JPH09178591A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体圧力センサの小型軽量化, 低コスト化を
図り, 低温環境下における信頼性を向上させること。 【解決手段】半導体圧力センサ100 は, 圧力を検出し,
電気信号に変換するセンサユニット3,端部2aがセンサユ
ニット3 の出力リード3bと溶接されたターミナル2,上下
方向に開口したワク部1d, ワク部1dの内側面よりその中
心方向に突出して設けられその上部端面1b上にセンサユ
ニット3 が接着固定された圧力導入パイプ1a, ターミナ
ル2 が設けられたコネクタ部1f, 突出部4bが設けられた
カバー4,外部圧力を導入するための圧力導入ポート部5a
が設けられたカバー5 等より構成され, センサユニット
3 の周囲にはポッティング剤8 が配され, 圧力導入ポー
ト部5aと圧力導入パイプ1aとの間に圧力室9 が形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車の吸
入空気圧や大気圧などの検出に用いられる半導体圧力セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体圧力センサでは、圧力を電
気信号に変換するセンサユニットの出力端子を回路基板
にはんだ付けし、回路基板上に中継端子としてのリード
を設け、その一端を回路基板にはんだ付けし、他端をケ
ースに貫通させた構成（特公平４−７８０２７号公報）
や、センサチップとターミナル端子とをワイヤボンディ
ングにより電気的に接続した構成（特開平５−２４０７
２３号公報）などが知られている。これら半導体圧力セ
ンサでは、圧力導入パイプを介してセンサユニット或い
はセンサチップで検出した外部圧力を電気信号に変換
し、その電気信号をリード或いはターミナル端子を介し
て外部に出力している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
４−７８０２７号公報に開示されている技術では、リー
ドを介してセンサユニットと外部とを電気的に接続する
構成であるために、部品点数が多くなり、半導体圧力セ
ンサの大型化、コスト高をまねき、加えてセンサユニッ
トとリードとを回路基板にはんだ付けするために、はん
だ付けの箇所も多くなり、組付けの効率がよくないとい
う問題がある。特開平５−２４０７２３号公報に開示さ
れている技術においても、ワイヤボンディングによりセ
ンサチップとターミナル端子とを電気的に接続する構成
であるため、センサチップとターミナル端子とを直接接
続する場合に比較して接続箇所が多くなり、製造の効率
がよくない。また、センサユニットが金属ケースタイプ
で、圧力導入パイプが金属から成る場合は、圧力導入パ
イプ内が結露し、例えば−２０℃以下の低温環境下で氷
結するという問題が発生し、外部圧力を正常に測定でき
なかったり、半導体圧力センサのシリコンダイヤフラム
を破損させるなどの問題が生じていた。従って、本発明
の目的は、上記課題に鑑み、部品点数が少なく、小型軽
量、低コストで、製造効率のよい半導体圧力センサを提
供すると同時に、センサ内の結露を防止し、低温環境下
においても正常に外部圧力を測定できる信頼性の高い半
導体圧力センサを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１に記載の手段を採用することができる。こ
の手段によると、対向する２方向に開口部を有した枠状
のハウジングの内側面から突出して開口部方向に筒状の
圧力導入部を形成し、その一方の端面上にセンサユニッ
トを固設する。このハウジングに隣接してコネクタ部を
設け、コネクタ部を貫通してターミナルを、その一方の
端部がハウジング内に突出してセンサユニットのリード
に近接するように設ける。続いてセンサユニットのリー
ドとターミナルの端部とを直接電気的に接続する。そし
てハウジングのセンサユニット側の開口部を第一のカバ
ーで覆う。これにより、ターミナルとリードとの電気的
接続を直接行うことができるため、ターミナルとリード
との間に回路基板や中継端子等を介する必要がなく、半
導体圧力センサの部品点数を削減することができる。ま
た電気的接続箇所も削減できるため、半導体圧力センサ
の製造効率を向上できる。

