CN109073492B - 压力传感器装置 - Google Patents

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Abstract

一种压力传感器装置，其温度特性比以往好。具备副流体导入路径(20B)，其将流体导入至安装有集成电路(24)的底壁部(15)的凹部(16)的附近位置(15A)，以使温度特性的变化大的集成电路(24)的温度成为流体的温度或接近该温度的温度。

Description

压力传感器装置
技术领域
本发明涉及能够抑制由于作为测量压力的对象的流体的温度的不同而导致测量精度产生偏差的压力传感器装置。
背景技术
图3是在日本专利第4281178号公报(专利文献1)的图1中表示的以往的半导体压力传感器装置的分解立体图。另外，图4是在日本专利第4281178号公报(专利文献1)的图2中表示的以往的半导体压力传感器装置的剖视图。该以往的半导体压力传感器装置具备：树脂成型的第一壳体20，其配设有由半导体构成的传感器元件；引线30，其以从该第一壳体20露出一部分的方式***成型于该第一壳体20，并且与该传感器元件电连接；第二壳体40，其组装于第一壳体20并覆盖该传感器元件；以及包围部42，其形成于第二壳体40并包围该引线30的露出部。而且，由引线30的露出部和包围部42构成能够将引线30的露出部与外部端子连接的连接器部。而且第一壳体20和第二壳体40通过滑动动作而嵌合，利用设置于第一壳体20和第二壳体40之间的卡合结构(25、47)而实现防脱。另外，在第一壳体20上一体设置有供被测量流体流入的筒体21。
如图4所示，传感器壳体20在其一侧具有配设有传感器元件10等的开口部20a，并具有从该开口部20a的底面向相反侧突出的压力导入口21。该压力导入口21的前端部经由O型环等能够安装于热水器中的流路的适当部位。另外，在压力导入口21的内部设置有用于导入来自于上述流路的压力的导入孔22。
另外，在传感器壳体20中的开口部20a的底面形成有从其平坦部凹陷的凹部23，在该凹部23内，通过由玻璃等构成的基座11而固定有传感器元件10。传感器元件10虽然未图示，但形成为如下结构：在由具有压阻效应的半导体材料(例如单晶硅)构成的膜片上形成多个扩散电阻并将这些扩散电阻桥式连接，将与该膜片的变形对应的扩散电阻的电阻值变化作为电信号从上述桥接电路取出。
将传感器元件10和基座11通过玻璃接合等而粘接，在该基座11的内部形成有与导入孔22连通的贯通孔。而且，来自上述流路的压力从上述导入孔22经由基座11的贯通孔向传感器元件10的膜片传递。另外，为了提高玻璃基座11的贯通孔和导入孔22的气密性，在凹部23内填充有密封剂24。
在传感器壳体20的开口部20a内通过粘接剂等固定有作为放大来自传感器元件10的输出信号的放大电路的双极晶体管元件12、作为调整上述来自传感器元件10的输出信号和/或双极晶体管元件12的信号等的调整电路的MOS晶体管元件13。
而且，上述传感器元件10、双极晶体管元件12、MOS晶体管元件13以及引线30利用由金或铝等构成的多根导线14适当地相互电连接，上述多根导线14由线接合形成。而且，来自传感器元件10的电信号(输出)通过这些导线14并从各元件12、13及引线30、引线的露出部31向外部取出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4281178号公报图1、图2
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1的半导体压力传感器装置中，作为放大来自传感器元件10的输出信号的放大电路的双极晶体管元件12、作为调整上述来自传感器元件10的输出信号和/或双极晶体管元件12的信号等的调整电路的MOS晶体管元件13配置于远离用于导入来自流路的压力的导入孔22的位置。因此，构成放大电路、调整电路的电路元件成为不同于传感器元件10的温度，该传感器元件10的温度与流体的温度大致相同。其结果是，传感器元件的温度特性与放大电路及调整电路的温度特性产生差异，该差异使压力传感器装置的温度特性恶化。
本发明的目的在于提供温度特性比以往好的压力传感器装置。
为了解决课题的手段
