KR101364363B1

KR101364363B1 - 압력 센서 장치

Info

Publication number: KR101364363B1
Application number: KR1020120013266A
Authority: KR
Inventors: 다쿠야 이시하라; 히데후미 하라다; 마사시 세키네
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2014-02-26
Also published as: US8763467B2; TWI449892B; TW201243303A; JP2012211869A; JP5576331B2; US20120247216A1; KR20120111989A

Abstract

본 발명은 센서가 고온이 되도록 구성되는 압력 센서 장치에 있어서, 센서와 회로부를 접속하는 구조체의 내열성, 기계적 강도, 전자 실드성을 높인다.
외부에서 도입되는 가스의 압력을 검출하는 센서(30)와, 센서(30)를 가열하는 히터와, 센서(30) 및 히터를 수용하는 패키지(10)와, 센서(30)로 검출한 검출 출력에 기초하여 가스의 압력을 나타내는 출력 신호를 발생하는 회로부(70)와, 회로부(70)를 수용하는 회로 수용부(71)를 구비하는 압력 센서 장치(1)이다. 패키지(10)와 회로 수용부(71)를 별개의 케이스로 구성하고 접속 구조체(90)를 개재하여 격리 배치한다. 접속 구조체(90)는, 패키지(10) 내의 센서(30)와 회로 수용부(71) 내의 회로부(70)를 접속하는 전극 리드핀(41)과, 전극 리드핀(41)의 외주를 덮는 절연 파이프(81)와, 절연 파이프(81)의 외주를 덮는 코일 스프링(82)을 갖는다.

Description

압력 센서 장치{PRESSURE SENSOR DEVICE}

본 발명은 압력 센서 장치에 관한 것으로, 특히 진공에 가까운 압력을 측정하는 데 알맞은 다이어프램 구조를 가지고 센서가 고온이 되도록 구성되는 압력 센서 장치에 관한 것이다.

종래부터 반도체를 제조하는 플라즈마 에칭 장치나 스퍼터 장치 등의 제조 장치에 있어서, 진공 챔버의 진공도를 측정하기 위해서 정전 용량식의 압력 센서 장치가 이용되고 있다. 이러한 압력 센서 장치는, 가스의 종류에 따라서는 다이어프램면에의 응착에 의해서 그 휘어짐량이 변화되어 센서 부분이 오동작하는 경우가 있다. 이 때문에 이러한 오동작을 방지하도록, 센서 부분이 고온이 되도록 구성한 것이 제공되고 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).

여기서 특허 문헌 1에 기재되어 있는 종래의 압력 센서 장치는, 외부의 챔버의 가스 압력을 감지하는 정전 용량식의 센서와, 이 센서를 정해진 동작 온도로 가열하는 히터와, 센서로 감지한 캐패시턴스의 값으로부터 외부의 챔버의 가스의 압력을 나타내는 출력 신호를 발생시키는 회로부와, 센서 및 히터 및 회로부를 수용하는 케이스를 구비하고 있다. 그리고, 이러한 종래의 압력 센서 장치의 케이스는, 센서 및 히터를 수용하는 센서 수용부와, 회로부를 수용하는 회로 수용부와, 이들 각 수용부를 구획하고 히터에서 발생한 열이 회로 수용부에 열전도되는 것을 방지하는 열전도 방지부를 갖고 있다.

특허문헌 1:일본국 특허 공개2007-155500호 공보

그러나 상기한 특허 문헌 1에 기재된 종래의 압력 센서 장치는, 센서 수용부와 회로 수용부를 동일 케이스 내에 설치하고 있기 때문에, 케이스 내에서 복잡한 단열 구조 및 방열 구조를 필요로 하여, 비용이 상승된다. 또한, 400℃ 이상의 고온용 히터를 채용하기 위해서는, 케이스 내의 센서 수용부와 회로 수용부 사이의 거리를 충분히 확보할 필요가 있어, 이에 따라 케이스가 대형화하여 버린다.

그래서 이러한 문제를 해결하기 위해서, 센서와 회로부를 별개의 케이스에 수납하여 격리시키고, 이들을 케이블 등으로 접속한다고 하는 수단을 생각할 수 있다.

