KR102540739B1

KR102540739B1 - 압력센서의 실드구조, 및 그것을 구비하는 압력센서

Info

Publication number: KR102540739B1
Application number: KR1020227017011A
Authority: KR
Inventors: 카즈야 타키모토; 타츠야 타나카; 토모하루 오바
Original assignee: 가부시키가이샤 사기노미야세이사쿠쇼
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2023-06-08
Also published as: EP3719469A1; JP6786469B2; US11237071B2; EP3719469B1; EP4269974A3; CN115183933A; KR20220070074A; WO2019107037A1; CN111406204A; US20200400523A1; CN115165203A; KR20200066734A; EP4269974A2; CN111406204B; JP2019100807A; US11624671B2; EP4303555A1; KR102402376B1; US20220113210A1; EP3719469A4

Abstract

본 발명은, 압력센서에 있어서, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부에 대한 원하지 않는 전계를 차단하는 캡형상의 실드부재(17)가, 액봉실(13) 내에 있어서의 센서칩(16)의 한쪽 단면과 다이어프램(32)과의 사이이며 원반형상의 도전판(19)의 단면에 지지되고, 도전판(19)은, 예를 들어 입출력 단자그룹(40ai) 및 본딩와이어(Wi)를 통하여 전기적으로 접속되는 동시에, 센서칩(16)은, 입출력 단자그룹(40ai) 및 본딩와이어(Wi)를 통하여 전기적으로 접속되어 있는 칩마운트 부재(18)의 일단부에 지지되는 것에 관한 것이다.

Description

압력센서의 실드구조, 및 그것을 구비하는 압력센서{Shield Structure for Pressure Sensor, and Pressure Sensor Provided with Same}

본 발명은, 압력센서의 실드구조, 및 그것을 구비하는 압력센서에 관한 것이다.

액봉형의 반도체 압력센서에 내장되는 센서유닛은, 예를 들어 특허문헌 1에 나타나는 바와 같이, 이음매부 내에 지지되어 압력검출실과 후술하는 액봉실을 격절하는 금속 다이어프램과, 금속 다이어프램의 상방에 형성되어 압력전달매체로서의 실리콘오일을 저류하는 액봉실과, 액봉실 내에 배치되어 금속 다이어프램을 통하여 실리콘오일의 압력변동을 검출하는 센서칩과, 센서칩을 지지하는 센서칩 마운트부재와, 하우징의 관통구멍에 있어서의 센서칩 마운트부재의 주위를 밀봉하는 헤르메틱 글라스와, 센서칩으로부터의 출력신호의 송출 및 센서칩으로의 전력 공급을 행하는 단자그룹(리드핀)을 주요 요소로서 포함하여 구성되어 있다.

상술과 같은 구성에 있어서, 금속 다이어프램, 베이스 플레이트, 및 이음매부는, 동일 전위로 접속되어 있고, 또한 이들 부위와 센서칩과는 절연되어 있다. 동력원인 1차측 전원과, 센서칩의 출력신호를 처리하는 제어회로인 2차측 전원과의 절연이 불충분한 경우, 센서칩측의 임피던스가 높기 때문에, 마주보고 배치되어 있는 금속 다이어프램과 센서칩과의 사이에 전위차가 발생한다. 금속 다이어프램 및 센서칩 상호간에 발생하는 전위에 기인한 센서칩 내의 전자회로 및 비휘발성 메모리에 대한 영향(압력센서의 출력변동)을 방지하기 위하여, 예를 들어 특허문헌 1에 나타나는 바와 같이, 센서칩을 둘러싸고 원통형상의 공간을 형성하도록 금속제의 하판 및 금속부재를 헤르메틱 글라스의 단면에 설치하는 것이 제안되어 있다. 그러한 센서칩은, 누름판을 통하여 센서칩에 집적되어 있는 전자회로의 제로전위에 접속된 리드핀 및 금속부재에 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라, 하판 및 금속부재의 전위는, 하판과 금속부재에 의하여 둘러싸인 공간 내에 있는 센서칩의 전자회로와 동일한 제로전위가 되므로, 금속 다이어프램과 센서칩 사이의 전위차가 없으며, 따라서 센서칩의 전자회로에 영향을 미치는 전계가 발생할 우려가 없다.

특허문헌 1: 일본특허공보 제3987386호

더욱이, 이러한 경우의 대책으로서는, 예를 들어 상술한 액봉실로부터 이격된 헤르메틱 글라스의 다른 쪽 단면으로부터 돌출되는 리드핀과 접속되는 상술한 바와 같은 누름판을 더 배치하거나, 또한 별도의 공정으로 리드핀과 전기적으로 접속하거나 하는 등 하여서, 그 리드핀을 센서칩에 집적되어 있는 전자회로의 제로전위에 접속하는 것이 생각된다.

하지만, 누름판의 추가 배치, 및 리드핀과 누름판을 접속하는 작업이 필요하게 됨으로써, 압력센서에 있어서의 부품수, 및 조립작업공정이 증대되기 때문에 득책이라고는 할 수 없다.

이상의 문제점을 고려하여, 본 발명은, 압력센서의 실드구조, 및 그것을 구비하는 압력센서로서, 부품수, 및 조립작업공정을 증대시키지 않고, 압력센서에 있어서의 센서칩과 금속 다이어프램과의 사이에 발생하는 전계에 대한 영향을 저감시킬 수 있는 압력센서의 실드구조, 및 그것을 구비하는 압력센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조는, 압력을 검출하여 검출출력신호를 송출하는 센서칩과, 센서칩을 지지하는 칩마운트 부재와, 센서칩 및 칩마운트 부재가 배치되는 액봉실과 액봉실과 마주보는 압력실을 구획하는 다이어프램과, 헤르메틱 글라스에 지지되어 센서칩에 전기적으로 접속되는 입출력 단자그룹을 포함하여 이루어지는 센서유닛과, 입출력 단자그룹에 전기적으로 접속되는 도전판에 의하여 지지됨으로써, 액봉실 내에 있어서의 센서칩의 한쪽 단면과 다이어프램과의 사이에 배치되고, 센서칩의 신호처리 전자회로부에 작용하는 전계를 차단하는 전계차단부재를 구비하여 구성된다. 도전판이, 헤르메틱 글라스의 단면에 배치되어 입출력 단자그룹에 전기적으로 접속되어도 좋다.

