传感器单元及具备该传感器单元的压力检测装置的制作方法

本发明涉及具备传感器芯片的传感器单元及具备该传感器单元的压力检测装置。

背景技术：

例如，如专利文献1及专利文献2所示，液封型半导体压力传感器构成传感器单元的一部分。传感器单元配置于在与后述的壳体连结的金属制的接头部的内侧所形成的压力检测室内。这种传感器单元例如构成为，作为主要构件，包括：膜片，其支撑于接头部内、且将上述的压力检测室和后述的液封室隔离；液封室，其形成于膜片的上方、且蓄存作为压力传递介质的硅油；传感器芯片，其配置于液封室内、且经由膜片而检测硅油的压力变动；芯片装配部件，其支撑传感器芯片；密封玻璃，其对壳体的贯通孔的芯片装配部件的周围进行密封；以及端子群，其进行来自传感器芯片的输出信号的发送及向传感器芯片的供电。

密封玻璃固定安装于在罩部件内配置的金属制的元件主体内。元件主体以抵接于金属制的接头部的方式配置于罩部件内。另外，上述的端子群与芯片装配部件邻接地固定安装于密封玻璃内，而且与外部引线电连接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-98685号公报

专利文献2：日本特开2012-68105号公报

技术实现要素：

上述这种传感器芯片的内部电路有时因静电放电(ESD)所引起的高电压而被破坏。在上述的传感器单元中，例如，存在通过从上述的接头部及元件主体到传感器芯片的路径、或者从外部引线及端子群到传感器芯片的路径而向传感器芯片的内部电路施加因静电放电所引起的高电压的问题。作为这种情况的对策，考虑在传感器芯片内嵌入ESD保护电路。但是，随着传感器芯片的小型化的要求，传感器芯片内的ESD保护电路的面积缩小，从而存在难以嵌入ESD保护电路的情况。

考虑以上的问题点，本发明的目的在于提供一种传感器单元及具备该传感器单元的压力检测装置，该传感器单元不受有无ESD保护电路的影响，而且能够提高其抗静电能力。

为了实现上述的目的，本发明的传感器单元的特征在于，具备：检测压力的传感器芯片；壳体，其对密封玻璃和该传感器芯片一同进行收纳，密封玻璃包围与传感器芯片的电路电连接的至少一个端子；膜片，其对传感器芯片及端子与要检测压力的压力室进行隔离；以及压力传递介质，其填充于膜片与传感器芯片之间，由根据压力传递介质的成分而选择的粘结剂构成的静电保护层形成为覆盖由端子突出的密封玻璃的一方的端面、壳体的一方的端面、以及端子的从该密封玻璃的一方的端面突出的部分划分形成的表面中的任一个。在压力传递介质为硅油的情况下，也可以选择有机硅系粘结剂，或者在压力传递介质为氟系液体的情况下，也可以选择有机硅系粘结剂或氟系粘结剂。

另外，本发明的传感器单元的特征在于，具备：检测压力的传感器芯片；壳体，其对密封玻璃和该传感器芯片一同进行收纳，密封玻璃包围与传感器芯片的电路电连接的至少一个端子；膜片，其对传感器芯片及端子与要检测压力的压力室进行隔离；以及压力传递介质，其填充于膜片与传感器芯片之间，由根据压力传递介质的成分而选择的填充材料构成的静电保护层形成为覆盖由端子突出的密封玻璃的一方的端面、壳体的一方的端面、以及端子的从该密封玻璃的一方的端面突出的部分划分形成的表面中的任一个。在压力传递介质为氟系液体的情况下，也可以选择弹性体或氟润滑脂作为填充材料。

而且，本发明的压力检测装置的特征在于，具备传感器单元收纳部，其收纳上述的传感器单元及使传感器单元的端子排列的端子台，使上述端子排列的端子台的端部通过有机硅系粘结剂或氟系粘结剂而粘结于壳体的一方的端面，膜片的周缘接合于壳体的另一方的端面。另外，也可以在对端子台及壳体进行密封的密封材料的上表面形成由环氧系树脂或有机硅系树脂形成的包覆层。