그런데 센서와 회로부를 단순히 케이블로 접속한 경우, 특히 센서에 접속되는 단부(端部)에서는 접속 작업시에 잡아당겨지거나, 400℃ 이상의 고열에 견딜 수 없을 우려가 있거나, 전자 실드가 충분히 보상되지 않거나 할 가능성이 있다. 이 때문에 센서와 회로부를 별개의 케이스에 수납하여 격리시키는 경우에는, 내열성, 기계적 강도, 전자 실드성 등에 우수한 접속 수단을 새롭게 제안해야 했다.

본 발명은 이러한 상황에 감안하여 이루어진 것으로, 센서가 (예컨대 300℃∼450℃ 정도의)고온이 되도록 구성되는 압력 센서 장치에 있어서, 센서와 회로부를 접속하는 구조체의 내열성, 기계적 강도, 전자 실드성을 높이는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 압력 센서 장치는, 외부에서 도입되는 가스의 압력을 검출하는 센서와, 센서를 정해진 동작 온도로 가열하는 히터와, 센서 및 히터를 수용하는 패키지와, 센서로 검출한 검출 출력에 기초하여 가스의 압력을 나타내는 출력 신호를 발생하는 회로부와, 회로부를 수용하는 회로 수용부를 구비하는 압력 센서 장치로서, 패키지와 회로 수용부는 별개의 케이스로 구성되고 접속 구조체를 개재하여 격리 배치되고, 접속 구조체는, 패키지 내의 센서와 회로 수용부 내의 회로부를 접속하는 도선과, 도선의 외주를 덮는 절연 부재와, 절연 부재의 외주를 덮는 탄성 부재를 갖는 것이다.

이러한 구성을 채용하면, 패키지(센서 수용부)와 회로 수용부가 별개의 케이스로 구성되어 격리 배치되어 있기 때문에, 종래의 일체형 압력 센서 장치가 필요로 하고 있었던 장치 내의 특수한 단열·방열 구조가 불필요해져, 패키지와 회로 수용부를 현장의 환경에 따라서 유연하게 설치할 수 있다. 또한, 패키지와 회로 수용부를 접속하는 접속 구조체는, 패키지 내의 센서와 회로 수용부 내의 회로부를 접속하는 도선과, 이 도선의 외주를 덮는 절연 부재와, 이 절연 부재의 외주를 덮는 탄성 부재를 갖고 있기 때문에, 높은 기계적 강도나 탄성을 갖는 것이 된다. 또한, 이러한 접속 구조체는, 방열 부재나 전자 실드 부재로서도 기능한다. 따라서 간이한 구성이면서, 기계적 강도, 내열성, 전자 실드성을 높일 수 있어, 압력 센서 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상기 압력 센서 장치에 있어서, 절연 재료로 구성된 복수 개의 관형 부재를 도선의 길이 방향으로 적층함으로써 절연 부재를 구성할 수 있다.

이러한 구성을 채용하면, 절연 재료로 구성된 복수 개의 관형 부재를 도선의 길이 방향으로 적층하여 절연 부재를 구성함으로써, 접속 구조체의 가요성을 한층 더 높일 수 있다. 또한 복수 개의 관형 부재를 적층함으로써, 임의 길이의 접속 구조체를 형성할 수 있다.

또한 상기 압력 센서 장치에 있어서, 코일 스프링으로 탄성 부재를 구성할 수 있다.

이러한 구성을 채용하면, 탄성 부재를 코일 스프링으로 구성하기 때문에, 장치의 제조가 용이해진다.

본 발명에 따르면, 센서가 고온이 되도록 구성되는 압력 센서 장치에 있어서, 센서와 회로부를 접속하는 구조체의 내열성, 기계적 강도, 전자 실드성을 높이는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 압력 센서 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 압력 센서 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 압력 센서 장치의 단면도이다.

이하에서는 본 발명을 적용한 구체적인 실시형태에 관해서, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

<제1 실시형태>

우선 도 1을 이용하여 본 발명의 제1 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1)에 관해서 설명한다. 본 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 패키지(10), 패키지(10) 내에 수용된 대좌(臺座) 플레이트(20), 동일하게 패키지(10) 내에 수용되어 대좌 플레이트(20)에 접합된 센서(30), 패키지(10)에 직접 부착되어 패키지(10) 내외를 도통 접속하는 복수의 전극 리드부(40), 센서(30)로 검출한 검출 출력에 기초하여 가스의 압력을 나타내는 출력 신호를 발생하는 회로부(70) 등을 갖추고 있다. 또한 대좌 플레이트(20)는, 패키지(10)의 내벽으로부터 격리되어 있고, 지지 다이어프램(50) 만을 통해 패키지(10)에 지지되어 있다.

