WO2020009091A1 - 圧力センサ装置 - Google Patents
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- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
Definitions
- the present invention relates to a pressure sensor device that senses a pressure of a fluid by a diaphragm, and in particular, an adhesive layer for fixing a pedestal forming a semiconductor pressure sensor element together with a diaphragm to a housing or a case of the pressure sensor device does not peel off.
- the present invention relates to a pressure sensor device.
- FIG. 5 is an exploded perspective view of the conventional semiconductor pressure sensor device shown in FIG. 1 of Japanese Patent No. 4281178 (Patent Document 1).
- FIG. 6 is a cross-sectional view of the conventional semiconductor pressure sensor device shown in FIG. 2 of Japanese Patent No. 4281178 (Patent Document 1).
- the conventional semiconductor pressure sensor device includes a resin-molded sensor case 20 in which a semiconductor pressure sensor element is provided, and a sensor case 20 which is insert-molded in the sensor case 20 so that a part of the sensor case 20 is exposed. And an outer case 40 that is assembled to the sensor case 20 and covers the sensor element, and an enclosure 42 formed on the outer case 40 and surrounding the exposed portion of the lead 30.
- the exposed portion of the lead 30 and the surrounding portion 42 constitute a connector portion capable of connecting the exposed portion of the lead 30 to an external terminal.
- the sensor case 20 and the outer case 40 are fitted by a sliding operation, and are prevented from coming off by an engagement structure (25, 47) provided between the sensor case 20 and the outer case 40.
- the sensor case 20 is integrally provided with a pressure introduction port 21 into which the fluid to be measured flows.
- the sensor case 20 has an opening 20a on one side where the sensor element 10 and the like are disposed, and has a pressure introduction port 21 protruding from the bottom surface of the opening 20a to the opposite side. .
- the distal end of the pressure introduction port 21 can be attached to an appropriate position in a flow path of a water heater, for example, via an O-ring or the like.
- An introduction hole 22 for introducing pressure from the flow path is provided inside the pressure introduction port 21.
- the sensor element 10 has a configuration in which a plurality of diffusion resistors are formed on a diaphragm made of a semiconductor material (for example, single crystal silicon) having a piezoresistance effect, and these diffusion resistors are connected in a bridge. The change in the resistance value of the diffusion resistor according to the deformation of the diaphragm is taken out from the bridge circuit as an electric signal.
- a semiconductor material for example, single crystal silicon
- the diaphragm of the sensor element 10 is bonded to the pedestal 11 by glass bonding or the like, and a through hole communicating with the introduction hole 22 is formed inside the pedestal 11. Pressure from the flow path is transmitted from the introduction hole 22 to the diaphragm of the sensor element 10 through the through hole of the pedestal 11.
- the pedestal 11 is joined to the bottom surface of the recess 23 via an adhesive layer.
- the recess 23 is filled with a sealant 24 in order to increase the airtightness between the through hole of the pedestal 11 made of glass and the introduction hole 22.
- a bipolar transistor element 12 as an amplifier circuit for amplifying an output signal from the sensor element 10, adjustment for adjusting the output signal from the sensor element 10, the signal of the bipolar transistor element 12, and the like.
- a MOS transistor element 13 as a circuit is fixed by an adhesive.
- the sensor element 10, the bipolar transistor element 12, the MOS transistor element 13, and the lead 30 are appropriately electrically connected to each other by wires 14 formed by wire bonding. An electric signal (output) from the sensor element 10 is extracted to the outside from each of the elements 12 and 13, the lead 30, and the exposed portion of the lead through these wires 14.
- Patent No. 4281178 ⁇ FIGS. 1 and 2 ⁇
- the pedestal 11 is joined to the bottom surface of the concave portion 23 via an adhesive layer.
- the adhesive layer may be peeled off by the pressure of the fluid entering the through hole of the pedestal. is there.
- the fluid dissolves the adhesive, the possibility that the adhesive layer is peeled increases.
- An object of the present invention is to provide a pressure sensor device in which an adhesive layer for fixing a pedestal does not peel off.
- the present invention provides a semiconductor pressure sensor element having a diaphragm portion on which a sensor circuit is formed, a cylindrical pedestal supporting an outer peripheral portion of the diaphragm portion, and a fluid passage introduced through a fluid introduction passage into an internal passage of the pedestal. It is an object of the present invention to provide a pressure sensor device including an electrically insulating case having a mounting wall portion to which a semiconductor pressure sensor element is mounted so that pressure acts.
- the pedestal has a shape provided with a mounting portion around the semiconductor pressure sensor element. The mounting portion of the pedestal is joined to the mounting wall portion of the case with an adhesive that is not melted by a fluid.
