压力传感器的屏蔽构造及具备该屏蔽构造的压力传感器的制作方法

本发明涉及一种压力传感器的屏蔽构造及具备该屏蔽构造的压力传感器。

背景技术：

例如如专利文献1所示，内置在液封型半导体压力传感器内的传感器单元构成为包括以下各部件作为主要要素：金属膜片，其支撑在接头部内并将压力检测室与下述的液封室隔绝；液封室，其形成于金属膜片的上方并存积作为压力传递介质的硅油；传感器芯片，其配置在液封室内并经由金属膜片检测硅油的压力变动；传感器芯片安装部件，其支撑传感器芯片；密封玻璃，其对壳体的贯通孔处的传感器芯片安装部件的周围进行密封；以及端子组(引线脚)，其从传感器芯片送出输出信号并向传感器芯片供给电力。

在上述的结构中，金属膜片、基座板材以及接头部以同一电位连接，并且这些部位与传感器芯片绝缘。在作为动力源的一次侧电源与作为处理传感器芯片的输出信号的控制电路的二次侧电源的绝缘不充分的情况下，传感器侧的阻抗较高，从而在对置地配置的金属膜片与传感器芯片之间产生电位差。为了防止因在金属膜片及传感器芯片彼此间产生的电位对传感器芯片内的电子电路及非易失性存储器产生影响，例如如专利文献1所示提出了以包围传感器芯片地形成圆筒状的空间的方式在密封玻璃的端面设置金属制的下板及金属部件。该传感器芯片与引线脚以及金属部件电连接，该引线脚经由按压板而与集成在传感器芯片上的电子电路的零电位连接。由此，下板及金属部件的电位成为与位于由下板和金属部件围起的空间内的传感器芯片的电子电路相同的零电位，从而金属膜片与传感器芯片之间不存在电位差，因此没有产生影响传感器芯片的电子电路的电场的担忧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3987386号公报

技术实现要素：

另外，作为这样的情况的对策，例如考虑通过另外配置上述的按压板，该按压板要与从相对于上述的液封室隔离的密封玻璃的另一方端面突出的引线脚连接，并且在其它工序中与引线脚电连接，由此将该引线脚与集成在传感器芯片上的电子电路的零电位连接。

然而，需要另外的按压板的配置以及连接引线脚与按压板的作业，由此压力传感器的部件件数以及组装作业工序增加，因此并非良策。

并且，作为用于除去电场的影响的其它方法，也有增大传感器芯片与金属膜片的间隔的结构。在这样的情况下，液封室空间也必须变大，从而填充的油量也增加。由于根据周围温度的变化，硅油的热膨胀所引起的金属膜片的位移量也变化，从而作为其结果，压力传感器的输出特性也变化。因此，迫切期望在不增加部件件数、组装作业工序并且液封室内空间也不会变大的情况下减少在压力传感器中的传感器芯片与金属膜片之间产生的电场的影响。

考虑以上的问题点，本发明的目的在于提供一种压力传感器的屏蔽构造及具备该屏蔽构造的压力传感器，在压力传感器的屏蔽构造及具备该屏蔽构造的压力传感器中，能够在不增加部件件数以及组装作业工序的情况下减少在压力传感器中的传感器芯片与金属膜片之间产生的电场的影响，另外能够在不增加压力传递介质的封入量的情况下使温度特性变得稳定。

为了实现上述的目的，本发明的压力传感器的屏蔽构造的特征在于，具备：传感器单元，其包括传感器芯片、膜片及输入输出端子组而成，其中，传感器芯片检测压力并送出检测输出信号，膜片将配置传感器芯片的液封室和与液封室面对面的压力室分隔，输入输出端子组与传感器芯片电连接；支撑部件，其配置为包围传感器芯片，且与输入输出端子组电连接；电场遮挡部件，其通过由支撑部件支撑，来配置在液封室内的传感器芯片的一方端面与膜片之间，遮挡作用于传感器芯片的信号处理电子电路部的电场；以及环状部件，其配置为面向液封室内的电场遮挡部件及支撑部件的外周部，电场遮挡部件的电位设为与传感器芯片的信号处理电子电路的电位成为同一电位。优选上述的环状部件的热膨胀率比封入在液封室内的压力传递介质的热膨胀率低。优选上述的支撑部件是导电板。优选环状部件与电场遮挡部件形成为一体。

本发明的压力传感器的特征在于，具备：传感器单元，其包括传感器芯片、膜片及输入输出端子组而成，其中，传感器芯片检测压力并送出检测输出信号，膜片将配置传感器芯片的液封室和与液封室面对面的压力室分隔，输入输出端子组与传感器芯片电连接；支撑部件，其配置为包围传感器芯片，且与输入输出端子组电连接；电场遮挡部件，其通过由支撑部件支撑，来配置在液封室内的传感器芯片的一方端面与膜片之间，遮挡作用于传感器芯片的信号处理电子电路部的电场；环状部件，其配置为面向液封室内的电场遮挡部件及支撑部件的外周部；以及传感器单元收纳部，其收纳传感器单元、电场遮挡部件及环状部件，电场遮挡部件的电位设为与传感器芯片的信号处理电子电路的电位成为同一电位。

根据本发明的压力传感器的屏蔽构造及具备该屏蔽构造的压力传感器，电场遮挡部件的电位设为与传感器芯片的信号处理电子电路的电位成为同一电位，由此没有产生影响传感器芯片的电场的担忧，因此能够在不增加部件件数以及组装作业工序的情况下减少在压力传感器中的传感器芯片与金属膜片之间产生的电场的影响，并且能够在不增加压力传递介质的封入量的情况下使温度特性变得稳定。

附图说明

图1是示出本发明的压力传感器的屏蔽构造的一例的主要部分的剖视图。

图2是从图1所示的箭头的方向观察到的配置在液封室内的电场遮挡部件的向视图。

图3是示出应用了图1所示的压力传感器的屏蔽构造的一例的压力传感器的一例的结构的剖视图。

图4是示出本发明的压力传感器的屏蔽构造的另一例的主要部分的剖视图。

图5是从图4所示的箭头的方向观察到的配置在液封室内的电场遮挡部件的向视图。

图6a是包括局部截面地示出在图4所示的例子中使用的导电板的另一例的立体图。

图6b是示出图6a所示的导电板安装于传感器壳体的状态的剖视图。

图6c是在安装于传感器壳体的状态下示出在图4所示的例子中使用的导电板的其它另一例的剖视图。

具体实施方式

图3简要地示出应用了本发明的压力传感器的屏蔽构造的一例的压力传感器的结构。

图3中，压力传感器构成为包括：接头部件30，其与引导应该检测压力的流体的配管连接；以及传感器单元收纳部，其通过硬钎焊等与接头部件30的基座板材28连结，收纳下述的传感器单元，并将来自传感器芯片的检测输出信号供给到预定的压力测定装置。

金属制的接头部件30在内侧具有供上述的配管的连接部的外螺纹部拧入的内螺纹部30fs。内螺纹部30fs与将从箭头p所示的方向供给的流体引导至下述的压力室28a的接头部件30的端口30a连通。端口30a的一方开口端朝向形成在接头部件30的基座板材28与传感器单元的膜片32之间的压力室28a开口。

传感器单元收纳部的外部轮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。接头部件30的基座板材28的周缘部与成为内侧的开口部20b的周缘的台阶部卡合。

经由接头部件30的端口30a向压力室28a内导入流体的压力。传感器单元的壳体12的下端面通过焊接而与基座板材28的周缘部连结。

检测压力室28a内的压力并送出检测输出信号的传感器单元构成为包括以下各部件作为主要要素：金属制的圆筒状的壳体12；金属制的膜片32，其将压力室28a与壳体12的内周部隔绝；传感器芯片16，其具有多个压力检测元件以及处理来自压力检测元件的信号的信号处理电子电路部；金属制的芯片安装部件18，其经由粘接剂层50而在一端部处支撑传感器芯片16；输入输出端子组40ai(i＝1～8)，其与传感器芯片16电连接；以及密封玻璃14，其将输入输出端子组40ai及油填充用管44固定在芯片安装部件18的外周面与壳体12的内周面之间。

膜片32由与上述的压力室28a面对面的壳体12的一方下端面支撑。对配置在压力室28a内的膜片32进行保护的膜片保护罩34具有多个连通孔34a。膜片保护罩34的周缘与膜片32的周缘一起通过焊接而与壳体12的下端面接合。壳体12、膜片32、基座板材28、以及接头部件30连接并导通，从而彼此为同一电位。并且，输入输出端子组40ai、芯片安装部件18经由密封玻璃14等绝缘物而与壳体12绝缘并保持。

在金属制的膜片32与所面对面的传感器芯片16及密封玻璃14的端面之间形成有液封室13，在该液封室13内例如经由油填充用管44填充有预定量的硅油或者氟系惰性液体等压力传递介质pm。此外，油填充用管44的一个端部在填充油后，如双点划线所示地被压瘪而关闭。

输入输出端子组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从上述的密封玻璃14的端部朝向液封室13突出，或者朝向下述的端子台24的孔24b突出。两根电源用端子与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例如与预定的压力测定装置连接。此外，图3中仅示出八根端子中的四根端子。输入输出端子组40ai与下述的传感器芯片16之间通过接合引线wi连接。

排列有输入输出端子组40ai的端子台24以树脂材料、例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)作为主要成分来成形。端子台24具有供输入输出端子组40ai插入的多个孔24b，并且在内侧具有预定容积的空腔部24a。端子排列部24t具有彼此隔离的多个孔24b，并以与上述的基端部正交的方式一体成形。作为粘接面的端子台24的基端部的下端面利用有机硅系粘接剂而粘接于壳体12的上端面。由此，在壳体12的上端面形成有具有预定厚度的环状的粘接层10a。并且，在输入输出端子组40ai所突出的密封玻璃14的上端面整个面，以预定厚度形成有由有机硅系粘接剂构成的包覆层10b。

在作为端子排列部件的端子台24的外周面、以及与端子台24连结并覆盖上述的端子排列部24t的孔24b和端子台24的上部的开口端的端盖22的外周面与防水外壳20的内周面之间，并且在防水外壳20的内周面与壳体12的外周面之间，填充有预定量的密封材料26。端子台24及端盖22以隔着上述的传感器单元而与接头部件30的基座板材28面对面的方式配置在防水外壳20内。端盖22的上端面从防水外壳20的开口端朝向上方突出。即，端盖22的上端面的位置成为比防水外壳20的开口端面的位置高的位置。

传感器芯片16例如经由粘接剂层50粘接于成为液封室13的内侧的芯片安装部件18的一端部。大致呈矩形的传感器芯片16的外部尺寸设定为比芯片安装部件18的直径大。

在液封室13内，例如如图1中放大所示，圆盘状的导电板19以包围传感器芯片16的方式支撑于密封玻璃14的一方端面。导电板19例如由树脂、玻璃、陶瓷等绝缘材料制成，由通过粘贴、蒸镀、电镀等形成的金、银、铜、铝等金属膜构成的导电层形成于一方端面而成为一体。导电板19的存在导电层的一方端面与膜片32对置，并在作为绝缘层的另一方端面处支撑于密封玻璃14的表面。

如图1及图2中放大所示，在液封室13内的传感器芯片16的一方端面与膜片32之间，设有作为电场遮挡部件的屏蔽部件21、屏蔽部件21、以及与导电板19结合的环状部件17。屏蔽部件21设为遮挡对于传感器芯片16的信号处理电子电路部而言不需要的电场。屏蔽部件21例如由不锈钢、铜、铝等导电性金属材料制成，或者也可以例如由树脂、玻璃、陶瓷等绝缘材料制成，并由通过粘接、蒸镀、溅射、电镀等成膜的导电性金属膜覆盖而成为一体。

如图2所示，盖状的屏蔽部件21的四个固定端部接近地接合于圆盘状的导电板19的端面处的传感器芯片16的外周部并导通。在屏蔽部件21中，虽省略图示，但在侧面设有多个开口部，并且压力传递介质pm呈经由开口部能够移动的形状，以便压力经由压力传递介质pm传播到传感器芯片16。

导电板19例如与输入输出端子组40ai中的任一根以上、例如零(v)的端子经由接合引线wi连接并导通。根据这样的结构，屏蔽部件21及导电板19的电位与搭载于传感器芯片16的电子电路的电位成为同一电位。

环状部件17由热膨胀率比压力传递介质pm的热膨胀率低的例如树脂、玻璃、陶瓷等绝缘材料成形。环状部件17在一方开口端部具有与导电板19的外周缘卡合的台阶部。并且，环状部件17在中央部具有与屏蔽部件21的外观形状对应的开口部17a。由此，屏蔽部件21隔开预定缝隙地插入在环状部件17的开口部17a内。此外，环状部件17的形状不限定于这种例子，呈填充在液封室13内的压力传递介质的容积减少那样的形状即可，例如也可以成形为圆筒形以外的六边形、八边形等多边形。并且，环状部件17的横截面的形状不限定于矩形、正方形，例如也可以呈o型圈之类的圆形、v型圈之类的v字形。

填充在液封室13内的压力传递介质pm的容积因屏蔽部件21及环状部件17而比由壳体12的内周部形成的液封室13的全部内容积(未设置环状部件17的情况)小。由此填充在液封室13内的压力传递介质pm的量减少，从而压力传感器的输出中的温度特性提高。

屏蔽部件21的覆盖传感器芯片16整体的部分在与传感器芯片16的端面之间形成有预定缝隙。此外，屏蔽部件21的外部尺寸也可以根据传感器芯片16的信号处理电子电路部的大小而适当地设定，以便遮挡对于传感器芯片16的信号处理电子电路部而言不需要的电场。

因此，通过在膜片32与传感器芯片16的信号处理电子电路部之间，配置与传感器芯片16的电位成为同一电位的屏蔽部件21，来由屏蔽部件21遮挡因和单元的一次侧电源(未图示)成为同一电位的膜片32与控制电路(未图示)侧之间的电位差而产生的作用于传感器芯片16的电场。并且，由于屏蔽部件21的电位与传感器芯片16的电位成为同一电位，所以在它们彼此之间不产生电场。因此，在传感器芯片16与膜片32之间产生的电位差不作用于传感器芯片16，从而能够防止对传感器芯片16的电子电路的影响。

图4局部地示出应用了本发明的压力传感器的屏蔽构造的其它另一例的压力传感器的结构。

图4所示的压力传感器构成为包括：接头部件60，其与引导应该检测压力的流体的配管连接；以及金属制的传感器壳体56，其通过硬钎焊等连结接头部件60和基座板材58，并收纳下述的传感器单元。

接头部件60的端口60a的一方开口端朝向形成在接头部件60的基座板材58与传感器单元的膜片70之间的压力室58a开口。

检测压力室58a内的压力并送出检测输出信号的传感器单元构成为包括以下各部件作为主要要素：金属制的膜片70，其将压力室58a与传感器壳体56的内周部隔绝；传感器芯片66，其具有多个压力检测元件以及处理来自压力检测元件的信号的信号处理电子电路部；导电板62，其具有供传感器芯片66的外周部插入的孔并包围传感器芯片66；以及输入输出端子组54ai(i＝1～8)，其与传感器芯片66电连接。

传感器芯片66粘接并支撑于传感器壳体56的内周部的预定位置。

金属制的膜片70的外周缘焊接并固定在传感器壳体56的接合端与基座板材58的接合端之间。因此，传感器壳体56与膜片70、基座板材58、以及接头部件60连接并导通，彼此成为同一电位。

在由膜片70和传感器壳体56的内周面形成的作为密封空间的液封室68内，例如填充有预定量的硅油或者氟系惰性液体等之类的压力传递介质pm。在经由传感器壳体56的孔56a填充压力传递介质pm后，由塞部件52封堵孔56a。输入输出端子组以分别经由密封玻璃(未图示)而与传感器壳体56绝缘的方式被支撑。输入输出端子组54ai与传感器芯片66之间通过接合引线wi连接。

在液封室68内，例如，矩形状的导电板62以包围传感器芯片66的方式支撑于传感器壳体56的一方端面。导电板62例如由树脂、玻璃、陶瓷等绝缘材料制成，由通过粘贴、蒸镀、电镀等成膜的金、银、铜、铝等金属膜构成的导电层形成于一方端面而成为一体。导电板62的存在导电层的一方端面与膜片70对置，并在作为绝缘层的另一个面处支撑于传感器壳体56。并且，在液封室68内的传感器芯片66的一方端面与膜片70之间，设有作为电场遮挡部件的屏蔽部件64、和与屏蔽部件64以及导电板62结合的环状部件65。屏蔽部件64设为隔开预定间隔地覆盖传感器芯片66的一方端面整体，遮挡对于传感器芯片66的信号处理电子电路部而言不需要的电场。屏蔽部件64例如也可以由不锈钢、铜、铝等导电性金属材料制成，或者例如也可以由树脂、玻璃、陶瓷等绝缘材料制成，并由通过粘接、蒸镀、溅射、电镀等成膜的导电性金属膜覆盖而成为一体。

屏蔽部件64的一对固定端部与导电板62彼此在导体面处接合并导通，并且屏蔽部件64的固定端部与环状部件65的内周部一体成形。导电板62与输入输出端子组54ai中的任一根以上的端子、例如零(v)用端子经由接合引线wi接合并导通。根据这样的结构，屏蔽部件64及导电板62的电位与搭载于传感器芯片66的电子电路的电位成为同一电位。因此，屏蔽部件64经由绝缘物(导电板62的绝缘层)而支撑于与一次侧电位成为同一电位的传感器壳体56。

