(57)【要約】  台座を固定するための接着剤層が剥がれることのない圧力センサ装置を提供する。ダイアフラム２６と台座２８を備えた半導体圧力センサ素子１７は、台座２８のダイアフラム２６の周囲に備えられた取付部２９が、第２のケース５の被取付壁部１９に、流体によって溶けることがない接着剤で接合されている。第１のケース１の内部通路を通じて、ダイアフラム２６に加わる圧力が、台座２８の取付部２９を、第２のケース５の被取付壁部１９に押し付ける方向に作用するため、接着剤層が剥がれることを阻止できる。
2020009091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ回路が形成されるダイアフラム部を備えた半導体圧力センサ素子と、
前記ダイアフラム部の外周部を支持する筒状の台座と、
流体導入路を通して前記台座の内部通路に導入された流体の圧力が作用するように前記半導体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を備えた圧力センサ装置であって、
前記台座は前記半導体圧力センサ素子の周囲に取付部を備えた形状を有しており、
前記台座の前記取付部が前記ケースの前記被取付壁部に、前記流体によって溶けることがない接着剤で接合され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】
半導体基板の中央部に前記半導体圧力センサ素子が形成されてなる加工済み半導体基板が、前記台座の上面に接合されており、
前記台座に接合された状態の前記加工済み半導体基板には、前記半導体圧力センサ素子とその周囲部分とを分離する溝部が形成されており、
前記周囲部分が前記台座の前記取付部を構成している請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項３】
前記溝部が前記台座の内部まで入り込んでいる請求項２に記載の半導体圧力センサ装置。
【請求項４】
前記ケースの前記流体導入路の内部には、前記台座の前記内部通路の入口部を囲む環状の下面との間にＯ−リングを挟む環状面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５】
前記流体導入路を内部に有する第１のケース部と、
前記半導体圧力センサ素子と回路基板を収納し且つ前記被取付壁部を備え、前記第１のケース部との間に前記半導体センサ素子を収納する収納空間を形成する第２のケース部と、
前記第１のケース部の本体と前記第２のケース部を収納する第３のケース部から構成されるハウジングを有し、
前記第１のケース部には、前記流体導入路と同心的に形成され、前記Ｏ−リングを収納し且つ底部に前記環状面を備えた環状の凹部が形成されている請求項４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、ダイアフラムにより流体の圧力を感知する圧力センサ装置に関し、特に、ダイアフラムとともに半導体圧力センサ素子を構成する台座を圧力センサ装置のハウジング又はケースに固定するための接着剤層が剥がれることのない圧力センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５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６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、半導体圧力センサ素子が配設され樹脂成形されたセンサケース２０と、このセンサケース２０から一部が露出するように該センサケース２０にインサート成形されるとともにセンサ素子と電気的に接続されたリード３０と、センサケース２０に組み付けられてセンサ素子を覆う外側ケース４０と、外側ケース４０に形成されリード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。センサケース２０と外側ケース４０は、スライド動作により嵌合されており、センサケース２０と外側ケース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。またセンサケース２０には、被測定流体が流入する圧力導入ポート２１が一体に設けられている。【０００３】
図６に示すように、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、例えば給湯器の流路の適所にＯリング等を介して取付け可能となっている。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】
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の台座１１が固定されている。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のダイアフラムは台座１１に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。流路からの圧力は導入孔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。台座１１は、凹部２３の底面に接着剤層を介して接合されている。また、凹部２３内にはガラスよりなる台座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、接着剤により固定されている。【０００７】
