KR20140136885A - 압력 센서 모듈 및 압력 센서 유닛 - Google Patents

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KR20140136885A
KR20140136885A KR1020140058919A KR20140058919A KR20140136885A KR 20140136885 A KR20140136885 A KR 20140136885A KR 1020140058919 A KR1020140058919 A KR 1020140058919A KR 20140058919 A KR20140058919 A KR 20140058919A KR 20140136885 A KR20140136885 A KR 20140136885A
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fluid
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pressure sensor
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KR1020140058919A
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야스아키 카네코
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가부시키가이샤 테지케
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Abstract

<과제>
신뢰성이 우수한 압력 센서 모듈 및 압력 센서 유닛을 제공한다.
<해결 수단>
유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서 모듈(10)에 관한다. 압력 센서 모듈(10)은, 요부(30)가 마련된 패키지(20)와, 요부(30) 내의 유체의 압력을 감지하여 변위하는 수압 변위부(41)를 포함하는 센서 소자(40)를 구비한다. 요부(30)에는, 요부(30)내까지 검출해야 할 유체를 도입하는 유체 도입 부재(150)의 통형상부(160)가 삽입되고, 요부(30)의 내주면(33a)과 통형상부(160)의 외주면(161a) 사이에 실링 부재(170)가 개재될 수 있다.

Description

압력 센서 모듈 및 압력 센서 유닛{PRESSURE SENSOR MODULE AND PRESSURE SENSOR UNIT}
본 발명은, 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서 모듈 및 압력 센서 유닛에 관한다.
압력 센서 모듈은, 일반적으로, 유체의 압력을 감지하여 변위하는 수압 변위부를 포함하는 센서 소자를 구비하고, 배선 기판이나 수지 패키지에 센서 소자가 실장된다(예를 들면, 특허문헌 1). 센서 소자의 수압 변위부의 적어도 한쪽면측에는 압력실이 마련되고, 압력 센서 모듈에는, 유체 도입로를 포함하는 유체 도입 부재가 접속되는 경우가 있다. 검출 대상이 되는 유체가 흐르는 유로와 압력실은 유체 도입로에 의해 연통되고, 이에 의해, 압력실내까지 검출 대상이 되는 유체가 도입되고, 그 유체의 압력이 센서 소자에 의해 검출된다.
일본국 특허공개공보 H10-274583호
그러나, 압력 센서 모듈에는, 센서 소자의 전극과 본딩 와이어의 와이어 접속부나, 본딩 와이어 등과 배선 기판의 배선의 기판 접속부 등의 전기 접속부가 마련된다. 이들의 전기 접속부에 대해 큰 압축 하중이 가해지면, 전기적인 접속 불량이 발생하여 신뢰성의 저하를 초래하기 때문에, 전기 접속부의 압축 하중을 억제할 수 있는 모듈의 구조가 요구된다.
본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 신뢰성이 우수한 압력 센서 모듈 및 압력 센서 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시형태는, 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서 모듈이고, 요부가 마련된 패키지와, 요부 내의 유체의 압력을 감지하여 변위하는 수압 변위부를 포함하는 센서 소자를 구비하고, 요부에는, 요부내까지 검출해야 할 유체를 도입하는 유체 도입 부재의 통형상부가 삽입되고, 요부의 내주면과 통형상부의 외주면 사이에 실링 부재가 개재될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태는, 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서 유닛이다. 압력 센서 유닛은, 요부가 마련된 패키지와, 요부 내의 유체의 압력을 감지하여 변위하는 수압 변위부를 포함하는 센서 소자를 구비하는 압력 센서 모듈; 요부 내에 삽입된 통형상부를 구비하고, 요부내까지 검출해야 할 유체를 도입하는 유체 도입 부재; 및 요부의 내주면과 통형상부의 외주면 사이에 개재되는 실링 부재를 구비한다.
이들의 실시형태에 의하면, 요부 내에 형성되는 압력실의 수압 지름을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 압력실 내에 도입된 유체에 의해 센서 소자나 패키지에 작용하는 압축 하중이 억제되고, 센서 소자 등의 전기 접속부에 작용하는 압축 하중이 억제되는 것에 의해, 전기적인 접속 불량이 억제되어, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 신뢰성이 우수한 압력 센서 모듈을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 신뢰성이 우수한 압력 센서 유닛을 제공할 수 있다.
도 1은 제1실시형태에 따른 압력 센서 유닛의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 제1실시형태에 따른 압력 센서 유닛의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 제1실시형태에 따른 압력 센서 모듈의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.
도 5의 (a)는 내측 실링 구조의 압력 센서 모듈의 구성을 나타내는 단면도이고, (b)는 외측 실링 구조의 압력 센서 모듈의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은 제2실시형태의 변형예에 따른 압력 센서 모듈의 구성을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서는, 편의상, 도시한 상태를 기준으로 각 구성 요소의 위치 관계를 상하로 표현하는 경우가 있다. 또한, 동일한 명칭의 구성 요소에 대해, 그 위치 관계에 따라 "상측", "하측"으로 기재하고, 그 부호의 말미에 "A", "B"로 기재하여 구별하지만, 양자를 특히 구별하지 않는 경우, 이 기재를 생략한다. "제1", "제2"로 기재하여 구별한 동일한 명칭의 구성 요소에 대해서도 마찬가지이다.
