(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力導入孔を有する継手と、この継手に取り付けられ前記圧力導入孔に導入された流体の圧力を電気信号に変換する圧力検出素子と、この圧力検出素子からの電気信号を処理する回路を有する回路基板と、前記圧力検出素子および回路基板を保護するハウジングとを備えた圧力センサにおいて、
前記回路基板は、複数の導体層からなる多層構造に構成され、前記導体層の少なくとも一層は他の導体層より突出する突出部を有し、その突出部は前記圧力検出素子の直上近傍に配置されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力センサにおいて、
前記回路基板は、前記圧力検出素子が収納される開口部を有し、
前記突出部は、前記回路基板の最上部の一層が前記開口部に突出されて形成されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の圧力センサにおいて、
前記突出部は、前記圧力検出素子に近い側の少なくとも一層が他の導体層より突出されて形成され、その突出部を有する導体層と前記圧力検出素子とが接続され、この一層を除く他のいずれかの導体層は筐体グランドプレーン層として構成され、かつ、前記回路を構成する回路部品が前記回路基板の前記圧力検出素子に近い面に配置されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項４】
請求項１または請求項３に記載の圧力センサにおいて、
前記回路基板の前記圧力検出素子側の面に凹部が形成され、この凹部に前記回路を構成する回路部品が取付られていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧力センサにおいて、
前記回路基板は、セラミックを絶縁層として用いる多層構造の基板であることを特徴とする圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の圧力を電気信号に変換して外部に出力する圧力センサに関する。特に、信号処理用の回路基板を改良した圧力センサに関する。
【０００２】
【背景技術】
一般に、流体圧力を検出する圧力センサは、圧力導入孔を有する継手と、この継手に取り付けられ前記圧力導入孔に導入された流体の圧力を電気信号に変換する圧力検出素子と、この圧力検出素子の直上に配置されその圧力検出素子からの電気信号を処理する回路を有する回路基板と、前記圧力検出素子および回路基板を保護するハウジングとを備えている（例えば、特開平１１−１４２２６７号、特開平１１−２３７２９１号参照）。
【０００３】
上記特開平１１−１４２２６７号記載の圧力センサ（従来技術１）では、回路基板の中央部に圧力検出素子を収納するための孔が形成されているため、集積回路などの回路実装部品を回路基板の外側に配置しなければならず、その結果、回路基板外径が大きくなり、製品の小型化（小径化）が困難であるという問題がある。
また、上記特開平１１−２３７２９１号記載の圧力センサ（従来技術２）では、集積回路が圧力検出素子と対向して配置され、圧力検出素子と回路基板の接続はスペーサを介して行われるため、部品点数や組立工程が多くなり、やはり製品の小型化（低背化）が困難であるという問題がある。
【０００４】
ところで、圧力センサが電磁波ノイズの多い環境下に設置される場合、ノイズに対し弱い集積回路などの電子部品を外来ノイズから保護する必要がある。集積回路などの電子部品を外来ノイズから保護するために、それらの電子部品を覆う導電性の蓋部材などを別途設けると、小型化が困難になることから、多層基板の中間層に筐体グランドプレーンを配してシールド空間を形成する技術が提案されている（特開２０００−２１４０４０号参照）。
そこで、このような多層基板を圧力センサの回路基板に応用した例として、たとえば、図９および図１０に示す構造の圧力センサが考えられる。
【０００５】
図９に示す構造の圧力センサは、継手１と、この継手１に溶接された圧力検出素子２と、継手１上に保持され内部に筐体グランドプレーン層３Ａを有する多層構造の回路基板３とを備えている。回路基板３は、中央部に圧力検出素子２が収納される開口部１４が形成され、上面には入出力端子２３やフィルタ回路部品２６などがそれぞれ設けられ、下面には集積回路部品２４が搭載された構造である。圧力検出素子２と回路基板３とはボンディングワイヤ５０で接続されている。
