压力传感器制造技术

在膜片上形成有应变片的压力传感器中，要抑制应变片的位置偏移所致的传感器特性的变化，并且抑制因温度变化所致的传感器输出的变化。上述压力传感器在具有长边和短边的膜片上配置形成有构成电桥电路的特性相等的四个应变片的传感器芯片，由电桥电路检测与施加于膜片的压力成比例的电压输出，四个应变片中两个沿着短边，另外两个沿着长边，靠近膜片的中央附近配置，从传感器芯片看，在长边方向上具有膜片的厚度较薄的部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用受到压力的膜片的变形来进行检测的压力传感器。
技术介绍
在膜片上形成有应变片的结构的压力传感器众所周知。该压力传感器利用压力所致的膜片的变形而导致应变片的电阻发生变化来检测压力。一般来说，由四个应变片构成电桥电路，通过从该电桥电路得到与压力成比例的差分电压输出来检测压力。此处，电桥电路主要用于温度补偿目的。这是因为，只要四个应变片的变化相同，则即使应变片具有温度特性电桥电路的输出也不发生变化。当用于1MPa程度以下的低压时，通常使用利用对硅基板进行加工而形成了膜片的硅膜片的结构的压力传感器。专利文献1公开了从硅基板的背面进行蚀刻来形成薄的膜片，在膜片上形成多晶硅制的应变片的技术。根据专利文献1，四个应变片中两个配置在膜片周边部，另外两个配置在膜片中央部，由此，因压力施加而在应变片中产生的应力分别称为压缩应力和拉伸应力。还公开了：通过将膜片设成长方形，在配置于膜片中央的应变片中，能够减少对传感器灵敏度起负面作用的垂直方向的应力。在用于1MPa程度以上的高压时或者需要耐蚀性而不能露出硅的用途等之中，使用利用不锈钢制的膜片在膜片上贴上半导体应变片或者贴上形成有半导体应变片的传感器芯片的结构的压力传感器。专利文献2公开了在圆形的金属制膜片之上接合形成有应变片的单晶半导体制的传感器芯片的技术。其中，传感器芯片的尺寸大于膜片的尺寸，以传感器芯片上的应变片配置在膜片周边部上的方式接合传感器芯片。根据专利文献2，四个应变片中两个朝向圆周方向配置，另外两个朝向半径方向配置，由此因压力施加而在应变片中产生的应力分别成为压缩应力和拉伸应力，得到传感器灵敏度。还公开了：通过将传感器芯片的形状做成尽量接近圆形的多边形，能够尽量排除传感器芯片与膜片的线膨胀系数差所致的热应力的不良影响。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第2615887号公报专利文献2：日本专利第4161410号公报
技术实现思路
专利技术想要解决的技术问题在如上所述的现有的压力传感器中，四个应变片中至少两个配置在膜片的外周部。此处，对应于压力施加的膜片的应力分布在外周部与中央部相比，其变化更为急剧。因此，应变片的位置偏移所致的检测误差与内周部相比较大。特别是，在如专利文献2那样将传感器芯片与金属制膜片接合的结构的压力传感器中，由于传感器芯片的接合位置偏移，导致传感器芯片上的应变片的位置相对于膜片的边缘的位置偏移时，存在传感器特性容易变化的问题。另外，在接合有传感器芯片的结构的压力传感器中，硅等半导体制的传感器芯片与金属制的膜片的线膨胀系数不同，所以因温度变化产生热变形，因此该热变形所致的传感器输出变化也是问题。本专利技术的目的在于，实现一种加工误差、组装误差等所致的传感器特性的不均较小且随温度变化的传感器输出的变化小的压力传感器。用于解决技术问题的技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术的压力传感器在具有长边和短边的膜片上配置形成有构成电桥电路的特性相等的四个应变片的半导体制成的传感器芯片，由电桥电路检测与施加于膜片的压力成比例的电压输出，上述压力传感器的特征在于，四个应变片中两个沿着短边，另外两个沿着长边，靠近膜片的中央附近配置，从传感器芯片看在长边方向上具有膜片的厚度较薄的部分。专利技术效果根据本专利技术，能够实现一种加工误差、组装误差等所致的传感器特性的偏差较小且随温度变化的传感器输出的变化小的压力传感器。附图说明图1是本专利技术的第一实施例的(a)平面图、(b)截面图、(c)截面图。图2是示出电桥电路的例子的说明图。图3是本专利技术的第一实施例的变形例的(a)平面图、(b)截面图、(c)截面图。图4是表示本专利技术的第二实施例的概略图。图5是本专利技术的第三实施例的(a)平面图、(b)截面图、(c)截面图。图6是本专利技术的第三实施例的变形例的平面图。图7是本专利技术的第四实施例的(a)平面图、(b)截面图、(c)截面图。