(57)【要約】【課題】  圧力検出用のダイアフラムを有する中空筒状のステムと、このダイアフラムの変形を検出するセンサチップとを備える圧力センサにおいて、ステムの径方向におけるセンサ体格の小型化を実現する。【解決手段】  一端側に開口した凹部１１、他端側に圧力を導入するための開口部１２を有するとともに凹部１１と開口部１２との境界部がダイアフラム１３として構成されている筒状のステム１０と、ダイアフラム１３における凹部１１側の表面に設けられダイアフラム１３の変形に応じた電気信号を出力するセンサチップ２０と、センサチップ２０の電気信号を処理する処理回路チップ３０が搭載された配線部材４０とを備え、配線部材４０は、ステム１０の凹部１１へ挿入されて固定されるとともにセンサチップ２０と電気的に接続されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側に開口した凹部（１１）、他端側に圧力を導入するための開口部（１２）を有するとともに、前記凹部（１１）と前記開口部（１２）との境界部が圧力によって変形可能なダイアフラム（１３）として構成されている筒状のステム（１０）と、
前記ダイアフラム（１３）における前記凹部（１１）側の表面に設けられ、前記ダイアフラム（１３）の変形に応じた電気信号を出力するセンサチップ（２０）と、
前記センサチップ（２０）の電気信号を処理する処理回路チップ（３０）と、
前記処理回路チップ（３０）が搭載された配線部材（４０）とを備え、
前記配線部材（４０）は、前記ステム（１０）の前記凹部（１１）へ挿入されて固定されるとともに、前記センサチップ（２０）と電気的に接続されており、
前記センサチップ（２０）と前記処理回路チップ（３０）とは、前記配線部材（４０）を介して電気的に接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記配線部材（４０）は、導電性のリード部材（４１）が樹脂（４２）にインサート成形されてなるものであり、
前記リード部材（４１）を介して前記センサチップ（２０）と前記処理回路チップ（３０）とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記処理回路チップ（３０）と前記リード部材（４１）とは、ボンディングワイヤ（６０）を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出用のダイアフラムを有する中空筒状のステムと、このダイアフラムの変形を検出するセンサチップとを備える圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の圧力センサとしては、圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部としてのセンサチップと、中空筒状をなす金属製のステムを有する圧力センサが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この圧力センサは、ステムにおける外面の一部に圧力によって変形可能なダイアフラムを形成するとともに、当該ステムの開口部からステムの中空部へ圧力を導入し、この導入された圧力によってダイアフラムが変形するようになっている。
【０００４】
特に、上記特許文献１に記載されている圧力センサでは、ダイアフラムは、ステムの軸一端側の端面に設けられ、開口部は、ダイアフラムとは反対側のステムの軸他端側に設けられている。
【０００５】
そして、ダイアフラム上には、センシング部としてのセンサチップが設けられており、当該ダイアフラムの変形に応じた電気信号がセンサチップから出力されるようになっている。
【０００６】
また、センサチップの周囲には処理回路チップが実装された基板が設けられており、当該処理回路チップによって、センサチップの電気信号すなわちセンサ信号は、取り扱いやすい信号に増幅されたり、変換されるなどの処理に施され、外部に出力される。
【特許文献１】特開２００１−２７２２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１等にも記載されているように、従来の圧力センサにおいては、処理回路チップが実装された基板（処理回路基板）はセンサチップの周囲に２次元的に配置されたものとなっており、センサにおけるセンサチップの設置面と処理回路基板の基板平面とが平行な位置関係となっていた。
【０００８】
そのため、圧力センサにおけるセンサチップの設置面と平行な方向のセンサ体格が、センサチップの面積だけでなく、処理回路基板の基板面積の分も加わった大きなものとなってしまう。
【０００９】
このことを、ステムの軸一端側にダイアフラム、軸他端側に開口部を有する上記特許文献１に記載されている圧力センサに照らして言うならば、従来では、ステムの外周において、処理回路基板は、その基板平面がステムの径方向と平行となるように配置された形となっていた。そのため、この圧力センサにおいては、ステムの径方向のセンサ体格が大きくなっていた。
【００１０】