【０００５】また、請求項２に記載の手段によれば、筒
状のポート部を有する第二のカバーでハウジングの他方
の開口部を覆うことにより、半導体圧力センサ内の結露
を効果的に防止することができる。

【０００６】請求項３に記載の手段によれば、コネクタ
部とハウジングとを一体的に形成することで、コネクタ
部とハウジングとの組付けに要する部品や組付け工数を
削減でき、半導体圧力センサの小型軽量化、低コスト化
に効果的である。

【０００７】請求項４に記載の手段によれば、ターミナ
ルとセンサユニットのリードとの電気的接続をはんだ付
けや溶接により行う。これにより、ターミナルとリード
との電気的接続を確実に行うことができる。

【０００８】請求項５に記載の手段によれば、ターミナ
ルの端部を薄肉化することにより、センサユニットの変
位や歪みをリードを介してターミナルの端部で受け、端
部の弾性変形によりセンサユニットの変位や歪みを吸収
することができる。

【０００９】請求項６に記載の手段によれば、ハウジン
グと第一のカバーとで囲まれた空間内に樹脂材を注入
し、センサユニットやリードなどの金属で形成された部
位を樹脂材にて被覆する。これにより、それら部位の気
密性を確保することができ、結露を防止できる。

【００１０】請求項７に記載の手段によれば、ハウジン
グ、第一のカバー、及び第二のカバーで囲まれた空間内
に樹脂材を注入し、圧力導入部とポート部との間に圧力
空間を形成する。これにより、外部からの水などの浸入
を圧力空間で阻止できるため、半導体圧力センサ内の結
露の防止をより効果的に行うことができ、低温環境下に
おける氷結によるセンサチップの破損を防止することが
できる。

【００１１】請求項８に記載の手段によれば、第一のカ
バーまたはハウジングに、第一のカバーとハウジングと
で囲まれた空間内に突出する第一の突出部を設ける。こ
れにより、注入された樹脂材の接触面積を増加させるこ
とができ、樹脂材の密着性を向上できる。

【００１２】請求項９に記載の手段によれば、接着剤ま
たはゴムパッキンを用いてハウジングと第一のカバーま
たは第二のカバーとの間をシールする。これにより、ハ
ウジングと第一のカバーまたは第二のカバーとの間を効
果的にシールできる。

【００１３】請求項１０に記載の手段によれば、係合手
段によりハウジングと第一のカバーまたは第二のカバー
とを係合する。これにより、ハウジングと第一のカバー
または第二のカバーとの間のシールをより効果的に行う
ことができる。

【００１４】請求項１１に記載の手段によれば、接着剤
またはゴムパッキンを用いてセンサユニットと圧力導入
部との間をシールする。これにより、センサユニットと
圧力導入部との間を効果的にシールできる。

【００１５】請求項１２に記載の手段によれば、第一の
カバーに第二の突出部を設け、この第二の突出部でセン
サユニットを圧力導入部の端面側に押圧する。これによ
り、センサユニットと圧力導入部との間のシールをより
効果的に行うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第一実施例）以下、本発明を具体的な実施例に基づい
て説明する。図１は、本発明に係わる第一実施例の構成
を示した模式的断面図である。半導体圧力センサ１００
は、圧力を検出し、電気信号に変換するセンサユニット
３と、センサユニット３と外部との電気的接続を行うタ
ーミナル２と、センサユニット３を載置し、ターミナル
２が設けられたコネクタ本体１と、ケーシングとしての
カバー４（第一のカバーに相当）及びカバー５（第二の
カバーに相当）などから構成されている。センサユニッ
ト３は、金属製のケース３ａ内にダイヤフラム型の半導
体センサチップ（図示せず）が内設されている。またセ
ンサユニット３の下端には、半導体センサチップと電気
的に接続された出力リード３ｂ（リードに相当）が設け
られている。ターミナル２は真鍮などの金属より成り、
コネクタ本体１のコネクタ部１ｆを貫通して設けられ、
肉厚が薄く形成された一方の端部２ａがセンサユニット
３の出力リード３ｂと溶接されている。ターミナル２の
他方の端部２ｂは、コネクタ部１ｆ内に突出して設けら
れ、外部コネクタ（図示せず）と電気的に接続される。