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ワイヤ１４により、適宜互いに電気的に接続されている。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、リードの露出部から外部へ取り出される。
【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、台座１１が凹部２３の底面に接着剤層を介して接合されているが、台座の貫通孔に進入する流体の圧力で、接着剤層が剥がれる可能性がある。特に流体が接着剤を溶かした場合には、接着剤層が剥がれる可能性が高くなる。【００１０】
本発明の目的は、台座を固定するための接着剤層が剥がれることのな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、センサ回路が形成されるダイアフラム部を備えた半導体圧力センサ素子と、該ダイアフラム部の外周部を支持する筒状の台座と、流体導入路を通して台座の内部通路に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を備えた圧力センサ装置を改良の対象とする。本発明においては、台座は半導体圧力センサ素子の周囲に取付部を備えた形状を有している。そして台座の取付部がケースの被取付壁部に、流体によって溶けることがない接着剤で接合されている。【００１２】
本発明の構造によれば、ダイアフラムに流体から加わる圧力が、台座の取付部をケースの被取付壁部に押し付ける方向に作用する。その結果、流体の圧力で接着剤の層が剥がれることを阻止することができる。【００１３】
具体的な構造では、半導体基板の中央部に半導体圧力センサ素子が形成されてなる加工済み半導体基板が、台座の上面に接合されている。そして台座に接合された状態の加工済み半導体基板には、半導体圧力センサ素子とその周囲部分とを分離する溝部が形成されている。さらに周囲部分が台座の取付部を構成している。この溝部は、台座の取付部に加わる応力が半導体圧力センサ素子に伝わることを阻止している。したがって接着剤を用いた取付によっても圧力の検出精度が低下することがない。【００１４】
なお溝部は台座の内部まで入り込んでいるのが好ましい。このようにするとより確実に応力の伝達を阻止することができる。【００１５】
ケースの流体導入路の内部には、台座の内部通路の入口部を囲む環状の下面との間にＯ−リングを挟む環状面が形成されているのが好ましい。Ｏ−リングの存在によって、流体が台座の表面側に侵入することを阻止することができる。【００１６】
なお流体導入路を内部に有する第１のケース部と、半導体圧力センサ素子と回路基板を収納し且つ被取付壁部を備え、第１のケース部との間に半導体センサ素子を収納する収納空間を形成する第２のケース部と、第１のケース部の本体と第２のケース部を収納する第３のケース部からハウジングを構成してもよい。このハウジングを採用した場合、第１のケース部には、流体導入路と同心的に形成され、Ｏ−リングを収納し且つ底部に前記環状面を備えた環状の凹部が形成されているのが好ましい。この構造によれば、Ｏ−リングの位置決めを簡単に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）乃至（Ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサ装置を示す平面図、右側面図、底面図及び正面図である。
【図２】図１に示した圧力センサ装置の分解組立図である。
【図３】図１（Ｃ）のIII−III線断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る圧力センサ装置の横断面図である。
【図５】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６】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】
【００１８】
以下図面を参照して、本発明の圧力センサ装置の実施の形態について説明する。図１（Ａ）乃至（Ｄ）は、第１の実施の形態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は図１の圧力センサ装置の分解組立図であり、図３は図１（Ｃ）のIII−III線断面図である。
【００１９】
第１の実施の形態の圧力センサ装置は、第１のケース１と、リード端子３と、第２のケース５（図２、図３）と、第３のケース７とを備えている。なお従来の構造と同様の部分には、図５及び図６に付した符号と同じ符号を付してある。第１のケース１は、図２に示すように外形が平板な直方体状本体１Ａの上面中央に環状凹部９が設けられ、下面からは下方に向けて圧力導入ポート２１が突出している。圧力導入ポート２１内部の導入孔２２は環状凹部９の底部中央に貫通している。
