JP3575526B2 - 圧力検出器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定媒体の圧力を半導体式圧力センサによって検出する圧力検出器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液体や気体等からなる被測定媒体の圧力を検出する圧力検出器としては、例えば特開平3−237332号公報に開示されるものがある。この圧力検出器は、被測定媒体の圧力を導入する圧力導入管を有する金属製のハウジングと、このハウジングの内部に圧力導入管に対向するよう配設する金属製ベース板と、前記ベース板上に前記圧力を受ける状態で配設される半導体式圧力センサと、前記圧力センサの近傍に設けられ、前記圧力センサとワイヤボンディングによって電気的に接続されてなるプリント基板とを設けている。
【0003】
このような圧力検出器は、前記圧力センサ及び前記回路基板の導電部において、大気による劣化(腐食)を防止するため、前記圧力センサ及び前記回路基板上をシリコン系のゲル状樹脂によって覆う構成としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記シリコンゲルを充填する圧力検出器では、製造工程において、前記ゲル状樹脂内の気泡を脱泡する工程が必要となる。これは、ゲル状樹脂内に気泡が混在すると、周囲の温度変化によって前記気泡が膨張し、前記圧力センサと前記回路基板とを電気的に接続する接続ワイヤの切断や電極部における前記接続ワイヤの剥がれ等の不具合を生じるからである。しかしながら、前述したように前記シリコンゲルを前記圧力センサ及び前記回路基板を覆うように充填するためには、多量のゲル状樹脂が必要となる(前記ハウジングの底面から表面側に達するまでの充填量が必要)。このように多くのシリコンゲルを充填すると、脱泡工程に時間を要したり、また気泡を脱泡しきれない場合には、前述したような不具合を生じる恐れがある。
【0005】
そこで、本発明は前記問題点に着目し、シリコンゲル等の充填部材の充填量を少なくし、前記ゲル状樹脂内の気泡によって接続ワイヤの断線や剥がれを発生させず、電気的な接続における信頼性を向上させることのできる圧力検出器を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、被測定媒体の圧力を半導体式圧力センサにより検出する圧力検出器であって、前記圧力を導入する圧力導入管と、前記圧力導入管上に配設され、かつ前記圧力センサが前記圧力を受ける状態で配設されるベース板と、前記圧力センサと電気的に接続する回路基板と、前記圧力センサの周囲を囲むとともに、前記ベース板と前記回路基板との間の隙間を塞ぐ弾性材料からなる防壁部と、前記圧力センサ、及び前記圧力センサと前記回路基板との電気的な接続箇所を覆う充填部材と、を備えてなるものである。
【0007】
また、被測定媒体の圧力を半導体式圧力センサにより検出する圧力検出器であって、前記圧力を導入する圧力導入管と、前記圧力導入管上に配設され、かつ前記圧力センサが前記圧力を受ける状態で配設されるベース板と、前記ベース板より上方に位置するとともに、前記圧力センサを配置するための収納孔部を備え、前記圧力センサとワイヤボンディングによって電気的に接続する回路基板と、前記圧力センサの周囲を囲むとともに、前記ベース板と前記回路基板との間の隙間を塞ぐ弾性材料からなる防壁部と、前記圧力センサ、及び前記圧力センサと前記回路基板との電気的な接続箇所を覆う充填部材と、を備えてなるものである。
【0008】
また、シリコンゴムもしくはシリコンゲルのどちらか一方によって前記防壁部を構成してなるものである。
【0009】
また、シリコンゲルによって前記充填部材を構成してなるものである。
【0010】
また、前記回路基板の前記充填部材で覆わない領域を防湿コーテング剤によって覆ってなるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明は、被測定媒体の圧力を半導体式圧力センサ5により検出する圧力検出器に関するものである。圧力検出器は、前記圧力を導入する圧力導入ポート(圧力導入管)2と、圧力導入ポート2上に配設され、かつ圧力センサ5が前記圧力を受ける状態で配設されるベース板4と、ベース板4より上方に位置するとともに、圧力センサ5を配置するための収納孔部(孔部)6aを備え、圧力センサ5とワイヤボンディングによって電気的に接続する回路基板6と、圧力センサ5の周囲を囲むとともに、ベース板4と回路基板6との間の隙間Sを塞ぐシリコンゴムやシリコンゲル等の弾性材料からなる防壁部19,21と、圧力センサ5、及び圧力センサ5と回路基板6との接続ワイヤ20による接続箇所を覆うゲル状樹脂(充填部材)17とを備えている。従って、ベース板4の周縁部に防壁部19,21を形成し、ベース板4と回路基板6との隙間Sを塞ぐことで、少ない充填量のゲル状樹脂17によって圧力センサ5、及び圧力センサ5と回路基板6との接合箇所を覆うとが可能となることから、ゲル状樹脂17内に混在する気泡を短時間で脱泡することができ製造工程における生産性を向上させることが可能となる。また、ゲル状樹脂17が少量であるため、ゲル状樹脂17内に気泡が残ることもなく、接続ワイヤ20の断線や剥がれ等の不具合を発生させず、電気的な接続における信頼性を向上させることができる。