【０００６】
図１０に示す構造の圧力センサは、継手１と、この継手１に溶接された圧力検出素子２と、継手１上でかつ圧力検出素子２の直上に保持され内部に筐体グランドプレーン層３Ａを有する多層構造の回路基板３とを備えている。圧力検出素子２と回路基板３とは、回路基板３に形成された孔５１を通してボンディングワイヤ５２で接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図９に示す構造の圧力センサは、回路基板３の開口部１４に圧力検出素子２が収納されるため、高さを小さくでき、圧力センサとして全長を小さくできるという利点がある反面、従来技術１と同様に、回路基板３の幅方向の径が大きくなり、圧力センサの小型化が困難であるという問題がある。
【０００８】
また、図１０に示す構造の圧力センサは、回路基板３が圧力検出素子２の直上に配置されるため、回路基板３の幅方向の径を小さくでき、圧力センサの外径を小さくできる反面、従来技術２と同様に、高さが大きくなり、圧力センサの小型化が困難であるという問題がある。また、回路基板３と圧力検出素子２の距離が大きくなるため、ボンディングワイヤ５２が長くなり、ワイヤボンディングの作業性が悪化するとともに、ワイヤの共振周波数が低くなり、耐振性が悪化するという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、回路基板に改良を加えて、全長、径ともに小型化でき、かつワイヤボンディングの作業性の向上および耐振性の向上が可能な圧力センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力センサは、圧力導入孔を有する継手と、この継手に取り付けられ前記圧力導入孔に導入された流体の圧力を電気信号に変換する圧力検出素子と、この圧力検出素子からの電気信号を処理する回路を有する回路基板と、前記圧力検出素子および回路基板を保護するハウジングとを備えた圧力センサにおいて、前記回路基板は、複数の導体層からなる多層構造に構成され、前記導体層の少なくとも一層は他の導体層より突出する突出部を有し、その突出部は前記圧力検出素子の直上近傍に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
このような本発明によれば、導体層の少なくとも一層が他の導体層より突出し圧力検出素子の直上近傍に配置される突出部を備えているため、ここに回路部品や接続用の導体層を設けることにより、回路基板の幅を大きくすることなく部品の配置ができ、圧力センサの小型化が可能となる。また、圧力検出素子と導体層の距離が短くなり、ボンディングワイヤを短くでき、ワイヤボンディングの作業性が向上するとともに、耐振性も向上する。
【００１２】
また、本発明の圧力センサにおいて、前記回路基板は、前記圧力検出素子が収納される開口部を有し、前記突出部は、前記回路基板の最上部の一層が前記開口部に突出されていることが好ましい。
このような場合には、圧力検出素子が開口部に収容されるため、高さが短くなり、圧力センサの全長を小さくしてより小型化が達成できる。
【００１３】
また、本発明の圧力センサにおいて、前記突出部は、前記圧力検出素子に近い側の少なくとも一層が他の導体層より突出されて形成され、その突出部を有する導体層と前記圧力検出素子とが接続され、この一層を除く他のいずれかの導体層は筐体グランドプレーン層として構成され、かつ、前記回路を構成する回路部品が前記回路基板の前記圧力検出素子に近い面に配置されていることが好ましい。
このような場合には、ボンディングワイヤが圧力検出素子に近い突出部から圧力検出素子に接続されているので、ワイヤ長を短くすることができるとともに、筐体グランドプレーン層により形成されるシールド空間に回路部品を配置し、ノイズから保護することができる。
【００１４】
また、本発明の圧力センサにおいて、前記回路基板の前記圧力検出素子側の面に凹部が形成され、この凹部に前記回路を構成する回路部品が取付られていることが好ましい。
このような場合には、回路基板の圧力検出素子側の面に形成された凹部内に回路部品が取付られているので、圧力検出素子と回路基板とを電気的に接続するためのボンディングワイヤの長さをさらに短くでき、また、凹部内に回路部品を埋め込むことにより、回路部品を圧力検出素子の直上に配置できるから、回路基板の外形寸法をより小さくできる。よって、製品の小型化（低背化、小径化）、耐振性向上、組立作業性向上といった効果が期待できる。
