阅读说明：本技术 压力传感器芯片 (Pressure sensor chip ) 是由 德田智久 东条博史 木田希 于 2019-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种压力传感器芯片,以提高止动构件与传感器膜片的接合部的断裂韧性,并使得不会因为由低压引起的传感器膜片的轻微变形而导致其破坏。在止动构件(1-2)的周缘部(1-2b)中设置环状的壁(1-5),环状的壁(1-5)的内壁面(1-5a)面对被传感器膜片(1-1)与止动构件(1-2)的曲面状的凹部(1-2b)包围的空间(1-4)。由此,在止动构件(1-2)与传感器膜片(1-1)的接合部跨越整个圆周地形成段差(极微小的段差)(h),应力被该段差(h)所分散。(The invention provides a pressure sensor chip to improve fracture toughness of a joint portion of a stopper member and a sensor diaphragm and prevent breakage of the sensor diaphragm due to slight deformation of the sensor diaphragm caused by low pressure. An annular wall (1-5) is provided in a peripheral edge portion (1-2b) of the stopper member (1-2), and an inner wall surface (1-5a) of the annular wall (1-5) faces a space (1-4) surrounded by the sensor diaphragm (1-1) and the curved recess (1-2b) of the stopper member (1-2). Thus, a step (very small step) (h) is formed over the entire circumference at the joint of the stopper member (1-2) and the sensor diaphragm (1-1), and stress is dispersed by the step (h).)

压力传感器芯片

技术领域

本发明涉及采用了输出与一方的表面以及另一方的表面所受的压力差对应的信号的传感器膜片的压力传感器芯片，例如是在受到压力而发生位移的薄板状的膜片上形成电阻应变仪，并根据形成在膜片上的电阻应变仪的电阻值变化来检测施加于膜片的压力的压力传感器芯片。

背景技术

一直以来，使用组装有压力传感器芯片的压差传感器作为工业用的压差传感器，该压力传感器芯片采用了输出与一方的表面以及另一方的表面所受的压力差对应的信号的传感器膜片。

该压差传感器以如下方式构成：将高压侧及低压侧的各测定压导向传感器膜片的一方的表面以及另一方的表面，并将该传感器膜片的应变例如作为电阻应变仪的电阻值变化而进行检测，然后将该电阻值变化转换为电信号从而取出。

在图6中示出被组装到压差传感器的压力传感器芯片的主要部分的构成(例如，参照专利文献1)。该压力传感器芯片1具备传感器膜片1-1、第1保持构件1-2、以及第2保持构件1-3。

在该压力传感器芯片1中，第1保持构件1-2与第2保持构件1-3夹着传感器膜片1-1而接合。另外，传感器膜片1-1由硅构成，并且在形成为薄板状的膜片的表面形成有电阻应变仪(未图示)。保持构件1-2、1-3也由硅构成。

在该压力传感器芯片1中，在保持构件1-2上形成有凹部1-2a，使该凹部1-2a的周缘部1-2b面向传感器膜片1-1的一方的表面1-1a，而使保持构件1-2与传感器膜片1-1的一方的表面1-1a接合。在保持构件1-3上形成有凹部1-3a，使该凹部1-3a的周缘部1-3b面向传感器膜片1-1的另一方的表面1-1b，而使保持构件1-3与传感器膜片1-1的另一方的表面1-1b接合。

保持构件1-2的凹部1-2a的底面被设为沿着传感器膜片1-1的位移的曲面(非球面)，在其顶部形成有压力导入孔(导压孔)1-2c。保持构件1-3的凹部1-3a的底面被设为平面，在其顶部形成有压力导入孔(导压孔)1-3c。

在该压力传感器芯片1中，在将测量对象的流体设为空气的情况下，气压PL通过保持构件1-2的导压孔1-2c，被施加于传感器膜片1-1的一方的表面1-1a。另外，气压PH通过保持构件1-3的导压孔1-3c，被施加于传感器膜片1-1的另一方的表面1-1b。

在该压力传感器芯片1中，PH被设定为高压侧的气压，PL被设定为低压侧的气压，第1保持构件1-2的曲面状的凹部1-2a发挥气压PH变得过大时的止动构件的作用。也就是说，在传感器膜片1-1的另一方的表面1-1b被施加过大压力从而传感器膜片1-1发生了位移时，该位移面整体被保持构件1-2的凹部1-2a的曲面接收而阻挡。以下，也将保持构件1-2称为止动构件。