【0012】
また、回路基板6のゲル状樹脂17で覆わない領域を防湿コーテング剤によって覆うことから、回路基板6が大気によって腐食されるようなことはない。
【0013】
【実施例】
以下、添付図面に記載した実施例に基づき本発明を説明する。図1は本実施例における圧力検出器を示す要部断面図、図2は圧力検出器のゲル状樹脂の充填構造を示す拡大断面図、図3は他のゲル状樹脂の充填構造を示す拡大断面図である。
【0014】
図1は圧力検出器の一実施例を示すものであって、圧力検出器は、円筒部1と圧力導入ポート(圧力導入管)2とから構成される下ケース(ハウジング)3と、圧力導入ポート2の上端部に配設されるベース板4と、ベース板4上に圧力を受ける状態で配設される半導体式圧力センサ5と、圧力センサ5と電気的に接続される回路基板6と、回路基板6を下ケース3に配設固定する基板ホルダー7と、外部から供給される電源ライン等のノイズを吸収するための貫通コンデンサ8を配設するためのコンデンサホルダー9と、貫通コンデンサ8と配線コード10とを電気的に接続するためのコネクタ11と、円筒部1の上端部に配設される上ケース12とから構成されるものである。
【0015】
円筒部1は、ステンレス等の金属材料からなり、圧力導入ポート2を配設するための開口部を有している。また、円筒部1は、回路基板6を配設するための第1の段差部1aと、コンデンサホルダー9を配設するための第2の段差部1bと、上ケース12を配設するための第3の段差部1cとが内壁の下方から上方に向かって順次形成され、円筒部1の下端部には、圧力導入ポート2と接合するための接合部1dが形成される。
【0016】
圧力導入ポート2は、ステンレス等の金属材料からなり、ベース板4を配設するための凸部形状の載置部2aと、この載置部2aから圧力道入ポート2の底面に貫通する前記圧力を導入するための圧力導入孔2bとが形成されている。また、載置部2aの下方には、円筒部1の接合部1dを配設するための配設部2cが形成されている。
【0017】
円筒部1の接合部1dを圧力導入ポート2の配設部2c上に配設し、両部材1d,2cをTIG溶接することによって、前記圧力を導入する圧力導入ポート2を備える下ケース3が得られるものである。
【0018】
ベース板4は、略円状形状からなり、圧力センサ5の熱膨張係数に近似した熱膨張係数を有するコバール等の金属製材料からなる。ベース板4には、圧力導入ポート2の載置部2aに配設するためのフランジ部4aと、圧力導入ポート2の圧力導入孔2bに嵌合し、圧力導入ポート2に対しベース板4の配設位置を決定する突出部4bと、突出部4bからベース板4の上面に貫通する圧力導入孔4cとが形成されている。
【0019】
ベース板4は、ベース板4のフランジ部4aと圧力導入ポート2の載置部2aとを溶接することによって、圧力導入ポート2上に気密的に配設される。
【0020】
圧力センサ5は、ガラス台座上に半導体歪みゲージが形成された薄肉のダイアフラム部を有する半導体素子を陽極接合法によって気密的に接合してなるものであり、前記ガラス台座に前記圧力を前記ダイアフラムに伝達するための圧力導入孔5aが形成されている。また、圧力センサ5は、前記ガラス台座のベース板4との対向面にメタライズ層が形成され、ベース板4の圧力導入孔4cと圧力センサ5の圧力導入孔5aとが対向し、前記圧力が前記ダイアフラムに伝達されるようにベース板4上に半田を介し気密的に接合される。
【0021】
回路基板6は、圧力センサ5とワイヤボンディングによって電気的に接続されるものであって、ガラス繊維入り樹脂や紙フェノール等の軟質材料から構成される。回路基板6の略中央には、圧力センサ5を収納するための表裏面を貫通する収納孔部6aが形成され、また、回路基板6の周縁近傍には、基板ホルダー7の一対の保持部に対応する孔部6bが形成されている。また、回路基板6の裏面側には、圧力センサ5の出力を増幅するための増幅回路からなる電子部品13が実装され、また、回路基板6の表面側には貫通コンデンサ8と電気的に接続する端子14が実装されている。
【0022】
