JP2014232024A - Physical quantity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量を検出してそれに応じたセンサ信号を出力する物理量センサに関するものである。 The present invention relates to a physical quantity sensor that detects a physical quantity and outputs a sensor signal corresponding to the detected physical quantity.
従来より、物理量に応じたセンサ信号を出力するセンサチップとケースに保持されているターミナルとが電気的に接続され、ケースとターミナルとの隙間がシール剤層にて封止された物理量センサが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, a physical quantity sensor has been proposed in which a sensor chip that outputs a sensor signal corresponding to a physical quantity and a terminal held in the case are electrically connected, and the gap between the case and the terminal is sealed with a sealant layer (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、シール剤層においてターミナルやセンサチップと接する部位にクラックが発生し、その結果ケースとターミナルとの隙間を確実に封止することができないという問題があった。 However, there is a problem that cracks are generated at portions of the sealant layer that are in contact with the terminal and the sensor chip, and as a result, the gap between the case and the terminal cannot be reliably sealed.
本発明は上記点に鑑みて、シール剤層のクラックの発生を防止することを目的とする。 An object of this invention is to prevent generation | occurrence | production of the crack of a sealing agent layer in view of the said point.
ここで、シール剤層のクラックの発生原因について検討した。その検討結果を、図5を参照して説明する。 Here, the cause of occurrence of cracks in the sealant layer was examined. The examination result will be described with reference to FIG.
ここで、ターミナル90がケース91から突出する方向(図5の紙面上下方向)をターミナル突出方向とし、シール剤層92におけるターミナル突出方向の寸法をシール剤層厚さとする。
Here, the direction in which the
シール剤層92におけるターミナル突出方向の熱膨張量は領域によって異なり、ターミナル突出方向の熱膨張量が相対的に大きくなる領域においては、熱ストレス印加時(すなわち高温時)のシール剤層厚さt1が常温時のシール剤層厚さt0よりも大幅に増加する。このため、ターミナル突出方向の熱膨張量が相対的に大きくなる領域のシール剤層92において、ターミナル90やセンサチップ93と接する部位Zの応力が大きくなり、クラックが発生することが分かった。
The amount of thermal expansion in the terminal protruding direction in the
本発明は上記の検討結果に基づいてなされたもので、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、底部壁面(111)および周壁面(112)を有する凹部(11)が形成されたケース(1)と、底部壁面に実装され、物理量に応じたセンサ信号を出力するセンサ部(2)と、ケースに保持されるとともに、一端部が底部壁面から凹部内に突出してセンサ部と電気的に接続されるターミナル(4)と、底部壁面から周壁面の中間部までシール剤が充填されてケースとターミナルとの隙間を封止するシール剤層(3)とを備え、ターミナルが底部壁面から凹部内に突出する方向をターミナル突出方向とし、シール剤層におけるターミナル突出方向の寸法をシール剤層厚さとし、シール剤層におけるターミナル突出方向への熱膨張量が相対的に大きくなる領域を熱膨張量大領域としたとき、ケースは、底部壁面から凹部内に突出してシール剤層厚さを調整する突起部(12)を備え、突起部は、ターミナル突出方向に沿って見たときに熱膨張大領域と重なる領域に配置されていることを特徴とする。
The present invention has been made on the basis of the above examination results, and in order to achieve the above object, in the invention according to
これによると、突起部を設けたことにより熱膨張大領域のシール剤層厚さが薄くなり、熱膨張大領域のシール剤層のターミナル突出方向熱膨張量を少なくすることができ、その結果シール剤層のクラックの発生を防止することができる。 According to this, the thickness of the sealant layer in the large thermal expansion region is reduced by providing the protrusion, and the amount of thermal expansion in the terminal protruding direction of the sealant layer in the large thermal expansion region can be reduced. Generation of cracks in the agent layer can be prevented.
なお、この欄およ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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
本発明の一実施形態について説明する。本実施形態の物理量センサは、たとえば自動車に搭載され、エアコンの冷媒の圧力、或いは自動車のエンジンや駆動系の潤滑用オイルの圧力を検出する圧力センサ等に適用できる。 An embodiment of the present invention will be described. The physical quantity sensor of the present embodiment is mounted on an automobile, for example, and can be applied to a pressure sensor that detects the pressure of refrigerant in an air conditioner or the pressure of lubricating oil in an automobile engine or drive system.