【００１７】コネクタ本体１は、樹脂材より成り、外部
コネクタとの電気的接続を行うコネクタ部１ｆと、上下
方向に開口して形成されたワク部１ｄ（ハウジングに相
当）と、ワク部１ｄからワク部１ｄの中心方向に突出し
て形成され、外部圧力を導入する圧力導入パイプ１ａ
（圧力導入部に相当）などより構成されている。圧力導
入パイプ１ａの上部端面１ｂ（一方の端面に相当）上に
はセンサユニット３が載置され、接着剤にて固定されて
いる。ワク部１ｄの上端部には、ゴム製のパッキン６を
介してカバー４との間のシール性を高めるために、突起
状の押さえ部１ｃが周設されている。またワク部１ｄの
下端部には、カバー５を取り付けるための溝部１ｅが設
けられている。このコネクタ本体１の斜視図を図４に示
すが、ワク部１ｄの外側面にはカバー４との係合を可能
とする係合手段としての一対の溝１ｇ及び突起１ｈが設
けられている。

【００１８】ワク部１ｄの上方から組付けられるカバー
４は、樹脂材より成り、穴４ａが形成されている。ま
た、カバー４は、センサユニット３の周囲のポッティン
グ剤８（樹脂材に相当）の量を少なくし、ポッティング
剤８との接触面積を拡大して密着力を向上させるため
に、突出部４ｂ（第一の突出部に相当）が設けられてい
る。カバー４の斜視図を図５に示すが、カバー４の側面
にはツバ突出部４ｃが設けられており、このツバ突出部
４ｃにはコネクタ本体１の突起１ｈとの係合を可能とす
る穴部４ｄが設けられている。尚、ツバ突出部４ｃ及び
穴部４ｄは、係合手段に相当する。

【００１９】ワク部１ｄの下方より組付けられるカバー
５は、樹脂材より成り、外部圧力を内部に導入するため
の圧力導入ポート部５ａ（ポート部に相当）が下向きに
設けられている。またコネクタ本体１の溝部１ｅと接続
するための突起５ｂが上向きに設けられ、樹脂材より成
る接着剤７を介して突起５ｂと溝部１ｅとが接着され
る。ワク部１ｄとカバー４、５とで囲まれた空間内にお
いて圧力導入パイプ１ａの下端より上側の空間には、樹
脂材より成るポッティング剤８が注入されている。また
圧力導入パイプ１ａの下端と圧力導入ポート部５ａとの
間に、圧力室９（圧力空間に相当）が形成されている。

【００２０】上記構成より成る半導体圧力センサ１００
の組付け方法について説明する。まず、センサユニット
３を圧力導入パイプ１ａの上部端面１ｂ上に接着剤にて
固定する。次に、センサユニット３の出力リード３ｂと
ターミナル２の端部２ａとを溶接し、電気的に接続す
る。続いてパッキン６が設けられたカバー４のツバ突出
部４ｃを、溝１ｇを案内としてコネクタ本体１に取付
け、穴部４ｄを突起１ｈに係止し、パッキン６を圧縮し
てカバー４とコネクタ本体１との接続部の気密を確保す
る。そしてワク部１ｄとカバー４とで囲まれた空間内に
ポッティング剤８を、圧力導入パイプ１ａの下端に達し
ない程度に注入する。この後、コネクタ本体１の溝部１
ｅにカバー５の突起５ｂを挿入し、接着剤７を介して突
起部５ｂを接着固定する。そしてポッティング剤８を加
熱して硬化させることにより、半導体圧力センサ１００
の組付けが完了する。