【００２０】
第２のケース５は直方体状の外形を有し、リード端子３が埋め込まれて前面から露出している。第２のケース５の上下の面にはそれぞれ上面凹陥部１５と下面凹陥部１６が設けられている。下面凹陥部１６の中には半導体圧力センサ素子１７が収納され、上面凹陥部１５の中には半導体圧力センサ素子１７の出力信号を処理する集積回路２と、電源回路及び調製回路を含み、リード端子３を通じて外部に圧力値に応じた電気信号を出力する回路基板１８が収納される。上面凹陥部１５と下面凹陥部１６との間は一部が貫通しており、下面凹陥部１６の上面の一部が被取付壁部１９を構成する。
【００２１】
第１のケース１、第２のケース５、第３のケース７及びコネクタカバー４はいずれも電気絶縁性及び可撓性を有する合成樹脂製であり、相互に係合して固定される係合構造が相応する位置に形成されている。第３のケース７は前面が開放した直方体形状であり、その中に相互に係合された第１のケース１の本体と第２のケース５を収納することができる。リード端子３にはコネクタカバー４が被せられてコネクタを形成する。
【００２２】
図３に示すように、本実施の形態における半導体圧力センサ素子１７は、センサ回路が形成されるダイアフラム２６を備えている。半導体圧力センサ素子１７は、ダイアフラム２６の外周部を支持する筒状の台座２８に固定されている。第２のケース５は、第１のケース１の内部の流体導入路である導入孔２２及び円筒型凹陥部９を通して台座２８の内部通路３２に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１７が取り付けられる被取付壁部１９を有する。台座２８は半導体圧力センサ素子１７の周囲に取付部２９を備えた形状を有している。後述するように、本実施の形態の取付部２９は、半導体圧力センサ素子１７を形成するために用いられた加工済み半導体基板ＳＳの一部によって構成されている。
【００２３】
台座２８の取付部２９が第２のケース５の被取付壁部１９に、流体によって溶けることがない接着剤で接合されている。被取付壁部１９と取付部２９との間の接着剤層（厚みが薄いため図示していない）は、ダイアフラム２６が受ける圧力の方向に対しほぼ直角に延びている。すなわち、ダイアフラム２６と接着剤層とはほぼ面一又は平行な位置と姿勢の関係にある。
【００２４】
流体によって溶けることがない接着剤とは、例えば流体が水性であれば水に実質的に溶解しない材質であり、流体が有機溶液であれば有機物に実質的に溶解しない材質であり、あるいは流体が酸又はアルカリ溶液の場合にはこれに実質的に冒されない材質であることを意味し、測定対象となる流体の性質や温度やｐＨや圧力の範囲等に応じて、溶解度、耐酸／アルカリ性、耐熱性、耐薬品性等を考慮の上、適当な接着剤が選択される。
【００２５】
また台座２８は十分な剛性と流体に対する耐腐食性等を有する材料、例えばガラス製であり、接着剤はガラス製の台座２８と合成樹脂製の第２のケース５を被接着材として良好な接着性能を発揮するものでなければならないのはもとよりである。
【００２６】
さらに具体的な構造では、半導体基板の中央部に半導体圧力センサ素子１７が形成されてなる加工済み半導体基板ＳＳが、台座２８の上面に接合されている。そして台座２８に接合された状態の加工済み半導体基板ＳＳには、半導体圧力センサ素子１７とその周囲部分とを分離する溝部３３が形成されている。すなわち溝部３３は半導体圧力センサ素子１７の方形の上面を井桁状に区切る４本の直線状に延びており、中央のダイアフラム２６が４本の溝部３３により周囲部分と分離されている。さらに周囲部分が台座２８の取付部２９を構成している。この溝部３３は、台座２８の取付部２９に加わる応力が半導体圧力センサ素子１７に伝わることを阻止している。したがって接着剤を用いた取付によっても圧力の検出精度が低下することがない。
【００２７】
なお溝部３３は台座２８の内部まで入り込んでいる。このようにするとより確実に応力の伝達を阻止することができる。
【００２８】
第１のケース１の流体導入路を構成する環状凹部９の内部には、台座２８の内部通路３２の入口部を囲む環状の下面との間にＯ−リング２７を挟む環状面３４が形成されている。Ｏ−リング２７の存在によって、流体が台座２８の表面側に侵入することを阻止することができる。Ｏ−リング２７は弾力性を有し、環状凹部９の深さよりもやや大きい太さに形成されているので、第１のケース１と第２のケース５とが組み立てられたときに、台座２８の底面と環状面３４とに密着して流体を密封する。Ｏ−リング２７の材料も取り扱う流体に対する耐性を有するものが選ばれ、汎用性のある材料としては例えばシリコーンゴムが挙げられる。
【００２９】
なお本実施の形態は、導入孔２２と環状凹部９とから構成される流体導入路を内部に有する第１のケース１と、半導体圧力センサ素子１７と回路基板１８を収納し且つ被取付壁部１９を備え、第１のケース１との間に半導体圧力センサ素子１７を収納する収納空間を形成する第２のケース５と、第１のケース１の本体と第２のケース５を収納する第３のケース７からハウジングが構成されている。このようなハウジングを採用したので、第１のケース１には、流体導入路と同心的に形成され、Ｏ−リング２７を収納し且つ底部に環状面３４を備えた環状凹部９が形成されており、Ｏ−リング２７の位置決めを簡単に実現できる。
