JP6293562B2

JP6293562B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP6293562B2
Application number: JP2014085260A
Authority: JP
Inventors: 倫久青山; 伊藤　寛; 寛伊藤; 元桐向井
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: CN105004468B; US20150300900A1; US9891128B2; CN105004468A; JP2015206602A

Description

本発明は、半導体形圧力検出装置を備えた圧力センサに関する。

この種の圧力センサは、冷凍冷蔵装置や空調装置に装備されて冷媒圧力を検知したり、産業用機器に装備されて各種の流体圧力の検知に使用されている。
半導体形圧力検出装置は、ダイアフラムで区画されてオイルが封入された受圧室内に配置され、受圧空間内の圧力変化を電気信号に変換して外部に出力する機能を備える。ダイアフラムは可撓性の金属板であって、半導体形圧力検出素子との間で電位差が発生したり、封入されたオイルが静電気を帯びたりすると、半導体形圧力検出素子に不具合が生ずる場合がある。

そこで、半導体形圧力検出素子とダイアフラムとの間に導電性部材を配置して、この導電性部材を電気回路のゼロ電位に接続することで除電を図るものが、下記の特許文献に開示されている。

特開２００３−３０２３００号公報

特許文献１記載の技術では、半導体形圧力検出素子とダイアフラムとの間に導電性部材（除電板）を配置するため、受圧空間の高さ寸法が大きくなる懸念がある。また除電板の構造も複雑である。本発明の目的は、除電板を不要とし、簡素化された圧力検出センサを提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の圧力センサは、少なくともデジタル回路部と、該デジタル回路部に接続するための複数の調整用端子及びアース端子とを具備する圧力検出素子と、前記圧力検出素子を設けるベースと、流体の圧力を受圧するダイアフラムとを備えており、前記ベースと前記ダイアフラムとの間に絶縁性媒質を封入する受圧空間を形成し、該受圧空間内に前記圧力検出素子を設け、更に、前記圧力検出素子の前記調整用端子の夫々と電気的に接続される調整用リードピンと、電気回路のゼロ電位と接続される１つのアース端子用リードピンとを備え、前記各リードピンが前記ベースに植設され、前記調整用リードピンのうち少なくとも１つが、前記アース端子用リードピンと電気的に接続されることを特徴とする。

より具体的に、本発明の圧力センサは、基板を具備し、前記調整用リードピンのうち少なくとも１つと前記アース端子用リードピンとが前記基板上において電気的に接続されることを特徴とする。また、前記複数の調整用リードピンのうちの１つの調整用リードピンが、前記アース端子用リードピンと電気的に接続されることを特徴とする。また、前記複数の調整用リードピンのうち２つの調整用リードピンが、前記アース端子用リードピンと電気的に接続されることを特徴とする。また、前記複数の調整用リードピンの全てが、前記アース端子用リードピンと電気的に接続されることを特徴とする。

本発明の構成を採用することによって、除電板を不要とした簡単な構成で、かつ静電気等の電磁気的ノイズに対する耐性に富んだ信頼性の高い圧力センサを提供することができる。

本発明の実施例における圧力センサの縦断面図である。図１に示す圧力センサのＡ−Ａ面における矢視図であり、（ａ）調整用リードピン３本全てをアース端子用リードピンに接続する態様、（ｂ）調整用リードピン２本をアース端子用リードピンに接続する態様、（ｃ）調整用リードピン１本のみをアース端子用リードピンに接続する態様を示す。本発明の圧力センサの電気的構成を示す回路図である。