本发明以半导体压力传感器装置为对象，该半导体压力传感器装置在具有被安装壁部的具有电绝缘性的壳体内以安装于被安装壁部的状态收纳有一个以上的电路元件，上述被安装壁部以通过主流体导入路径而导入的流体的压力作用于压力传感器元件的方式安装有压力传感器元件，上述一个以上的电路元件处理压力传感器元件的输出信号。在本发明中，半导体压力传感器装置具备副流体导入路径，上述副流体导入路径将流体导入至安装有一个以上的特定电路元件的被安装壁部的被安装部分的附近，以使一个以上的电路元件中至少温度特性的变化大的一个以上的特定电路元件的温度成为流体的温度或接近该温度的温度。根据本发明，由于设置了将流体导入至安装有一个以上的特定电路元件的被安装壁部的被安装部分的附近的副流体导入路径，因此压力传感器元件与一个以上的特定电路元件的温度变化实质上相同。其结果是，即使在流体的温度变化大的情况下，压力传感器装置的输出变动也小。
作为压力传感器元件，能够使用具备形成有传感器电路的膜片部和筒状的基座部的半导体压力传感器元件，上述基座部支承膜片部的外周部。在该情况下，在壳体的被安装壁部接合有基座部。而且，在壳体的被安装壁部形成有将流体导入基座部内的主流体导入路径和副流体导入路径。这样，能够直接测量流体的压力。
副流体导入路径优选作为主流体导入路径的分支流路形成。这样，与另行形成独立的副流体导入路径的情况相比，更能够实现压力传感器装置的小型化。
副流体导入路径优选与主流体导入路径连续地具备横截面形状朝向被安装壁部的被安装部分逐渐变小的带有锥度的流路部分。若设置带有锥度的流路部分，则能够将进入到副流体导入路径的气泡顺畅地排出，因此能够防止由于气泡的存在而导致温度的传递性变差。
另外，被安装部分的厚度尺寸优选为0.5mm±0.1mm的范围的值。如果是该程度的厚度，则壳体无论由何种绝缘材料形成，都能够将被安装部分的温度维持在流体的温度或接近该温度的温度。
进一步优选在筒状的基座部的内部空间填充有具有耐碱性的油。若将这样的油填充在基座部的内部空间，则即使具有碱性的流体进入主流体导入路径，也能够保护压力传感器元件。此外作为该油，能够使用硅油或氟油。由于如果存在这些油则不会老化，因此加入油不会导致寿命降低。
另外，优选在与筒状的基座部的内部空间连通的主流体导入路径的端部形成有狭小流路部分，该狭小流露部分的横截面积比邻接的流路部分的横截面积小，以阻止油流出。如果存在狭小流路部分，则能够有效地防止油露出。
另外，可以在壳体内进一步收纳有电路基板，该电路基板安装有用于实施由一个以上的电路元件处理的信号处理以外的信号处理的电路。在该情况下，在壳体的被安装壁部形成有收纳压力传感器元件的凹部，凹部的深度、一个以上的特定电路元件的位置、电路基板的形状以及电路图案优选以如下方式确定：能够实现从凹部露出的压力传感器元件的传感器电路及电路元件与电路基板上的电路的接合连接。这样，即使在安装电路基板的情况下，也能够实现装置的小型化。
附图说明
图1(A)至(D)是本实施方式的半导体压力传感器装置的俯视图、右侧视图、仰视图以及正视图。
图2(A)是图1(C)的II A-II A线剖视图，图2(B)是半导体压力传感器装置的要部的横剖视图。
图3是表示以往的压力传感器装置的结构的分解立体图。
图4是以往的压力传感器装置的剖视图。
具体实施方式
以下参照附图，对将本发明的压力传感器装置适用于半导体压力传感器装置的一个实施方式进行说明。图1(A)至(D)是本实施方式的半导体压力传感器装置的俯视图、右侧视图、仰视图以及正视图，图2(A)是图1(C)的IIA-IIA线剖视图，图2(B)是半导体压力传感器装置的要部的横剖视图。图示的实施方式的半导体压力传感器装置具备第一壳体1、引线端子3、第二壳体5和端子外壳7。
第一壳体1如图2所示，外形是一面开口状的长方体状，在上表面具有开口部13，并具有与开口部13对置的底壁部15和与底壁部15一体设置的4个面的周壁部17。第一壳体1还具有向远离底壁部15的方向突出且内部具有压力导入口19的筒体21。在底壁部15形成有与压力导入口19连通的主流体导入路径20A和副流体导入路径20B。在本实施方式中，底壁部15构成被安装壁部，该被安装壁部以通过主流体导入路径20A而导入的流体的压力作用于半导体压力传感器元件23的方式安装有半导体压力传感器元件23。
如图2(A)及(B)所示，在第一壳体1收纳有半导体压力传感器元件23、处理半导体压力传感器元件23的输出信号的集成电路24和包括电源电路以及调整电路在内的电路基板25。集成电路24是本发明的一个以上的电路元件中至少温度特性的变化大的一个以上的特定电路元件，电路基板25上的各元件为特定电路元件以外的电路元件。
