(57)【要約】【課題】径方向のサイズを小型化することができる圧力センサを提供する。【解決手段】素子部１００は、ダイヤフラム１０５において圧力導入孔１０１とは反対側の端面１０８に設けられた圧力検出素子１０６と、端面１０８に設けられていると共に圧力検出素子１０６に接続された電極パッド１０７と、を有する。コネクタ部２００は、素子部１００の端面１０８に対向する一面２０９を含む回路基板２０３と、電極パッド１０７に対向するように回路基板２０３の一面２０９に実装されていると共に軸方向に伸縮可能に構成されたスプリングピン２０４と、を有する。スプリングピン２０４は、素子部１００とコネクタ部２００とが軸方向に一体化されたことにより、軸方向の先端部２１１が電極パッド１０７に接触すると共に電極パッド１０７に押し付けられ、圧力検出素子１０６と回路基板２０３の電気回路とが接続される。【選択図】図１
2019086424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力媒体が導入される圧力導入孔（１０１）が設けられた中空筒形状であって、前記圧力導入孔の一方を閉じるように前記中空筒形状の一端部（１０４）に設けられていると共に前記圧力導入孔に導入される前記圧力媒体の圧力によって歪むダイヤフラム（１０５）を有する素子部（１００）と、
前記中空筒形状の軸方向において前記素子部の前記一端部側と一体化されたコネクタ部（２００）と、
を備え、
前記素子部は、
前記一端部のうち前記ダイヤフラムにおいて前記圧力導入孔とは反対側の端面（１０８）に設けられた圧力検出素子（１０６）と、
前記端面に設けられていると共に、前記圧力検出素子に電気的に接続された電極パッド（１０７）と、
を有し、
前記コネクタ部は、
前記素子部の前記端面に対向する一面（２０９）を含み、前記圧力検出素子と電気的に接続される電気回路が設けられた回路基板（２０３）と、
前記電極パッドに対向するように前記回路基板の前記一面に実装され、前記軸方向に伸縮可能に構成されたスプリングピン（２０４）と、
を有し、
前記スプリングピンは、前記素子部の前記一端部側と前記コネクタ部の前記回路基板側とが前記軸方向に一体化されたことにより、前記軸方向の先端部（２１１）が前記電極パッドに接触すると共に前記電極パッドに押し付けられた状態で、前記圧力検出素子と前記回路基板の前記電気回路とを電気的に接続する圧力センサ。
【請求項２】
前記コネクタ部は、前記回路基板側に一体的に設けられていると共に、前記軸方向の周りを一周する枠状の接合部（２０５）を有し、
前記接合部は、前記素子部のうち前記軸方向の周りに対応する側面（１０２）の全周に接合されている請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
圧力媒体が導入される圧力導入孔（１０１）が設けられた中空筒形状であって、前記圧力導入孔の一方を閉じるように前記中空筒形状の一端部（１０４）に設けられていると共に前記圧力導入孔に導入される前記圧力媒体の圧力によって歪むダイヤフラム（１０５）を有する素子部（１００）と、
前記中空筒形状の軸方向で前記素子部の前記一端部側と一体化されたコネクタ部（２００）と、
を備えた圧力センサの製造方法であって、
前記素子部として、前記一端部のうち前記ダイヤフラムにおいて前記圧力導入孔とは反対側の端面（１０８）に設けられた圧力検出素子（１０６）と、前記端面に設けられていると共に前記圧力検出素子に電気的に接続された電極パッド（１０７）と、を有するものを用意する第１準備工程と、
前記コネクタ部として、前記素子部の前記端面に対向する一面（２０９）を有すると共に前記圧力検出素子と電気的に接続される電気回路が設けられた回路基板（２０３）と、前記電極パッドに対向するように前記回路基板の前記一面に実装されていると共に前記軸方向に伸縮可能に構成されたスプリングピン（２０４）と、を有するものを用意する第２準備工程と、
前記第１準備工程及び前記第２準備工程の後、前記素子部を固定し、前記軸方向に沿って前記コネクタ部の前記回路基板側を前記素子部の前記一端部側に近づけ、前記スプリングピンのバネ荷重が適切な範囲に含まれるように前記コネクタ部に荷重を掛けることにより、前記スプリングピンのうち前記軸方向の先端部（２１１）を前記電極パッドに接触させると共に前記電極パッドに押し付ける押し付け工程と、