또한, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조는, 압력을 검출하여 검출출력신호를 송출하는 센서칩과, 센서칩이 배치되는 액봉실과 액봉실과 마주보는 압력실을 구획하는 다이어프램과, 센서칩에 전기적으로 접속되는 입출력 단자그룹을 포함하여 이루어지는 센서유닛과, 입출력 단자그룹에 전기적으로 접속되는 도전판에 의하여 지지됨으로써, 액봉실 내에 있어서의 센서칩의 한쪽 단면과 다이어프램과의 사이에 배치되고, 센서칩의 신호처리 전자회로부에 작용하는 전계를 차단하는 전계차단부재를 구비하여 구성된다. 도전판이, 센서유닛을 수용하는 센서 하우징의 내주면에 배치되어 입출력 단자그룹에 전기적으로 접속되어도 좋다. 도전판은, 센서칩의 신호처리 전자회로부와 동일 전위여도 좋다.

더욱이, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조는, 압력을 검출하여 검출출력신호를 송출하는 센서칩과, 센서칩을 지지하는 칩마운트 부재와, 센서칩 및 칩마운트 부재가 배치되는 액봉실과 액봉실과 마주보는 압력실을 구획하는 다이어프램과, 헤르메틱 글라스에 지지되어 센서칩에 전기적으로 접속되는 입출력 단자그룹을 포함하여 이루어지는 센서유닛과, 헤르메틱 글라스의 단면에 배치되어 입출력 단자그룹에 전기적으로 접속됨으로써, 액봉실 내에 있어서의 센서칩의 한쪽 단면과 다이어프램과의 사이에 배치되고, 센서칩의 신호처리 전자회로부에 작용하는 전계를 차단하는 전계차단부재를 구비하여 구성된다. 전계차단부재는, 센서칩의 신호처리 전자회로부와 동일 전위여도 좋다.

그리고 또한, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조는, 압력을 검출하여 검출출력신호를 송출하는 센서칩과, 센서칩을 지지하는 칩마운트 부재와, 센서칩 및 칩마운트 부재가 배치되는 액봉실과 액봉실과 마주보는 압력실을 구획하는 다이어프램과, 센서칩 및 칩마운트 부재에 전기적으로 접속되는 입출력 단자그룹을 포함하여 이루어지는 센서유닛과, 칩마운트 부재의 단면에 배치되어 입출력 단자그룹에 전기적으로 접속됨으로써, 액봉실 내에 있어서의 센서칩의 한쪽 단면과 다이어프램과의 사이에 배치되고, 센서칩의 신호처리 전자회로부에 작용하는 전계를 차단하는 전계차단부재를 구비하여 구성된다. 전계차단부재는, 센서칩의 신호처리 전자회로부와 동일 전위여도 좋다.

본 발명에 따른 압력센서는, 압력을 검출하여 검출출력신호를 송출하는 센서칩과, 센서칩을 지지하는 칩마운트 부재와, 센서칩 및 칩마운트 부재가 배치되는 액봉실과 액봉실과 마주보는 압력실을 구획하는 다이어프램과, 헤르메틱 글라스에 지지되어 센서칩에 전기적으로 접속되는 입출력 단자그룹을 포함하여 이루어지는 센서유닛과, 입출력 단자그룹에 칩마운트 부재와 함께 전기적으로 접속되는 도전판에 의하여 지지됨으로써, 액봉실 내에 있어서의 센서칩의 한쪽 단면과 다이어프램과의 사이에 배치되고, 센서칩의 신호처리 전자회로부에 작용하는 전계를 차단하는 전계차단부재와, 센서유닛 및 전계차단부재를 수용하는 센서유닛 수용부를 구비하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 압력센서는, 압력을 검출하여 검출출력신호를 송출하는 센서칩과, 센서칩이 배치되는 액봉실과 액봉실과 마주보는 압력실을 구획하는 다이어프램과, 센서칩에 전기적으로 접속되는 입출력 단자그룹을 포함하여 이루어지는 센서유닛과, 입출력 단자그룹에 전기적으로 접속되는 도전판에 의하여 지지됨으로써, 액봉실 내에 있어서의 센서칩의 한 쪽 단면과 다이어프램과의 사이에 배치되고, 센서칩의 신호처리 전자회로부에 작용하는 전계를 차단하는 전계차단부재와, 센서유닛 및 전계차단부재를 수용하는 센서유닛 수용부를 구비하여 구성된다. 전계차단부재는, 센서칩의 신호처리 전자회로부와 동일 전위여도 좋다.