【００２１】この半導体圧力センサ１００では、圧力導
入ポート部５ａより導入した空気などの圧力媒体の圧力
変化を、半導体センサチップにより抵抗変化に変換し、
これをセンサチップ内の増幅回路で増幅して出力リード
３ｂを介してターミナル２に導出する。そしてターミナ
ル２からの電気信号に基づいて圧力媒体の圧力が検出さ
れる。

【００２２】このような構成とすることにより、センサ
ユニット３の出力リード３ｂとターミナル２とが溶接に
より直接に接続されているため、回路基板やリードなど
の中継端子を必要とせず、部品点数を削減でき、半導体
圧力センサ１００の小型軽量化、低コスト化を実現でき
る。また電気的接続箇所を削減できるため、組付けの効
率が向上し、より低コスト化を実現できる。さらに上下
方向での組付けが可能であるために、組付けの自動化が
容易である。加えてセンサユニット３の周囲にはポッテ
ィング剤８が配されて気密性が確保される。この気密性
は、カバー４に設けられた突出部４ｂによってポッティ
ング剤８の接触面積が大きくなって密着性が向上するた
めに、より良好になる。また、圧力導入パイプ１ａと圧
力導入ポート部５ａとの間に、大容積の圧力室９が設け
られているため、外部から水などがセンサユニット３内
に到達することがなく、センサユニット３内の結露を防
止でき、低温環境下においても氷結によるダイヤフラム
の破損等の不具合を防止でき、信頼性の高い半導体圧力
センサを実現ができる。

【００２３】尚、上記実施例では圧力導入パイプ１ａと
圧力導入ポート部５ａとの間に圧力室９を設けた構成と
したが、この圧力室９内にフィルタを設けた構成として
もよい。これにより、水などが半導体センサチップに到
達することをより確実に防止することができる。上記実
施例では出力リード３ｂとターミナル２の端部２ａとを
溶接により電気的に接続する構成としたが、はんだ付け
やワイヤボンディングなど他の方法を用いて出力リード
３ｂとターミナル２とを電気的に接続してもよい。また
上記実施例ではパッキン６を介してカバー４とコネクタ
本体１との間のシールを行う構成としたが、接着剤を用
いてカバー４とコネクタ本体１との間をシールしてもよ
い。本実施例では、カバー５とコネクタ本体１とを接着
により固定しているが、パッキンを介してカバー５とコ
ネクタ本体１とを係合させてもよい。

【００２４】本実施例では、カバー４の穴部４ｄとコネ
クタ本体１の突起１ｈとを係合させる構成としたが、カ
バー４に突起を設け、コネクタ本体１に穴を設けて係合
させてもよい。また本実施例ではカバー４にツバ突出部
４ｃを設けたが、コネクタ本体１にツバ突出部を設けた
構成としてもよい。本実施例では、カバー４に突出部４
ｂを設けたが、ワク部１ｄに突出部を設けけた構成とし
てもよい。また本実施例では、ハウジングとして上下方
向に開口した枠形状のワク部１ｄを設けた構成とした
が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、
上下方向と一部側面方向の３方向に開口したハウジング
を設け、カバーがハウジングの上下方向と側面方向とを
覆う構成としてもよく、本発明では１つ以上の開口部を
有したハウジングであれば、その形状を限定しない。
尚、本実施例では、コネクタ部１ｆとワク部１ｄとが樹
脂材にて一体的に形成される構成としたが、別々に形成
されたコネクタ部１ｆとワク部１ｄとを接続する構成と
してもよい。