[제1실시형태]
도 1, 도 2는 제1실시형태에 따른 압력 센서 유닛(100)의 구성을 나타낸다. 압력 센서 유닛(100)은, 본 실시형태에 있어서, 차량용 공조 장치의 압축기의 냉매 통로가 되는 메인 통로(210)를 흐르는 유체의 압력을 검출하고, 그 메인 통로(210)를 흐르는 유체의 유량을 계측하기 위해 마련된다.
압력 센서 유닛(100)은, 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서 모듈(10)과, 센서 보디(110)와, 센서 헤드(190)를 구비한다. 센서 보디(110)에는, 압력 센서 모듈(10)이 수용된다. 센서 헤드(190)에는, 압력 센서 모듈(10)의 출력 신호를 외부로 출력하는 출력 단자(191)가 마련된다. 또한, 압력 센서 유닛(100)은, 상측 유체 도입 부재(150A)(제1유체 도입 부재)와, 하측 유체 도입 부재(150B)(제2유체 도입 부재)와, 상측 실링 부재(170A)(제1실링 부재)와, 하측 실링 부재(170B)(제2실링 부재)를 더 구비한다.
압력 센서 유닛(100)은, 센서 보디(110)의 상단부에, 코킹 접합 등에 의해 센서 헤드(190)를 일체로 조립하여 구성된다. 압력 센서 유닛(100)은, 압축기의 하우징(200)의 장착 구멍(220)에 센서 보디(110)가 수용되고, 와셔(221)를 통해 하우징(200)에 고정된다. 하우징(200)의 장착 구멍(220)은, 입구측에서 바닥측에 걸쳐, 그 내경이 단계적으로 축소되어 있다. 센서 보디(110)는, 센서 헤드(190)와는 반대측의 하단부에서 장착 구멍(220)에 삽입되고, 센서 헤드(190)는, 장착 구멍(220)으로부터 외부로 노출된다.
센서 보디(110)는, 단차를 갖는 원통 형상의 본체(111)를 구비한다. 본체(111)는, 그 하부에, 메인 통로(210)의 일부를 구성하는 유로 형성부(113)를 구비한다. 유로 형성부(113)는, 메인 통로(210)를 횡단하도록 배치된다. 유로 형성부(113)에는, 본체(111)의 축선에 직교하는 축선을 구비하는 관통로(115)가 마련된다. 관통로(115)는, 그 축선 방향 중간부가 축경(縮徑)되어 교축이 형성되고, 그 교축에 의해 메인 통로(210)의 도중에 차압 생성부(117)가 마련된다.
차압 생성부(117)는, 메인 통로(210)의 상류측에 고압 유로(140A)(제1유로)를 형성하고, 메인 통로(210)의 하류측에 저압 유로(140B)(제2유로)를 형성한다. 고압 유로(140A)와 저압 유로(140B)는 차압 생성부(117)를 사이에 낀 양측에 형성된다. 차압 생성부(117)는, 메인 통로(210)를 흐르는 유체에 압력 손실을 주어서, 그 유체의 유량에 상응한 차압을 생성한다.
본체(111)는, 그 상부에 있어서, 단차를 갖는 원주 형상의 상측 유체 도입 부재(150A)가 O링(123, 125)을 통해 내측에 조립된다. 압력 센서 모듈(10)은, 상측 유체 도입 부재(150A)와 본체(111)에 의해 둘러싸이는 공간에 배치된다.
센서 보디(110)는, 고압 유로(140A)의 유체를 내부에 도입하기 위한 제1유체 도입로(131A)와, 저압 유로(140B)의 유체를 내부에 도입하기 위한 제2유체 도입로(131B)를 구비한다.
제1유체 도입로(131A)는, 본 실시형태에 있어서, 상측 유체 도입 부재(150A)에 형성된 상측 내부 통로(151A)와, 본체(111)의 외주부(112)에 형성된 연통 구멍(112a)과, 본체(111)의 하부에 형성된 제1연통로(127A)에 의해 형성되어 있다. 제1연통로(127A)는, 본체(111)의 축선과 거의 평행하게 형성되어 있다. 제1연통로(127A)는, 유로 형성부(113)의 관통로(115) 내에서, 차압 생성부(117)의 상류측으로 개구된다. 본체(111)의 연통 구멍(112a)과 제1연통로(127A)는, 본체(111)와 장착 구멍(220) 사이에 형성된 간격 통로(129)에 의해 연통된다.
제2유체 도입로(131B)는, 본 실시형태에 있어서, 본체(111)의 하부에 형성된 제2연통로(127B)와, 제2연통로(127B)에 접속된 통형상의 하측 유체 도입 부재(150B)의 내측의 하측 내부 통로(151B)에 의해 형성되어 있다. 제2연통로(127B)는, 본체(111)의 축선을 따라 형성되어 있다. 제2연통로(127B)는, 유로 형성부(113)의 관통로(115) 내에서, 차압 생성부(117)의 하류측으로 개구된다. 하측 유체 도입 부재(150B)는, 제2연통로(127B)의 상부에 O링(155)을 통해 접속되어 있다.