也可以将静电保护层仅形成于由端子台的端部、壳体的内周面、以及密封玻璃的一方的端面包围的部分，另外，也可以将静电保护层仅形成于端子的从密封玻璃的一方的端面直到端子台的部分。而且，也可以将静电保护层仅形成于从端子台的与端子邻接而形成的环状的突起部到与突起部相向的密封玻璃的一方的端面的部分。

而且，另外，本发明的压力检测装置的特征在于，具备传感器单元收纳部，其收纳上述的传感器单元及使传感器单元的端子排列的端子台，端子台的端部通过填充材料而与壳体的一方的端面接合，膜片的周缘接合于壳体的另一方的端面。也可以在对端子台及壳体进行密封的密封材料的上表面形成由环氧系树脂形成的被膜层，或者，也可以在对端子台及壳体进行密封的密封材料的上表面形成由有机硅系树脂形成的被膜层。

根据本发明的传感器单元及具备该传感器单元的压力检测装置，在端子突出的密封玻璃的一方的端面及壳体的一方的端面形成有由粘结剂形成的静电保护层，因此，不受有无ESD保护电路的影响，而且能够提高其抗静电能力。

附图说明

图1是表示本发明的传感器单元及具备该传感器单元的压力检测装置的一个例子的剖视图。

图2A是表示用于图1所示的例子的静电保护层的另一个例子的局部剖视图。

图2B是表示用于图1所示的例子的静电保护层的又一个例子的局部剖视图。

图2C是表示用于图1所示的例子的静电保护层的又一个例子的局部剖视图。

图3是表示本发明的传感器单元及具备该传感器单元的压力检测装置的另一个例子的剖视图。

图4A是将用于图3所示的例子的静电保护层局部地放大进行表示的局部剖视图。

图4B是将用于图3所示的例子的静电保护层的另一个例子局部地放大进行表示的局部剖视图。

图4C是将用于图3所示的例子的静电保护层的又一个例子局部地放大进行表示的局部剖视图。

图5是表示本发明的传感器单元及具备该传感器单元的压力检测装置的又一个例子的剖视图。

图6A是将用于图5所示的例子的静电保护层局部地放大进行表示的局部剖视图。

图6B是将用于图5所示的例子的静电保护层的另一个例子局部地放大进行表示的局部剖视图。

图6C是将用于图5所示的例子的静电保护层的又一个例子局部地放大进行表示的局部剖视图。

图6D是将用于图5所示的例子的静电保护层的又一个例子局部地放大进行表示的局部剖视图。

图6E是将用于图5所示的例子的静电保护层的又一个例子局部地放大进行表示的局部剖视图。

具体实施方式

图1示意性表示本发明的传感器单元及具备该传感器单元的压力检测装置的一个例子。

在图1中，压力检测装置构成为包括：与引导要检测压力的流体的配管连接的接头部件30；以及传感器单元收纳部，其与接头部件30的底板28连结，收纳后述的传感器单元，且将来自传感器芯片的检测输出信号供给至预定的压力测量装置。

金属制的接头部件30在内侧具有旋入上述配管的连接部的外螺纹部的内螺纹部30fs。内螺纹部30fs与端口30a连通，该端口30a将从箭头P所示的方向供给的流体引导至后述的压力室28A。端口30a的一方的开口端朝向在接头部件30的底板28与传感器单元的膜片32之间形成的压力室28A开口。

传感器单元收纳部的外廓部由作为罩部件的圆筒状的防水外壳20形成。在树脂制的防水外壳20的下端部形成有开口部20b。在成为内侧的开口部20b的周缘的台阶部卡合有接头部件30的底板28的周缘。