본 발명에 따른 압력센서의 실드구조, 및 그것을 구비하는 압력센서에 따르면, 입출력 단자그룹에 전기적으로 접속되는 도전판에 의하여 지지됨으로써, 액봉실 내에 있어서의 센서칩의 한쪽 단면과 다이어프램과의 사이에 배치되고, 센서칩의 신호처리 전자회로부에 작용하는 전계를 차단하는 전계차단부재를 구비하기 때문에, 부품수 및 조립작업공정을 증대시키지 않고, 압력센서에 있어서의 센서칩과 금속 다이어프램과의 사이에 발생하는 전계에 대한 영향을 저감시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조의 일례의 주요부를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 액봉실 내에 배치되는 전계차폐부재를 도 1에 나타나는 화살표가 나타내는 방향으로부터 본 도면이다.
도 3은, 도 1에 나타나는 압력센서의 실드구조의 일례가 적용된 압력센서의 일례의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조의 다른 일례의 주요부를 나타내는 단면도이다.
도 5는, 도 4에 나타나는 예에 있어서의 V부를 부분적으로 확대하여 나타내는 부분확대도이다.
도 6은, 액봉실 내에 배치되는 전계차폐부재를 도 5에 나타나는 화살표가 나타내는 방향으로부터 본 도면이다.
도 7은, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조의 또 다른 일례의 주요부를 나타내는 단면도이다.
도 8은, 도 7에 나타나는 예에 있어서의 액봉실 내의 전계차단부재를 나타내는 평면도이다.
도 9는, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조의 또 다른 일례의 주요부를 나타내는 단면도이다.
도 10은, 도 9에 나타나는 예에 있어서의 X부를 부분적으로 확대하여 나타내는 부분확대도이다.
도 11은, 액봉실 내에 배치되는 전계차폐부재를 도 10에 나타나는 화살표가 나타내는 방향으로부터 본 도면이다.
도 12a는, 도 7에 나타나는 예에 이용되는 도전판의 다른 일례를, 부분단면을 포함하여 나타내는 사시도이다.
도 12b는, 도 12a에 나타나는 도전판이 센서 하우징에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 12c는, 도 7에 나타나는 예에 이용되는 도전판의 또 다른 일례를, 센서 하우징에 설치된 상태로 나타내는 단면도이다.

도 3은, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조의 일례가 적용된 압력센서의 구성을 개략적으로 나타낸다.

도 3에 있어서, 압력센서는, 압력이 검출되어야 할 유체가 유도되는 배관에 접속되는 이음매부재(30)와, 예를 들어 납땜 등에 의하여 이음매부재(30)의 베이스 플레이트(28)에 연결되어 후술하는 센서유닛을 수용하고 센서칩으로부터의 검출출력신호를 소정의 압력측정장치에 공급하는 센서유닛 수용부를 포함하여 구성되어 있다.

금속제의 이음매부재(30)는, 상술한 배관의 접속부의 수나사부에 나사결합되는 암나사부(30fs)를 내측에 가지고 있다. 암나사부(30fs)는, 화살표(P)가 나타내는 방향으로부터 공급되는 유체를 후술하는 압력실(28A)에 유도하는 이음매부재(30)의 포트(30a)에 연통하고 있다. 포트(30a)의 한쪽 개구단은, 이음매부재(30)의 베이스 플레이트(28)와 센서유닛의 다이어프램(32) 사이에 형성되는 압력실(28A)을 향하여 개구하고 있다.

센서유닛 수용부의 외곽부는, 커버부재로서의 원통형상의 방수케이스(20)에 의하여 형성되어 있다. 수지제의 방수케이스(20)의 하단부에는, 개구부(20b)가 형성되어 있다. 내측이 되는 개구부(20b)의 둘레의 단차부에는, 이음매부재(30)의 베이스 플레이트(28)의 둘레부가 계합되어 있다.

압력실(28A) 내에는, 이음매부재(30)의 포트(30a)를 통하여 유체의 압력이 도입된다.

센서유닛의 하우징(12)의 하단면은, 베이스 플레이트(28)의 둘레부에 용접에 의하여 연결되어 있다.

압력실(28A) 내의 압력을 검출하여 검출출력신호를 송출하는 센서유닛은, 금속제의 원통형상의 하우징(12)과, 압력실(28A)과 하우징(12)의 내주부를 격절하는 금속제의 다이어프램(32)과, 복수의 압력검출소자, 및 압력검출소자로부터의 신호를 처리하는 신호처리 전자회로부를 가지는 센서칩(16)과, 접착제층(50)을 통하여 센서칩(16)을 일단부에서 지지하는 금속제의 칩마운트 부재(18)와, 센서칩(16)에 전기적으로 접속되는 입출력 단자그룹(40ai)(i=1~8)과, 입출력 단자그룹(40ai) 및 오일충전용 파이프(44)를 칩마운트 부재(18)의 외주면과 하우징(12)의 내주면 사이에 고정하는 헤르메틱 글라스(14)를 주요 요소로서 포함하여 구성되어 있다.

다이어프램(32)은, 상술한 압력실(28A)과 마주보는 하우징(12)의 한쪽 하단면에 지지되어 있다. 압력실(28A)에 배치되는 다이어프램(32)을 보호하는 다이어프램 보호커버(34)는, 복수의 연통구멍(34a)을 가지고 있다. 다이어프램 보호커버(34)의 둘레는, 다이어프램(32)의 둘레와 함께 용접에 의하여 하우징(12)의 하단면에 접합되어 있다. 하우징(12), 다이어프램(32), 베이스 플레이트(28), 및 이음매부재(30)는, 접속되어 도통하고 있기 때문에 동일한 전위이다. 또한, 입출력 단자그룹(40ai), 칩마운트 부재(18)는, 예를 들어 헤르메틱 글라스(14) 등의 절연물을 통하여 하우징(12)과는 절연되어 보유되고 있다.

금속제의 다이어프램(32)과 마주보는 센서칩(16) 및 헤르메틱 글라스(14)의 단면과의 사이에 형성되는 액봉실(13)에는, 예를 들어 소정량의 실리콘오일, 또는 불소계 불활성액체와 같은 압력전달매체(PM)가, 오일충전용 파이프(44)를 통하여 충전되고 있다. 한편, 오일충전용 파이프(44)의 한쪽 단부는, 오일충전 후, 이점쇄선으로 나타나는 바와 같이, 눌려 폐색된다.