图8是本专利技术的第四实施例的变形例的(a)平面图、(b)截面图、(c)截面图。图9是本专利技术的第五实施例的截面图。图10是表示使用了基于分析的验证的模型形状的概要的立体图。图11是表示使用了基于分析的验证的三个模型的尺寸的立体图。图12是表示针对各模型的温度变化的分析结果的曲线图。具体实施方式图1(a)至(c)表示本专利技术的压力传感器的第一实施例的平面图和截面图。在图1(a)中，令沿着X轴的中心线为X中心线10，沿Y轴的中心线为Y中心线11，图1(b)表示X中心线10的截面图，图1(c)表示Y中心线11的截面图。压力传感器1是在形成有膜片2的金属制的传感器壳体3上通过接合层5接合方形的传感器芯片4的结构。图1(a)中，用虚线表示膜片2的外形。在传感器芯片4中，在不与膜片2接合的一侧的表面的中央部设有测量(gauge)区域6，在测量区域6内设有第一～第四应变片7a～7d。第一～第四应变片7a～7d利用未图示的配线相连，构成图2所示的惠斯通电桥电路。膜片2是具有短边和长边的各向异性形状，令短边方向为X轴，长边方向为Y轴。测量区域6配置在膜片2的中央部上。第一应变片7a和第二应变片7b配置成使得膜片2的短边方向(X轴方向)成为电流方向，第三应变片7c和第四应变片7d配置成使得膜片2的长边方向(Y轴方向)成为电流方向。在传感器壳体3的接合传感器芯片4的一侧的面形成有第一槽8a和第二槽8b。第一槽8a和第二槽8b与传感器芯片4相比在长边方向侧形成，形成在传感器芯片的两侧，以使得传感器芯片4位于第一槽8a和第二槽8b之间。通过槽8a、8b，与膜片2的传感器芯片4相比在Y轴侧上分别形成比搭载有传感器芯片4的部分薄的部分。在压力传感器1中，对应于施加在膜片2的与传感器4接合面相反一侧的面上的压力，膜片2发生变形，由此各应变片7a～7d的应力发生变化，随此各应变片7a～7d的电阻发生变化。将电阻值的变化作为电桥电路的差分输出，得到与压力成比例的输出。包括膜片2的传感器壳体3以不锈钢等金属为材质。传感器壳体3呈圆筒形，从一面对中央部进行加工，剩下的薄的部分成为膜片2。加工方法能够使用切削、放电加工或者压力加工等。膜片2的被加工侧的面的端部形成有R形状，具有缓和施加压力时在端部产生的应力集中的作用。传感器芯片4以单晶硅基板为材料制作。各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器，其特征在于，包括：包括具有长边和短边的形状的膜片的传感器壳体；和具有四个应变片的传感器芯片，所述传感器芯片设置在所述传感器壳体上，使得所述四个应变片位于所述膜片的区域内，所述四个应变片中的两个应变片沿着所述膜片的短边方向设置在所述传感器芯片上，另两个应变片沿着所述膜片的长边方向设置在所述传感器芯片上，所述四个应变片以位于所述膜片的中央部的方式设置在所述传感器芯片上，通过所述膜片的中央且沿着所述长边方向的截面中的所述膜片的最小厚度小于通过所述膜片的中央且沿着所述短边方向的截面中的所述膜片的最小厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.20 JP 2013-2394541.一种压力传感器，其特征在于，包括：
包括具有长边和短边的形状的膜片的传感器壳体；和
具有四个应变片的传感器芯片，
所述传感器芯片设置在所述传感器壳体上，使得所述四个应变片
位于所述膜片的区域内，
所述四个应变片中的两个应变片沿着所述膜片的短边方向设置在
所述传感器芯片上，
另两个应变片沿着所述膜片的长边方向设置在所述传感器芯片
上，
所述四个应变片以位于所述膜片的中央部的方式设置在所述传感
器芯片上，
通过所述膜片的中央且沿着所述长边方向的截面中的所述膜片的
最小厚度小于通过所述膜片的中央且沿着所述短边方向的截面中的所
述膜片的最小厚度。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：
所述膜片具有从所述传感器芯片看在所述长边方向上比所述传感
器芯片的搭载区域的厚度薄的部分。
3.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：
所述传感器壳体相对于所述传感器芯片在所述长边方向侧设有
槽，
由所述槽形成所述薄的部分。
4.如权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：风间敦，小野塚准二，小贯洋，飞田美帆，日尾真之，
申请(专利权)人：日立汽车系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP