JP2017211311A - 圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度が低下することを抑制する。
【解決手段】一端部から他端部に向かって凹部１１が形成されていると共に、凹部１１の底面と対向する一面１０ａを有する有底筒状のステム１０を用意し、ステム１０の一面１０ａに窪み部１２を形成することでダイヤフラム１３を形成する。そして、窪み部１２に、一面１０ａと平坦な面を構成するように接合部材２０を配置し、当該接合部材２０上にセンサチップ３０を配置する。これにより、ダイヤフラム１３に対してセンサチップ３０が傾くことを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステムに形成されたダイヤフラム上にセンサチップを搭載した圧力センサおよびその製造方法に関するものである。

従来より、ダイヤフラムが形成された金属ステムを有し、接合部材を介してダイヤフラム上にセンサチップが搭載された圧力センサが提案されている。具体的には、金属ステムは、一端側から他端側に向かって凹部が形成された有底筒状とされており、他端側に窪み部が形成されることによって凹部の底面と窪み部の底面との間の部分にてダイヤフラムが形成されている。そして、窪み部に接合部材が配置され、接合部材を介してダイヤフラム上にセンサチップが搭載されている。

このような圧力センサは、上記凹部および窪み部を有する金属ステムを用意し、窪み部内に接合部材を流し込むと共に接合部材上にセンサチップを搭載することによって製造される。

特開２００８−８２８２５号公報

しかしながら、上記圧力センサでは、窪み部内に接合部材を単純に流し込んでいるため、接合部材の表面（すなわち、センサチップが搭載される面）がダイヤフラムに対して傾く可能性がある。このため、このような接合部材の表面にセンサチップを搭載すると、センサチップがダイヤフラムに対して傾き、検出精度が低下する可能性がある。

本発明は上記点に鑑み、検出精度が低下することを抑制できる圧力センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１では、圧力を検出する圧力センサにおいて、一端部から他端部に向かって凹部（１１）が形成されていると共に、凹部の底面と対向する一面（１０ａ）を有する有底筒状のステム（１０）と、ステムの一面に形成された窪み部（１２）の底面と凹部の底面との間の部分にて構成され、圧力に応じて変形可能とされたダイヤフラム（１３）と、窪み部に配置された配置された接合部材（２０）と、接合部材を介してダイヤフラム上に配置され、ダイヤフラムの変形に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（３０）と、を備え、接合部材は、一面と共に平坦な面を構成する状態で窪み部に配置されている。

これによれば、接合部材が一面と共に平坦な面を構成する状態で窪み部に配置されているため、センサチップがダイヤフラムに対して傾くことを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

また、請求項３に記載では、圧力を検出する圧力センサの製造方法において、一端部から他端部に向かって凹部（１１）が形成されている有底筒状のステム（１０）を用意することと、ステムの他端部における凹部と対向する一面（１０ａ）に窪み部（１２）を形成することにより、窪み部の底面と凹部の底面との間の部分に圧力に応じて変形可能となるダイヤフラム（１３）を形成することと、窪み部に接合部材（２０）を配置することと、接合部材を介してダイヤフラム上に、ダイヤフラムの変形に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（３０）を搭載することと、を行い、窪み部に接合部材を配置することでは、窪み部を充填すると共に当該窪み部からはみ出すように接合部材を配置することと、接合部材のうちの窪み部から露出する部分と一面とが平坦な面となるように、窪み部からはみ出した接合部材を除去することとを行うようにしている。

これによれば、接合部材のうちの窪み部から露出する部分と一面とが平坦な面となるようにしているため、接合部材を介してダイヤフラム上にセンサチップを搭載した際、センサチップがダイヤフラムに対して傾くことを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

第１実施形態における圧力センサの断面図である。 図１中のダイヤフラム近傍の拡大図である。 図１に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。 図３に続く圧力センサの製造工程を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の圧力センサは、例えば、自動車の燃料やブレーキ油の圧力を検出するのに適用されると好適であり、特に２０〜３００ＭＰａ程度の高圧を検出する高圧センサとして用いられると好適である。

