JP3556166B2

JP3556166B2 - Pressure sensor

Info

Publication number: JP3556166B2
Application number: JP2000366761A
Authority: JP
Inventors: 義浩友松; 幸造山岸; 敦今井
Original assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Current assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: JP2002168711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の圧力を電気信号に変換して外部に出力する圧力センサに関する。特に、信号処理用の回路基板を改良した圧力センサに関する。
【０００２】
【背景技術】
一般に、流体圧力を検出する圧力センサは、圧力導入孔を有する継手と、この継手に取り付けられ前記圧力導入孔に導入された流体の圧力を電気信号に変換する圧力検出素子と、この圧力検出素子の直上に配置されその圧力検出素子からの電気信号を処理する回路を有する回路基板と、前記圧力検出素子および回路基板を保護するハウジングとを備えている（例えば、特開平１１−１４２２６７号、特開平１１−２３７２９１号参照）。
【０００３】
上記特開平１１−１４２２６７号記載の圧力センサ（従来技術１）では、回路基板の中央部に圧力検出素子を収納するための孔が形成されているため、集積回路などの回路実装部品を回路基板の外側に配置しなければならず、その結果、回路基板外径が大きくなり、製品の小型化（小径化）が困難であるという問題がある。
また、上記特開平１１−２３７２９１号記載の圧力センサ（従来技術２）では、集積回路が圧力検出素子と対向して配置され、圧力検出素子と回路基板の接続はスペーサを介して行われるため、部品点数や組立工程が多くなり、やはり製品の小型化（低背化）が困難であるという問題がある。
【０００４】
ところで、圧力センサが電磁波ノイズの多い環境下に設置される場合、ノイズに対し弱い集積回路などの電子部品を外来ノイズから保護する必要がある。集積回路などの電子部品を外来ノイズから保護するために、それらの電子部品を覆う導電性の蓋部材などを別途設けると、小型化が困難になることから、多層基板の中間層に筐体グランドプレーンを配してシールド空間を形成する技術が提案されている（特開２０００−２１４０４０号参照）。
そこで、このような多層基板を圧力センサの回路基板に応用した例として、たとえば、図９および図１０に示す構造の圧力センサが考えられる。
【０００５】
図９に示す構造の圧力センサは、継手１と、この継手１に溶接された圧力検出素子２と、継手１上に保持され内部に筐体グランドプレーン層３Ａを有する多層構造の回路基板３とを備えている。回路基板３は、中央部に圧力検出素子２が収納される開口部１４が形成され、上面には入出力端子２３やフィルタ回路部品２６などがそれぞれ設けられ、下面には集積回路部品２４が搭載された構造である。圧力検出素子２と回路基板３とはボンディングワイヤ５０で接続されている。
【０００６】
図１０に示す構造の圧力センサは、継手１と、この継手１に溶接された圧力検出素子２と、継手１上でかつ圧力検出素子２の直上に保持され内部に筐体グランドプレーン層３Ａを有する多層構造の回路基板３とを備えている。圧力検出素子２と回路基板３とは、回路基板３に形成された孔５１を通してボンディングワイヤ５２で接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図９に示す構造の圧力センサは、回路基板３の開口部１４に圧力検出素子２が収納されるため、高さを小さくでき、圧力センサとして全長を小さくできるという利点がある反面、従来技術１と同様に、回路基板３の幅方向の径が大きくなり、圧力センサの小型化が困難であるという問題がある。
【０００８】
また、図１０に示す構造の圧力センサは、回路基板３が圧力検出素子２の直上に配置されるため、回路基板３の幅方向の径を小さくでき、圧力センサの外径を小さくできる反面、従来技術２と同様に、高さが大きくなり、圧力センサの小型化が困難であるという問題がある。また、回路基板３と圧力検出素子２の距離が大きくなるため、ボンディングワイヤ５２が長くなり、ワイヤボンディングの作業性が悪化するとともに、ワイヤの共振周波数が低くなり、耐振性が悪化するという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、回路基板に改良を加えて、全長、径ともに小型化でき、かつワイヤボンディングの作業性の向上および耐振性の向上が可能な圧力センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力センサは、圧力導入孔を有する継手と、この継手に取り付けられ前記圧力導入孔に導入された流体の圧力を電気信号に変換する圧力検出素子と、この圧力検出素子からの電気信号を処理する回路を有する回路基板と、前記圧力検出素子および回路基板を保護するハウジングとを備えた圧力センサにおいて、前記回路基板は、複数の導体層からなる多層構造に構成され、前記導体層の少なくとも一層は他の導体層より突出する突出部を有し、その突出部は前記圧力検出素子の直上近傍に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
このような本発明によれば、導体層の少なくとも一層が他の導体層より突出し圧力検出素子の直上近傍に配置される突出部を備えているため、ここに回路部品や接続用の導体層を設けることにより、回路基板の幅を大きくすることなく部品の配置ができ、圧力センサの小型化が可能となる。また、圧力検出素子と導体層の距離が短くなり、ボンディングワイヤを短くでき、ワイヤボンディングの作業性が向上するとともに、耐振性も向上する。