図１に示すように、圧力センサ１は段付の円筒形状のカバー３５を有し、カバー３５の大径の開口部には、後述する圧力検出素子２１を具備するベース２３、図示されない流体流入管が接続される流体流入部２２を支持する受け部材２４、ベース２３及び受け部材２４によりその外周部が挟持されたダイアフラム２５等より成る半導体形圧力検出装置２が取り付けられる。
皿状のベース２３とダイアフラム２５で区画される受圧空間２６にはオイル等の絶縁性の液状媒質が充填される。ボール２８は、ベース２３に形成された図示しない貫通孔を介して受圧空間２６内に液状媒質を充填した後に該孔を封止する為のものであり、ベース２３に溶接等の手段で固着される。
ベース２３の受圧空間２６側の中央部には圧力検出素子２１（圧力センサチップ即ちＩＣ）が取り付けられる。圧力検出素子２１は、本実施例においては８つのボンディングパッド（端子）を備え、そのうちの３つはセンサ信号用端子（電源入力端子、アース端子及び信号出力端子）であり、他の３つは信号調整用端子、残る２つはＥＰＲＯＭ書き込み用端子である。

圧力検出素子２１の周囲におけるベース２３にはボンディングパッドの数と同数の貫通孔２３ａが形成され、この貫通孔２３ａは、複数本（本実施例においては８本）のリードピンが挿通される。リードピンはベース２３に対してハーメチックシール２３ｂにより絶縁封止されて起立する。

複数のリードピンのうちの１つはアース端子用ピン３３Ａである。その他の７本の端子ピンと１本のアース端子用ピン３３Ａは配線基板３１に固定される。また、アース端子、信号出力端子及び電源入力端子に接続された３本のリードピン３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃは、コネクタ３４を介してリード線３２に連結される。リード線３２は電源入力用リード線と、信号出力用リード線と、アース用リード線とより成り、圧力センサ１が設置された冷凍冷蔵装置や空調装置等の制御盤内に設けられた図示されない電気回路に接続される。
圧力検出素子２１の各ボンディングパッドと、対応するリードピンとはボンディングワイヤで接続（結線）される。
上述の圧力検出装置２がカバー３５内に配置された後、カバー３５の小径の開口部側（リード線３２が導出される側）からカバー３５の内部の空間４１に樹脂が充填、固化され、同様に空間４２にも樹脂が充填され、カバー３５の図１における下方から圧力検出装置２が逸脱することが無いよう固定される。これによりカバー３５内に圧力検出装置２が固定される。

圧力検出素子２１は、例えば、ピエゾ素子であって、このピエゾ素子は、強誘電体の一種であって圧電素子とも呼ばれ、振動や圧力等の力が加わると電圧が発生し、逆に電圧が加えられると伸縮する。
流体流入部２２を介して導入される流体は加圧空間２７内に入り、その圧力でダイアフラム２５が変形し、受圧空間２６内の媒質を加圧する。
圧力検出素子２１はこの圧力変動を検知して電気信号に変換し、リードピンを介して電気信号を外部に出力する。

圧力検出素子２１は、図３に示すように、デジタル回路部２１ｊを有し、デジタル回路部２１ｊはＥＰＲＯＭ部２１ａを具備する。また、圧力検出素子２１は、センサ信号用端子と調整用端子とＥＰＲＯＭ書き込み用端子を具備する。センサ信号用端子は、電源入力用のＶｃｃ端子２１ｂと、信号出力用のＶｏｕｔ端子２１ｃと、グランドを取るためのアース端子２１ｄとから構成される。また、調整用端子は、シリアルデータ入出力のためのＤＳ端子２１ｅと、シフトレジスタ用クロック入力のためのＣＬＫ端子２１ｆと、調整用信号の有効無効を制御するためのＥ端子２１ｇとから構成される。ＥＰＲＯＭ書き込み用端子はコントロールゲート端子２１ｉと、ドレイン端子２１ｈとから構成される。

