WO2018025434A1 - 圧力センサおよび圧力センサモジュール - Google Patents

圧力センサおよび圧力センサモジュール Download PDF

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尚信 大川
千秋 解良
英紀 牛膓
一成 瀬下
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アルプス電気株式会社
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    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/142—Multiple part housings

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor and a pressure sensor module, and more particularly to a pressure sensor and a pressure sensor module having two detection units for detecting pressures from different media.
  • Patent Document 1 discloses that the pressure of the pressure medium with respect to the vacuum pressure depends on the difference between the detection result detected by the first sensing unit and the detection result detected by the second sensing unit and the third sensing unit.
  • requires the absolute pressure of is disclosed.
  • a protective member is provided in each of the first sensing unit and the second sensing unit to protect the pressure receiving surface from the pressure medium.
  • Patent Document 2 a case having a first pressure introduction chamber and a second pressure introduction chamber for introducing a pressure medium, a first sensor chip and a second sensor chip having the same characteristics, a protection member for each sensor chip, A pressure sensor is disclosed that includes a vibration suppression member that suppresses movement of each protection member. In this pressure sensor, the influence of external stress, such as vibration, received by a plurality of sensor chips having protective members on the pressure receiving surface is reduced.
  • Patent Document 3 a housing exposed to a fluid, a first housing space and a second housing space provided in the housing, and a dynamic pressure inlet provided in a front end portion of the housing are disclosed.
  • a flow rate sensor is disclosed.
  • one of a plurality of pressure-sensitive elements affects the pressure change of the other by directing the dynamic pressure inlet in the direction of fluid flow and directing the static pressure inlet in a direction substantially perpendicular to the direction of fluid flow. I try not to.
  • the detection element that detects the pressure of the medium in the pressure sensor is provided with a diaphragm that is displaced by receiving pressure from the medium.
  • a pressure sensor using a relative detection element that detects the difference between the pressure of the medium on one side of the diaphragm and the pressure of the medium on the other side the relative pressure in the two media can be detected by one detection element. .
  • An object of the present invention is to provide a pressure sensor and a pressure sensor module having a simple structure and excellent pressure resistance.
  • a pressure sensor of the present invention in a first region, and includes a first detection unit that detects an absolute value of the pressure of the first medium, and a second region that is separated from the first region.
  • a second detection unit that detects an absolute value of the pressure of the second medium different from the first medium, a first pressure value detected by the first detection unit, and a second pressure value detected by the second detection unit;
  • an arithmetic unit that performs an operation for obtaining the difference between the two.
  • the first detection unit and the second detection unit detect the absolute value of the pressure
  • the pressure resistance of the diaphragm can be increased as compared with the detection unit that detects a relative pressure.
  • the first region where the first detection unit is provided and the second region where the second detection unit is provided are separated from each other, the first medium and the second medium can be used even when the breakdown voltage of the detection unit is exceeded. Can be prevented from crossing.
  • the pressure sensor of the present invention further includes a base material, and further includes a package that covers at least a part of the base material, the first detection unit, the second detection unit, and the calculation unit, and the package includes the first region and the second region.
  • the first detection unit, the second detection unit, and the calculation unit may be arranged on the first surface side that is one of the surfaces of the base material. As described above, the first detection unit, the second detection unit, and the calculation unit are arranged on the same surface side (first surface side) of the base material, thereby simplifying the structure and component mounting.
  • the package may have a through hole that allows the second region to communicate with the outside of the package. Thereby, the medium located outside the package is introduced into the second region through the through hole as the second medium, and the pressure outside the package can be detected by the second detection unit.
  • the package may have an introduction hole that is provided on the first surface side of the substrate and guides the pressure from the first medium into the first region. Accordingly, the first medium can be guided into the first region from the first surface side of the base material through the introduction hole, and the pressure of the first medium can be detected by the first detection unit.
  • each of the first detection unit and the second detection unit may have a diaphragm that deforms into a concave shape and detects pressure.
  • the first medium may be a liquid and the second medium may be a gas. Thereby, the pressure difference between the liquid and the gas can be detected.
  • the pressure sensor module of the present invention covers a base material and at least a part of the base material, and forms a first region and a second region on the first surface side which is one of the surfaces of the base material, A package having a partition partitioning the second region; a first detection unit provided in the first region for detecting an absolute value of the pressure of the first medium; and a first medium provided in the second region; Is detected by the first detector and the second detector provided on the first surface side and detected by the first detector via the wiring pattern, and detects the absolute value of the pressure of the different second medium.
  • a calculation unit that calculates a difference from the second pressure value.
  • the package has a through hole that communicates the second region with the outside of the package, and an introduction hole that is provided on the first surface side of the base material and guides the pressure from the first medium into the first region. And having.
  • the pressure sensor can be configured with a single component.
  • the first detection unit and the second detection unit detect the absolute value of the pressure
  • the pressure resistance of the diaphragm can be increased as compared with the detection unit that detects the relative pressure.
  • the first region and the second region are partitioned by the package, the first detection unit is provided in the first region, and the second detection unit is provided in the second region, so that the breakdown voltage of the detection unit is exceeded. Even in this case, it is possible to suppress the intersection of the first medium and the second medium.
  • FIG. 1 It is a schematic cross section which illustrates the pressure sensor which concerns on this embodiment.