【００１５】
また、本発明の圧力センサにおいて、前記回路基板は、セラミックを絶縁層として用いる多層構造の基板であることが好ましい。
このような場合には、立体的な回路基板により狭いスペースで部品搭載、グランド接続が可能であり、圧力センサの小型化が可能となる。さらに、回路基板の耐熱が上がったり、高誘電率による耐ノイズ性の向上などの効果も期待できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る圧力センサの要部を示す縦断側面図である。この圧力センサは、継手１と、この継手１に溶接された圧力検出素子２と、継手１上に保持された回路基板３と、圧力検出素子２および回路基板３を保護するハウジング（図示省略）とを備えている。
【００１７】
継手１は、中央部に凹部５が形成され、この凹部５の中央に凸部６が形成され、この凸部６の中心に抜ける圧力導入孔７が形成されている。
圧力検出素子２は、圧力導入孔７に連通する筒状の支持台１０の上面に流体の圧力を受ける金属ダイアフラム１２が一体に形成され、この金属ダイアフラム１２上に圧力を電気信号に変換する歪みゲージ１３が設けられた構造である。なお、歪みゲージ１３には複数のボンディングワイヤが接続されるが、回路基板３に形成するワイヤ挿通孔（ボンディングワイヤを回路基板３の上面側へ導出するための孔）を小さくするため、ボンディングワイヤは歪みゲージ１３の一部箇所に片寄って配置される。
【００１８】
回路基板３は、セラミックの絶縁層と導体層で構成された多層構造のもので、中央部に圧力検出素子２が収納される開口部１４が形成され、最上層には開口部１４に部分的に突出する突出部１５が形成されている。回路基板３の絶縁層１６内には複数の導体層１７が設けられ、また、上面には導体層１８，１９，２０，２１，２２が設けられている。
【００１９】
導体層１８には入出力端子２３が接続され、導体層２０には集積回路部品２４が搭載され、導体層２１にはフィルタ回路部品２６が搭載されている。集積回路部品２４と導体層１９，２１とはそれぞれボンディングワイヤ２８，２９で接続されている。また、導体層２２と歪みゲージ１３とはボンディングワイヤ３０で接続されている。
なお、図１の構造では、回路基板３は継手１上に保持されているが、回路基板３を圧力検出素子２で直接保持する構造でもよい（以下の実施形態も同様）。
【００２０】
図２は、図１の構造を備えた圧力センサの全体を示す縦断側面図である。以下、図２により圧力センサの組立て手順を説明する。
まず、継手１の中央部（圧力導入孔７の真上）に圧力検出素子２をビーム溶接などで接合するとともに、上面外周に接合部材４１をリングプロジェクション溶接などで接合する。
次に、集積回路部品２４が実装されている回路基板３をフランジ部材４０上に導電性接着剤４２を介して組付ける。そして、回路基板３と圧力検出素子２とをボンディングワイヤ３０を介して接続する。
【００２１】
次に、回路基板３を跨いでその上に端子台４３を配置し、接合部材４１の加締め部４７Ａで加締め固定する。そして、回路基板３の出力調整を行った後、端子台４３にガスケット４４を挿入し、さらに、Ｏリング４５を接合部材４１に挿入し、ハウジング４６を接合部材４１に嵌め込み、接合部材４１の加締め部４７Ｂで加締め固定する。
【００２２】
このような実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）圧力検出素子２が開口部１４に配置されているので、圧力センサの全長をその分短くできる。
（２）圧力検出素子２と導体層２２の距離が短くなり、ボンディングワイヤ３０を短くでき、したがって、ワイヤボンディングの作業性が向上するとともに、耐振性も向上する。
【００２３】
（３）突出部１５が設けられているため、ここに集積回路部品２４や接続用の導体層１９，２０などを設けることにより、回路基板３の幅を大きくすることなく部品の配置ができる。しかも、ボンディングワイヤ３０が圧力検出素子２の一部に片寄って設けられているから、突出部１５をより大きくでき、そこに多くの回路部品を配置できる。