입출력 단자그룹(40ai)(i=1~8)은, 2개의 전원용 단자와, 1개의 출력용 단자와, 5개의 조정용 단자로 구성되어 있다. 각 단자의 양단부는 각각 상술한 헤르메틱 글라스(14)의 단부로부터 액봉실(13)을 향하여 돌출되거나, 또는 후술하는 단자대(24)의 구멍(24b)을 향하여 돌출되어 있다. 2개의 전원용 단자와, 1개의 출력용 단자는, 접속단자(36)를 통하여 각 리드선(38)의 심선(38a)에 접속되어 있다. 각 리드선(38)은, 예를 들어 소정의 압력측정장치에 접속된다. 한편, 도 3에 있어서는, 8개의 단자 중 4개의 단자만이 나타나 있다. 입출력 단자그룹(40ai)과 후술하는 센서칩(16) 사이는, 본딩와이어(Wi)로 접속되어 있다.

입출력 단자그룹(40ai)을 정렬시키는 단자대(24)는, 수지재료, 예를 들어 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)를 주요 성분으로서 성형되어 있다. 단자대(24)는, 입출력 단자그룹(40ai)이 삽입되는 복수개의 구멍(24b)과 함께, 내측에 소정 용적의 공동부(24A)를 가지고 있다. 단자정렬부(24T)는, 서로 이격된 복수개의 구멍(24b)을 가지며 상술한 기단부와 직교하도록 일체로 성형되어 있다. 접착면으로서의 단자대(24)의 기단부의 하단면은, 하우징(12)의 상단면에, 실리콘계 접착제에 의하여 접착되어 있다. 이에 따라, 소정의 두께를 가지는 환형상의 접착층(10a)이, 하우징(12)의 상단면에 형성되게 된다. 또한, 입출력 단자그룹(40ai)이 돌출되는 헤르메틱 글라스(14)의 상단면 전체에는, 실리콘계 접착제로 이루어지는 피복층(10b)이 소정의 두께로 형성되어 있다.

단자정렬부재로서의 단자대(24)의 외주면, 및 단자대(24)에 연결되어 상술한 단자정렬부(24T)의 구멍(24b) 및 단자대(24)의 상부의 개구단을 덮는 엔드캡(22)의 외주면과 방수케이스(20)의 내주면과의 사이, 또한 방수케이스(20)의 내주면과 하우징(12)의 외주면과의 사이에는, 밀봉재(26)가 소정량 충전되어 있다. 단자대(24) 및 엔드캡(22)은, 상술한 센서유닛을 사이에 끼우고 이음매부재(30)의 베이스 플레이트(28)와 마주보고 방수케이스(20) 내에 배치되어 있다. 엔드캡(22)의 상단면은, 방수케이스(20)의 개구단으로부터 상방을 향하여 돌출되어 있다. 즉, 엔드캡(22)의 상단면의 위치는, 방수케이스(20)의 개구단면의 위치보다 높은 위치가 된다.

센서칩(16)은, 예를 들어 액봉실(13)의 내측이 되는 칩마운트 부재(18)의 일단부에 접착제층(50)을 통하여 접착되어 있다. 대략 직사각형상의 센서칩(16)의 바깥치수는, 도 1에 나타나는 바와 같이, 칩마운트 부재(18)의 직경보다 크게 설정되어 있다.

액봉실(13) 내에는, 예를 들어 원반 형상의 도전판(19)이 센서칩(16)을 둘러싸도록, 헤르메틱 글라스(14)의 한쪽 단면에 지지되어 있다. 도전판(19)은, 수지, 글라스, 세라믹 중 어느 절연재료로 형성되어 있고, 그 한쪽 단면이, 접착, 증착, 도금 등에 의하여 형성되는 도전층인 금, 은, 동, 알루미늄 등의 금속막으로 형성되어 일체로 되어 있다. 상술한 도전판(19)의 도전층이 있는 한쪽 단면이, 다이어프램(32)과 대향하고, 도전판(19)은, 절연층인 다른 쪽 단면에서 헤르메틱 글라스(14)에 지지되어 있다.

또한, 액봉실(13) 내에 있어서의 센서칩(16)의 한쪽 단면과 다이어프램(32)과의 사이에는, 전계차단부재로서의 실드부재(17)가 설치되어 있다. 실드부재(17)는, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부에 대한 원하지 않는 전계를 차단하는 것이 된다.

실드부재(17)는, 예를 들어 스테인리스강, 동, 알루미늄 등 도전성의 금속재료로 만들어져도 좋고, 또는 예를 들어 수지, 글라스, 세라믹 등의 절연재료로 만들어지고, 그 표면이 접착, 증착, 스퍼터링, 도금 등에 의하여 성막되는 도전성의 금속으로 형성되어 일체로 되어 있어도 좋다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 캡형상의 실드부재(17)에 있어서의 4개의 고정단부는, 원반형상의 도전판(19)의 한쪽 단면에 있어서의 센서칩(16)의 외주부에 근접하여 접합되어 도통하고 있다. 실드부재(17)의 측면에는, 도시가 생략되지만, 복수개의 개구부가 설치되어 있다. 실드부재(17)의 형상은, 다이어프램(32)의 변위에 따른 압력이 압력전달매체(PM)를 통하여 센서칩(16)에 전반(傳搬)되도록, 압력전달매체(PM)가 이동 가능한 형상으로 되어 있다.