- the pressure applied from the fluid to the diaphragm acts in the direction of pressing the mounting portion of the pedestal against the mounting wall portion of the case. As a result, it is possible to prevent the adhesive layer from peeling off due to the pressure of the fluid.
- a processed semiconductor substrate having a semiconductor pressure sensor element formed at the center of the semiconductor substrate is joined to the upper surface of the pedestal.
- the processed semiconductor substrate joined to the pedestal is provided with a groove for separating the semiconductor pressure sensor element from its peripheral portion. Further, the surrounding portion constitutes a mounting portion of the pedestal. The groove prevents the stress applied to the mounting portion of the pedestal from being transmitted to the semiconductor pressure sensor element. Therefore, the accuracy of detecting the pressure does not decrease even by the attachment using the adhesive.
- the groove extends into the interior of the pedestal. This makes it possible to more reliably prevent the transmission of stress.
- annular surface sandwiching an O-ring is formed between the fluid introduction passage of the case and an annular lower surface surrounding the inlet of the internal passage of the pedestal. The presence of the O-ring prevents the fluid from entering the surface of the pedestal.
- the housing may be composed of a second case part forming the first case part, and a third case part accommodating the main body of the first case part and the second case part.
- the first case portion is formed concentrically with the fluid introduction passage, and has an annular recess for accommodating the O-ring and having the annular surface at the bottom. preferable. According to this structure, the positioning of the O-ring can be easily realized.
- FIG. 1A to 1D are a plan view, a right side view, a bottom view, and a front view showing a pressure sensor device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is an exploded view of the pressure sensor device shown in FIG. 1.
- FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG. It is a cross-sectional view of a pressure sensor device according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is an exploded perspective view showing a configuration of a conventional pressure sensor device. It is sectional drawing of the conventional pressure sensor device.
- FIG. 1A to 1D are a plan view, a right side view, a bottom view, and a front view of a semiconductor pressure sensor device according to a first embodiment
- FIG. 2 is an exploded view of the pressure sensor device of FIG.
- FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG.
- the pressure sensor device includes a first case 1, a lead terminal 3, a second case 5 (FIGS. 2 and 3), and a third case 7.
- a first case 1 As shown in FIG. 2, an annular concave portion 9 is provided at the center of the upper surface of a rectangular parallelepiped main body 1A having a flat outer shape, and a pressure introducing port 21 protrudes downward from the lower surface.
- the introduction hole 22 inside the pressure introduction port 21 penetrates through the center of the bottom of the annular concave portion 9.
- the second case 5 has a rectangular parallelepiped outer shape, and the lead terminals 3 are embedded and exposed from the front.
- An upper surface recess 15 and a lower surface recess 16 are provided on the upper and lower surfaces of the second case 5, respectively.
- a semiconductor pressure sensor element 17 is accommodated in the lower surface recess 16, and an integrated circuit 2 for processing an output signal of the semiconductor pressure sensor element 17, a power supply circuit and a preparation circuit, and
- a circuit board 18 that outputs an electric signal according to the pressure value to the outside through the terminal 3 is housed.
- a part penetrates between the upper surface concave portion 15 and the lower surface concave portion 16, and a part of the upper surface of the lower surface concave portion 16 forms a mounting wall portion 19.
- the first case 1, the second case 5, the third case 7, and the connector cover 4 are all made of synthetic resin having electrical insulation and flexibility, and are engaged with each other and fixed.
- the structure is formed in a corresponding position.
- the third case 7 has a rectangular parallelepiped shape having an open front surface, and can house the main body of the first case 1 and the second case 5 mutually engaged therein.
- a connector cover 4 covers the lead terminals 3 to form a connector.
- the semiconductor pressure sensor element 17 includes a diaphragm 26 on which a sensor circuit is formed.
- the semiconductor pressure sensor element 17 is fixed to a cylindrical pedestal 28 that supports the outer peripheral portion of the diaphragm 26.
- the second case 5 has a semiconductor pressure such that the pressure of the fluid introduced into the internal passage 32 of the pedestal 28 through the introduction hole 22 and the cylindrical recess 9 serving as a fluid introduction passage inside the first case 1 acts. It has an attached wall portion 19 to which the sensor element 17 is attached.
- the pedestal 28 has a shape including a mounting portion 29 around the semiconductor pressure sensor element 17. As described later, the mounting portion 29 of the present embodiment is configured by a part of the processed semiconductor substrate SS used for forming the semiconductor pressure sensor element 17.
- the mounting portion 29 of the pedestal 28 is joined to the mounting wall portion 19 of the second case 5 with an adhesive that is not melted by a fluid.
