KR20060102492A - 압력 센서 장치 - Google Patents

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KR20060102492A
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카츠미치 우에야나기
시게루 시노다
키미히로 아시노
카즈노리 사이토
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후지 덴키 디바이스 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

과제
압력 센서 장치에 있어서, 저비용화함과 함께, 장기적인 신뢰성을 높이고, 또한 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성을 높게 할 것.
해결 수단
다이어프램(45), 피에조 저항 소자, 증폭 회로 및 각종 조정 회로를 내장한 압력 센서 칩(41)을, 다이어프램(45)이 대좌 부재(42)의 관통구멍(46)에 면하도록 대좌 부재(42)에 접합한다. 대좌 부재(42)와 금속 파이프 부재(43)를. 그들의 관통구멍(46, 48)이 연결되도록 접합한다. 대좌 부재(42)와 금속 파이프 부재(43)의 접합부를 피복하도록 보호막(60)을 형성한다. 수지 케이스(44)에 금속 파이프 부재(43)를 접착하고, 수지 케이스(44)의 신호 단자(58)와 압력 센서 칩(41)을 와이어 본딩(59)에 의해 전기적으로 접속하고, 압력 센서 셀(100)로 한다.
압력센서

Description

압력 센서 장치{PRESSURE SENSOR DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 9에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 평면도.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 9에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 9에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 10에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 10에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 14는 본 발명의 실시의 형태 11에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 15는 본 발명의 실시의 형태 12에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 16은 본 발명의 실시의 형태 13에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도.
도 17은 본 발명의 실시의 형태 13에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도.
도 18은 본 발명의 실시의 형태 14에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 19는 본 발명의 실시의 형태 14에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 20은 본 발명의 실시의 형태 15에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 21은 본 발명의 실시의 형태 16에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 22는 본 발명의 실시의 형태 17에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도.
도 23은 본 발명의 실시의 형태 17에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도.
도 24는 본 발명의 실시의 형태 18에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도.
도 25는 본 발명의 실시의 형태 18에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도.
도 26은 종래의 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 27은 종래의 압력 센서 장치의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도.
도 28은 종래의 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
도 29는 종래의 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
41 : 압력 센서 칩 42 : 대좌 부재
43 : 압력 도입 수단(금속 파이프 부재)
44, 144, 244 : 수지 케이스 45 : 수압부(다이어프램)
46, 48, 71 : 관통구멍 47 : 금속 박막
49 : 금속 재료 50, 65, 165 : 단차부
51, 151, 251 : 개방단 58, 66, 158, 166, 258 : 신호 단자
59 : 와이어 본딩 61, 161 : 커넥터 부재
62 : 조인트 부재 63, 163 : 하우징부
64, 164 : 소켓부 69 : 격납부
70 : 나사부 73, 173 : 밀봉 수단(O링)
81 : 볼록부 82 : 접착제
83 : 충전 부재 84 : 오목부
100, 101, 102, 103 : 압력 센서 셀
143, 243, 343 : 압력 도입 수단(금속판 부재)
200, 201, 202 : 압력 센서 장치 245 : 지지부
기술 분야
본 발명은, 반도체 실리콘을 이용하여 압력을 계측하는 압력 센서 장치에 관 한 것으로, 특히 1MPa 이상의 높은 압력을 계측하는 압력 센서 장치에 관한 것이다.
배경 기술
일반적으로, 자동차의 트랜스미션의 오일 봉입(封入) 블록이나 유압 액추에이터의 블록 등에 부착되어 압력을 계측하는 압력 센서 장치에서는, 센서 소자로서 피에조 저항 효과를 이용한 반도체 압력 센서 칩이 사용된다. 이 반도체 압력 센서는, 단결정 실리콘 등의 피에조 저항 효과를 갖는 재료로 맞들어진 다이어프램상에 복수개의 반도체 왜곡 게이지를 브리지 접속한 구성으로 되어 있다. 압력 변화에 의해 다이어프램이 변형하면, 그 변형량에 따라 반도체 왜곡 게이지의 게이지 저항이 변화하고, 그 변화량이 전압 신호로서 브리지 회로로부터 취출된다.
종래부터, 압력 센서 장치로서 도 26 내지 도 29에 도시한 구성의 것이 공지이다. 도 26에 도시한 압력 센서 장치는, 나사부를 갖는 조인트(1)와, 조인트(1)를 피설치부에 나사체결하기 위한 플랜지 부재(3)와, 상술한 바와 같이 압력의 변형량에 따른 전압 신호를 출력하는 압력 센서(2)와, 압력 센서(2)의 출력 신호를 처리하는 회로 칩을 실장한 회로 기판(4)과, 압력 센서(2)와 회로 기판(4)을 접속하는 와이어 본딩(5)과, 회로 기판(4)으로부터 외부로 신호를 취출하기 위한 단자(6, 7)를 구비하고 있다. 단자(7)를 지지하고 있는 단자대(8)와 단자(6)는, 접합 부재(11)에 의해 플랜지 부재(3)에 고정되어 있다. 또한, 개스킷(9) 및 O링(10)이 접합 부재(11)에 의해 조립되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
도 27에 도시한 압력 센서 장치는, 트랜스듀서(12)와, 육각 포트(13)와, 커 버(14)와, 고리형상 실용 개스킷(15)과, 연부(緣部) 클립(16)과, 가요성 회로(17)와, 외부에의 신호를 취출하기 위한 베이스 부재(18)에 의해 구성되어 있다. 트랜스듀서(12)는, 압력을 받으면 변형하는 제 1의 도전막과, 이 도전막에 스페이서를 사이에 두고 대향하는 제 2의 도전막과, 제 1의 도전막의 변형에 의해 변화하는 정전 용량을 전압 신호로 변환하는 회로에 의해 구성되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
도 28에 도시한 압력 센서 장치는, 접속 리드(19, 20, 21, 22)를 허메틱(hermetically) 유리(23)에 의해 절연하여 고정한 센서 케이스(24) 내에서, 압력 센서 칩(25)을 접속 리드(19, 20, 21, 22)에 접속함과 함께, 금속 다이어프램(26)에 의해 실리콘 오일 내에 압력 센서 칩(25)을 봉입한 구성으로 되어 있다. 그리고, 상부로부터는 금속 하드 커버(27)에 의해 보호되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).
도 29에 도시한 압력 센치 장치는, 도 28에 도시한 압력 센서 장치를 금속 하우징(28)내 O링(29)을 이용하여 격납하고, 이 금속 하우징(28)에 대해, 접속 리드(19, 20, 21, 22)에 전기적으로 접속하는 단자판(30, 31, 32)을 갖는 커넥터 하우징(33)을, O링(34) 및 스페이서 링(35)을 조립하여 코킹한 구성으로 되어 있다. 금속 하우징(28)은, 압력 수용구(pressure receiving port; 36)와 나사부(37)와 고정부(38)와 단부(段部)(39)를 갖는다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).
또한, 반도체 압력 센서로서, 피에조 저항이 형성되는 다이어프램부를 갖는 반도체 소체(素體)에 연산 증폭기 및 박막 저항으로 이루어지는 저항 회로망이 복 합 집적화되어 피에조 저항으로부터의 출력 신호의 증폭 회로부가 구성된 것이 공지이다. 이 반도체 압력 센서를 이용한 센서 장치에서는, 밀봉된 용기 내에 반도체 압력 센서가 수납된다. 그 용기 내에서 반도체 압력 센서의 표면이 면하는 측의 공간은 일정한 압력으로 유지된다. 그리고, 그 용기 내의 압력을 기준으로 하여, 용기의 압력 도입구를 통하여 반도체 압력 센서의 이면에 가해지는 압력을 계측하는 구성으로 되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 4 참조).
[특허 문헌 1]
특개2002-168718호 공보(도 1)
[특허 문헌 2]
특개2002-202215호 공보(도 1)
[특허 문헌 3]
특개2000-55762호 공보(도 8, 도 10)
[특허 문헌 4]
특개평1-150832호 공보
그러나, 도 26 또는 도 27에 도시한 압력 센서 장치에서는, 부품 갯수가 많기 때문에, 부재 비용 및 조립 비용이 높아진다는 문제점이 있다. 또한, 신호의 전달 경로가, 도 26에 도시한 장치에서는 압력 센서(2), 와이어 본딩(5), 회로 기판(4), 회로 칩, 단자(6) 및 단자(7)이고, 한편, 도 27에 도시한 장치에서는 트랜스듀서(12), 가요성 회로(17), 회로 칩 및 베이스 부재(18)라고 하는 바와 같이, 어느 장치에서도 많은 부품 및 부품끼리의 접속점으로 구성되어 있기 때문에, 고장 확률이 높아지고, 장기적인 신뢰성이 부족하다는 문제점이 있다. 또한, 도 26에 도시한 장치에서는 조인트(1)에 압력 센서(2)를 직접, 접합하고 있기 때문에, 조인트(1)를 나사체결할 때의 응력이 압력 센서(2)에 전하여져서, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 도 28에 도시한 압력 센서 장치에서는, 단자와 외부에 인가되는 외부 노이즈 등의 영향에 의해 실리콘 오일이 분극하여, 압력 센서 칩(25)의 표면에 전하가 잔류하는 일이 있다. 그 때문에, 압력 센서 칩(25)의 신호가 변동하여 버리고, 측정 신호의 신뢰성이 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 고온 환경하에서의 실리콘 오일의 팽창에 의한 내부 압력의 증가나, 고압 인가시의 실리콘 오일의 압축에 의해, 금속 다이어프램(26)에 반복 피로가 일어나기 때문에, 장기 신뢰성이 부족하다는 문제점이 있다.
또한, 도 29에 도시한 압력 센서 장치에서는, 압력을 받는 부분의 면적이 넓기 때문에, 인가되는 하중이 커져 버린다. 이 하중을 지탱하기 위해서는, 금속 하우징(28)의 강성을 높힐 필요가 있다. 그 때문에, 비용이 높아지고, 장치가 대형화하여 버린다는 문제점이 있다.
또한, 상기 특허 문헌 4에 개시된 압력 센서 장치에서는, 외부로 출력 신호를 취출하기 위한 외부 신호 단자가 용기 저부에 유리 밀봉되어 있기 때문에, 용기가 금속으로 만들어져 있다고 추찰되지만, 금속제의 용기는 고가라는 결점이 있다. 또한, 압력 센서 장치를 오일 봉입 블록이나 액추에이터의 블록 등에 부착하여 압력을 계측하는 용도의 경우, 상기 특허 문헌 4에 개시된 압력 센서 장치와 같이 압 력 도입구와 외부 신호 단자가 같은 측에 마련되어 있으면, 외부 신호 단자에 방해되어 압력 센서 장치를 오일 봉입 블록 등에 부착할 수 없다. 따라서, 압력 도입구가 마련되어 있는 측과 반대측에 외부 신호 단자를 돌출시킬 필요가 있지만, 상술한 바와 같이 금속제의 용기의 경우에는, 외부 신호 단자를 압력 도입구의 반대측에 마련하는 것은 곤란하다는 문제점이 있다.