패키지(10)는, 하부 하우징(11), 상부 하우징(12) 및 커버(13)로 구성되어 있다. 하부 하우징(11) 및 상부 하우징(12)은 내식성의 금속인 인코넬로 구성되고, 커버(13)는 유리에 가까운 열팽창률을 갖는 코바(kovar)로 구성되어 있고, 각각 용접에 의해 접합되어 있다. 또 패키지(10) 내에는, 센서(30)를 정해진 동작 온도로 가열하는(도시 생략) 히터가 배치되어 있다.

하부 하우징(11)은, 직경이 상이한 원통체를 연결한 형상을 갖추는 부재이며, 그 대직경부(11a)는 지지 다이어프램(50)과의 접합부를 가지고, 그 소직경부(11b)는 피측정 유체가 유입하는 압력 도입부(10A)를 형성하고 있다. 또 대직경부(11a)와 소직경부(11b)의 결합부에는 배플(11c)이 형성되고, 배플(11c)의 주위에는 둘레 방향으로 정해진 간격으로 압력 도입 구멍(11d)이 형성되어 있다. 배플(11c)은, 압력 도입부(10A)에서 프로세스 가스 등의 피측정 유체를 후술하는 센서(30)에 직접 도달시키지 않고서 우회시키는 역할을 다하는 것으로, 센서(30)에 프로세스 가스의 성분이나 프로세스 가스 중의 불순물이 퇴적되는 것을 방지하도록 되어 있다.

상부 하우징(12)은, 대략 원통체 형상을 갖는 부재이며, 커버(13), 지지 다이어프램(50), 대좌 플레이트(20) 및 센서(30)와 함께, 패키지(10) 내에 진공의 기준 진공실(10B)을 형성하고 있다. 기준 진공실(10B)은, 센서(30)에 의해서, 프로세스 가스가 도입되는 영역(압력 도입부(10A))과 격리되어 있다. 기준 진공실(10B)에는, 소위(도시 생략) 게터라고 불리는 기체 흡착 물질이 마련되어 있어, 진공도를 유지하고 있다. 또한 상부 하우징(12)의 지지 다이어프램 부착측에는, 둘레 방향 적소에 스토퍼(12a)가 돌출 형성되어 있다. 스토퍼(12a)는, 피측정 유체의 급격한 압력 상승으로 인해 대좌 플레이트(20)가 과도하게 변이하는 것을 규제하는 역할을 다하고 있다.

커버(13)는, 정해진 두께를 갖는 상면에서 보아 원형상의 판형 부재이며, 그 중앙부에는 복수의 전극 리드 삽입 관통 구멍(13a)이 형성되어 있다. 전극 리드 삽입 관통 구멍(13a)에는 전극 리드부(40)가 매립되어 있고, 전극 리드부(40)와 전극 리드 삽입 관통 구멍(13a) 사이는, 봉착(封着)용 유리로 구성되는 허어메틱 시일부(60)에 의해서 기밀적으로 밀봉되어 있다.

지지 다이어프램(50)은, 패키지(10)의 형상에 맞춘 외형 형상을 갖는 인코넬의 박판으로 이루어지고, 둘레 가장자리는 전술한 하부 하우징(11)과 상부 하우징(12)의 가장자리부에 끼워져서 용접 등에 의해 접합되어 있다. 지지 다이어프램(50)의 두께는, 예컨대 본 실시형태의 경우 수십 미크론으로서, 각 대좌 플레이트(21, 22) 보다 충분히 얇은 두께로 되어 있다. 또한, 지지 다이어프램(50)의 중앙 부분에는, 센서(30)에 압력을 유도하기 위한 압력 도입 구멍(50a)이 형성되어 있다. 지지 다이어프램(50)의 양면에는, 지지 다이어프램(50)과 패키지(10)의 접합부에서 둘레 방향 전체에 걸쳐서 어느 정도 이격한 위치에 산화알루미늄의 단결정체인 사파이어로 이루어지는 얇은 링형의 하부 대좌 플레이트(제1 대좌 플레이트)(21)와 상부 대좌 플레이트(제2 대좌 플레이트)(22)가 접합되어 있다.

