专利名称：静电电容型压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种静电电容型压力传感器，该静电电容型压力传感器具有检测与被测媒体的压力对应的电容的隔膜结构的压力传感器芯片。
背景技术：
以往将被测压力的变化作为电容的变化进行检测的隔膜式的压力传感器广为人知。作为该压力传感器的一个例子，已知有如下这样的隔膜式传感器通过在真空室和隔膜真空计之间的连通孔内覆盖过滤膜，防止未反应生成物、副反应生成物以及颗粒等从真空室进入真空计内，防止这些堆积成分附着堆积于构成隔膜传感器的感压隔膜(例如，参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平10-153510号公报(2-3页、图1)
发明内容
发明要解决的课题上述构成的隔膜式传感器中，虽然可以避免被测媒体所含有的未反应生成物、副反应生成物、以及颗粒等直线传播性(直進性)高的堆积成分向感压隔膜上的附着，然而， 由于必需将测量压导向感压隔膜，通过过滤膜不可能完全排除堆积成分。该被测媒体中的堆积成分的一部分在与感压隔膜接触的面上堆积时，感压隔膜向一个方向弯曲，产生零点漂移(零点移动)。即，附着于感压隔膜的堆积物对应其成分在附着后产生压缩应力或者拉伸应力等的内部应力，与此相伴感压隔膜的与被测媒体接触侧也被拉伸或压缩，感压隔膜的在厚度方向的力的平衡被打破。由此，感压隔膜产生被测媒体侧或者其相反侧变为凸状那样的弯曲。不可能使传感器隔膜的材料时常地与各被测媒体的不同堆积物一致，且堆积物和感压隔膜的原子的配列在微观上完全一致是十分罕见的，因此，堆积物通常产生上述那样的收缩或者伸展。并且，堆积于感压隔膜的堆积物越多则感压隔膜的弯曲越大。在静电电容型压力传感器中，根据基于感压隔膜的弯曲而变化的电容检测压力差，因此由于上述的现象，即使在感压隔膜两侧的压力差不存在的状态下，也会检测出“有压差”的信号，产生所谓零点漂移的零分误差。因此，产生出现测量误差的问题。与此相伴， 感压隔膜，即隔膜式传感器的更换频率变高，产生耐久性下降以及开支增大这样的问题。本发明的目的在于提供一种静电电容型压力传感器，所述静电电容型压力传感器即使在被测媒体附着堆积于感压隔膜的情况下，也能够抑制感压隔膜的弯曲从而尽可能不产生零点漂移。解决课题的手段(1)为了解决上述的课题，本发明所涉及的静电电容型压力传感器，具有检测与被
3测媒体的压力相对应的电容的压力传感器芯片，其中，所述压力传感器的传感器隔膜的一侧面为导入所述被测媒体的压力导入室侧，另一侧面为形成电容部的电容室侧，所述传感器隔膜的刚性从构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部向中央部降低。通过使中央部的传感器隔膜的刚性比构成所述传感器隔膜与电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部的低，即使在被测媒体中的成分附着堆积于传感器隔膜的与被测媒体接触的面上的情况下，也能够抑制由堆积物的内部应力引起的传感器隔膜的向一个方向的弯曲，从而抑制压力传感器的零点漂移。根据希望本发明也可以具有以下的样态。(2)在上述⑴所述的静电电容型压力传感器中，所述传感器隔膜的厚度从构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部向中央部变薄。根据上述O)的样态，通过使中央部的厚度比构成所述传感器隔膜与电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部的厚度�。佣芄唤档椭醒氩康母招�。由此，即使在被测媒体中的成分附着堆积于传感器隔膜的与被测媒体接触的面上的情况下，也能够抑制由堆积物的内部应力弓丨起的传感器隔膜的向一个方向的弯曲。(3)在上述( 所述的静电电容型压力传感器中，所述传感器薄膜的厚度从构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部向中央部连续地变薄。根据上述(3)的样态，通过使厚度从构成所述传感器隔膜与电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部向传感器隔膜的中央部连续地变薄(形成为锥状地变薄)，从而能够使刚性从周缘部向中央部连续地降低。由此，即使在被测媒体中的成分附着堆积于传感器隔膜的与被测媒体接触的面上的情况下，也能够抑制由堆积物的内部应力引起的传感器隔膜的向一个方向的弯曲。(4)在上述( 所述的静电电容型压力传感器中，所述传感器薄膜的厚度从构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部向中央部阶段性地变薄。