  • (A)-(d) is a schematic diagram explaining the pressure
  • (A) And (b) is a perspective view which shows the specific example of a pressure sensor module.
  • (A)-(c) is a schematic cross section which illustrates the manufacturing method of a pressure sensor module.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a pressure sensor according to this embodiment.
  • the pressure sensor 1 according to the present embodiment performs a calculation with a first detection unit 10 that detects the pressure of the first medium and a second detection unit 20 that detects the pressure of the second medium. And an arithmetic unit 30.
  • the first detection unit 10 is an absolute pressure sensor that detects the absolute value of the pressure of the first medium.
  • the first detection unit 10 is provided in the first region R1 of the pressure sensor 1.
  • the second detection unit 20 is an absolute pressure sensor that detects the absolute value of the pressure of the second medium.
  • the second detection unit 20 is provided in the second region R2 of the pressure sensor 1. The first region R1 and the second region R2 are separated from each other.
  • the absolute pressure sensor which is the first detection unit 10 and the second detection unit 20 includes a sensor chip using, for example, a diaphragm and a piezoresistive element.
  • the absolute pressure sensor detects the pressure value by receiving the pressure from the medium by the diaphragm and converting the stress generated by the deformation of the diaphragm into an electric signal by the piezoresistive element.
  • the diaphragm is movably provided on the support portion. When the pressure to be detected is received by the diaphragm, the diaphragm is deformed into a concave shape on the support portion side.
  • the calculation unit 30 performs a calculation to obtain a difference between the first pressure value P1 detected by the first detection unit 10 and the second pressure value P2 detected by the second detection unit 20.
  • the first pressure value P1 that is the absolute pressure of the first medium detected by the first detector 10
  • the second pressure that is the absolute pressure of the second medium detected by the second detector 20.
  • a differential pressure from the two pressure values P2 can be obtained.
  • the first medium and the second medium whose pressure is detected by the pressure sensor 1 according to this embodiment are different from each other.
  • the first medium is a liquid and the second medium is a gas.
  • An example of the liquid that is the first medium is water or oil.
  • An example of the gas that is the second medium is air (atmosphere).
  • the 1 further includes a substrate 50 having a first surface 50a and a package 60.
  • the base material 50 for example, a lead frame is used.
  • the 1st detection part 10, the 2nd detection part 20, and the calculating part 30 are mounted in the 1st surface 50a of the base material 50 which is a lead frame. That is, the first detection unit 10, the second detection unit 20, and the calculation unit 30 are arranged on the same surface (first surface 50 a) side of the base material 50.
  • the package 60 covers at least a part of the base material 50 and has a partition wall 61 for forming the first region R1 and the second region R2 on the first surface 50a side.
  • the partition wall 61 is a wall that partitions the first region and the second region.
  • the package 60 has a partition wall 62 for constituting the third region R3.
  • the partition wall 62 is a wall that partitions the first region R1 and the third region R3.
  • the package 60 is also provided on the opposite side of the substrate 50 from the first surface 50a.
  • a second region R2 is configured between the outer frame 65 and the partition wall 61 of the package 60 provided on the first surface 50a side, and a third region R3 is configured between the outer frame 65 and the partition wall 62.
  • a first region R1 is formed between the partition wall 62 and the first partition R1. Note that the order of arrangement of the first region R1, the second region R2, and the third region R3 of the package 60 may be other than the above.
  • the first detection unit 10 is provided in the first region R1, and the second detection unit 20 is provided in the second region R2.
  • the calculation unit 30 is provided in the third region R3.
  • Each of the 1st detection part 10, the 2nd detection part 20, and the calculating part 30 is electrically connected with the lead frame which is the base material 50, for example by the bonding wire BW.
  • the first detection unit 10 provided in the first region R1 may be covered with a protective material 51 filled in the first region R1.
  • region R3 may be covered with the protective material 52 with which 3rd area
  • the protective material 51 is desirably a softer material than the protective material 52. This is because the pressure of the first medium is transmitted to the first detection unit 10 via the protective material 51.
  • a specific example of the material constituting the protective material 51 is a silicone resin
  • a specific example of the material constituting the protective material 52 is an epoxy resin.
  • a lid 66 is provided in the second region R2.
  • the lid 66 is attached on the partition wall 61 and the outer frame 65.
  • the second region R2 becomes a sealed space with respect to the first medium.
  • the package 60 is provided with a through hole 601 that allows the second region R2 and the outside of the package 60 to communicate with each other. Thereby, the medium (second medium: air, for example) outside the package 60 is guided to the second region R2 through the through hole 601, and the second pressure value P2 of the second medium is detected by the second detection unit 20.
  • the through hole 601 is preferably provided on the opposite side of the package 60 from the first surface 50a of the substrate 50. Accordingly, when the second medium is guided from the through hole 601 to the second region R2, the second medium is directed to the second detection unit 20 after hitting the lid 66, so that sudden pressure application to the second detection unit 20 is alleviated. can do.
  • the package 60 is provided with an introduction hole 602 that guides the pressure from the first medium to the first region R1.
  • the pressure from the first medium is introduced into the first region R1 through the introduction hole 602, and the first pressure value P1 of the first medium is detected by the first detection unit 10.
  • the diaphragm of the diaphragm is larger than the detection unit that detects the relative pressure.
  • the breakdown voltage can be increased.
  • the first region R1 in which the first detection unit 10 is provided and the second region R2 in which the second detection unit 20 is provided are separated from each other. For this reason, even when the pressure
  • the first region R1 and the second region R2 are partitioned by the partition wall 61. Therefore, the first medium does not enter the second region R2.
  • the first medium When the second region R2 is the atmosphere, if the first medium enters the second region R2, the first medium leaks from the through hole 601. Since the first region R1 and the second region R2 are separated as in the present embodiment, the first medium does not enter the second region R2, and even if the first detection unit 10 is damaged, The first medium can be prevented from leaking outside.
  • FIGS. 2C and 2D show examples of the absolute pressure sensor AS.
  • the relative pressure sensor RS includes a support portion 80 provided with an introduction hole 80h and a diaphragm 81 provided on the support portion 80 so as to straddle the introduction hole 80h.
  • the pressure Pa of the medium is transmitted to the diaphragm 81 through the introduction hole 80h.
  • the pressure Pa on the introduction hole 80h side of the diaphragm 81 is larger than the pressure Pb of the medium on the side opposite to the introduction hole 80h of the diaphragm 81, the diaphragm 81 is deformed into a convex shape.
  • the diaphragm 81 is deformed into a convex shape.
  • the stress based on the deformation amount of the diaphragm 81 is detected by a piezoresistive element or the like (not shown).
  • the absolute pressure sensor AS includes a support part 80 provided with a recess 80c and a diaphragm 81 provided on the support part 80 so as to straddle the recess 80c.
  • the diaphragm 81 is deformed to the concave portion 80c side. That is, when the pressure Pa is positive, the diaphragm 81 is deformed into a concave shape.
  • compressive stress is concentrated on the surface of the diaphragm 81 on the support portion 80 side. Even when compressive stress is applied to the diaphragm 81, the breaking stress is lower than when tensile stress is applied.
  • the pressure sensor 1 uses the absolute pressure sensor AS shown in FIGS. 2C and 2D as the first detection unit 10 and the second detection unit 20. Then, the relative pressures of the first medium and the second medium are obtained by detecting the pressures of different media by the two absolute pressure sensors AS and calculating the difference by the calculation unit 30.
  • the absolute pressure sensor AS is used for the first detection unit 10 and the second detection unit 20, so that the overall pressure resistance of the pressure sensor 1 is higher than when the relative pressure sensor RS is used. Can be increased.
  • FIG. 3A and 3B are perspective views showing a specific example of the pressure sensor module.
  • FIG. 3A shows the appearance of the pressure sensor module 100
  • FIG. 3B shows a partially cutaway view for explaining the inside of the pressure sensor module 100.
  • FIG. 3A shows the appearance of the pressure sensor module 100
  • FIG. 3B shows a partially cutaway view for explaining the inside of the pressure sensor module 100.
  • the pressure sensor module 100 includes the pressure sensor 1 according to the present embodiment described above.
  • the first detection unit 10, the second detection unit 20, and the calculation unit 30 are accommodated in one package 60. Leads of a lead frame that is the base material 50 extend from the end of the package 60.
  • the pressure sensor 1 including the first detection unit 10 and the second detection unit 20 can be configured with a single component.
  • an introduction hole 602 is provided on one side of the package 60 (on the first surface 50a side of the substrate 50). By introducing the first medium from the introduction hole 602, the pressure of the first medium can be transmitted from the introduction hole 602 to the first detection unit 10.
  • a through hole 601 is provided on the other surface side of the package 60 (on the side opposite to the first surface 50a of the substrate 50).
  • the through hole 601 reaches the second region R ⁇ b> 2 from the other surface side of the package 60 through the package 60.
  • FIG. 4A to 4C are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a pressure sensor module.
  • a package 60 is formed outside a base material 50 such as a lead frame.
  • the package 60 is formed by, for example, a transfer mold method.
  • the outer frame 65 and the partition walls 61 to 63 are formed on the first surface 50a side of the base member 50.
  • the partition wall 61, the partition wall 62, and the outer frame 65 are formed on the base material 50.
  • the space between the partition wall 61 and the partition wall 62 is the first region R1, the space between the outer frame 65 and the partition wall 61 is the second region R2, and the space between the outer frame 65 and the partition wall 62 is the third region. R3.
  • the package 60 is provided with a through hole 601 communicating with the second region R2.
  • the first detection unit 10, the second detection unit 20, and the calculation unit 30 are mounted on the first surface 50 a of the base material 50, and the bonding wire BW is connected to each of the lead frames. Connect to a conductive point.
  • the first detection unit 10 is mounted in the first region R1 on the base material 50
  • the second detection unit 20 is mounted in the second region R2 on the base material 50.
  • the calculation unit 30 is mounted in the third region R3 of the base material 50.
  • Each bonding wire BW is connected in each of the first region R1, the second region R2, and the third region R3.
  • the first region R1 is filled with a protective material 51 (for example, made of silicone resin), and the third region R3 is made of a protective material 52 (for example, made of epoxy resin). ).
  • a lid 66 is attached on the partition wall 61 and the outer frame 65 constituting the second region R2. Thereby, the pressure sensor module 100 is completed.
  • the first detection unit 10, the second detection unit 20, and the calculation unit 30 are provided on the same surface (first surface 50a) of the substrate 50, and the bonding wire BW is used on the same surface. Wired. Therefore, even if it is composed of a plurality of components, component mounting and wiring can be easily performed.
  • the package 60 is formed outside the substrate 50, the first detection unit 10, the second region R2, and the calculation unit 30 are mounted and bonded.
  • the wire BW is connected
  • the package 60 may be formed after the first detection unit 10, the second detection unit 20, and the calculation unit 30 are mounted on the substrate 50 and the bonding wire BW is connected.
  • the pressure sensor 1 and the pressure sensor module 100 having a simple structure and excellent pressure resistance.
  • the present invention is not limited to these examples.
  • the 1st detection part 10, the 2nd detection part 20, and the calculating part 30 showed the example arrange
  • those in which those skilled in the art appropriately added, deleted, and changed the design of the above-described embodiments, and combinations of the characteristics of the configuration examples of each embodiment as appropriate also include the gist of the present invention. As long as it is within the scope of the present invention.

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Abstract

構造が簡単で耐圧性に優れた圧力センサとして、第１領域内に設けられ、第１媒体の圧力の絶対値を検出する第１検出部と、第１領域から離隔した第２領域内に設けられ、第１媒体とは異なる第２媒体の圧力の絶対値を検出する第２検出部と、第１検出部によって検出した第１圧力値と第２検出部で検出した第２圧力値との差分を求める演算を行う演算部と、を備えた圧力センサ１が提供される。

Description

圧力センサおよび圧力センサモジュール
　本発明は、圧力センサおよび圧力センサモジュールに関し、より詳しくは、互いに異なる媒体からの圧力を検出する２つの検出部を有する圧力センサおよび圧力センサモジュールに関する。
　圧力センサとして、特許文献１には、第１センシング部で検出された検出結果と、第２センシング部および前記第３センシング部で検出された検出結果との差によって、真空圧に対する圧力媒体の圧力の絶対圧力を求める構成が開示されている。この圧力センサでは、第１センシング部および第２センシング部のそれぞれに保護部材が設けられており、圧力媒体から圧力受圧面を保護している。
　特許文献２には、圧力媒体を導入する第１圧力導入室および第２圧力導入室を備えたケースと、同一特性の第１センサチップおよび第２センサチップと、各センサチップの保護部材と、各保護部材の移動を抑制する振動抑制部材と、を備える圧力センサが開示されている。この圧力センサでは、圧力受圧面に保護部材が設けられた複数のセンサチップが受ける振動等の外部応力の影響を低減している。
　特許文献３には、流体の中に曝される筐体と、筐体に設けられた第１の収容空間および第２の収容空間と、筐体の先端部に設けられた動圧導入口と、筐体の側面部に設けられた静圧導入口と、第１の収容空間に収容される第１の感圧素子と、第２の収容空間に収容される第２の感圧素子と、を備えた流速センサが開示される。この流速センサでは、動圧導入口を流体の流れる方向に向け、静圧導入口を流体の流れる方向とほぼ直交した方向に向けることで、複数の感圧素子の一方が他方の圧力変化に影響しないようにしている。
特開２００７－００３３８３号公報 特開２００８－３０４２４５号公報 特開２０１２－１８９３４９号公報
　圧力センサにおいて媒体の圧力を検出する検出素子には、媒体からの圧力を受けて変位するダイアフラムが設けられる。ダイアフラムの一方側の媒体の圧力と他方側の媒体の圧力との差を検出する相対型の検出素子を用いた圧力センサでは、２つの媒体における相対圧力を１つの検出素子によって検出することができる。
　しかし、ダイアフラムが凸型に変形する場合、ダイアフラムと支持部との接続部分に引っ張り応力が集中しやすい。このため、衝撃圧などの急激な圧力変動が生じ得る媒体の圧力を検出する圧力センサでは、ダイアフラムの十分な強度確保が要求される。
　本発明は、構造が簡単で耐圧性に優れた圧力センサおよび圧力センサモジュールを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の圧力センサは、第１領域内に設けられ、第１媒体の圧力の絶対値を検出する第１検出部と、第１領域から離隔した第２領域内に設けられ、第１媒体とは異なる第２媒体の圧力の絶対値を検出する第２検出部と、第１検出部によって検出した第１圧力値と第２検出部で検出した第２圧力値との差分を求める演算を行う演算部と、を備えたことを特徴とする。
　このような構成によれば、第１検出部および第２検出部が圧力の絶対値を検知する構成のため、相対的な圧力を検知する検知部に比べてダイアフラムの耐圧を高めることができる。また、第１検出部が設けられる第１領域と、第２検出部が設けられる第２領域とが互いに離隔しているため、検出部の耐圧を超えた場合でも第１媒体と第２媒体とが交わることを抑制することができる。
　本発明の圧力センサにおいて、基材をさらに備え、基材の少なくとも一部、第１検出部、第２検出部および演算部の外側を覆うパッケージをさらに備え、パッケージは、第１領域と第２領域とを区画する隔壁を有していてもよい。これにより、パッケージの隔壁によって第１領域と第２領域とを確実に区画することができる。
　本発明の圧力センサにおいて、第１検出部、第２検出部および演算部は、基材の面の１つである第１面側に配置されていてもよい。このように、第１検出部、第２検出部および演算部が基材の同じ面の側（第１面側）に配置されることで、構造や部品実装の簡素化を図ることができる。
　本発明の圧力センサにおいて、パッケージは、第２領域とパッケージの外側とを連通させる貫通孔を有していてもよい。これにより、パッケージの外側に位置する媒体が第２媒体として貫通孔を介して第２領域に導入され、第２検出部によってパッケージの外側の圧力を検出することができる。
　本発明の圧力センサにおいて、パッケージは、基材の第１面側に設けられ、第１媒体からの圧力を第１領域内に導く導入孔を有していてもよい。これにより、基材の第１面側から導入孔を介して第１媒体を第１領域内に導き、第１検出部によって第１媒体の圧力を検出することができる。
　本発明の圧力センサにおいて、第１検出部および第２検出部のそれぞれは、凹状に変形して圧力を検出するダイアフラムを有していてもよい。これにより、圧力によってダイアフラムが変形した場合、ダイアフラムの支持部近傍には圧縮応力が加わることになる。このため、ダイアフラムの支持部近傍に引っ張り応力が加わる場合に比較して、ダイアフラムの耐圧を高めることができる。
　本発明の圧力センサにおいて、第１媒体は液体であり、第２媒体は気体であってもよい。これにより、液体と気体との圧力差を検出することができる。
　本発明の圧力センサモジュールは、基材と、基材の少なくとも一部を覆い、基材の面の１つである第１面側に第１領域および第２領域を構成し、第１領域と第２領域とを区画する隔壁を有するパッケージと、第１領域内に設けられ、第１媒体の圧力の絶対値を検出する第１検出部と、第２領域内に設けられ、第１媒体とは異なる第２媒体の圧力の絶対値を検出する第２検出部と、第１面側に設けられ、配線パターンを介して第１検出部によって検出した第１圧力値と第２検出部で検出した第２圧力値との差分を求める演算を行う演算部と、を備える。この圧力センサモジュールにおいて、パッケージは、第２領域とパッケージの外側とを連通させる貫通孔と、基材の第１面側に設けられ、第１媒体からの圧力を第１領域内に導く導入孔と、を有する。
　このような構成によれば、パッケージ内に第１検出部、第２検出部および演算部が収納されることから、一つの部品で圧力センサを構成することができる。また、第１検出部および第２検出部が圧力の絶対値を検知する構成のため、相対的な圧力を検知する検知部に比べてダイアフラムの耐圧を高めることができる。また、パッケージによって第１領域と第２領域とを区画して、第１領域内に第１検出部を設け、第２領域内に第２検出部を設けることで、検出部の耐圧を超えた場合でも第１媒体と第２媒体とが交わることを抑制することができる。
　本発明によれば、構造が簡単で耐圧性に優れた圧力センサおよび圧力センサモジュールを提供することが可能になる。
本実施形態に係る圧力センサを例示する模式断面図である。 （ａ）～（ｄ）は、検出部の耐圧について説明する模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、圧力センサモジュールの具体例を示す斜視図である。 （ａ）～（ｃ）は圧力センサモジュールの製造方法を例示する模式断面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
（圧力センサの構成）
　図１は、本実施形態に係る圧力センサを例示する模式断面図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る圧力センサ１は、第１媒体の圧力を検出する第１検出部１０と、第２媒体の圧力を検出する第２検出部２０と、演算を行う演算部３０とを備える。
　第１検出部１０は、第１媒体の圧力の絶対値を検出する絶対圧センサである。第１検出部１０は、圧力センサ１における第１領域Ｒ１内に設けられる。また、第２検出部２０は、第２媒体の圧力の絶対値を検出する絶対圧センサである。第２検出部２０は、圧力センサ１における第２領域Ｒ２内に設けられる。第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とは互いに離隔している。
　第１検出部１０および第２検出部２０である絶対圧センサは、例えばダイアフラムとピエゾ抵抗素子とを用いたセンサチップを有する。絶対圧センサは、媒体からの圧力をダイアフラムで受けて、ダイアフラムの変形によって生じる応力をピエゾ抵抗素子で電気信号に変換することで、圧力値を検出する。絶対圧センサにおいて、ダイアフラムは支持部の上に変位可能に設けられる。検出対象の圧力をダイアフラムで受けた場合、ダイアフラムは支持部側に凹型に変形する。
　演算部３０は、第１検出部１０によって検出した第１圧力値Ｐ１と、第２検出部２０で検出した第２圧力値Ｐ２との差分を求める演算を行う。本実施形態に係る圧力センサ１では、第１検出部１０によって検出した第１媒体の絶対圧である第１圧力値Ｐ１と、第２検出部２０で検出した第２媒体の絶対圧である第２圧力値Ｐ２との差圧を得ることができる。
　本実施形態に係る圧力センサ１で圧力の検出を行う第１媒体と第２媒体とは、互いに異なる媒体である。例えば、第１媒体は液体であり、第２媒体は気体である。第１媒体である液体の一例は、水や油である。第２媒体である気体の一例は、空気（大気）である。
　図１に示される圧力センサ１は、第１面５０ａを有する基材５０およびパッケージ６０をさらに備える。基材５０には、例えばリードフレームが用いられる。第１検出部１０、第２検出部２０および演算部３０は、リードフレームである基材５０の第１面５０ａに実装される。すなわち、第１検出部１０、第２検出部２０および演算部３０は、基材５０の同一面（第１面５０ａ）側に配置される。
　パッケージ６０は、基材５０の少なくとも一部を覆い、第１面５０ａ側に第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２を構成するための隔壁６１を有する。隔壁６１は、第１領域と第２領域とを区画する壁である。また、パッケージ６０は、第３領域Ｒ３を構成するための隔壁６２を有する。隔壁６２は、第１領域Ｒ１と第３領域Ｒ３とを区画する壁である。パッケージ６０は、基材５０の第１面５０ａとは反対側にも設けられる。
　第１面５０ａ側に設けられるパッケージ６０の外枠６５と隔壁６１との間で第２領域Ｒ２が構成され、外枠６５と隔壁６２との間で第３領域Ｒ３が構成され、隔壁６１と隔壁６２との間で第１領域Ｒ１が構成される。なお、パッケージは６０によって構成される第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３の並び順は、上記以外であってもよい。
　互いに離隔した第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３のうち、第１領域Ｒ１内に第１検出部１０が設けられ、第２領域Ｒ２内に第２検出部２０が設けられ、第３領域Ｒ３に演算部３０が設けられる。第１検出部１０、第２検出部２０および演算部３０のそれぞれは、例えばボンディングワイヤーＢＷによって基材５０であるリードフレームと電気的に接続される。
　第１領域Ｒ１内に設けられる第１検出部１０は、第１領域Ｒ１内に充填される保護材５１によって覆われていてもよい。また、第３領域Ｒ３内に設けられる演算部３０は、第３領域Ｒ３内に充填される保護材５２によって覆われていてもよい。保護材５１を設けることで、第１媒体（例えば、水や油）が第１検出部１０に直接触れることを防止する。保護材５１は、保護材５２に比べて軟質の材料であることが望ましい。第１媒体の圧力が保護材５１を介して第１検出部１０に伝達されるためである。保護材５１を構成する材料の具体例としてシリコーン樹脂が挙げられ、保護材５２を構成する材料の具体例としてエポキシ樹脂が挙げられる。
　第２領域Ｒ２には、蓋６６が設けられる。蓋６６は、隔壁６１および外枠６５の上に取り付けられる。蓋６６によって、第２領域Ｒ２は第１媒体に対して密閉空間となる。パッケージ６０には、第２領域Ｒ２とパッケージ６０の外側とを連通させる貫通孔６０１が設けられる。これにより、貫通孔６０１を介してパッケージ６０の外側の媒体（第２媒体：例えば空気）が第２領域Ｒ２に導かれ、第２検出部２０によって第２媒体の第２圧力値Ｐ２が検出される。
　貫通孔６０１は、パッケージ６０における基材５０の第１面５０ａとは反対側に向けて設けられることが好ましい。これにより、第２媒体が貫通孔６０１から第２領域Ｒ２に導かれる際、第２媒体が蓋６６に当たってから第２検出部２０に向かうため、第２検出部２０への急激な圧力印加を緩和することができる。
　また、パッケージ６０には、第１媒体からの圧力を第１領域Ｒ１へ導く導入孔６０２が設けられる。これにより、導入孔６０２を介して第１領域Ｒ１内に第１媒体からの圧力が導かれ、第１検出部１０によって第１媒体の第１圧力値Ｐ１が検出される。
　このような圧力センサ１では、第１検出部１０および第２検出部２０が圧力の絶対値を検知する絶対圧センサになっているため、相対的な圧力を検知する検知部に比べてダイアフラムの耐圧を高めることができる。
　また、本実施形態に係る圧力センサ１では、第１検出部１０が設けられる第１領域Ｒ１と、第２検出部２０が設けられる第２領域Ｒ２とが互いに離隔している。このため、第１検出部１０および第２検出部２０のいずれか一方の耐圧を超えた場合でも第１媒体と第２媒体とが交わることを抑制することができる。
　例えば、第１媒体から急激な圧力が第１検出部１０に印加され、第１検出部１０のダイアフラムが破損したとしても、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とが隔壁６１によって区画されているため、第１媒体が第２領域Ｒ２へ進入することはない。
　第２領域Ｒ２が大気の場合、もし第２領域Ｒ２に第１媒体が進入すると、貫通孔６０１から第１媒体が漏れ出すことになる。本実施形態のように第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とが離隔されていることで、第１媒体が第２領域Ｒ２へ進入することはなく、第１検出部１０が破損したとしても、第１媒体が外部へ漏れ出すことを抑制することができる。
（耐圧について）
　ここで、検出部の耐圧について説明する。
　図２（ａ）～（ｄ）は、検出部の耐圧について説明する模式図である。
　図２（ａ）および（ｂ）には相対圧センサＲＳの例が示され、図２（ｃ）および（ｄ）には絶対圧センサＡＳの例が示される。
　図２（ａ）に示すように、相対圧センサＲＳは、導入孔８０ｈが設けられた支持部８０と、導入孔８０ｈを跨ぐように支持部８０に設けられたダイアフラム８１とを備える。図２（ｂ）に示すように、媒体の圧力Ｐａは導入孔８０ｈを介してダイアフラム８１に伝わる。ダイアフラム８１の導入孔８０ｈ側の圧力Ｐａが、ダイアフラム８１の導入孔８０ｈとは反対側の媒体の圧力Ｐｂよりも大きい場合、凸型に変形する。例えば、圧力Ｐｂが大気圧、圧力Ｐａが正圧の場合、ダイアフラム８１は凸型に変形する。このダイアフラム８１の変形量に基づく応力を図示しないピエゾ抵抗素子等によって検出する。
　このようにダイアフラム８１が凸型に変形すると、ダイアフラム８１の支持部８０側の面に引っ張り応力が集中することになる。ダイアフラム８１としてシリコン等の脆弱材料を使用すると、引っ張り応力の集中によって、ダイアフラム８１の破損が、特に支持部８０との接合部の周囲において発生しやすくなる。
　図２（ｃ）に示すように、絶対圧センサＡＳは、凹部８０ｃが設けられた支持部８０と、凹部８０ｃを跨ぐように支持部８０に設けられたダイアフラム８１とを備える。図２（ｄ）に示すように、媒体の圧力Ｐａがダイアフラム８１に伝わると、ダイアフラム８１は凹部８０ｃ側に変形する。すなわち、圧力Ｐａが正圧の場合、ダイアフラム８１は凹型に変形する。ダイアフラム８１が凹型に変形すると、ダイアフラム８１の支持部８０側の面に圧縮応力が集中することになる。ダイアフラム８１に圧縮応力が加わっても、引っ張り応力が加わる場合に比べて破断応力は低くなる。
　上記のことから、本実施形態に係る圧力センサ１では、第１検出部１０および第２検出部２０として図２（ｃ）および（ｄ）に示す絶対圧センサＡＳを用いている。そして、２つの絶対圧センサＡＳによって、それぞれ異なる媒体の圧力を検出し、演算部３０によって差分を演算することで、第１媒体と第２媒体との相対圧を得ている。
　したがって、本実施形態に係る圧力センサ１では、第１検出部１０および第２検出部２０に絶対圧センサＡＳを用いることで、相対圧センサＲＳを用いる場合に比べて圧力センサ１の全体の耐圧を高めることができる。
（圧力センサモジュールの具体例）
　図３（ａ）および（ｂ）は、圧力センサモジュールの具体例を示す斜視図である。
　図３（ａ）には圧力センサモジュール１００の外観が示され、図３（ｂ）には圧力センサモジュール１００の内部を説明する一部破断図が示される。
　圧力センサモジュール１００には、先に説明した本実施形態に係る圧力センサ１が含まれる。第１検出部１０、第２検出部２０および演算部３０は、１つのパッケージ６０内に収容される。パッケージ６０の端部からは基材５０であるリードフレームのリードが延出している。圧力センサモジュール１００では、１つの部品で第１検出部１０および第２検出部２０を備えた圧力センサ１を構成することができる。
　圧力センサモジュール１００において、パッケージ６０の一方面側（基材５０の第１面５０ａ側）に導入孔６０２が設けられる。導入孔６０２から第１媒体を導入することで、第１媒体の圧力を導入孔６０２から第１検出部１０へ伝えることができる。
　また、パッケージ６０の他方面側（基材５０の第１面５０ａとは反対側）に貫通孔６０１が設けられる。貫通孔６０１は、パッケージ６０の他方面側からパッケージ６０内を経由して第２領域Ｒ２内に達している。
　このような構成によって、圧力センサモジュール１００の一方面側（導入孔６０２が設けられた側）を第１媒体が含まれる対象物に配置すれば、対象物の外側（第２媒体）の圧力と、対象物の内側（第１媒体）との圧力との相対圧を得ることができる。
　また、このような圧力センサモジュール１００では、第１検出部１０と第２検出部２０とが互いに離隔した領域（第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２）に収納されているため、第１検出部１０および第２検出部２０のいずれか一方が破損したとしても、第１媒体と第２媒体とが交わることを防止することができる。例えば、第１媒体として液体の圧力を第１検出部１０で検出する場合、液体からの急激な圧力によって第１検出部１０が破損したとしても、液体は第１領域Ｒ１に留まり、パッケージ６０の外側に漏れ出すことはない。
（製造方法）
　次に、圧力センサモジュールの製造方法について説明する。
　図４（ａ）～（ｃ）は圧力センサモジュールの製造方法を例示する模式断面図である。
　先ず、図４（ａ）に示すように、リードフレーム等の基材５０の外側にパッケージ６０を形成する。パッケージ６０は、例えばトランスファーモールド法によって形成される。これにより、基材５０の第１面５０ａ側に外枠６５、隔壁６１～６３が形成される。図４（ａ）に示す例では、基材５０の上に隔壁６１、隔壁６２および外枠６５が形成される。隔壁６１と隔壁６２との間の空間は第１領域Ｒ１となり、外枠６５と隔壁６１との間の空間は第２領域Ｒ２となり、外枠６５と隔壁６２との間の空間は第３領域Ｒ３となる。パッケージ６０には第２領域Ｒ２と連通する貫通孔６０１が設けられる。
　次に、図４（ｂ）に示すように、基材５０の第１面５０ａに、第１検出部１０、第２検出部２０および演算部３０を実装し、それぞれについてボンディングワイヤーＢＷをリードフレーム等の導通箇所に接続する。第１検出部１０は基材５０上の第１領域Ｒ１に実装され、第２検出部２０は基材５０上の第２領域Ｒ２に実装される。また、演算部３０は基材５０の第３領域Ｒ３に実装される。各ボンディングワイヤーＢＷは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３のそれぞれの領域内で接続される。
　次に、図４（ｃ）に示すように、第１領域Ｒ１内に保護材５１（例えばシリコーン樹脂からなる。）を充填し、第３領域Ｒ３内に保護材５２（例えばエポキシ樹脂からなる。）を充填する。また、第２領域Ｒ２を構成する隔壁６１および外枠６５の上に蓋６６を取り付ける。これにより、圧力センサモジュール１００が完成する。
　本実施形態に係る圧力センサモジュール１００では、第１検出部１０、第２検出部２０および演算部３０が基材５０の同一面（第１面５０ａ）に設けられ、同一面でボンディングワイヤーＢＷによって配線される。したがって、複数部品で構成されていても、部品実装や配線を容易に行うことができる。
　なお、図４（ａ）～（ｃ）に示す製造方法では、基材５０の外側にパッケージ６０を形成した後、第１検出部１０、第２領域Ｒ２および演算部３０を実装して、ボンディングワイヤーＢＷを接続しているが、基材５０に第１検出部１０、第２検出部２０および演算部３０を実装し、ボンディングワイヤーＢＷを接続した後に、パッケージ６０を形成してもよい。
　以上説明したように、実施形態によれば、構造が簡単で耐圧性に優れた圧力センサ１および圧力センサモジュール１００を提供することが可能になる。
　なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、第１検出部１０、第２検出部２０および演算部３０は同一面（第１面５０ａ）上に配置されている例を示したが、必ずしも同一面でなくてもよいし、段差を含む面に配置されていてもよい。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の構成例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
１…圧力センサ
１０…第１検出部
２０…第２検出部
３０…演算部
５０…基材
５０ａ…第１面
５１，５２…保護材
６０…パッケージ
６１，６２，６３…隔壁
６５…外枠
６６…蓋
８０…支持部
８０ｃ…凹部
８０ｈ…導入孔
８１…ダイアフラム
１００…圧力センサモジュール
６０１…貫通孔
６０２…導入孔
ＡＳ…絶対圧センサ
ＢＷ…ボンディングワイヤー
Ｐ１…第１圧力値
Ｐ２…第２圧力値
Ｐａ，Ｐｂ…圧力
Ｒ１…第１領域
Ｒ２…第２領域
Ｒ３…第３領域
ＲＳ…相対圧センサ

Claims (8)

  1. 　第１領域内に設けられ、第１媒体の圧力の絶対値を検出する第１検出部と、
    　前記第１領域から離隔した第２領域内に設けられ、前記第１媒体とは異なる第２媒体の圧力の絶対値を検出する第２検出部と、
    　前記第１検出部によって検出した第１圧力値と前記第２検出部で検出した第２圧力値との差分を求める演算を行う演算部と、
    　を備えたことを特徴とする圧力センサ。
  2. 　基材をさらに備え、
    　前記基材の少なくとも一部、前記第１検出部、前記第２検出部および前記演算部の外側を覆うパッケージをさらに備え、
    　前記パッケージは、前記第１領域と前記第２領域とを区画する隔壁を有する、請求項１記載の圧力センサ。
  3. 　前記第１検出部、前記第２検出部および前記演算部は、前記基材の面の１つである第１面側に配置された、請求項２記載の圧力センサ。
  4. 　前記パッケージは、前記第２領域と前記パッケージの外側とを連通させる貫通孔を有する、請求項３記載の圧力センサ。
  5. 　前記パッケージは、前記基材の第１面側に設けられ、前記第１媒体からの圧力を前記第１領域内に導く導入孔を有する、請求項４記載の圧力センサ。
  6. 　前記第１検出部および前記第２検出部のそれぞれは、凹状に変形して圧力を検出するダイアフラムを有する、請求項１～５のいずれか１つに記載の圧力センサ。
  7. 　前記第１媒体は液体であり、前記第２媒体は気体である、請求項１～６のいずれか１つに記載の圧力センサ。
  8. 　基材と、
    　前記基材の少なくとも一部を覆い、前記基材の面の一つである第１面側に第１領域および第２領域を構成し、前記第１領域と前記第２領域とを区画する隔壁を有するパッケージと、
    　前記第１領域内に設けられ、第１媒体の圧力の絶対値を検出する第１検出部と、
    　前記第２領域内に設けられ、前記第１媒体とは異なる第２媒体の圧力の絶対値を検出する第２検出部と、
    　前記第１面に設けられ、配線パターンを介して前記第１検出部によって検出した第１圧力値と前記第２検出部で検出した第２圧力値との差分を求める演算を行う演算部と、
    　を備え、
    　前記パッケージは、前記第２領域と前記パッケージの外側とを連通させる貫通孔と、前記基材の前記第１面側に設けられ、前記第１媒体からの圧力を前記第１領域内に導く導入孔と、を有することを特徴とする圧力センサモジュール。
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