본 발명은, 상술한 종래 기술에 의한 문제점을 해소하기 위해, 저비용이고 장기적인 신뢰성이 높고, 또한 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높은 압력 센서 장치, 나아가서는 외부에의 신호 단자가 압력 도입구의 반대측에 배치되는 압력 센서 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 청구항 제 1항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 수압부에 압력을 받음에 의해, 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하는 수단을 갖는 압력 센서 칩과, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 대좌 부재와, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 압력 도입 수단과, 상기 압력 센서 칩으로부터의 상기 전기 신호를 취출하는 신호 단자를 갖는 수지 케이스를 구비하고, 상기 수압부가 상기 대좌 부재의 관통구멍에 면하는 상태에서, 상기 압력 센서 소자가 상기 대좌 부재의 제 2의 면에 접합되고, 상기 압력 도입 수단의 관통구멍이 상기 대좌 부재의 관통구멍에 연결되는 상태에서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 접합 부재에 의해 접합되고, 상기 접합 부재를 보호 부재에 의해 피복하고, 상기 수지 케이스가 상기 압력 도입 수단에 접착되고, 상기 압력 센서 칩과 상기 신호 단자가 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되어 이루어지는 압력 센서 셀로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 청구항 제 2항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 수압부에 압력을 받음에 의해, 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하는 수단을 갖는 압력 센서 칩과, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 대좌 부재와, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 압력 도입 수단과, 상기 압력 센서 칩으로부터의 상기 전기 신호를 취출하는 신호 단자를 갖는 수지 케이스를 구비하고, 상기 수압부가 상기 대좌 부재의 관통구멍에 면하는 상태에서, 상기 압력 센서 소자가 상기 대좌 부재의 제 2의 면에 접합되고, 상기 압력 도입 수단의 관통구멍이 상기 대좌 부재의 관통구멍에 연결되는 상태에서, 상기 압력 도입수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 접합 부재에 의해 접합되고, 적어도 상기 압력 센서 칩의 상기 수압부로부터 상기 대좌 부재의 관통구멍에 걸쳐서 충전되는 충전 부재를 가지며, 상기 수지 케이스가 상기 압력 도입 수단에 접착되고, 상기 압력 센서 칩과 상기 신호 단자가 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되어 이루어지는 압력 센서 셀로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 3항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 1항 또는 제 2항에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 도입 수단은, 상기 수지 케이스의 단면보다도 외측으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 4항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 1항 또는 제 2항에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면에 돌출부를 가지며, 해당 돌출부에서 상기 관통구멍을 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 5항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 1항 또는 제 2항에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 도입 수단은, 상기 대좌 부재에 접합된 측의 단부로부터 해당 압력 도입 수단의 관통구멍이 개구하는 개방단측의 단부로 향하는 도중에 바깥방향으로 돌출되는 단차부를 갖고 있고, 상기 단차부가 상기 수지 케이스의, 상기 압력 도입 수단의 개방단측의 단부에 맞닿은 상태로 접착되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 청구항 제 6항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 수압부에 압력을 받음에 의해, 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하는 수단을 갖는 압력 센서 칩과, 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 대좌 부재와, 제 1의 면과 제 2의 면을 가지며, 해당 제 2의 면에 돌출부를 가지며, 해당 돌출부에서 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 압력 도입 수단과, 상기 압력 센서 칩으로부터의 상기 전기 신호를 취출하는 신호 단자를 갖는 수지 케이스를 구비하고, 상기 수압부가 상기 대좌 부재의 관통구멍에 면하는 상태에서, 상기 압력 센서 소자가 상기 대좌 부재의 제 2의 면에 접합되고, 상기 압력 도입 수단의 관통구멍이 상기 대좌 부재의 관통구멍에 연결되는 상태에서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 접합 부재에 의해 접합되고, 상기 수지 케이스가 상기 압력 도입 수단에 접착되고, 상기 압력 도입 수단은, 상기 수지 케이스의 단면보다도 외측으로 돌출되고, 상기 압력 센서 칩과 상기 신호 단자가 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되어 이루어지는 압력 센서 셀로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 7항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 6항에 기재된 발명에 있어서, 상기 접합 부재를 피복하는 보호 부재를 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 8항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 6항에 기재된 발명에 있어서, 적어도 상기 압력 센서 칩의 상기 수압부로부터 상기 대좌 부재의 관통구멍에 걸쳐서 충전되는 충전 부재를 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 9항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 상기 청구항 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 압력 센서 셀과, 상기 압력 센서 셀을 배치하는 배치부를 구비하고, 일단이 상기 압력 센서 셀의 신호 단자와 전기적으로 접속되고, 타단이 외부로 돌출되는 신호 단자가 일체 성형된 커넥터 부재와, 관통구멍을 갖는 나사부와, 상기 커넥터 부재를 고정하는 고정부를 가지며 상기 커넥터 부재에 배치되는 압력 센서 셀을 격납하는 격납부를 구비한 조인트부재를 구비하고, 상기 압력 센서 셀은 상기 압력 도입 수단의 제 1의 면의 개구가 개방되도록 상기 커넥터 부재에 배치되고, 상기 압력 센서 셀의 신호 단자와 상기 커넥터 부재에 일체 성형된 상기 신호 단자가 전기적으로 접속되고, 상기 나사부의 관통구멍이 상기 압력 도입 수단의 관통구멍에 연결되고, 상기 압력 도입 수단과 상기 조인트부재의 사이를 밀봉 수단에 의해 밀봉되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 10항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 금속 박막을 가지며, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 금속 재료에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 11항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 10항에 기재된 발명에 있어서, 상기 금속 박막은, 크롬과 백금과 금의 3층 또는 티탄과 백금과 금의 3층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 12항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 저융점 유리에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 13항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 접착제에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 14항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 센서 칩은 상기 대좌 부재에 정전접합에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 15항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 센서 소자는 상기 대좌 부재 에 저융점 유리에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 16항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 청구항 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 도입 수단은 42알로이로 만들어져 있고, 그 표면에 니켈 도금 또는 니켈 도금과 금 도금이 시행되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 17항의 발명에 관한 압력 센서 장치는, 상기 대좌 부재와 상기 압력 도입 수단이 일체로 형성된 절연 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 1항, 제 2항, 제 6항의 발명에 의하면, 압력 센서 칩으로부터 직접 외부로 출력하기 위한 신호가 출력된다. 그리고, 압력 센서 칩으로부터 출력된 신호는, 와이어 본딩을 경유하여 신호 단자에 도달하기 때문에, 신호 전달 경로상의 접속 개소의 수가 최소로 되고, 고장 확률이 낮아지기 때문에, 압력 센서 셀의 장기적인 신뢰성이 높아진다. 따라서, 이 압력 센서 셀을 이용한 압력 센서 장치의 장기적인 신뢰성이 높아진다. 또한, 압력 센서 셀의 부품 갯수가 적기 때문에, 저비용의 압력 센서 셀을 얻을 수 있다. 따라서, 이 압력 센서 셀을 이용함에 의해, 압력 센서 장치의 저비용화를 도모할 수 있다.
또한, 청구항 제 1항, 제 2항, 제 6항의 발명에 의하면, 압력 도입 수단을 통과하여 압력 매체가 압력 센서 칩의 수압부로 유도되기 때문에, 압력 센서 칩에 큰 영향을 미치는 실리콘 오일을 이용하지 않아도 수압부에서 압력을 받을 수 있다. 따라서, 실리콘 오일의 영향에 의한 출력 신호의 변동을 회피할 수 있기 때문에, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 압력을 받는 부위의 면 적이 실리콘 칩의 수압부의 이면(裏面)으로 한정되기 때문에, 압력 센서 본체에 인가되는 하중이 작아진다. 따라서, 압력 센서 장치를 소형화하고, 또한 구조를 간소화할 수 있다.
또한, 청구항 제 1항 또는 제 7항의 발명에 의하면, 대좌 부재와 압력 도입 수단을 접합하는 접합 부재가 보호막으로 피복되기 때문에, 압력 매체가 엔진 오일, 트랜스미션 오일, 그 밖의 오일계인 경우에 있어서 내(耐)오일성을 향상시킬 수 있다. 특히, 접착제로 접합한 경우, 접착제에의 오일 침투에 의한 접착력 저하를 막을 수 있다.
청구항 제 2항 또는 제 8항의 발명에 의하면, 압력 센서 칩의 수압부로부터 대좌 부재에 걸쳐서 충전 부재를 충전함에 의해, 압력 매체를 대좌 부재의 관통구멍에 충전할 필요가 없기 때문에, 충전시의 기포의 발생을 저감할 수 있고, 또한 기포가 발생하여도 펌핑 등의 기포 빼기 작업에 의해 기포를 제거하는 것이 가능해진다. 그 결과, 측정하고 싶은 압력 매체의 압력을 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 대좌 부재와 압력 도입 수단을 접합하는 접합 부재도 피복하도록 충전함에 의해, 내오일성을 향상시킬 수 있다.
청구항 제 3항 또는 제 4항의 발명에 의하면, 압력 도입 수단의, 수지 케이스보다도 외측으로 돌출하는 단부를, 이 단부에 커넥터 부재 등의 다른 부재를 접합시킨 상태에서, 압력 도입 수단에 그 밖의 부재를 고정하기 위한 지지부로서 이용할 수 있으므로, 그와 같이 함으로써, 높은 압력 범위까지 압력을 측정 가능한 압력 센서 셀 또는 압력 센서 장치를 얻을 수 있다.
청구항 제 5항 또는 제 6항의 발명에 의하면, 압력 매체의 압력에 의해, 압력 도입 수단의 단차부가 수지 케이스의, 압력 도입 수단의 개방단측의 단부에 압착되기 때문에, 압력에 대한 구조적인 신뢰성을 높게 확보할 수 있다.
청구항 제 9항의 발명에 의하면, 부품 갯수가 적은 간소한 구성으로, 압력 매체에 의한 방폭(防爆)의 파일 세이프 구조를 실현할 수 있기 때문에, 고신뢰성의 압력 센서 장치를 얻을 수 있다. 또한, 부재 비용 및 조립 비용을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 압력 센서 장치를 오일 봉입 블록 등에 나사체결하고 부착할 때의 나사부로부터의 응력이, 밀봉 수단인 예를 들면 O링에 의해 완화되기 때문에, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 외부에의 신호 단자가, 압력 도입 수단의 개방단의 개구부, 즉 압력 도입구의 반대측에 배치된 압력 센서 장치를 얻을 수 있다.
청구항 제 14항의 발명에 의하면, 압력 센서 칩과 대좌 부재를, 그들의 사이를 높은 기밀성을 유지한 상태로 접합할 수 있기 때문에, 기밀성이 높은 구조를 실현할 수 있다.
청구항 제 10항의 발명에 의하면, 압력 도입 수단과 대좌 부재를 금/주석 공정(共晶) 솔더나 고온 솔더 등의 금속 재료를 통하여 접합한 경우의 접합 강도가 높아지기 때문에, 압력 도입 수단과 대좌 부재와의 접합의 신뢰성을 높일 수 있다.
청구항 제 11항의 발명에 의하면, 압력 도입 수단을 유리제의 대좌 부재에 접합하는 경우, 크롬은 유리와의 밀착성이 우수하다. 또한, 압력 도입 수단과 대좌 부재와의 접합에 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등을 이용하는 경우, 금속 박막의 솔더측의 표면이 금이면 좋지만, 금과 크롬을 접촉시키는 것은 바람직하지 않기 때문에, 금과 크롬의 접촉을 피하기 위해 금과 크롬의 사이에 백금이 마련되어 있다. 이와 같은 이유로 3층 구조의 금속 박막을 마련함에 의해, 압력 도입 수단과 대좌 부재와의 접합 강도가 높아진다.
청구항 제 13항의 발명에 의하면, 대좌 부재와 압력 도입 수단을 접착제로 고정함에 의해, 부재의 비용을 내릴 수 있다. 금속 재료(솔더)에 의해 접합하는 경우에 비하여 접합 후의 잔류 응력을 저감할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 압력 센서 장치의 알맞은 실시의 형태를 상세히 설명한다. 또한, 이하의 각 실시의 형태의 설명에 있어서, 다른 실시의 형태와 같은 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
실시의 형태 1
도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 압력 센서 셀(100)은, 압력 센서 칩(41), 대좌 부재(42), 금속 파이프 부재(43) 및 수지 케이스(44)를 구비하고 있다.
압력 센서 칩(41)은, 예를 들면 반도체 실리콘의 제 1의 면(도 1에서는 하면)으로부터 오목 가공하여 형성된 수압부인 다이어프램(45)을 갖는다. 이 다이어프램(45)에서 압력을 받는다. 반도체 실리콘의 제 2의 면(도 1에서는 윗면)의, 다이어프램(45)의 이면에 상당하는 개소에는, 확산 저항으로 이루어지는 적어도 4개의 게이지(도시 생략)가 형성되어 있다. 이들의 게이지는, 다이어프램(45)의 오목 면에 압력이 인가된 때에 반도체 실리콘의 제 2의 면에 발생하는 왜곡을 저항치로 변환한다. 또한, 압력 센서 칩(41)은 다른 반도체 재료로 만들어져 있어도 좋다.
또한, 도시는 생략하지만, 압력 센서 칩(41)에는, 상기 게이지에 의해 구성되는 휘스톤 브릿지 회로, 휘스톤 브릿지 회로의 출력 신호를 증폭하는 회로, 감도를 보정하는 회로, 오프셋을 보정하는 회로, 감도 및 오프셋의 온도특성을 보정하는 회로 등이 형성되어 있다. 또한, 압력 센서 칩(41)에는, 서지 보호 소자나 필터(도시 생략) 등도 형성되어 있다. 이들의 회로는, 압력 센서 칩(41)에 형성되어 있지 않아도 좋다. 이 경우, 예를 들면, 다른 반도체 칩으로서 형성하고, 수지 케이스(44)를 다소 크게 하고, 해당 칩의 탑재부를 확보하여 배치한다. 또는, 압력 센서 장치 밖에 이들의 기능을 갖게 하여도 좋다.
대좌 부재(42)는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 유리 재료, 즉 파이렉스(등록상표)(R) 유리나 템팍스 유리 등으로 만들어져 있다. 대좌 부재(42)의 중심에는, 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(46)이 마련되어 있다. 대좌 부재(42)와 압력 센서 칩(41)은, 400℃/400V의 접합 조건을 이용한 정전접합(靜電接合)에 의해 접합되어 있다. 그때, 다이어프램(45)이 관통구멍(46)에 면하도록 위치를 맞추어 접합된다. 이와 같이 정전접합함에 의해, 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)를, 그들의 사이를 높은 기밀성을 유지한 상태로 접합할 수 있다. 따라서, 기밀성이 높은 구조를 실현할 수 있다. 정전접합 외에 저융점 유리를 이용하여 접합하여도 좋다.
대좌 부재(42)의, 압력 도입 수단인 금속 파이프 부재(43)와 접합되는 측의 면에는, 대좌 부재(42)측으로부터 차례로 크롬, 백금 및 금의 3층으로 이루어지는 금속 박막(47)이 적층되어 있다. 크롬은 유리 재료와의 밀착성이 우수하기 때문에, 금속 박막(47)이 박리되는 일은 없다. 또한, 백금에 의해, 크롬과 금이 접촉하는 것을 막고 있다. 또한, 금은, 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등을 통하여 대좌 부재(42)와 금속 파이프 부재(43)를 접합하는데 적합하다.