【００２５】（第二実施例）図２は、本発明に係わる第
二実施例の構成を示した模式的断面図である。本実施例
の特徴は、半導体圧力センサ１０１においてセンサユニ
ット３０と圧力導入パイプ１０ａの上部端面１０ｂとの
気密性の確保のために、ゴムパッキン２６を用いた点で
ある。センサユニット３０は、圧力導入孔２１ｃが形成
された金属製のステム２１、圧力を検出するセンサチッ
プ２２、センサチップ２２を載置するガラス台座２３、
電気信号を外部に入出力するピン２１ａ、ピン２１ａと
センサチップ２２とを電気的に接続するワイヤボンド線
２５、ステム２１に溶接により固定された金属製のキャ
ップ２４などより構成されている。センサチップ２２
は、圧力変換用の抵抗、増幅回路、及び外部ノイズ除去
回路等を内蔵し、キャップ２４とステム２１とを溶接す
る際に生じる機械的な歪み、及びステム２１からの熱歪
みをなくすためのガラス台座２３と陽極接合されてい
る。このガラス台座２３は、ステム２１上にはんだ付け
により接合されている。ピン２１ａは、ガラス２１ｂに
よりハーメチックシールされ、ステム２１に貫通して設
けられている。ピン２１ａの上端は、ワイヤボンド線２
５を介してセンサチップ２２と電気的に接続され、その
下端はターミナル２の端部２ａとはんだ付けされてい
る。

【００２６】上記構成から成るセンサユニット３０をゴ
ムパッキン２６を介して圧力導入パイプ１０ａの上部端
面１０ｂ上に載置し、カバー４１を取り付け、下方に加
圧する。これにより、センサユニット３０のキャップ２
４の縁部がカバー４１の突出部４１ｂ（第二の突出部に
相当）で下方に加圧されるため、ゴムパッキン２６が圧
縮される。このようにしてステム２１の下面と上部端面
１０ｂとの気密性を十分に確保することができると同時
に、パッキン６によりカバー４１とコネクタ本体１０と
の接続部の気密性を確保することができる。そしてコネ
クタ本体１０とカバー４１とで囲まれた空間内の、圧力
導入パイプ１０ａの下端と圧力導入ポート部５０ａの上
端との間に圧力室９が形成される程度にポッティング剤
８を注入し、コネクタ本体１０に設けられた突起部１０
ｅと、カバー５０に形成された溝部５０ｂとを接着剤７
を介して接続する。半導体圧力センサ１０１をこのよう
な構成とすることにより、第一実施例と同等の効果を得
ることができる。

【００２７】（第三実施例）図３は本発明に係わる第三
実施例の構成を示した模式的断面図である。本実施例の
特徴は、半導体圧力センサ１０２においてコネクタ本体
４０の圧力導入パイプ４０ａをワク部４０ｄの外に突出
するように設け、ワク部４０ｄの下側にカバーを設けな
い構成とした点である。図３に示されるように半導体圧
力センサ１０２は圧力室を有しない構成であるが、圧力
導入パイプ４０ａが十分に長く形成されているために、
第一及び第二実施例と同等の効果を得ることができる。
また、ワク部４０ｄの下側にカバーを設けないことで、
第一及び第二実施例に比べて部品点数を削減できるた
め、半導体圧力センサ１０２のより小型軽量化、低コス
ト化、組付けの効率化を実現することができる。

【００２８】上記に示されるように、本発明によれば、
ターミナルとセンサユニットの出力リードとを近接して
設け、直接溶接により電気的接続することにより、中継
端子や回路基板を必要としないため、部品点数並びに電
気的接続箇所を削減でき、半導体圧力センサの小型軽量
化、低コスト化を実現できる。またセンサユニットの周
囲にポッティング剤を注入することにより、気密性を確
保できセンサユニット内の結露の発生を防止できる。圧
力導入ポートと圧力導入パイプとの間に圧力室を形成す
れば、水等のセンサユニット内への浸入を圧力室で阻止
でき、センサユニット内の結露の発生を効果的に防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる第一実施例の構成を示した模式
的断面図。