由此，通过阻止传感器膜片1-1的另一方的表面1-1b被施加过大压力时的过度位移，并使得在传感器膜片1-1的周缘部不会产生应力集中，从而能够有效地防止施加过大压力所导致的传感器膜片1-1的意外破坏，并提高其过压保护动作压力(耐压)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3847281号公报

发明内容

[发明要解决的问题]

然而，在这种构造的压力传感器芯片1中，止动构件1-2与传感器膜片1-1的接合部(图7所示的虚线包围的部分)的角度为锐利的锐角。因此，应力集中在止动构件1-2与传感器膜片1-1的接合部的锐角所连的1点(接近角度零的点)，断裂韧性非常低，具有即使是由低压(气压PL)引起的传感器膜片1-1向与止动构件1-2相反一侧的轻微变形，也会致使破坏的担忧。

本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于提供一种压力传感器芯片，以提高止动构件与传感器膜片的接合部的断裂韧性，并且没有因为由低压引起的传感器膜片的轻微变形而导致破坏的担忧。

[用于解决问题的技术手段]

为了达成像这样的目的，本发明的压力传感器芯片(1)具备：传感器膜片(1-1)，其输出与压力差对应的信号；以及第1保持构件及第2保持构件(1-2、1-3)，其使其周缘部(1-2b、1-3b)面向该传感器膜片的一方的表面(1-1a)以及另一方的表面(1-1b)而接合，并且具有将测定压(PL、PH)导向传感器膜片的导压孔(1-2c、1-3c)，该压力传感器芯片(1)的特征在于，第1保持构件(1-2)具备沿着该传感器膜片的位移的曲面状的凹部(1-2a)，其阻止在传感器膜片的另一方的表面被施加过大压力时的该传感器膜片的过度位移，在第1保持构件(1-2)的周缘部(1-2b)中设置有环状的壁(1-5)，所述环状的壁(1-5)的内壁面(1-5a)面对被传感器膜片与第1保持构件的曲面状的凹部包围的空间(1-4)。

根据该发明，通过在第1保持构件(止动构件)的周缘部设置环状的壁，而使该环状的壁的内壁面面对被传感器膜片与第1保持构件的曲面状的凹部包围的空间，并在止动构件与传感器膜片的接合部跨越整个圆周地形成段差(极微小的段差)。在本发明中，由于施加于止动构件与传感器膜片的接合部的应力被该段差所分散，即在段差内产生多个应力的分散点，因此提高止动构件与传感器膜片的接合部的断裂韧性，确保传感器膜片向与止动构件相反一侧变形时的强度。

此外，在上述说明中，作为一例，用附上括号的参照符号表示与发明的构成要素对应的附图上的构成要素。

[发明的效果]

如以上所说明的，根据本发明，由于在第1保持构件(止动构件)的周缘部中设置了环状的壁，因此在止动构件与传感器膜片的接合部跨越整个圆周地形成段差(极微小的段差)，并且施加于止动构件与传感器膜片的接合部的应力被该段差所分散。由此，提高止动构件与传感器膜片的接合部的断裂韧性，确保传感器膜片向与止动构件相反一侧变形时的强度，从而能够消除因为由低压引起的传感器膜片的轻微变形而致使破坏的担忧。

附图说明

图1是示出本发明的压力传感器芯片的一实施方式的概略的图。

图2是从环状的壁的下表面一侧观察该压力传感器芯片中的止动构件所得的图。

图3是将该压力传感器芯片中的传感器膜片与止动构件抽出表示的图。

图4是示出传感器膜片在止动构件的曲面状的凹部触底之后的状态的图。

图5是示出将环状的壁分体地设置于止动构件的周缘部的例子的图。

图6是示出以往的压力传感器芯片的主要部分的构成的图。

图7是将以往的压力传感器芯片中的膜片与止动构件抽出表示的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式详细地进行说明。