通过接头部件30的端口30a，向压力室28A内供给作为流体的空气或液体。传感器单元的壳体12的下端面12ES2载置于底板28。

对压力室28A内的压力进行检测且发送检测输出信号的传感器单元构成为，作为主要构件，包括：圆筒状的壳体12；将压力室28A和壳体12的内周部隔离的金属制的膜片32；具有多个压力检测元件的传感器芯片16；经由玻璃层而在一端部支撑传感器芯片16的金属制的芯片装配部件18；与传感器芯片16电连接的输入输出端子群40ai；以及密封玻璃14，其将输入输出端子群40ai及油填充用管44固定于芯片装配部件18的外周面与壳体12的内周面之间。

膜片32支撑于与上述压力室28A相向的壳体12的一方的下端面12ES2。配置于压力室28A的保护膜片32的膜片保护罩34具有多个连通孔34a。膜片保护罩34的周缘与膜片32的周缘一同通过焊接而接合于不锈钢制的壳体12的下端面12ES2。

例如，作为压力传递介质，经由油填充用管44向形成在与金属制的膜片32相向的传感器芯片16及密封玻璃14的端面之间的液封室填充预定量的硅油PM、或者氟系惰性液体。此外，在填充油后，如双点划线所示地，将油填充用管44的一方的端部压溃而进行封闭。硅油例如为具有由硅氧烷键和有机质的甲基构成的二甲基聚硅氧烷结构的硅油。

硅油例如也可以为二甲基硅油，且如下述的结构式所示，聚硅氧烷的侧链、末端均为甲基。

[化1]

另外，硅油例如也可以为甲基苯基硅油，且如下述的结构式所示，聚硅氧烷的侧链的一部分为苯基。

[化2]

而且，硅油例如也可以为甲基含氢硅油，且如下述的结构式所示，聚硅氧烷的侧链的一部分为氢。

[化3]

另外，硅油例如也可以如下述的各结构式所示，在侧链、末端导入了有机基团。

[化4]

[化5]

[化6]

[化7]

另外，氟系惰性液体例如可以为具有全氟碳结构的液体以及具有氢氟醚结构的液体，或者如下述的结构式所示地为三氟氯乙烯的低聚物、且具有主链键合有氟及氯、两端为氟、氯的结构的液体。

[化8]

而且，氟系惰性液体例如也可以如下述的结构式所示，为具有全氟聚醚结构的氟液体。

[化9]

在传感器芯片16与膜片32之间，还在密封玻璃14的下端面14ES2支撑有金属制的电位调整部件17，传感器芯片16配置于在密封玻璃14的端部形成的凹部。电位调整部件17例如连接于类似专利第3987386号公报中所示的、具有连通孔且与传感器芯片16的电路的零电位连接的端子。

输入输出端子群40ai(i＝1～8)由两根电源用端子、一根输出用端子以及五根调整用端子构成。各端子的两端部分别突出于在上述的密封玻璃14的端部形成的凹部和后述的端子台24的孔。两根电源用端子和一根输出用端子经由连接端子36而与各引线38的芯线38a连接。各引线38连接于预定的压力测量装置。此外，在图1中仅示出了八根端子中的四根端子。

传感器芯片16具有多个压力检测元件，且例如构成为包括：由硅形成为大致矩形的主体部；形成于主体部的上端面、且形成处理电路的电路层；层叠于作为第一层的电路层的上表面的作为第二层的绝缘膜层；形成于该绝缘膜层的铝制的屏蔽层；以及保护屏蔽层的上层部的保护层。

此外，在上述的例子中，传感器单元的传感器芯片16由保持于密封玻璃14内的芯片装配部件18的一端部支撑，但不限于此，例如，也可以构成为，传感器芯片16不使用芯片装配部件18，而直接固定于形成上述的密封玻璃14的凹部的平坦面。