【図２】本発明に係わる第二実施例の構成を示した模式
的断面図。

【図３】本発明に係わる第三実施例の構成を示した模式
的断面図。

【図４】コネクタ本体の構成を示した斜視図。

【図５】カバーの構成を示した斜視図。

【符号の説明】

１ コネクタ本体 １ａ 圧力導入パイプ １ｂ 上部端面 １ｃ 押さえ部 １ｄ ワク部 １ｅ 溝部 １ｆ コネクタ部 １ｇ 溝 １ｈ 突起 ２ ターミナル ２ａ、２ｂ 端部 ３ センサユニット ３ａ ケース ３ｂ 出力リード ４、５ カバー ４ａ 穴 ４ｂ 突出部 ４ｃ ツバ突出部 ４ｄ 穴部 ５ａ 圧力導入ポート部 ５ｂ 突起 ６ パッキン ７ 接着剤 ８ ポッティング剤 ９ 圧力室 １００ 半導体圧力センサ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つ以上の開口部を有し、内側面から突出
   して形成された筒状の圧力導入部が設けられたハウジン
   グと、 前記圧力導入部の一方の端面上に固設され、半導体セン
   サチップを内蔵し、外部との電気的接続のためのリード
   を有し、圧力媒体の圧力変化を電気信号に変換するセン
   サユニットと、 前記ハウジングに隣接して設けられ、前記センサユニッ
   トと外部との電気的接続のためのターミナルが貫通して
   設けられ、該ターミナルの一端が前記ハウジング内に突
   出して前記リードと近接して設けられたコネクタ部と、 少なくとも前記センサユニット側の前記開口部を塞ぐ第
   一のカバーとを備え、 前記ターミナルと前記リードとが直接電気的に接続され
   たことを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】圧力導入のための筒状のポート部を有する
   第二のカバーが設けられたことを特徴とする請求項１に
   記載の半導体圧力センサ。
3. 【請求項３】前記コネクタ部と前記ハウジングとが一体
   的に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記
   載の半導体圧力センサ。
4. 【請求項４】前記ターミナルの端部と前記センサユニッ
   トの前記リードとが溶接またははんんだ付けにより電気
   的に接続されたことを特徴とする請求項１または２に記
   載の半導体圧力センサ。
5. 【請求項５】前記ターミナルの前記端部が薄肉化された
   ことを特徴とする請求項４に記載の半導体圧力センサ。
6. 【請求項６】前記ハウジングと前記第一のカバーとで囲
   まれた空間内に樹脂材が注入され、 該空間内の金属で形成された部位が該樹脂材により被覆
   されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力セ
   ンサ。
7. 【請求項７】前記ハウジング、前記第一のカバー、及び
   前記第二のカバーで囲まれた空間内の、前記圧力導入部
   と前記ポート部との間を除く領域に樹脂材が注入され、
   該空間内の金属で形成された部位が該樹脂材により被覆
   され、前記圧力導入部と前記ポート部との間の領域に該
   樹脂材が注入されていない圧力空間が形成され、該圧力
   空間を介して前記圧力導入部と前記ポート部とが連通さ
   れたことを特徴とする請求項２に記載の半導体圧力セン
   サ。
8. 【請求項８】前記第一のカバーまたは前記ハウジングに
   は前記空間内に突出する第一の突出部が形成されたこと
   を特徴とする請求項６または７に記載の半導体圧力セン
   サ。
9. 【請求項９】前記ハウジングと前記第一のカバーまたは
   前記第二のカバーとの間が、接着剤またはゴムパッキン
   を介してシールされたことを特徴とする請求項１に記載
   の半導体圧力センサ。
10. 【請求項１０】前記ハウジングと前記第一のカバーまた
    は前記第二のカバーとを係合する係合手段が設けられた
    ことを特徴とする請求項９に記載の半導体圧力センサ。
11. 【請求項１１】前記センサユニットと前記圧力導入部と
    の間が、接着剤またはゴムパッキンを介してシールされ
    たことを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力セン
    サ。
12. 【請求項１２】前記第一のカバーは、前記センサユニッ
    トを前記圧力導入部の前記端面側に押圧する第二の突出
    部が設けられたことを特徴とする請求項１１に記載の半
    導体圧力センサ。