（４）回路基板３は、セラミックを絶縁層として用いる多層構造の基板を用いているから、立体的な回路基板により狭いスペースで部品搭載が可能であり、圧力センサの小型化が可能となる。さらに、基板の耐熱が上がったり、高誘電率による耐ノイズ性の向上などの効果も期待できる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、圧力検出素子２から回路基板３の上面に設けられた導体層２２にボンディングワイヤ３０を接続したが、これに限らず、図３に示す構造でもよい。
すなわち、回路基板３の開口部１４を挟んで突出部１５とは反対側の上面部分を圧力検出素子２の上面（歪みゲージ１３の面）と略同じ高さまで窪ませ、この凹部２５の底面にある導体層１７と圧力検出素子２とをボンディングワイヤ３０で接続するようにしてもい。この場合、ボンディングワイヤ３０で接続された導体層１７上に部品を配置することも可能である。このようにすれば、ボンディング作業がしやすく、しかも、ワイヤ長もより短くできる。
【００２５】
また、上記実施形態では、回路基板３は、中央部の孔状の開口部１４に突出部１５が形成された構造であるが、図４に示すように片側が開放された構造でもよい。
すなわち、絶縁層１６内に導体層１７が設けられ、最上層に片側（圧力検出素子２側）に突出する突出部１５が形成され、上面に導体層１８，１９，２０および入出力端子２３、集積回路部品２４、フィルタ回路部品２６が設けられた構造である。この構造は、圧力検出素子２の片側に回路基板３を配置する構造の場合に有効である。
【００２６】
また、上記実施形態では、継手１を一体成形したが、これに限らず、図５に示すように構成してもよい。すなわち、継手１を、凸部６を有する継手部材１Ａと、フランジ部材４０とから構成し、継手部材１Ａの凸部６に圧力検出素子２を溶接したのち、その外周にフランジ部材４０を溶接するようにしてもよい。このようにすれば、圧力検出素子２の溶接作業を容易に行うことができる。
【００２７】
〔第２実施形態〕
図６は、第２実施形態に係る圧力センサを示す縦断側面図である。
本実施形態では、回路基板３の中央から偏位した位置に開口部１４が形成され、最下層には開口部１４に部分的に突出する突出部１５が形成された多層構造の回路基板３が用いられている。
回路基板３の絶縁層１６内には複数の導体層１７，１７Ａが設けられ、上面には導体層３３が設けられ、突出部１５上には導体のパッド３１が設けられ、さらに、下面には導体層３２が設けられている。上面の導体層３３には入出力端子２３およびフィルタ回路部品２６が、下面の導体層３２には集積回路部品２４がそれぞれ搭載されている。パッド３１と圧力検出素子２とはボンディングワイヤ３４を介して接続されている。
【００２８】
最上層の導体層１７Ａは筐体グランドプレーン層とされている。この筐体グランドプレーン層１７Ａには高さ方向の導体２７が設けられ、この導体２７が継手１と接続されている。これにより、筐体グランドプレーン層１７Ａを圧力センサの筐体グランドと同電位のグランドプレーンとし、金属製の継手１と導体層１７Ａ，２７により外来輻射ノイズに対しシールド空間を形成し、このシールド空間内に集積回路部品２４を配置した構造としている。
導体層１７Ａは、回路基板３とほぼ同一面積の導体板構造であり（回路基板３の縁部の一定幅あるいは上下の導体層３３，１７を接続するビアホール周辺部を除く）、実用上充分な機能のシールド空間を形成することができる。
【００２９】
このような実施形態によれば、以下のような効果がある。
（５）回路基板３の回路部品を表裏に配置するので、回路基板３の幅を小さくでき、圧力センサを小型化できる。
（６）ボンディングワイヤ３４が最下層の突出部１５上のパッド３１から圧力検出素子２に接続されているので、ワイヤ長を短くすることができる。
【００３０】
（７）ボンディングワイヤ３４を保護するためのシリコーンゲルをポッティングする場合、開口部１４がダムの役割を果たし、樹脂が流れ出ることを防ぎ、ボンディングワイヤ３４の周辺部のみに保護材を塗布することが可能となる。
（８）筐体グランドプレーン層１７Ａを筐体グランドと同電位とし、継手１と導体層１７Ａ，２７により外来輻射ノイズに対しシールド空間を形成でき、このシールド空間に集積回路部品２４を配置できる。
【００３１】
なお、第２実施形態においても、図７に示すように片側が開放された構造とすることができる。すなわち、最下層に片側（圧力検出素子２側）に突出する突出部１５が形成され、上面に導体層３３、入出力端子２３およびフィルタ回路部品２６が設けられた構造である。この構造は、圧力検出素子２の片側に回路基板３を配置する構造の場合に有効である。