센서 보디(110)에는, 그 하단부에 있어서, 탄성체로 이루어지는 보디 실링 부재(180)가 탈착 가능하게 장착된다. 보디 실링 부재(180)는, 고리 모양의 감합부(181)와, 원판 형상의 저부(183)와, 이들을 접속하는 측벽부(185)를 구비하고, 유로 형성부(113)를 둘러싸도록 장착된다. 보디 실링 부재(180)는, 우레탄 고무 등의 탄성체로 구성된다. 보디 실링 부재(180)는, 압력 센서 유닛(100)이 장착 구멍(220)에 장착될 때, 센서 보디(110)와 메인 통로(210)의 간격을 통한 유체의 통과를 규제하고, 이에 의해 차압 생성부(117)를 통과한 유체의 통과를 촉진한다.
센서 헤드(190)는, 본체(111)의 상단부에 O링(121)을 통해 조립된다. 센서 헤드(190)의 출력 단자(191)는, 그 일단이 외부에 노출되고, 타단측은, 상측 유체 도입 부재(150A)를 관통하여 배선 기판(60)에 전기적으로 접속된다. 출력 단자(191)는, 그 일단이 공조 장치의 제어 장치(도시하지 않음)에 접속된다.
도 3, 도 4는 제1실시형태에 따른 압력 센서 모듈(10)의 구성을 나타낸다. 한편, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이지만, 상측 유체 도입 부재(150A), 상측 실링 부재(170A)를 생략하고 있다. 압력 센서 모듈(10)은, 제1실시형태에 있어서, 상측 패키지(20A)와, 하측 패키지(20B)와, 센서 소자(40)와, 배선 기판(60)을 구비한다.
상측 패키지(20A)는 배선 기판(60)의 상면측(한쪽면측)에 마련되고, 하측 패키지(20B)는 배선 기판(60)의 하면측(다른 한쪽면측)에 마련된다. 패키지(20)는, 배선 기판(60)의 배선 등의 도전 경로를 보호하기 위해 마련된다. 상측 패키지(20A)는, 배선 기판(60)의 도전 경로 이외에, 센서 소자(40)의 전극 등의 도전 경로를 보호하기 위해 마련된다.
상측 패키지(20A)는, 고압 유로(140A)의 유체가 도입되는 상측 요부(30A)가 마련되어 있다. 하측 패키지(20B)는, 저압 유로(140B)의 유체가 도입되는 하측 요부(30B)가 마련되어 있다.
패키지(20)는, 본 실시형태에 있어서, 배선 기판(60)의 한쪽면을 피복하는 평판 형상의 기판 피복부(21)와, 기판 피복부(21)로부터 돌출하는 링형상부(23)를 구비한다. 링형상부(23)는, 센서 소자(40)의 수압면(42)(후술)의 법선 방향으로 연장되고, 거의 원형의 고리 모양으로 형성되어 있다. 요부(30)는, 링형상부(23)의 내측과 기판 피복부(21)를 관통한다. 패키지(20)는, 기판 피복부(21)나 링형상부(23)가 일체로 마련된다. 패키지(20)는, 에폭시 수지 등의 수지재료에 의해 구성되고, 후술하는 본딩 와이어(51), 와이어 접속부(53) 등의 도전 경로를 피복하도록, 인서트 성형 등에 의해 마련된다.
상측 요부(30A)와 하측 요부(30B)는, 각각의 축선이 거의 동일해지도록 마련된다. 또한, 상측 요부(30A)와 하측 요부(30B)는, 센서 소자(40)의 수압 변위부(41)(후술)의 면내 방향의 위치가, 그 수압 변위부(41)에 대해 거의 대칭으로 마련된다.
요부(30)는, 그 요부(30)의 바닥측에 마련된 소경 내주부(31)와, 소경 내주부(31)보다 요부(30)의 입구측에 마련된 대경 내주부(33)를 구비한다. 대경 내주부(33)는, 소경 내주부(31)보다 그 내경이 크게 형성된다. 상측 요부(30A)의 소경 내주부(31)는, 상측 요부(30A)의 바닥측에 있어서, 센서 소자(40)의 상측 수압면(42A)이 노출되도록, 그 내경이 조정된다.
센서 소자(40)는, 유체의 압력을 감지하여 변위하는 수압 변위부(41)와, 수압 변위부(41)의 외주부에 마련된 수압 변위부(41)보다 두께가 두꺼운 지지부(43)를 구비한다. 수압 변위부(41)의 하면측에는, 지지부(43)에 의해 둘러싸인 센서 요부(45)가 마련된다. 수압 변위부(41)와 지지부(43)는, 단결정 실리콘 등의 반도체로 일체로 구성된다.
센서 소자(40)는, 지지부(43)의 하면에, 유리 등에 의해 구성되는 대좌(臺座)(47)가 양극 접합 등에 의해 접합된다. 대좌(47)는, 배선 기판(60)의 한쪽면에 접착제 등에 의해 고정된다. 즉, 센서 소자(40)가 대좌(47)를 통해 배선 기판(60)에 고정된다. 대좌(47)는, 센서 소자(40)의 수압면(42)의 법선 방향을 따른 관통 구멍(48)이 형성되어 있다.