このように、センサチップの設置面から当該設置面と平行な方向に処理回路基板の基板平面が広がっている配置関係を採用した場合、処理回路基板を支持する部分における構成部品も多く、また、その構造も複雑になってしまう。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、圧力検出用のダイアフラムを有する中空筒状のステムと、このダイアフラムの変形を検出するセンサチップとを備える圧力センサにおいて、ステムの径方向におけるセンサ体格の小型化を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一端側に開口した凹部（１１）、他端側に圧力を導入するための開口部（１２）を有するとともに、凹部（１１）と開口部（１２）との境界部が圧力によって変形可能なダイアフラム（１３）として構成されている筒状のステム（１０）と、ダイアフラム（１３）における凹部（１１）側の表面に設けられ、ダイアフラム（１３）の変形に応じた電気信号を出力するセンサチップ（２０）と、センサチップ（２０）の電気信号を処理する処理回路チップ（３０）と、処理回路チップ（３０）が搭載された配線部材（４０）とを備え、配線部材（４０）は、ステム（１０）の凹部（１１）へ挿入されて固定されるとともに、センサチップ（２０）と電気的に接続されており、センサチップ（２０）と処理回路チップ（３０）とは、配線部材（４０）を介して電気的に接続されていることを特徴とする圧力センサが提供される。
【００１３】
それによれば、従来ではステムの端部にダイアフラムが位置していたが、本発明では、ステム（１０）の一部をダイアフラム（１３）からさらに延設して凹部（１１）を形成し、この凹部（１１）に配線部材（４０）を挿入して固定するようにしている。
【００１４】
そして、配線部材（４０）には処理回路チップ（３０）が搭載されているため、実質的に、処理回路チップ（３０）とセンサチップ（２０）とは、ステム（１０）の軸方向に沿って積層された形とすることができる。
【００１５】
したがって、本発明によれば、ステム（１０）の径方向に処理回路チップ（３０）が配置されないため、ステム（１０）の径方向におけるセンサ体格の小型化を実現することができる。
【００１６】
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の圧力センサにおいて、配線部材（４０）は、導電性のリード部材（４１）が樹脂（４２）にインサート成形されてなるものであり、リード部材（４１）を介してセンサチップ（２０）と処理回路チップ（３０）とが電気的に接続されているものにできる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の圧力センサにおいて、処理回路チップ（３０）とリード部材（４１）とは、ボンディングワイヤ（６０）を介して電気的に接続されているものにできる。
【００１８】
なお、上記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一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
【００２０】
以下の各実施形態に係る圧力センサは、たとえば自動車のブレーキシステムにおけるブレーキオイルの圧力を検出する圧力センサや、自動車の燃料噴射系における燃料パイプ内の圧力を検出する圧力センサ等に適用することができる。
【００２１】
なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサＳ１の全体構成を示す概略縦断面図である。
【００２３】
［圧力センサの構成］
図１に示されるように、ステム１０は、内部に中空部を有する中空筒状をなすものである。このステム１０は、基本的には円筒体を切削加工やプレス加工することにより形成することができる。
【００２４】
ステム１０は、一端側（図１中の上方）に開口した凹部１１、他端側（図１中の下方）に圧力を導入するための開口部１２を有する。
【００２５】
それとともに、ステム１０の内部においては、凹部１１と開口部１２との境界部が圧力によって変形可能なダイアフラム１３として構成されている。このダイアフラム１３は、凹部１１と開口部１２とを区画する薄肉部である。
【００２６】
ここで、ステム１０は、開口部１２側の部位にて図示しない被測定物にシールされた形で取り付けられるようになっている。
【００２７】
ここで、上記被測定物は、上述したように、たとえば自動車のブレーキシステムにおけるブレーキオイルの配管や、自動車の燃料噴射系における燃料パイプなどである。そして、ステム１０は、被測定物に対して、たとえばネジ結合や溶接やかしめなどにより固定される。
【００２８】
このようにして、ステム１０が被測定物に取り付けられた状態において、被測定物からの圧力すなわち被測定圧力は、ステム１０の開口部１２からステム１０内に導入される。すると、導入された被測定圧力の大きさに応じて、ダイアフラム１３が歪むようになっている。
【００２９】
また、図１に示されるように、ステム１０のダイアフラム１３において、凹部１１側の表面には、センシング部としてのセンサチップ２０が設けられている。
【００３０】
このセンサチップ２０は、上記したダイアフラム１３の変形に応じた電気信号を出力するものである。たとえば、センサチップ２０は、単結晶Ｓｉ（シリコン）等の半導体チップからなる矩形板状をなすものであり、図示しない低融点ガラスなどによってダイアフラム１３に接合され固定されている。
【００３１】
限定するものではないが、具体的に、センサチップ２０としては、ブリッジ回路を有し、ステム１０の開口部１２から導入された圧力によってダイアフラム１３が変形したとき、この変形に応じた抵抗値変化を電気信号に変換して出力する歪みゲージとして機能するものにできる。そして、これらダイアフラム１３およびセンサチップ２０が、圧力センサＳ１の基本性能を左右する。