각 대좌 플레이트(21, 22)는, 지지 다이어프램(50)의 두께에 대하여 전술한 대로 충분히 두껍게 되어 있고, 또한 지지 다이어프램(50)을 양 대좌 플레이트(21, 22)에서 소위 샌드위치형으로 끼우는 구조를 갖고 있다. 이것에 의해서, 지지 다이어프램(50)과 대좌 플레이트(20)의 열팽창률의 차이에 따라서 발생하는 열응력으로 이 부분이 휘는 것을 방지하고 있다. 또한 상부 대좌 플레이트(22)에는, 산화알루미늄의 단결정체인 사파이어로 된 상면에서 보아 직사각형상의 센서(30)가, 산화알루미늄베이스의 접합재를 통해 접합되어 있다.

센서(30)는, 상면에서 보아 한변이 1㎝인 정사각형 이하의 크기를 가지고 사각각형의 박판으로 이루어지는 스페이서(31)와, 스페이서(31)에 접합되고 압력의 인가에 따라서 변형이 생기는 센서 다이어프램(32)과, 센서 다이어프램(32)에 접합하여 진공의 용량실(레퍼런스실)(30A)을 형성하는 센서 대좌(33)를 갖고 있다. 또한, 진공의 용량실(30A)과 기준 진공실(10B)은, 센서 대좌(33)의 적소에 뚫어 설치된, 도시하지 않는 연통 구멍을 통해, 대략 동일한 진공도를 유지하고 있다. 또, 스페이서(31), 센서 다이어프램(32) 및 센서 대좌(33)는, 소위 직접 접합에 의해서 상호 접합되어, 일체화한 센서(30)를 구성하고 있다.

또한 센서(30)의 용량실(30A)에는, 센서 대좌(33)의 함몰부(33a)에 금 또는 백금 등의 도체로 된 고정 전극(33b, 33c)이 형성되어 있고, 이것과 대향하는 센서 다이어프램(32)의 표면상에 금 또는 백금 등의 도체로 된 가동 전극(32b, 32c)이 형성되어 있다. 또한, 센서(30)의 상면에는, 금 또는 백금으로 이루어지는 콘택트 패드(35, 36)가 형성되고, 이들 고정 전극(33b, 33c)과 가동 전극(32b, 32c)은 콘택트 패드(35, 36)와 도시하지 않는 배선에 의해서 접속되어 있다.

전극 리드부(40)는, 전극 리드핀(41)과 금속제 실드(42)를 구비하고 있다. 전극 리드핀(41)은, 금속제 실드(42)에 유리 등의 절연성 재료로 이루어지는 허어메틱 시일부(43)에 의해서 그 중앙 부분이 매설되고, 전극 리드핀(41)의 양단부 사이에서 기밀 상태를 유지하고 있다. 전극 리드핀(41)의 일단은, 센서(30)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 전극 리드핀(41)의 타단은, 커버(13)의 삽입 관통 구멍(13a)을 통해 패키지(10)의 외부에 노출되어, 회로부(70)에 접속되어 있다. 또, 실드(42)와 커버(13) 사이에도, 전술한 대로 허어메틱 시일부(60)가 개재되어 있다. 또한, 전극 리드핀(41)의 일단에는, 도전성을 갖는 컨택트 스프링(45, 46)이 접속되어 있다. 컨택트 스프링(45, 46)은, 압력 도입부(10A)에서 프로세스 가스 등의 피측정 유체가 갑자기 유입됨으로써 발생하는 급격한 압력 상승에 의해 지지 다이어프램(50)이 약간 변이하더라도, 컨택트 스프링(45, 46)의 압박력이 센서(30)의 측정 정밀도에 영향을 주지 않는 정도의 충분한 부드러움을 갖고 있다.