図２は、図１のＡ−Ａ面における矢視図である。圧力検出素子２１の夫々の端子は、ベース２３に形成された貫通孔２３ａを挿通する８本のリードピンとボンディングワイヤ２９を介して電気的に接続される。リードピンは、３本の出力用リードピンであるアース端子用リードピン３３Ａ、信号出力用リードピン３３Ｂ、電源入力用リードピン３３Ｃ（以上、この３本のリードピン３３Ａ〜３３Ｃを総じて出力用リードピンと称呼する）、同じく３本の調整用リードピンであるシリアルデータ入出力端子用リードピン３６Ａ、シフトレジスタ用クロック入力端子用リードピン３６Ｂ、イネーブル端子用リードピン３６Ｃ（以上、この３本のリードピン３６Ａ〜３６Ｃを総じて調整用リードピンと称呼する）、及び２本のＥＰＲＯＭ書き込み用リードピンであるＥＰＲＯＭドレイン用リードピン３７Ａ、ＥＰＲＯＭコントロールゲート用リードピン３７Ｂ（以上、この２本のリードピン３７Ａ、３７Ｂを総じてＥＰＲＯＭ書き込み用リードピンと称呼する）から構成される。出力用リードピンは、圧力検出素子２１で検出された圧力に応じた電圧信号を外部に出力するためのものであり、調整用リードピン及びＥＰＲＯＭ書き込み用リードピンは、上述のように、製造時の電圧補正用等に用いられるものである。

コネクタ３４はアース用リード線、電源入力用リード線、信号出力用リード線とで電気的に接続されたアース用接続端子３８Ａ、電源入力用接続端子３８Ｃ、信号出力用接続端子３８Ｂを備え、基板３１に取り付けられる。

また、出力用リードピン（３３Ａ〜３３Ｃ）、調整用リードピン（３６Ａ〜３６Ｃ）、及びＥＰＲＯＭ書き込み用リードピン（３７Ａ、３７Ｂ）は、上記調整用リードピン及びＥＰＲОＭ書き込み用リードピンを用いて製造時の電圧補正用等のＥＰＲОＭ２１ａ内へのデータ書込みが行われた後、各々の上端部が基板３１に固定される。基板３１の表面には、出力用リードピン３３Ａ〜３３Ｃを夫々接続し固定するための、金属箔からなる３つの配線パターン５０が形成される。３つの配線パターン５０は、各出力用リードピン３３Ａ〜３３Ｃと、コネクタ３４を介して基板３１に接続される３つの外部出力用リード線３２の各々とを接続するために形成されている。

図２（ａ）に示す実施形態において、金属箔５１は、調整用リードピン３６Ａ、３６Ｂ及び３６Ｃを基板３１に固定し、且つアース用接続端子３８Ａと電気的に接続するよう形成される。また、ＥＰＲＯＭ書き込み用リードピン（３７Ａ、３７Ｂ）は、基板３１に固定されるだけで、他のリードピン等には接続されずに絶縁されている。アース用接続端子３８Ａは、リード線３２を介して当該圧力センサ１が設置された冷凍冷蔵装置や空調装置等の制御盤内に設けられた電気回路のゼロ電位に接続されるものであり、即ち、図２（ａ）に示す構成は、圧力検出素子２１が具備する３つの調整用端子２１ｅ、２１ｆ、２１ｇの各々の端子のそれぞれをゼロ電位に接続することを可能とするものである。調整用端子２１ｅ〜２１ｇよりデジタル回路部２１ｊに入力された信号は適宜処理されて、書き込み用端子であるコントロールゲート端子２１ｉ及びドレイン端子２１ｈを介してＥＰＲＯＭ２１ａに書き込まれ、この書き込みの終了後、調整用端子２１ｅ〜２１ｇが基板３１に接続されて、該端子２１ｅ〜２１ｇがアース用接続端子３８Ａに接続されるが、その後、端子２１ｅ〜２１ｇに電位が加わっても、あるいは“０”電位となっても、ＥＰＲＯＭ２１ａに書き込まれたデータが消失することはない。従って、受圧空間２６に封入された絶縁性媒質が帯電しても、調整用リードピン３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃから金属箔５１を介してアース用接続端子３８Ａからリード線３２を介してその電位をゼロとすることができ、受圧空間２６内部を確実に除電することが可能となる。また、ＥＰＲＯＭ部２１ａに記憶されたデータが消失することもない。