【００１２】
また、本発明の圧力センサにおいて、前記回路基板は、前記圧力検出素子が収納される開口部を有し、前記突出部は、前記回路基板の最上部の一層が前記開口部に突出されていることが好ましい。
このような場合には、圧力検出素子が開口部に収容されるため、高さが短くなり、圧力センサの全長を小さくしてより小型化が達成できる。
【００１３】
また、本発明の圧力センサにおいて、前記突出部は、前記圧力検出素子に近い側の少なくとも一層が他の導体層より突出されて形成され、その突出部を有する導体層と前記圧力検出素子とが接続され、この一層を除く他のいずれかの導体層は筐体グランドプレーン層として構成され、かつ、前記回路を構成する回路部品が前記回路基板の前記圧力検出素子に近い面に配置されていることが好ましい。
このような場合には、ボンディングワイヤが圧力検出素子に近い突出部から圧力検出素子に接続されているので、ワイヤ長を短くすることができるとともに、筐体グランドプレーン層により形成されるシールド空間に回路部品を配置し、ノイズから保護することができる。
【００１４】
また、本発明の圧力センサにおいて、前記回路基板の前記圧力検出素子側の面に凹部が形成され、この凹部に前記回路を構成する回路部品が取付られていることが好ましい。
このような場合には、回路基板の圧力検出素子側の面に形成された凹部内に回路部品が取付られているので、圧力検出素子と回路基板とを電気的に接続するためのボンディングワイヤの長さをさらに短くでき、また、凹部内に回路部品を埋め込むことにより、回路部品を圧力検出素子の直上に配置できるから、回路基板の外形寸法をより小さくできる。よって、製品の小型化（低背化、小径化）、耐振性向上、組立作業性向上といった効果が期待できる。
【００１５】
また、本発明の圧力センサにおいて、前記回路基板は、セラミックを絶縁層として用いる多層構造の基板であることが好ましい。
このような場合には、立体的な回路基板により狭いスペースで部品搭載、グランド接続が可能であり、圧力センサの小型化が可能となる。さらに、回路基板の耐熱が上がったり、高誘電率による耐ノイズ性の向上などの効果も期待できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る圧力センサの要部を示す縦断側面図である。この圧力センサは、継手１と、この継手１に溶接された圧力検出素子２と、継手１上に保持された回路基板３と、圧力検出素子２および回路基板３を保護するハウジング（図示省略）とを備えている。
【００１７】
継手１は、中央部に凹部５が形成され、この凹部５の中央に凸部６が形成され、この凸部６の中心に抜ける圧力導入孔７が形成されている。
圧力検出素子２は、圧力導入孔７に連通する筒状の支持台１０の上面に流体の圧力を受ける金属ダイアフラム１２が一体に形成され、この金属ダイアフラム１２上に圧力を電気信号に変換する歪みゲージ１３が設けられた構造である。なお、歪みゲージ１３には複数のボンディングワイヤが接続されるが、回路基板３に形成するワイヤ挿通孔（ボンディングワイヤを回路基板３の上面側へ導出するための孔）を小さくするため、ボンディングワイヤは歪みゲージ１３の一部箇所に片寄って配置される。
【００１８】
回路基板３は、セラミックの絶縁層と導体層で構成された多層構造のもので、中央部に圧力検出素子２が収納される開口部１４が形成され、最上層には開口部１４に部分的に突出する突出部１５が形成されている。回路基板３の絶縁層１６内には複数の導体層１７が設けられ、また、上面には導体層１８，１９，２０，２１，２２が設けられている。
【００１９】
導体層１８には入出力端子２３が接続され、導体層２０には集積回路部品２４が搭載され、導体層２１にはフィルタ回路部品２６が搭載されている。集積回路部品２４と導体層１９，２１とはそれぞれボンディングワイヤ２８，２９で接続されている。また、導体層２２と歪みゲージ１３とはボンディングワイヤ３０で接続されている。
なお、図１の構造では、回路基板３は継手１上に保持されているが、回路基板３を圧力検出素子２で直接保持する構造でもよい（以下の実施形態も同様）。
【００２０】
図２は、図１の構造を備えた圧力センサの全体を示す縦断側面図である。以下、図２により圧力センサの組立て手順を説明する。
まず、継手１の中央部（圧力導入孔７の真上）に圧力検出素子２をビーム溶接などで接合するとともに、上面外周に接合部材４１をリングプロジェクション溶接などで接合する。
次に、集積回路部品２４が実装されている回路基板３をフランジ部材４０上に導電性接着剤４２を介して組付ける。そして、回路基板３と圧力検出素子２とをボンディングワイヤ３０を介して接続する。
【００２１】
次に、回路基板３を跨いでその上に端子台４３を配置し、接合部材４１の加締め部４７Ａで加締め固定する。そして、回路基板３の出力調整を行った後、端子台４３にガスケット４４を挿入し、さらに、Ｏリング４５を接合部材４１に挿入し、ハウジング４６を接合部材４１に嵌め込み、接合部材４１の加締め部４７Ｂで加締め固定する。
【００２２】
このような実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）圧力検出素子２が開口部１４に配置されているので、圧力センサの全長をその分短くできる。
（２）圧力検出素子２と導体層２２の距離が短くなり、ボンディングワイヤ３０を短くでき、したがって、ワイヤボンディングの作業性が向上するとともに、耐振性も向上する。
【００２３】
