(57)【要約】  従来よりも温度特性の良い圧力センサ装置を提供する。第１のケース１の底壁部１５に、温度特性の変化が大きい集積回路２４の温度が、流体の温度または該温度に近い温度になるように、集積回路２４が取り付けられている底壁部１５の凹部１６の近傍位置１５Ａまで流体を導入する副流体導入路２０Ｂを備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサ素子に主流体導入路を通して導入された流体の圧力が作用するように前記圧力センサ素子が取り付けられる被取付壁部を有する電気絶縁性を有するケース内に、前記圧力センサ素子の出力信号を処理する１以上の回路素子が前記被取付壁部に取り付けられた状態で収納されている圧力センサ装置であって、
前記１以上の回路素子のうち少なくとも温度特性の変化が大きい１以上の特定回路素子の温度が、前記流体の温度または該温度に近い温度になるように、前記１以上の特定回路素子が取り付けられている前記被取付壁部の被取付部分の近傍まで前記流体を導入する副流体導入路を備えていることを特徴とする半導体圧力センサ装置。
【請求項２】
前記圧力センサ素子は、センサ回路が形成されるダイアフラム部と、該ダイアフラム部の外周部を支持する筒状の台座部とを備えた半導体圧力センサ素子であり、
前記ケースの前記被取付壁部に前記台座部が接合されており、
前記ケースの前記被取付壁部に、圧力導入ポートを通して導入された前記流体を前記台座部内に導入する前記主流体導入路と前記副流体導入路が形成されている請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項３】
前記副流体導入路は、前記主流体導入路の分岐流路として形成されている請求項２に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項４】
前記副流体導入路は、前記被取付壁部の前記被取付部分に向かって横断面形状が徐々に小さくなるテーパ付き流路部分を前記主流体導入路に連続して備えている請求項３に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項５】
前記被取付部分の厚み寸法が０．５ｍｍ±０．１ｍｍの範囲の値である請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項６】
前記筒状の台座部の内部空間には、耐アルカリ性を有するオイルが充填されている請求項２に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項７】
前記オイルがシリコンオイルまたはフッ素オイルである請求項６に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項８】
前記筒状の台座部の前記内部空間と連通する前記主流体導入路の端部には、前記オイルが流出するのを阻止するように隣接する流路部分の横断面積よりも横断面積が小さくなった狭小流路部分が形成されている請求項６または７に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項９】
前記ケース内には、さらに前記１以上の特定回路素子で処理する信号処理以外の信号処理を実施するための回路が実装された回路基板が収納されており、
前記ケースの前記被取付壁部には、前記圧力センサ素子を収納する凹部が形成されており、
前記凹部の深さ、前記１以上の特定回路素子の位置及び前記回路基板の形状及び回路パターンは、前記凹部から露出する前記圧力センサ素子の前記センサ回路及び前記１以上の特定回路素子と前記回路基板上の回路とのボンディング接続を可能にするように定められている請求項１，２または３に記載の半導体圧力センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力を測定する対象の流体の温度の相違によって測定精度にバラツキが生じるのを抑制することができる圧力センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、特許第４２８１１７８号公報（特許文献１）の図１に示された従来の半導体圧力センサ装置の分解斜視図である。また図４は、特許第４２８１１７８号公報（特許文献１）の図２に示された従来の半導体圧力センサ装置の断面図である。