- the adhesive layer (not shown because of its small thickness) between the attached wall portion 19 and the attaching portion 29 extends substantially perpendicularly to the direction of the pressure applied to the diaphragm 26. That is, the diaphragm 26 and the adhesive layer have a relationship of a position and a posture substantially flush or parallel.
- An adhesive that is not soluble by a fluid is, for example, a material that does not substantially dissolve in water if the fluid is aqueous, and a material that does not substantially dissolve in organic substances if the fluid is an organic solution.
- an acid or alkali solution it means that the material is substantially unaffected by the solubility, solubility, acid / alkali resistance, heat resistance, etc., depending on the properties of the fluid to be measured and the range of temperature, pH and pressure
- An appropriate adhesive is selected in consideration of properties, chemical resistance, and the like.
- the pedestal 28 is made of a material having sufficient rigidity and corrosion resistance to a fluid, for example, glass, and the adhesive is a good adhesive using the pedestal 28 made of glass and the second case 5 made of synthetic resin as materials to be adhered. Needless to say, it must perform well.
- a processed semiconductor substrate SS in which the semiconductor pressure sensor element 17 is formed at the center of the semiconductor substrate is joined to the upper surface of the pedestal 28.
- the processed semiconductor substrate SS joined to the pedestal 28 is provided with a groove 33 for separating the semiconductor pressure sensor element 17 from a peripheral portion thereof. That is, the groove 33 extends in four straight lines that divide the rectangular upper surface of the semiconductor pressure sensor element 17 in a grid pattern, and the central diaphragm 26 is separated from the peripheral portion by the four grooves 33. Further, the surrounding portion forms a mounting portion 29 of the pedestal 28.
- the groove 33 prevents the stress applied to the mounting portion 29 of the pedestal 28 from being transmitted to the semiconductor pressure sensor element 17. Therefore, the accuracy of detecting the pressure does not decrease even by the attachment using the adhesive.
- the groove 33 extends into the base 28. This makes it possible to more reliably prevent the transmission of stress.
- An annular surface 34 sandwiching the O-ring 27 is formed between the annular recess 9 constituting the fluid introduction passage of the first case 1 and the annular lower surface surrounding the inlet of the internal passage 32 of the pedestal 28. ing.
- the presence of the O-ring 27 can prevent the fluid from entering the surface of the pedestal 28. Since the O-ring 27 has elasticity and is formed to have a thickness slightly larger than the depth of the annular concave portion 9, when the first case 1 and the second case 5 are assembled, the pedestal 28 is formed. The fluid is tightly contacted with the bottom surface of the ring and the annular surface 34.
- a material having resistance to the fluid to be handled is selected, and as a versatile material, for example, silicone rubber can be used.
- the first case 1 having a fluid introduction passage formed therein with the introduction hole 22 and the annular concave portion 9 therein, the semiconductor pressure sensor element 17 and the circuit board 18 are housed, and the mounting wall portion is provided. 19, a second case 5 that forms a storage space for storing the semiconductor pressure sensor element 17 with the first case 1, and a second case that stores the main body of the first case 1 and the second case 5.
- a housing is constituted by the third case 7. Since such a housing is employed, the first case 1 has an annular recess 9 formed concentrically with the fluid introduction path, accommodating the O-ring 27 and having an annular surface 34 at the bottom. As a result, the positioning of the O-ring 27 can be easily realized.
- the operation of the first embodiment will be described.
- the O-ring 27 is placed on the annular surface 34 in the annular recess 9 of the first case 1, and the semiconductor is further placed thereon.
- the pressure sensor element 17 is placed.
- an adhesive is applied to the mounting portion 29 of the pedestal 28 of the semiconductor pressure sensor element 17, and then the lower surface recess of the second case 2 is placed so that the mounting wall portion 19 of the second case 5 is placed thereon.
- the first case 1 and the second case 5 are brought closer to each other and fitted by a fitting structure.
- the O-ring 27 having flexibility is deformed by receiving stress between the annular surface 34 and the bottom surface of the pedestal 28, and adheres to the annular surface 34 and the bottom surface of the pedestal 28 so that fluid does not leak.
- the semiconductor pressure sensor element 19 is urged upward to press the mounting portion 29 of the pedestal 28 in a direction toward the mounting wall portion 19 of the second case 5 so that the bonding by the adhesive is ensured.
- the first case The main body and the second case 5 are housed in the third case 7, the connector cover 4 is fitted so as to cover the lead terminals 3, and the pressure sensor device is assembled.
- the semiconductor pressure sensor element 17 deforms the diaphragm 26, and the resistance value of the resistance element increases.
- a change in the resistance value is detected by a resistance bridge circuit (not shown), and a signal proportional to the pressure is output.
- the signal is processed by the integrated circuit 2 and output to the outside from the lead terminal 3 via the circuit board 18.