（３）突出部１５が設けられているため、ここに集積回路部品２４や接続用の導体層１９，２０などを設けることにより、回路基板３の幅を大きくすることなく部品の配置ができる。しかも、ボンディングワイヤ３０が圧力検出素子２の一部に片寄って設けられているから、突出部１５をより大きくでき、そこに多くの回路部品を配置できる。
（４）回路基板３は、セラミックを絶縁層として用いる多層構造の基板を用いているから、立体的な回路基板により狭いスペースで部品搭載が可能であり、圧力センサの小型化が可能となる。さらに、基板の耐熱が上がったり、高誘電率による耐ノイズ性の向上などの効果も期待できる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、圧力検出素子２から回路基板３の上面に設けられた導体層２２にボンディングワイヤ３０を接続したが、これに限らず、図３に示す構造でもよい。
すなわち、回路基板３の開口部１４を挟んで突出部１５とは反対側の上面部分を圧力検出素子２の上面（歪みゲージ１３の面）と略同じ高さまで窪ませ、この凹部２５の底面にある導体層１７と圧力検出素子２とをボンディングワイヤ３０で接続するようにしてもい。この場合、ボンディングワイヤ３０で接続された導体層１７上に部品を配置することも可能である。このようにすれば、ボンディング作業がしやすく、しかも、ワイヤ長もより短くできる。
【００２５】
また、上記実施形態では、回路基板３は、中央部の孔状の開口部１４に突出部１５が形成された構造であるが、図４に示すように片側が開放された構造でもよい。
すなわち、絶縁層１６内に導体層１７が設けられ、最上層に片側（圧力検出素子２側）に突出する突出部１５が形成され、上面に導体層１８，１９，２０および入出力端子２３、集積回路部品２４、フィルタ回路部品２６が設けられた構造である。この構造は、圧力検出素子２の片側に回路基板３を配置する構造の場合に有効である。
【００２６】
また、上記実施形態では、継手１を一体成形したが、これに限らず、図５に示すように構成してもよい。すなわち、継手１を、凸部６を有する継手部材１Ａと、フランジ部材４０とから構成し、継手部材１Ａの凸部６に圧力検出素子２を溶接したのち、その外周にフランジ部材４０を溶接するようにしてもよい。このようにすれば、圧力検出素子２の溶接作業を容易に行うことができる。
【００２７】
〔第２実施形態〕
図６は、第２実施形態に係る圧力センサを示す縦断側面図である。
本実施形態では、回路基板３の中央から偏位した位置に開口部１４が形成され、最下層には開口部１４に部分的に突出する突出部１５が形成された多層構造の回路基板３が用いられている。
回路基板３の絶縁層１６内には複数の導体層１７，１７Ａが設けられ、上面には導体層３３が設けられ、突出部１５上には導体のパッド３１が設けられ、さらに、下面には導体層３２が設けられている。上面の導体層３３には入出力端子２３およびフィルタ回路部品２６が、下面の導体層３２には集積回路部品２４がそれぞれ搭載されている。パッド３１と圧力検出素子２とはボンディングワイヤ３４を介して接続されている。
【００２８】
最上層の導体層１７Ａは筐体グランドプレーン層とされている。この筐体グランドプレーン層１７Ａには高さ方向の導体２７が設けられ、この導体２７が継手１と接続されている。これにより、筐体グランドプレーン層１７Ａを圧力センサの筐体グランドと同電位のグランドプレーンとし、金属製の継手１と導体層１７Ａ，２７により外来輻射ノイズに対しシールド空間を形成し、このシールド空間内に集積回路部品２４を配置した構造としている。
導体層１７Ａは、回路基板３とほぼ同一面積の導体板構造であり（回路基板３の縁部の一定幅あるいは上下の導体層３３，１７を接続するビアホール周辺部を除く）、実用上充分な機能のシールド空間を形成することができる。
【００２９】
このような実施形態によれば、以下のような効果がある。
（５）回路基板３の回路部品を表裏に配置するので、回路基板３の幅を小さくでき、圧力センサを小型化できる。
（６）ボンディングワイヤ３４が最下層の突出部１５上のパッド３１から圧力検出素子２に接続されているので、ワイヤ長を短くすることができる。
【００３０】
（７）ボンディングワイヤ３４を保護するためのシリコーンゲルをポッティングする場合、開口部１４がダムの役割を果たし、樹脂が流れ出ることを防ぎ、ボンディングワイヤ３４の周辺部のみに保護材を塗布することが可能となる。
（８）筐体グランドプレーン層１７Ａを筐体グランドと同電位とし、継手１と導体層１７Ａ，２７により外来輻射ノイズに対しシールド空間を形成でき、このシールド空間に集積回路部品２４を配置できる。
【００３１】
なお、第２実施形態においても、図７に示すように片側が開放された構造とすることができる。すなわち、最下層に片側（圧力検出素子２側）に突出する突出部１５が形成され、上面に導体層３３、入出力端子２３およびフィルタ回路部品２６が設けられた構造である。この構造は、圧力検出素子２の片側に回路基板３を配置する構造の場合に有効である。
【００３２】
〔第３実施形態〕
図８は第３実施形態に係る圧力センサを示す縦断側面図である。
本実施形態では、第２実施形態において、回路基板３の下面に凹部３７が形成され、この凹部３７内に集積回路部品２４が収容され、これらが保護材３８で封止された構造である。
【００３３】
なお、この第３実施形態（第２実施形態も同様）において、開口部１４により圧力検出素子２、パッド３１およびボンディングワイヤ３４がノイズ環境下に曝されて影響を受ける場合は、開口部１４を上から蓋（図示せず）をしてこれを筐体グランドに接続することにより、シール空間を形成してノイズの影響を防止することができる。
【００３４】
このような実施形態によれば、第２実施形態の（５）〜（８）の効果のほか、次の効果が期待できる。