図１に示されるように、圧力センサは、金属ステム１０を有している。金属ステム１０は、ＳＵＳ４３０のようなステンレス鋼等で構成され、一端部（すなわち、図１中紙面下側の端部）から他端部（すなわち、図１中紙面上側端部）に向かって凹部１１が形成された有底筒状とされている。

また、金属ステム１０には、図１および図２に示されるように、凹部１１の底面と対向する一面１０ａに窪み部１２が形成されている。これにより、金属ステム１０には、凹部１１の底面と窪み部１２の底面との間の部分にて構成され、圧力によって変形可能とされたダイヤフラム１３が形成されている。言い換えると、凹部１１および窪み部１２は、互いの底面の間の部分が圧力によって変形可能となるように形成されている。

なお、凹部１１の底面、窪み部１２の底面、および一面１０ａは、互いに平行となるように形成されている。つまり、一面１０ａと、凹部１１の底面と窪み部１２の底面との間の部分にて構成されるダイヤフラム１３とは、平行とされている。

そして、窪み部１２には、ガラスやシリコーン系接着剤等で構成される接合部材２０が配置されている。具体的には、接合部材２０は、窪み部１２を充填するように配置されており、一面１０ａと共に平坦な面を構成するように配置されている。言い換えると、接合部材２０は、厚さが窪み部１２の深さと等しくされており、窪み部１２を完全に埋め込むと共に窪み部１２からはみ出さないように配置されている。

接合部材２０上には、センサチップ３０が搭載されている。つまり、ダイヤフラム１３上には、接合部材２０を介してセンサチップ３０が搭載されている。センサチップ３０は、凹部１１の内部に導入された圧力媒体の圧力によってダイヤフラム１３が変形すると、当該変形に応じたセンサ信号を出力する図示しない歪ゲージが形成されているものが用いられる。

また、金属ステム１０には、図１に示されるように、一端部側に他端部側（すなわち、ダイヤフラム１３側）に比べて外周径が大きい段付部１４が形成されている。そして、この金属ステム１０は、具体的には後述するが、ネジ部材４０がハウジング５０とネジ結合されることによって固定されている。

ハウジング５０は、被取付対象となる燃料パイプに直接取り付けられるものであり、外周面に取付用のネジ５１が形成されている。また、ハウジング５０の内部には、金属ステム１０の凹部１１と連通する圧力導入通路５２が形成されており、この圧力導入通路５２により、ハウジング５０が上記燃料パイプに取り付けられた際、上記燃料パイプ内から圧力導入通路５２を介して凹部１１内へ圧力媒体が導入できるようになっている。

ネジ部材４０は、金属ステム１０の外周を覆う円筒形状とされ、その外周面に雄ネジ部４１が形成されている。また、ハウジング５０のうちの雄ネジ部４１と対応する部位には、雄ネジ部４１に対応した形状の雌ネジ部５３が形成されている。そして、これら両ネジ部４１、５３がネジ結合されている。

これにより、金属ステム１０の段付部１４には、ネジ部材４０からの押圧力が印加され、金属ステム１０がハウジング５０に押圧固定される。また、この押圧力により、凹部１１と圧力導入通路５２との連通部、すなわち金属ステム１０の凹部１１側とハウジング５０の圧力導入通路５２側との境界部がシールされる。

また、ネジ部材４０には、ハウジング５０内におけるセンサチップ３０を囲むように、回路基板であるセラミック基板６０が接着、固定されている。そして、このセラミック基板６０上には信号処理回路等が形成されたＩＣチップ６１等が配置され、セラミック基板６０とＩＣチップ６１とがボンディングワイヤ６３を介して電気的に接続されている。

また、セラミック基板６０とセンサチップ３０とは、ボンディングワイヤ６４によって電気的に接続されている。そして、コネクタターミナル７０へ電気的接続するためのピン６５が、銀ろう等にてセラミック基板６０に接合されている。

コネクタターミナル７０は、ターミナル７１が樹脂７２にインサート成形されたアッシー（ＡＳＳＹ）である。そして、ターミナル７１とセラミック基板６０とはピン６５を介して電気的に接続されている。これにより、センサチップ３０からの出力は、ボンディングワイヤ６４からピン６５を介してターミナル７１へ伝達され、ターミナル７１を介して自動車のＥＣＵ等に配線部材を介して伝達される。