【００３２】
ここで、ステム１０を構成する金属材料には、超高圧を受けることから高強度であること、および、Ｓｉからなるセンサチップ２０を上記低融点ガラスにより接合するため低熱膨張係数であることなどが求められる。
【００３３】
具体的には、ステム１０は、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏまたはＦｅ、Ｎｉを主体とし、析出強化材料としてＴｉ、Ｎｂ、Ａｌまたは、Ｔｉ、Ｎｂが加えられた材料を選定し、プレス、切削や冷間鍛造等により形成することができる。
【００３４】
ここにおいて、本実施形態では、処理回路チップ３０が搭載された配線部材４０が、ステム１０の凹部１１へ挿入されて接着剤５０を介して固定されている。
【００３５】
ここで、処理回路チップ３０は、センサチップ２０の電気信号を処理するものであり、具体的には、半導体基板にトランジスタ素子などを形成したＩＣチップなどである。この処理回路チップ３０は、たとえば、センサチップ２０からの電気信号（センサ信号）を、取り扱いやすい信号に増幅したり変換したりするなどの処理を行うものである。
【００３６】
また、配線部材４０は、銅やステンレスなどからなる導電性のリード部材４１が樹脂４２にインサート成形されてなるものである。そして、処理回路チップ３０と配線部材４０のリード部材４１とは、金やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤ６０を介して電気的に接続されている。
【００３７】
また、本実施形態では、配線部材４０のリード部材４１におけるセンサチップ２０側の接続端部４１ａは、図１に示されるように、針状にとがった形状となっている。
【００３８】
そして、本例では、このリード部材４１の接続端部４１ａとセンサチップ２０における図示しないパッドとが、ステム１０の凹部１１内部において、はんだや金などからなるバンプ７０を介して電気的に接続されている。
【００３９】
このようにして、リード部材４１およびボンディングワイヤ６０を介してセンサチップ２０と処理回路チップ３０とが電気的に接続されている。
【００４０】
なお、センサチップ２０における上記パッドはサイズの小さいものであるが、本例では、リード部材４１の接続端部４１ａは先端を針状としているため、図１の例のように、バンプ７０を介さずとも、リード部材４１の接続端部４１ａを、直接センサチップ２０の上記パッドに接触させることで導通をとることも可能である。
【００４１】
［製造方法］
かかる構成を有する圧力センサＳ１の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、上記ステム１０を用意し、このステム１０におけるダイアフラム１３の凹部１１側の表面に上記低融点ガラスを印刷し、その上にセンサチップ２０を搭載する。そして、上記低融点ガラスを溶融・固化させることにより、センサチップ２０をステム１０に固定する。また、センサチップ２０上にはバンプ７０を配設しておく。
【００４３】
一方、配線部材４０を用意し、この配線部材４０に処理回路チップ３０を接着剤などを介して固定し、配線部材４０のリード部材４１と処理回路チップ３０との間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤ６０による結線を行う。
【００４４】
そして、処理回路チップ３０が実装された配線部材４０を、ステム１０の凹部１１へ挿入し、凹部１１の開口縁部にて接着剤５０を介して配線部材４０とステム１０とを固定する。それとともに、リード部材４１の接続端部４１ａとセンサチップ２０とをバンプ７０を介して電気的に接続する。こうして、本実施形態の圧力センサＳ１が完成する。
【００４５】
かかる圧力センサＳ１は、上述したように、上記被測定物に対して、たとえばネジ結合や溶接やかしめなどにより固定され取り付けられる。
【００４６】
そして、被測定物からの圧力が、ステム１０の開口部１２からステム２０内へ導入されたときに、その圧力によってダイアフラム１３が変形する。この変形をセンサチップ２０により電気信号に変換し、この電気信号は配線部材４０、ボンディングワイヤ６０を介して処理回路チップ３０へ送られ、ここで処理されて外部へ出力される。
【００４７】
このよううして、本実施形態では、圧力検出が行われるようになっている。そして、たとえば、この検出された圧力に基づいて、ブレーキシステムの制御や燃料噴射制御がなされるのである。
【００４８】
［効果点等］
ところで、本実施形態によれ、以下のような特徴点を有する圧力センサＳ１が提供される。
【００４９】
・一端側に開口した凹部１１、他端側に圧力を導入するための開口部１２を有するとともに、凹部１１と開口部１２との境界部が圧力によって変形可能なダイアフラム１３として構成されている筒状のステム１０と、ダイアフラム１３における凹部１１側の表面に設けられダイアフラム１３の変形に応じた電気信号を出力するセンサチップ２０と、センサチップ２０の電気信号を処理する処理回路チップ３０と、処理回路チップ３０が搭載された配線部材４０とを備えること。
【００５０】
・配線部材４０は、ステム１０の凹部１１へ挿入されて固定されるとともに、センサチップ２０と電気的に接続されており、センサチップ２０と処理回路チップ３０とは、配線部材４０を介して電気的に接続されていること。