根据上述的样态，通过使厚度从构成所述传感器隔膜与电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部向传感器隔膜的中央部阶段性地变薄(形成为阶梯状地变薄)，从而能够使刚性从周缘部向中央部依次地降低。(5)在上述⑵ (4)中任意一项所述的静电电容型压力传感器中，所述传感器隔膜从所述压力导入室侧的被测媒体导入方向观察具有规定的凹陷。根据上述(5)的样态，通过在传感器隔膜的与被测媒体接触的面上形成规定的凹陷，在被测媒体中的成分附着堆积于传感器隔膜上的情况下，该堆积物截断成与凹陷相应的堆积片。其结果是，以往，堆积物的内部应力根据被测媒体的成分而产生作用于传感器隔膜的拉伸力或者压缩力，然而，根据本发明能够减轻该拉伸力和压缩力，从而抑制由该内部应力引起的传感器隔膜的厚度方向的弯曲。(6)在上述( 所述的静电电容型压力传感器中，所述传感器隔膜具有从构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部至中央部连续的规定深度的凹陷，所述凹陷的幅度从所述周缘部向中央部阶段性地变大。根据上述(6)的样态，在传感器隔膜的与被测媒体接触的面上具有从周缘部至中央部连续的规定深度的凹陷，凹陷的幅度从周缘部向中央部阶段性地变大，由此能够使刚性从周缘部向中央部连续地降低。另外，在被测媒体中的成分附着堆积于传感器隔膜上的情况下，该堆积物截断成阶梯状的堆积片。其结果是，以往，堆积物的内部应力根据被测媒体的成分而产生作用于传感器隔膜的拉伸力或者压缩力，然而，根据本发明能够减轻该拉伸力和压缩力，从而抑制由该内部应力引起的传感器隔膜的厚度方向的弯曲。(7)在上述(1)所述的静电电容型压力传感器中，构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的所述传感器隔膜的周缘部和所述传感器隔膜的中央部由不同的材料制成，所述中央部的材料为比所述周缘部的材料刚性低的材料。根据上述(7)的样态，构成所述传感器隔膜与电容室侧的隔膜固定部的边界的所述传感器隔膜的周缘部和所述传感器隔膜的中央部由不同的材料制成，中央部的材料为比周缘部的材料刚性低的材料，由此，即使在被测媒体中的成分附着堆积于传感器隔膜的与被测媒体接触的面上的情况下，也能够抑制由堆积物的内部应力引起的传感器隔膜的向一个方向的弯曲，从而能够抑制压力传感器的零点漂移。(8)在上述(1)所述的静电电容型压力传感器中，构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的所述传感器隔膜的周缘部由同一材料构成，且所述传感器隔膜的中央部做成由不同的材料构成的两层结构，该传感器隔膜的压力导入室侧由与所述周缘部相同的材料制成，且该传感器隔膜的电容室侧由比所述周缘部的材料刚性低的材料制成。根据上述(8)的样态，构成所述传感器隔膜与电容室侧的隔膜固定部的边界的传感器隔膜的周缘部由同一材料构成，且中央部做成由不同的材料构成的两层结构，传感器隔膜的压力导入室侧由与周缘部相同的材料制成，且传感器隔膜的电容室侧由比周缘部的材料刚性低的材料制成，由此，即使在被测媒体中的成分附着堆积于传感器隔膜的与被测媒体接触的面上的情况下，也能够抑制由堆积物的内部应力引起的传感器隔膜的向一个方向的弯曲。(9)在上述(7)或者⑶所述的静电电容型压力传感器中，所述刚性由所述材料的杨式模量和泊松比来决定。根据上述(9)的样态，由于周缘部和中央部的材质不同的两层结构的传感器隔膜的刚性由各材料的杨式模量和泊松比决定，从而能够使中央部的刚性比周缘部的刚性低。 由此，即使在被测媒体中的成分附着堆积于传感器隔膜的与被测媒体接触的面上的情况下，也能够抑制由堆积物的内部应力引起的传感器隔膜的向一个方向的弯曲。(10)在上述(7)或者⑶所述静电电容型压力传感器中，所述传感器隔膜的所述周缘部的材料为蓝宝石，所述中央部的材料为石英玻璃。根据上述(10)的样态，隔膜的周缘部的材料为蓝宝石，中央部的材料为比蓝宝石的刚性低的石英玻璃，由此能够使中央部的刚性比周缘部的刚性低。(11)在上述(7)或者(8)所述静电电容型压力传感器中，所述传感器隔膜从所述压力导入室侧的被测媒体导入方向观察具有规定的凹陷。根据上述(11)的样态，通过在传感器隔膜的与被测媒体接触的面上形成规定的凹陷，在被测媒体中的成分附着堆积于传感器隔膜上的情况下，该堆积物截断成与凹陷相对应的堆积片。其结果是，以往，堆积物的内部应力根据被测媒体的成分而产生作用于传感器隔膜的拉伸力或者压缩力，然而，根据本发明能够减轻该拉伸力和压缩力，从而抑制由该内部应力弓丨起的传感器隔膜的厚度方向的弯曲。发明的效果即使被测媒体中的堆积成分附着堆积于传感器隔膜的与被测媒体接触的面上，也能够抑制由堆积物的内部应力引起的传感器隔膜的向一个方向的弯曲，从而能够抑制压力传感器的零点漂移。另外，能够使传感器隔膜的构成简略化。