수압 변위부(41)는, 본 실시형태에 있어서, 막 형태의 다이어프램으로서 구성된다. 수압 변위부(41)는, 상측 요부(30A) 내에 형성된 상측 압력실(35A)과, 하측 요부(30B) 내에 형성된 하측 압력실(35B)을 구획하도록 배치된다. 수압 변위부(41)는, 그 상면(두께 방향의 한쪽면)인 상측 수압면(42A)에 의해, 상측 압력실(35A) 내의 유체의 압력을 받고, 그 하면(두께 방향의 다른 한쪽면)인 하측 수압면(42B)에 의해 하측 압력실(35B) 내의 유체의 압력을 받는다. 수압 변위부(41)는, 상측 압력실(35A) 내의 유체와, 하측 압력실(35B) 내의 저압의 차압에 상응하여, 그 두께 방향으로 변위한다.
센서 소자(40)는, 본 실시형태에 있어서, 피에조 저항형 센서로서 구성되고, 수압 변위부(41)에 반도체 스트레인 게이지 등의 복수의 저항 소자(도시하지 않음)가 마련되고, 그 복수의 저항 소자에 의해 브리지 회로가 구성된다. 또한, 센서 소자(40)는, 저항 소자를 포함하는 센서 회로에 전기적으로 접속된 전극(도시하지 않음)을 구비한다.
복수의 전극에는, 와이어 본딩에 의해, 금선 등의 본딩 와이어(51)(이하, 와이어(51)라 함)의 일단이 전기적으로 접속된다. 배선 기판(60)은, 그 한쪽면에 소정의 배선 패턴(도시하지 않음)이 마련되고, 와이어(51)의 타단은, 와이어 본딩에 의해, 배선 기판(60)의 배선 등에 전기적으로 접속된다.
와이어(51)가 접속된 센서 소자(40)의 와이어 접속부(53)는, 배선 기판(60)의 센서 소자(40)의 실장면(61)(상면)과 동일 측의 센서 소자(40)의 표면(상면)에 마련된다. 패키지(20)는, 와이어 접속부(53)를 피복하도록 마련된다.
배선 기판(60)은, 센서 소자(40) 이외에, IC칩(63) 등의 전자기기가 그 한쪽면에 실장된다. IC칩(63)은, 센서 소자(40)로부터의 출력 신호에 증폭 등의 신호 처리를 실행하는 회로가 내장된다.
배선 기판(60)은, 센서 소자(40)의 실장 위치에 관통 구멍(65)이 형성된다. 센서 소자(40)의 센서 요부(45)와, 하측 패키지(20B)의 하측 요부(30B)는, 대좌(47)의 관통 구멍(48)과 배선 기판(60)의 관통 구멍(65)을 통해 연통되고, 이들의 내측에 하측 압력실(35B)이 형성된다.
이상의 구성에 의해, 본 실시형태에 따른 센서 소자(40)는, 상측 압력실(35A), 하측 압력실(35B) 내에 도입된 유체의 차압에 의해 수압 변위부(41)가 변위하고, 피에조 저항 효과에 의해 저항 소자의 저항값이 변화된다. 그리고, 그 저항값의 변화가 센서 소자(40)의 전극에서 배선 기판(60)의 IC칩(63)에 입력되고, 그 IC칩(63)에서 신호가 증폭, 보정 등이 이루어진 후에, 센서 헤드(190)의 출력 단자(191)로부터 제어 장치에 출력된다. 고압 유로(140A)와 저압 유로(140B)를 흐르는 유체의 차압의 검출에 의해, 메인 통로(210)를 흐르는 유체의 유량이 계측된다. 이와 같이, 본 실시형태에 따른 센서 소자(40)는 차압 센서로서 사용된다.
유체 도입 부재(150)는, 패키지(20)의 요부(30)에 접속하기 위한 통형상부(160)가 마련되어 있다. 유체 도입 부재(150)의 내부 통로(151)는, 그 일부가 통형상부(160)의 내측에 형성되어 있다.
통형상부(160)는, 그 선단측의 소경 외주부(161)와, 소경 외주부(161)보다 베이스측에 마련된 대경 외주부(163)를 구비한다. 대경 외주부(163)는, 소경 외주부(161)보다 그 외경이 크게 형성된다. 소경 외주부(161) 및 대경 외주부(163)는, 본 실시형태에 있어서, 거의 원형의 통형상으로 형성되어 있다.
패키지(20)의 요부(30)의 대경 내주부(33) 내에는, 통형상부(160)의 소경 외주부(161) 및 대경 외주부(163)가 삽입된다. 요부(30)의 대경 내주부(33)의 내주면(33a)에는, 통형상부(160)의 소경 외주부(161)의 외주면(161a)이 그 전체 둘레에 걸쳐 대향으로 배치된다.
실링 부재(170)는, 서로 대향으로 배치되는 요부(30)의 대경 내주부(33)의 내주면(33a)과 통형상부(160)의 소경 외주부(161)의 외주면(161a) 사이에 개재된다. 실링 부재(170)는, O링 등의 고리 모양의 탄성 재료로 구성된다. 실링 부재(170)는, 통형상부(160)의 외주면(161a)에 감합되어, 통형상부(160)에 장착되어도 좋다.