前記押し付け工程において前記スプリングピンの前記先端部を前記電極パッドに押し付けた状態で、前記素子部の前記一端部側と前記コネクタ部の前記回路基板側とを一体化する一体化工程と、
を含んでいる圧力センサの製造方法。
【請求項４】
前記第２準備工程では、前記コネクタ部として、前記回路基板側に一体的に設けられていると共に前記軸方向の周りを一周する枠状の接合部（２０５）を有するものを用意し、
前記一体化工程では、前記素子部のうち前記軸方向の周りに対応する側面（１０２）の全周に前記コネクタ部の前記接合部を接合する請求項３に記載の圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧力導入孔が設けられた有底筒状のセンサ部品の端面に圧力検出素子が設けられた圧力センサパッケージが、例えば特許文献１で提案されている。圧力センサパッケージは、センサ部品の他に、中央部に貫通孔が設けられた回路基板と、回路基板を上下に挟む２つの枠状部品と、センサ部品の端面側を保持するハウジングと、ハウジングに固定されるコネクタ部品と、を含んでいる。
【０００３】
ハウジングは、コネクタ部品と共に回路基板及び枠部品を挟むことで、回路基板、枠部品、及びセンサ部品の端面側を収容する。また、回路基板の電極に接合されたボンディングワイヤが貫通孔を通ってセンサ部品の端面の電極に接合されている。これにより、圧力検出素子と回路基板の電気回路とが電気的に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０２５２４１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、圧力検出素子と回路基板の電気回路との電気的接続のために、回路基板に貫通孔が必要になっている。このため、貫通孔のサイズを考慮して回路基板の全体のサイズを設計しなければならず、圧力センサパッケージの径方向のサイズを小型化することが困難になっているという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、径方向のサイズを小型化することができる圧力センサを提供することを第１の目的とする。また、その圧力センサの製造方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、圧力センサは、圧力媒体が導入される圧力導入孔（１０１）が設けられた中空筒形状であって、圧力導入孔の一方を閉じるように中空筒形状の一端部（１０４）に設けられていると共に圧力導入孔に導入される圧力媒体の圧力によって歪むダイヤフラム（１０５）を有する素子部（１００）と、中空筒形状の軸方向において素子部の一端部側と一体化されたコネクタ部（２００）と、を備えている。
【０００８】
素子部は、一端部のうちダイヤフラムにおいて圧力導入孔とは反対側の端面（１０８）に設けられた圧力検出素子（１０６）と、端面に設けられていると共に、圧力検出素子に電気的に接続された電極パッド（１０７）と、を有している。
【０００９】
コネクタ部は、素子部の端面に対向する一面（２０９）を含み、圧力検出素子と電気的に接続される電気回路が設けられた回路基板（２０３）と、電極パッドに対向するように回路基板の一面に実装され、軸方向に伸縮可能に構成されたスプリングピン（２０４）と、を有している。
【００１０】
スプリングピンは、素子部の一端部側とコネクタ部の回路基板側とが軸方向に一体化されたことにより、軸方向の先端部（２１１）が電極パッドに接触すると共に電極パッドに押し付けられた状態で、圧力検出素子と回路基板の電気回路とを電気的に接続する。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、素子部として、一端部のうちダイヤフラムにおいて圧力導入孔とは反対側の端面（１０８）に設けられた圧力検出素子（１０６）と、端面に設けられていると共に圧力検出素子に電気的に接続された電極パッド（１０７）と、を有するものを用意する（第１準備工程）。
【００１２】
また、コネクタ部として、素子部の端面に対向する一面（２０９）を有すると共に圧力検出素子と電気的に接続される電気回路が設けられた回路基板（２０３）と、電極パッドに対向するように回路基板の一面に実装されていると共に軸方向に伸縮可能に構成されたスプリングピン（２０４）と、を有するものを用意する（第２準備工程）。
【００１３】
第１準備工程及び第２準備工程の後、素子部を固定し、軸方向に沿ってコネクタ部の回路基板側を素子部の一端部側に近づけ、スプリングピンのバネ荷重が適切な範囲に含まれるようにコネクタ部に荷重を掛けることにより、スプリングピンのうち軸方向の先端部（２１１）を電極パッドに接触させると共に電極パッドに押し付ける（押し付け工程）。
【００１４】
そして、押し付け工程においてスプリングピンの先端部を電極パッドに押し付けた状態で、素子部の一端部側とコネクタ部の回路基板側とを一体化する（一体化工程）。
【００１５】
これによると、素子部の軸方向でスプリングピンを電極パッドに接触させているので、回路基板に貫通孔を設けなくても、スプリングピンを介して圧力検出素子と回路基板の電気回路とを電気的に接続することができる。このため、回路基板の一面のサイズに貫通孔を考慮する必要がないので、回路基板のサイズを小さくすることができる。したがって、圧力センサの径方向のサイズを小型化することができる。
【００１６】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧力センサの断面図である。
【図２】素子部の端面の平面図である。
【図３】スプリングピンを介した素子部の圧力検出素子と回路基板の電気回路との電気的接続を示した図である。
【図４】圧力センサの製造工程の押し付け工程を説明するための図である。
【図５】圧力センサの製造工程の押し付け工程を説明するための図である。
【図６】圧力センサの製造工程の押し付け工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る圧力センサは、ガソリンやディーゼル向けの燃料圧センサ、ブレーキ圧センサ、自律噴射精度補正技術等の蒸着素子を用いた車両用のセンサである。
【００１９】
図１に示されるように、圧力センサ１は、圧力を検出するための素子部１００と、外部装置との電気的接続のためのコネクタ部２００と、を備えている。
【００２０】
素子部１００は、圧力媒体が導入される圧力導入孔１０１が設けられた中空筒形状の金属製の部品である。素子部１００は円筒状に構成されていると共に、圧力導入孔１０１は円柱状に構成されている。素子部１００は、例えばＳＵＳを材料として形成されている。
【００２１】
素子部１００は、当該素子部１００の軸方向の周りに対応する側面１０２を有している。側面１０２の一部には、取付対象にネジ結合可能な雄ネジ部１０３が形成されている。
【００２２】
また、素子部１００は、圧力導入孔１０１の一方を閉じるように中空筒形状の一端部１０４に設けられていると共に圧力導入孔１０１に導入された圧力媒体の圧力によって歪むダイヤフラム１０５を有している。ダイヤフラム１０５は、圧力媒体の圧力によって変形可能な薄肉状の受圧手段である。
【００２３】
また、素子部１００は、圧力検出素子１０６及び図２に示された電極パッド１０７を有している。圧力検出素子１０６は、素子部１００の一端部１０４のうちダイヤフラム１０５において圧力導入孔１０１とは反対側の端面１０８に設けられている。端面１０８は平面度が高い面に形成されており、薄膜の形成が可能な面である。
【００２４】
なお、圧力検出素子１０６は、蒸着等で形成された図示しない絶縁膜の上に形成されている。すなわち、素子部１００の端面１０８は絶縁膜の表面である。また、図２では圧力検出素子１０６と、圧力検出素子１０６と電極パッド１０７とを繋ぐ配線部と、を省略している。
【００２５】
圧力検出素子１０６は、図示しない４個の歪みゲージを有して構成されている。各歪みゲージは、ブリッジ回路を構成するように電気的に接続されている。したがって、圧力検出素子１０６は、ブリッジ回路の電圧差を検出信号として出力する。
【００２６】
圧力検出素子１０６は、蒸着法等によって薄膜として形成される。薄膜としては、多結晶シリコン薄膜やＮｉ−Ｃｒ蒸着薄膜を採用することができる。
【００２７】
図２に示されるように、電極パッド１０７は、素子部１００の端面１０８に設けられていると共に、図示しない配線部によって圧力検出素子１０６に電気的に接続されている。具体的には、各電極パッド１０７は、素子部１００の端面１０８のうちダイヤフラム１０５に対応する領域の外周領域に形成されている。電極パッド１０７は、ブリッジ回路への電源供給用の２個と、ブリッジ回路の信号出力用の２個と、が設けられている。
【００２８】
配線部及び各電極パッド１０７は、蒸着法等によって薄膜として形成される。薄膜としては、金薄膜を採用することができる。各電極パッド１０７は、単層として形成されていても良いし、多層として形成されていても良い。各電極パッド１０７は、厚く形成されていることが好ましい。