基板ホルダー7は、SPC等の金属製材料からなるものである。基板ホルダー7は、各角部を円弧状に切り欠いた略四角形状のベース部の向かい合う2辺に、前記ベース部から略垂直方向へ折り曲げ形成された一対の保持部7aと、前記ベース部の略中央に、ベース板4の外径よりも大きく、また基板ホルダー7をケース体3の底面に配設した際に、圧力導入ポート2上に配設されるベース板4が基板ホルダー7より上方に位置するように配設するための孔部7bとが形成されている。従って、保持部7aを回路基板6の孔部6bに挿通させ、保持部7aの突出部分と回路基板6表面の孔部6b周辺に形成されるランド部とを半田によって固定することによって回路基板6が基板ホルダー7に固定され、また、下ケース(円筒部1)3の底面に基板ホルダー7を配設し、下ケース3の底面に形成される段差部を加締めることによって、基板ホルダー7が下ケース3の底面に固定される。
基板ホルダー7は、SPC等の金属製材料からなるものである。
【0023】
コンデンサホルダー9は、SPC等の金属材料からなり、リードピン8a付きの貫通コンデンサ8を横置き状態で配設するための取付片9aを有し、円筒部1の第2の段差部1bに配設される。
【0024】
コネクタ11は、ゴム等の弾性材料からなる基部11aにリードピン11bがインサート成形されてなるものである。コネクタ11は、基部11aに形成されるスリット11cにコンデンサホルダー9の取付片9aをはめ込み、基部11aの上部を後で詳述する上ケース12の孔部に配設することによって、上ケース12とコンデンサホルダー9との間に配設されることになる。
【0025】
配線コード10は、圧力センサ5の電源系を外部から供給したり、圧力センサ5の出力を外部に伝達するものである。配線コード10は、コネクタ11のリードピン11b及び貫通コンデンサ(リードピン8a)8,回路基板6に実装される端子14,回路基板6を介し、圧力センサ5に電気的に接続されることになる。
【0026】
上ケース12は、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等の樹脂材料からなる。上ケース12の上部には凹部12aが形成され、この凹部12aの底面には、コネクタ11の基部11aを配設するための孔部12bが形成されている。また上ケース12の下部には円筒部1の第3の段差部1cに対応するフランジ部12cと、このフランジ部12cから下方へ延長形成され、Oリング15を配設する保持部12dとを備えている。
【0027】
上ケース12の凹部12aの壁部には、配線コード10がグロメット16を介し配設され、凹部12a内にエポキシ樹脂等を充填することによって、配線コード10が配設固定される。上ケース12は、円筒部1の第3の段差部1cにフランジ部12cを配設した後、円筒部1の上端部を内側に加締めることによって円筒部1の上部に固定される。
【0028】
以上の各部によって圧力検出器が構成される。かかる圧力検出器において、回路基板6の表裏面に防湿コート剤を塗布するとともに、回路基板6のワイヤボンディング箇所周辺及び圧力センサ5が収納される収納孔部6aのみをシリコンゲルからなるゲル状樹脂(充填部材)17で覆うことによって、回路基板6及び圧力センサ5を大気と接触しないようにしている。
【0029】
次に、図2を用いて本発明の特徴であるゲル状樹脂17の充填構造について説明する。図2におけるゲル状樹脂17の充填構造は、ベース板4のフランジ部4a上にシリコンゴム(弾性材料)18を所定量塗布して防壁部19を形成し、そしてゲル状樹脂17によって、圧力センサ5、及び圧力センサ5と回路基板6との接続ワイヤ20による接続箇所周辺を覆うようにするものである。即ち、この充填構造は、ベース板4の周縁部にシリコンゴム18を塗布し、ベース板4と回路基板6との隙間Sを塞ぎ圧力センサ5上から充填されるゲル状樹脂17が隙間Sから下ケース3の底部方向へ進入することを防ぐことができるようになる。
【0030】
次に、図3を用いて、ゲル状樹脂17の他の充填構造を説明する。前述した充填構造と異なる点は、シリコンゴム18によって防壁部19を形成せずに、ゲル状樹脂(弾性材料)17を用いて防壁部21を形成する点にある。即ち、ゲル状樹脂17を圧力センサ5の周辺に所定量充填し、脱泡した後に高温槽にて熱硬化させてベース板4と回路基板6との隙間Sを塞ぐ防壁部21を形成し、そして防壁部21と同材料のゲル状樹脂17によって、圧力センサ5、及び圧力センサ5と回路基板6との接続ワイヤ20による接続箇所周辺を覆うようにするものである。従って、前述した充填構造同様に圧力センサ5上から充填されるゲル状樹脂17が隙間Sから下ケース3の底部方向へ進入することを防ぐことができるようになる。
【0031】