【００３２】
〔第３実施形態〕
図８は第３実施形態に係る圧力センサを示す縦断側面図である。
本実施形態では、第２実施形態において、回路基板３の下面に凹部３７が形成され、この凹部３７内に集積回路部品２４が収容され、これらが保護材３８で封止された構造である。
【００３３】
なお、この第３実施形態（第２実施形態も同様）において、開口部１４により圧力検出素子２、パッド３１およびボンディングワイヤ３４がノイズ環境下に曝されて影響を受ける場合は、開口部１４を上から蓋（図示せず）をしてこれを筐体グランドに接続することにより、シール空間を形成してノイズの影響を防止することができる。
【００３４】
このような実施形態によれば、第２実施形態の（５）〜（８）の効果のほか、次の効果が期待できる。
（９）集積回路部品２４を回路基板３の裏面の凹部３７に収容しているので、回路基板３と圧力検出素子２との距離をさらに小さくでき、ボンディングワイヤ３４を第２実施形態より短くできる。また、凹部３７内に回路部品２４を埋め込むことにより、回路部品２４を圧力検出素子２の直上に配置できるから、回路基板３の外形寸法をより小さくできる。よって、製品の小型化（低背化、小径化）、耐振性向上、組立作業性向上といった効果が期待できる。
【００３５】
なお、上記各実施形態におけて、回路基板３の製造にあたっては、薄い（たとえば、２５０μｍ程度）のセラミックグリーンシートをプレス抜きし、パターン印刷、積層、焼成して形成する、いわゆる、積層セラミック技術を用いることで、機械可能などの面倒な加工を施すことなく、容易に製作することができる。ちなみに、積層セラミック技術は、ＩＣのセラミックパッケージなどに使われている。
【００３６】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、導体層の少なくとも一層は圧力検出素子の直上近傍に配置される突出部を備える構成としたので、この突出部に回路部品や接続用の導体層を設けることにより、回路基板の幅を大きくすることなく部品の配置ができ、圧力センサの全長、径ともに小型化が可能となる。また、圧力検出素子と導体層の距離が短くなるため、ボンディングワイヤを短くでき、ワイヤボンディングの作業性が向上するとともに、耐振性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの要部の縦断側面図である。
【図２】同上実施形態の圧力センサの全体を示す縦断側面図である。
【図３】第１実施形態の回路基板の変形例を示す図である。
【図４】第１実施形態の回路基板のさらに他の変形例を示す図である。
【図５】第１実施形態の継手部分の変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る圧力センサの要部の縦断側面図である。
【図７】第２実施形態の変形例を示す縦断側面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る圧力センサの要部の縦断側面図である。
【図９】従来の圧力センサの要部の縦断側面図である。
【図１０】従来の別の圧力センサの要部の縦断側面図である。
【符号の説明】
１    継手
２    圧力検出素子
３    回路基板
７    圧力導入孔
１４    開口部
１５    突出部
１６    絶縁層
１７    導体層
１７Ａ  筐体グランドプレーン層
１８，１９，２０，２１，２２    導体層
２４    集積回路部品
３０、３４    ボンディングワイヤ
３１    パッド（導体層）
３７    凹部
４６    ハウジング
【図１】
0003556166.tif 000002
【図２】
0003556166.tif 000003
【図３】
0003556166.tif 000004
【図４】
0003556166.tif 000005
【図５】
0003556166.tif 000006
【図６】
0003556166.tif 000007
【図７】
0003556166.tif 000008
【図８】
0003556166.tif 000009
【図９】
0003556166.tif 000010
【図１０】
0003556166.tif 000011