図1〜図3に示すように、ケース1は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の樹脂を型成形することにより作られ、略円柱状をなしている。ケース1の一端側(図1中、下方側)には、底部壁面111および周壁面112を有する凹部11が形成されている。また、ケース1の一端側には、底部壁面111から凹部11内に突出して後述するシール剤層3の厚さを調整する突起部12(詳細後述)が形成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
凹部11には、センサ部としてのセンサチップ2が配設されている。センサチップ2は、受圧面としてのダイアフラムを有し、このダイアフラムが受けた圧力を電気信号に変換し、この電気信号をセンサ信号として出力する半導体ダイアフラム式のものである。
A
センサチップ2は、ガラス等よりなる台座21に陽極接合等により一体化されている。そして、台座21と一体化されたセンサチップ2は、この台座21を凹部11の底部壁面111に接着剤にて接着することで、ケース1に搭載されている。
The
ケース1には、センサチップ2と外部の回路等とを電気的に接続するための複数個の金属製板状のターミナル4が設けられている。このターミナル4は、黄銅にNiメッキ等のメッキ処理を施した材料よりなる。ターミナル4をインサート物としてケース1をインサート成形することにより、ターミナル4をケース1にて保持している。
The
各ターミナル4の一端側(図1中、下方端側)の端部は、センサチップ2の搭載領域の周囲において、凹部11の底部壁面111から凹部11内に突出している。
An end on one end side (the lower end side in FIG. 1) of each
そして、各ターミナル4の突出部の先端面とセンサチップ2とは、ワイヤボンディングにより形成されたAu(金)やAl(アルミ)などからなるボンディングワイヤ5を介して結線され電気的に接続されている。
And the front end surface of the protrusion part of each
また、各ターミナル4の突出部の周囲には、底部壁面111から周壁面112の中間部までシール剤が充填されてシール剤層3が設けられている。そして、このシール剤層3により、ケース1とターミナル4との隙間が封止されるようになっている。なお、シール剤は、湿気硬化型のシリコーンを用いている。
Further, around the protruding portion of each
ケース1の他端側(図1中、上方側)は、ターミナル4における上記突出部とは反対側の他端側を、例えばワイヤハーネス等の外部配線部材(図示せず)を介して外部回路(車両のECU等)に電気的に接続するための接続部13となっている。こうして、センサチップ2と外部との間の信号の伝達は、ボンディングワイヤ5およびターミナル4を介して行われるようになっている。
The other end side (upper side in FIG. 1) of the
ケース1の一端側に組み付けられるハウジング6は、たとえばステンレス(SUS)等の金属材料よりなる。このハウジング6は、一端側(図1中の上方端側)に開口部61を有するとともに、他端側(図1中の下方端側)に外部から圧力媒体が導入される圧力導入孔62を有する。この圧力媒体は、たとえば上記したエアコンの冷媒や自動車の潤滑用オイル等である。
The
また、ハウジング6の他端側の外面には、圧力センサを自動車の適所、たとえば、エアコンの冷媒配管や自動車の潤滑用オイル配管等の箇所に固定するためのネジ部63が形成されている。
Further, on the outer surface on the other end side of the
ハウジング6の一端側には、メタルダイアフラム7が設けられている。このメタルダイアフラム7は、金属製のリングウェルド8を介して溶接などによりハウジング6に固定されている。
A metal diaphragm 7 is provided on one end side of the
ハウジング6は、その開口部61にケース1の一端側(図1中の下端側)が挿入された状態で、凹部11を覆うようにケース1に組み付けられている。また、ハウジング6は、その一端側の端部がかしめられてケース1に固定されている。
The
ケース1の一端側には、環状の溝14が形成され、この溝14内には、ケース1とリングウェルド8との間を気密に封止するためのOリング9が配設されている。
An
そして、凹部11内には、センサチップ2、ターミナル4、ボンディングワイヤ5を覆うようにオイルが充填されている。このオイルは、フッ素オイル等よりなり、主として圧力伝達媒体として機能するものである。
The
かかる物理量センサの基本的な圧力検出動作について述べる。物理量センサは、たとえば、ハウジング6のネジ部63を介して、車両の適所に取り付けられる。そして、外部からの圧力媒体(上記したエアコンの冷媒や自動車の潤滑用オイル等)が、ハウジング6の圧力導入孔62を介して物理量センサ内に導入される。
A basic pressure detection operation of the physical quantity sensor will be described. The physical quantity sensor is attached to an appropriate position of the vehicle via, for example, a
