JPH1078365A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化の際に応力の発生を抑制し、測定誤
差の少ない圧力センサを提供すること。 【解決手段】 筒状で金属製の圧力導入筒１４を有し、
この圧力導入筒１４の上端面２０には半導体抵抗が形成
されたセンサチップ１０が取り付けられている。圧力導
入筒１４の上端面２０より少し下方の側面には、固定用
の凸部２２または凹部２３が設けられ、この凸部２２ま
たは凹部２３が合成樹脂製のセンサケース１２に嵌合
し、固定されている。凸部２２または凹部２３からセン
サチップ１０までの圧力導入筒１４の側面は、センサケ
ース１２の樹脂と離間し溝２４を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体の圧力を検
出する圧力センサであって、特に半導体素子により流体
圧力を受けて電気的に圧力を検出する圧力センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、気体の圧力を精度良く測ることの
できる小型圧力センサとして、半導体圧力センサが提供
されている。従来の半導圧力センサは、図５に示すよう
にシリコン製のセンサチップ１を内蔵したセンサケース
２を有し、センサーケース２はＰＰＳ樹脂製で、金属製
の圧力導入筒３がインサート成形されている。圧力導入
筒３は導入路４を形成する筒体５を有し、筒体５の上端
面６には、側面全周にフランジ部７が設けられている。
そして、圧力導入筒３のフランジ部７の下方の側周面か
ら、センサチップ１が接合された上端面６の一部にわた
る広い部分がセンサケース２中にインサートされてい
る。

【０００３】そして、センサチップ１には、エッチング
により部分的に厚さ数ミクロンにされたシリコンダイヤ
フラムが形成され、このシリコンダイヤフラムに、機械
的歪により抵抗値の変化する半導体抵抗が形成されてい
る。センサチップ１は、圧力導入筒３の上端面６の、セ
ンサケース２から露出している部分に、導入路４の一端
を塞いで気密状態に取り付けられている。またセンサケ
ース２は、増幅回路等の電気回路が形成された図示しな
いプリント基板が取り付けられ、プリント基板には入出
力端子が設けられている。そして、センサケース２及び
プリント基板を収容するハウジングには大気圧導入部が
形成され、センサケース２は大気圧導入部に気密状態に
取り付けられ、合成樹脂により埋設される。

【０００４】この半導体圧力センサの測定方法は、まず
圧力導入筒からガス圧がかかると、大気圧とガス圧との
差によりセンサチップ１に機械的な歪を生じる。この歪
みは、ガス圧と大気圧との差圧に比例する。そして、セ
ンサチップ１が歪を起こすと、シリコンダイヤフラム上
に形成された抵抗の値が、歪の大きさに比例して変化す
る。この抵抗値の変化を検出し、増幅して出力すること
によりガス圧と大気圧の差圧を測定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の場
合、センサケース２と圧力導入筒３は素材が異なり、熱
膨張係数の違いから、温度変化の際にセンサケース２と
圧力導入筒３との間で応力を生ずるものであった。そし
て、発生した応力により圧力導入筒３に歪みが生じ、さ
らにセンサチップ１の半導体抵抗に歪みを与え、測定圧
の誤差を生じるという問題があった。また、センサケー
ス２をプリント基板に装着するときに加えられるリフロ
ーハンダの熱により、センサの温度特性が悪化し、温度
変化の際の誤差は大きくなり、悪影響を与えるものであ
った。

【０００６】この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑
みてなされたもので、温度変化の際に応力の発生を抑制
し、測定誤差の少ない圧力センサを提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、筒状で金属
製の圧力導入筒を有し、この圧力導入筒の上端面には半
導体抵抗が形成されたセンサチップが取り付けられてい
る。上記圧力導入筒の上端面より少し下方の側面には、
固定用の凸部または凹部が形成され、この圧力導入筒側
面の上記凸部または凹部に嵌合して合成樹脂製のセンサ
ケースが固定されている。上記圧力導入筒の上記凸部ま
たは凹部から上記センサチップまでの側面部分は、上記
センサケースを構成する樹脂から離間している圧力セン
サである。