회로부(70)는 1장 또는 복수의 기판으로 구성되어 있고, 회로 수용부(71)에 수용되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 센서(30)를 수용하는 센서 수용부로서의 패키지(10)와, 회로부(70)를 수용하는 회로 수용부(71)는 별개의 케이스로 구성되어 있다. 또한 이들 패키지(10) 및 회로 수용부(71)는, 정해진 길이를 갖는 접속 구조체(90)를 개재하여 격리 배치되어 있다. 접속 구조체(90)의 길이(패키지(10)와 회로 수용부(71) 사이의 거리)는, 패키지(10)나 회로 수용부(71)의 사이즈, 센서(30)의 가열 온도, 압력 센서 장치(1)의 배치 양태 등에 따라서 적절하게 설정할 수 있다.

접속 구조체(90)는, 전극 리드부(40)와, 전극 리드부(40)에 접속되는 연장 실드부(80)로 구성되어 있다. 전극 리드부(40)는, 상기한 대로 전극 리드핀(41) 및 금속제의 실드(42)를 갖고 있다. 전극 리드핀(41)은, 패키지(10) 내의 센서(30)와 회로 수용부(71) 내의 회로부(70)를 접속하는 도선이며, 금속제의 실드(42) 보다도 외부로 길게 연장되어 있다. 연장 실드부(80)는, 전극 리드부(40)의 실드(42)로부터 노출된 전극 리드핀(41)의 외주를 덮는 절연 파이프(81)와, 절연 파이프(81)의 외주를 덮는 코일 스프링(82)으로 구성되어 있다.

전극 리드핀(41)은, 내열성을 갖는 금속(예컨대, 인코넬 X750 등의 내열성 니켈 합금, 하스텔로이, SUS310S 등의 내열성 스테인레스)으로 구성되어 있다. 절연 파이프(81)는, 절연 재료(예컨대, 알루미나나 석영 유리 등)로 구성된 절연 부재이며, 전극 리드핀(41)과 코일 스프링(82)을 절연하는 기능을 다한다. 본 실시형태에 있어서의 절연 파이프(81)는, 그 내부에 전극 리드핀(41)을 통과시키는 관통 구멍(81a)을 갖는 장척의 원통형으로 형성되어 있다. 코일 스프링(82)은, 내열성을 갖는 금속(예컨대, 인코넬 X750 등의 내열성 니켈 합금, 하스텔로이, SUS310S 등의 내열성 스테인레스)으로 구성된 탄성 부재이며, 연장 실드부(80)에 탄성이나 가요성을 부여하는 기능을 다한다. 코일 스프링(82)은, 인장 코일 스프링이라도 압축 코일 스프링이라도 어느 것이라도 좋고, 그 권취수나 간격은 적절하게 설정할 수 있다.

연장 실드부(80)를 구성하는 절연 파이프(81)는, 전극 리드부(40)를 구성하는 실드(42)의 단부에 접촉되거나 또는 접착제 등에 의해 접합된다. 또한, 코일 스프링(82)은, 레이저 용접이나 저항 용접 등의 각종 용접 방식, 각종 기계적 결합 방식, 감입 등에 의해 절연 파이프(81)에 고정된다.

계속해서 본 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1)의 작용에 관해서 설명한다. 또, 본 실시형태에 있어서는, 압력 센서 장치(1)를, 예컨대 반도체 제조 장치의 적당한 장소에 부착하고, 예컨대 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 반도체 제조 프로세스 중에 있어서 프로세스 가스의 진공에 가까운 미소 압력(이하, 「미압」이라고 한다)을 측정할 때에 있어서의 압력 센서 장치(1)의 작용에 관해서 설명하는 것으로 한다.

프로세스 가스는, 압력 센서 장치(1)의 압력 도입부(10A)에서 압력 도입 구멍(11d)을 통해 패키지(10) 내에 유입된다. 이 때 프로세스 가스의 급격한 유입이 생기더라도, 배플(11c)과 압력 도입 구멍(11d)을 통해 프로세스 가스를 우회시켜 패키지(10) 내에 유입시키기 때문에, 센서 다이어프램(32)에 프로세스 가스가 직접 맞닿는 일이 없다. 그 때문에, 센서 다이어프램(32)에 프로세스 가스의 성분이나 프로세스 가스에 포함되는 불순물의 재퇴적을 방지할 수 있다.

