JP2569863B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体圧力センサに関するものである。

〔従来の技術及び課題〕

従来、大気圧と被測定媒体との圧力差を測定する、い
わゆる、相対圧検出形の半導体圧力センサがある。この
センサにおいては、センサハウジングに大気を導入する
ための特別な大気導入孔を設ける必要があり、水等の侵
入に対し特別に配慮しなければならないという問題があ
った。つまり、センサハウジングに空気通路を設け、こ
の通路途中に空気のみを通すフィルタを挿入すると、こ
のフィルタが詰まった場合には測定ができなくなるとい
う問題があった。

この発明の目的は、確実に大気を導入できる大気導入
通路を確保することができる半導体圧力センサを提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１の発明は、チップ収納室が形成されたハウジング
と、前記ハウジングのチップ収納室の開口部に設けられ
た蓋材と、前記蓋材の上面に配置され、当該蓋材と前記
ハウジングとの隙間を充填するための充填材と、前記ハ
ウジングのチップ収納室の内壁に気密接合され、ハウジ
ングの圧力導入孔を通じて被測定媒体の圧力が印加され
る半導体歪ゲージ付ダイヤフラムを有する半導体チップ
と、前記ハウジングに固定され、より線が絶縁材で被覆
されたコードを気密した状態で接続したグロメットと、
前記蓋材を貫通して下端が前記ハウジングのチップ収納
室に開口するとともに、上端が前記充填材の上面より突
出して前記コードと連通する大気導入管とを備えた半導
体圧力センサをその要旨とする。

第２の発明は、チップ収納室が形成されたハウジング
と、前記ハウジングのチップ収納室の開口部に設けられ
た蓋材と、前記蓋材の上面に配置され、当該蓋材と前記
ハウジングとの隙間を充填するための充填材と、前記ハ
ウジングのチップ収納室の内壁に気密接合され、ハウジ
ングの圧力導入孔を通じて被測定媒体の圧力が印加され
る半導体歪ゲージ付ダイヤフラムを有する半導体チップ
と、前記ハウジングに固定され、より線が絶縁材で被覆
されたコードを気密した状態で接続するとともに、当該
コードと連通し、かつ、前記蓋材を貫通して前記ハウジ
ングのチップ収納室に開口する大気導入用パイプ部を有
するグロメットとを備えた半導体圧力センサをその要旨
とするものである。

〔作用〕

第１の発明は、大気がコード内のより線内の隙間を経
て大気導入管に導かれ半導体チップのダイヤフラムに印
加される。このとき、充填材により蓋材とハウジングと
の隙間が充填され、外部からの水分やゴミ等の侵入が阻
止される。又、大気導入管の上端が充填材の上面より突
出しているので、充填材にて大気導入管が塞がれること
はない。

第２の発明は、大気がコード内のより線内の隙間を経
てグロメットの大気導入用パイプ部内から導かれ半導体
チップのダイヤフラムに印加される。このとき、充填材
により蓋材とハウジングとの隙間が充填され、外部から
の水分やゴミ等の侵入が阻止される。

〔第１実施例〕 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

本実施例の半導体圧力センサは、車両用冷房装置にお
ける冷媒圧力を測定するためのセンサである。第１図に
は本実施例のセンサの断面を示す。

鉄製のハウジング１は有底円筒状に形成され、その内
部がチップ収納室Ｒとなっている。そのハウジング１の
底面には径小なネジ部２が形成されている。又、ハウジ
ング１の外周面には締め付け用の二面幅３が切り欠き形
成されている。そして、ハウジング１のネジ部２が冷媒
用配管材４に螺入され、本センサが冷媒用配管材４に取
り付けられている。

ハウジング１のチップ収納室Ｒにおける底面中央部に
は凹部５が形成され、その凹部５内には低融点ガラス６
によりガラス台座７が気密接合されている。又、ガラス
台座７の上面には半導体チップ８が陽極接合法により気
密接合されている。その半導体チップ８にはダイヤフラ
ムが形成されるとともに、ダイヤフラムには半導体歪ゲ
ージが配置されている。そして、ハウジング１の圧力導
入孔９とガラス台座７の圧力導入孔10を通じて冷媒圧力
がダイヤフラムに印加されるようになっている。さら
に、半導体チップ８には信号増幅回路が形成され、この
回路により半導体歪ゲージによる出力の増幅処理が行わ
れる。