（９）集積回路部品２４を回路基板３の裏面の凹部３７に収容しているので、回路基板３と圧力検出素子２との距離をさらに小さくでき、ボンディングワイヤ３４を第２実施形態より短くできる。また、凹部３７内に回路部品２４を埋め込むことにより、回路部品２４を圧力検出素子２の直上に配置できるから、回路基板３の外形寸法をより小さくできる。よって、製品の小型化（低背化、小径化）、耐振性向上、組立作業性向上といった効果が期待できる。
【００３５】
なお、上記各実施形態におけて、回路基板３の製造にあたっては、薄い（たとえば、２５０μｍ程度）のセラミックグリーンシートをプレス抜きし、パターン印刷、積層、焼成して形成する、いわゆる、積層セラミック技術を用いることで、機械可能などの面倒な加工を施すことなく、容易に製作することができる。ちなみに、積層セラミック技術は、ＩＣのセラミックパッケージなどに使われている。
【００３６】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、導体層の少なくとも一層は圧力検出素子の直上近傍に配置される突出部を備える構成としたので、この突出部に回路部品や接続用の導体層を設けることにより、回路基板の幅を大きくすることなく部品の配置ができ、圧力センサの全長、径ともに小型化が可能となる。また、圧力検出素子と導体層の距離が短くなるため、ボンディングワイヤを短くでき、ワイヤボンディングの作業性が向上するとともに、耐振性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの要部の縦断側面図である。
【図２】同上実施形態の圧力センサの全体を示す縦断側面図である。
【図３】第１実施形態の回路基板の変形例を示す図である。
【図４】第１実施形態の回路基板のさらに他の変形例を示す図である。
【図５】第１実施形態の継手部分の変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る圧力センサの要部の縦断側面図である。
【図７】第２実施形態の変形例を示す縦断側面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る圧力センサの要部の縦断側面図である。
【図９】従来の圧力センサの要部の縦断側面図である。
【図１０】従来の別の圧力センサの要部の縦断側面図である。
【符号の説明】
１継手
２圧力検出素子
３回路基板
７圧力導入孔
１４開口部
１５突出部
１６絶縁層
１７導体層
１７Ａ筐体グランドプレーン層
１８，１９，２０，２１，２２導体層
２４集積回路部品
３０、３４ボンディングワイヤ
３１パッド（導体層）
３７凹部
４６ハウジング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure sensor that converts a pressure of a fluid into an electric signal and outputs the electric signal to the outside. In particular, the present invention relates to a pressure sensor having an improved circuit board for signal processing.
[0002]
[Background Art]
Generally, a pressure sensor for detecting a fluid pressure includes a joint having a pressure introduction hole, a pressure detection element attached to the joint and converting the pressure of the fluid introduced into the pressure introduction hole into an electric signal, and a pressure detection element. A circuit board having a circuit for processing an electric signal from the pressure detecting element, and a housing for protecting the pressure detecting element and the circuit board (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-142267; See Heihei 11-237291).
[0003]
In the pressure sensor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-142267 (prior art 1), since a hole for accommodating the pressure detecting element is formed in the center of the circuit board, a circuit mounting component such as an integrated circuit is mounted on the circuit board. Therefore, there is a problem that the outer diameter of the circuit board is increased, and it is difficult to reduce the size (diameter) of the product.