この従来の半導体圧力センサ装置は、半導体よりなるセンサ素子が配設され樹脂成形された第１のケース２０と、この第１のケース２０から一部が露出するように該第１のケース２０にインサート成形されるとともに該センサ素子と電気的に接続されたリード３０と、第１のケース２０に組み付けられて該センサ素子を覆う第２のケース４０と、第２のケース４０に形成され該リード３０の露出部を囲う囲い部４２とを備えている。そして、リード３０の露出部と囲い部４２とにより、リード３０の露出部を外部端子に接続可能なコネクタ部を構成している。そして第１のケース２０と第２のケース４０は、スライド動作により嵌合されており、第１のケース２０と第２のケース４０との間に設けた係合構造（２５，４７）により抜け止めが図られている。また第１のケース２０には、被測定流体が流入する筒体２１が一体に設けられている。【０００３】
図４に示す様に、センサケース２０は、その一側にセンサ素子１０等が配設された開口部２０ａを有し、この開口部２０ａの底面より反対側に突出した圧力導入ポート２１を有する。この圧力導入ポート２１の先端部は、上記給湯器における流路の適所にＯリング等を介して取付け可能となっている。また、圧力導入ポート２１の内部には、上記流路からの圧力を導入するための導入孔２２が設けられている。【０００４】
また、センサケース２０における開口部２０ａの底面には、その平坦部から凹んだ凹部２３が形成され、この凹部２３内に、センサ素子１０がガラス等よりなる台座１１を介して固定されている。センサ素子１０は、図示しないが、ピエゾ抵抗効果を有した半導体材料（例えば単結晶シリコン）よりなるダイアフラム上に複数個の拡散抵抗を形成して、これら拡散抵抗をブリッジ接続した構成となっており、このダイアフラムの変形に応じた拡散抵抗の抵抗値変化を上記ブリッジ回路から電気信号として取り出すようになっている。【０００５】
センサ素子１０と台座１１とはガラス接合等にて接着されており、この台座１１の内部には、導入孔２２と連通する貫通孔が形成されている。そして、上記流路からの圧力は、上記導入孔２２から台座１１の貫通孔を経て、センサ素子１０のダイアフラムに伝達されるようになっている。また、凹部２３内にはガラス台座１１の貫通孔と導入孔２２との気密性を高めるために、封止剤２４が充填されている。【０００６】
センサケース２０の開口部２０ａ内には、センサ素子１０からの出力信号を増幅する増幅回路としてのバイポーラトランジスタ素子１２、これらセンサ素子１０からの出力信号やバイポーラトランジスタ素子１２の信号等を調整する調整回路としてのＭＯＳトランジスタ素子１３が、接着剤等により固定されている。【０００７】
そして、これらセンサ素子１０、バイポーラトランジスタ素子１２、ＭＯＳトランジスタ素子１３、及び、リード３０は、ワイヤボンディングにより形成された金やアルミニウム等よりなる複数本のワイヤ１４により、適宜互いに電気的に接続されている。そして、センサ素子１０からの電気信号（出力）は、これらワイヤ１４を通して、各素子１２、１３及びリード３０、リードの露出部３１から外部へ取り出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４２８１１７８号公報  図１，図２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の半導体圧力センサ装置では、センサ素子１０からの出力信号を増幅する増幅回路としてのバイポーラトランジスタ素子１２、これらセンサ素子１０からの出力信号やバイポーラトランジスタ素子１２の信号等を調整する調整回路としてのＭＯＳトランジスタ素子１３が、流路からの圧力を導入するための導入孔２２から離れた位置に配置されている。そのため増幅回路や調整回路を構成する回路素子は、流体の温度とほぼ同じ温度になるセンサ素子１０とは異なる温度になる。その結果、センサ素子の温度特性と増幅回路及び調整回路の温度特性に差が生じ、その差が圧力センサ装置の温度特性を悪くしている。【００１０】