【０００８】さらにこの発明は、上記圧力導入筒の一端
面より少し下方の側面全周に、同心円状のフランジ部で
ある凸部または、同心状の溝部である凹部が形成され、
上記センサケースの樹脂は、上記圧力導入筒の上記セン
サチップ側で上記凸部または凹部に嵌合し、上記凸部ま
たは凹部から上記センサチップまでの上記圧力導入筒の
側面と上記センサケースの樹脂との間に同心状の溝が形
成されている圧力センサである。

【０００９】この発明の圧力センサは、センサケースと
圧力導入筒との間で温度変化による応力が生じても、セ
ンサチップが取り付けられた側の圧力導入筒の端部にセ
ンサケースの樹脂が接続しないようにし、端部の圧力導
入筒には上記温度変化によるひずみが生じにくいように
したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面に基づいて説明する図１〜図３はこの発明の
第一実施形態を示すもので、この実施形態の圧力センサ
は、シリコン製のセンサチップ１０を内蔵したセンサケ
ース１２を有し、センサケース１２は、ＰＰＳ樹脂等の
耐熱性のある樹脂で形成され、そして金属製の圧力導入
筒１４がインサート成形されている。

【００１１】圧力導入筒１４は導入路１６を形成する筒
体１８を有し、筒体１８の上端面２０付近には筒体１８
の側面全周に、上端面２０より少し下方の位置に、固定
用の凸部であるフランジ部２２が上端面２０に平行に、
同心状に外側に突出して形成されている。そして、圧力
導入筒１４の、フランジ部２２の少し下方の側面からフ
ランジ部２２上面の一部にかけて、センサケース１２を
構成する樹脂中に嵌合している。また、フランジ部２２
上面から上方に突出する筒体１８の端部側面は、センサ
ケース１２の樹脂との間に同心状に溝２４が形成され、
互いに離間されている。

【００１２】そして、筒体１８の上端面２０には、シリ
コン製のセンサチップ１０が導入路１６を塞いで気密状
態に取り付けられている。センサチップ１０には、エッ
チングにより部分的に厚さ数ミクロンにされたシリコン
ダイヤフラム２６が形成され、このシリコンダイヤフラ
ム２６上に機械的歪みにより抵抗値の変化する半導体抵
抗が形成されている。そしてセンサケース１２には、端
子用リードフレーム２８がインサート成形により設けら
れ、端子用リードフレーム２８の基端部と半導体抵抗と
の間には、金線３０がボンディングされている。さらに
端子用リードフレーム２８は増幅回路等の電気回路が形
成されたプリント基板３２に表面実装されている。

【００１３】プリント基板３２には、図３に示すよう
に、入出力端子３４が設けられ、入出力端子３４の一端
部付近に入出力端子３４と直角にフランジ部３６が形成
されている。そしてプリント基板３２の所定位置に設け
られた透孔に入出力端子３４の一端が挿通され、フラン
ジ部３６がプリント基板３２に当接してハンダ付けされ
ている。

【００１４】センサケース１２は、ＰＢＴ樹脂等で成形
された、図示しないハウジングに収容されている。ハウ
ジングには大気圧導入部と端子挿通口が形成され、セン
サケースは大気圧導入部にエポキシ系接着剤などで気密
状態に接合されている。そして、入出力端子３４は端子
挿通口に挿通され、ハウジング内はシリコン系樹脂等の
充填剤で充填され、圧力導入筒１４が突出した状態に埋
設されている。

【００１５】この実施形態の圧力センサによれば、セン
サケース１２と圧力導入筒１４の素材が異なり、温度変
化にともない熱膨張率の違いから応力が発生するが、セ
ンサケース１２と圧力導入筒１４のセンサチップ１０側
の端部とが接する面積が小さいため、発生する応力を最
少に抑えることができる。これにより、応力による上端
面２０の歪みは小さいもので、センサチップ１０に与え
る影響は少く、ノイズや誤差の小さいものとなる。特
に、圧力導入筒１４の上端面２０付近の筒体１８側面全
周は、センサケース１２との間に同心状の溝２４が形成
されセンサケース１２から離間されているため、このセ
ンサチップ１０に近い部分では応力は発生せず、応力に
よる歪みも発生しない。また、フランジ部２２とセンサ
ケース１２との取り付け部分では応力は発生するが、セ
ンサチップ１０から離れているため発生した応力による
歪みがセンサチップ１０に直接伝わりにくいものであ
る。