실링 부재(170)는, 요부(30)의 내주면(33a)과 통형상부(160)의 외주면(161a)에 끼워져서 탄성 변형하고, 그 탄성 반발력에 의해 요부(30)와 통형상부(160)의 상대 위치가 유지된다. 즉, 요부(30)의 내주면(33a)과 통형상부(160)의 외주면(161a) 사이에 실링 부재(170)가 개재되는 것에 의해, 요부(30)와 통형상부(160)가 축 실링된 상태로 접속되어, 요부(30) 내의 압력실(35)의 기밀성, 액밀성이 유지된다.
상측 패키지(20A)의 상측 요부(30A)에는, 상측 유체 도입 부재(150A)의 통형상부(160)가 접속된다. 이에 의해, 상측 요부(30A) 내의 상측 압력실(35A)과 고압 유로(140A)가 제1유체 도입로(131A)를 통해 연통되어, 고압 유로(140A)의 유체가 상측 압력실(35A)까지 도입된다. 하측 패키지(20B)의 하측 요부(30B)에는, 하측 유체 도입 부재(150B)의 통형상부(160)가 접속된다. 이에 의해, 하측 요부(30B) 내의 하측 압력실(35B)과 저압 유로(140B)가 제2유체 도입로(131B)를 통해 연통되어, 저압 유로(140B)의 유체가 하측 압력실(35B)까지 도입된다.
상측 요부(30A)의 소경 내주부(31)는, 그 내측에 센서 소자(40)의 상측 수압면(42A)을 피복하도록 보호 부재(70)가 충전된다. 보호 부재(70)는, 전기 절연성을 구비하고, 상측 요부(30A) 내의 유체의 압력이 상측 수압면(42A)까지 전달되는 정도의 탄성을 구비하는 재료에 의해 구성된다. 보호 부재(70)는, 불소계, 실리콘계의 고무 재료나 겔 재료에 의해 구성된다. 보호 부재(70)의 충전에 의해, 상측 수압면(42A)에 센서 회로 등의 도전 경로가 노출되어 있어도 보호되고, 액체를 검출 대상으로 해도 도전 불량이 억제되어, 기체와 액체 모두 검출 대상으로 할 수 있다.
상측 요부(30A)의 소경 내주부(31)는, 그 내주면(31a)과 상측 수압면(42A) 사이의 바닥구석부(31b)에 있어서, 상측 요부(30A)의 바닥측을 향할수록 지름 방향 내측으로 만곡하도록 형성되어 있다. 또한, 상측 요부(30A)의 소경 내주부(31)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 센서 소자(40)의 수압면(42)의 법선 방향에서 볼때, 모서리부(31c)가 만곡된 다각 형상이 되도록 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 상측 요부(30A)의 소경 내주부(31)는, 모서리부(31c)가 만곡된 사각 형상이 되도록 형성되어 있다. 이와 같이, 상측 요부(30A)의 바닥구석부(31b), 모서리부(31c)의 만곡된 형상에 의해, 상측 요부(30A)의 소경 내주부(31) 내에 보호 부재(70)를 충전했을 때, 상측 요부(30A)의 내면과 보호 부재(70) 사이에서의 기포의 발생이 억제된다.
도 3을 다시 참조하여, 요부(30)는, 소경 내주부(31)의 입구측의 내주 에지부에 있어서, 요부(30)의 바닥측을 향할수록 축경되는 테이퍼부(32)가 마련되어 있다. 이에 의해, 요부(30)의 소경 내주부(31) 내에 보호 부재(70)를 충전할 때의 작업성이 향상된다.
요부(30)는, 그 요부(30)의 입구측인 대경 내주부(33)의 입구측의 내주 에지부에 있어서, 요부(30)의 바닥측을 향할수록 축경되는 테이퍼 형태의 안내부(34)가 마련되어 있다. 이에 의해, 유체 도입 부재(150)의 통형상부(160)를 요부(30) 내에 삽입할 때의 작업성이 향상된다.
여기서, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 통형상부(160)의 외주면(161a)과 요부(30)의 내주면(33a) 사이에 실링 부재(170)가 개재된 구조를 내측 실링 구조라고 한다. 또한, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 통형상부(160)의 내주면(160a)과 링형상부(23)의 외주면(23a) 사이에 실링 부재(170)가 개재된 구조를 외측 실링 구조라고 한다. 내측 실링 구조의 압력실(35)의 수압 지름을 φA로 하고, 외측 실링 구조의 압력실(35)의 수압 지름을 φB로 한다.
본 실시형태에 따른 압력 센서 모듈(10)에 의하면, 내측 실링 구조로 하고 있기 때문에, 외측 실링 구조의 압력실(35)의 수압 지름 φB보다, 압력실(35) 내의 수압 지름 φA를 작게 할 수 있다. 이 수압 지름은, 본 실시형태의 경우, φB-φA로 표시되는 패키지(20)의 링형상부(23)의 두께만큼 작게 할 수 있다. 이 때문에, 압력실(35) 내에 도입된 유체에 의해 센서 소자(40)나 패키지(20)에 작용하는 압축 하중이 억제되고, 센서 소자(40) 등의 전기 접속부에 작용하는 압축 하중이 억제되는 것에 의해, 전기적인 접속 불량이 억제되어, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 한편, 여기서 말하는 전기 접속부란, 와이어 접속부(53)나, 와이어(51) 등과 배선 기판(60)의 배선의 기판 접속부 등과 같은, 와이어(51)나 땜납 등을 사용하여 전기적으로 접속되는 부분을 말한다.