また、コネクタターミナル７０は、コネクタケース８０の下面に押圧されることでネジ部材４０に押し付けられて固定保持されている。なお、ターミナル７１は、図１では１本示されているが、実際には、入力用、出力用等の複数本が備えられている。

コネクタケース８０は、コネクタターミナル７０の外形を成すもので、Ｏリング９０を介してハウジング５０の一端側（圧力導入通路５２の他端側）の開口部に挿入され、ハウジング５０の開口端をかしめることで一体化される。つまり、コネクタケース８０は、ハウジング５０に組みつけられるパッケージを構成するものであり、パッケージ内部のセンサチップ３０や電気的接続部等を湿気や機械的外力より保護する機能を果たすものである。なお、コネクタケース８０は、加水分解性の高いＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等が用いられる。

以上が本実施形態における圧力センサの構成である。次に、このような圧力センサの製造方法について説明する。

まず、図３（ａ）に示されるように、凹部１１が形成された金属ステム１０を用意する。次に、図３（ｂ）に示されるように、図示しない刃具を用いて凹部１１の底面と反対側の部分を切削、研磨等して除去することにより、金属ステム１０の他端部側に一面１０ａを形成する。この際、凹部１１の底面を基準面とし、凹部１１の底面と一面１０ａとの間の長さが所望長さとなると共に、凹部１１の底面と一面１０ａとが平行となるように、一面１０ａを形成する。

次に、図３（ｃ）に示されるように、図示しない刃具を用いて一面１０ａに窪み部１２を形成する。具体的には、凹部１１の底面を基準面とし、凹部１１の底面と窪み部１２の底面との間の長さが所望長さとなる（すなわち、ダイヤフラム１３の厚さが所定厚さとなる）と共に、凹部１１の底面と窪み部１２の底面とが平行となるように、窪み部１２を形成する。つまり、本実施形態では、一面１０ａおよび窪み部１２を形成する際、共に凹部１１の底面を基準面として加工する。

続いて、図４（ａ）に示されるように、窪み部１２に接合部材２０を充填する。この工程では、まず、ディスペンサ等により、接合部材２０を窪み部１２からはみ出すように充填する。その後、図示しないスキージ等を一面１０ａに沿って移動させることにより、窪み部１２からはみ出している部分を除去しつつ、窪み部１２内に接合部材２０を充填する。つまり、一面１０ａと接合部材２０における窪み部１２から露出する部分とによって平坦な一面が構成されるように、窪み部１２内に接合部材２０を充填する。

次に、図４（ｂ）に示されるように、周知の半導体製造プロセスによって製造されたセンサチップ３０を用意した後、当該センサチップ３０を金属ステム１０の一面１０ａ上に配置する。その後、図４（ｃ）に示されるように、センサチップ３０を一面１０ａに沿って移動（すなわち、スライド）させることにより、センサチップ３０を接合部材２０上に配置する。これにより、ダイヤフラム１３上に接合部材２０を介してセンサチップ３０が搭載される。なお、センサチップ３０は、コレット等で吸着、固定され、コレットの変位に伴って変位する。

その後は、特に図示しないが、従来の圧力センサの製造方法と同様に、ネジ部材４０、ハウジング５０、コネクタケース８０等を用意し、これらを適宜組み付けることによって図１に示す圧力センサが製造される。

以上説明したように、本実施形態では、窪み部１２に配置される接合部材２０は、一面１０ａと平坦な面を構成するように配置されている。このため、センサチップ３０がダイヤフラム１３に対して傾くことを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

また、一面１０ａおよび窪み部１２を形成する際、共に凹部１１の底面を基準面としている。このため、一面１０ａおよび窪み部１２を形成する際に互いに異なる面を基準面とする場合、例えば、窪み部１２を形成する際に一面１０ａを基準面とする場合と比較して、ダイヤフラム１３の厚さや形状がばらつくことを抑制できる。