도전판(19)은, 입출력 단자그룹(40ai) 중 어느 1개 이상, 예를 들어 제로(V)용 단자와 본딩와이어(Wi)를 통하여 접속되고, 도통하고 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 실드부재(17) 및 도전판(19)의 전위는, 센서칩(16)에 탑재되어 있는 전자회로와 동일 전위로 되어 있다.

실드부재(17)에 있어서의 센서칩(16) 전체를 덮는 부분은, 센서칩(16)의 단면과의 사이에 소정의 간극이 형성되어 있다. 한편, 실드부재(17)의 바깥치수는, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부에 대한 원하지 않는 전계를 차단하도록, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부의 크기에 따라서 적절히 설정되어도 좋다.

따라서, 다이어프램(32)과 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부와의 사이에, 센서칩(16)의 전위와 동일 전위가 되는 실드부재(17)를 배치함으로써, 유닛의 1차측 전원(미도시)과 동일 전위인 다이어프램(32)과, 제어회로(미도시)측과의 전위차에 의하여 발생하는 센서칩(16)에 작용하는 전계는, 실드부재(17)에 의하여 차단된다. 또한, 실드부재(17) 및 센서칩(16)의 전위는, 동일 전위이므로, 전계는 이들 상호간에 발생하지 않는다. 그 때문에, 센서칩(16)과 다이어프램(32)과의 사이에 발생하는 전위차는, 센서칩(16)에 작용하지 않기 때문에, 센서칩(16)에 있어서의 전자회로에 대한 영향을 방지할 수 있다.

도 4는, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조의 다른 일례가 적용된 압력센서의 주요부를 부분적으로 나타낸다.

도 1에 나타나는 예에 있어서는, 캡형상의 실드부재(17)에 있어서의 4개의 고정단부는, 예를 들어 원반 형상의 도전판(19)의 단면에 있어서의 센서칩(16)의 외주부에 근접하여 접합되어 있는데, 그 대신에, 도 4에 나타나는 예는, 실드판(48)이 액봉실(13) 내에 있어서의 헤르메틱 글라스(14)의 단면에 지지되어 있는 것으로 된다.

한편, 도 4 내지 도 6에 있어서, 도 1 및 도 3에 나타나는 예에 있어서의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 부호를 붙여 나타내고, 그 중복설명을 생략한다.

이러한 압력센서에 있어서도, 도시는 생략되지만, 압력이 검출되어야 할 유체가 유도되는 배관에 접속되는 이음매부재와, 이음매부재의 베이스 플레이트에 연결되어 후술하는 센서유닛을 수용하고 센서칩으로부터의 검출출력신호를 소정의 압력측정장치에 공급하는 센서유닛 수용부를 포함하여 구성되어 있다.

액봉실(13) 내에 있어서의 센서칩(16)의 한쪽 단면과 다이어프램(32)과의 사이에는, 전계차단부재로서의 실드판(48)이 설치되어 있다. 실드판(48)은, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부에 대한 원하지 않는 전계를 차단하는 것이 된다. 실드판(48)은, 예를 들어 스테인리스강, 동, 알루미늄 등 도전성의 금속재료로 만들어져도 좋고, 또는 실드판(48)이, 예를 들어 수지, 글라스, 세라믹 등의 절연재료로 만들어져, 접착, 증착, 스퍼터링, 도금 등에 의하여 형성된 도전성의 금속의 도전층이, 그 한쪽 표면에, 형성되어 일체로 되어도 좋다. 띠형상의 실드판(48)은, 도 6에 나타나는 바와 같이, 센서칩(16)의 한쪽 단면과 마주보는 홈형부(48A)와, 홈형부(48A)의 양단부에 이어지는 제1 고정부(48B) 및 제2 고정부(48C)로 이루어진다. 홈형부(48A)와, 제1 고정부(48B) 및 제2 고정부(48C)는, 예를 들어 프레스 가공에 의하여 일체로 성형되어 있다. 홈형부(48A)는, 센서칩(16)의 중앙부의 바로 위를 소정의 간격을 가지고 통과하고 있다. 오일충전용 파이프(44)가, 제1 고정부(48B)의 구멍(48b)에 압입되고, 헤르메틱 글라스(14)의 단면으로부터 돌출된 각 입출력 단자그룹(40ai)이, 제2 고정부(48C)의 구멍(48f, 48d), 절결부(48e)에 삽입되어 있다. 이에 따라, 제1 고정부(48B) 및 제2 고정부(48C)는, 칩마운트 부재(18)의 일단부에 있어서의 센서칩(16)의 외주부에 근접하여 헤르메틱 글라스(14)의 단면에 당접하여 지지되어 있다.

제2 고정부(48C)는, 본딩와이어(Wi)를 통하여 실드판(48)의 도체면인 한쪽 단면과 접속되어 있는 입출력 단자그룹(40ai) 중 1개, 예를 들어 제로(V)와 도통하고 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 실드판(48)의 한쪽 단면인 도체면의 전위는, 센서칩(16)에 탑재되어 있는 전자회로와 동일 전위로 되어 있다.

한편, 실드판(48)의 바깥치수, 및 폭의 치수는, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부에 대한 원하지 않는 전계를 차단하도록, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부의 크기에 따라서 적절히 설정되어도 좋다.

따라서, 다이어프램(32)과 센서칩(16)과의 사이에, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부와 동일 전위가 되는 실드판(48)을 배치함으로써, 유닛의 1차측 전원(미도시)과 동일 전위인 다이어프램(32)과, 제어회로(미도시)측과의 전위차에 의하여 발생하는 센서칩(16)에 작용하는 전계는, 실드판(48)에 의하여 차단된다. 또한, 실드판(48)의 전위와 센서칩(16)의 전위와는 동일 전위이므로 전계는, 이들 상호간에 발생하지 않는다. 그 때문에, 센서칩(16)과 다이어프램(32)과의 사이에 발생하는 전위차에 기인한 전위차는, 센서칩(16)에 작용하지 않으므로 센서칩(16)에 있어서의 전자회로에 대한 영향을 방지할 수 있다.