또한, 패키지(20)의 요부(30)를 사용하여 유체 도입 부재(150)가 접속되기 때문에, 패키지(20) 이외의 부재에 유체 도입 부재(150)와 접속하기 위한 부위를 별도로 마련할 필요가 없어, 부재의 수를 줄일 수 있다.
또한, 요부(30)가 소경 내주부(31)와 대경 내주부(33)를 구비하기 때문에, 소경 내주부(31)의 내측의 공간을 좁게 하면서, 대경 내주부(33)의 내측에 넓은 공간을 확보할 수 있다. 이 때문에, 소경 내주부(31)의 내측에 보호 부재(70)를 충전하는 경우, 보호 부재(70)의 충전량을 억제하면서, 대경 내주부(33) 내에 삽입되는 통형상부(160)나 실링 부재(170)의 치수의 자유도가 향상된다. 또한, 요부(30)를 구비하는 패키지(20)를 인서트 성형함에 있어서, 성형용 금형의 요부(30)에 대응하는 부위의 형상이, 선단부보다 베이스부의 외경이 크게 되어, 금형의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 압력 센서 모듈(10)은, 상측 요부(30A)의 바닥측에 있어서, 센서 소자(40)의 상측 수압면(42A)과 와이어 접속부(53)가 노출되도록 마련되어 있어도 좋다. 그러나, 이 경우, 상측 요부(30A) 내에 보호 부재(70)를 충전하면, 보호 부재(70)에 의해 상측 수압면(42A)이 보호되는 한편, 와이어 접속부(53)에 접속된 와이어(51)가 보호 부재(70) 내에 묻혀져, 보호 부재(70)의 변위에 의해 와이어 접속부(53)에서의 와이어(51)의 접속 불량이 발생할 수 있다. 이에 대해, 본 실시형태에 따른 압력 센서 모듈(10)에 의하면, 상측 패키지(20A)에 의해 와이어 접속부(53)를 피복하면서, 상측 요부(30A)의 바닥측에서 상측 수압면(42A)이 노출된다. 이 때문에, 상측 요부(30A) 내에 충전된 보호 부재(70)의 변위에 의해 와이어 접속부(53)에서의 와이어(51)의 접속 불량이 발생할 수 없다. 이 때문에, 보호 부재(70)에 의해 상측 수압면(42A)을 보호하면서, 와이어 접속부(53)에서의 전기적 접속의 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 패키지(20)와 유체 도입 부재(150)의 접속시에 있어서는, 패키지(20)의 요부(30)에, 실링 부재(170)에 의해 요부(30)를 가압하여 확장시키는 굽힘 응력이 발생한다. 본 실시형태에 따른 압력 센서 모듈(10)에 의하면, 상측 요부(30A)와 하측 요부(30B)가, 수압 변위부(41)의 면내 방향의 위치가 수압 변위부(41)에 대해 거의 대칭으로 마련되어 있기 때문에, 상측 패키지(20A)와 하측 패키지(20B)의 각각에 발생한 굽힘 응력이 사라진다. 이 때문에, 센서 소자(40)의 수압 변위부(41)에 큰 굽힘 응력이 가해지지 않아, 센서 소자(40)의 검출 정밀도가 우수한 구조가 얻어진다.
또한, 유체 도입 부재(150)의 통형상부(160)는, 소경 외주부(161) 및 대경 외주부(163)가 요부(30) 내에 삽입되고, 그 소경 외주부(161)와 요부(30)의 대경 내주부(33) 사이에 실링 부재(170)가 개재된다. 대경 외주부(163)도 요부(30) 내에 삽입되기 때문에, 통형상부(160)의 외주면과 요부(30)의 내주면 사이에 형성되는 공간이 대경 외주부(163)가 차지하는 범위만큼 작아지고, 그 공간에 대한 실링 부재(170)의 충전율을 크게 할 수 있게 된다.
또한, 배선 기판(60)의 센서 소자(40)의 실장면(61)과 센서 소자(40)의 와이어 접속부(53)가 동일 측에 마련되어, 이른바 플립칩 실장과 같이, 센서 소자(40)와 배선 기판(60)이 이들 사이의 범프에 의해 전기적으로 접속되어 있지 않다. 플립칩 실장의 경우, 차압 센서로서 사용하면, 범프에 압축 하중이 가해지면 전기적인 접속 불량이 발생할 수 있지만, 본 실시형태에 따른 압력 센서 모듈(10)은, 와이어 접속부(53)에 압축 하중이 가해지지 않아, 전기적 접속의 신뢰성이 확보된다.