Further, in the pressure sensor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-237291 (prior art 2), the integrated circuit is disposed to face the pressure detection element, and the connection between the pressure detection element and the circuit board is performed via a spacer. There is a problem that the number of parts and the number of assembling steps increase, and it is also difficult to miniaturize (reduce the height) of the product.
[0004]
By the way, when the pressure sensor is installed in an environment where there is a lot of electromagnetic noise, it is necessary to protect electronic components such as integrated circuits that are vulnerable to noise from external noise. In order to protect electronic components such as integrated circuits from external noise, it is difficult to reduce the size of the device by separately providing a conductive lid member that covers those electronic components. A technique of forming a shield space by arranging planes has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-21040).
Therefore, as an example in which such a multilayer substrate is applied to a circuit board of a pressure sensor, for example, a pressure sensor having a structure shown in FIGS. 9 and 10 can be considered.
[0005]
The pressure sensor having the structure shown in FIG. 9 includes a joint 1, a pressure detecting element 2 welded to the joint 1, a circuit board 3 having a multilayer structure having a housing ground plane layer 3A held on the joint 1 and inside. It has. The circuit board 3 has an opening 14 for accommodating the pressure detecting element 2 in the center, an input / output terminal 23 and a filter circuit component 26 provided on the upper surface, and an integrated circuit component 24 mounted on the lower surface. It is the structure which was done. The pressure detecting element 2 and the circuit board 3 are connected by a bonding wire 50.
[0006]
The pressure sensor having the structure shown in FIG. 10 includes a joint 1, a pressure detecting element 2 welded to the joint 1, and a housing ground plane layer 3A held inside the joint 1 and directly above the pressure detecting element 2. And a circuit board 3 having a multilayer structure. The pressure detecting element 2 and the circuit board 3 are connected by a bonding wire 52 through a hole 51 formed in the circuit board 3.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the pressure sensor having the structure shown in FIG. 9 has the advantage that the pressure detecting element 2 is housed in the opening 14 of the circuit board 3, so that the height can be reduced and the overall length of the pressure sensor can be reduced. As in the technique 1, there is a problem that the diameter of the circuit board 3 in the width direction increases, and it is difficult to reduce the size of the pressure sensor.
[0008]
Further, in the pressure sensor having the structure shown in FIG. 10, since the circuit board 3 is disposed immediately above the pressure detecting element 2, the diameter in the width direction of the circuit board 3 can be reduced, and the outer diameter of the pressure sensor can be reduced. As in the prior art 2, there is a problem that the height is increased and it is difficult to reduce the size of the pressure sensor. Further, since the distance between the circuit board 3 and the pressure detecting element 2 is increased, the bonding wire 52 is lengthened, the workability of wire bonding is deteriorated, the resonance frequency of the wire is lowered, and the vibration resistance is deteriorated. is there.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pressure sensor that can be miniaturized in both the overall length and the diameter by improving a circuit board, and that can improve the workability of wire bonding and the vibration resistance.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A pressure sensor according to the present invention includes a joint having a pressure introduction hole, a pressure detection element attached to the joint and converting a pressure of a fluid introduced into the pressure introduction hole into an electric signal, and an electric signal from the pressure detection element. In a pressure sensor comprising a circuit board having a circuit for processing, and a housing for protecting the pressure detection element and the circuit board, the circuit board is configured in a multilayer structure composed of a plurality of conductor layers, At least one layer has a protruding portion protruding from another conductor layer, and the protruding portion is arranged immediately above and near the pressure detecting element.
[0011]
According to the present invention, since at least one of the conductor layers has a protrusion that protrudes from the other conductor layer and is disposed immediately above the pressure detecting element, a circuit component or a conductor layer for connection is provided here. By providing the circuit board, components can be arranged without increasing the width of the circuit board, and the size of the pressure sensor can be reduced. Further, the distance between the pressure detecting element and the conductor layer is shortened, the bonding wire can be shortened, the workability of wire bonding is improved, and the vibration resistance is also improved.
[0012]
Further, in the pressure sensor according to the present invention, the circuit board has an opening in which the pressure detecting element is housed, and the projecting part has an uppermost layer of the circuit board projecting into the opening. Is preferred.
In such a case, since the pressure detecting element is accommodated in the opening, the height is shortened, and the overall length of the pressure sensor is reduced, so that a further downsizing can be achieved.
[0013]
Further, in the pressure sensor according to the present invention, at least one of the protruding portions on the side close to the pressure detecting element is formed to protrude from another conductor layer, and the conductor layer having the protruding portion and the pressure detecting element are formed. Any one of the conductive layers other than the one connected layer is configured as a housing ground plane layer, and the circuit component configuring the circuit is disposed on a surface of the circuit board close to the pressure detecting element. Is preferred.