ハウジング１の上面開口部には鉄板よりなる電磁波侵
入防止用の蓋材としてのシールドプレート11が圧入され
ている。又、ハウジング１のチップ収納室Ｒの底面には
ナイロン等の絶縁材よりなるリードピン支持部材12が固
定され、このリードピン支持部材12にてＬ字状のリード
ピン13が支持されている。さらに、このリードピン13は
ボンディングワイヤ14にて半導体チップ８の増幅回路と
電気的に接続されている。又、リードピン13の立設部は
貫通コンデンサ15を介してシールドプレート11を貫通し
ている。

又、シールドプレート11には鉄製の大気導入管16が溶
接にて密封した状態で立設され、その下端はシールドプ
レート11の下のチップ収納室Ｒに開口している。さら
に、チップ収納室Ｒ内でのリードピン13にはイグニッシ
ョンノイズ等を除去するコンデンサ17が設けられてい
る。そして、チップ収納室Ｒ内にはシリコンゲルよりな
るゲル状樹脂18が充填され、リードピン13の水平部と半
導体チップ８とボンディングワイヤ14とがゲル状樹脂18
と接触しており、これら部材8,13,14が大気と接触しな
いようになっている。

ハウジング１の上面にはゴム製のグロメット19が固定
され、グロメット19にはコード（絶縁電線）20が気密し
た状態で接続されている。このコード20は、より線を絶
縁材で被覆したものであり、より線の中に空洞が形成さ
れ、この空洞が大気導入通路となっている。このコード
20の他端は半導体圧力センサとは離間した箇所に開口し
ている。グロメット19の内部室21においてコード20のよ
り線が露出し、この露出部がリードピン22の一端と圧着
にて接続されている。又、リードピン22の他端はリード
ピン13と溶接にて接続されている。

シールドプレート11の上面にはエポキシ樹脂よりなる
充填材23が充填され、この充填材23によりシールドプレ
ート11とハウジング１との隙間が充填されている。又、
リードピン13とリードピン22との溶接部が充填材23内に
位置している。この充填材23はグロメット19に形成され
た充填材注入口24から２回に分けて注入されたものであ
る。

この状態において、大気導入管16の上端は充填材23の
上面より上方に突出し、内部室21に開口している。

次に、このように構成した半導体圧力センサの作用を
説明する。

まず、センサの組み付け時において、ハウジング１の
凹部５内に半導体チップ８が接合されたガラス台座７を
低融点ガラス６にて接合し、その後に、リードピン支持
部材12をハウジング１のチップ収納室Ｒの底面に取り付
ける。次に、ハウジング１のチップ収納室Ｒ内にゲル状
樹脂18を充填し、さらに、大気導入管16を固定したシー
ルドプレート11をハウジング１内に圧入する。そして、
貫通コンデンサ15を取り付ける。

その後、コード20を連結したグロメット19をハウジン
グ１に固定し、リードピン22とリードピン13とを溶接
し、グロメット19の充填材注入口24から充填材23を注入
する。この１回目の充填材23の注入によりグロメット19
の内部室21を除く領域が充填され、シールドプレート11
とハウジング１との隙間が埋められる。さらに、２回目
の充填材23の注入により充填材注入口24が埋められる。

そして、圧力測定の際には、コード20内のより線内の
空洞にて大気がグロメット19の内部室21に導かれ、さら
に、大気導入管16を介してチップ収納室Ｒが大気圧とな
る。この状態において、冷房装置の駆動により冷媒配管
材４内には高圧の冷媒が通過する。この冷媒圧力がハウ
ジング１の圧力導入孔９とガラス台座７の圧力導入孔10
を通し半導体チップ８のダイヤフラムに伝搬し、大気圧
と冷媒圧力との差圧に伴いダイヤフラムが変形し、半導
体歪ゲージのピエゾ抵抗効果により抵抗値が変化する。
この抵抗値変化が電気信号に変換され、この信号が増幅
回路にて増幅され、ボンディングワイヤ14、リードピン
13、リードピン22、コード20のより線を経由してセンサ
の外部に取り出される。

このように本実施例においては、チップ収納室Ｒを有
するハウジング１と、ハウジング１のチップ収納室Ｒの
開口部に設けられたシールドプレート11（蓋材）と、シ
ールドプレート11の上面に配置され、シールドプレート
11とハウジング１との隙間を充填するための充填材23
と、ハウジング１のチップ収納室Ｒの内壁に気密接合さ
れ、ハウジング１の圧力導入孔９を通じて冷媒圧力が印
加される半導体歪ケージ付ダイヤフラムを有する半導体
チップ８と、ハウジング１に固定され、より線が絶縁材
で被覆されたコード20を気密した状態で接続したグロメ
ット19と、シールドプレート11を貫通して下端がハウジ
ング１のチップ収納室Ｒに開口するとともに、上端が充
填材23の上面より突出してコード20と連通する大気導入
管16とを設けた。

よって、大気がコード20内のより線内の隙間を経て大
気導入管16に導かれ半導体チップ８のダイヤフラムに印
加される。このとき、充填材23によりシールドプレート
11とハウジング１との隙間が充填され、外部からの水分
やゴミ等の侵入を阻止できる。又、大気導入管16の上端
が充填材23の上面より突出しているので、充填材23にて
大気導入管16が塞がれることはない。その結果、確実に
大気を導入できる大気導入通路を確保することができる
こととなる。

又、大気がコード20内のより線内の隙間を経て導かれ
るので、特別な大気導入孔、及び、水，ホコリ，油等の
侵入防止用フィルタを設ける必要がなく、小型、軽量、
低コスト化を図ることが可能となる。

尚、この実施例の応用例としては、例えば、第２図に
示すように、信号取り出し部をダイレクトカプラ化して
もよい。即ち、グロメット19にターミナルピン25が挿入
支持され、このグロメット19に接続端子26とコード20と
を予め接続したカプラケース27が連結されている。そし
て、コード20から連通孔28を介して大気導入管16に大気
を導入してもよい。

〔第２実施例〕 次に、第２の発明に対応する第２実施例を説明する。

第３図には本実施例の半導体圧力センサの断面を示
す。本実施例の半導体圧力センサはハウジング1aとハウ
ジング1bとがかしめにて固定され、大気導入はグロメッ
ト29の大気導入用パイプ部33により行うものである。
尚、第１図と同じ部材については同一の番号を付すこと
によりその詳細な説明は省略する。

グロメット29にはコード20が気密した状態で接続され
るとともに、コード20の端部においてコード20のより線
には圧着端子31が接続され、この圧着端子31がハウジン
グ1bの充填材注入室32に突出している。又、グロメット
29には大気導入孔30を有する大気導入用パイプ部33が形
成され、大気導入孔30の一端がコード20の端部と連通し
ている。一方、ハウジング1aのチップ収納室Ｒの上面開
口部にはシール用Ｏリング34を介して蓋材としてのシー
ルドプレート11が配置され、グロメット29の大気導入用
パイプ部33がシールドプレート11に密閉した状態で貫通
され大気導入用パイプ部33の下端がチップ収納室Ｒに開
口している。このとき、シールドプレート11の斜状部11
aとハウジング1aの内壁とハウジング1bの底面とで三角
シールが形成されている。

又、チップ収納室Ｒ内において増幅回路を有する回路
基板35が配設され、回路基板35からリードピン36が貫通
コンデンサ15を介してシールドプレート11を貫通してハ
ウジング1bの充填材注入室32に突出している。充填材注
入室32において、このリードピン36と圧着端子31とが溶
接されるとともに、充填材注入室32内が充填材23にて充
填されている。このとき、圧着端子31の外周部とグロメ
ット29との間にはシール用リング37が介在され、このシ
ール用リング37により充填材23の侵入を防止している。
又、チップ収納室Ｒ内にはゲル状樹脂18が充填され半導
体チップ８とボンディングワイヤ14と回路基板35とが大
気に触れないようになっている。