排列输入输出端子群40ai的端子台24由树脂材料、例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)成形。端子台24具有供输入输出端子群40ai插入的多个孔，而且在内侧具有预定容积的空洞部。端子台24的下端面以覆盖密封玻璃14的上端面14ES1的方式，通过有机硅系粘结剂而粘结于壳体12的上端面12ES1。由此，在壳体12的上端面12ES1形成具有预定厚度的环状的粘结层10B。

在端子台24的形成空洞部的内周面且与密封玻璃14的上端面14ES1相向的内周面，形成有朝向密封玻璃14突出的环状的突起部24P。突起部24P的突出长度根据包覆层10A的粘性等而设定。通过如此地形成环状的突起部24P，在形成后述的包覆层10A时，利用表面张力，将所涂布的包覆层10A的一部分拉伸至突起部24P与端子台24的形成空洞部的内周面且与密封玻璃14的上端面14ES1大致正交的内周面之间的狭窄空间内而保持，因此，将包覆层10A不偏向端子台24的空洞部内的一方侧地、均匀地涂布。

另外，在供输入输出端子群40ai突出的密封玻璃14的上端面14ES1整体以预定的厚度形成有由有机硅系粘结剂形成的包覆层10A。此外，包覆层10A也可以以还覆盖从密封玻璃14的上端面14ES1突出的输入输出端子群40ai的一部分的方式，形成图1中斜线所示的部分10AA。

因此，由有机硅系粘结剂形成的静电保护层10由包覆层10A及粘结层10B形成。通过如此地由有机硅系粘结剂形成静电保护层10，从而不受有无ESD保护电路的影响，而且提高传感器单元的抗静电能力。

上述的有机硅系粘结剂例如优选为具有柔软性的加成型的单组分体系。有机硅系粘结剂例如为具有低分子硅氧烷键的粘结剂。

有机硅系粘结剂例如可以为基础聚合物的聚硅氧烷的硅原子上的取代基为甲基、苯基、三氟丙基等氟化烃基等的有机硅系粘结剂。另外，也可以为以具有下述的结构式的缩合型硅橡胶为主成分的有机硅系粘结剂。

[化10]

有机硅系粘结剂也可以例如以具有以下结构式的加成型硅橡胶为主成分。

[化11]

有机硅系粘结剂也可以例如为以硅油为基础油的硅润滑脂。

另外，有机硅系粘结剂和硅油的亲和性良好，因此即使在硅油万一混入有机硅系粘结剂的情况下，也不存在有机硅系粘结剂的粘结性变差的问题。

此外，有机硅系粘结剂既可以是双组分体系，也可以是缩合型、UV固化型。也可以取代有机硅系粘结剂，而使用双组分体系的聚氨酯系粘结剂。另外，在作为上述压力传递介质而使用氟系惰性液体的情况下，氟系粘结剂和氟系惰性液体的亲和性良好，因此，也可以使用氟系粘结剂。氟系粘结剂为具有自粘结性的液状氟弹性体。由此，即使在氟系惰性液体等万一混入氟系粘结剂的情况下，也不存在氟系粘结剂的粘结性变差的问题。

而且，也可以取代氟系粘结剂，例如，作为填充材料，为含有氟化聚醚骨架和末端的有机硅交联反应基团的具有下述的结构式的弹性体。

[化12]

另外，也可以取代氟系粘结剂，例如，作为填充材料，为以具有下述的各结构式的全氟聚烷基醚油为基础油的氟润滑脂。

[化13]

(式中，n是7～60的正整数)

[化14]

(式中，p及q是正整数、且p+q＝8～45、p/q＝20～1000)

[化15]

F-(CF₂-CF₂-CF₂-O-)_r-CF₂-CF₃

(式中，r是3～200的正整数)

[化16]

CF₃-(O-CF₂-CF₂-)_s-(O-CF₂-)_t-O-CF₃

(式中，s及t是正整数、且s+t＝40～180、p/q＝0.5～2)

氟润滑脂例如也可以具有全氟聚醚结构，全氟聚醚结构具有下述的结构式。

[化17]