도 7은, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조의 또 다른 일례가 적용된 압력센서의 구성을 부분적으로 나타낸다.

도 7에 나타나는 압력센서는, 압력이 검출되어야 할 유체가 유도되는 배관에 접속되는 이음매부재(60)와, 땜납 등에 의하여 이음매부재(60)와 베이스 플레이트(58)가 연결되어 후술하는 센서유닛을 수용하는 금속제의 센서하우징(56)을 포함하여 구성되어 있다.

이음매부재(60)의 포트(60a)의 한쪽 개구단은, 이음매부재(60)의 베이스 플레이트(58)와 센서유닛의 다이어프램(70)과의 사이에 형성되는 압력실(58A)을 향하여 개구하고 있다.

압력실(58A) 내의 압력을 검출하여 검출출력신호를 송출하는 센서유닛은, 압력실(58A)과 센서하우징(56)의 내주부를 격절하는 금속제의 다이어프램(70)과, 복수의 압력검출소자, 및 압력검출소자로부터의 신호를 처리하는 신호처리 전자회로부를 가지는 센서칩(66)과, 센서칩(66)의 외주부가 삽입되는 구멍을 가지고 센서칩(66)을 둘러싸는 도전판(62)과, 센서칩(66)에 전기적으로 접속되는 입출력 단자그룹(54ai)(i=1~8)을 주요 요소로서 포함하여 구성되어 있다.

금속제의 다이어프램(70)은, 상술한 센서하우징(56)의 접합단과 베이스 플레이트(58)의 접합단과의 사이에서 용접되어 고정되어 있다. 따라서, 센서하우징(56)의 전위는, 다이어프램(70), 베이스 플레이트(58), 및 이음매부재(60)와 접속되어 도통하고 있으므로 다이어프램(70) 등의 전위와 동일 전위로 되어 있다.

다이어프램(70)과 센서하우징(56)의 내주부에서 형성된 밀봉공간인 액봉실(68)에는, 예를 들어 소정량의 실리콘오일 또는 불소계 불활성액체 등의 압력전달매체(PM)가 충전되어 있다. 압력전달매체(PM)는, 센서하우징(56)의 구멍(56a)을 통하여 충전된 후, 마개부재(52)에 의하여 구멍(56a)이 폐색된다. 입출력 단자그룹(54ai)은, 헤르메틱 글라스(65)(도 8을 참조)를 통하여 센서하우징(56)으로부터 절연되어 지지되어 있다. 입출력 단자그룹(54ai)과 센서칩(66)과의 사이는, 본딩와이어(Wi)로 접속되어 있다.

액봉실(68) 내에는, 예를 들어 직사각형상의 도전판(62)이 센서칩(66)을 둘러싸도록, 센서하우징(56)의 내주면에 지지되어 있다. 도전판(62)은, 예를 들어 수지, 글라스, 세라믹 등의 어떤 절연재료로 만들어져, 접착, 증착, 도금 등에 의하여 성막되어 있는 도전층인 금, 은, 동, 알루미늄 등의 금속막이, 한쪽 단면에 형성되어 일체로 되어 있다. 도전판(62)에 있어서의 도전층인 한쪽 단면이, 다이어프램(70)과 대향하고, 다른 쪽 단면인 절연층이 센서하우징(56)에 지지되어 있다. 또한, 액봉실(68) 내에 있어서의 센서칩(66)의 한쪽 단면과 다이어프램(70)과의 사이에는, 전계차단부재로서의 실드부재(64)가 설치되어 있다.

더욱이, 예를 들어 도 12a에 나타나는 바와 같이, 도전판이 절연재료로 만들어진 코어부재(63)와, 도전성 재료로 만들어져 코어부재(63)를 덮는 커버부재(67)로 이루어지는 것이어도 좋다. 한편, 도 12a 내지 도 12c에 있어서는, 실드부재(64)는 도시가 생략되어 있다.

고리형상의 코어부재(63)는, 내측둘레부에 단차부(63R)를 한쪽 단면에 인접하게 가지고 있다. 커버부재(67)는, 코어부재(63)에 있어서의 다이어프램(70)과 마주보는 다른 쪽 단면을 덮는 원판형상부(67A)와, 원판형상부(67A)에 이어져 코어부재(63)의 내주부를 덮는 내측둘레부(67C)와, 내측둘레부(67C)에 이어져 코킹가공에 의하여 코어부재(63)의 단차부(63R)에 고정되는 고정부(67B)로 이루어진다. 도전판의 코어부재(63)의 한쪽 단면은, 센서하우징(56)의 내주면에 접착되어 있다. 그때, 도 12b에 나타나는 바와 같이, 소정의 간극이 도전판에 있어서의 커버부재(67)의 고정부(67B)와 센서하우징(56)의 내주면과의 사이, 및 센서칩(66)의 내주면과 도전판에 있어서의 커버부재(67)의 내측둘레부(67C)와의 사이에 형성됨으로써, 센서하우징(56)과 커버부재(67)와의 접촉이 방지된다.