In such a case, since the bonding wire is connected to the pressure detecting element from the protruding portion near the pressure detecting element, the wire length can be reduced, and the bonding wire is connected to the shield space formed by the housing ground plane layer. Circuit components can be placed and protected from noise.
[0014]
Further, in the pressure sensor of the present invention, it is preferable that a concave portion is formed on a surface of the circuit board on the pressure detecting element side, and a circuit component forming the circuit is attached to the concave portion.
In such a case, since the circuit components are mounted in the concave portions formed on the surface of the circuit board on the pressure sensing element side, bonding wires for electrically connecting the pressure sensing element to the circuit board are provided. Since the length can be further reduced and the circuit component is buried in the concave portion, the circuit component can be arranged directly above the pressure detecting element, so that the external dimensions of the circuit board can be further reduced. Therefore, effects such as miniaturization (reduction of height and diameter) of the product, improvement of vibration resistance, and improvement of assembly workability can be expected.
[0015]
Further, in the pressure sensor of the present invention, it is preferable that the circuit board is a multi-layered board using ceramic as an insulating layer.
In such a case, components can be mounted and ground connection in a small space by a three-dimensional circuit board, and the pressure sensor can be reduced in size. Further, effects such as an increase in heat resistance of the circuit board and an improvement in noise resistance due to a high dielectric constant can be expected.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing a main part of the pressure sensor according to the first embodiment. The pressure sensor includes a joint 1, a pressure detecting element 2 welded to the joint 1, a circuit board 3 held on the joint 1, and a housing (not shown) for protecting the pressure detecting element 2 and the circuit board 3. And
[0017]
The joint 1 has a concave portion 5 formed at the center, a convex portion 6 formed at the center of the concave portion 5, and a pressure introducing hole 7 which is formed at the center of the convex portion 6.
In the pressure detecting element 2, a metal diaphragm 12 receiving a pressure of a fluid is integrally formed on an upper surface of a cylindrical support base 10 communicating with the pressure introducing hole 7, and a strain for converting the pressure into an electric signal is formed on the metal diaphragm 12. This is a structure in which a gauge 13 is provided. Note that a plurality of bonding wires are connected to the strain gauge 13. However, in order to reduce a wire insertion hole (a hole for leading the bonding wire to the upper surface side of the circuit board 3) formed in the circuit board 3, the bonding wire is used. Are arranged in a part of the strain gauge 13 so as to be offset.
[0018]
The circuit board 3 has a multilayer structure including a ceramic insulating layer and a conductor layer. An opening 14 for accommodating the pressure detecting element 2 is formed in the center, and the opening 14 is partially formed in the uppermost layer. Is formed. A plurality of conductor layers 17 are provided in the insulating layer 16 of the circuit board 3, and conductor layers 18, 19, 20, 21, and 22 are provided on the upper surface.
[0019]
An input / output terminal 23 is connected to the conductor layer 18, an integrated circuit component 24 is mounted on the conductor layer 20, and a filter circuit component 26 is mounted on the conductor layer 21. The integrated circuit component 24 and the conductor layers 19 and 21 are connected by bonding wires 28 and 29, respectively. The conductor layer 22 and the strain gauge 13 are connected by a bonding wire 30.
Although the circuit board 3 is held on the joint 1 in the structure of FIG. 1, a structure in which the circuit board 3 is directly held by the pressure detecting element 2 may be used (the same applies to the following embodiments).
[0020]
FIG. 2 is a vertical sectional side view showing the entire pressure sensor having the structure of FIG. Hereinafter, the procedure for assembling the pressure sensor will be described with reference to FIG.
First, the pressure detecting element 2 is joined to the center of the joint 1 (immediately above the pressure introducing hole 7) by beam welding or the like, and the joining member 41 is joined to the outer periphery of the upper surface by ring projection welding or the like.
Next, the circuit board 3 on which the integrated circuit components 24 are mounted is mounted on the flange member 40 via the conductive adhesive 42. Then, the circuit board 3 and the pressure detecting element 2 are connected via the bonding wires 30.
[0021]
Next, the terminal block 43 is disposed on the circuit board 3 over the circuit board 3, and is fixed by crimping at the crimping portion 47 </ b> A of the joining member 41. After adjusting the output of the circuit board 3, the gasket 44 is inserted into the terminal block 43, the O-ring 45 is further inserted into the joining member 41, the housing 46 is fitted into the joining member 41, and the mounting of the joining member 41 is performed. It is caulked and fixed by the tightening portion 47B.
[0022]
According to such an embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the pressure detecting element 2 is disposed in the opening 14, the entire length of the pressure sensor can be shortened accordingly.
(2) The distance between the pressure detection element 2 and the conductor layer 22 is shortened, and the bonding wire 30 can be shortened. Therefore, workability of wire bonding is improved and vibration resistance is also improved.
[0023]
(3) Since the protruding portion 15 is provided, the components can be arranged without increasing the width of the circuit board 3 by providing the integrated circuit component 24 and the conductor layers 19 and 20 for connection. Moreover, since the bonding wire 30 is provided offset to a part of the pressure detecting element 2, the protrusion 15 can be made larger, and many circuit components can be arranged there.
(4) Since the circuit board 3 has a multilayer structure using ceramics as an insulating layer, components can be mounted in a narrow space using a three-dimensional circuit board, and the size of the pressure sensor can be reduced. Further, effects such as an increase in heat resistance of the substrate and an improvement in noise resistance due to a high dielectric constant can be expected.
[0024]
In the above embodiment, the bonding wire 30 is connected from the pressure detecting element 2 to the conductor layer 22 provided on the upper surface of the circuit board 3, but the present invention is not limited to this, and the structure shown in FIG.
That is, the upper surface of the circuit board 3 opposite to the protrusion 15 with the opening 14 interposed therebetween is depressed to substantially the same height as the upper surface of the pressure detecting element 2 (the surface of the strain gauge 13). A certain conductor layer 17 and the pressure detecting element 2 may be connected by a bonding wire 30. In this case, it is also possible to arrange components on the conductor layer 17 connected by the bonding wires 30. In this way, the bonding operation can be easily performed, and the wire length can be further reduced.
[0025]
Further, in the above-described embodiment, the circuit board 3 has a structure in which the projecting portion 15 is formed in the hole-shaped opening 14 in the center, but may have a structure in which one side is opened as shown in FIG.
That is, the conductor layer 17 is provided in the insulating layer 16, the protrusion 15 protruding to one side (toward the pressure detecting element 2) is formed on the uppermost layer, and the conductor layers 18, 19, 20 and the input / output terminals 23 are formed on the upper surface. This is a structure in which an integrated circuit component 24 and a filter circuit component 26 are provided. This structure is effective in the case where the circuit board 3 is arranged on one side of the pressure detecting element 2.
[0026]
Further, in the above-described embodiment, the joint 1 is integrally formed. However, the present invention is not limited thereto, and may be configured as shown in FIG. That is, the joint 1 is composed of the joint member 1A having the convex portion 6 and the flange member 40, and after welding the pressure detecting element 2 to the convex portion 6 of the joint member 1A, the flange member 40 is welded to the outer periphery thereof. You may do so. In this way, the welding work of the pressure detecting element 2 can be easily performed.
[0027]
[Second embodiment]
FIG. 6 is a vertical sectional side view showing the pressure sensor according to the second embodiment.
In the present embodiment, a circuit board 3 having a multilayer structure in which an opening 14 is formed at a position deviated from the center of the circuit board 3 and a projection 15 which partially projects from the opening 14 is formed in the lowermost layer. Used.
A plurality of conductor layers 17 and 17A are provided in the insulating layer 16 of the circuit board 3, a conductor layer 33 is provided on the upper surface, a conductor pad 31 is provided on the protrusion 15, and a lower surface is provided on the lower surface. A conductor layer 32 is provided. The input / output terminals 23 and the filter circuit component 26 are mounted on the upper conductor layer 33, and the integrated circuit component 24 is mounted on the lower conductor layer 32, respectively. The pad 31 and the pressure detecting element 2 are connected via a bonding wire 34.
[0028]
The uppermost conductor layer 17A is a housing ground plane layer. A conductor 27 in the height direction is provided on the housing ground plane layer 17A, and the conductor 27 is connected to the joint 1. Thus, the housing ground plane layer 17A is a ground plane having the same potential as the housing ground of the pressure sensor, and a shield space is formed by the metal joint 1 and the conductor layers 17A and 27 against external radiation noise. It has a structure in which the integrated circuit component 24 is arranged inside.
The conductor layer 17A has a conductor plate structure having substantially the same area as the circuit board 3 (except for a fixed width at the edge of the circuit board 3 or the periphery of the via hole connecting the upper and lower conductor layers 33 and 17), which is practically sufficient. A function shielding space can be formed.
[0029]
According to such an embodiment, the following effects can be obtained.
(5) Since the circuit components of the circuit board 3 are arranged on the front and back, the width of the circuit board 3 can be reduced, and the pressure sensor can be downsized.
(6) Since the bonding wire 34 is connected to the pressure detecting element 2 from the pad 31 on the lowermost projection 15, the wire length can be shortened.
[0030]
(7) When potting a silicone gel for protecting the bonding wire 34, the opening 14 serves as a dam to prevent resin from flowing out, and a protective material may be applied only to the periphery of the bonding wire 34. It becomes possible.
(8) The casing ground plane layer 17A is set to the same potential as the casing ground, and the joint 1 and the conductor layers 17A and 27 can form a shield space for external radiation noise, and the integrated circuit component 24 can be arranged in this shield space.
