压力传感器元件、压力传感器模块及其信号校正方法技术

本发明专利技术涉及一种对电极间的静电电容的变化进行探测的压力传感器元件。压力传感器元件(1)具备电绝缘性的基板(10)、基底电极层(20)、间隔部(30、31)、保护电极层(30A)以及膜板(40)等。作为传感电极部的传感电极(S)及作为监视电极部的监视电极(M1～M4)以与基板(10)相向的方式设置于膜板(40)。监视电极(M1～M4)在被安装到电路基板的情况下对在间隔部(30、31)产生的应力应变进行探测。根据这样的结构，即使是在安装到电路基板之后也能够实现高测定精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压力传感器元件、压力传感器模块及其信号校正方法


[0001]本专利技术涉及一种用于测定气压、水压等压力的压力传感器元件以及使用该压力传感器元件的压力传感器模块。另外，本专利技术涉及一种压力传感器模块的信号校正方法。

技术介绍

[0002]压力传感器能够使用应用了半导体制造技术的MEMS(微机电系统)技术来制造，例如，能够实现约0.5mm～2mm见方的超小型传感器。典型的压力传感器具有具备2个电极的电容器构造，能够通过对因周围压力的变化引起的静电电容的变化进行探测来测定压力。
[0003]图10是示出现有的压力传感器元件的一例的截面图。该压力传感器元件具备作为基底电极来发挥功能的导电性的基板91、作为传感电极来发挥功能的膜片95以及在两者间维持间隙G的间隔部。间隔部包括保护电极层93以及配置于上下的电绝缘层92、94。
[0004]在测定基板91与膜片95之间的静电电容的情况下，在基底端子TB与传感端子TS之间以固定周期施加正电压或负电压，提取所产生的电荷并进行A/D(模拟/数字)变换，接着通过数字运算对线性、温度特性进行校正，来变换为适当的压力值。
[0005]另外，在下述的专利文献1中，在圆形形状的主电容电极5的外侧配置大致C字状的基准电容电极6，在两者间设置绝缘性间隔物3b，由此抑制基准电容电极6的变形。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开平9
‑
61273号公报