【００２９】
図１に示されたコネクタ部２００は、コネクタ２０１、ターミナル２０２、回路基板２０３、スプリングピン２０４、及び接合部２０５を有している。
【００３０】
コネクタ２０１は、一端側が配線等に接続されるコネクタ形状の凹部２０６として形成され、他端側が回路基板２０３や素子部１００の一端部１０４側を収容する凹部２０７として形成されている。コネクタ２０１は、例えばＰＰＳ等の樹脂材料で形成されており、凹部２０７の外形が六角形状に成形されている。これにより、スパナによって測定対象に圧力センサ１を固定できるようになっている。
【００３１】
ターミナル２０２は、コネクタ２０１にインサート成形により一体成形されている。ターミナル２０２の一端側は凹部２０６内に突出し、他端側は凹部２０７の底面２０８に露出するようにコネクタ２０１にインサート成形されている。
【００３２】
回路基板２０３は、素子部１００の端面１０８に対向する一面２０９と、一面２０９とは反対側の他面２１０と、を有している。回路基板２０３は、圧力検出素子１０６と電気的に接続される電気回路が設けられている。電気回路は、例えばメモリ等の半導体集積回路が形成されたＩＣチップや配線等である。電気回路は、圧力検出素子１０６への電源の供給、圧力検出素子１０６から検出信号を入力し、予め設定された信号処理値に基づいて信号処理を行う。信号処理値とは、信号値を増幅や演算等するための調整値である。
【００３３】
回路基板２０３の一面２０９及び他面２１０には図示しない電極パッドが形成されている。これにより、回路基板２０３の他面２１０がコネクタ２０１の凹部２０７の底面２０８に接着剤等で固定されると共に、ターミナル２０２と回路基板２０３の電極パッドとが導電性接着剤によって電気的に接続されている。
【００３４】
スプリングピン２０４は、金属等の導電性の材料で構成された配線部品である。また、スプリングピン２０４は、素子部１００の軸方向に伸縮可能に構成されている。スプリングピン２０４は、外表面等の電流を流す部分が例えば金薄膜で形成されている。
【００３５】
スプリングピン２０４は、各電極パッド１０７に対向するように回路基板２０３の一面２０９に実装されている。スプリングピン２０４は、例えば４本がセットになって１つの部品として構成されている。そして、スプリングピン２０４は、回路基板２０３の一面２０９に設けられた電極パッドとはんだ付けや導電性接着剤によって電気的に接続されている。
【００３６】
さらに、スプリングピン２０４は、素子部１００の一端部１０４側とコネクタ部２００の回路基板２０３側とが軸方向に一体化されたことにより、軸方向の先端部２１１が電極パッド１０７に接触すると共に電極パッド１０７に押し付けられた状態になっている。これにより、図３に示されるように、スプリングピン２０４は、素子部１００の圧力検出素子１０６と回路基板２０３の電気回路とを電気的に接続する。
【００３７】
接合部２０５は、コネクタ部２００の回路基板２０３側すなわちコネクタ２０１の他端側に一体的に設けられている。また、接合部２０５は、素子部１００の軸方向の周りを一周する枠状の部品である。接合部２０５は、例えば六角形状の金属リングである。接合部２０５は、素子部１００の側面１０２の全周に接合されている。以上が、圧力センサ１の全体構成である。
【００３８】
次に、圧力センサ１の製造方法について説明する。まず、第１準備工程として、圧力導入孔１０１が形成されていると共に、端面１０８に圧力検出素子１０６、配線部、及び電極パッド１０７が形成された素子部１００を用意する。
【００３９】
また、第２準備工程として、ターミナル２０２及び接合部２０５がコネクタ２０１にインサート成形され、スプリングピン２０４が実装された回路基板２０３がコネクタ２０１の凹部２０７に固定されたコネクタ部２００を用意する。
【００４０】
続いて、押し付け工程を行う。具体的には、図４に示されるように、素子部１００を固定し、軸方向に沿ってコネクタ部２００の回路基板２０３側を素子部１００の一端部１０４側に近づける。
【００４１】
そして、図５に示されるように、ロードセル等の荷重モニタで治具３００への印加荷重をモニタしつつ、治具３００でコネクタ部２００を素子部１００側に押し付ける。すなわち、スプリングピン２０４のうち素子部１００の軸方向の先端部２１１を電極パッド１０７に接触させると共に電極パッド１０７に押し付ける。