图1是示出该发明的压力传感器芯片的一实施方式的概略的图。在该图中，与图6相同的符号表示与参照图6所说明的构成要素相同或同等的构成要素，从而省略其说明。

此外，以下，为了与图6所示出的以往的压力传感器芯片1进行区分，用符号1A表示本实施方式的压力传感器芯片1，用符号1B表示以往的压力传感器芯片1。

在本实施方式的压力传感器芯片1A中，在止动构件1-2的周缘部1-2b中一体地设置有环状的壁1-5。在图2中，示出从环状的壁1-5的下表面一侧观察止动构件1-2所得的图。

该环状的壁1-5的下表面与传感器膜片1-1的周缘部1-1c接合。另外，该环状的壁1-5的内壁面1-5a面对被传感器膜片1-1与止动构件1-2的曲面状的凹部1-2a包围的空间1-4。另外，该环状的壁1-5的内壁面1-5a的角度θ(参照图3)、即相对于环状的壁1-5与传感器膜片1-1的周缘部1-1c的接合面S的角度θ被设为90゜。

在本实施方式的压力传感器芯片1A中，被设置于止动构件1-2的周缘部1-2b的环状的壁1-5的内壁面1-5a面对被传感器膜片1-1与止动构件1-2的曲面状的凹部1-2a包围的空间1-4，并且在止动构件1-2与传感器膜片1-1的接合部(图3中用虚线包围的部分)跨越整个圆周地形成段差(极微小的段差)h。

在本实施方式的压力传感器芯片1A中，由于施加于止动构件1-2与传感器膜片1-1的接合部的应力被该段差h所分散、即在段差h内产生多个应力的分散点，因此提高止动构件1-2与传感器膜片1-1的接合部的断裂韧性，确保传感器膜片1-1向与止动构件相反一侧变形时的强度。由此，能够消除因为由低压(气压PL)引起的传感器膜片1-1的轻微变形而致使破坏的担忧。

此外，在传感器膜片1-1向止动构件1-2一侧变形时，在传感器膜片1-1在止动构件1-2的曲面状的凹部1-2a触底后(参照图4)，空气积存于段差h内，由于传感器膜片1-1的异常变形而产生的应力增大，但通过在不超过硅的破坏应力的程度内确定段差h的尺寸，从而能够确保耐压。

在本实施方式的压力传感器芯片1A中，止动构件1-2的曲面状的凹部1-2a的形状(非球面的形状)除了段差h内的空气所积存的区域，是在存在段差h的状态下沿着传感器膜片1-1的变形的形状。另外，止动构件1-2被设为触底后的传感器膜片1-1产生的应力在达到期望的耐压值之前，不会超过破坏强度的形状。

另外，在上述实施方式中，虽然环状的壁1-5的内壁面1-5a的角度θ被设为90゜，但并非限定于90゜，也可以设为120゜等。虽然环状的壁1-5的内壁面1-5a的角度θ优选设为90゜以上，但也可以设为45゜或者60゜等。

另外，在上述实施方式中，虽然在止动构件1-2的周缘部1-2b中一体地设置环状的壁1-5，但也可以与止动构件1-2的周缘部1-2b分体地设置环状的壁1-5(参照图5)。

另外，在上述实施方式中，虽然分体地设置传感器膜片1-1与第2保持构件1-3，但也可以将传感器膜片1-1与第2保持构件1-3设为一体的构造。在本发明的权利范围内，也包含像这样的传感器膜片1-1与第2保持构件1-3的一体构造。

另外，在上述实施方式中，虽然将环状的壁1-5的外形设为圆形(参照图2)，但也可以设为正方形、长方形以及其他形状。也就是说，在本发明中，“环状的壁”的“环状”并非限定于圆形，只要是封闭的形状则可以是任何形状。

〔实施方式的扩展〕

以上，参照实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。可以在本发明的技术思想的范围内对本发明的构成、详情进行本领域技术人员能够理解的各种变更。

符号说明

1…压力传感器芯片、1-1…传感器膜片、1-1a…一方的表面、1-1b…另一方的表面、1-1c…周缘部、1-2…第1保持构件(止动构件)、1-2a…凹部、1-2b…周缘部、1-2c…压力导入孔(导压孔)、1-3…第2保持构件、1-3a…凹部、1-3b…周缘部、1-3c…压力导入孔(导压孔)、1-4…空间、1-5…环状的壁、1-5a…内壁面、S…接合面。