而且，也可以取代氟系粘结剂，例如为具有下述的结构式的全氟弹性体。

[化18]

另外，也可以取代氟系粘结剂，例如，为具有下述的结构式的氟橡胶。

[化19]

在端子台24的上端以封闭上述空洞部的方式连结有端盖22。

在防水外壳20的内周面与端子台24及端盖22的外周面之间、以及防水外壳20的内周面与壳体12的外周面之间填充有密封材料26。密封材料26为例如聚氨酯系树脂。

此外，在密封材料26是聚氨酯系树脂的情况下，也可以以提高壳体12的外周面与聚氨酯系树脂的粘结性的方式，对壳体12的外周面的区域TR进行表面粗糙化处理。这种表面粗糙化处理例如可以使用由本申请人在国际申请(PCT/JP2013/083351)所公开的表面粗糙化处理方法。

而且，也可以在填充于防水外壳20内的密封材料26的上表面再例如由环氧系树脂或有机硅系树脂如双点划线所述地形成凸状的包覆层46。由此，包覆层46对密封材料26的上表面及引线38进行密封，因此，在密封材料26的上表面不会蓄存水滴等。

在上述的例子中，静电保护层10由包覆层10A及粘结层10B形成，但不限于此，例如，也可以如图2A至图2C所示地，将形成静电保护层的粘结层50、包覆层52以及粘结层54分别形成。此外，在图2A至图2C中，对与图1所示的例子中的结构构件相同的结构构件添加相同的符号来表示，并省略其重复说明。

在图2A所示的例子中，形成静电保护层的粘结层50也可以仅形成于由端子台24的下端面、壳体12的端面以及密封玻璃14的上端面14ES1的周缘部所包围的比较小的空间内。

在图2B所示的例子中，包覆层52也可以仅形成于输入输出端子群40ai的从密封玻璃14的上端面14ES1突出直至到达端子台24的部分。

在图2C所示的例子中，粘结层54也可以以连结密封玻璃14的上端面14ES1和上述环状的突起部24P的方式形成。

图3示意性表示本发明的传感器单元及具备该传感器单元的压力检测装置的另一个例子。

在图1所示的例子中，具备排列输入输出端子群40ai的端子台24，输入输出端子群40ai经由连接端子36而与各引线38的芯线38a连接，但是，取而代之，在图3所示的例子中，不具备端子台24，将输入输出端子群40ai直接与各引线38连接。此外，在图3中，对于与图1所示的例子中的结构构件相同的结构构件，添加相同的符号来表示，且省略其重复说明。

压力检测装置构成为包括：与对要检测压力的流体进行引导的配管连接的接头部件30；以及传感器单元收纳部，其与接头部件30的底板28连结，收纳后述的传感器单元，且向预定的压力测量装置供给来自传感器芯片的检测输出信号。

在横跨密封玻璃14的上端面中的输入输出端子群40ai突出的部分与圆筒状的壳体12的上端面的内周缘之间的部分的整体上，在整个圆周连续地以预定的厚度呈环状形成有包覆层56，包覆层56形成静电保护层。对于包覆层56，例如，也可以是如上所述的有机硅系粘结剂、氟系粘结剂、作为填充材料而含有氟化聚醚骨架和末端的有机硅交联反应基团的具有下述的结构式的弹性体。

包覆层56不限于该例，例如，也可以如图4B所示地，在密封玻璃14的上端面中的输入输出端子群40ai突出的部分与壳体12的上端面的内周缘之间且与该内周缘及输入输出端子群40ai分离的一部分上，在整个圆周连续地以预定的厚度呈环状形成包覆层58，包覆层58形成静电保护层。

另外，例如，也可以如图4C所示地，将形成静电保护层的各被膜层59以彼此分离而分散的方式形成于密封玻璃14的上端面中的输入输出端子群40ai突出的部分的周缘。也可以将各包覆层59以从构成输入输出端子群40ai的各输入输出端子突出的部分沿着半径方向延长直至到达壳体12的上端面的方式，以预定的厚度形成为放射状。