또한, 예를 들어 도 12c에 나타나는 바와 같이, 도전판이, 절연재료로 만들어진 코어부재(63')와, 도전성재료로 만들어져 코어부재(63')를 덮는 커버부재(67')로 이루어지는 것이어도 좋다. 고리형상의 코어부재(63')는, 외측둘레부에 얇은 돌출부(63'F)를 가지고 있다. 커버부재(67')는, 코어부재(63')에 있어서의 다이어프램(70)과 마주보는 다른 쪽 단면을 덮는 원판형상부(67'A)와, 원판형상부(67'A)에 이어져 코어부재(63')의 돌출부(63'F)의 외주부를 덮는 외측둘레부(67'C)와, 외측둘레부(67'C)에 이어져 코킹가공에 의하여 코어부재(63')의 돌출부(63'F)의 한쪽 단면에 고정되는 고정부(67'B)로 이루어진다. 도전판의 코어부재(63')의 내측둘레부 주위의 단면은, 센서하우징(56)의 내주면에 접착되어 있다. 그때, 도 12c에 나타나는 바와 같이, 소정의 간극이 도전판에 있어서의 커버부재(67')의 고정부(67'B)와 센서하우징(56)의 내주면과의 사이, 및 센서칩(66)의 외주면과 도전판에 있어서의 커버부재(67')의 내측둘레부(67'a), 및 코어부재(63')의 내주면과의 사이에 형성됨으로써, 센서하우징(56)과 커버부재(67')와의 접촉이 방지된다.

실드부재(64)는, 예를 들어 스테인리스강, 동, 알루미늄 등 도전성의 금속재료로 만들어져도 좋고, 또는 실드부재(64)는, 예를 들어 수지, 글라스, 세라믹 등의 절연부재로 만들어지고, 한쪽 표면이 접착, 증착, 스퍼터링, 도금 등에 의하여 성막된 도전성의 금속막으로 형성되어 일체로 되어 있어도 좋다. 즉, 실드부재(64)는, 절연물(도전판(62)의 절연층)을 통하여 1차측 전위와 동일 전위인 센서하우징(56)에 지지되어 있다.

실드부재(64)는, 센서칩(66)의 한쪽 단면 전체를 소정의 간격을 가지고 덮으며, 센서칩(66)의 신호처리 전자회로부에 대한 원하지 않는 전계를 차단하는 것이 된다. 실드부재(64)의 한쌍의 고정단부와, 도전판(62)은, 서로 도체면에서 접합되어 도통하고 있다. 도전판(62)의 도체면인 한쪽 단면은, 입출력 단자그룹(54ai) 중 어느 1개 이상의 예를 들어, 제로(V)용 입출력 단자그룹(54ai)에 본딩와이어(Wi)를 통하여 접합되어 도통하고 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 실드부재(64) 및 도전판(62)의 전위는, 센서칩(66)에 탑재되어 있는 전자회로의 전위와 동일 전위로 되어 있다.

따라서, 다이어프램(70)과 센서칩(66)의 한쪽 단면과의 사이에, 센서칩(66)의 신호처리 전자회로부와 동일 전위가 되는 실드부재(64)를 배치함으로써, 유닛의 1차측 전원(미도시)과 동일 전위인 다이어프램(70)과, 제어회로(미도시)측과의 사이에 전위차에 의하여 발생하는 센서칩(66)에 작용하는 전계는, 실드부재(64)에 의하여 차단된다. 또한, 실드부재(64)의 전위와 센서칩(66)의 전위와는 동일 전위이므로 전계는 이들 상호간에 발생하지 않는다. 그 때문에, 센서칩(66)과 다이어프램(70)과의 사이에 발생하는 전위차는, 센서칩(66)에 작용하지 않으므로 센서칩(66)에 있어서의 전자회로에 대한 영향을 방지할 수 있다.

도 9는, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조의 또 다른 일례가 적용된 압력센서의 주요부를 부분적으로 나타낸다.

도 1에 나타나는 예에 있어서는, 캡형상의 실드부재(17)에 있어서의 4개의 고정단부는, 원반형상의 도전판(19)의 단면에 있어서의 센서칩(16)의 외주부에 근접하여 접합되어 있는데, 그 대신에, 도 9에 나타나는 예는, 실드판(17')이 칩마운트 부재(18')에 있어서의 액봉실(13)과 마주보는 단면에 접합되어 있게 된다.

한편, 도 9 내지 도 11에 있어서, 도 1에 나타나는 예에 있어서의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 부호를 붙여서 나타내고, 그 중복설명은 생략한다.

센서칩(16)은, 예를 들어 액봉실(13)의 내측이 되는 칩마운트 부재(18')의 일단부에 접착제층(50)을 통하여 접착되어 있다. 대략 직사각형상의 센서칩(16)의 바깥치수는, 도 9에 나타나는 바와 같이, 칩마운트 부재(18')의 직경보다 작게 설정되어 있다. 칩마운트 부재(18')는, 입출력 단자그룹(40ai) 중 어느 1개 이상, 예를 들어 제로(V)용 입출력 단자와 본딩와이어(Wi)를 통하여 접속되어 도통하고 있다.

액봉실(13) 내에 있어서의 센서칩(16)의 한쪽 단면과 다이어프램(32)과의 사이에는, 전계차단부재로서의 실드판(17')이 설치되어 있다. 실드판(17')은, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부에 대한 원하지 않는 전계를 차단하는 것이 된다. 실드판(17')은, 예를 들어 스테인리스강, 동, 알루미늄 등의 도전성의 금속재료로 만들어져도 좋고, 또는 실드판(17')이 예를 들어, 수지, 글라스, 세라믹 등의 절연재료로 만들어져, 접착, 증착, 스퍼터링, 도금 등에 의하여 성막된 도전성의 금속막이, 실드판(17')의 표면의 한쪽 면에 형성되어 일체로 되어 있어도 좋다.

띠형상의 실드판(17')의 고정단부는, 칩마운트 부재(18')의 일단부에 있어서의 센서칩(16)의 외주부에 근접하여 접합되어서 도통하고 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 실드판(17'), 칩마운트 부재(18')의 전위는, 센서칩(16)에 탑재되어 있는 전자회로의 전위와 동일 전위로 되어 있다.