半导体压力传感器元件23具备形成有传感器电路23B的膜片部23A和支承膜片部23A的外周部的筒状的基座部23C。半导体压力传感器元件23以如下方式收纳在凹部16内：通过压力导入口19以及主流体导入路径20A导入的流体的压力经过主流体导入路径20A而作用于半导体压力传感器元件23，上述凹部16设置于绝缘树脂制的第一壳体1的底壁部15。半导体压力传感器元件23的基座部23C使用粘接剂而接合于凹部16的底面。凹部16的深度、集成电路24的位置、电路基板25的形状以及电路图案以如下方式确定：能够实现从凹部16露出的半导体压力传感器元件23的传感器电路23B及集成电路24与电路基板25上的电路的接合连接。
另外，优选在筒状的基座部23C的内部空间中填充具有耐碱性的油。若将这样的油填充在基座部的内部空间，则即使具有碱性的流体进入到主流体导入路径20A，也能够保护半导体压力传感器元件23。此外，作为该油，能够使用硅油或氟油。由于如果存在这些油则不会老化，因此加入油不会导致寿命降低。
另外，在本实施方式中，在与筒状的基座部23C的内部空间连通的主流体导入路径20A的端部形成有狭小流路部分20D，该狭小流路部分20D的横截面积比邻接的流路部分的横截面积小，以阻止油流出。若存在狭小流路部分20D，则能够有效地阻止油露出。
对于半导体压力传感器元件23而言，若外部的压力通过主流体导入路径20A而作用于膜片部23A，则膜片变形而电阻元件的电阻值变化，将电阻值的变化由电阻桥接电路(23B)检测，并输出与压力成比例的信号。
在本实施方式中，具备副流体导入路径20B，其将流体导入至安装有集成电路24的底壁部15(被安装壁部)的部分(凹部16)的附近位置，以使温度特性的变化大的集成电路24(相当于一个以上的特定电路元件)的温度成为流体的温度或接近该温度的温度。因为设置了副流体导入路径20B，所以半导体压力传感器元件23与安装有集成电路24的被安装部分15A的温度变化实质上相同。其结果是，即使在流体的温度变化大的情况下，半导体压力传感器装置的输出变动也小。在本实施方式中，副流体导入路径20B作为主流体导入路径20A的分支流路形成。即，副流体导入路径20B不是与主流体导入路径20A分离地设置，而是设置为从压力导入口19分支的流路。这样，与另行形成独立的副流体导入路径20B的情况相比，更能够实现压力传感器装置的小型化。
被安装部分15A的厚度尺寸优选是0.5mm±0.1mm的范围的值。如果是该程度的厚度，则即使壳体由绝缘树脂材料等形成，也能够将被安装部分的温度维持在流体的温度或接近该温度的温度。副流体导入路径优选与主流体导入路径连续地具备朝向被安装壁部的被安装部分而横截面形状逐渐变小的带有锥度的流路部分。若设置带有锥度的流路部分，则能够将进入到副流体导入路径的气泡顺畅地排出，因此能够防止由于气泡的存在而使温度的传递性能变差。
本实施方式的副流体导入路径20B的前端部的形状以沿着集成电路24的底面的方式大致平坦地形成。另外在本实施方式中，在配置电路基板25的底壁部15的部分形成有凹部15B。
作为检测压力的对象的流体例如是水，通过将本实施方式的半导体压力传感器装置的压力导入口19配置于水中来检测压力的大小，从而例如能够监视水槽内的水位的变动。
表示压力的电信号从引线端子3输出。引线端子3的一端与电路基板25上的端子电极电连接，且引线端子3的另一端从第一壳体1的周壁部17的一面向一方向突出。
绝缘树脂制的第二壳体5具有开口部27和槽部29，该第二壳体5在从与一方向(引线端子3的突出方向)相反的方向滑动嵌合于第一壳体1时，上述开口部27供三根引线端子3延伸出来，上述槽部29供第一壳体1的筒体21滑动嵌合，且该第二壳体5覆盖第一壳体1的开口部13。即，第二壳体5的内面的形状形成为，除筒体21以外，还与第一壳体1的外形互补。这样，在第二壳体5中，即使在以使筒体21朝上的姿势设置半导体压力传感器的情况下，供筒体21滑动嵌合的槽部29与第一壳体1的壁面完全对置，也能够防止水在槽部29中通过而直接浸入第一壳体的内部。从第二壳体5的对置的两侧面突出凸缘33、33，该凸缘33、33用于利用螺栓或螺钉将半导体压力传感器装置安装在平面上。
树脂制的端子外壳7安装于第一壳体1，包围三根引线端子3的另一端的周围，构成能够将外部端子与三根引线端子3的另一端连接的连接器部35。因此，端子外壳7形成为，与引线端子3的另一端一起构成规定规格的连接器形状。