图5示意性表示本发明的传感器单元及具备该传感器单元的压力检测装置的又一个例子。

在图1所示的例子中，具备使沿着密封玻璃14内的共通的圆周方向配置的输入输出端子群40ai排列的端子台24，输入输出端子群40ai经由连接端子36而与各引线38的芯线38a连接，但是，取而代之，在图5所示的例中，构成输入输出端子群68ai(i＝1～8)的输入输出端子以各自分别被密封玻璃64ai(i＝1～8)包覆的状态保持于壳体62，而且不具备端子台24，将输入输出端子群68ai直接经由连接端子71而与各引线72连接。此外，在图5中，对于与图1所示的例子中的结构构件相同的结构构件，添加相同的符号来表示，且省略其重复说明。

压力检测装置构成为包括：与对要检测压力的流体进行引导的配管连接的接头部件30；以及传感器单元收纳部，其与接头部件30的底板28连结，收纳后述的传感器单元，且向预定的压力测量装置供给来自传感器芯片的检测输出信号。

传感器单元收纳部的外廓部由作为罩部件的圆筒状的防水外壳60形成。在树脂制的防水外壳60的下端部形成有开口部。在成为内侧的开口部的周缘卡合有接头部件30的底板28的周缘。传感器单元的壳体62的下端面载置于底板28。

对压力室28A内的压力进行检测且发送检测输出信号的传感器单元构成为，作为主要的构件，包括：壳体62；将压力室28A和壳体62的内周部隔离的金属制的膜片32；具有多个压力检测元件的传感器芯片16；与传感器芯片16电连接的输入输出端子群68ai(i＝1～8)；以及在与壳体62的各孔的内周面之间将构成输入输出端子群68ai的各端子各自分别地固定的密封玻璃64ai(i＝1～8)。

输入输出端子群68ai由两根电源用端子、一根输出用端子以及五根调整用端子构成。各端子的一端部分别经由上述的密封玻璃64ai而插入壳体62的各孔的端部。两根电源用端子和一根输出用端子经由连接端子71而与各引线72的芯线连接。

如图6A中放大地所示，在构成输入输出端子群68ai的输入输出端子突出的各密封玻璃64ai的上端面及壳体62的密封玻璃64ai周缘的上端面，作为静电保护层，以预定的厚度形成有由有机硅系粘结剂形成的包覆层70。包覆层70不限于该例，例如，也可以是如上所述的氟系粘结剂、作为填充材料而含有氟化聚醚骨架和末端的有机硅交联反应基团的具有下述的结构式的弹性体。

作为静电保护层的包覆层不限于该例，例如，也可以如图6B及图6D放大地所示地、以仅覆盖输入输出端子突出的各密封玻璃64ai的上端面及输入输出端子的一部分的方式，形成包覆层74或包覆层78。

另外，也可以如图6C放大地所示地，以在与输入输出端子分离的位置且横跨各密封玻璃64ai的上端面和壳体62的上端面的方式形成作为静电保护层的包覆层76。

而且，也可以如图6E放大地所示地，在与输入输出端子分离的位置且与各密封玻璃64ai地上端面附近相邻的壳体62的上端面的位置，以包围各密封玻璃64ai的方式，形成作为静电保护层的包覆层80。

此外，在本发明的压力检测装置的一个例子中，具备与对要检测压力的流体进行引导的配管连接的、具有内螺纹部的接头部件30，但不限于该例，例如，也可以取代内螺纹部，而接头部件30具有外螺纹部，或者也可以取代接头部件30，而连接铜制的连接管。

符号说明

10—静电保护层，10A—包覆层，10B—粘结层，12—壳体，14—密封玻璃，16—传感器芯片，18—芯片装配部件，24—端子台，26—密封材料，46—包覆层。