실드판(17')에 있어서의 센서칩(16)의 한쪽 단면과 마주보는 부분은, 센서칩(16)의 한쪽 단면과의 사이에 소정의 간극이 형성되어 있다. 한편, 실드판(17')의 바깥치수, 및 폭의 치수는, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부에 대한 원하지 않는 전계를 차단하도록, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부의 크기에 따라서 적절히 설정되어도 좋다.

또한, 여기에서는, 입출력 단자(40ai) 및 본딩와이어(Wi)는, 칩마운트 부재(18')와 접속되어 있는데, 이러한 예로 한정되지 않으며, 입출력 단자(40ai) 및 본딩와이어(Wi)가 실드부재(17')와 직접적으로 접속하여도 좋다.

따라서, 다이어프램(32)과 센서칩(16)과의 사이에, 센서칩(16)의 신호처리 전자회로부와 동일 전위가 되는 실드판(17')을 배치함으로써, 유닛의 1차측 전원(미도시)과 동일 전위인 다이어프램(32)과, 제어회로(미도시)측과의 전위차에 의하여 발생하는 센서칩(16)에 작용하는 전계는, 실드판(17')에 의하여 차단된다. 또한, 실드판(17')의 전위와 센서칩(16)의 전위는, 동일 전위이므로 전계는, 이들 상호간에 발생하지 않는다. 그 때문에, 센서칩(16)과 다이어프램(32)과의 사이에 발생하는 전위차는, 센서칩(16)에 작용하지 않으므로 센서칩(16)에 있어서의 전자회로에 대한 영향을 방지할 수 있다.

이상의 설명으로부터 명확하듯이, 본 발명에 따른 압력센서의 실드구조의 일례에 따르면, 압력센서에 있어서, 센서칩(16, 66)과 다이어프램(32, 70)과의 상호간에 발생하는 전위에 기인한 센서칩 내의 전자회로에 대한 영향(압력센서의 출력변동)이, 실드판(17', 48) 또는 실드부재(17, 64), 도전판(19, 62)에 의하여 회피되므로 부품수 및 조립작업공정을 증대시키지 않고, 압력센서에 있어서의 센서칩과 다이어프램과의 사이에 발생하는 전계에 대한 영향을 저감하게 된다.

10a: 접착층
10b: 피복층
12: 하우징
13: 액봉실
14: 헤르메틱 글라스
16: 센서칩
17: 실드부재
17': 실드판
18: 칩마운트 부재
18': 칩마운트 부재
19: 도전판
20: 방수케이스
20b: 개구부
22: 엔드캡
24: 단자대
24A: 공동
24b: 구멍
24T: 단자정렬부
26: 밀봉재
28: 베이스 플레이트
28A: 압력실
30: 이음매부재
30a: 포트
30fs: 암나사부
32: 다이어프램
34: 보호커버
34a: 연통구멍
36: 접속단자
38: 리드선
38a: 심선
40ai: 입출력 단자그룹
44: 오일충전용 파이프
48: 실드판
48A: 홈형부
48b: 구멍부
48B: 제1 고정부
48C: 제2 고정부
48d: 구멍
48e: 구멍
48f: 구멍
50: 접착제층
52: 마개부재
54ai: 입출력 단자그룹
56: 센서하우징
56a: 구멍
58: 베이스 플레이트
58A: 압력실
60: 이음매부재
60a: 포트
62: 도전판
63: 코어부재
63R: 단차부
63'F: 돌출부
64: 실드부재
65: 헤르메틱 글라스
66: 센서칩
67: 커버부재
67': 커버부재
67A: 원판형상부
67'A: 원판형상부
67B: 고정부
67'B: 고정부
67C: 내측둘레부
67'C: 외측둘레부
68: 액봉실
70: 다이어프램
P: 화살표
PM: 압력전달매체
Wi: 본딩와이어

Claims

압력을 검출하여 검출출력신호를 송출하는 센서칩, 그 센서칩을 지지하는 센서 하우징, 그 센서칩이 배치되는 액봉실과, 그 액봉실과 마주보는 압력실을 구획하는 다이어프램과, 상기 센서 하우징에 지지되어 그 센서칩에 전기적으로 접속되는 입출력 단자그룹을 포함하여 이루어지는 센서유닛과,
상기 액봉실 내에 있어서 상기 센서칩의 한쪽 단면과 상기 다이어프램의 사이에 배치되고, 상기 센서칩과 마주보는 부분, 상기 센서칩과 마주보는 상기 부분에 이어져, 상기 입출력 단자그룹을 통하여 상기 센서 하우징에 고정되는 고정 단부를 가지고, 상기 센서칩의 중앙부의 바로 위를 소정의 간격을 두고 통과하는 전계차단부재로서, 상기 센서칩의 외주부에 근접하여 배치되는 상기 입출력 단자그룹에 전기적으로 접속되는 동시에, 그 센서칩의 신호처리 전자회로부에 작용하는 전계를 차단하는 전계차단부재를 구비하여 구성되는 압력센서의 실드구조.
제 1 항에 있어서,
상기 전계차단부재의 고정부는, 상기 센서칩의 신호처리 전자회로부와 동일 전위인 것을 특징으로 하는 압력센서의 실드구조.
제 1 항에 기재된 압력센서의 실드구조,
센서유닛 및 상기 전계차단부재를 수용하는 센서유닛 수용부를 구비하여 구성되는 압력센서.
제 2 항에 기재된 압력센서의 실드구조,
상기 센서유닛 및 상기 전계차단부재를 수용하는 센서유닛 수용부를 구비하여 구성되는 압력 센서.