さらに、ダイヤフラム１３上にセンサチップ３０を搭載する際、金属ステム１０の一面１０ａにセンサチップ３０を配置した後、センサチップ３０を一面１０ａに沿って移動させることでダイヤフラム１３上にセンサチップ３０を搭載している。これにより、一面１０ａ、凹部１１の底面、および窪み部１２の底面は互いに平行とされているため、センサチップ３０がダイヤフラム１３に対して傾くことをさらに抑制できる。

また、接合部材２０は、一面１０ａと平坦な面を構成するように配置されており、厚さが窪み部１２の深さと等しくされている。このため、製品毎に接合部材２０の厚さがばらつくことを抑制でき、検出精度がばらつくことを抑制できる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１実施形態において、金属ステム１０とネジ部材４０とを一体化してもよいし、金属ステム１０、ネジ部材４０、ハウジング５０とを一体化してもよい。

また、上記第１実施形態において、センサチップ３０を接合部材２０上に搭載する際、センサチップ３０を一面１０ａに沿って移動させるのではなく、センサチップ３０を接合部材２０の直上からそのまま降下させることで接合部材２０上に搭載するようにしてもよい。このように圧力センサを製造したとしても、接合部材２０を一面１０ａと共に平坦な面を構成するように配置しているため、センサチップ３０がダイヤフラム１３に対して傾くことを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

１０ 金属ステム
１０ａ 一面
１１ 凹部
１２ 窪み部
１３ ダイヤフラム
２０ 接合部材
３０ センサチップ

Claims (5)

1. 圧力を検出する圧力センサにおいて、
   一端部から他端部に向かって凹部（１１）が形成されていると共に、前記凹部の底面と対向する一面（１０ａ）を有する有底筒状のステム（１０）と、
   前記ステムの一面に形成された窪み部（１２）の底面と前記凹部の底面との間の部分にて構成され、圧力に応じて変形可能とされたダイヤフラム（１３）と、
   前記窪み部に配置された配置された接合部材（２０）と、
   前記接合部材を介して前記ダイヤフラム上に配置され、前記ダイヤフラムの変形に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（３０）と、を備え、
   前記接合部材は、前記一面と共に平坦な面を構成する状態で前記窪み部に配置されている圧力センサ。
2. 前記凹部の底面、前記窪み部の底面、および前記ステムの一面は、互いに平行とされている請求項１に記載の圧力センサ。
3. 圧力を検出する圧力センサの製造方法において、
   一端部から他端部に向かって凹部（１１）が形成されている有底筒状のステム（１０）を用意することと、
   前記ステムの他端部における前記凹部と対向する一面（１０ａ）に窪み部（１２）を形成することにより、前記窪み部の底面と前記凹部の底面との間の部分に前記圧力に応じて変形可能となるダイヤフラム（１３）を形成することと、
   前記窪み部に接合部材（２０）を配置することと、
   前記接合部材を介して前記ダイヤフラム上に、前記ダイヤフラムの変形に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（３０）を搭載することと、を行い、
   前記窪み部に接合部材を配置することでは、前記窪み部を充填すると共に当該窪み部からはみ出すように前記接合部材を配置することと、前記接合部材のうちの前記窪み部から露出する部分と前記一面とが平坦な面となるように、前記窪み部からはみ出した前記接合部材を除去することとを行う圧力センサの製造方法。
4. 前記ステムを用意することでは、前記凹部が形成された前記ステムを用意することと、前記凹部の底面を基準面とし、前記ステムにおける前記凹部の底面と反対側の部分を除去することにより、前記凹部の底面と平行となる前記一面を形成することと、を行い、
   前記ダイヤフラムを形成することでは、前記凹部の底面を基準面として前記一面に前記窪み部を形成することにより、底面が前記凹部の底面と平行となる前記窪み部を形成する請求項３に記載の圧力センサの製造方法。
5. 前記センサチップを搭載することでは、前記センサチップを前記一面上に搭載することと、前記センサチップを前記一面に沿って移動させることにより、前記接合部材を介して前記ダイヤフラム上に前記センサチップを搭載することと、を行う請求項４に記載の圧力センサの製造方法。
   

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