本発明の目的は、従来よりも温度特性の良い圧力センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、圧力センサ素子に主流体導入路を通して導入された流体の圧力が作用するように圧力センサ素子が取り付けられる被取付壁部を有する電気絶縁性を有するケース内に、圧力センサ素子の出力信号を処理する１以上の回路素子が被取付壁部に取り付けられた状態で収納されている圧力センサ装置を対象とする。本発明においては、１以上の回路素子のうち少なくとも温度特性の変化が大きい１以上の特定回路素子の温度が、流体の温度または該温度に近い温度になるように、１以上の特定回路素子が取り付けられている被取付壁部の被取付部分の近傍まで流体を導入する副流体導入路を備えている。本発明によれば、１以上の特定回路素子が取り付けられている被取付壁部の被取付部分の近傍まで流体を導入する副流体導入路を設けたので、圧力センサ素子と１以上の特定回路素子の温度変化が、実質的に同じになる。その結果、流体の温度変化が大きい場合でも、圧力センサ装置の出力変動が小さくなる。【００１２】
圧力センサ素子としては、センサ回路が形成されるダイアフラム部と、ダイアフラム部の外周部を支持する筒状の台座部とを備えた半導体圧力センサ素子を用いることができる。この場合、ケースの被取付壁部に台座部が接合される。そしてケースの被取付壁部には、流体を台座部内に導入する主流体導入路と副流体導入路が形成される。このようにすると流体の圧力を直接的に測定することができる。【００１３】
副流体導入路は、主流体導入路の分岐流路として形成されているのが好ましい。このようにすると副流体導入路を形成する場合よりも、圧力センサ装置の小型化を図ることができる。【００１４】
副流体導入路は、被取付壁部の被取付部分に向かって横断面形状が徐々に小さくなるテーパ付き流路部分を主流体導入路に連続して備えているのが好ましい。テーパ付きの流路部分を設けると、副流体導入路に入り込んだ気泡をスムーズに排出することができるので、気泡の存在により温度の伝達性能が悪くなることを防止できる。【００１５】
また被取付部分の厚み寸法は０．５ｍｍ±０．１ｍｍの範囲の値であるのが好ましい。この程度の厚みであれば、ケースがどのような絶縁材料によって形成されていても、被取付部分の温度を流体の温度または該温度に近い温度に維持することができる。【００１６】
さらに筒状の台座部の内部空間には、耐アルカリ性を有するオイルが充填されているのが好ましい。このようなオイルを台座部の内部空間に充填すると、主流体導入路にアルカリ性を有する流体が入ったとしても、圧力センサ素子を守ることができる。なおこのオイルとしては、シリコンオイルまたはフッ素オイルを用いることができる。これらのオイルあれば、経年変化しないので、オイルを入れたことが寿命の低下をもたらすことがない。【００１７】
また筒状の台座部の内部空間と連通する主流体導入路の端部には、オイルが流出するのを阻止するように隣接する流路部分の横断面積よりも横断面積が小さくなった狭小流路部分を形成しておくのが好ましい。狭小流路部分があれば、オイルが露出することを有効に阻止することができる。【００１８】
またケース内には、さらに１以上の回路素子で処理する信号処理以外の信号処理を実施するための回路が実装された回路基板が収納されていてもよい。この場合、ケースの被取付壁部には、圧力センサ素子を収納する凹部が形成されており、凹部の深さ、１以上の特定回路素子の位置及び回路基板の形状及び回路パターンは、凹部から露出する圧力センサ素子のセンサ回路及び回路素子と回路基板上の回路とのボンディング接続を可能にするように定められているのが好ましい。このようにすれば、回路基板を実装する場合でも、装置の小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）乃至（Ｄ）は、本実施の携帯の半導体圧力センサ装置の平面図、右側面図、底面図及び正面図である。
【図２】（Ａ）は図１（Ｃ）のIIＡ−IIＡ線断面図であり、（Ｂ）は半導体圧力センサ装置の要部の横断面図である。
【図３】従来の圧力センサ装置の構成を示す分解斜視図である。
【図４】従来の圧力センサ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下図面を参照して、本発明の圧力センサ装置を半導体圧力センサ装置に適用した一つの実施の形態について説明する。図１（Ａ）乃至（Ｄ）は、本実施の携帯の半導体圧力センサ装置の平面図、右側面図、底面図及び正面図であり、図２（Ａ）は図１（Ｃ）のIIＡ−IIＡ線断面図であり、図２（Ｂ）は半導体圧力センサ装置の要部の横断面図である。図示の実施の形態の半導体圧力センサ装置は、第１のケース１と、リード端子３と、第２のケース５と、端子ハウジング７とを備えている。