금속 파이프 부재(43)는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 42알로이로 만들어져 있고, 그 표면에 니켈 도금이 시행되어 있다. 또는, 니켈 도금과 금 도금의 조합이라도 좋다. 금속 파이프 부재(43)의 중심에는, 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(48)이 마련되어 있다. 금속 파이프 부재(43)와 대좌 부재(42)는, 그들의 관통구멍(46, 48)이 하나로 이어지도록 위치가 맞추어져, 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등의 금속 재료(49)로 이루어지는 접합 부재에 의해 접합되어 있다. 금속 파이프 부재(43)에 도금을 시행하는 이유는, 대좌 부재(42)와의 접합 강도가 높아지기 때문이다.
금속 재료(49)로서 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등을 이용하는 이유는, 고온하에서의 사용에 견딜 수 있도록 하기 위해서이다. 또한, 이들의 솔더의 영율은 낮기 때문에, 대좌 부재(42)와 금속 파이프 부재(43) 사이의 응력을 완화할 수 있기 때문이다. 여기서, 크롬, 백금 및 금의 열팽창 계수는 각각 4.5×10-6/℃, 9×10-6/℃ 및 14.3×10-6/℃이다. 또한, 대좌 부재(42)의 유리 재료의 열팽창 계수는 3.2×10-6/℃이다. 금속 파이프 부재(43)의 42알로이 재료의 열팽창 계수는 4.3× 10-6/℃이다.
대좌 부재(42)의 이면에 금속 박막(47)을 마련하지 않고, 금속 파이프 부재(43)와 대좌 부재(42)를, 금속 재료(49) 대신에 에폭시 등의 접착제를 접합 부재로서 이용하여도 좋다. 이와 같이 하면, 부재 비용을 내릴 수 있고, 또한 접합 후의 잔류 응력을 저감할 수 있다. 또한, 금속 파이프 부재(43)와 대좌 부재(42)를 솔더에 의해 고정하거나, 또는 접착제에 의해 고정하는지는, 측정 대상이 되는 압력 매체에 의해 적절히 선택된다.
또한, 금속 박막(47)은, 상기 외에 대좌 부재(42)측으로부터 차례로 티탄, 백금 및 금의 3층으로 형성하여도 좋다.
또한, 금속 파이프 부재(43)는, 대좌 부재(42)에 접합된 측의 단부로부터 또 한쪽의 단부, 즉 금속 파이프 부재(43)의 관통구멍(48)이 개구하는 개방단측의 단부를 향하는 도중에 바깥방향으로 돌출되는 단차부(50)를 갖고 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 금속 파이프 부재(43)의 개방단(51)에서의 관통구멍(48)의 개구부를 압력 도입구(52)라고 한다.
수지 케이스(44)는, 그 한쪽의 단부측에 오목부(53)를 갖는다. 이 오목부(53)에는, 압력 센서 칩(41) 및 대좌 부재(42)가 수용되어 있다. 또한, 오목부(53)의 바닥으로부터 반대측의 단부로 관통한 구멍부(54)가 마련되어 있다. 이 구멍부(54)에는, 금속 파이프 부재(43)가 수납되어 있다. 수지 케이스(44)의, 오목부(53)와 반대측의 단부에는, 금속 파이프 부재(43)의 단차부(50)가 들어가는 오목부(55) 가 형성되어 있다. 이 오목부(55)에 단차부(50)가 들어간 상태에서, 단차부(50)의, 압력 도입구(52)와 반대측의 면(56)과, 이 면(56)이 맞닿는 오목부(55)의 면(57)이 접착되어 있다.
이들의 면(56, 57)이 접착되어 있음으로써, 압력 도입구(52)로부터 도입된 압력 매체에 의해 압력이 인가된 경우에, 그 압력이 금속 파이프 부재(43)의 단차부(50)를 수지 케이스(44)에 밀어붙이도록 작용하기 때문에, 압력에 대한 구조적인 신뢰성이 높다. 또한, 수지 케이스(44)는 외부에의 신호 단자(58)를 갖고 있고, 그 신호 단자(58)의 기단(基端)은 상기 오목부(53)의 측방으로 노출되어 있다. 그 신호 단자(58)의 노출 개소와 압력 센서 칩(41)은, 와이어 본딩(59)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
압력 매체가 엔진 오일, 트랜스미션 오일, 그 밖의 오일계인 경우, 대좌 부재(42)와 금속 파이프 부재(43)를 에폭시 등의 접착제에 의해 접합하는 경우에, 오일의 에폭시 접착제에의 침투에 의한 접착력 저하가 상정된다. 이 때문에, 대좌 부재(42)와 금속 파이프 부재(43)의 사이의 접착제의 표면을, 불소계의 보호막(60)에 의해 코팅한다. 이로써, 내오일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
상술한 구성의 압력 센서 셀(100)에서는, 압력 도입구(52)로부터 압력 매체가 도입되고, 압력 센서 칩(41)의 다이어프램(45)에서 압력을 받으면, 다이어프램(45)이 변형한다. 그리고, 다이어프램(45)상의 게이지 저항치가 변화하고, 그것에 따른 전압 신호가 발생한다. 그 전압 신호는, 감도 보정 회로나 오프셋 보정 회로나 온도특성 보정 회로 등의 조정 회로에 의해서 조정된 증폭 회로에 의해 증폭되 고, 압력 센서 칩(41)으로부터 출력된다. 그리고, 그 출력 신호는, 와이어 본딩(59)을 통하여 신호 단자(58)로 출력된다.
그때, 압력 매체가 접하는 것은, 금속 파이프 부재(43)뿐이다. 따라서 압력 매체가 R134a 가스나 C02 가스 등의 에어컨 매체라도, 오일이나 윤활유 등이라도, 압력 센서 셀(100)이 열화되는 일은 없고, 장기에 걸쳐서 높은 신뢰성을 얻을 수 있다. 또한, 고압을 계측하는 경우에도, 압력을 받는 면적(수압 면적)이 다이어프램(45)뿐이기 때문에, 압력 센서 셀에 일체화된 염가의 수지 케이스에 신호 단자(58)를 배치할 수 있고, 압력 센서 셀(100)을 이용한 압력 센서 장치의 구조 및 재료를 극력 소형화하고, 경량화할 수 있다. 따라서, 저비용의 압력 센서 장치를 실현할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 측정 압력이 20MPa이고, 다이어프램(45)의 지름이 φ1㎜라고 한다. 이 경우, 수압(受壓) 면적은 0.78㎟이고, 압력 센서 셀(100)이 받는 하중은, 20MPa×0.78㎟로 계산된다. 수지 케이스(44)의 오목부(55)의 면(57), 즉 압력에 의해 금속 파이프 부재(43)의 단차부(50)가 압착되는 면(57)(이하, 이면 지지부라고 한다)의 면적을 14.9㎟라고 하면, 수지 케이스(44)의 이면 지지부에 발생하는 압축 응력은, 20MPa×0.78㎟/14.9㎟로 계산되고, 1.05MPa로 된다.
일반적으로 이와 같은 용도, 즉 수지 케이스(44) 등에 사용되는 수지 재료로서는, 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지 또는 나일론 수지 등이 있다. 이들의 수지 파괴 응력은 98 내지 196Pa 레벨이다. 따라서, 수지 케이스(44)의 이면 지지부에 1.05MPa 정도의 압축 응력이 발생하여도, 안전이 충분히 확보되기 때문에, 장기에 걸쳐서 극히 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 외부로 출력하기까지의 신호 전달 경로의 접속 개소를 최소한으로 억제할 수 있으므로, 고장 확률이 현격하게 낮아진다. 또한, 대좌 부재(42)의 재료로서 실리콘을 이용할 수도 있다. 그 경우에는, 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)를 저융점 유리를 이용하여 접합하면 좋다. 이와 같이 하면, 압력 센서 칩(41)이 금속 파이프 부재(43)로부터 받는 열응력이 대좌 부재(42)에서 흡수되기 때문에, 금속 파이프 부재(43)로부터의 열응력을 저감할 수 있다.
실시의 형태 2
도 2는, 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 2의 압력 센서 장치(200)는, 실시의 형태 1의 압력 센서 셀(100)을 커넥터 부재(61)와 조인트 부재(62)로 끼워 넣고, 조인트 부재(62)를 코킹함에 의해, 압력 센서 셀(100)과 커넥터 부재(61)와 조인트 부재(62)를 일체화한 것이다. 또한, 보호막(60)은 도시를 생략하였다.
커넥터 부재(61)는, 압력 센서 셀(100)을 수용하는 하우징부(63)와, 압력 센서 장치(200)의 출력을 외부로 취출하기 위한 소켓부(64)가 일체 성형된 구성으로 되어 있다. 소켓부(64)는 하우징부(63)보다도 가늘게 되어 있고, 하우징부(63)와 소켓부(64)의 사이에 단차부(65)가 형성되어 있다. 하우징부(63)와 소켓부(64)의 사이의 칸막이 부분에는, 외부에의 신호 단자(66)가 매입되어 있다. 신호 단자(66) 의 일단은 하우징부(63) 내로 노출되고, 타단은 소켓부(64) 내로 노출되어 있다.
커넥터 부재(61)와 압력 센서 셀(100)은, 하우징부(63)와 소켓부(64)의 사이의 칸막이 부분의 하우징부(63) 내로 노출되는 단면(배치부)에, 압력 센서 셀(100)의 압력 도입구(52)가 개구하는 개방단(51)과 반대측의 단면을 실리콘 접착제나 에폭시 접착제 등으로 접착함에 의해 일체화되어 있다. 이와 같이 커넥터 부재(61)에 압력 센서 셀(100)이 접착되어 있음에 의해, 진동이나 충격 등의 메커니컬한 충격에 대한 신뢰성이 한층 더 향상한다. 또한, 하우징부(63) 내로 노출되는 신호 단자(66)의 기단 부분은, 압력 센서 셀(100)의 신호 단자(58)에 레이저 용접에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
하우징부(63)와 소켓부(64)의 사이의 칸막이 부분에는, 관통구멍(67)이 마련되어 있다. 이 관통구멍(67)은, 압력 센서 셀(100)의 수지 케이스(44)의, 압력 센서 칩(41)을 수납한 오목부(53)의 공간이 밀폐 상태로 되지 않도록 하기 위해 마련되어 있다. 이 관통구멍(67)을 마련하지 않은 경우에는, 압력 센서 셀(100)에 커넥터 부재(61)를 부착할 때에 이 오목부(53)에 갇힌 기체가 온도 변화에 의해 수축하여, 압력 센서의 특성이 변동하여 버린다.
본 실시의 형태에서는, 관통구멍(67)이 있음에 의해, 온도 변화에 의해 오목부(53) 내의 기체가 수축하여도, 관통구멍(67)을 통하여 기체의 출입이 행하여지기 때문에, 압력 센서의 특성 변동이 일어나지 않는다. 또한, 도 2에 도시한 예에서는, 압력 센서 칩(41)을 수납한 오목부(53)는 겔(68)로 채워져 있다. 겔(68)에 관해서는, 없어도 좋지만, 압력 센서 칩(41)을 보호하는데 유효하기 때문에, 바람직 하게는 오목부(53) 내에 겔(68)이 충전되어 있으면 좋다.
조인트 부재(62)는, 커넥터 부재(61)의 하우징부(63)를 고정하는 고정부를 가지며, 압력 센서셀(100)을 격납하는 격납부(69)와, 격납부(69)의 저부로부터 격납부(69)의 밖으로 돌출되는 나사부(70)가 일체 성형된 구성으로 되어 있다. 나사부(70)의 중심에는, 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(71)이 마련되어 있다. 조인트 부재(62) 및 커넥터 부재(61)는, 압력 센서 셀(100)을 접착한 커넥터 부재(61)의 하우징부(63)에 조인트 부재(62)의 격납부(69)를 씌우고, 격납부(69)의 선단연(先端緣)을 기계 등에 의해 커넥터 부재(61)의 단차부(65)에 따르도록 코킹함으로써 고정할 수 있다. 고정은 코킹 이외의 방법, 예를 들면 접착 등으로 행하도록 하여도 좋다. 고정됨에 의해, 압력 센서 셀(100)의 압력 도입구(52)가 나사부(70)의 관통구멍(71)에 연결되도록 구성되어 있다.
그리고, 도 2에 도시한 바와 같이, 압력 센서 장치(200)는, 압력 매체를 봉입(封入)한 몸체(300)를 관통하는 나사구멍(301)에 나사부(70)를 틀어 넣음에 의해, 몸체(300)에 부착된다. 부착된 상태에서는 나사부(70)의 관통구멍(71)은 몸체(300) 내의 압력 매체가 봉입된 공간에 연결된다. 따라서 압력 매체는, 나사부(70)의 관통구멍(71), 압력 센서 셀(100)의 금속 파이프 부재(43) 및 대좌 부재(42)의 관통구멍(48, 46)을 통과하여 압력 센서 칩(41)의 다이어프램(45)으로 유도된다. 그리고, 몸체(300)는, 예를 들면 트랜스미션의 오일 봉입 블록이나 유압 액추에이터의 블록 등이다.
또한, 격납부(69)의 저부에는, 오목부(72)가 형성되어 있다. 이 오목부(72) 에는, 금속 파이부 부재(43)의 압력 도입구(52)측의 단부가 들어간다. 또한, 오목부(72) 내에는, 금속 파이프 부재(43)와 조인트 부재(62)의 사이를 밀봉하는 밀봉 수단인 O링(73)이 수납되어 있다. O링(73)은, 격납부(69)의 오목부(72) 내에서, 이 오목부(72)의 적어도 측면과, 금속 파이프 부재(43)의 측면의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(73)에 의해, 나사부(70)의 관통구멍(71)을 통과하여 금속 파이프 부재(43)로 유도된 압력 매체가, 금속 파이프 부재(43)의 관통구멍(48) 이외의 부분으로 유입되는 것을 막고 있다. 또한, 밀봉하는 수단으로서는, 금속 파이부 부재(43)와 조인트 부재(62)의 사이를 프로젝션 용접이나 레이저 용접 등으로 밀봉하는 것도 가능하다.
또한, 커넥터 부재(61)의 하우징부(63)와 조인트 부재(62)의 격납부(69)의 사이에도, 그 사이를 밀봉하는 O링(74)이 마련되어 있다. 이 O링(74)에 의해, 압력 매체가 금속 파이프 부재(43)로부터 누설된 경우나, 압력 센서 칩(41)이 파손된 경우나, 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)와의 접합 계면이 박리된 경우 등에 압력 매체가 외부로 누출되는 것을 막고 있다.
이와 같이, 간소한 구성이기 때문에, 부재 비용 및 조립 비용을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 압력 센서 장치(200)를 몸체(300)에 틀어넣어서 부착할 때의 나사부(70)로부터의 응력이 O링(73)을 통하여 압력 센서 칩(41)에 전해지기 때문에, 그 응력이 O링(73)에 의해 완화된다. 따라서, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높아진다. 또한, 외부에의 신호 단자(66)가, 압력 매체를 도입하기 위한 개구에 대해 반대측에 배치된다.
실시의 형태 3
도 3은, 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 3의 압력 센서 장치는, 실시의 형태 1의 압력 센서 셀(100)을, 압력 매체를 봉입한 몸체(300)에 고정 치구(310)를 이용하여 고정한 것이다. 즉, 몸체(300)에는 오목부(302)가 마련되어 있고, 이 오목부(302) 내에 압력 센서 셀(100)이 수납되어 있다. 그리고, 고정 치구(310)가 몸체(300) 및 압력 센서 셀(100)의 위로부터 씌워지고, 나사부재(311)에 의해 몸체(300)에 고정되어 있다. 압력 센서 셀(100)은, 압력 도입구(52)로부터 인가되는 압력과, 그에 대한 고정 치구(310)로부터의 반력에 의해 고정되어 있다. 또한, 보호막(60)은 도시를 생략하였다.
오목부(302)의 저부에는 2단째의 오목부(303)가 형성되어 있다. 이 오목부(303)에는, 압력 센서 셀(100)의 금속 파이프 부재(43)의 압력 도입구(52)측의 단부가 들어간다. 그리고, 2단째의 오목부(303)의 저부에는, 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(304)이 마련되어 있다. 이 관통구멍(304)은, 금속 파이프 부재(43)의 관통구멍(48)에 연결되어 있다. 따라서, 압력 매체는, 몸체(300)의 관통구멍(304), 압력 센서 셀(100)의 금속 파이프 부재(43) 및 대좌 부재(42)의 관통구멍(48, 46)을 통과하여 압력 센서 칩(41)의 다이어프램(45)으로 유도된다.
또한, 2단째의 오목부(303) 내에는, 금속 파이프 부재(43)와 몸체(300)의 사이를 밀봉하는 O링(75)이 수납되어 있다. O링(75)은, 2단째의 오목부(303) 내에서, 이 오목부(303)의 적어도 측면과, 금속 파이프 부재(43)의 측면의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(75)에 의해, 몸체(300)의 관통구멍(304)을 통과하여 금속 파이프 부재(43)로 유도된 압력 매체가, 금속 파이프 부재(43)의 관통구멍(48) 이외의 부분으로 유입되는 것을 막고 있다. 또한, 1단째의 오목부(302) 내에는, 압력 센서 셀(100)의 수지 케이스(44)와 몸체(300)의 사이를 밀봉하는 O링(76)이 수납되어 있다. 이 O링(76)에 의해, 압력 매체가 금속 파이프 부재(43)로부터 누설된 경우나, 압력 센서 칩(41)이 파손된 경우나, 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)의 접합 계면이 박리된 경우 등에 압력 매체가 외부로 누출되는 것을 막고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 3에서는, 압력 센서 셀(100)의 신호 단자(58)는 절곡되어, 몸체(300)의 근처에 설치된 프린트 기판(400)에 직접 솔더링 등에 의해 접속된다. 여기서, 고정 치구(310)가 몸체(300)의 오목부(302)를 완전히 막는 구성의 경우에는, 도면에는 나타나 있지 않지만, 고정 치구(310)에 관통구멍이 마련되어 있고, 압력 센서 셀(100)의 수지 케이스(44)의, 압력 센서 칩(41)을 수납한 오목부(53)의 공간을 밀폐 상태로 하지 않도록 되어 있다. 또는, 고정 치구(310)는 수지 케이스(44)의 오목부(53)를 완전히는 막지 못하고, 오목부(53)의 일부를 개방하는 구성으로 되어 있다. 또한, 오목부(53)가 겔로 채워져 있어도 좋다.
실시의 형태 4
도 4는, 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 4의 압력 센서 장치는, 실시의 형태 3에 있어서 고정 치구(310) 및 나사부재(311)를 이용하여 압력 센서 셀(100)을 고정하는 대신에, 몸체(300)의 오목부(302, 303) 내에 넣은 압력 센서 셀(100) 을, 몸체(300)로부터 기립하는 코킹부(321)를 기계 등을 이용하여 코킹함에 의해 고정한 것이다. 따라서, 실시의 형태 4에서는, 고정 치구(310) 및 나사부재(311)는 불필요하며, 부품 갯수를 줄일 수 있다. 실시의 형태 4에서도, O링(75)은, 몸체(300)의 2단째의 오목부(303) 내에서, 이 오목부(303)의 적어도 측면과, 금속 파이프 부재(43)의 측면의 사이를 밀봉하고 있다. 그 밖의 구성은 실시의 형태 3과 같다. 또한, 보호막(60)은 도시를 생략하였다.
실시의 형태 5
도 5는, 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 압력 센서 셀(101)은, 압력 센서 칩(41), 대좌 부재(42), 금속판 부재(143) 및 수지 케이스(144)를 구비하고 있다. 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)의 구성 및 보호막(60)은 실시의 형태 1과 같다.
금속판 부재(143)는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 42알로이로 만들어져 있고, 그 표면에 니켈 도금이 시행되어 있다. 또는, 니켈 도금과 금 도금의 조합이라도 좋다. 금속판 부재(143)의 중심에는, 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(148)이 마련되어 있다. 금속판 부재(143)와 대좌 부재(42)는, 대좌 부재(42)의 관통구멍(46)과 금속판 부재(143)의 관통구멍(148)이 하나로 이어지도록 위치가 맞추어져서, 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등의 금속 재료(49)로 이루어지는 접합 부재에 의해 접합되어 있다. 접합 부재로서는 금속 재료(49) 외에 접착제에 의해 접합하여도 좋다. 금속판 부재(143)에 도금을 시행하는 이유는, 대좌 부재(42)와의 접합 강도가 높아지기 때문이다.
수지 케이스(144)는, 그 한쪽의 단부측에 제 1의 오목부(153)를 갖는다. 이 제 1의 오목부(153)에는, 압력 센서 칩(41) 및 대좌 부재(42)가 수용되어 있다. 또한, 수지 케이스(144)의 제 1의 오목부(153)와 반대측의 단부에는, 제 1의 오목부(153)보다도 개구 면적이 크며, 또한 제 1의 오목부(153)에 이어지는 제 2의 오목부(155)가 형성되어 있다. 즉, 제 1의 오목부(153)와 제 2의 오목부(155)에 의해, 수지 케이스(144)를 관통하는 구멍 부분이 형성되어 있다. 제 2의 오목부(155)에는, 금속판 부재(143)가 수납되어 있다. 금속판 부재(143)의 개방단(151)에서의 관통구멍(148)의 개구부를 압력 도입구(152)로 하면, 이 압력 도입구(152)와 반대측의 면(156)과, 이 면(156)이 맞닿는 제 2의 오목부(155)의 저면(157)이 접착되어 있다.
이들의 면(156, 157)이 접착되어 있음에 의해, 압력 도입구(152)로부터 도입된 압력 매체에 의해 압력이 인가된 경우에, 그 압력이 금속판 부재(143)를 수지 케이스(144)에 압착되도록 작용하기 때문에, 압력에 대한 구조적인 신뢰성이 높다. 또한, 수지 케이스(144)는 외부에의 신호 단자(158)를 갖고 있고, 그 신호 단자(158)의 기단은 상기 제 1의 오목부(153)의 측방으로 노출되어 있다. 그 신호 단자(158)의 노출 개소와 압력 센서 칩(41)은, 와이어 본딩(59)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
상술한 구성의 압력 센서 셀(101)에서는. 압력 도입구(152)로부터 압력 매체가 도입되고, 압력 센서 칩(41)의 다이어프램(45)에서 압력을 받으면, 다이어프램(45)이 변형한다. 그리고, 다이어프램(45)상의 게이지 저항치가 변화하고, 그에 따 른 전압 신호가 발생한다. 그 전압 신호는, 감도 보정 회로나 오프셋 보정 회로나 온도특성 보정 회로 등의 조정 회로에 의해 조정된 증폭 회로에 의해 증폭되고, 압력 센서 칩(41)으로부터 출력된다. 그리고, 그 출력 신호는, 와이어 본딩(59)을 통하여 신호 단자(158)로 출력된다.
그때, 압력 매체가 접하는 것은, 금속판 부재(143)뿐이다. 따라서 압력 매체가 에어컨 매체나 오일이나 윤활유 등이라도, 압력 센서 셀(101)이 열화되는 일은 없고, 장기에 걸쳐서 높은 신뢰성을 얻을 수 있다. 또한, 고압을 계측하는 경우에도, 압력을 받는 면적(수압 면적)이 다이어프램(45)뿐이기 때문에, 압력 센서 셀에 일체화된 염가의 수지 케이스에 신호 단자(58)를 배치할 수 있고, 압력 센서 셀(101)을 이용한 압력 센서 장치의 구조 및 재료를 극력 소형화하고, 경량화할 수 있다. 따라서, 저비용의 압력 센서 장치를 실현할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 측정 압력이 20MPa이고, 다이어프램(45)의 지름이 φ1㎜인 경우, 수압 면적이 0.78㎟이기 때문에, 압력 센서셀(101)이 받는 하중은, 20MPa×0.78㎟로 계산된다. 수지 케이스(144)의 제 2의 오목부(155)의 저면(157), 즉 압력에 의해 금속판 부재(143)가 압착되는 이면 지지부의 면적을 14.9㎟라고 하면, 수지 케이스(144)의 이면 지지부에 발생하는 압축 응력은, 20MPa×0.78㎟/14.9㎟로 계산되고, 1.05MPa로 된다.
실시의 형태 1과 마찬가지로, 수지 케이스(144)에 사용되는 수지 재료는, 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지 또는 나일론 수지 등이다. 이들의 수지의 파괴 응력은 98 내지 194Pa 레벨이기 때 문에, 수지 케이스(144)의 이면 지지부에 1.05MPa 정도의 압축 응력이 발생하여도, 안전이 충분히 확보된다. 따라서, 장기에 걸쳐서 극히 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 외부로 출력하기까지의 신호 전달 경로의 접속 개소를 최소한으로 억제할 수 있으므로, 고장 확률이 현격하게 낮아진다. 또한, 대좌 부재(42)의 재료로서 실리콘을 이용하고, 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)를 저융점 유리를 이용하여 접합하는 경우에는, 압력 센서 칩(41)이 금속판 부재(143)로부터 받는 열응력이 대좌 부재(42)에서 흡수되기 때문에, 금속판 부재(143)로부터의 열응력을 저감할 수 있다. 또한, 금속 파이프 부재(43)를 대신하여 금속판 부재(143)를 이용함에 의해, 실시의 형태 1보다도 부재 비용을 내릴 수 있다.
실시의 형태 6
도 6은, 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 6의 압력 센서 장치(201)는, 실시의 형태 5의 압력 센서 셀(101)을, 실시의 형태 2와 마찬가지로, 커넥터 부재(61)와 조인트 부재(62)로 끼워 넣고, 조인트 부재(62)를 코킹함에 의해, 압력 센서 셀(101)과 커넥터 부재(61)와 조인트 부재(62)를 일체화한 것이다. 커넥터 부재(61)와 조인트 부재(62)의 구성은, 실시의 형태 2와 같다. 또한, 보호막(60)은 도시를 생략하였다.
커넥터 부재(61)와 압력 센서 셀(101)은, 커넥터 부재(61)의 하우징부(63)와 소켓부(64)의 사이의 칸막이 부분의 하우징부(63) 내로 노출되는 단면(배치부)에, 압력 센서 셀(101)의 압력 도입구(152)가 개구하는 개방단(151)과 반대측의 단면을 실리콘 접착제나 에폭시 접착제 등으로 접착함에 의해 일체화되어 있다. 이와 같이 커넥터 부재(61)에 압력 센서 셀(101)이 접착되어 있음에 의해, 진동이나 충격 등의 메커니컬한 충격에 대한 신뢰성이 보다 한층 향상한다. 또한, 하우징부(63) 내로 노출되는 신호 단자(66)의 기단 부분은, 압력 센서 셀(101)의 신호 단자(158)에 레이저 용접에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 6에 도시한 예에서는, 압력 센서 칩(41)을 수납한 제 1의 오목부(153)는 겔(68)로 채워져 있다. 겔(68)에 관해서는 없어도 좋지만, 압력 센서 칩(41)을 보호하는데 유효하기 때문에, 바람직하게는 제 1의 오목부(153) 내에 겔(68)이 충전되어 있으면 좋다. 압력 센서 장치(201)에서는, 몸체(300) 내의 공간에 봉입된 압력 매체는, 조인트 부재(62)의 나사부(70)의 관통구멍(71), 압력 센서 셀(101)의 금속판 부재(143) 및 대좌 부재(42)의 관통구멍(148, 46)을 통과하여 압력 센서 칩(41)의 다이어프램(45)에 유도된다.
조인트 부재(62)의 격납부(69)의 저부에 형성된 오목부(72) 내에는, 금속판 부재(143)와 조인트 부재(62)의 사이를 밀봉하는 밀봉 수단인 O링(173)이 수납되어 있다. O링(173)은, 격납부(69)의 오목부(72) 내에서, 이 오목부(72)의 적어도 저면과, 금속판 부재(143)의 개방단(151)의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(173)에 의해 나사부(70)의 관통구멍(71)을 통과하여 금속판 부재(143)로 유도된 압력 매체가, 금속판 부재(143)의 관통구멍(148) 이외의 부분으로 유입되는 것을 막고 있다.
이와 같이, 실시의 형태 6에 의하면, 간소한 구성이기 때문에, 부재 비용 및 조립 비용을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 압력 센서 장치(201)를 몸체(300)에 틀어넣어서 부착할 때의 나사부(70)로부터의 응력이 O링(173)을 통하여 압력 센서 칩(41)에 전해지기 때문에, 그 응력이 O링(173)에 의해 완화된다. 따라서, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높아진다. 또한, 외부에의 신호 단자(66)가 압력 매체를 도입하기 위한 개구에 대해 반대측에 배치된다.
또한, 실시의 형태 6에서는, 압력 매체에 의해 압력 센서 셀(101)에 작용하는 하중은, 금속판 부재(143)의 개방단(151)과 O링(173)과의 접선으로 만들어지는 형상의 면적(S1)으로 정해진다. 그에 대해, 실시의 형태 2에서는, 압력 매체에 의해 압력 센서 셀(100)에 작용하는 하중이, 조인트 부재(62)의 오목부(72)의 측면과 O링(173)과의 접선으로 만들어지는 형상의 면적(S2)으로 정해진다. S1은 S2보다 작기 때문에, 실시의 형태 6에서는, 압력 센서 셀(102)에 작용하는 하중이 실시의 형태 2보다 작아진다. 따라서, 실시의 형태 6은, 실시의 형태 2보다도 높은 압력을 계측하는데 적합하다.
실시의 형태 7
도 7은, 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 7의 압력 센서 장치는, 실시의 형태 5의 압력 센서 셀(101)을, 실시의 형태 3과 마찬가지로, 몸체(300)에 형성된 오목부(302) 내에 압력 센서 셀(101)을 넣고, 그 위로부터 고정 치구(310)를 나사부재(311)에 의해 몸체(300)에 나사 체결한 것이다. 압력 센서 셀(101)은, 압력 도 입구(152)로부터 인가된 압력과, 그에 대한 고정 치구(310)로부터의 반력에 의해 고정되어 있다. 또한, 보호막(60)은 도시를 생략하였다.
오목부(302)의 저부에 형성된 2단째의 오목부(303) 내에는, 금속판 부재(143)와 몸체(300)의 사이를 밀봉하는 O링(175)이 수납되어 있다. O링(175)은, 2단째의 오목부(303) 내에서, 이 오목부(303)의 적어도 저면과, 금속판 부재(143)의 개방단(151)의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(175)에 의해, 몸체(300)의 관통구멍(304)을 통과하여 금속판 부재(143)로 유도된 압력 매체가, 금속판 부재(143)의 관통구멍(148) 이외의 부분으로 유입되는 것을 막고 있다. 또한, 압력 센서 셀(101)의 신호 단자(158)는 절곡되어 있고, 몸체(300)의 근처에 설치된 프린트 기판(400)에 직접 솔더링 등에 의해 접속된다.
실시의 형태 8
도 8은, 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 8의 압력 센서 장치는, 실시의 형태 7에 있어서 고정 치구(310) 및 나사부재(311)를 이용하여 압력 센서 셀(101)을 고정하는 대신에, 실시의 형태 4와 마찬가지로, 몸체(300)의 오목부(302, 303) 내에 넣은 압력 센서 셀(101)을, 몸체(300)로부터 기립하는 코킹부(321)를 기계 등을 이용하여 코킹함에 의해 고정한 것이다. 따라서, 실시의 형태 8에서는, 고정 치구(310) 및 나사부재(311)는 불필요하고, 실시의 형태 7보다도 부품 갯수를 줄일 수 있다. 실시의 형태 8에서도, O링(175)은 몸체(300)의 2단째의 오목부(303) 내에서, 이 오목부(303)의 적어도 저면과, 금속판 부재(143)의 개방단(151)의 사이를 밀봉하고 있다. 그 밖의 구성은 실시의 형태 7과 같다. 또한, 보호막(60)은 도시를 생략하였다.
실시의 형태 9
도 9는, 본 발명의 실시의 형태 9에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 평면도이고, 도 10 및 도 11은 각각 도 9의 절단선 A-A 및 B-B에 있어서의 구성을 도시한 단면도이다. 이들의 도면에 도시한 바와 같이, 압력 센서 셀(102)은 압력 센서 칩(41), 대좌 부재(42), 금속판 부재(243) 및 수지 케이스(244)를 구비하고 있다. 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)의 구성 및 보호막(60)은 실시의 형태 1과 같다.
수지 케이스(244)는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 평면 형상이 직사각형 형상을 하고 있고, 상대하는 한 쌍의 변으로부터 예를 들면 4개씩의 신호 단자(258)가 돌출되어 있다. 수지 케이스(244)의 한쪽의 변에 나열하는 신호 단자(258)는, 압력 센서 셀(102)의 출력을 외부로 취출하기 위한 외부 접속용 단자이다. 수지 케이스(244)의 또 한쪽의 변에 나열하는 신호 단자(258)는, 압력 센서 셀(102)의 특성을 조정할 때에 사용되는 내부 조정용 단자이고, 예를 들면 외부 접속용 단자보다도 짧아도 좋다.
또한, 수지 케이스(244)는 오목부(253)를 갖는다. 이 오목부(253)에는 압력 센서 칩(41) 및 대좌 부재(42)가 수용되어 있고, 신호 단자(258)의 기단이 노출되어 있다. 신호 단자(258)의 노출 개소와 압력 센서 칩(41)은, 와이어 본딩(59)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 수지 케이스(244)의 이면은, 금속판 부재(243)의 한쪽의 면에 접착되어 있다.
금속판 부재(243)는, 수지 케이스(244)의 신호 단자(258)가 돌출되지 않은 양단면보다도 외측으로 돌출되어 있다. 이 금속판 부재(243)의 수지 케이스(244)의 양단면보다도 외측으로 돌출되어 있는 부분은, 금속판 부재(243)와 일체화되는 다른 부재(예를 들면, 후술하는 실시의 형태 10의 커넥터 부재(161) 등)가 맞닿아지는 지지부(245)로 된다. 신호 단자(258)는, 금속판 부재(243)의 수지 케이스(244)로부터 신호 단자(258)가 돌출되어 있는 양단면보다도 외측으로 돌출되어 있다.
또한, 금속판 부재(243)는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 42알로이로 만들어져 있고, 그 표면에, 대좌 부재(42)와의 접합 강도를 높이기 위한 니켈 도금이 시행되어 있다. 또는, 니켈 도금과 금 도금의 조합이라도 좋다. 금속판 부재(243)의 중심에는, 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(248)이 마련되어 있다. 대좌 부재(42)는, 금속판 부재(243)의 한쪽의 면에, 대좌 부재(42)의 관통구멍(46)과 금속판 부재(243)의 관통구멍(248)이 하나로 이어지도록 위치가 맞추어져서, 금/주석 공정 솔더나 고온 솔더 등의 금속 재료(49)로 이루어지는 접합 부재에 의해 접합되어 있다. 접합 부재로서는 금속 재료(49) 외의 접착제에 의해 접합하여도 좋다.
상술한 구성의 압력 센서 셀(102)에서는, 금속판 부재(243)의 관통구멍(248)을 통하여 압력 매체가 도입되고, 압력 센서 칩(41)의 다이어프램(45)에서 압력을 받으면, 다이어프램(45)이 변형한다. 그리고, 다이어프램(45)상의 게이지 저항치가 변화하고, 그에 따른 전압 신호가 발생한다. 그 전압 신호는, 감도 보정 회로나 오 프셋 보정 회로나 온도특성 보정 회로 등의 조정 회로에 의해 조정된 증폭 회로에 의해 증폭되고, 압력 센서 칩(41)으로부터 출력된다. 그리고, 그 출력 신호는 와이어 본딩(59)을 통하여 신호 단자(258)로 출력된다.
그때, 압력 매체가 접하는 것은, 금속판 부재(243)뿐이다. 따라서 압력 매체가 에어컨 매체나 오일이나 윤활유 등이라도, 압력 센서 셀(102)이 열화되는 일은 없고, 장기에 걸쳐서 높은 신뢰성을 얻을 수 있다. 또한, 고압을 계측하는 경우에도, 압력을 받는 면적(수압 면적)이 다이어프램(45)뿐이기 때문에, 압력 센서 셀에 일체화된 염가의 수지 케이스에 신호 단자(58)를 배치할 수 있고, 압력 센서 셀(102)을 이용한 압력 센서 장치의 구조 및 재료를 극력 소형화하고, 경량화할 수 있다. 따라서, 저비용의 압력 센서 장치를 실현할 수 있다.
구체적으로는, 수지 케이스(244)가 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지 또는 나일론 수지 등으로 만들어져 있는 경우, 실시의 형태 5와 마찬가지로, 수지 케이스(244)에 1.05MPa 정도의 압축 응력이 발생하여도, 안전이 충분히 확보된다. 따라서, 장기에 걸쳐서 극히 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 외부로 출력하기까지의 신호 전달 경로의 접속 개소를 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 고장 확률이 현격하게 낮아진다. 또한, 대좌 부재(42)의 재료로서 실리콘을 이용하고, 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)를 저융점 유리를 이용하여 접합하는 경우에는, 압력 센서 칩(41)이 금속판 부재(243)로부터 받는 열응력이 대좌 부재(42)에서 흡수되기 때문에, 금속판 부 재(243)로부터의 열응력을 저감할 수 있다. 또한, 금속 파이프 부재(43)를 대신하여 금속판 부재(243)를 이용함에 의해, 실시의 형태 1보다도 부재 비용을 내릴 수 있다.
실시의 형태 10
도 12 및 도 13은, 본 발명의 실시의 형태 i0에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도로서, 각각 도 9의 절단선 A-A 및 B-B에 상당하는 절단면에 있어서의 구성을 도시한 단면도이다. 이들의 도면에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 10의 압력 센서 장치(202)는, 실시의 형태 9의 압력 센서 셀(102)을, 실시의 형태 2와 마찬가지로, 커넥터 부재(161)와 조인트 부재(62)로 끼워 넣고, 조인트 부재(62)를 코킹함에 의해, 압력 센서 셀(102)과 커넥터 부재(161)와 조인트 부재(62)를 일체화한 것이다. 조인트 부재(62)의 구성은, 실시의 형태 2와 같다. 또한, 보호막(60)은 도시를 생략하였다.
커넥터 부재(161)는, 압력 센치 셀(102)을 수용하는 하우징부(163)와, 압력 센서 장치(202)의 출력을 외부로 취출하기 위한 소켓부(164)가 일체 성형된 구성으로 되어 있다. 소켓부(164)는 하우징부(163)보다도 가늘게 되어 있고, 하우징부(163)와 소켓부(164)의 사이에 단차부(165)가 형성되어 있다. 하우징부(163)와 소켓부(164)의 사이의 칸막이 부분에는, 외부에의 신호 단자(166)가 매입되어 있다. 신호 단자(166)의 일단은 하우징부(163) 내로 노출되고, 타단은 소켓부(164) 내로 노출되어 있다.
하우징부(163)의 높이는, 금속판 부재(243)의 신호 단자(258)가 있는 측과 없는 측에서 다르다. 도 12에 도시한 바와 같이, 금속판 부재(243)의, 신호 단자(258)가 있는 측, 즉 금속판 부재(243)의 긴 변에 따른 측에서는, 하우징부(163)의 하단은, 금속판 부재(243)의 외측에서, 조인트 부재(62)의 저면에 맞닿아 있다. 한편, 도 13에 도시한 바와 같이, 금속판 부재(243)의 신호 단자(258)가 없는 측, 즉 금속판 부재(243)의 단변에 따른 측에서는, 하우징부(163)의 하단은, 금속판 부재(243)의 지지부(245)에 맞닿아 있다. 이와 같이, 커넥터 부재(161)가 조인트 부재(62) 및 금속판 부재(243)에 의해 지지되어 있음에 의해, 높은 압력을 계측하는 경우에, 수지 케이스(244)에 과대한 하중이 가해지는 것을 막고 있다.
커넥터 부재(161)와 압력 센서 셀(102)은, 커넥터 부재(161)의 하우징부(163)0와 소켓부(164)의 사이의 칸막이 부분의 하우징부(163) 내로 노출되는 단면(배치부)에, 압력 센서 셀(102)의 압력 도입구(252)가 개구하는 개방단(251)과 반대측의 단면을 실리콘 접착제나 에폭시 접착제 등으로 접착함에 의해 일체화되어 있다. 이와 같이 커넥터 부재(161)에 압력 센서 셀(102)이 접착되어 있음에 의해, 진동이나 충격 등의 메커니컬한 충격에 대한 신뢰성이 보다 한층 향상된다. 또한, 하우징부(163) 내로 노출되는 신호 단자(166)의 기단 부분은, 압력 센서 셀(102)의 신호 단자(258)에 레이저 용접에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
하우징부(163)와 소켓부(164)의 사이의 칸막이 부분에는, 관통구멍(167)이 마련되어 있다. 이 관통구멍(167)은 압력 센서 셀(102)의 수지 케이스(244)의, 압력 센서 칩(41)을 수납한 오목부(253)의 공간이 밀폐 상태로 되지 않도록 하기 위해 마련되어 있다. 또한, 이 오목부(253)는, 예를 들면 압력 센서 칩(41)을 보호하 기 위한 겔(68)로 채워져 있다.
조인트 부재(62)는, 커넥터 부재(161)의 하우징부(163)를 고정하는 고정부를 갖고 있다. 조인트 부재(62) 및 커넥터 부재(161)는, 압력 센서 셀(102)을 접착한 커넥터 부재(161)의 하우징부(163)에 조인트 부재(62)의 격납부(69)를 씌우고, 격납부(69)의 선단 테두리를 기계 등에 의해 커넥터 부재(161)의 단차부(165)에 따르도록 코킹하여 고정할 수 있다. 고정은 코킹 이외의 방법, 예를 들면 접착 등으로 행하도록 하여도 좋다.
압력 센서 장치(202)에서는, 몸체(300) 내의 공간에 봉입된 압력 매체는, 조인트 부재(62)의 나사부(70)의 관통구멍(71), 압력 센서 셀(102)의 금속판 부재(243) 및 대좌 부재(42)의 관통구멍(248, 46)을 통과하여 압력 센서 칩(41)의 다이어프램(45)에 유도된다. 또한, 조인트 부재(62)의 격납부(69)의 저부에 형성된 오목부(72) 내에는, 밀봉 수단인 O링(173)이 수납되어 있다. O링(173)은 격납부(69)의 오목부(72) 내에서, 이 오목부(72)의 적어도 저면과, 금속판 부재(243)의 개방단(251)의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(173)에 의해, 나사부(70)의 관통구멍(71)을 통과하여 금속판 부재(243)로 유도된 압력 매체가, 금속판 부재(243)의 관통구멍(248) 이외의 부분으로 유입되는 것을 막고 있다.
또한, 커넥터 부재(161)의 하우징부(163)의 외측 측면과 조인트 부재(62)의 격납부(69)의 내측 측면의 사이에도, 그 사이를 밀봉하는 O링(174)이 마련되어 있다. 이 O링(174)에 의해, 압력 매체가 금속판 부재(143)로부터 누설된 경우나, 압력 센서 칩(41)이 파손된 경우나, 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)와의 접합 계 면이 박리된 경우 등에 압력 매체가 외부로 누출되는 것을 막고 있다.
이와 같이, 실시의 형태 10에 의하면, 간소한 구성이기 때문에, 부재 비용 및 조립 비용을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 압력 센서 장치(202)를 몸체(300)에 틀어넣어서 부착할 때의 나사부(70)로부터의 응력이 O링(173)을 통하여 압력 센서 칩(41)에 전해지기 때문에, 그 응력이 O링(173)에 의해 완화된다. 따라서, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높아진다. 또한, 외부에의 신호 단자(166)가, 압력 매체를 도입하기 위한 개구에 대해 반대측에 배치된다.
또한, 실시의 형태 10에서는, 압력 매체에 의해 압력 센서 셀(102)에 작용하는 하중은, 금속판 부재(243)의 개방단(251)과 O링(173)과의 접선으로 만들어지는 형상의 면적(S3)으로 정해진다. 그에 대해, 실시의 형태 2에서는, 상술한 S2로 정해진다. S3은 S2보다도 작기 때문에, 실시의 형태 10에서는, 압력 센서 셀(102)에 작용하는 하중이 실시의 형태 2보다도 작아진다. 따라서, 실시의 형태 10은, 실시의 형태 2보다도 높은 압력을 계측하는데 적합하다. 또한, 실시의 형태 10은, 상술한 바와 같이, 수지 케이스(244)에 과대한 하중이 가해지지 않은 구성으로 되어 있으므로, 실시의 형태 6보다도 높은 압력을 계측하는데 적합하다.
실시의 형태 11
도 14는, 본 발명의 실시의 형태 11에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 11의 압력 센서 장치는, 실시의 형태 9의 압력 센서 셀(102)을, 실시의 형태 3과 마찬가지로, 몸체(300)에 형성된 오목부(302) 내에 압력 센서 셀(102)을 넣고, 그 위로부터 고정 치구(312)를 나 사부재(311)에 의해 몸체(300)에 나사 체결한 것이다. 고정 치구(312)의 하면에는, 수하편(垂下片)(313)이 돌출하여 마련되어 있다. 이 수하편(313)은, 금속판 부재(243)의 지지부(245)에 맞닿는다. 압력 센서 셀(102)은, 압력 도입구(252)로부터 인가되는 압력과, 그에 대한 고정 치구(312)로부터의 반력에 의해 고정되어 있다. 또한, 보호막(60)은 도시를 생략하였다.
오목부(302)의 저부에 형성된 2단째의 오목부(303) 내에는, 금속판 부재(243)와 몸체(300)의 사이를 밀봉하는 O링(175)이 수납되어 있다. O링(175)은, 2단째의 오목부(303) 내에서, 이 오목부(303)의 적어도 저면과, 금속판 부재(243)의 개방단(251)의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(175)에 의해, 몸체(300)의 관통구멍(304)을 통과하여 금속판 부재(243)로 유도된 압력 매체가, 금속판 부재(243)의 관통구멍(248) 이외의 부분으로 유입되는 것을 막고 있다.
또한, 압력 센서 셀(102)의 신호 단자(258)는 절곡되어 있고, 몸체(300)의 근처에 설치된 프린트 기판(400)에 직접 솔더링 등에 의해 접속된다. 실시의 형태 11에서는, 금속판 부재(243)는 원반형상이라도 좋고, 또한, 그 외주의 전체에 걸쳐서 지지부(245)가 마련되어 있어도 좋다.
실시의 형태 12
도 15는, 본 발명의 실시의 형태 12에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 12의 압력 센서 장치는, 실시의 형태 11에서 고정 치구(312) 및 나사부재(311)를 이용하여 압력 센서 셀(102)을 고정하는 대신에, 몸체(300)의 오목부(302) 내에 넣은 금속판 부재(243)의 지지부 (245)를, 몸체(300)로부터 기립하는 코킹부(322)를 기계 등을 이용하여 코킹함에 의해 고정한 것이다. 따라서, 실시의 형태 12에서는, 고정 치구(312) 및 나사부재(311)는 불필요하고, 실시의 형태 11보다도 부품 갯수를 줄일 수 있다. 실시의 형태 12에서도, O링(175)은 몸체(300)의 2단째의 오목부(303) 내에서, 이 오목부(303)의 적어도 저면과, 금속판 부재(243)의 개방단(251)의 사이를 밀봉하고 있다. 그 밖의 구성은 실시의 형태 11과 같다. 또한, 보호막(60)은 도시를 생략하였다.
실시의 형태 13
도 16 및 도 17은, 본 발명의 실시의 형태 13에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도이고, 도 16 및 도 17은, 각각 도 9의 절단선 A-A 및 B-B에서의 구성을 도시한 단면도이다. 이들의 도면에 도시한 바와 같이, 압력 센서 셀(103)은, 압력 센서 칩(41), 대좌 부재(42), 금속판 부재(343) 및 수지 케이스(344)를 구비하고 있다. 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)의 구성은, 실시의 형태 9와 같다.
수지 케이스(344)는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 평면 형상이 직사각형 형상을 하고 있고, 상대하는 한 쌍의 변으로부터 예를 들면 4개씩의 신호 단자(358)가 돌출되어 있다. 수지 케이스(344)의 한쪽의 변에 나열하는 신호 단자(358)는, 압력 센서 셀(103)의 출력을 외부로 취출하기 위한 외부 접속용 단자이다. 수지 케이스(344)의 또 한쪽의 변에 나열하는 신호 단자(358)는, 압력 센서 셀(103)의 특성을 조정할 때에 사용되는 내부 조정용 단자로서, 예를 들면 외부 접속용 단자보다도 짧아도 좋다.
또한, 수지 케이스(344)는, 오목부(353)를 갖는다. 이 오목부(353)에는, 압 력 센서 칩(41) 및 대좌 부재(42)가 수용되어 있고, 신호 단자(358)의 기단이 노출되어 있다. 신호 단자(358)의 노출 개소와 압력 센서 칩(42)은, 와이어 본딩(59)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 수지 케이스(344)의, 제 1의 오목부(353)와 반대측의 단부에는, 제 1의 오목부(353)보다도 개구 면적이 크며, 또한 제 1의 오목부(353)에 이어지는 제 2의 오목부(355)가 형성되어 있다. 즉, 제 1의 오목부(353)와 제 2의 오목부(355)에 의해, 수지 케이스(344)를 관통하는 구멍 부분이 형성되어 있다. 제 2의 오목부(355)에는, 금속판 부재(343)의 볼록부(81)가 수납되어 있다. 금속판 부재(343)의 개방단(351)에서의 관통구멍(348)의 개구부를 압력 도입구(352)로 하면, 이 압력 도입구(352)와 반대측의 면(356)과, 이 면(356)이 맞닿는 제 2의 오목부(355)의 저면(357)이 접착되어 있다.
금속판 부재(343)는, 수지 케이스(344)의, 신호 단자(358)가 돌출되지 않은 양단면보다도 외측으로 돌출되어 있다. 이 금속판 부재(343)의, 수지 케이스(344)의 양단면보다도 외측으로 돌출되어 있는 부분은, 금속판 부재(343)와 일체화되는 다른 부재(예를 들면, 후술하는 실시의 형태 17의 커넥터 부재(161) 등)가 맞닿아지는 지지부(345)로 된다. 신호 단자(358)는, 금속판 부재(343)의 수지 케이스(344)로부터 신호 단자(358)가 돌출되어 있는 양단면보다도 외측으로 돌출되어 있다.
또한, 금속판 부재(343)는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 42알로이로 만들어져 있고, 그 표면에, 대좌 부재(42)와의 접합 강도를 높이기 위한 니켈 도금이 시행되어 있다. 또는, 니켈 도금과 금 도금의 조합이라도 좋다. 금속판 부재(343) 의 중심에는, 공기나 기름 등의 압력 매체가 통과하는 관통구멍(348)이 마련되어 있다. 대좌 부재(42)는, 금속판 부재(343)의 한쪽 면에, 대좌 부재(42)의 관통구멍(46)과 금속판 부재(343)의 관통구멍(348)이 하나로 이어지도록 위치가 맞추어져서, 에폭시 등의 접착제(82)로 이루어지는 접합 부재에 의해 접합되어 있다. 접합 부재로서는 실시의 형태 1과 같은 금속 재료(49)에 의해 접합하여도 좋다.
또한, 금속판 부재(343)는 원통형상의 볼록부(81)를 갖고 있다. 압력 센서 셀(103)은 지지부(345)에서 고정되기 때문에, 압력 매체로부터의 압력을 받으면 금속판 부재(343)가 휨에 의해 응력이 발생한다. 이 응력에 의해 압력 센서 칩(41)의 출력 변동이 발생한다. 금속판 부재(343)와 같이 볼록부(81)를 형성하면 실시의 형태 9와 같은 금속판 부재가 평탄한 경우에 비하여 응력을 완화할 수 있다. 또한, 실시의 형태 9의 경우는, 계측하는 압력이 커짐에 따라 금속판 부재(243)의 전체의 두께를 두껍게 하고 계측하는 압력에 의한 응력 등의 영향을 저감할 필요가 있다. 그러나, 본 실시의 형태에서는, 금속판 부재(343)의 전체를 두껍게 할 필요가 없고, 금속판 부재의 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 실시의 형태 1의 보호막(60)을 접착제(82)의 보호를 위해 형성하여도 좋다.
