JP3620184B2

JP3620184B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP3620184B2
Application number: JP32879496A
Authority: JP
Inventors: 之啓加藤; 浩野村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2016-12-09
Also published as: JPH10170379A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定媒体の圧力を検出する圧力センサに関し、例えば自動車の吸気圧センサに用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、自動車用の吸気圧センサの従来構成を示す。セラミック基板１００の一面側に感圧素子部１０１が取り付けられている。この感圧素子部１０１は、センサチップ１０１ａとガラス台座１０１ｂとで構成されており、測定媒体の圧力を感知する。セラミック基板１００の他面側には、信号処理回路用ＩＣ１０２が取り付けられている。この信号処理回路用ＩＣ１０２と感圧素子部１０１とはセラミック基板１００上に形成された配線およびボンディングワイヤ１０３、１０４にて電気的に接続されており、信号処理回路用ＩＣ１０２から、感圧素子部１０１にて感知された圧力に応じたセンサ信号が出力される。
【０００３】
セラミック基板１００は、ターミナル１０５がインサート成形されたケース１０６に取り付けられている。ターミナル１０５の一端側はボンディングワイヤ１０７およびセラミック基板１００上の配線を介して信号処理回路用ＩＣ１０２に電気的に接続されており、他端側は、ケース１０６のコネクタ部１０６ａに露出されている。このターミナル１０５の他端側にて外部との
電気的な導通が取られる。
【０００４】
ケース１０６には、上蓋１０８が取り付けられるとともに、圧力導入孔１０９ａを有する下蓋１０９が取り付けられる。この下蓋１０９の圧力導入孔１０９から受圧室１１０に圧力が導入され、その導入された圧力を感圧素子部１０１が感知する。
なお、上蓋１０８、下蓋１０９、およびケース１０６は、樹脂で構成されており、上蓋１０８、下蓋１０９は、接着剤１１１にてケース１０６に接着固定される。また、セラミック基板１００も接着剤１１１にてケース１０６に接着固定される。このような接着固定により、受圧室１１０、および信号処理回路用ＩＣが形成された部屋（回路室）１１２を気密状態にする。なお、上蓋１０８に形成された、加熱硬化時のエア抜き孔１０８ａも接着剤１１１により、封止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
圧力導入孔から導入された測定媒体（空気）には、排気ガスや排気ガスが冷やされてできる酸性の凝縮水が混ざっている。そこで、上記した構成に示すように、圧力を感知する感圧素子部１０１と、信号処理を行う信号処理回路用ＩＣ１０２とを別々の部屋に設けることにより、受圧室１１０内の汚染環境から信号処理回路用ＩＣ１０２を保護することができる。
【０００６】
しかしながら、感圧素子部１０１と信号処理回路用ＩＣ１０２を別々の部屋に設け、かつそれらを気密状態に維持するためには、下蓋１０９とケース１０６の気密接着以外に、上蓋１０８とケース１０６の間、セラミック基板１００とケース１０６の間、および上蓋のエア抜き孔１０８ａをそれぞれ気密接着する必要があり、気密信頼性および構造の複雑化などの点で問題がある。
【０００７】
また、気密信頼性を向上できるものとして、特開平７−２４３９２６号公報には、メタルダイヤフラムを用い、このメタルダイヤフラムの変位をシリコンオイルで感圧素子部に伝達する構成のものが開示されているが、シリコンオイルを用いるとその熱膨張により圧力の検出精度が低下するという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みたもので、感圧素子部と信号処理回路用ＩＣを別々の部屋に設けなくても、信号処理回路用ＩＣを汚染環境から保護して圧力検出を行うことができ、しかも圧力検出を精度よく行うことができる圧力センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、モールドＩＣ（１）に信号処理回路用ＩＣ（１７）を内蔵するとともにこのモールドＩＣに感圧素子部（１０）を一体的に設け、感圧素子部に圧力を導入するための圧力導入孔（３０ａ）に連通された開口部（２０ａ）を有するケース（２０）の開口部内にモールドＩＣを固定し、ケースにインサート成形したターミナル（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）の一端をモールドＩＣの外部端子（２ａ、２ｂ、２ｃ）に電気的に導通した状態で固定し、ターミナルの他端からセンサ信号を出力する構成とするとともに、モールドＩＣの外部端子とターミナルの一端を、樹脂注型剤にて覆って圧力導入孔に連通された開口部の空間から隔離したことを特徴としている。
【０００９】
従って、信号処理回路用ＩＣをモールドＩＣに内蔵することによって、感圧素子部が配置される場所の汚染環境から信号処理回路用ＩＣを保護することができる。