圧力測定の際には、コード20内のより線内の空洞にて
大気がグロメット29の大気導入用パイプ部33内を導か
れ、チップ収納室Ｒが大気圧となる。この状態におい
て、冷媒圧力がハウジング１の圧力導入孔９とガラス台
座７の圧力導入孔10を通し半導体チップ８のダイヤフラ
ムに伝搬し、大気圧と冷媒圧力との差圧に伴いダイヤフ
ラムが変形し、半導体歪ゲージのピエゾ抵抗効果により
抵抗値が変化する。この抵抗値変化が電気信号に変換さ
れ、この信号がボンディングワイヤ14を介して回路基板
35の増幅回路にて増幅され、リードピン36、圧着端子3
1、コード20のより線を経由してセンサの外部に取り出
される。

このように本実施例においては、チップ収納室Ｒを有
するハウジング1a,1bと、ハウジング1a,1bのチップ収納
室Ｒの開口部に設けられたシールドプレート11（蓋材）
と、シールドプレート11の上面に配置され、シールドプ
レート11とハウジング1a,1bとの隙間を充填するための
充填材23と、ハウジング1a,1bのチップ収納室Ｒの内壁
に気密接合され、ハウジング1aの圧力導入孔９を通じて
冷媒の圧力が印加される半導体歪ゲージ付ダイヤフラム
を有する半導体チップ８と、ハウジング1a,1bに固定さ
れ、より線が絶縁材で被覆されたコード20を気密した状
態で接続するとともに、コード20に連通し、かつ、シー
ルドプレート11を貫通してハウジング1a,1bのチップ収
納室Ｒに開口する大気導入用パイプ部33を有するグロメ
ット29とを設けた。

その結果、確実に大気を導入できる大気導入通路を確
保することができることとなる。

又、本実施例において圧力媒体を冷媒としたが、各種
オイル、水等を使用できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、確実に大気を
導入できる大気導入通路を確保することができる優れた
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の半導体圧力センサの断面図、第２
図は第１実施例の応用例の半導体圧力センサの断面図、
第３図は第２実施例の半導体圧力センサの断面図であ
る。 １はハウジング、８は半導体チップ、９は圧力導入孔、
11は蓋材としてのシールドプレート、16は大気導入管、
19はグロメット、20はコード、23は充填材、29はグロメ
ット、33は大気導入用パイプ部、Ｒはチップ収納室。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チップ収納室が形成されたハウジングと、 前記ハウジングのチップ収納室の開口部に設けられた蓋
   材と、 前記蓋材の上面に配置され、当該蓋材と前記ハウジング
   との隙間を充填するための充填材と、 前記ハウジングのチップ収納室の内壁に気密接合され、
   ハウジングの圧力導入孔を通じて被測定媒体の圧力が印
   加される半導体歪ゲージ付ダイヤフラムを有する半導体
   チップと、 前記ハウジングに固定され、より線が絶縁材で被覆され
   たコードを気密した状態で接続したグロメットと、 前記蓋材を貫通した下端が前記ハウジングのチップ収納
   室に開口するとともに、上端が前記充填材の上面より突
   出して前記コードと連通する大気導入管と を備えたことを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】チップ収納室が形成されたハウジングと、 前記ハウジングのチップ収納室の開口部に設けられた蓋
   材と、 前記蓋材の上面に配置され、当該蓋材と前記ハウジング
   との隙間を充填するための充填材と、 前記ハウジングのチップ収納室の内壁に気密接合され、
   ハウジングの圧力導入孔を通じて被測定媒体の圧力が印
   加される半導体歪ゲージ付ダイヤフラムを有する半導体
   チップと、 前記ハウジングに固定され、より線が絶縁材で被覆され
   たコードを気密した状態で接続するとともに、当該コー
   ドと連通し、かつ、前記蓋材を貫通して前記ハウジング
   のチップ収納室に開口する大気導入用パイプ部を有する
   グロメットと を備えたことを特徴とする半導体圧力センサ。