【００１６】この実施形態の圧力センサについて、被測
定流体の圧力が０のときの、温度変化と出力電圧との関
係を測定し、その結果を図２に示す。同様に従来の圧力
センサに付いて温度変化と出力電圧との関係を図６に示
し比較する。この結果、上述の従来の圧力センサの場
合、−３０〜６０℃において、温度変化にともなって出
力電圧が−６. ４〜−５. ６と広い範囲で変動している
のに対し、この実施形態の圧力センサは、−５. ８〜−
５. ４と小さい変動に抑えられ、ノイズや誤差が小さい
ことがわかる。

【００１７】また、従来の圧力センサは図６に示すよう
に、リフローハンダの熱が加えられることにより、温度
による出力電圧の変動がより大きくなり温度特性が劣化
する。これに対し、図２に示すように、この実施形態の
圧力センサは、リフロー前とリフロー後で温度特性に大
きな差は認められず、リフローハンダの熱等による温度
特性への影響は少ないことがわかる。

【００１８】次にこの発明の圧力センサの第二実施形態
の圧力センサについて図４を基にして説明する。ここ
で、上述の実施形態と同様の部材は同一の符号を付して
説明を省略する。この実施形態の圧力センサは、圧力導
入筒１４の一端部に同心円状に凹部である溝部２３が形
成されたものである。この溝部２３の上下部分は一対の
フランジ部２２として形成されている。この溝部２３
に、センサケース１２の樹脂が嵌合し、圧力導入筒１４
を確実に固定し、さらに、この溝部２３よりセンサチッ
プ１０側の上端面２０までの側面と、センサケース１２
の樹脂との間に同心円状の溝２４が形成されている。

【００１９】この実施形態の圧力センサによっても上記
実施形態と同様の効果を得ることができ、さらにより強
固にセンサケース１２と圧力導入筒１４の結合を行なう
こともできる。

【００２０】なお、この発明の圧力センサは、上記実施
の形態に限定されるものではなく、各部材の形状や位
置、また素材等適宜変更可能である。

【００２１】

【発明の効果】この発明の圧力センサは、センサケース
内で温度変化にともない発生する歪みを最小限に抑制
し、温度変化によるノイズや測定誤差を小さくするもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一実施形態の圧力センサの縦断面
図である。

【図２】この実施形態の圧力センサの温度と出力電圧の
関係を示すグラフである。

【図３】この実施形態の圧力センサのプリント基板に取
り付けた状態の縦断面図である。

【図４】この発明の第二実施形態の圧力センサの縦断面
図である。

【図５】従来の圧力センサの縦断面図である。

【図６】従来の圧力センサの温度と出力電圧の関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１０ センサチップ １２ センサケース １４ 圧力導入筒 １８ 筒体 ２０ 上端面 ２２ フランジ部（凸部） ２３ 溝部（凹部） ２４ 溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体圧力を導く圧力導入筒と、この圧力
   導入筒の一端面に取り付けられ半導体抵抗が形成された
   センサチップと、上記圧力導入筒の一端面より少し下方
   の側面に形成された固定用の凸部または凹部と、この圧
   力導入筒側面の上記凸部または凹部に嵌合して固定され
   ている合成樹脂製のセンサケースとが設けられ、上記圧
   力導入筒の上記凸部または凹部から上記センサチップま
   での側面部分は、上記センサケースを構成する樹脂から
   離間していることを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 上記圧力導入筒は金属製であり、上記圧
   力導入筒の一端面より少し下方の側面全周に、同心円状
   の凸部または凹部形成され、上記センサケースの樹脂
   は、上記圧力導入筒の上記センサチップ側で上記凸部ま
   たは凹部に嵌合し、上記凸部または凹部から上記センサ
   チップまでの上記圧力導入筒の側面と上記センサケース
   の樹脂との間に同心状の溝が形成されていることを特徴
   とする請求項１記載の圧力センサ。