【００２１】
第１のケース１は図２に示すように外形が一面開口状の直方体形状であって、上面に開口部１３を有し、開口部１３と対向する底壁部１５と、底壁部１５と一体に設けられた４面の周壁部１７を有している。さらに第１のケース１は、底壁部１５から離れる方向に突出して圧力導入ポート１９を内部に有する筒体２１を備えている。底壁部１５には、圧力導入ポート１９と連通する主流体導入路２０Ａと副流体導入路２０Ｂとが形成されている。本実施の形態では、底壁部１５が半導体圧力センサ素子２３に主流体導入路２０Ａを通して導入された流体の圧力が作用するように半導体圧力センサ素子２３が取り付けられる被取付壁部を構成する。
【００２２】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されているように、第１のケース１には半導体圧力センサ素子２３と、半導体圧力センサ素子２３の出力信号を処理する集積回路２４と、電源回路及び調整回路を含む回路基板２５が収納されている。集積回路２４が、本発明における１以上の回路素子のうち少なくとも温度特性の変化が大きい１以上の特定回路素子であり、回路基板２５上の各素子が、特定回路素子以外の回路素子である。
【００２３】
半導体圧力センサ素子２３は、センサ回路２３Ｂが形成されるダイアフラム部２３Ａと、ダイアフラム部２３Ａの外周部を支持する筒状の台座部２３Ｃとを備えている。半導体圧力センサ素子２３は、圧力導入ポート１９及び主流体導入路２０Ａを通して導入された流体の圧力が主流体導入路２０Ａを通って半導体圧力センサ素子２３に作用するように絶縁樹脂製の第１のケース１の底壁部１５に設けられた凹部１６内に収納されている。半導体圧力センサ素子２３の台座部２３Ｃが、凹部１６の底面に接着剤を用いて接合されている。凹部１６の深さ、集積回路２４の位置及び回路基板２５の形状及び回路パターンは、凹部１６から露出する半導体圧力センサ素子２３のセンサ回路２３Ｂ及び集積回路２４と回路基板２５上の回路とのボンディング接続を可能にするように定められている。
【００２４】
また筒状の台座部２３Ｃの内部空間には、耐アルカリ性を有するオイルが充填されているのが好ましい。このようなオイルを台座部の内部空間に充填すると、主流体導入路２０Ａにアルカリ性を有する流体が入ったとしても、半導体圧力センサ素子２３を守ることができる。なおこのオイルとしては、シリコンオイルまたはフッ素オイルを用いることができる。これらのオイルあれば、経年変化しないので、オイルを入れたことが寿命の低下をもたらすことがない。
【００２５】
また本実施の形態では、筒状の台座部２３Ｃの内部空間と連通する主流体導入路２０Ａの端部には、オイルが流出するのを阻止するように隣接する流路部分の横断面積よりも横断面積が小さくなった狭小流路部分２０Ｄを形成してある。狭小流路部分２０Ｄがあれば、オイルが露出することを有効に阻止することができる。
【００２６】
半導体圧力センサ素子２３は、ダイアフラム部２３Ａに主流体導入路２０Ａを通じて外部の圧力が作用すると、ダイアフラムが変形して抵抗素子の抵抗値が変化し、抵抗値の変化を抵抗ブリッジ回路（２３Ｂ）により検知して、圧力に比例した信号を出力する。
【００２７】
本実施の形態においては、温度特性の変化が大きい集積回路２４（１以上の特定回路素子に相当）の温度が、流体の温度または該温度に近い温度になるように、集積回路２４が取り付けられている底壁部１５（被取付壁部）の部分（凹部１６）の近傍位置まで流体を導入する副流体導入路２０Ｂを備えている。副流体導入路２０Ｂを設けたので、半導体圧力センサ素子２３と集積回路２４が取り付けられる被取付部分１５Ａの温度変化が、実質的に同じになる。その結果、流体の温度変化が大きい場合でも、半導体圧力センサ装置の出力変動が小さくなる。本実施の形態では、副流体導入路２０Ｂは、主流体導入路２０Ａの分岐流路として形成されている。すなわち副流体導入路２０Ｂが、主流体導入路２０Ａと分離して設けられていることがなく、圧力導入ポート１９から分岐した流路として設けられている。このようにすると別に独立した副流体導入路２０Ｂを形成する場合よりも、圧力センサ装置の小型化を図ることができる。
【００２８】