또한, 압력 센서 유닛(100)의 일부로서 차압 생성부(117)가 일체로 마련되기 때문에, 차압 생성부(117)의 치수 정밀도나 조립 정밀도의 편차에 의한 차압의 오차를 포함한 특성 조정을, 압력 센서 유닛(100) 단체(單體)로 실행할 수 있다. 즉, 압력 센서 유닛(100)을 하우징(200)에 장착한 후, 다시 특성 조정을 할 필요가 없어진다. 이는, 하우징(200)을 조립하는 세팅 메이커가 아닌, 압력 센서 유닛(100)을 제조하는 부품 메이커에서, 그 특성 조정을 용이하게 할 수 있음을 의미한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은, 상기한 특정 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.
상술한 실시형태에 있어서는, 센서 보디(110)가 압력 센서 모듈(10)과 차압 생성부(117)를 구비하는 압력 센서 유닛(100)을 설명했지만, 센서 보디(110)가 차압 생성부(117)를 구비하지 않아도 좋다. 이 경우, 압력 센서 유닛(100)과는 별도로 메인 통로(210)에 차압 생성부(117)를 마련하고, 그 차압 생성부(117)의 전후의 고압 유로(140A), 저압 유로(140B) 내의 유체가 상측 요부(30A), 하측 요부(30B) 내에 도입되도록, 압력 센서 유닛(100)을 하우징(200)에 조립하는 등으로 해도 좋다. 또한, 압력 센서 모듈(10)은, 그 용도에 관해서, 차량용 공조 장치 이외에 사용되어도 좋은 것은 물론이다.
또한, 압력 센서 모듈(10)이나 유체 도입 부재(150)는, 센서 보디(110) 내에 수용하지 않고 사용해도 좋다. 이 경우, 제1실시형태에 따른 압력 센서 모듈(10)은, 임의의 두군데의 위치를 흐르는 유체의 차압을 검출하는 차압 센서로서 사용해도 좋다. 압력 센서 모듈(10)의 상측 요부(30A), 하측 요부(30B)에는, 그 두군데의 특정 위치로부터 유체가 도입되도록, 상측 유체 도입 부재(150A), 하측 유체 도입 부재(150B)의 통형상부(160)가 접속된다.
또한, 상술한 압력 센서 모듈(10)은, 임의의 한군데의 위치를 흐르는 유체의 압력을 검출하는 센서로서 사용되어도 좋다. 도 6은 제2실시형태에 따른 압력 센서 모듈(10)의 구성을 나타내는 도면이다. 이하에서는 제1실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 한편, 도 6에 있어서, 제1실시형태와 동일한 구성에 대해 동일한 부호를 첨부하고, 그 설명을 생략한다.
압력 센서 모듈(10)은, 제1실시형태에 따른 상측 패키지(20A), 하측 패키지(20B) 중, 하측 패키지(20B)가 마련되어 있지 않고, 나아가, 배선 기판(60)의 관통 구멍(65)이 형성되어 있지 않다.
센서 소자(40)는, 센서 요부(45)의 내측에 하측 압력실(35B)이 마련되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 하측 압력실(35B)은, 센서 요부(45)와 배선 기판(60)에 의해 둘러싸여 마련되어 있다. 하측 압력실(35B)은, 그 내부가 진공 상태로 유지되어 있다. 이에 의해, 상측 압력실(35A) 내의 유체의 압력과 진공압의 차압인 절대압이 센서 소자(40)에 의해 검출된다.
본 실시형태에 따른 압력 센서 모듈(10)은, 검출 대상이 되는 유체를 흐르는 메인 통로(210)로부터, 패키지(20)의 요부(30) 내에 유체가 도입되도록, 그 요부(30)에 유체 도입 부재(150)를 접속하여 사용한다. 이에 의해, 메인 통로(210)를 흐르는 유체의 압력이 절대압으로서 센서 소자(40)에 의해 검출된다.
또한, 하측 압력실(35B)은, 대기에 개방하여 대기압을 도입하도록 하여, 상측 압력실(35A) 내의 유체의 압력과 대기압의 차압인 게이지압이 센서 소자(40)에 의해 검출되도록 해도 좋다.
또한, 상술한 각 실시형태에 있어서는, 센서 소자(40)로서 피에조 저항 효과를 이용한 피에조 저항형 센서를 설명했다. 그러나, 수압 변위부(41)의 수압면(42)에 의해 유체의 압력을 받고, 수압 변위부(41)의 변위를 전기 신호로 변환하여 출력하면, 센서 소자(40)는, 그 종류에 대해 한정되지 않고, 정전 용량형 센서, 실리콘 공진형 센서(silicon resonant sensor) 등이어도 좋다.