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的问题
[0010]图10所示的压力传感器元件一般在由工厂制造并出厂之后，在产品的组装线上通过回流焊等焊接被安装到电路基板。此时，在安装时被施加热，在封装、传感器主体产生应力应变。其结果，有时作为压力传感器的输出偏移会相对于初始值例如偏移100Pa左右，从而成为测定误差的一个原因。
[0011]本专利技术的目的在于提供一种即使在安装到电路基板之后也能够实现高测定精度的压力传感器元件以及使用该压力传感器元件的压力传感器模块。另外，本专利技术提供一种即使在安装到电路基板之后也能够实现高测定精度的压力传感器模块的信号校正方法。
[0012]用于解决问题的方案
[0013]本专利技术的一个方式是对电极间的静电电容的变化进行探测的压力传感器元件，具备：
[0014]基底电极部；
[0015]传感电极部，其与该基底电极部一起构成传感电容器，能够与周围压力差相应地变形；
[0016]间隔部，其维持所述基底电极部与所述传感电极部之间的间隙；以及
[0017]监视电极部，其与所述基底电极部一起构成监视电容器，对在该间隔部产生的应力应变进行探测。
[0018]本专利技术的其它方式是具备上述的压力传感器元件以及对来自该压力传感器元件的输出信号进行处理的集成电路的压力传感器模块，其中，
[0019]该集成电路包括：
[0020]开关电路，其对所述传感电极部的传感信号和所述监视电极部的监视信号进行切换；
[0021]A/D转换器，其将来自该开关电路的输出信号变换为数字信号；
[0022]数字信号处理部，其对该数字信号进行信号处理；以及
[0023]存储器或寄存器，所述存储器或寄存器用于保存所述监视信号的数字值。
[0024]本专利技术的另一方式是上述的压力传感器模块的信号校正方法，包括以下步骤：
[0025]在将所述压力传感器模块安装到电路基板之前，测定所述监视电容器的静电电容并将其作为初始电容值保存到存储器或寄存器；
[0026]在将所述压力传感器模块安装到电路基板之后，测定所述监视电容器的静电电容并将其作为安装电容值保存到存储器或寄存器；
[0027]基于所述初始电容值和所述安装电容值来计算应变校正系数；以及
[0028]测定所述传感电容器的静电电容，并将该静电电容使用所述应变校正系数进行校正之后换算为压力值。
[0029]专利技术的效果
[0030]根据本专利技术，即使在安装到电路基板之后也能够实现高测定精度。
附图说明
[0031]图1的(A)是示出本专利技术的实施方式1所涉及的压力传感器元件的一例的俯视图，图1的(B)是其截面图。
[0032]图2是图1所示的压力传感器元件的等效电路图。
[0033]图3是示出压力传感器元件与集成电路的电连接的电路图。
[0034]图4是示出集成电路的一例的框图。
[0035]图5是示出在制造阶段的集成电路的动作序列的一例的流程图。
[0036]图6是示出在安装到电路基板之后的集成电路的动作序列的一例的流程图。
[0037]图7是示出本专利技术的实施方式2所涉及的压力传感器元件1的一例的俯视图。
[0038]图8是示出本专利技术的实施方式3所涉及的压力传感器元件1的一例的俯视图。
[0039]图9是示出本专利技术的实施方式4所涉及的压力传感器元件1的一例的俯视图。
[0040]图10是示出现有的压力传感器元件的一例的截面图。
具体实施方式
[0041]本专利技术的一个方式是对电极间的静电电容的变化进行探测的压力传感器元件，具备：
[0042]基底电极部；
[0043]传感电极部，其与该基底电极部一起构成传感电容器，能够与周围压力差相应地
变形；
[0044]间隔部，其维持所述基底电极部与所述传感电极部之间的间隙；以及
[0045]监视电极部，其与所述基底电极部一起构成监视电容器，对在该间隔部产生的应力应变进行探测。
[0046]根据该结构，监视电极部能够对施加于间隔部的应力应变进行探测。因此，即使当在将压力传感器元件安装到电路基板时传感电容器的静电电容例如因焊接等的热应力而发生变动的情况下，也能够通过考虑监视电容器的静电电容的安装前后的变化来将传感电容器的静电电容校正为适当的值。其结果，能够在组装成最终产品的状态下测定高精度的压力值。
[0047]优选的是，所述传感电极部包括具有矩形形状或长圆形状的平面形状的传感电极，
[0048]所述监视电极部包括分别配置在相对于所述传感电极的左右外侧及上下外侧的第一监视电极、第二监视电极、第三监视电极以及第四监视电极。
[0049]根据该结构，第一监视电极、第二监视电极、第三监视电极以及第四监视电极能够独立地探测在传感电极的左右外侧及上下外侧产生的应力应变。因此，能够更准确地探测应力应变的状态。
[0050]优选的是，所述传感电极部具有矩形形状或长圆形状的平面形状，
[0051]所述监视电极部包括分别配置在相对于所述传感电极的左右外侧或上下外侧的第一监视电极和第二监视电极。
[0052]根据该结构，第一监视电极和第二监视电极能够独立地探测在传感电极的左右外侧或上下外侧产生的应力应变。因此，能够利用简化的结构来更准确地探测应力应变的状态。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种压力传感器元件，对电极间的静电电容的变化进行探测，所述压力传感器元件具备：基底电极部；传感电极部，其与该基底电极部一起构成传感电容器，能够与周围压力差相应地变形；间隔部，其维持所述基底电极部与所述传感电极部之间的间隙；以及监视电极部，其与所述基底电极部一起构成监视电容器，对在该间隔部产生的应力应变进行探测。2.根据权利要求1所述的压力传感器元件，其中，所述传感电极部包括具有矩形形状或长圆形状的平面形状的传感电极，所述监视电极部包括分别配置在相对于所述传感电极的左右外侧及上下外侧的第一监视电极、第二监视电极、第三监视电极以及第四监视电极。3.根据权利要求1所述的压力传感器元件，其中，所述传感电极部具有矩形形状或长圆形状的平面形状，所述监视电极部包括分别配置在相对于所述传感电极的左右外侧或上下外侧的第一监视电极和第二监视电极。4.根据权利要求1所述的压力传感器元件，其中，所述监视电容器中包括的监视间隙与所述传感电容器中包括的传感间隙从流体的角度来看是隔离的。5.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉林英明，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：