被取付部分１５Ａの厚み寸法は、０．５ｍｍ±０．１ｍｍの範囲の値であるのが好ましい。この程度の厚みであれば、ケースが絶縁樹脂材料等によって形成されていても、被取付部分の温度を流体の温度または該温度に近い温度に維持することができる。副流体導入路は、被取付壁部の被取付部分に向かって横断面形状が徐々に小さくなるテーパ付き流路部分を主流体導入路に連続して備えているのが好ましい。テーパ付きの流路部分を設けると、副流体導入路に入り込んだ気泡をスムーズに排出することができるので、気泡の存在により温度の伝達性能が悪くなることを防止できる。
【００２９】
本実施の形態の副流体導入路２０Ｂの先端部の形状は、集積回路２４の底面に沿うようにほぼフラットに形成されている。また本実施の形態では、回路基板２５が配置される底壁部１５の部分に凹部１５Ｂが形成されている。
【００３０】
圧力を検出する対象となる流体は例えば水であり、本実施の形態の半導体圧力センサ装置の圧力導入ポート１９を水中に配置して圧力の大きさを検出することにより、例えば水槽内における水位の変動を監視することができる。
【００３１】
圧力を表す電気信号はリード端子３から出力される。リード端子３の一端は回路基板２５上の端子電極に電気的に接続され、且つ他端は第１のケース１の周壁部１７の一面から一方向に突出する。
【００３２】
絶縁樹脂製の第２のケース５は、第１のケース１に一方向（リード端子３の突出方向）とは反対の方向からスライド嵌合されたときに、３本のリード端子３が延び出る開口部２７と、第１のケース１の筒体２１がスライド嵌合される溝部２９とを有して、第１のケース１の開口部１３を覆うようになっている。すなわち第２のケース５の内面の形状は、筒体２１を除き、第１のケース１の外形に相補的であるように形成されている。このようにすると第２のケース５には、筒体２１を上に向けた姿勢で半導体圧力センサが設置された場合でも、筒体２１がスライド嵌合される溝部２９と第１のケース１の壁面が完全に対向しており、溝部２９を通して直接水が第１のケースの内部に浸入することを防ぐことができる。第２のケース５の対向する両側面からは、半導体圧力センサ装置をボルトやネジにより平面上に取り付けるためのフランジ３３，３３が突出している。
【００３３】
樹脂製の端子ハウジング７は、第１のケース１に取り付けられて３本のリード端子３の他端の周囲を囲み、３本のリード端子３の他端に外部端子を接続可能にするコネクタ部３５を構成する。そのために端子ハウジング７は、リード端子３の他端とともに所定の規格のコネクタ形状を構成するように形成されている。
【００３４】
本実施の形態の半導体圧力センサ装置においては、端子ハウジング７と第２のケース５とが係合構造を介して係合されており、端子ハウジング７と第１のケース１とが嵌合構造を介して嵌合されている。その結果、第２のケース５に嵌合された第１のケース１との間に形成される隙間の大部分は、端子ハウジング７によって覆われることになり、この隙間からの水の浸入を防ぐことができる。
【００３５】
よって本実施の形態の半導体圧力センサ装置によると、半導体圧力センサ装置の組立工程において、第１のケース１を収納した状態の第２のケース５を端子ハウジング７に近接する方向に移動させていくことにより、端子ハウジング７と第１のケース１とが嵌合構造により相互に位置決めされ、同時に端子ハウジング７と第２のケース５とが係合構造により相互に固定され、第１のケース１と第２のケース５とは端子ハウジング７を用いて相互に固定される。
【００３６】
なお第１のケース１の開口部１３を通気性を有するが、透水性は有しないシートによって覆ってもよい。このようにすると防水性を高めることができる。
【００３７】
上記実施の形態では、圧力センサ素子として半導体圧力センサ素子を用いたが、その他の圧力センサ素子を用いる場合にも本発明を適用できるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、１以上の特定回路素子が取り付けられている被取付壁部の部分の近傍まで流体を導入する副流体導入路を設けたので、圧力センサ素子と１以上の特定回路素子の温度変化が、実質的に同じになる。その結果、流体の温度変化が大きい場合でも、圧力センサ装置の出力変動が小さくなる利点が得られる。
【符号の説明】
【００３９】
１  第１のケース
３  リード端子
５  第２のケース