【００５１】
このような特徴点を有する本実施形態の圧力センサＳ１によれば、従来ではステムの端部にダイアフラムが位置していたのに対し、本実施形態では、ステム１０の一部をダイアフラム１３からさらに延設して凹部１１を形成し、この凹部１１に配線部材４０を挿入して固定するようにしている。
【００５２】
そして、配線部材４０には処理回路チップ３０が搭載されているため、実質的に、処理回路チップ３０とセンサチップ２０とは、ステム１０の軸方向に沿って積層された形とすることができる。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、ステム１０の径方向に処理回路チップ３０が配置されないため、ステム１０の径方向におけるセンサ体格の小型化を適切に実現することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、配線部材４０を、導電性のリード部材４１が樹脂４２にインサート成形されてなるものとし、さらに、処理回路チップ３０とリード部材４１とをボンディングワイヤ６０を介して電気的に接続することにより、リード部材４１を介したセンサチップ２０と処理回路チップ３０との電気的な接続を適切に実現している。
【００５５】
［変形例］
ここで、本実施形態の変形例を図２、図３に示しておく。図２は、本実施形態の第１の変形例、図３は、本実施形態の第２の変形例を示す概略断面図である。
【００５６】
上記図１に示される例では、配線部材４０のリード部材４１におけるセンサチップ２０側の接続端部４１ａは、針状にとがった形状となっているが、当該接続端部４１ａの形状は、図２に示されるように平板形状であってもよく、また、図３に示されるように、ストレート形状であってもよい。
【００５７】
なお、これら図２および図３に示される変形例の場合には、リード部材４１の接続端部４１ａのサイズが、接続相手側のセンサチップ２０の上記パッドよりも大きくなるため、バンプ７０を介した電気的な接続形態を採用することが適切である。
【００５８】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサＳ２の全体構成を示す概略縦断面図である。主として、上記実施形態との相違点について述べる。
【００５９】
上記実施形態では、図１などに示されるように、配線部材４０のリード部材４１の接続端部４１ａとセンサチップ２０とは、バンプ７０を介して電気的に接続されていた。
【００６０】
それに対して、図４に示される本実施形態のように、導電性のバネ部材８０を介して、リード部材４１の接続端部４１ａとセンサチップ２０とを接触させ、導通させる方法、いわゆるバネ接点方式を採用してもよい。
【００６１】
本実施形態においても、一端側に開口した凹部１１、他端側に圧力を導入するための開口部１２を有するとともに、凹部１１と開口部１２との境界部がダイアフラム１３として構成されている筒状のステム１０と、ダイアフラム１３における凹部１１側の表面に設けられたセンサチップ２０と、センサチップ２０の電気信号を処理する処理回路チップ３０と、処理回路チップ３０が搭載された配線部材４０とを備え、配線部材４０は、ステム１０の凹部１１へ挿入されて固定されるとともに、センサチップ２０と電気的に接続されており、センサチップ２０と処理回路チップ３０とは、配線部材４０を介して電気的に接続されていることを特徴とする圧力センサＳ２が提供される。
【００６２】
そして、本実施形態によっても、実質的に、処理回路チップ３０とセンサチップ２０とは、ステム１０の軸方向に沿って積層された形とすることができるため、ステム１０の径方向におけるセンサ体格の小型化を適切に実現することができる。
【００６３】
（他の実施形態）
なお、配線部材４０は、上記したリード部材４１が樹脂４２にインサート成形されてなるものに限定されるものではなく、処理回路チップ３０が搭載されるものであればよい。
【００６４】
また、処理回路チップ３０と配線部材４０との電気的接続は、ワイヤボンディング以外にも、たとえば処理回路チップ３０を配線部材４０にフリップチップ実装することなどによって行ってもよい。
【００６５】
また、配線部材４０とセンサチップ２０との電気的な接続は、上記実施形態に示したバンプ７０やバネ部材８０を用いた方法以外の方法によるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの全体構成を示す概略縦断面図である。
【図２】第１実施形態の第１の変形例を示す概略縦断面図である。
【図３】第１実施形態の第２の変形例を示す概略縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る圧力センサの全体構成を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０…ステム、１１…ステムの凹部、１２…ステムの開口部、１３…ダイアフラム、
２０…センサチップ、３０…処理回路チップ、４０…配線部材、４１…リード部材、
４２…樹脂、６０…ボンディングワイヤ。
【図１】
2005207872.tif 000003
【図２】
2005207872.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005207872.tif 000006