또한, 상술한 각 실시형태에 있어서는, 센서 소자(40)가 배선 기판(60)에 실장된 압력 센서 모듈(10)에 대해 설명했지만, 센서 소자(40)가 배선 기판(60)에 실장되어 있지 않아도 좋다. 이 경우, 패키지(20) 내에 리드 프레임 등의 도전 부재를 심어, 센서 소자(40)의 전극과 도전 부재를 와이어(51)에 의해 전기적으로 접속하고, 그 도전 부재를 통해 센서 소자(40)를 외부 장치에 전기적으로 접속하도록 해도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는, 배선 기판(60)의 양측에 별개의 상측 패키지(20A), 하측 패키지(20B)가 마련된 예에 대해 설명했지만, 상측 패키지(20A), 하측 패키지(20B)는 일체로 마련되어 있어도 좋다. 또한, 배선 기판(60)은, 배선 패턴이 배선 기판(60)의 양면에 마련되어도 좋고, 배선 패턴이 마련되는 위치에 대해서는, 특히 한정되지 않는다. 또한, IC칩(63)에 내장된 증폭 등을 위한 회로는, 센서 소자(40)에 내장되어 있어도 좋고, 배선 기판(60)에 IC칩(63) 등이 탑재되어 있지 않아도 좋다. 또한, 요부(30)는, 그 형상에 관해, 소경 내주부(31)와 대경 내주부(33)를 구비하는 단차를 갖는 형상에 한정되지 않는다. 또한, 유체 도입 부재(150)의 통형상부(160)는, 그 형상에 관해, 소경 외주부(161)와 대경 외주부(163)를 구비하는 단차를 갖는 통형상의 것에 한정되지 않고, 단차를 갖는 통형상으로 할 경우, 소경 외주부(161)보다 선단측에 그 소경 외주부(161)보다 지름이 큰 부분이 있어도 좋다.
10: 압력 센서 모듈
20: 패키지
30: 요부
31: 소경 내주부
33: 대경 내주부
35: 압력실
40: 센서 소자
41: 수압 변위부
51: 본딩 와이어
53: 와이어 접속부
60: 배선 기판
63: IC칩
70: 보호 부재
100: 압력 센서 유닛
110: 센서 보디
117: 차압 생성부
140A: 고압 유로
140B: 저압 유로
150: 유체 도입 부재
160: 통형상부
161: 소경 외주부
163: 대경 외주부
170: 실링 부재
190: 센서 헤드
191: 출력 단자
210: 메인 통로

Claims (8)

  1. 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서 모듈이고,
    요부(凹部)가 마련된 패키지와,
    상기 요부 내의 유체의 압력을 감지하여 변위하는 수압 변위부를 포함하는 센서 소자를 구비하고,
    상기 요부에는, 상기 요부내까지 검출해야 할 유체를 도입하는 유체 도입 부재의 통형상부가 삽입되고, 상기 요부의 내주면과 상기 통형상부의 외주면 사이에 실링 부재가 개재될 수 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요부는, 상기 요부의 바닥측에서 상기 수압 변위부의 한쪽면이 노출되도록 마련된 소경(小徑) 내주부와, 상기 소경 내주부보다 상기 요부의 입구측에 마련되고, 상기 소경 내주부보다 그 내경이 크게 형성된 대경 내주부를 구비하고,
    상기 대경 내주부에는, 상기 유체 도입 부재의 통형상부가 삽입되고, 상기 대경 내주부의 내주면과 상기 통형상부의 외주면 사이에 실링 부재가 개재될 수 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소경 내주부의 내측에 상기 수압 변위부의 한쪽면을 피복하도록 보호 부재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 소자는, 본딩 와이어와 전기적으로 접속되는 와이어 접속부를 더 포함하고,
    상기 패키지는, 상기 와이어 접속부를 피복하도록 마련되고,
    상기 요부는, 그 바닥측에서 상기 수압 변위부의 한쪽면이 노출되도록 마련되고, 그 내측에 상기 수압 변위부의 한쪽면을 피복하도록 보호 부재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패키지는, 제1유체를 도입하기 위한 제1요부와, 제2유체를 도입하기 위한 제2요부가 마련되고,
    상기 센서 소자는, 상기 제1요부 내에 형성된 제1압력실과, 상기 제2요부 내에 형성된 제2압력실을 구획하도록 상기 수압 변위부가 배치되고,
    상기 제1요부에는, 상기 제1유체를 도입하는 제1유체 도입 부재의 통형상부가 삽입되고, 상기 제1요부의 내주면과 상기 제1유체 도입 부재의 통형상부의 외주면 사이에 제1실링 부재가 개재될 수 있고,
    상기 제2요부에는, 상기 제2유체를 도입하는 제2유체 도입 부재의 통형상부가 삽입되고, 상기 제2요부의 내주면과 상기 제2유체 도입 부재의 통형상부의 외주면 사이에 제2실링 부재가 개재될 수 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1요부와 상기 제2요부는, 상기 수압 변위부의 면내 방향의 위치가 상기 수압 변위부에 대해 거의 대칭으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
  7. 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서 유닛이고,
    요부가 마련된 패키지와, 상기 요부 내의 유체의 압력을 감지하여 변위하는 수압 변위부를 포함하는 센서 소자를 구비하는 압력 센서 모듈;
    상기 요부 내에 삽입된 통형상부를 구비하고, 상기 요부내까지 검출해야 할 유체를 도입하는 유체 도입 부재; 및
    상기 요부의 내주면과 상기 통형상부의 외주면 사이에 개재되는 실링 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유체 도입 부재의 통형상부는, 그 선단측에 마련된 소경 외주부와, 상기 소경 외주부보다 베이스측에 마련되고, 상기 소경 외주부보다 그 외경이 크게 형성된 대경 외주부를 구비하고, 상기 소경 외주부 및 상기 대경 외주부가 상기 요부 내에 삽입되고,
    상기 실링 부재는, 상기 소경 외주부의 외주면과 상기 요부의 내주면 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 유닛.
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