또 프로세스 가스가 미압이더라도, 센서(30)의 용량실 내는 진공이기 때문에, 센서 다이어프램(32)이 휘고, 센서(30)의 고정 전극(33b, 33c)과 가동 전극(32b, 32c)의 간격이 변화된다. 이것에 의해서, 고정 전극(33b, 33c)과 가동 전극(32b, 32c)으로 구성된 콘덴서의 용량치가 변화된다. 이러한 용량치의 변화를 전극 리드부(40)에 의해서 압력 센서 장치(1)의 외부로 추출함으로써, 프로세스 가스의 미압을 측정할 수 있다.

한편 본 실시형태에 있어서 압력 센서 장치(1)는 반도체 제조 프로세스에 설치되어 있고, 프로세스 가스는 고온이기 때문에, 반도체 제조 장치로의 프로세스 가스의 유입전과 유입후에서 압력 센서 장치(1)가 부착된 부분에 큰 열적 변화가 생긴다. 또한 센서(30) 자체도, 히터에 의해(예컨대 최대 200℃ 정도까지) 가열하여 사용하기 때문에 열적 변화가 생긴다. 게다가, 장치 제작시의 수압부 제작 공정(최종 밀봉 공정)에 있어서는 약 300℃의 가열이 필요해지기 때문에, 패키지(10) 내에 수용되는 부품에는 큰 열적 변화가 생긴다. 이 점, 본 실시형태에 있어서의 압력 센서 장치(1)의 경우, 패키지(10)와 회로 수용부(71)가 별개의 케이스로 구성되어 격리 배치되어 있기 때문에, 종래의 일체형 압력 센서 장치가 필요로 하고 있었던 장치 내의 특수한 단열·방열 구조가 불필요해져, 패키지(10)와 회로 수용부(71)를 현장의 환경에 따라서 유연하게 설치할 수 있다.

이상 설명한 실시형태에 관한 압력 센서 장치(1)에 있어서는, 패키지(10)(센서 수용부)와 회로 수용부(71)가 별개의 케이스로 구성되어 격리 배치되어 있기 때문에, 패키지(10)와 회로 수용부(71)를 현장의 환경에 따라서 유연하게 설치할 수 있다. 또한 패키지(10)와 회로 수용부(71)를 접속하는 접속 구조체(90)는, 패키지(10) 내의 센서(30)와 회로 수용부(71) 내의 회로부(70)를 접속하는 전극 리드핀(41)과, 전극 리드핀(41)의 외주를 덮는 절연 파이프(81)와, 절연 파이프(81)의 외주를 덮는 코일 스프링(82)을 갖고 있기 때문에, 높은 기계적 강도나 탄성을 갖는 것이 된다. 또한 이러한 접속 구조체(90)는 방열 부재나 전자 실드 부재로서도 기능한다. 따라서 간이한 구성이면서 기계적 강도, 내열성, 전자 실드성을 높일 수 있어, 압력 센서 장치(1)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

<제2 실시형태>

다음에 도 2를 이용하여 본 발명의 제2 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1A)에 관해서 설명한다. 본 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1A)는, 제1 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1)의 접속 구조체(연장 실드부)의 구성만을 변경한 것이고, 그 밖의 구성에 관해서는 실질적으로 제1 실시형태와 공통이다. 이 때문에, 상이한 구성을 중심으로 설명하는 것으로 하고, 공통되는 구성에 관해서는 제1 실시형태와 같은 부호를 붙여 상세한 설명을 생략하는 것으로 한다.

본 실시형태에 관한 압력 센서 장치(1A)의 접속 구조체(90A)는, 전극 리드부(40)와, 전극 리드부(40)에 접속되는 연장 실드부(80A)로 구성되어 있다. 연장 실드부(80A)는, 전극 리드부(40)의 실드(42)로부터 노출된 전극 리드핀(41)의 외주를 덮는 관형 구조체(81A)와, 절연 파이프(81)의 외주를 덮는 코일 스프링(82)으로 구성되어 있다.