また、感圧素子部と信号処理回路用ＩＣとの電気的接続は、具体的には、請求項２に記載の発明のように、リードフレーム（２）を用いて行うことができ、この場合、リードフレームにより外部端子を構成することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、モールドＩＣに開口部（３ａ）を形成し、この開口部内に感圧素子部を設置して、感圧素子部とリードフレームとをボンディングにより電気的に接続するようにすれば、感圧素子部とリードフレームとのボンディングを良好に行うことができる。
また、請求項４に記載の発明のように、リードフレームを４２アロイで構成し、モールドＩＣを熱硬化性樹脂にてモールドするようにすれば、それぞれの熱膨張係数を合わせることができるため、熱応力によりリードフレームがモールドＩＣから剥離するのを防止することができる。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明のように、モールドＩＣは、樹脂注型剤にて、樹脂ケースの開口部内に接着固定されるようにすることができる。請求項６に記載の発明においては、モールドＩＣ（１）に信号処理回路用ＩＣ（１７）を内蔵するとともにこのモールドＩＣに感圧素子部（１０）を一体的に設け、このモールドＩＣを樹脂で構成されたケース（２０）の開口部（２０ａ）内に樹脂注型剤を用いて接着固定し、さらにケースにインサート成形したターミナル（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）の一端をモールドＩＣの外部端子（２ａ、２ｂ、２ｃ）に電気的に導通した状態で固定し、ターミナルの他端からセンサ信号を出力する構成とするとともに、モールドＩＣの外部端子とターミナルの一端を、樹脂注型剤にて覆って圧力導入孔に連通された開口部の空間から隔離したことを特徴としている。
【００１２】
この発明においては、信号処理回路用ＩＣをモールドＩＣに内蔵することによって、感圧素子部が配置される場所の汚染環境から信号処理回路用ＩＣを保護することができるとともに、モールドＩＣの外部端子とターミナルの一端についても汚染環境から保護することができる。また、請求項７に記載の発明のように、感圧素子部に圧力を導入するための圧力導入孔（３０ａ）を有する蓋部（３０）をケースに設けるようにすれば、測定媒体を感圧素子部が配置される受圧室内に導入することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４に本発明の一実施形態である半導体式圧力センサの構成を示す。図１はその平面図、図２は図１中のＩＩ−ＩＩ断面図、図３は図１に示すモールドＩＣ１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４は図１中のＩＶ−ＩＶ断面図である。
本実施形態に係る半導体式圧力センサは、自動車用の吸気圧センサとして用いられるもので、ケース２０内にモールドＩＣ１を収納して構成されている。
【００１４】
モールドＩＣ１は、４２アロイで構成されたリードフレーム２を、フィラー入りのエポキシ樹脂によりモールドして形成されている。このモールドＩＣ１における樹脂のモールド部材３には、開口部３ａが形成されており、この開口部３ａ内に、圧力を感知する感圧素子部（センシング部）１０が載置されている。
感圧素子部１０は、図３、図４に示すように、シリコン基板にて構成されるセンサチップ１１と、このセンサチップ１１と陽極接合されたガラス台座１３から構成されている。センサチップ１１には、圧力を受けて変位するダイヤフラム１１ａが形成され、またその表面にはダイヤフラム１１ａの変位に応じて抵抗値が変化する拡散ゲージ１２が形成されている。そして、センサチップ１１とガラス台座１３の間には基準圧力室が形成され、ダイヤフラム１１ａは、表面にかかる圧力と基準圧力室の圧力の差圧に応じて変位する。
【００１５】
上記した感圧素子部１０は、樹脂接着剤１４により開口部３ａ内のモールド部材３上に接着固定されている。また、感圧素子部１０の周囲および感圧素子部１０上には有機系のゲル状保護材１５が塗布されており、センサチップ１１を汚染から保護するとともに、リードフレーム２同士を電気的に絶縁している。また、ゲル状保護材１５が塗布されていないボンディングワイヤ１６には有機蒸着膜（図示しない）が形成されており、ボンディングワイヤ１６同士を電気的に絶縁している。
【００１６】
センサチップ１１の表面に形成された拡散ゲージ１２は、センサチップ１１上に形成された図示しないＡｌ薄膜による配線パターン、およびボンディングワイヤ１６により、リードフレーム２に電気的に接続されている。その電気信号は、図４に示すように、モールドＩＣ１内のリードフレーム２上に設けられた信号処理回路用ＩＣ１７に入力され、センサ信号として出力される。また、信号処理回路用ＩＣ１７は、リードフレーム２により構成された３つの外部端子２ａ、２ｂ、２ｃと電気的に接続されている。外部端子２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ信号処理回路用ＩＣ１７の電源端子、接地端子、およびセンサ信号出力端子を構成している。
【００１７】