[0031]
In addition, also in 2nd Embodiment, it can be set as the structure which one side was opened as shown in FIG. That is, the lower layer has a structure in which the protruding portion 15 protruding to one side (the pressure detecting element 2 side) is formed, and the conductor layer 33, the input / output terminal 23, and the filter circuit component 26 are provided on the upper surface. This structure is effective in the case where the circuit board 3 is arranged on one side of the pressure detecting element 2.
[0032]
[Third embodiment]
FIG. 8 is a vertical sectional side view showing a pressure sensor according to the third embodiment.
In the present embodiment, in the second embodiment, a concave portion 37 is formed on the lower surface of the circuit board 3, the integrated circuit component 24 is accommodated in the concave portion 37, and these are sealed with a protective material 38.
[0033]
In the third embodiment (the same applies to the second embodiment), when the pressure detecting element 2, the pad 31, and the bonding wire 34 are exposed to the noise environment and affected by the opening 14, the opening 14 is closed. By attaching a lid (not shown) from above and connecting it to the housing ground, a sealed space can be formed to prevent the influence of noise.
[0034]
According to such an embodiment, the following effects can be expected in addition to the effects (5) to (8) of the second embodiment.
(9) Since the integrated circuit component 24 is housed in the concave portion 37 on the back surface of the circuit board 3, the distance between the circuit board 3 and the pressure detecting element 2 can be further reduced, and the bonding wire 34 can be shorter than in the second embodiment. . Further, by embedding the circuit component 24 in the concave portion 37, the circuit component 24 can be disposed immediately above the pressure detecting element 2, so that the outer dimensions of the circuit board 3 can be further reduced. Therefore, effects such as miniaturization (reduction of height and diameter) of the product, improvement of vibration resistance, and improvement of assembly workability can be expected.
[0035]
In each of the above embodiments, when manufacturing the circuit board 3, a thin (for example, about 250 μm) ceramic green sheet is formed by pressing, pattern printing, laminating, and firing. By using, it can be easily manufactured without performing any mechanically troublesome processing. Incidentally, the multilayer ceramic technology is used for ceramic packages of ICs and the like.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, at least one of the conductor layers is provided with the protruding portion disposed immediately above the pressure detecting element, so that the protruding portion has a circuit component or a conductor layer for connection. Is provided, the components can be arranged without increasing the width of the circuit board, and the overall length and diameter of the pressure sensor can be reduced. Further, since the distance between the pressure detecting element and the conductor layer is shortened, the bonding wire can be shortened, and the workability of wire bonding is improved, and the vibration resistance is also improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional side view of a main part of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a vertical sectional side view showing the whole pressure sensor of the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a modification of the circuit board of the first embodiment.
FIG. 4 is a view showing still another modified example of the circuit board of the first embodiment.
FIG. 5 is a view showing a modification of the joint portion of the first embodiment.
FIG. 6 is a longitudinal sectional side view of a main part of a pressure sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional side view showing a modification of the second embodiment.
FIG. 8 is a longitudinal sectional side view of a main part of a pressure sensor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional side view of a main part of a conventional pressure sensor.
FIG. 10 is a vertical sectional side view of a main part of another conventional pressure sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Joint 2 Pressure detecting element 3 Circuit board 7 Pressure introducing hole 14 Opening 15 Projection 16 Insulating layer 17 Conductive layer 17A Housing ground plane layers 18, 19, 20, 21, 22 Conductive layer 24 Integrated circuit components 30, 34 Bonding Wire 31 pad (conductor layer)
37 recess 46 housing

Claims

A circuit having a joint having a pressure introduction hole, a pressure detection element attached to the joint for converting the pressure of the fluid introduced into the pressure introduction hole into an electric signal, and a circuit for processing the electric signal from the pressure detection element In a pressure sensor including a substrate and a housing that protects the pressure detection element and the circuit board,
The circuit board is configured in a multilayer structure including a plurality of conductor layers, and at least one of the conductor layers has a protrusion protruding from another conductor layer, and the protrusion is disposed immediately above and near the pressure detecting element. Pressure sensor characterized in that:

The pressure sensor according to claim 1,
The circuit board has an opening in which the pressure detection element is housed,
The pressure sensor according to claim 1, wherein the projecting portion is formed by projecting an uppermost layer of the circuit board into the opening.

The pressure sensor according to claim 1,
The protruding portion is formed by projecting at least one layer on the side close to the pressure detecting element from another conductor layer, and the conductor layer having the protruding portion and the pressure detecting element are connected to each other except for this layer. A pressure sensor, wherein any one of the conductor layers is configured as a housing ground plane layer, and a circuit component configuring the circuit is disposed on a surface of the circuit board near the pressure detection element.

The pressure sensor according to claim 1 or 3,
A pressure sensor, wherein a concave portion is formed on a surface of the circuit board on the pressure detecting element side, and a circuit component constituting the circuit is mounted in the concave portion.

The pressure sensor according to any one of claims 1 to 4,
The pressure sensor according to claim 1, wherein the circuit board is a multi-layer board using ceramic as an insulating layer.