上記本発明の実施例は、受圧空間２６内の帯電を効果的に除去して圧力検出素子２１及び圧力検出素子２１が備えるデジタル回路部２１ｊの作動不良をより確実に防止することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、実施例として図２（ａ）のように、調整用リードピン３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃから金属箔５１を介してアース用接続端子３８Ａに接続するよう構成するとして説明したが、図２（ｂ）に示すように調整用リードピン３６Ａ、３６Ｂの２本のみアース用接続端子３８Ａに接続してもよいし、図２（ｃ）に示すように調整用リードピン３６Ａの１本のみアース用接続端子３８Ａに接続してもよい。また、これらに限定せずに調整用リードピン３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃから少なくとも１本以上、任意に組み合わせてアース用接続端子３８Ａに接続する構成すれば、何れの組み合わせであっても何ら問題ない。また、ＥＰＲＯＭ書き込み用リードピン、及び調整用リードピンのうち、アース用接続端子３８Ａに接続する必要のないリードピンは、単に基板３１に固定されるものとして説明したが、これらのリードピンは基板３１に固定される必要は特にない。固定しない場合には、これらのリードピンに対応する基板の周縁部を切り欠くことで、低コスト化並びに省スペース化を図っても何ら問題ない。

１圧力センサ
２半導体形圧力検出装置
３コネクタ接続部
２０ａ〜２０ｈハーメチックシール
２１圧力検出素子
２１ａＥＰＲＯＭ（不揮発性メモリ）
２１ｂ電源入力端子
２１ｃ信号出力端子
２１ｄアース端子
２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ調整用端子
２１ｈ、２１ｉＥＰＲＯＭ書き込み用端子
２１ｊデジタル回路部
２２流体流入部
２３ベース
２３ａ貫通孔
２３ｂ環状角部
２４受け部材
２５ダイアフラム
２６受圧空間
２７加圧空間
２８ボール
２９ボンディングワイヤ
３１配線基板
３２リード線
３３Ａアース端子用リードピン
３３Ｂ信号出力用リードピン
３３Ｃ電源入力用リードピン
３４コネクタ
３５カバー
３５ａ環状段部
３６Ａシリアルデータ入出力端子用リードピン（調整用リードピン）
３６Ｂシフトレジスタ用クロック入力端子用リードピン（調整用リードピン）
３６Ｃイネーブル端子用リードピン（調整用リードピン）
３７ＡＥＰＲＯＭドレイン用リードピン
３７ＢＥＰＲＯＭコントロールゲート用リードピン
３８Ａアース用接続端子
３８Ｂ電源入力用接続端子
３８Ｃ信号出力用接続端子
４１空間
５０配線パターン
５１金属箔

Claims

少なくともデジタル回路部と、該デジタル回路部に接続するための複数の調整用端子及びアース端子とを具備する圧力検出素子と、前記圧力検出素子を設けるベースと、流体の圧力を受圧するダイアフラムとを備えており、
前記ベースと前記ダイアフラムとの間に絶縁性媒質を封入する受圧空間を形成し、該受圧空間内に前記圧力検出素子を設け、
更に、前記圧力検出素子の前記調整用端子の夫々と電気的に接続される調整用リードピンと、電気回路のゼロ電位と接続される１つのアース端子用リードピンとを備え、
前記各リードピンが前記ベースに植設され、
前記調整用リードピンのうち少なくとも１つが、前記アース端子用リードピンと電気的に接続されることを特徴とする圧力センサ。
請求項１記載の圧力センサにおいて、
基板を具備し、前記調整用リードピンのうち少なくとも１つと前記アース端子用リードピンとが前記基板上において電気的に接続されることを特徴とする圧力センサ。
請求項１又は請求項２に記載の圧力センサにおいて、
前記複数の調整用リードピンのうちの１つの調整用リードピンが、前記アース端子用リードピンと電気的に接続されることを特徴とする圧力センサ。
請求項１又は請求項２に記載の圧力センサにおいて、
前記複数の調整用リードピンのうち２つの調整用リードピンが、前記アース端子用リードピンと電気的に接続されることを特徴とする圧力センサ。
請求項１又は請求項２に記載の圧力センサにおいて、
前記複数の調整用リードピンの全てが、前記アース端子用リードピンと電気的に接続されることを特徴とする圧力センサ。