- the measured pressure of the fluid acts on the diaphragm 26, and the pressure applied to the diaphragm 26 via the fluid acts in a direction to press the mounting portion 29 of the pedestal 28 against the mounting wall portion 19 of the second case 5. .
- the adhesive layer it is possible to prevent the adhesive layer from peeling off due to the pressure of the fluid.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a vehicle-mounted pressure sensor device according to the second embodiment of the present invention is being manufactured.
- This pressure sensor device includes a semiconductor pressure sensor element 37 having a diaphragm 35 on which a sensor circuit is formed, a cylindrical pedestal 36 supporting an outer peripheral portion of the diaphragm 35, and an internal passage 39 of the pedestal 36 through a fluid introduction passage 38.
- An element case 43 having an electrically insulating property and having an attached wall portion 41 to which the semiconductor pressure sensor element 37 is attached so that the pressure of the fluid introduced into the device acts.
- the pedestal 36 has a shape provided with a mounting portion 44 around the diaphragm 35.
- the mounting portion 44 of the pedestal 36 is joined to the mounting wall portion 41 of the element case 43 with an adhesive that does not dissolve by a fluid.
- the element case 43 is sandwiched and fixed between the female case 45 having the fluid introduction passage 38 and the male case 47 from which the lead terminals 46 protrude.
- An O-ring 48 is arranged between the outer peripheral surface of the element case 43 and the inner peripheral surface of the female case 45. The O-ring 48 prevents fluid from entering the male case 47.
- the female case 45 and the male case 47 are integrated by caulking the crimped portion 46 of the female case 45 toward the shoulder of the male case 47.
- the pressure applied from the fluid to the diaphragm acts in the direction of pressing the mounting portion of the pedestal against the mounting wall of the case, it is possible to prevent the adhesive layer from peeling off due to the pressure of the fluid.
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Abstract
台座を固定するための接着剤層が剥がれることのない圧力センサ装置を提供する。ダイアフラム２６と台座２８を備えた半導体圧力センサ素子１７は、台座２８のダイアフラム２６の周囲に備えられた取付部２９が、第２のケース５の被取付壁部１９に、流体によって溶けることがない接着剤で接合されている。第１のケース１の内部通路を通じて、ダイアフラム２６に加わる圧力が、台座２８の取付部２９を、第２のケース５の被取付壁部１９に押し付ける方向に作用するため、接着剤層が剥がれることを阻止できる。