상술한 구성의 압력 센서 셀(103)에서는, 금속판 부재(343)의 관통구멍(348)을 통하여 압력 매체가 도입되고, 압력 센서 칩(41)의 다이어프램(45)에서 압력을 받으면, 다이어프램(45)이 변형한다. 그리고, 다이어프램(45)상의 게이지 저항치가 변화하고, 그에 따른 전압 신호가 발생한다. 그 전압 신호는, 감도 보정 회로나 오 프셋 보정 회로나 온도특성 보정 회로 등의 조정 회로에 의해 조정된 증폭 회로에 의해 증폭되고, 압력 센서 칩(41)으로부터 출력된다. 그리고, 그 출력 신호는 와이어 본딩(59)을 통하여 신호 단자(358)로 출력된다.
그때, 압력 매체가 접하는 것은, 금속판 부재(343)의 내벽과 대좌 부재(42)의 내벽과 압력 센서 칩(41)의 다이어프램(45)뿐이다. 따라서 압력 매체가 에어컨 매체나 오일이나 윤활유 등이라도, 압력 센서 셀(103)이 열화되는 일은 없고, 장기에 걸쳐서 높은 신뢰성을 얻을 수 있다. 또한, 고압을 계측하는 경우에도, 압력을 받는 면적(수압 면적)이 다이어프램(45)뿐이기 때문에, 압력 센서 셀에 일체화된 염가의 수지 케이스에 신호 단자(58)를 배치할 수 있고, 압력 센서 셀(103)을 이용한 압력 센서 장치의 구조 및 재료를 극력 소형화하고, 경량화할 수 있다. 따라서, 저비용의 압력 센서 장치를 실현할 수 있다.
구체적으로는, 수지 케이스(344)가 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지 또는 나일론 수지 등으로 만들어져 있는 경우, 실시의 형태 9와 마찬가지로, 수지 케이스(344)에 1.05MPa 정도의 압축 응력이 발생하여도, 안전이 충분히 확보된다. 따라서, 장기에 걸쳐서 극히 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 외부로 출력하기까지의 신호 전달 경로의 접속 개소를 최소한으로 억제할 수 있으므로, 고장 확률이 현격하게 낮아진다. 또한, 대좌 부재(42)의 재료로서 실리콘을 이용하고, 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)를 저융점 유리를 이용하여 접합하는 경우에는, 압력 센서 칩(41)이 금속판 부재(343)로부터 받는 열응력이 대좌 부재(42)에서 흡수되기 때문에, 금속판 부재(343)로부터의 열응력을 저감할 수 있다. 또한, 금속 파이프 부재(43)를 대신하여 금속판 부재(343)를 이용함에 의해, 실시의 형태 1보다도 부재 비용을 내릴 수 있다.
실시의 형태 14
도 18 및 도 19는, 본 발명의 실시의 형태 14에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도로서, 각각 도 9의 절단선 A-A 및 B-B에 상당하는 절단면에 있어서의 구성을 도시한 단면도이다. 이들의 도면에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 14의 압력 센서 장치(203)는 실시의 형태 13의 압력 센서 셀(103)을, 실시의 형태 10과 마찬가지로, 커넥터 부재(161)와 조인트 부재(62)로 끼워 넣고, 조인트 부재(62)를 코킹함에 의해, 압력 센서 셀(103)과 커넥터 부재(161)와 조인트 부재(62)를 일체화한 것이다. 조인트 부재(62)의 구성은 실시의 형태 2와 같다.
커넥터 부재(161)는, 압력 센서 셀(103)을 수용하는 하우징부(163)와, 압력 센서 장치(203)의 출력을 외부로 취출하기 위한 소켓부(164)가 일체 성형된 구성으로 되어 있다. 소켓부(164)는 하우징부(163)보다도 가늘게 되어 있고, 하우징부(163)와 소켓부(164)의 사이에 단차부(165)가 형성되어 있다. 하우징부(163)와 소켓(164) 사이의 칸막이 부분에는, 외부에의 신호 단자(166)가 매입되어 있다. 신호 단자(166)의 일단은 하우징부(163) 내로 노출되고, 타단은 소켓부(164) 내로 노출되어 있다.
하우징부(163)의 높이는, 금속판 부재(343)의 신호 단자(358)가 있는 측과 없는 측에서 다르다. 도 18에 도시한 바와 같이, 금속판 부재(343)의 신호 단자(358)가 있는 측, 즉 금속판 부재(343)의 긴 변에 따른 측에서는, 하우징부(163)의 하단은, 금속판 부재(343)의 외측에서, 조인트 부재(62)의 저면에 맞닿아 있다. 한편, 도 19에 도시한 바와 같이, 금속판 부재(343)의 신호 단자(358)가 없는 측, 즉 금속판 부재(343)의 단변에 따른 측에서는, 하우징부(163)의 하단은, 금속판 부재(343)의 지지부(345)에 맞닿아 있다. 이와 같이, 커넥터 부재(161)가 조인트 부재(62) 및 금속판 부재(343)에 의해 지지되어 있음에 의해, 높은 압력을 계측하는 경우에 수지 케이스(344)에 과대한 하중이 가해지는 것을 막고 있다.
커넥터 부재(161)와 압력 센서 셀(103)은, 커넥터 부재(161)의 하우징부(163)와 소켓부(164)의 사이의 칸막이 부분의 하우징부(163) 내로 노출되는 단면(배치부)에, 압력 센서 셀(103)의 압력 도입구(352)가 개구하는 개방단(351)과 반대측의 단면을 실리콘 접착제나 에폭시 접착제 등으로 접착함에 의해 일체화되어 있다. 이와 같이 커넥터 부재(161)에 압력 센서 셀(103)이 접착되어 있음에 의해, 진동이나 충격 등의 메커니컬한 충격에 대한 신뢰성이 보다 한층 향상한다. 또한, 하우징부(163) 내로 노출되는 신호 단자(166)의 기단 부분은, 압력 센서 셀(103)의 신호 단자(358)에 레이저 용접에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
하우징부(163)와 소켓부(164)의 사이의 칸막이 부분에는, 관통구멍(167)이 마련되어 있다. 이 관통구멍(167)은 압력 센서 셀(103)의 수지 케이스(344)의, 압력 센서 칩(41)을 수납한 오목부(353)의 공간이 밀폐 상태로 되지 않도록 하기 위해 마련되어 있다. 또한, 이 오목부(353)는, 예를 들면 압력 센서 칩(41)을 보호하 기 위한 겔(68)로 채워져 있다.
조인트 부재(62)는, 커넥터 부재(161)의 하우징부(163)를 고정하는 고정부를 갖고 있다. 조인트 부재(62) 및 커넥터 부재(161)는, 압력 센서 셀(103)을 접착한 커넥터 부재(161)의 하우징부(163)에 조인트 부재(62)의 격납부(69)를 씌우고, 격납부(69)의 선단연을 기계 등에 의해 커넥터 부재(161)의 단차부(165)에 따르도록 코킹함으로써 고정할 수 있다. 고정은 코킹 이외의 방법, 예를 들면 접착 등으로 행하도록 하여도 좋다.
압력 센서 장치(203)에서는, 몸체(300) 내의 공간에 봉입된 압력 매체는, 조인트 부재(62)의 나사부(70)의 관통구멍(71), 압력 센서 셀(103)의 금속판 부재(343) 및 대좌 부재(42)의 관통구멍(348, 46)을 통과하여 압력 센서 칩(41)의 다이어프램(45)으로 유도된다. 또한, 조인트 부재(62)의 격납부(69)의 저부에 형성된 오목부(72) 내에는, 밀봉 수단인 O링(173)이 수납되어 있다. O링(173)은, 격납부(69)의 오목부(72) 내에서, 이 오목부(72)의 적어도 저면과, 금속판 부재(343)의 개방단(351)의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(173)에 의해, 나사부(70)의 관통구멍(71)을 통과하여 금속판 부재(343)로 유도된 압력 매체가, 금속판 부재(343)의 관통구멍(348) 이외의 부분으로 유입되는 것을 막고 있다.
또한, 커넥터 부재(161)의 하우징부(263)의 외측 측면과 조인트 부재(62)의 격납부(69)의 내측 측면의 사이에도, 그 사이를 밀봉하는 O링(174)이 마련되어 있다. 이 O링(174)에 의해, 압력 매체가 금속판 부재(343)로부터 누설된 경우나, 압력 센서 칩(41)이 파손된 경우나, 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)와의 접합 계 면이 박리된 경우 등에 압력 매체가 외부로 누출되는 것을 막고 있다.
이와 같이, 실시의 형태 14에 의하면, 간소한 구성이므로, 부재 비용 및 조립 비용을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 압력 센서 장치(203)를 몸체(300)에 틀어넣어서 부착할 때의 나사부(70)로부터의 응력이 O링(173)을 통하여 압력 센서 칩(41)에 전해지기 때문에, 그 응력이 O링(173)에 의해 완화된다. 따라서, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높아진다. 또한, 외부에의 신호 단자(166)가, 압력 매체를 도입하기 위한 개구에 대해 반대측에 배치된다.
또한, 실시의 형태 14에서는, 압력 매체에 의해 압력 센서 셀(103)에 작용하는 하중은, 금속판 부재(343)의 개방단(351)과 O링(173)과의 접선으로 만들어지는 형상의 면적(S4)으로 정해진다. 그에 대해, 실시의 형태 2에서는, 상술한 S2로 정해진다. S4는 S2보다도 작기 때문에, 실시의 형태 14에서는, 압력 센서 셀(103)에 작용하는 하중이 실시의 형태 2보다도 작아진다. 따라서, 실시의 형태 14는, 실시의 형태 2보다도 높은 압력을 계측하는데 적합하다. 또한, 실시의 형태 14는, 상술한 바와 같이, 수지 케이스(344)에 과대한 하중이 가해지지 않은 구성으로 되어 있기 때문에, 실시의 형태 6보다도 높은 압력을 계측하는데 적합하다.
실시의 형태 15
도 20은, 본 발명의 실시의 형태 15에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 20에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 15의 압력 센서 장치는, 실시의 형태 13의 압력 센서 셀(103)을, 실시의 형태 11과 마찬가지로, 몸체(300)에 형성된 오목부(302) 내에 압력 센서 셀(103)을 넣고, 그 위로부터 고정 치구(312)를 나사부재(311)에 의해 몸체(300)에 나사 체결한 것이다. 고정 치구(312)의 하면에는, 수하편(313)이 돌출하여 마련되어 있다. 이 수하편(313)은, 금속판 부재(243)의 지지부(245)에 맞닿는다. 압력 센서 셀(102)은, 압력 도입구(352)로부터 인가되는 압력과, 그에 대한 고정 치구(312)로부터의 반력에 의해 고정되어 있다.
오목부(302)의 저부에 형성된 2단째의 오목부(303) 내에는, 금속판 부재(243)와 몸체(300)의 사이를 밀봉하는 O링(175)이 수납되어 있다. O링(175)은, 2단째의 오목부(303) 내에서, 이 오목부(303)의 적어도 저면과, 금속판 부재(343)의 개방단(351)의 사이를 밀봉하고 있다. 이 O링(175)에 의해 몸체(300)의 관통구멍(304)을 통과하여 금속판 부재(343)로 유도된 압력 매체가, 금속판 부재(343)의 관통구멍(348) 이외의 부분으로 유입되는 것을 막고 있다.
또한, 압력 센서 셀(103)의 신호 단자(358)는 절곡되어 있고, 몸체(300)의 근처에 설치된 프린트 기판(400)에 직접 솔더링 등에 의해 접속된다. 실시의 형태 15에서는, 금속판 부재(343)는 원반형상이라도 좋고, 또한, 그 외주의 전체에 걸쳐서 지지부(345)가 마련되어 있어도 좋다.
실시의 형태 16
도 21은, 본 발명의 실시의 형태 16에 관한 압력 센서 장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 21에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 16의 압력 센서 장치는, 실시의 형태 15에서 고정 치구(312) 및 나사부재(311)를 이용하여 압력 센서 셀(103)을 고정하는 대신에, 몸체(300)의 오목부(302) 내에 넣은 금속판 부재(343)의 지지부(345)를, 몸체(300)로부터 기립하는 코킹부(322)를 기계 등을 이용하여 코킹함에 의해 고정한 것이다. 따라서, 실시의 형태 16에서는, 고정 치구(312) 및 나사부재(311)는 불필요하고, 실시의 형태 15보다도 부품 갯수를 줄일 수 있다. 실시의 형태 16에서도, O링(175)은, 몸체(300)의 2단째의 오목부(303) 내에서, 이 오목부(303)의 적어도 저면과, 금속판 부재(343)의 개방단(251)의 사이를 밀봉하고 있다. 그 밖의 구성은 실시의 형태 15와 같다.