ケース２０は、樹脂、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）で構成されている。このケース２０は、図２に示すように、モールドＩＣ１を収納する開口部２０ａおよびコネクタ部２０ｂを有している。このケース２０内には、銅で構成された３つのターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃがインサート成形されており、ターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの一端は、溶接により外部端子２ａ、２ｂ、２ｃに電気的に導通した状態でそれぞれ固定されている。また、ターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれの他端は、コネクタ部２０ｂ内に露出しており、その露出した部分にて外部との電気的な導通が取られる。
【００１８】
モールドＩＣ１は、樹脂注型剤（ポッティング剤）４にてケース２０の開口部２０ａ内に固定されている。この場合、樹脂注型剤４にて外部端子２ａ、２ｂ、２ｃ、ターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃを覆うようにしているため、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃとモールド部材３の間から水等がモールドＩＣ１内に侵入するのを防止することができ、またターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの腐食を防止して、電気的なリークがないようにしている。
【００１９】
また、ケース２０にモールドＩＣ１が装着された後、ケース２０には、図５に示すように、蓋部３０が取り付けられる。この蓋部３０は、モールドＩＣ１内の受圧室２２に圧力を導入するための圧力導入孔３０ａを有している。なお、蓋部３０は、接着剤３１によってケース２０に接着固定され、受圧室２２を外部からシールする。また、圧力導入孔３０ａは、図示しないゴムホースを介してサージタンクに接続される。
【００２０】
上記した構成によれば、蓋部３０の圧力導入孔３０ａを介して受圧室２２内に導入された測定媒体（空気）の圧力が感圧素子部１にて感知される。この感圧素子部１からの電気信号は、ボンディングワイヤ１６およびリードフレーム２を介して信号処理回路用ＩＣ１７に入力される。そして、この信号処理回路用ＩＣ１７にて増幅され、外部端子およびターミナルから外部にセンサ信号として出力される。
【００２１】
なお、受圧室２２内には、従来技術の欄で述べたように、汚染環境に曝されているが、信号処理回路用ＩＣ１７はモールドＩＣ１に内蔵されているため、信号処理回路用ＩＣ１７を受圧室２２内に設けても受圧室２２内の汚染環境から信号処理回路用ＩＣ１７を保護することができる。また、モールドＩＣ１の外部端子２ａ、２ｂ、２ｃとターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃを樹脂注型剤４にて覆っているため、それらについても受圧室２２内の汚染環境から保護することができる。
【００２２】
また、モールドＩＣ１をケース２０内に収納固定しているため、蓋部３０とケース２０間を気密接着するのみで受圧室２２内を気密に保持することができ、簡素な構成で気密信頼性を向上させることができる。
また、モールド部材３として熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂）を用いているため耐汚染性に強く、またフィラー入りのエポキシ樹脂の熱膨張係数が１４ｐｐｍでリードフレーム２の構成材料である４２アロイの熱膨張係数４ｐｐｍと比較的近いため、熱応力によりモールド部材３とリードフレーム２間が剥離するのを防止することができる。
【００２３】
従って、上記した実施形態によれば、受圧室２２内が汚染環境に曝される状況にあっても信号処理回路用ＩＣ１７、および信号処理回路用ＩＣ１７から外部に信号伝達する信号線部分（外部端子２ａ、２ｂ、２ｃとターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）を汚染環境から保護することができ、またモールドＩＣ１をケース２０内に収納する構造であるので、従来技術のように気密接着剤を多くの箇所に用いることなく構成することができる。
【００２４】
なお、本発明は上記した種々の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で適宜変更が可能である。例えば、モールドＩＣ１、ケース２０の構成材料としては、上記した実施形態以外の他の材料を用いることができる。
また、外部端子２ａ、２ｂ、２ｃとターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれの固定は、溶接以外に、半田、かしめ等を用いることができる。
【００２５】
また、リードフレーム２とターミナル２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、上記実施形態に示したような異種の金属でも、あるいは銅等の同種の金属でもよい。この場合、信号処理回路用ＩＣ１７からコネクタ部２０ｂ内に信号伝達する信号線手段を１つの材料にて構成するようにしてもよい。
さらに、感圧素子部１０は、このモールドＩＣ１の開口部３ａ内になくても一体的に設けられていればよく、例えばモールドＩＣ１の上面を平坦化し、その上に感圧素子部１０を乗せるような構成であってもよい。但し、リードフレーム２にワイヤボンディングすることを考えれば、上記実施形態のように開口部３ａ内に感圧素子部１０を配置する構成の方が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す半導体式圧力センサの平面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１に示すモールドＩＣのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図１中のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】ケース２０に蓋部３０を取り付けた状態を示す断面図である。
【図６】従来の半導体式圧力センサの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…モールドＩＣ、２…リードフレーム、２ａ、２ｂ、２ｃ…外部端子、
３…モールド部材、４…樹脂注型剤、１０…感圧素子部、
１６…ボンディングワイヤ、１７…信号処理回路用ＩＣ、２０…ケース、
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…ターミナル、３０…蓋部。

Claims

信号処理回路用ＩＣ（１７）を内蔵するとともに外部端子（２ａ、２ｂ、２ｃ）を有するモールドＩＣ（１）と、このモールドＩＣに一体的に設けられ圧力を感知する感圧素子部（１０）とを備え、前記信号処理回路用ＩＣと前記感圧素子部は電気的に接続され、前記信号処理回路用ＩＣは、前記圧力に応じたセンサ信号を前記外部端子から出力するように構成されており、さらに前記感圧素子部に圧力を導入するための圧力導入孔（３０ａ）に連通された開口部（２０ａ）を有するケース（２０）と、このケースにインサート成形して取り付けられたターミナル（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）とを備え、前記モールドＩＣは、前記開口部内に固定されており、前記ターミナルの一端は、前記モールドＩＣの外部端子に電気的に導通した状態で固定され、前記ターミナルの他端は、外部と電気的な導通を図るために前記ケース外に露出しており、前記モールドＩＣの外部端子と前記ターミナルの一端は、樹脂注型剤にて覆われて前記圧力導入孔に連通された前記開口部の空間から隔離されていることを特徴とする圧力センサ。
前記モールドＩＣ内には、前記感圧素子部と前記信号処理回路用ＩＣを電気的に接続しかつ前記外部端子を構成するリードフレーム（２）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
前記モールドＩＣには、前記リードフレームの一部が露出するように開口部（３ａ）が形成されており、この開口部内に前記感圧素子部が設置され、前記感圧素子部と前記露出したリードフレームの一部とがボンディングにより電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
前記リードフレームは４２アロイで構成されており、前記モールドＩＣは熱硬化性樹脂にてモールドされていることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧力センサ。
前記ケースは樹脂で構成されており、前記モールドＩＣは樹脂注型剤（４）にて前記ケースの開口部内に接着固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の圧力センサ。
信号処理回路用ＩＣ（１７）を樹脂でモールドしてなるとともに外部端子（２ａ、２ｂ、２ｃ）を有するモールドＩＣ（１）と、このモールドＩＣに一体的に設けられ圧力を感知する感圧素子部（１０）とを備え、前記信号処理回路用ＩＣと前記感圧素子部は電気的に接続され、前記信号処理回路用ＩＣは、前記圧力に応じたセンサ信号を前記外部端子から出力するように構成されており、さらに前記感圧素子部に圧力を導入するための圧力導入孔（３０ａ）に連通された開口部（２０ａ）を有する樹脂で構成されたケース（２０）と、このケースにインサート成形して取り付けられたターミナル（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）とを備え、前記モールドＩＣは、樹脂注型剤（４）にて前記ケースの開口部内に接着固定されており、前記ターミナルの一端は、前記モールドＩＣの外部端子に電気的に導通した状態で固定され、前記ターミナルの他端は、外部と電気的な導通を図るために前記ケース外に露出しており、前記モールドＩＣの外部端子と前記ターミナルの一端は、樹脂注型剤にて覆われて前記圧力導入孔に連通された前記開口部の空間から隔離されていることを特徴とする圧力センサ。
前記ケースには、前記圧力導入孔（３０ａ）を有する蓋部（３０）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の圧力センサ。