Description
本発明は、ダイアフラムにより流体の圧力を感知する圧力センサ装置に関し、特に、ダイアフラムとともに半導体圧力センサ素子を構成する台座を圧力センサ装置のハウジング又はケースに固定するための接着剤層が剥がれることのない圧力センサ装置に関する。
図５は、特許第４２８１１７８号公報（特許文献１）の図１に示された従来の半導体圧力センサ装置の分解斜視図である。また図６は、特許第４２８１１７８号公報（特許文献１）の図２に示された従来の半導体圧力センサ装置の断面図である。この従来の半導体圧力センサ装置は、半導体圧力センサ素子が配設され樹脂成形されたセンサケース２０と、このセンサケース２０から一部が露出するように該センサケース２０にインサート成形されるとともにセンサ素子と電気的に接続されたリード３０と、センサケース２０に組み付けられてセンサ素子を覆う外側ケース４０と、外側ケース４０に形成されリード３０の露出部を囲う囲い部４２とを備えている。そして、リード３０の露出部と囲い部４２とにより、リード３０の露出部を外部端子に接続可能なコネクタ部を構成している。センサケース２０と外側ケース４０は、スライド動作により嵌合されており、センサケース２０と外側ケース４０との間に設けた係合構造（２５，４７）により抜け止めが図られている。またセンサケース２０には、被測定流体が流入する圧力導入ポート２１が一体に設けられている。
図６に示すように、センサケース２０は、その一側にセンサ素子１０等が配設された開口部２０ａを有し、この開口部２０ａの底面より反対側に突出した圧力導入ポート２１を有する。この圧力導入ポート２１の先端部は、例えば給湯器の流路の適所にＯリング等を介して取付け可能となっている。圧力導入ポート２１の内部には、上記流路からの圧力を導入するための導入孔２２が設けられている。
センサケース２０における開口部２０ａの底面には、その平坦部から凹んだ凹部２３が形成され、この凹部２３内に、センサ素子１０の台座１１が固定されている。センサ素子１０は、図示しないが、ピエゾ抵抗効果を有した半導体材料（例えば単結晶シリコン）よりなるダイアフラム上に複数個の拡散抵抗を形成して、これら拡散抵抗をブリッジ接続した構成となっており、このダイアフラムの変形に応じた拡散抵抗の抵抗値変化をブリッジ回路から電気信号として取り出すようになっている。
センサ素子１０のダイアフラムは台座１１にガラス接合等にて接着されており、この台座１１の内部には、導入孔２２と連通する貫通孔が形成されている。流路からの圧力は導入孔２２から台座１１の貫通孔を経て、センサ素子１０のダイアフラムに伝達される。台座１１は、凹部２３の底面に接着剤層を介して接合されている。また、凹部２３内にはガラスよりなる台座１１の貫通孔と導入孔２２との気密性を高めるために、封止剤２４が充填されている。
センサケース２０の開口部２０ａ内には、センサ素子１０からの出力信号を増幅する増幅回路としてのバイポーラトランジスタ素子１２、これらセンサ素子１０からの出力信号やバイポーラトランジスタ素子１２の信号等を調整する調整回路としてのＭＯＳトランジスタ素子１３が、接着剤により固定されている。
センサ素子１０、バイポーラトランジスタ素子１２、ＭＯＳトランジスタ素子１３、及び、リード３０は、ワイヤボンディングにより形成されたワイヤ１４により、適宜互いに電気的に接続されている。センサ素子１０からの電気信号（出力）は、これらワイヤ１４を通して、各素子１２、１３及びリード３０、リードの露出部から外部へ取り出される。
特許文献１の半導体圧力センサ装置では、台座１１が凹部２３の底面に接着剤層を介して接合されているが、台座の貫通孔に進入する流体の圧力で、接着剤層が剥がれる可能性がある。特に流体が接着剤を溶かした場合には、接着剤層が剥がれる可能性が高くなる。
本発明の目的は、台座を固定するための接着剤層が剥がれることのない圧力センサ装置を提供することにある。
本発明は、センサ回路が形成されるダイアフラム部を備えた半導体圧力センサ素子と、該ダイアフラム部の外周部を支持する筒状の台座と、流体導入路を通して台座の内部通路に導入された流体の圧力が作用するように半導体圧力センサ素子が取り付けられる被取付壁部を有する電気絶縁性を有するケースを備えた圧力センサ装置を改良の対象とする。本発明においては、台座は半導体圧力センサ素子の周囲に取付部を備えた形状を有している。そして台座の取付部がケースの被取付壁部に、流体によって溶けることがない接着剤で接合されている。
本発明の構造によれば、ダイアフラムに流体から加わる圧力が、台座の取付部をケースの被取付壁部に押し付ける方向に作用する。その結果、流体の圧力で接着剤の層が剥がれることを阻止することができる。
具体的な構造では、半導体基板の中央部に半導体圧力センサ素子が形成されてなる加工済み半導体基板が、台座の上面に接合されている。そして台座に接合された状態の加工済み半導体基板には、半導体圧力センサ素子とその周囲部分とを分離する溝部が形成されている。さらに周囲部分が台座の取付部を構成している。この溝部は、台座の取付部に加わる応力が半導体圧力センサ素子に伝わることを阻止している。したがって接着剤を用いた取付によっても圧力の検出精度が低下することがない。
なお溝部は台座の内部まで入り込んでいるのが好ましい。このようにするとより確実に応力の伝達を阻止することができる。
ケースの流体導入路の内部には、台座の内部通路の入口部を囲む環状の下面との間にＯ－リングを挟む環状面が形成されているのが好ましい。Ｏ－リングの存在によって、流体が台座の表面側に侵入することを阻止することができる。
