(57)【要約】【課題】  マイクロフューズドシリコン歪みゲージ圧力センサのための方法および装置。【解決手段】  圧力センサパッケージは、圧力環境に晒されるように構成される感知素子であって、少なくとも１つの歪みゲージを備える感知素子と、キャリア上に配置され、且つ、感知素子に電気的に結合される電子部品パッケージであって、キャリアが感知素子を備えるポート上に配置され、ポートが封止力および寄生の封止力のためのデカップリング特徴と、ポートの長さの縮小とを可能にする、電子部品パッケージと、感知素子および電子部品パッケージ周辺に配置されるハウジングと、ハウジングに接合され、且つ、電子機器パッケージに電気的に接続されるコネクタであって、外部インターフェースを備えるコネクタと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力環境に晒されるように構成され、少なくとも１つの歪みゲージを備える感知素子と、
キャリア上に配置され、且つ、前記感知素子に電気的に結合される電子部品パッケージであって、前記キャリアが前記感知素子を含むポート上に配置され、前記ポートが封止および寄生の力のためのデカップリング特徴と、ポートの長さの縮小とを可能にする、前記電子部品パッケージと、
前記感知素子および電子部品パッケージ周辺に配置されるハウジングと、
前記ハウジングに接合され、且つ、前記電子部品パッケージに電気的に接続され、さらに外部インターフェースを備えるコネクタと、
を含む、圧力センサパッケージ。
【請求項２】
前記ポートがトレンチポートを含む、請求項１に記載の圧力センサパッケージ。
【請求項３】
前記トレンチポートが前記ポートの肩部に配置される、請求項２に記載の圧力センサパッケージ。
【請求項４】
ポートの長さの縮小が、最大で２.４５ミリメートル（ｍｍ）である、請求項１に記載の圧力センサパッケージ。
【請求項５】
前記ポートが金属、合金、または金属材料から製造される、請求項１に記載の圧力センサパッケージ。
【請求項６】
前記コネクタが、前記電子部品パッケージと電気的に接続するように適応される複数のコンタクトを含む、請求項１に記載の圧力センサパッケージ。
【請求項７】
前記コネクタが、外部連絡用に適応される外部インターフェースを含む、請求項１に記載の圧力センサパッケージ。
【請求項８】
メンブレンと、
ネジと、
係合縁部／封止縁部と、
内部ボアホールであって、圧力環境が前記係合縁部／封止縁部から当該内部ボアホールを通って前記メンブレンへ延在する、前記内部ボアホールと、
を含むポートであって、
前記ポートが、封止する力および寄生の封止する力のためのデカップリング特徴と、ポートの長さの縮小とを可能にする、
ポート。
【請求項９】
前記メンブレンの上部に配置された少なくとも１つの歪みゲージをさらに備える、請求項８に記載のポート。
【請求項１０】
トレンチポートをさらに備える、請求項８に記載のポート。
【請求項１１】
前記トレンチポートが前記ポートの肩部に配置される、請求項１０に記載のポート。
【請求項１２】
ポートの長さの縮小が最大で２.４５ ミリメートル（ｍｍ）である、請求項８に記載のポート。
【請求項１３】
前記ポートが、金属、合金、または金属材料から製造される、請求項８に記載のポート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、センサに関し、より詳細には、マイクロフューズドシリコン歪みゲージ（ＭＳＧ）圧力センサパッケージに関する。
【０００２】
一般に、最先端のマイクロフューズドシリコン歪みゲージ圧力（ＭＳＧ）センサは、ブレーキ、トランスミッション、シリンダーおよび燃料圧力センサから乗員荷重感知に至る用途のために、自動車産業全体で使用される。このような圧力センサは、ステンレス鋼のダイヤフラムにガラス接合されるシリコン歪みゲージ素子から成るのが通常である。センサの設計は、処理された感知状態に基づく様々な信号を提供する。
【発明の概要】
【０００３】
以下は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、本革新の簡単な概要を示す。この概要は、本発明の広範な概説ではない。これは、本発明の重要または不可欠の要素を特定することも、本発明の範囲を示すことも意図していない。この唯一の目的は、後述のより詳細な説明の前置きとして、簡単な形で本発明のいくつかの概念を示すことである。
【０００４】
本発明は、マイクロフューズドシリコン歪みゲージ圧力センサのための方法および装置を提供する。
【０００５】