７  端子ハウジング
１３  開口部
１５  底壁部
１６  凹部
１７  側壁部
１９  圧力導入ポート
２０Ａ  主流体導入路
２０Ｂ  副流体導入路
２１  筒体
２３  半導体圧力センサ素子
２５  回路基板
２７  開口部
２９  溝部
３３  フランジ
【図１】
2017188351.tif 000003
【図２】
2017188351.tif 000004
【図３】
2017188351.tif 000005
【図４】
2017188351.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月17日(2017.8.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサ素子に主流体導入路を通して導入された流体の圧力が作用するように前記圧力センサ素子が取り付けられる被取付壁部を有する電気絶縁性を有するケース内に、前記圧力センサ素子の出力信号を処理する１以上の回路素子が前記被取付壁部に取り付けられた状態で収納されている圧力センサ装置であって、
前記１以上の回路素子のうち少なくとも温度特性の変化が大きい１以上の特定回路素子の温度が、前記流体の温度または該温度に近い温度になるように、前記１以上の特定回路素子が取り付けられている前記被取付壁部の被取付部分の近傍まで前記流体を導入する副流体導入路を備えていることを特徴とする半導体圧力センサ装置。
【請求項２】
前記圧力センサ素子は、センサ回路が形成されるダイアフラム部と、該ダイアフラム部の外周部を支持する筒状の台座部とを備えた半導体圧力センサ素子であり、
前記ケースの前記被取付壁部に前記台座部が接合されており、
前記ケースの前記被取付壁部に、圧力導入ポートを通して導入された前記流体を前記台座部内に導入する前記主流体導入路と前記副流体導入路が形成されている請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項３】
前記副流体導入路は、前記主流体導入路の分岐流路として形成されている請求項２に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項４】
前記副流体導入路は、前記被取付壁部の前記被取付部分に向かって横断面形状が徐々に小さくなるテーパ付き流路部分を前記主流体導入路に連続して備えている請求項３に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項５】
前記被取付部分の厚み寸法が０．５ｍｍ±０．１ｍｍの範囲の値である請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項６】
前記筒状の台座部の内部空間には、耐アルカリ性を有するオイルが充填されている請求項２に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項７】
前記オイルがシリコンオイルまたはフッ素オイルである請求項６に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項８】
前記筒状の台座部の前記内部空間と連通する前記主流体導入路の端部には、前記オイルが流出するのを阻止するように隣接する流路部分の横断面積よりも横断面積が小さくなった狭小流路部分が形成されている請求項６または７に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項９】
前記ケース内には、さらに前記１以上の特定回路素子で処理する信号処理以外の信号処理を実施するための回路が実装された回路基板が収納されており、
前記ケースの前記被取付壁部には、前記圧力センサ素子を収納する凹部が形成されており、
前記凹部の深さ、前記１以上の特定回路素子の位置及び前記回路基板の形状及び回路パターンは、前記凹部から露出する前記圧力センサ素子の前記センサ回路及び前記１以上の特定回路素子と前記回路基板上の回路とのボンディング接続を可能にするように定められている請求項２または３に記載の半導体圧力センサ装置。
【国際調査報告】
2017188351.tif 000007
2017188351.tif 000008
2017188351.tif 000009
2017188351.tif 000010