なお流体導入路を内部に有する第１のケース部と、半導体圧力センサ素子と回路基板を収納し且つ被取付壁部を備え、第１のケース部との間に半導体センサ素子を収納する収納空間を形成する第２のケース部と、第１のケース部の本体と第２のケース部を収納する第３のケース部からハウジングを構成してもよい。このハウジングを採用した場合、第１のケース部には、流体導入路と同心的に形成され、Ｏ－リングを収納し且つ底部に前記環状面を備えた環状の凹部が形成されているのが好ましい。この構造によれば、Ｏ－リングの位置決めを簡単に実現できる。
以下図面を参照して、本発明の圧力センサ装置の実施の形態について説明する。図１（Ａ）乃至（Ｄ）は、第１の実施の形態の半導体圧力センサ装置の平面図、右側面図、底面図及び正面図であり、図２は図１の圧力センサ装置の分解組立図であり、図３は図１（Ｃ）のIII－III線断面図である。
第１の実施の形態の圧力センサ装置は、第１のケース１と、リード端子３と、第２のケース５（図２、図３）と、第３のケース７とを備えている。なお従来の構造と同様の部分には、図５及び図６に付した符号と同じ符号を付してある。第１のケース１は、図２に示すように外形が平板な直方体状本体１Ａの上面中央に環状凹部９が設けられ、下面からは下方に向けて圧力導入ポート２１が突出している。圧力導入ポート２１内部の導入孔２２は環状凹部９の底部中央に貫通している。
第２のケース５は直方体状の外形を有し、リード端子３が埋め込まれて前面から露出している。第２のケース５の上下の面にはそれぞれ上面凹陥部１５と下面凹陥部１６が設けられている。下面凹陥部１６の中には半導体圧力センサ素子１７が収納され、上面凹陥部１５の中には半導体圧力センサ素子１７の出力信号を処理する集積回路２と、電源回路及び調製回路を含み、リード端子３を通じて外部に圧力値に応じた電気信号を出力する回路基板１８が収納される。上面凹陥部１５と下面凹陥部１６との間は一部が貫通しており、下面凹陥部１６の上面の一部が被取付壁部１９を構成する。
第１のケース１、第２のケース５、第３のケース７及びコネクタカバー４はいずれも電気絶縁性及び可撓性を有する合成樹脂製であり、相互に係合して固定される係合構造が相応する位置に形成されている。第３のケース７は前面が開放した直方体形状であり、その中に相互に係合された第１のケース１の本体と第２のケース５を収納することができる。リード端子３にはコネクタカバー４が被せられてコネクタを形成する。
図３に示すように、本実施の形態における半導体圧力センサ素子１７は、センサ回路が形成されるダイアフラム２６を備えている。半導体圧力センサ素子１７は、ダイアフラム２６の外周部を支持する筒状の台座２８に固定されている。第２のケース５は、第１のケース１の内部の流体導入路である導入孔２２及び円筒型凹陥部９を通して台座２８の内部通路３２に導入された流体の圧力が作用するように半導体圧力センサ素子１７が取り付けられる被取付壁部１９を有する。台座２８は半導体圧力センサ素子１７の周囲に取付部２９を備えた形状を有している。後述するように、本実施の形態の取付部２９は、半導体圧力センサ素子１７を形成するために用いられた加工済み半導体基板ＳＳの一部によって構成されている。
台座２８の取付部２９が第２のケース５の被取付壁部１９に、流体によって溶けることがない接着剤で接合されている。被取付壁部１９と取付部２９との間の接着剤層（厚みが薄いため図示していない）は、ダイアフラム２６が受ける圧力の方向に対しほぼ直角に延びている。すなわち、ダイアフラム２６と接着剤層とはほぼ面一又は平行な位置と姿勢の関係にある。
流体によって溶けることがない接着剤とは、例えば流体が水性であれば水に実質的に溶解しない材質であり、流体が有機溶液であれば有機物に実質的に溶解しない材質であり、あるいは流体が酸又はアルカリ溶液の場合にはこれに実質的に冒されない材質であることを意味し、測定対象となる流体の性質や温度やｐＨや圧力の範囲等に応じて、溶解度、耐酸／アルカリ性、耐熱性、耐薬品性等を考慮の上、適当な接着剤が選択される。
また台座２８は十分な剛性と流体に対する耐腐食性等を有する材料、例えばガラス製であり、接着剤はガラス製の台座２８と合成樹脂製の第２のケース５を被接着材として良好な接着性能を発揮するものでなければならないのはもとよりである。
さらに具体的な構造では、半導体基板の中央部に半導体圧力センサ素子１７が形成されてなる加工済み半導体基板ＳＳが、台座２８の上面に接合されている。そして台座２８に接合された状態の加工済み半導体基板ＳＳには、半導体圧力センサ素子１７とその周囲部分とを分離する溝部３３が形成されている。すなわち溝部３３は半導体圧力センサ素子１７の方形の上面を井桁状に区切る４本の直線状に延びており、中央のダイアフラム２６が４本の溝部３３により周囲部分と分離されている。さらに周囲部分が台座２８の取付部２９を構成している。この溝部３３は、台座２８の取付部２９に加わる応力が半導体圧力センサ素子１７に伝わることを阻止している。したがって接着剤を用いた取付によっても圧力の検出精度が低下することがない。
なお溝部３３は台座２８の内部まで入り込んでいる。このようにするとより確実に応力の伝達を阻止することができる。