ある態様において、本発明は、圧力環境に晒されるように構成される感知素子であって、少なくとも１つの歪みゲージを備える感知素子と、キャリア上に配置され、且つ、感知素子に電気的に結合される電子部品パッケージであって、キャリアが感知素子を含むポート上に配置され、ポートが軸方向の寄生の封止力のためのデカップリング構造と、ポートの長さの縮小とを可能にする、電子部品パッケージと、感知素子および電子部品パッケージ周辺に配置されるハウジングと、ハウジングに接合され、且つ、電子部品パッケージに電気的に接続されるコネクタであって、外部インターフェースを備えるコネクタと、を備える圧力センサパッケージを特徴とする。
【０００６】
別の態様において、本発明は、メンブレンと、ネジと、係合縁部／封止縁部（biting edge / sealing edge）と、内部ボアホールであって、圧力環境が係合縁部／封止縁部から内部ボアホールを通ってメンブレンまで延在する、内部ボアホールと、を備えるポートを特徴とし、ポートは、軸方向の寄生の封止力のためのデカップリング（切り離し）構造と、ポートの長さの縮小とを可能にする。
【０００７】
実施形態は、以下の利点のうちの１つまたは複数を有することができる。
【０００８】
本発明のマイクロフューズドシリコン歪みゲージ圧力センサは、より小さなモジュラーセンサパッケージ内に改善されたセンサ性能を提供する。
【０００９】
より小さなモジュラーセンサパッケージは、振動性能の改善を可能にする。
【００１０】
本発明のマイクロフューズドシリコン歪みゲージ圧力センサは、工程段階および構成要素の数を最小化し、且つ、リスクの低い工程を用いることにより、製造性（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒａｂｉｌｉｔｙ、ＤＦＭＡ）および品質の改善を可能にする。
【００１１】
本発明のマイクロフューズドシリコン歪みゲージ圧力センサは、深絞りのカップ、トレンチ（溝）を有するポート、クリップイン支持リング、スプリング、および単純な圧着動作により閉鎖するパッケージを可能にする。
【００１２】
本発明のマイクロフューズドシリコン歪みゲージ圧力センサは、振動の改善、重量および高さの削減、経済的な生産性の最適化を可能にするのと同時に、より少ない構成要素での生産性を確実にする。
【００１３】
これらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読み、関連する図面を検討することから明らかとなろう。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、単に説明的なものであり、請求される態様を限定するものではないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明は、以下の図面に関連した詳細な説明を参照することにより、より十分に理解されよう。
【００１５】
【図１】第１の例示的な圧力センサパッケージを示す図である。
【００１６】
【図２】図１の第１の例示的な圧力センサパッケージのポートの断面を示す図である。
【００１７】
【図３】別の例示的な圧力センサパッケージを示す図である。
【００１８】
【図４】別の例示的な圧力センサパッケージを示す図である。
【００１９】
【図５】別の例示的な圧力センサパッケージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
主題の革新は、図面を参照して次に説明される。同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を参照するのに使用される。以下の説明において、説明目的で、多数の具体的な詳細が、本発明の十分な理解を提供するために述べられる。しかし、本発明がこれらの具体的な詳細なしで実施できることは明らかであろう。他の例においては、よく知られた構造およびデバイスが、本発明の説明を容易にするように、ブロック図の形で示される。
【００２１】
以下の説明において、「または（ｏｒ）」という語は、排他的な「または（ｏｒ）」ではなく、包括的な「または（ｏｒ）」を意味すると意図される。すなわち、特別の定めがない限り、または文脈から明らかでない限り、「ＸはＡまたはＢを用いる」は、いずれの自然な包括的置換を意味することが意図される。すなわち、ＸがＡを用い、ＸがＢを用い、またはＸがＡとＢの両方を用いる場合、「ＸはＡまたはＢを用いる」は、いずれの前述の例にも適合する。さらに、本明細書および添付の図面において使用される冠詞「ａ」および「ａｎ」は、一般に、特別の定めがない限り、または単数形に向けられるように文脈から明らかでない限り、「１つまたは複数の」を意味するように解釈すべきである。
【００２２】
例えば、マイクロ歪みゲージ（ＭＳＧ）デバイスなどのセンサパッケージは、電子モジュールアセンブリ（ＥＭＡ）を有することができる。ＥＭＡは、ワイヤボンディングのために、センサパッケージにおいてダイヤフラムの上部に機械的に固定できる。ＥＭＡは、電磁環境両立性（ＥＭＣ）の性能のためにセンサパッケージと関連するハウジングに電気的に接続できる。