【００３０】
次に第１の実施の形態の作用について説明する。図２に示すように、第１の実施の形態に係る圧力センサ装置は、第１のケース１の環状凹部９内の環状面３４上にＯ−リング２７を載置し、さらにその上に半導体圧力センサ素子１７を載置する。次に半導体圧力センサ素子１７の台座２８の取付部２９に接着剤を塗布し、続いて第２のケース５の被取付壁部１９がその上に載るように、第２のケース２の下面凹陥部１６内に半導体圧力センサ素子１７を収納するために、第１のケース１と第２のケース５とを相互に近づけていき、嵌合構造により嵌合する。このとき、可撓性を有するＯ−リング２７は、環状面３４と台座２８の底面との間で応力を受けて変形し、環状面３４と台座２８の底面に密着して流体が漏れないように密封するとともに、半導体圧力センサ素子１９を上方に付勢して台座２８の取付部２９を第２のケース５の被取付壁部１９に向かう方向に押し付けて、接着剤による接着を確実なものにする。
【００３１】
次に第２のケース５の上面凹陥部１５内に配置した集積回路２と回路基板１８、及び半導体圧力センサ素子１７とリード端子３それぞれの間で必要な配線が行われたら、第１のケース１本体と第２のケース５を第３のケース７内に収納し、リード端子３を覆うようにコネクタカバー４が嵌合されて、圧力センサ装置が組み立てられる。
【００３２】
以上のような圧力センサ装置において、半導体圧力センサ素子１７は、ダイアフラム２６に導入孔２２、環状凹部９及び内部通路３２を通じて外部の圧力が作用すると、ダイアフラム２６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（図示していない）により検知して、圧力に比例した信号を出力する。信号は集積回路２により処理され、回路基板１８を経てリード端子３から外部に出力される。
【００３３】
計測される流体の圧力は、ダイアフラム２６に作用するが、ダイアフラム２６に流体を介して加わる圧力が、台座２８の取付部２９を第２のケース５の被取付壁部１９に押し付ける方向に作用する。その結果、流体の圧力で接着剤の層が剥がれることを阻止することができる。
【００３４】
図４は本発明の第２の実施の形態の車載用の圧力センサ装置の製造途中の状態の断面図を示す。この圧力センサ装置は、センサ回路が形成されるダイアフラム３５を備えた半導体圧力センサ素子３７と、ダイアフラム３５の外周部を支持する筒状の台座３６と、流体導入路３８を通して台座３６の内部通路３９に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３７が取り付けられる被取付壁部４１を有する電気絶縁性を有する素子ケース４３を備えている。
【００３５】
台座３６はダイアフラム３５の周囲に取付部４４を備えた形状を有している。そして台座３６の取付部４４が素子ケース４３の被取付壁部４１に、流体によって溶けることがない接着剤で接合されている。
【００３６】
素子ケース４３は、流体導入路３８を有する雌型ケース４５と、リード端子４６が突き出た雄型ケース４７との間に挟まれて固定される。素子ケース４３の外周面と雌型ケース４５の内周面との間には、O−リング４８が配置されている。このO−リング４８は、流体が雄型ケース４７内に入り込むのを阻止する。
【００３７】
本実施の形態では、雌型ケース４５の被カシメ部４６を雄型ケース４７の肩部に向かってカシメ加工することにより、雌型ケース４５と雄型ケース４７は、一体化される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、ダイアフラムに流体から加わる圧力が、台座の取付部をケースの被取付壁部に押し付ける方向に作用するので、流体の圧力で接着剤の層が剥がれることを阻止できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  第１のケース
２  集積回路
３  リード端子
４  コネクタカバー
５  第２のケース
７  第３のケース
９  円筒形凹陥部
１５  上面凹陥部
１６  下面凹陥部
１７  半導体圧力センサ素子
１８  回路基板
１９  被取付壁部
２１  圧力導入ポート
２２  導入孔
２６  ダイアフラム部
２７  Ｏ−リング
２８  台座
２９  取付部
３２  内部通路
３３  溝部
３４  環状面
３５  ダイアフラム
３６  台座
３７  半導体圧力センサ素子
３８  流体導入路
３９  内部通路
４１  被取付壁部
４３  素子ケース
４４  取付部
４５  雌型ケース
４６  リード端子
４７  雄型ケース
【図１】
2020009091.tif 000003
【図２】
2020009091.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020009091.tif 000008
【国際調査報告】
2020009091.tif 000009
2020009091.tif 000010
2020009091.tif 000011
2020009091.tif 000012