在本实施方式的半导体压力传感器装置中，端子外壳7和第二壳体5经由卡合结构卡合，端子外壳7和第一壳体1经由嵌合结构嵌合。其结果是，在嵌合于第二壳体5的第一壳体1之间形成的间隙的大部分被端子外壳7覆盖，能够防止水从该间隙浸入。
由此，根据本实施方式的半导体压力传感器装置，在半导体压力传感器装置的组装工序中，通过使收纳有第一壳体1的状态下的第二壳体5向接近端子外壳7的方向移动，从而端子外壳7和第一壳体1通过嵌合结构相互定位，同时端子外壳7和第二壳体5经由卡合结构相互固定，第一壳体1和第二壳体5使用端子外壳7相互固定。
此外第一壳体1的开口部13具有透气性，但也可以由不具有透水性的片材覆盖。这样，能够提高防水性。
在上述实施方式中，作为压力传感器元件使用半导体压力传感器元件，但是在使用其他压力传感器元件的情况下当然也能够适用本发明。
产业上的可利用性
根据本发明，设置有副流体导入路径，该副流体导入路径将流体导入至安装有一个以上的特定电路元件的被安装壁部的部分的附近，因此压力传感器元件与一个以上的特定电路元件的温度变化实质上相同。其结果是，得到如下优点：即使在流体的温度变化大的情况下，压力传感器装置的输出变动也小。
附图标记说明
1第一壳体；3引线端子；5第二壳体；7端子外壳；13开口部；15底壁部；16凹部；17侧壁部；19压力导入口；20A主流体导入路径；20B副流体导入路径；21筒体；23半导体压力传感器元件；25电路基板；27开口部；29槽部；33凸缘。

Claims (9)

1.一种半导体压力传感器装置，在具有被安装壁部的具有电绝缘性的壳体内以安装于所述被安装壁部的状态收纳有一个以上的电路元件，所述被安装壁部以通过主流体导入路径而导入的流体的压力作用于压力传感器元件的方式安装有所述压力传感器元件，所述一个以上的电路元件处理所述压力传感器元件的输出信号，所述半导体压力传感器装置的特征在于，
所述半导体压力传感器装置具备副流体导入路径，所述副流体导入路径将所述流体导入至安装有一个以上的特定电路元件的所述被安装壁部的被安装部分的附近，以使所述一个以上的电路元件中至少温度特性的变化大的所述一个以上的特定电路元件的温度成为所述流体的温度或接近该温度的温度。
2.根据权利要求1所述的半导体压力传感器装置，其特征在于，
所述压力传感器元件是具备形成有传感器电路的膜片部和筒状的基座部的半导体压力传感器元件，所述基座部支承该膜片部的外周部，
所述基座部接合于所述壳体的所述被安装壁部，
在所述壳体的所述被安装壁部形成有将通过压力导入口而导入的所述流体导入至所述基座部内的所述主流体导入路径和所述副流体导入路径。
3.根据权利要求2所述的半导体压力传感器装置，其特征在于，
所述副流体导入路径作为所述主流体导入路径的分支流路而形成。
4.根据权利要求3所述的半导体压力传感器装置，其特征在于，
所述副流体导入路径与所述主流体导入路径连续地具备横截面形状朝向所述被安装壁部的所述被安装部分逐渐变小的带有锥度的流路部分。
5.根据权利要求1所述的半导体压力传感器装置，其特征在于，
所述被安装部分的厚度尺寸为0.5mm±0.1mm的范围的值。
6.根据权利要求2所述的半导体压力传感器装置，其特征在于，
在所述筒状的基座部的内部空间填充有具有耐碱性的油。
7.根据权利要求6所述的半导体压力传感器装置，其特征在于，
所述油为硅油或氟油。
8.根据权利要求6或7所述的半导体压力传感器装置，其特征在于，
在与所述筒状的基座部的所述内部空间连通的所述主流体导入路径的端部形成有狭小流路部分，该狭小流路部分的横截面积比邻接的流路部分的横截面积小，以阻止所述油流出。
9.根据权利要求2或3所述的半导体压力传感器装置，其特征在于，
在所述壳体内还收纳有电路基板，该电路基板安装有用于实施由所述一个以上的特定电路元件处理的信号处理以外的信号处理的电路，
在所述壳体的所述被安装壁部形成有收纳所述压力传感器元件的凹部，
所述凹部的深度、所述一个以上的特定电路元件的位置、所述电路基板的形状以及电路图案以如下方式确定：能够实现从所述凹部露出的所述压力传感器元件的所述传感器电路及所述一个以上的特定电路元件与所述电路基板上的电路的接合连接。
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