第１のケース１の流体導入路を構成する環状凹部９の内部には、台座２８の内部通路３２の入口部を囲む環状の下面との間にＯ－リング２７を挟む環状面３４が形成されている。Ｏ－リング２７の存在によって、流体が台座２８の表面側に侵入することを阻止することができる。Ｏ－リング２７は弾力性を有し、環状凹部９の深さよりもやや大きい太さに形成されているので、第１のケース１と第２のケース５とが組み立てられたときに、台座２８の底面と環状面３４とに密着して流体を密封する。Ｏ－リング２７の材料も取り扱う流体に対する耐性を有するものが選ばれ、汎用性のある材料としては例えばシリコーンゴムが挙げられる。
なお本実施の形態は、導入孔２２と環状凹部９とから構成される流体導入路を内部に有する第１のケース１と、半導体圧力センサ素子１７と回路基板１８を収納し且つ被取付壁部１９を備え、第１のケース１との間に半導体圧力センサ素子１７を収納する収納空間を形成する第２のケース５と、第１のケース１の本体と第２のケース５を収納する第３のケース７からハウジングが構成されている。このようなハウジングを採用したので、第１のケース１には、流体導入路と同心的に形成され、Ｏ－リング２７を収納し且つ底部に環状面３４を備えた環状凹部９が形成されており、Ｏ－リング２７の位置決めを簡単に実現できる。
次に第１の実施の形態の作用について説明する。図２に示すように、第１の実施の形態に係る圧力センサ装置は、第１のケース１の環状凹部９内の環状面３４上にＯ－リング２７を載置し、さらにその上に半導体圧力センサ素子１７を載置する。次に半導体圧力センサ素子１７の台座２８の取付部２９に接着剤を塗布し、続いて第２のケース５の被取付壁部１９がその上に載るように、第２のケース２の下面凹陥部１６内に半導体圧力センサ素子１７を収納するために、第１のケース１と第２のケース５とを相互に近づけていき、嵌合構造により嵌合する。このとき、可撓性を有するＯ－リング２７は、環状面３４と台座２８の底面との間で応力を受けて変形し、環状面３４と台座２８の底面に密着して流体が漏れないように密封するとともに、半導体圧力センサ素子１９を上方に付勢して台座２８の取付部２９を第２のケース５の被取付壁部１９に向かう方向に押し付けて、接着剤による接着を確実なものにする。
次に第２のケース５の上面凹陥部１５内に配置した集積回路２と回路基板１８、及び半導体圧力センサ素子１７とリード端子３それぞれの間で必要な配線が行われたら、第１のケース１本体と第２のケース５を第３のケース７内に収納し、リード端子３を覆うようにコネクタカバー４が嵌合されて、圧力センサ装置が組み立てられる。
以上のような圧力センサ装置において、半導体圧力センサ素子１７は、ダイアフラム２６に導入孔２２、環状凹部９及び内部通路３２を通じて外部の圧力が作用すると、ダイアフラム２６が変形して抵抗素子の抵抗値が変化し、抵抗値の変化を抵抗ブリッジ回路（図示していない）により検知して、圧力に比例した信号を出力する。信号は集積回路２により処理され、回路基板１８を経てリード端子３から外部に出力される。
計測される流体の圧力は、ダイアフラム２６に作用するが、ダイアフラム２６に流体を介して加わる圧力が、台座２８の取付部２９を第２のケース５の被取付壁部１９に押し付ける方向に作用する。その結果、流体の圧力で接着剤の層が剥がれることを阻止することができる。
図４は本発明の第２の実施の形態の車載用の圧力センサ装置の製造途中の状態の断面図を示す。この圧力センサ装置は、センサ回路が形成されるダイアフラム３５を備えた半導体圧力センサ素子３７と、ダイアフラム３５の外周部を支持する筒状の台座３６と、流体導入路３８を通して台座３６の内部通路３９に導入された流体の圧力が作用するように半導体圧力センサ素子３７が取り付けられる被取付壁部４１を有する電気絶縁性を有する素子ケース４３を備えている。
台座３６はダイアフラム３５の周囲に取付部４４を備えた形状を有している。そして台座３６の取付部４４が素子ケース４３の被取付壁部４１に、流体によって溶けることがない接着剤で接合されている。
素子ケース４３は、流体導入路３８を有する雌型ケース４５と、リード端子４６が突き出た雄型ケース４７との間に挟まれて固定される。素子ケース４３の外周面と雌型ケース４５の内周面との間には、O－リング４８が配置されている。このO－リング４８は、流体が雄型ケース４７内に入り込むのを阻止する。
本実施の形態では、雌型ケース４５の被カシメ部４６を雄型ケース４７の肩部に向かってカシメ加工することにより、雌型ケース４５と雄型ケース４７は、一体化される。
本発明によれば、ダイアフラムに流体から加わる圧力が、台座の取付部をケースの被取付壁部に押し付ける方向に作用するので、流体の圧力で接着剤の層が剥がれることを阻止できる。
１ 第１のケース
２ 集積回路
３ リード端子
４ コネクタカバー
５ 第２のケース
７ 第３のケース
９ 円筒形凹陥部
１５ 上面凹陥部
１６ 下面凹陥部
１７ 半導体圧力センサ素子
１８ 回路基板
１９ 被取付壁部
２１ 圧力導入ポート
２２ 導入孔
２６ ダイアフラム部
２７ Ｏ－リング
２８ 台座
２９ 取付部
３２ 内部通路
３３ 溝部
３４ 環状面
３５ ダイアフラム
３６ 台座
３７ 半導体圧力センサ素子
３８ 流体導入路
３９ 内部通路
４１ 被取付壁部
４３ 素子ケース
４４ 取付部
４５ 雌型ケース
４６ リード端子
４７ 雄型ケース
２ 集積回路
３ リード端子
４ コネクタカバー
５ 第２のケース
７ 第３のケース
９ 円筒形凹陥部
１５ 上面凹陥部
１６ 下面凹陥部
１７ 半導体圧力センサ素子
１８ 回路基板
１９ 被取付壁部
２１ 圧力導入ポート
２２ 導入孔
２６ ダイアフラム部
２７ Ｏ－リング
２８ 台座
２９ 取付部
３２ 内部通路
３３ 溝部
３４ 環状面
３５ ダイアフラム