전극 리드핀(41) 및 코일 스프링(82)은, 제1 실시형태의 것과 실질적으로 동일하기 때문에 설명을 생략한다. 관형 구조체(81A)는, 제1 실시형태의 절연 파이프(81)와 같은 장척의 원통형의 절연 부재이며, 절연 재료(예컨대 알루미나나 석영 유리 등)로 구성된 복수 개의 단척의 관형 부재(81Ab)를 전극 리드핀(41)의 길이 방향으로 적층하여 구성한 것이다. 관형 구조체(81A)는, 이와 같이 복수 개의 단척의 관형 부재(81Ab)로 구성되어 있기 때문에, 높은 가요성을 갖는 것이 된다. 관형 구조체(81A)의 내부에는, 전극 리드핀(41)을 통과시키는 관통 구멍(81Aa)이 형성된다.

이상 설명한 실시형태에 관한 압력 센서 장치(1A)에서도, 패키지(10)(센서 수용부)와 회로 수용부(71)가 별개의 케이스로 구성되어 격리 배치되어 있기 때문에, 패키지(10)와 회로 수용부(71)를 현장의 환경에 따라서 유연하게 설치할 수 있다. 또한 패키지(10)와 회로 수용부(71)를 접속하는 접속 구조체(90A)는, 패키지(10) 내의 센서(30)와 회로 수용부(71) 내의 회로부(70)를 접속하는 전극 리드핀(41)과, 전극 리드핀(41)의 외주를 덮는 관형 구조체(81A)와, 관형 구조체(81A)의 외주를 덮는 코일 스프링(82)을 갖고 있기 때문에, 높은 기계적 강도나 탄성을 갖는 것이 된다. 또한 이러한 접속 구조체(90A)는, 방열 부재나 전자 실드 부재로서도 기능한다. 따라서 간이한 구성이면서, 기계적 강도, 내열성, 전자 실드성을 높일 수 있어, 압력 센서 장치(1A)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한 이상 설명한 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1A)에서는, 절연 재료로 구성된 복수 개의 단척의 관형 부재(81Ab)를 전극 리드핀(41)의 길이 방향으로 적층하여 관형 구조체(81A)를 구성함으로써, 접속 구조체(90A)의 가요성을 한층 더 높일 수 있다. 또한 복수 개의 단척의 관형 부재(81Ab)를 적층함으로써, 임의 길이의 접속 구조체(90A)를 형성할 수 있다.

<제3 실시형태>

다음에 도 3을 이용하여, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1B)에 관해서 설명한다. 본 실시형태에 관한 압력 센서 장치(1B)는, 제1 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1)의 접속 구조체(연장 실드부)의 구성만을 변경한 것이고, 그 밖의 구성에 관해서는 실질적으로 제1 실시형태와 공통이다. 이 때문에, 상이한 구성을 중심으로 설명하는 것으로 하고, 공통되는 구성에 관해서는 제1 실시형태와 같은 부호를 붙여 상세한 설명을 생략하는 것으로 한다.

본 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1B)의 접속 구조체(90B)는, 전극 리드부(40)와, 전극 리드부(40)에 접속되는 연장 실드부(80B)로 구성되어 있다. 연장 실드부(80B)는, 전극 리드부(40)의 실드(42)로부터 노출된 전극 리드핀(41)의 외주를 덮는 관형 구조체(81B)와, 절연 파이프(81)의 외주를 덮는 코일 스프링(82)으로 구성되어 있다.

전극 리드핀(41) 및 코일 스프링(82)은, 제1 실시형태의 것과 실질적으로 동일하기 때문에 설명을 생략한다. 관형 구조체(81B)는, 제1 실시형태의 절연 파이프(81)와 같은 장척의 원통형의 절연 부재이며, 절연 재료(예컨대, 알루미나나 석영 유리 등)로 구성된 복수 개의 단척의 관형 부재(81Bb)를 전극 리드핀(41)의 길이 방향으로 적층하여 구성한 것이다. 관형 구조체(81B)의 내부에는, 전극 리드핀(41)을 통과시키는 관통 구멍(81Ba)이 형성되는 것이 된다. 본 실시형태에 있어서의 단척의 관형 부재(81Bb)는, 도 3에 도시한 바와 같이 한 쪽 단부는 선두가 가는 볼록형으로 형성되고, 다른 쪽 단부는 이 볼록형 단부를 끼워 넣을 수 있을 것 같은 오목형으로 형성되어 있다. 관형 구조체(81B)는, 이러한 형상의 단척의 관형 부재(81Bb)를 복수 개 끼워 합쳐서 구성하고 있기 때문에, 높은 가요성을 갖는 것이 된다.