【００２３】
クリップイン支持リングは、例えばセンサパッケージなどのデバイスにおいてこれらの機能を提供するのに使用される。クリップイン支持リングは、例えば、スプリング力および反力によりＥＭＡの固定を提供できる。さらに、クリップイン支持リングをデバイスのハウジングに取付ける（例えば、スポット溶接する）と、例えば、ハウジングに対して堅牢な機械的および／または電気的接続を提供できる。電気的接続は、ＥＭＡとハウジングの間の電気的連続性を提供できる。
【００２４】
図１に示すように、例示的なセンサパッケージ１００は、例えば、コネクタ１１０、１つまたは複数のコンタクトスプリング１２０、環境シール１３０、ＥＭＡ１４０、クリップイン支持リング２００、ハウジング１６０、および感知素子アセンブリ１７０を含むことができる。
【００２５】
コネクタ１１０は、センサパッケージ１００を外部ソース（例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ））に接続できる。コネクタ１１０は、例えば、外部ソースに接続され得る導電体（例えば、電線）と電気的に接続できる端子を含むことができる。端子は、例えば、センサパッケージ１００により生成され得る信号を、導電体を介して外部ソースへ伝達するのに使用できる。信号は、例えば、センサパッケージ１００により成され得るセンサ読出しを含むことができる。
【００２６】
コンタクトスプリング１２０は、ＥＭＡ１４０と、例えば、コネクタ１１０内に含まれる端子との間に電気的連続性を提供できる。コンタクトスプリング１２０は、電気的連続性を提供し、且つ、腐食から保護するのに使用できる導電性の材料（例えば、銀めっき）を含むことができる。
【００２７】
環境シール１３０は、例えば、コネクタ１１０とハウジング１６０の間の封止を提供できる。環境シール１３０は、例えば、センサパッケージ１００の性能に場合によっては悪影響を与えることのある汚染物質（例えば、湿気、ほこり）がセンサパッケージ１００に侵入するのを防止できる。
【００２８】
ＥＭＡ１４０は、例えば、回路基板および１つまたは複数の電子的な構成要素１４２（例えば、集積回路、トランジスタ、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、ダイオード）を含むことができる。回路基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）とすることができる。電子的な構成要素は、回路基板上に実装できる。電子的な構成要素は、例えば、感知素子アセンブリ１７０により感知された状態（例えば、力）を処理することができ、および／または、感知された状態に基づき信号を生成することができる。電子的な構成要素は、生成された信号を、コネクタ１１０内に含まれ得る端子を介して外部ソースへ伝達できる構成要素を含むことができる。
【００２９】
ハウジング１６０は、クリップイン支持リング２００のための装着プラットフォーム（mounting platform）を提供できる。ハウジング１６０は、クリップイン支持リング２００がハウジング１６０に取り付けられる（例えば、溶接される）のを可能にできる金属から作られてもよい。一実施形態において、ハウジング１６０は、六角形のカップとして成形される。
【００３０】
２つのゲージがガラス接合されたポート備える感知素子アセンブリ１７０は、例えば、センサパッケージ１００に印加される状態などの状態を感知するための機能を備えることができる。感知素子アセンブリ１７０は、例えば、センサパッケージ１００に印加されるであろう様々な力を感知するのに使用できる歪みゲージ１７２を含むことができる。
【００３１】
感知素子アセンブリ１７０により感知された状態は、ＥＭＡ１４０上に含まれる回路によって検知できる。回路は、感知状態を処理することができ、また、処理された感知状態に基づいて様々な信号を生成することができる。信号は、センサパッケージ１００から、コネクタ１１０内に含まれる端子を介して外部ソースへ伝達できる。
【００３２】
クリップイン支持リング２００は、センサパッケージ１００においてＥＭＡ１４０を固定できる支持リングとすることができる。具体的には、ＥＭＡ１４０はクリップイン支持リング２００上に装着できる。その後、クリップイン支持リング２００はハウジング１６０に取り付けることができ、これにより、センサパッケージ１００においてＥＭＡ１４０のためのしっかりした支持が提供される。
【００３３】