３６ 台座
３７ 半導体圧力センサ素子
３８ 流体導入路
３９ 内部通路
４１ 被取付壁部
４３ 素子ケース
４４ 取付部
４５ 雌型ケース
４６ リード端子
４７ 雄型ケース
Claims (5)
- センサ回路が形成されるダイアフラム部を備えた半導体圧力センサ素子と、
前記ダイアフラム部の外周部を支持する筒状の台座と、
流体導入路を通して前記台座の内部通路に導入された流体の圧力が作用するように前記半導体圧力センサ素子が取り付けられる被取付壁部を有する電気絶縁性を有するケースを備えた圧力センサ装置であって、
前記台座は前記半導体圧力センサ素子の周囲に取付部を備えた形状を有しており、
前記台座の前記取付部が前記ケースの前記被取付壁部に、前記流体によって溶けることがない接着剤で接合されていることを特徴とする半導体圧力センサ装置。 - 半導体基板の中央部に前記半導体圧力センサ素子が形成されてなる加工済み半導体基板が、前記台座の上面に接合されており、
前記台座に接合された状態の前記加工済み半導体基板には、前記半導体圧力センサ素子とその周囲部分とを分離する溝部が形成されており、
前記周囲部分が前記台座の前記取付部を構成している請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。 - 前記溝部が前記台座の内部まで入り込んでいる請求項２に記載の半導体圧力センサ装置。
- 前記ケースの前記流体導入路の内部には、前記台座の前記内部通路の入口部を囲む環状の下面との間にＯ－リングを挟む環状面が形成されている請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。
- 前記流体導入路を内部に有する第１のケース部と、
前記半導体圧力センサ素子と回路基板を収納し且つ前記被取付壁部を備え、前記第１のケース部との間に前記半導体センサ素子を収納する収納空間を形成する第２のケース部と、
前記第１のケース部の本体と前記第２のケース部を収納する第３のケース部から構成されるハウジングを有し、
前記第１のケース部には、前記流体導入路と同心的に形成され、前記Ｏ－リングを収納し且つ底部に前記環状面を備えた環状の凹部が形成されている請求項４に記載の半導体圧力センサ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020528999A JP7252956B2 (ja) | 2018-07-06 | 2019-07-02 | 圧力センサ装置 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018129527 | 2018-07-06 | ||
| JP2018-129527 | 2018-07-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2020009091A1 true WO2020009091A1 (ja) | 2020-01-09 |
Family
ID=69060399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2019/026232 WO2020009091A1 (ja) | 2018-07-06 | 2019-07-02 | 圧力センサ装置 |
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|---|---|
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| WO (1) | WO2020009091A1 (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05283713A (ja) * | 1992-03-31 | 1993-10-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体センサ |
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| JPH09138175A (ja) * | 1995-11-14 | 1997-05-27 | Omron Corp | 圧力センサ装置およびそれを用いた圧力測定装置 |
| JP2004212388A (ja) * | 2002-12-19 | 2004-07-29 | Anelva Corp | 静電容量型圧力センサ |
| US20130214369A1 (en) * | 2012-02-21 | 2013-08-22 | Honeywell International Inc. | Pressure sensor |
-
2019
- 2019-07-02 WO PCT/JP2019/026232 patent/WO2020009091A1/ja active Application Filing
- 2019-07-02 JP JP2020528999A patent/JP7252956B2/ja active Active
Patent Citations (5)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2020009091A1 (ja) | 2021-07-08 |
| JP7252956B2 (ja) | 2023-04-05 |
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