すると、導入された圧力が、センサチップ2の受圧面であるダイアフラムに印加される。そして、印加された圧力に応じた電気信号がセンサ信号として、センサチップ2から出力される。このセンサ信号は、センサチップ2からボンディングワイヤ5、ターミナル4を介して外部回路へ伝達される。以上が、物理量センサにおける基本的な圧力検出動作である。
Then, the introduced pressure is applied to the diaphragm which is the pressure receiving surface of the
次に、図2〜図4に基づいて、突起部12について詳述する。ここで、ターミナル4が底部壁面111から凹部11内に突出する方向をターミナル突出方向とし、シール剤層3におけるターミナル突出方向の寸法をシール剤層厚さとし、シール剤層3におけるターミナル突出方向への熱膨張量が相対的に大きくなる領域を熱膨張量大領域とする。なお、図3では、シール剤層3の範囲を明確にするために、シール剤層3を斜線で示している。
Next, the
図3に示すように、シール剤層3は、ターミナル4と周壁面112との間の隙間領域(以下、第1隙間領域という)、センサチップ2と周壁面112との間の隙間領域(以下、第2隙間領域という)、およびターミナル4とセンサチップ2との間の隙間領域(以下、第3隙間領域という)に形成される。
As shown in FIG. 3, the
なお、第1隙間領域は、ターミナル4と周壁面112との間の隙間寸法が相対的に狭い隙間領域(以下、幅小第1隙間領域という)と、ターミナル4と周壁面112との間の隙間寸法が相対的に広い隙間領域(以下、幅大第1隙間領域という)とが存在する。
The first gap area is a gap area between the terminal 4 and the peripheral wall surface 112 (hereinafter referred to as a narrow first gap area) and the
また、第2隙間領域におけるセンサチップ2と周壁面112との間の隙間寸法は、幅大第1隙間領域の隙間寸法よりも、相対的に狭くなっている。
In addition, the gap dimension between the
さらに、第3隙間領域におけるターミナル4とセンサチップ2との間の隙間寸法は、幅大第1隙間領域の隙間寸法よりも、相対的に狭くなっている。
Further, the gap dimension between the terminal 4 and the
ここで、隙間寸法が狭い隙間領域およびその隙間領域に隣接する隙間領域では、表面張力によってシール剤層厚さが厚くなる。このため、突起部12を設けていない場合は、隙間寸法が相対的に狭い複数の隙間領域が接続する領域が、熱膨張大領域となる。本実施形態では、幅小第1隙間領域、第2隙間領域、および第3隙間領域が接続する領域が、ターミナル突出方向の熱膨張量が最も大きくなる。
Here, in the gap region where the gap size is narrow and the gap region adjacent to the gap region, the thickness of the sealing agent layer is increased by the surface tension. For this reason, when the
そこで、本実施形態では、ターミナル突出方向に沿って見たときに熱膨張大領域と重なる領域に、より詳細には、幅小第1隙間領域、第2隙間領域、および第3隙間領域が接続する領域の2箇所に、突起部12が配置されている。
Therefore, in the present embodiment, the first gap region, the second gap region, and the third gap region having a small width are connected to the region overlapping the large thermal expansion region when viewed along the terminal protruding direction. The projecting
この突起部12を設けたことにより、幅小第1隙間領域、第2隙間領域、および第3隙間領域が接続する領域のシール剤層3の厚さが薄くなり、その領域のシール剤層3のターミナル突出方向熱膨張量が少なくなる。すなわち、幅小第1隙間領域、第2隙間領域、および第3隙間領域が接続する領域においては、常温時のシール剤層厚さt0に対する高温時のシール剤層厚さt1の増加量が少なくなる。
By providing this
このため、幅小第1隙間領域、第2隙間領域、および第3隙間領域が接続する領域のシール剤層3においてターミナル4やセンサチップ2と接する部位Zの応力が小さくなり、シール剤層3のクラックの発生が防止される。
For this reason, in the
(他の実施形態)
上記実施形態においては、物理量センサとして圧力を検出する圧力センサを示したが、本発明は、圧力以外の物理量を検出するセンサにも適用することができる。
(Other embodiments)
In the above embodiment, a pressure sensor that detects pressure is shown as a physical quantity sensor. However, the present invention can also be applied to a sensor that detects a physical quantity other than pressure.
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。 In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, In the range described in the claim, it can change suitably.
また、上記実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the above-described embodiment, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily indispensable except for the case where it is clearly indicated that the element is essential and the case where the element is clearly considered to be essential in principle. .
また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。 Further, in the above embodiment, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is particularly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to a specific number except for cases.
また、上記実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。 In the above embodiment, when referring to the shape, positional relationship, etc. of components, the shape, position, etc., unless otherwise specified and in principle limited to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to relationships.
1 ケース
2 センサチップ(センサ部)
3 シール剤層
4 ターミナル
11 凹部
12 突起部
111 底部壁面
112 周壁面
1
3
Claims (6)
前記底部壁面に実装され、物理量に応じたセンサ信号を出力するセンサ部(2)と、
前記ケースに保持されるとともに、一端部が前記底部壁面から前記凹部内に突出して前記センサ部と電気的に接続されるターミナル(4)と、
前記底部壁面から前記周壁面の中間部までシール剤が充填されて前記ケースと前記ターミナルとの隙間を封止するシール剤層(3)とを備え、
前記ターミナルが前記底部壁面から前記凹部内に突出する方向をターミナル突出方向とし、前記シール剤層における前記ターミナル突出方向の寸法をシール剤層厚さとし、前記シール剤層における前記ターミナル突出方向への熱膨張量が相対的に大きくなる領域を熱膨張量大領域としたとき、
前記ケースは、前記底部壁面から前記凹部内に突出して前記シール剤層厚さを調整する突起部(12)を備え、
前記突起部は、前記ターミナル突出方向に沿って見たときに前記熱膨張大領域と重なる領域に配置されていることを特徴とする物理量センサ。 A case (1) formed with a recess (11) having a bottom wall surface (111) and a peripheral wall surface (112);
A sensor unit (2) mounted on the bottom wall surface and outputting a sensor signal according to a physical quantity;
A terminal (4) which is held by the case and has one end protruding from the bottom wall surface into the recess and electrically connected to the sensor unit;
A sealing agent layer (3) that is filled with a sealing agent from the bottom wall surface to an intermediate portion of the peripheral wall surface and seals a gap between the case and the terminal;
The direction in which the terminal projects from the bottom wall surface into the recess is the terminal projecting direction, the dimension of the terminal projecting direction in the sealant layer is the thickness of the sealant layer, and the heat in the terminal projecting direction in the sealant layer When the region where the expansion amount is relatively large is the large thermal expansion region,
The case includes a protrusion (12) that protrudes from the bottom wall surface into the recess to adjust the thickness of the sealant layer,
The physical quantity sensor, wherein the protrusion is disposed in a region overlapping the large thermal expansion region when viewed along the terminal protruding direction.
前記ターミナルを複数個備え、
複数個の前記ターミナルは、前記センサ部の周囲に配置されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の物理量センサ。 One sensor part is provided,
A plurality of the terminals;
The physical quantity sensor according to claim 1, wherein the plurality of terminals are arranged around the sensor unit.
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JP2013112293A JP2014232024A (en) | 2013-05-28 | 2013-05-28 | Physical quantity sensor |
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JP2013112293A Pending JP2014232024A (en) | 2013-05-28 | 2013-05-28 | Physical quantity sensor |
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2013
- 2013-05-28 JP JP2013112293A patent/JP2014232024A/en active Pending
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