圧力センサ１００などのＭＳＧデバイスにとって、ポートは、圧力を歪み場へ変換するのに使用される。圧力センサ１００の機能は、物理的な「流体圧力」を、いくつかの自動車用途において印加される圧力に対応するレシオメトリックな出力電圧へ変換することである。ポート（上側）のメンブレン上にゲージがガラス接合され、歪み場の変化を電気的出力電圧へ変換する。ポートの上部の歪み場のみが印加される圧力によって影響を受けることが重要であり、すなわち、ポートの設計は、ネジ上および／またはポートの底部上の装着力（mounting force）などの他の力をメンブレンからデカップル（非結合）すべきである。
【００３４】
図２に示すように、例示的なポート２０２は、メンブレン２０５（感知素子ダイヤフラムとも呼ばれる）、ネジ２１０、係合縁部／封止縁部２１５、内部ボアホール２２０およびトレンチポート２２５を備える。一般に、ポート２０２は、その底部で圧力環境に対して開いている。従って、圧力環境は、係合／封止縁部２１５から内部ボアホール２２０を通ってメンブレン２０５まで延在する。メンブレン２０５の上部に配置されるのは、少なくとも１つの歪みゲージ（図示せず）である。
【００３５】
圧力センサ１００の主な機能は、圧力を測定することなので、ポート２０２は圧力にのみ応答すべきであり、他の相互作用力による影響を受けるべきでない。例えば、ポート２０２は、最大１００Ｎｍまたはそれよりも高い装着トルクでレールに装着され得る。封止縁部２１５上に作用する力は、メンブレン２０５からデカップルされなければならない。メンブレン２０５における歪みは、ゲージによって測定され、もっぱら圧力によって変化されなければならない。
【００３６】
以前の圧力センサパッケージにおいては、装着力などのデカップリング構造は、比較的長いポート設計により実現された。ポート２０２の設計は、トレンチ２２５の実施によりポートの長さを縮小させる。トレンチポート２２５は、ポート２０２の肩部に加えられた溝である。トレンチポート２２５により、ネジ上および／またはポート２０２の底部上の装着力などの軸方向の封止力のためのデカップリング（分離）の特徴が可能となり、また、例えば、２.４５ミリメートル（ｍｍ）のポートの長さまでの縮小が可能となる。より具体的には、トレンチポート２２５を導入は、装着力をデカップルし、また、従来の技術と比較して、より低いポート設計を可能になる。同時に、トレンチポート２２５を有するポート２０２は、カップおよびコネクタ設計と共に、封止力を印加することによる正確性の損失をもたらすことなく、さらに、ポートの長さの縮小、ポート重量の減少、センサパッケージの振動の堅牢性の改善を伴い、また、製造コストの全体的な削減、すなわち、ポート設計をより短くするとで、より多くのポートを１つの棒材の原材料から作ることができることを伴う。このように、長さを縮小させることは、ポート２０２の製造におけるコスト削減に寄与する。さらに、ポート２０２のポートの長さを縮小させると、センサの全体の長さが縮小される。ポート２０２の全体の長さ、そしてそれ故コネクタ１１０の長さを縮小させることによってさらにセンサが縮小できることにも留意すべきである。
【００３７】
図３は、別の例示的な圧力センサパッケージ４００を示し、図４は別の例示的な圧力センサパッケージ５００を示し、図５は別の例示的な圧力センサパッケージ６００を示す。センサパッケージ４００、５００および６００のそれぞれのポートの長さは、上記で十分に説明した。ポートの長さが縮小されるので、センサパッケージ４００、５００、６００の合計の長さも縮小される。
【００３８】
いくつかの実施形態は、それらの派生物とともに「一実施形態」または「実施形態」という表現を用いて説明できる。これらの用語は、少なくとも１つの実施形態に含まれる実施形態に関して説明された特定の特徴、構造、または特性を意味するものである。本明細書の様々な箇所における「一実施形態において」というフレーズの出現は、必ずしも全てが同一の実施形態を参照するとは限らない。
【００３９】
本発明が、その好ましい実施形態を参照して詳細に示され、且つ説明されてきたが、添付の特許請求の範囲により規定される本願の精神および範囲から逸脱することなく、形状および詳細の様々な変更がなされてもよいことが、当業者によって理解されよう。このような変形形態は、本願の範囲に含まれることが意図される。従って、本願の実施形態の上記説明は、限定することを意図していない。むしろ、本発明に対するあらゆる限定は、以下の特許請求の範囲に表される。
【図１】
2016161567.tif 000003
【図２】
2016161567.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016161567.tif 000006
【図５】
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