의하면, 열 응답성이 극히 양호하고 측정 환경의 온도 변화에 영향을 받기 어려운 구조를 실현하고, 재현성이 높은 측정 결 과를 얻을 수 있다는 효과를 이룬다.
Claims (7)
- 압력을 받아서 발생한 왜곡을 전기 신호로 변환하여 출력하는 압력 검출 수단과,상기 압력 검출 수단을 격납하는 격납 수단을 갖는 베이스 수단과,상기 압력 검출 수단 및 상기 격납 수단 사이에 삽입되어 상기 양자를 접속하며, 400% 내지 500%의 인장 신장율을 갖는 접속 수단을 구비하고,상기 소자 격납부의 바닥면 중, 상기 압력 검출 소자의 바닥면의 외주부에 대응하는 위치에, 돌기부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 압력 검출 수단은, 반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 베이스 수단은, 수지 성형 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 접속 수단은, 실리콘계 수지 접착제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 접속 수단은, 상기 압력 검출 수단과 상기 격납 수단과의 접합면 사이의 거리가 30㎛ 내지 100㎛이 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치.
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