前述した各充填構造は、ベース板4の周縁部にシリコンゴム18やゲル状樹脂17を塗布して防壁部19,21を形成し、ベース板4と回路基板6との隙間Sを塞ぐことで、少ない充填量のゲル状樹脂17によって圧力センサ5、及び圧力センサ5と回路基板6との接続ワイヤ10による接続箇所を覆うことが可能となることから、ゲル状樹脂17内に混在する気泡を短時間で脱泡することができ、製造工程における生産性を向上させることが可能となり、また、ゲル状樹脂17が少量であるため、ゲル状樹脂17内に気泡が残ることもなくなるため、接続ワイヤ20の断線や剥がれ等の不具合を発生させず、電気的な接続における信頼性を向上させることができる。
【0032】
また、回路基板6のゲル状樹脂17で覆わない領域を防湿コーテング剤によって覆うことから、回路基板6が大気によって腐食されるようなことはない。
【0033】
尚、本実施例では、防壁部19,21をシリコンゴム18やゲル状樹脂17によって形成したが、本発明は本実施例に限定されるものではなく、例えば、予め形状化(例えば圧力センサ5の周辺を囲むリング状)した弾性材料(例えば、シリコンゴム)をベース板上に配設し、回路基板6とベース板4との隙間を塞ぐ構成であっても良い。
【0034】
また、回路基板6の圧力センサ5との接合部箇所の周辺を、例えばシリコンゴムによって囲むことで、ゲル状樹脂17が回路基板6の外側方向へ広がることを防止できる。
【0035】
【発明の効果】
本発明は、回路基板とベース板との隙間を弾性材料により形成される防壁部によって塞ぎ、圧力センサ上に充填される充填部材がハウジングの底部方向へ進入することを防ぐことから、少量の前記充填部材であっても前記回路基板と前記圧力センサとを電気的に接続する接続ワイヤが露出することがなくなるため、前記接続ワイヤの大気による劣化がなく、また、前記充填部材が少量であるため、前記充填部材内に気泡が残ることもなく、前記回路基板と前記圧力センサを電気的に接続する接続ワイヤの断線や剥がれ等の不具合を発生させず、電気的な接続における信頼性を向上させることができる。また、前記充填部材内に混在する気泡を短時間で脱泡することができ、製造工程における生産性を向上させることが可能となる。
【0036】
また、前記回路基板の充填部材で覆わない領域を防湿コーテング剤によって覆うことから、前記回路基板が大気によって腐食されるようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の圧力検出器を示す要部断面図。
【図2】同上実施例の充填構造を示す要部拡大断面図。
【図3】同上実施例の他の充填構造を示す要部拡大断面図。
【符号の説明】
2 圧力導入ポート
3 下ケース(ハウジング)
4 ベース板
5 半導体圧力センサ
6 回路基板
17 ゲル状樹脂(シリコンゲル)
18 シリコンゴム
19,21 防壁部
S 隙間
Claims (5)
- 被測定媒体の圧力を半導体式圧力センサにより検出する圧力検出器であって、前記圧力を導入する圧力導入管と、前記圧力導入管上に配設され、かつ前記圧力センサが前記圧力を受ける状態で配設されるベース板と、前記圧力センサと電気的に接続する回路基板と、前記圧力センサの周囲を囲むとともに、前記ベース板と前記回路基板との間の隙間を塞ぐ弾性材料からなる防壁部と、前記圧力センサ、及び前記圧力センサと前記回路基板との電気的な接続箇所を覆う充填部材と、を備えてなることを特徴とする圧力検出器。
- 被測定媒体の圧力を半導体式圧力センサにより検出する圧力検出器であって、前記圧力を導入する圧力導入管と、前記圧力導入管上に配設され、かつ前記圧力センサが前記圧力を受ける状態で配設されるベース板と、前記ベース板より上方に位置するとともに、前記圧力センサを配置するための収納孔部を備え、前記圧力センサとワイヤボンディングによって電気的に接続する回路基板と、前記圧力センサの周囲を囲むとともに、前記ベース板と前記回路基板との間の隙間を塞ぐ弾性材料からなる防壁部と、前記圧力センサ、及び前記圧力センサと前記回路基板との電気的な接続箇所を覆う充填部材と、を備えてなることを特徴とする圧力検出器。
- シリコンゴムもしくはシリコンゲルのどちらか一方によって前記防壁部を構成してなることを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載の圧力検出器。
- シリコンゲルによって前記充填部材を構成してなることを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載の圧力検出器。
- 前記回路基板の前記充填部材で覆わない領域を防湿コーテング剤によって覆ってなることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の圧力検出器。
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