이상 설명한 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1B)에서도, 패키지(10)(센서 수용부)와 회로 수용부(71)가 별개의 케이스로 구성되어 격리 배치되어 있기 때문에, 패키지(10)와 회로 수용부(71)를 현장의 환경에 따라서 유연하게 설치할 수 있다. 또한 패키지(10)와 회로 수용부(71)를 접속하는 접속 구조체(90B)는, 패키지(10) 내의 센서(30)와 회로 수용부(71) 내의 회로부(70)를 접속하는 전극 리드핀(41)과, 전극 리드핀(41)의 외주를 덮는 관형 구조체(81B)와, 관형 구조체(81B)의 외주를 덮는 코일 스프링(82)을 갖고 있기 때문에, 높은 기계적 강도나 탄성을 갖는 것이 된다. 또한 이러한 접속 구조체(90B)는, 방열 부재나 전자 실드 부재로서도 기능한다. 따라서 간이한 구성이면서, 기계적 강도, 내열성, 전자 실드성을 높일 수 있어, 압력 센서 장치(1B)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한 이상 설명한 실시형태에 따른 압력 센서 장치(1B)에서는, 절연 재료로 구성된 복수 개의 단척의 관형 부재(81Bb)를 전극 리드핀(41)의 길이 방향으로 적층하여 관형 구조체(81B)를 구성함으로써, 접속 구조체(90B)의 가요성을 한층 더 높일 수 있다. 또한 복수 개의 단척의 관형 부재(81Bb)를 적층함으로써, 임의 길이의 접속 구조체(90B)를 형성할 수 있다.

또 이상의 각 실시형태에 있어서는, 지지 다이어프램(50)은 인코넬로 되어 있었지만, 반드시 이것에 한정되지 않고, 스테인레스나 코바 등의 내식성 금속으로 되어 있더라도 좋다. 또한 대좌 플레이트(20)나 센서(30)는 사파이어로 되어 있었지만, 반드시 이 재질로 한정되지 않고, 실리콘이나 알루미나, 실리콘카바이드 또는 석영 등으로 되어 있더라도 좋다. 또한 도체 패드(35, 36)와 전극 리드부(40)의 접속부는, 소위 컨택트 스프링(45, 46)의 형태로 구성되어 있지만, 충분한 가요성을 가지면 반드시 이것에 한정되지 않고, 판 스프링과 같은 형태이더라도 좋다. 게다가 전극 리드부(40)와 도체 패드(35, 36)를 충분히 부드러운 도전 와이어로 연결하고 있더라도 좋다. 또한 센서(30), 대좌 플레이트(20), 전극 리드부(40), 패키지(10)의 형상은 전술의 실시형태에 한정되는 것이 아닌 것은 물론이다.

1, 1A, 1B : 압력 센서 장치 10 : 패키지
30 : 센서 41 : 전극 리드핀(도선)
70 : 회로부 71 : 회로 수용부
81 : 절연 파이프(절연 부재) 81A, 81B : 관형 구조체(절연 부재)
81Ab, 81Bb : 단척의 관형 부재 82 : 코일 스프링(탄성 부재)
90, 90A, 90B : 접속 구조체

Claims

외부에서 도입되는 가스의 압력을 검출하는 센서와, 상기 센서를 정해진 동작 온도로 가열하는 히터와, 상기 센서 및 상기 히터를 수용하는 패키지와, 상기 센서로 검출한 검출 출력에 기초하여 상기 가스의 압력을 나타내는 출력 신호를 발생하는 회로부와, 상기 회로부를 수용하는 회로 수용부를 구비하는 압력 센서 장치로서,
상기 패키지와 상기 회로 수용부는 별개의 케이스로 구성되고 접속 구조체를 개재하여 격리 배치되고,
상기 접속 구조체는, 상기 패키지 내의 상기 센서와 상기 회로 수용부 내의 상기 회로부를 접속하는 전극 리드핀과, 상기 전극 리드핀의 외주를 덮는 절연 파이프와, 상기 절연 파이프의 외주를 덮는 코일 스프링을 갖는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
제1항에 있어서, 상기 절연 파이프는, 절연 재료로 구성된 복수 개의 관형 부재를 상기 전극 리드핀의 길이 방향으로 적층하여 구성된 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
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