环状部件65由热膨胀率比压力传递介质pm的热膨胀率低的材料、例如树脂、玻璃、陶瓷等中任一种绝缘材料成形。并且，环状部件65在中央部具有与屏蔽部件64的外观形状对应的开口部65a。由此，屏蔽部件64隔开预定缝隙地插入在环状部件65的开口部65a内。如图5所示，在环状部件65的与传感器芯片66的一方端面面对面的面，呈放射状并以预定深度形成有配置各接合引线wi的多个槽65gi。

此外，在上述的例子中，如图4所示，导电板62的外周部接近地配置于环状部件65的内周部，但不限定于这种例子，例如，导电板62的外周部也可以配置为在与环状部件65的内周部隔离的位置处面向环状部件65。

在上述的例子中，屏蔽部件64的一对固定端部与导电板62彼此在导体面处接合并导通，并且屏蔽部件64的固定端部与环状部件65的内周部一体成形，但不限定于这种例子，例如，也可以构成为：在将接合屏蔽部件的导电板固定于传感器壳体56的内周面后，将屏蔽部件组装于独立的环状部件的内周部。

另外，例如，也可以如图6a所示，导电板由以下部件构成：芯部件63，其由绝缘材料制成；以及罩部件67，其由导电性材料制成并覆盖芯部件63。此外，图6a～图6c中省略了屏蔽部件64的图示。在环状的芯部件63的内周缘部，与一方端面邻接地具有台阶部63r。罩部件67由以下部件构成：圆板状部67a，其覆盖芯部件63的与膜片70面对面的另一方端面；内周缘部67c，其与圆板状部67a相连并覆盖芯部件63的内周部；以及固定部67b，其与内周缘部67c相连，并通过铆接加工而固定于芯部件63的台阶部63r。导电板的芯部件63的一方端面粘接于传感器壳体56的内周面。此时，如图6b所示，通过在导电板中的罩部件67的固定部67b与传感器壳体56的内周面之间、以及传感器芯片66的外周面与导电板中的罩部件67的内周缘部67c之间形成预定缝隙，来防止传感器壳体56与罩部件67接触。

再者，例如，也可以如图6c所示，导电板由以下部件构成：芯部件63′，其由绝缘材料制成；以及罩部件67′，其由导电性材料制成并覆盖芯部件63′。环状的芯部件63′在外周缘部具备薄壁的伸出部63′f。罩部件67′由以下部件构成：圆板状部67′a，其覆盖芯部件63′的与膜片70面对面的另一方端面；外周缘部67′c，其与圆板状部67′a相连并覆盖芯部件63′的伸出部63′f的外周部；以及固定部67′b，其与外周缘部67′c相连，并通过铆接加工而固定于芯部件63′的伸出部63′f的一方端面。导电板的芯部件63′的内周缘部的周围的端面粘接于传感器壳体56的内周面。此时，如图6c所示，通过在导电板中的罩部件67′的固定部67′b与传感器壳体56的内周面之间、以及传感器芯片66的外周面、导电板中的罩部件67′的内周缘部67′a、及芯部件63′的内周面之间形成预定缝隙，来防止传感器壳体56与罩部件67′接触。

填充在液封室68内的压力传递介质pm的容积因屏蔽部件64及环状部件65而比由壳体56的内周部形成的液封室68的全部内容积(未设置环状部件65的情况)小。由此填充在液封室68内的压力传递介质pm的量减少，从而压力传感器的输出中的温度特性提高。因此，通过在膜片70与传感器芯片66之间，配置与传感器芯片66的信号处理电子电路部的电位成为同一电位的屏蔽部件64，来由屏蔽部件64遮挡因和单元的一次侧电源(未图示)成为同一电位的膜片70与控制电路(未图示)侧之间的电位差而产生的作用于传感器芯片66的电场。并且，由于屏蔽部件64的电位与传感器芯片66的电位成为同一电位，所以在它们彼此之间不产生电场。因此，在传感器芯片66与膜片70之间产生的电位差不作用于传感器芯片66，从而能够防止对传感器芯片66的电子电路的影响。

从以上的说明可明确，根据本发明的压力传感器的屏蔽构造的一例，在压力传感器中，利用屏蔽部件21或屏蔽部件64、导电板19、62来避免由在传感器芯片16、66与膜片32、70彼此之间产生的电位引起的对传感器芯片内的电子电路的影响(压力传感器的输出变动)，从而能够在不增加部件件数以及组装作业工序的情况下减少在传感器芯片与膜片之间产生的电场的影响。并且，利用环状部件17、65，能够在不增加压力传递介质pm的封入量的情况下使温度特性变得稳定。