실시의 형태 17
도 22 및 도 23은, 본 발명의 실시의 형태 17에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도로서, 각각 도 9의 절단면 A-A 및 B-B에서의 구성을 도시한 단면도이다. 이들의 도면에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 17의 압력 센서 셀(103)은, 실시의 형태 13의 압력 센서 셀(103)에 다시 충전 부재(83)를 충전한 것이다.
압력 매체가 엔진 오일, 트래스미션 오일이면, 압력 매체의 분자량이 크기 때문에, 대좌 부재(42)의 관통구멍(46)의 지름을 최저한의 φ0.5㎜ 내지 φ1.0㎜로 형성한 경우, 매우 좁은 간극이기 때문에 압력 매체를 충전할 때에 기포가 발생하고, 또한, 이 기포를 제거하는 것이 어려워진다. 특히, 압력 매체의 분자량이 200 이상이 되면 현저하게 된다. 그 때문에, 압력 센서 칩(41)의 수압부(45)로부터 대좌 부재(42)의 관통구멍(46) 및 대좌 부재(42)와 금속판 부재(343)의 접합부의 접착제(82)를 전부 덮도록 실리콘계 또는 불소계의 겔 등에 의해 충전한다. 이들의 겔은 충전 후에 압력 센서 셀(103)을 탈포조(脫泡槽; deaerating tank)(도시 생략)로 옮긴 다음 조 내를 진공으로 하고 충전 부재(83)에 혼입되어 있는 기포를 충분히 탈기한 후, 압력 센서 셀(103)을 항온조(도시 생략)에서 경화시킨다.
또한, 대좌 부재(42)와 금속판 부재(343)와의 접합 부재인 접착제(82)도 피복하도록 충전함에 의해, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 내오일성이 향상한다.
도 22 및 도 23에서는, 충전 부재(83)는 금속판 부재(343)의 관통구멍(348)의 일부에는 충전되어 있지 않지만, 관통구멍(348) 전부에 충전하여도 상관없다. 어느 정도 충전하는지는 측정 대상이 되는 압력 매체에 의해 적절히 선택된다.
실시의 형태 18
도 24 및 도 25는, 본 발명의 실시의 형태 18에 관한 압력 센서 셀의 구성을 도시한 단면도로서, 각각 도 9의 절단면 A-A 및 B-B에서의 구성을 도시한 단면도이다. 이들의 도면에 도시한 바와 같이, 실시의 형태 18의 압력 센서 셀(103)은, 실시의 형태 17의 압력 센서 셀(103)에 있어서 금속판 부재(343)에 관통구멍(348)의 지름보다 큰 지름의 오목부(84)를 형성한 것이다.
오목부(84)를 형성함에 의해, 오목부(84)에는 확실하게 압력 매체가 충전되기 때문에 충전 부재(84)의 양을 감소시킬 수 있다. 오목부(84)는, 도 24 및 도 25와 같이 압력 도입구(352)를 향하여 넓어지는 테이퍼 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 단지 관통구멍(348)이 압력 도입구(352)를 향하여 넓어지는 테이퍼 형상으로 되어 있어도 좋다.
실시예
실시예1로서, 실시의 형태의 13의 압력 센서 셀(103)에 측정 압력이 20MPa인 경우의 대좌 부재(42)와 금속판 부재(343)와의 접합부인 접착제(82)의 응력을 측정하였다. 대좌 부재(42)는 파이렉스(등록상표)(R) 유리로 이루어지고, 높이 1.3㎜, 사이즈 4㎜□, 관통구멍(46)의 직경이 φ0.5㎜의 것을 사용하였다. 금속판 부재(343)는 헤더 가공에 의해 형성하고, 치수는 다음과 같다. a=3㎜, b=0.75㎜, c=5㎜, d=12㎜, e=8㎜, 관통구멍(348)의 직경이 φ1.22㎜. 접착제(82)로서는, 에폭시 접착제를 사용하여 대좌 부재(42)와 금속판 부재(343)를 접착하였다. 압력 센서 칩(41)과 대좌 부재(42)는 정전접합에 의해 접합하였다. 실시예2로서 금속판 부재의 형상을 실시의 형태 9의 압력 센서 셀(102)로 나타낸 금속판 부재(243)(두께 3㎜)로 변경한 것에 관해서도 측정하였다. 또한, 실시예1 및 실시예2에 관해 금속판 부재의 두께가 균일하고 0.75㎜의 경우와 비교하여 금속재 용적을 코스트비(×배)로 나타내었다.
실시예1 실시예2
에폭시 수지 폰 미세스 응력(MPa) 13.86 23.94
금속판 부재 용적(=코스트 비(×배) 2.28 4
이상과 같이 실시예1에서는, 실시예2에 비하여 금속판 부재 비용을 2배 가깝게 삭감할 수 있고, 더욱 응력을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.
이상에 있어서, 본 발명은, 상술한 각 실시의 형태로 한하지 않고, 다양한 변경이 가능하다. 예를 들면, 모든 실시의 형태에 있어서, 압력 도입 수단은 금속 이외의 세라믹, 유리 및 수지에 의해 구성하여도 좋다. 어느 재료를 선택하는지는, 측정 대상이 되는 압력 매체에 의해 적절히 선택된다. 압력 도입 수단을 절연 재료로 형성하는 경우는, 대좌 부재와 일체로 형성할 수 있다. 또한, 실시의 형태 2 또는 실시의 형태 6에서, 커넥터 부재(61)의 하우징부(63)의 하단과 조인트 부재(62)의 격납부(69)의 내측 저면의 사이를 밀봉하는 O링(74)의 대신으로서, 또는 이 O링(74)과 함께, 실시의 형태 10과 같이, 커넥터 부재(51)의 하우징부(63)의 외측 측면과 조인트 부재(62)의 격납부(69)의 내측 측면의 사이를 밀봉하는 O링을 마련하여도 좋다. 또한, 실시의 형태 17의 충전 부재(83) 또는 실시의 형태 18의 오목부(84)를 실시의 형태 1 내지 16에 적용하여도 좋다.
산업상의 이용 가능성
이상과 같이, 본 발명에 관한 압력 센서 장치는, 1MPa 이상의 높은 압력을 계측하는 압력 센서 장치에 유용(有用)하고, 특히 자동차용, 의료용, 산업용 또는 민생용 등의 각종 장치 등에 이용되는 압력 센서 장치에 적합하게 되어 있다.
본 발명에 관한 압력 센서 장치에 의하면, 외부에의 신호 전달 경로상의 접속 개소의 수가 최소로 되고, 고장 확률이 낮아지기 때문에, 장기적인 신뢰성이 높은 압력 센서 장치를 얻을 수 있다는 효과를 갖는다. 또한, 부품 갯수가 적은 저비용의 압력 센서 장치를 얻을 수 있다는 효과를 이룬다. 또한, 실리콘 오일의 영향에 의한 출력 신호의 변동을 회피할 수 있기 때문에, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높아진다는 효과를 갖는다. 또한, 보호막 또는 충전 부재를 갖음으로써 내오일성을 향상할 수 있고 신뢰성이 높아진다는 효과를 이룬다. 또한, 충전 부재를 갖음으로써 기포가 발생하기 어렵기 때문에, 정밀도 및 신뢰성이 높아진다는 효과를 이룬다. 또한, 압력 센서 장치를 나사체결하고 부착할 때의 나사부로부터의 응력이 완화되기 때문에, 측정 신호의 정밀도 및 신뢰성이 높아진다는 효과를 이룬다. 또 한, 외부에의 신호 단자를 압력 도입구의 반대측에 배치한 압력 센서 장치를 얻을 수 있다는 효과를 갖는다.

Claims (17)

  1. 수압부에 압력을 받음에 의해, 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하는 수단을 갖는 압력 센서 칩과,
    제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 대좌 부재와,
    제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 압력 도입 수단과,
    상기 압력 센서 칩으로부터의 상기 전기 신호를 취출하는 신호 단자를 갖는 수지 케이스를 구비하고,
    상기 수압부가 상기 대좌 부재의 관통구멍에 면하는 상태에서, 상기 압력 센서 소자가 상기 대좌 부재의 제 2의 면에 접합되고,
    상기 압력 도입 수단의 관통구멍이 상기 대좌 부재의 관통구멍에 연결되는 상태에서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 접합 부재에 의해 접합되고,
    상기 접합 부재를 보호 부재에 의해 피복하고,
    상기 수지 케이스가 상기 압력 도입 수단에 접착되고,
    상기 압력 센서 칩과 상기 신호 단자가 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되어 이루어지는 압력 센서 셀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  2. 수압부에 압력을 받음에 의해, 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하는 수단을 갖는 압력 센서 칩과,
    제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 대좌 부재와,
    제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 압력 도입 수단과,
    상기 압력 센서 칩으로부터의 상기 전기 신호를 취출하는 신호 단자를 갖는 수지 케이스를 구비하고,
    상기 수압부가 상기 대좌 부재의 관통구멍에 면하는 상태에서, 상기 압력 센서 소자가 상기 대좌 부재의 제 2의 면에 접합되고,
    상기 압력 도입 수단의 관통구멍이 상기 대좌 부재의 관통구멍에 연결되는 상태에서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 접합 부재에 의해 접합되고,
    적어도 상기 압력 센서 칩의 상기 수압부로부터 상기 대좌 부재의 관통구멍에 걸쳐서 충전되는 충전 부재를 가지며,
    상기 수지 케이스가 상기 압력 도입 수단에 접착되고,
    상기 압력 센서 칩과 상기 신호 단자가 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되어 이루어지는 압력 센서 셀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단은, 상기 수지 케이스의 단면보다도 외측으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단의 제 2의 면에 돌출부를 가지며, 해당 돌출부에서 상기 관통구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단은, 상기 대좌 부재에 결합된 측의 단부로부터 해당 압력 도입 수단의 관통구멍이 개구하는 개방단측의 단부를 향하는 도중에 외방으로 돌출되는 단차부를 갖고 있고, 상기 단차부가 상기 수지 케이스의, 상기 압력 도입 수단의 개방단측의 단부에 맞닿은 상태로 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  6. 수압부에 압력을 받음에 의해, 수압부의 왜곡을 전기 신호로 변환하는 수단을 갖는 압력 센서 칩과,
    제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 대좌 부재와,
    제 1의 면과 제 2의 면을 가지며, 해당 제 2의 면에 돌출부를 가지며, 해당 돌출부에서 제 1의 면과 제 2의 면을 관통하는 관통구멍을 갖는 압력 도입 수단과,
    상기 압력 센서 칩으로부터의 상기 전기 신호를 취출하는 신호 단자를 갖는 수지 케이스를 구비하고,
    상기 수압부가 상기 대좌 부재의 관통구멍에 면하는 상태에서, 상기 압력 센서 소자가 상기 대좌 부재의 제 2의 면에 접합되고,
    상기 압력 도입 수단의 관통구멍이 상기 대좌 부재의 관통구멍에 연결되는 상태에서, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 접합 부재에 의해 접합되고,
    상기 수지 케이스가 상기 압력 도입 수단에 접착되고,
    상기 압력 도입 수단은, 상기 수지 케이스의 단면보다도 외측으로 돌출되고,
    상기 압력 센서 칩과 상기 신호 단자가 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되어 이루어지는 압력 센서 셀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 접합 부재를 피복하는 보호 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    적어도 상기 압력 센서 칩의 상기 수압부로부터 상기 대좌 부재의 관통구멍에 걸쳐서 충전되는 충전 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  9. 상기 청구항 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 압력 센서 셀과,
    상기 압력 센서 셀을 배치하는 배치부를 구비하고, 일단이 상기 압력 센서 셀의 신호 단자와 전기적으로 접속되고, 타단이 외부로 돌출되는 신호 단자가 일체 성형된 커넥터 부재와,
    관통구멍을 갖는 나사부와, 상기 커넥터 부재를 고정하는 고정부를 가지며 상기 커넥터 부재에 배치되는 압력 센서 셀을 격납하는 격납부를 구비한 조인트 부재를 구비하고,
    상기 압력 센서 셀은 상기 압력 도입 수단의 제 1의 면의 개구가 개방되도록 상기 커넥터 부재에 배치되고,
    상기 압력 센서 셀의 신호 단자와 상기 커넥터 부재에 일체 성형된 상기 신호 단자가 전기적으로 접속되고,
    상기 나사부의 관통구멍이 상기 압력 도입 수단의 관통구멍에 연결되고,
    상기 압력 도입 수단과 상기 조인트부재의 사이를 밀봉 수단에 의해 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 금속 박막을 가지며, 상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 금속 재료에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 금속 박막은, 크롬과 백금과 금의 3층 또는 티탄과 백금과 금의 3층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  12. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 저융점 유리에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  13. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단의 제 2의 면이 상기 대좌 부재의 상기 제 1의 면에 접착제에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서 칩은 상기 대좌 부재에 정전접합에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  15. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서 소자는 상기 대좌 부재에 저융점 유리에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 도입 수단은 42알로이로 만들어져 있고, 그 표면에 니켈 도금 또는 니켈 도금과 금 도금이 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
  17. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대좌 부재와 상기 압력 도입 수단이 일체로 형성된 절연 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 센서 장치.
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