【００４２】
このとき、図６に示されるように、スプリングピン２０４のバネが硬めの場合はコネクタ部２００の組立変位を小さくし、スプリングピン２０４のバネが柔らかめの場合はコネクタ部２００の組立変位を大きくする。これにより、スプリングピン２０４のバネ荷重が上限値と下限値との間の適切な範囲に含まれるように、冶具３００によってコネクタ部２００に適切な荷重を掛ける。
【００４３】
この後、押し付け工程の状態を維持しつつ、すなわちスプリングピン２０４の先端部２１１を電極パッド１０７に押し付けた状態で、一体化工程を行う。具体的には、素子部１００の側面１０２の全周にコネクタ部２００の接合部２０５を溶接により接合する。つまり、金属同士の全周溶接を行う。
【００４４】
荷重モニタによって印加荷重をモニタしながら溶接しているので、スプリングピン２０４の接触圧を一体化工程で管理することが可能になる。スプリングピン２０４の出来栄えに対し、接続信頼性のロバスト性が向上する。このようにして、素子部１００の一端部１０４側とコネクタ部２００の回路基板２０３側とを一体化する。こうして、圧力センサ１が完成する。
【００４５】
以上説明したように、圧力センサ１において、素子部１００の軸方向でスプリングピン２０４を電極パッド１０７に接触させている。このため、回路基板２０３に貫通孔を設けなくても、スプリングピン２０４を介して圧力検出素子１０６と回路基板２０３の電気回路とを電気的に接続することができる。つまり、回路基板２０３の一面２０９のサイズに貫通孔を考慮する必要がない。したがって、回路基板２０３のサイズを小さくすることができ、ひいては圧力センサ１の径方向のサイズを小型化することができる。
【００４６】
もちろん、スプリングピン２０４を用いた電気的接続構造を採用しているので、回路基板２０３に貫通孔を設けた際に回路基板２０３をコネクタ部２００に固定するために必要になるであろう枠部品等の複雑な形状の部品が不要になる。このため、部品のコストダウンが可能になる。
【００４７】
また、素子部１００とコネクタ部２００とが接合部２０５を介して全周にわたって接合されているので、コネクタ部２００が素子部１００にかしめられる等の機械的な接合が不要になる。つまり、圧力センサ１の内部でシールする構成が不要になる。このため、素子部１００とコネクタ部２００との部品間の隙間からの水分の侵入を防止するためのＯリング等の部品が不要になる。よって、部品点数の削減、加工費の削減が可能になる。また、Ｏリング等の部品が不要になるので、圧力センサの径方向のサイズを小型化することができる。
【００４８】
さらに、圧力検出素子１０６と回路基板２０３の電気回路との電気的接続がスプリングピン２０４の接触のみで行われるので、圧力検出素子１０６と回路基板２０３の電気回路とをワイヤボンディングで接続する必要がない。このため、圧力検出素子１０６と回路基板２０３の電気回路との信号接続に関わる組立工程が複雑になることもない。つまり、素子部１００とコネクタ部２００との接合と同時に電気的接続が可能であるため、圧力センサ１の組立工程をシンプルにすることができる。
【００４９】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された圧力センサ１の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、圧力センサは車両以外に適用されても良い。
【００５０】
また、素子部１００とコネクタ部２００とは一体化されていれば良く、コネクタ部２００の接合部２０５は素子部１００の側面１０２の全周に接合されていなくても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１００  素子部、１０１  圧力導入孔、１０２  側面、１０４  一端部、１０５  ダイヤフラム、１０６  圧力検出素子、１０７  電極パッド、１０８  端面、２００  コネクタ部、２０３  回路基板、２０４  スプリングピン、２０５  接続部、２０９  一面、２１１  先端部
【図１】
2019086424.tif 000003
【図２】
2019086424.tif 000004
【図３】
2019086424.tif 000005
【図４】
2019086424.tif 000006
【図５】
2019086424.tif 000007
【図６】
2019086424.tif 000008