图1是部分表示本发明的实施形态所涉及的静电电容型压力传感器的压力传感器芯片的一部分剖面的立体图。图2是实施形态1所涉及的压力传感器芯片的一部分的剖面图。图3是实施形态1所涉及的压力传感器芯片的凹部底面的一部分的放大图。图4是表示被测媒体的堆积成分附着于实施形态1所涉及的传感器隔膜的弯曲状态的一例的说明图。图5是表示被测媒体的堆积成分附着于实施形态1所涉及的传感器隔膜的弯曲状态的其他例子的说明图。图6是表示实施形态1所涉及的传感器隔膜的变形例的剖面图。图7是表示实施形态1所涉及的传感器隔膜的其他变形例的剖面图。图8是实施形态2所涉及的压力传感器芯片的一部分的剖面图。图9是实施形态2所涉及的压力传感器芯片的下侧面的一部分的放大图。图10是表示被测媒体的堆积成分附着于实施形态2所涉及的传感器隔膜的弯曲状态的一例的说明图。图11是表示被测媒体的堆积成分附着于实施形态2所涉及的传感器隔膜的弯曲状态的其他例子的说明图。
具体实施例方式接着参照附图对本发明的较佳实施形态进行说明。各附图所示的结构仅为示例， 对尺寸以及比率并无限定，可以根据细节进行适当地设计变更。另外，对于附图间的同一构成标记相同的符号，适当地省略说明。(实施形态1)以下，根据附图对于本发明的实施形态1所涉及的静电电容型压力传感器(以下简称为“压力传感器”)进行说明。对本实施形态1的概要进行说明的话，其原理是通过改变传感器隔膜的周缘部和中央部的形状来实现的，所述周缘部为构成压力传感器芯片的传感器隔膜的与电容室侧的固定部的边界。作为基本的构成，通过将中央部的厚度做得比周缘部薄，使得中央部的刚性比周缘部的刚性低。[压力传感器的结构]图1表示了作为本发明的静电电容型压力传感器的基本部件的压力传感器的压力传感器芯片的欠缺剖面图，压力传感器10具有，收纳于未图示的封装内的基座板11，收纳于同一封装内的与基座板11相接合的压力传感器芯片20，以及未图示的电极引线部，所述电极引线部直接装配于所述封装上将该封装的内外导通连接。另外，基座板11与所述封
6装相分离，仅通过支撑隔膜15被支撑于所述封装内。所述封装由作为耐腐蚀性金属的例如镍合金制成，分别通过焊接相接合。支撑隔膜15由具有与所述封装的形状相匹配的外形形状的镍合金薄板制成，周围缘部被所述封装的下壳体和上壳体的缘部夹持并通过焊接等而接合。另外，支撑隔膜15的厚度被制成与形成基座板11的下基座板12和上基座板13 相比充分地薄的厚度，例如本实施形态的情况为数十μ m。另外，在支撑隔膜15的中央部分形成有用来将压力导向压力传感器芯片20的压力导入孔15a。在支撑隔膜15的两面，在整个周向上离开支撑隔膜15和所述封装的接合部有某一距离的位置上，接合有由作为氧化铝的单晶体的蓝宝石构成的薄的环状的下基座板12 和上基座板13。另外，基座板12、13相对于支撑隔膜15的厚度具有如上述那样的充分的厚度，且具有支撑隔膜15被两基座板12、13夹持为所谓的三明治状的结构。由此，防止由于支撑隔膜15的基座板11的热膨胀率的差异而产生的热应力造成该部分弓起。另外，在上基座板13上，通过在接合后变化成与隔板16、上基座板13相同的材料的以氧化铝为基础的接合材料，接合由作为氧化铝的单晶体的蓝宝石制成的俯视呈矩形的压力传感器芯片20。另外，关于该接合方法，在日本专利特开2002-111011号公报中进行了详细记载，在此省略详细说明。压力传感器芯片20具有，由俯视呈矩形的薄板构成的隔板16，与隔板16接合且作为随着压力的施加产生变形的感压隔膜的传感器隔膜111，以及传感器基座17，所述传感器基座17外形与隔板16相同，与传感器隔膜111接合而形成真空的电容室(参考室)20A。 传感器基座17，在其下侧面上形成有呈圆形的孔状的凹入部17a，该凹入部17a被作为电容室20A。另外，真空的电容室20A和收容压力传感器芯片20的所述封装内的基准真空室，通过在传感器基座17的适当处穿设的未图示的连通孔使两者保持同一真空度。另外，在隔板16上形成有孔洞16a。优选情况为传感器基座17的凹入部17a和隔板16的孔洞16a具有大致相同的孔径。隔板16、传感器隔膜111、以及传感器基座17通过所谓的直接接合被接合在一起， 构成一体化的压力传感器芯片20。另外，压力传感器芯片20的电容室20A中，在传感器基座17的凹入部17a形成有由钼等的导体制成的感压侧固定电极21和参照侧固定电极22， 并且，在与其相对的传感器隔膜111的表面(上侧面)llla上形成有由钼等的导体制成的感压侧可动电极M和参照侧可动电极M。另外，感压侧固定电极21被形成在凹入部17a的中央部，俯视呈圆形，参照侧固定电极22与感压侧固定电极21分离，该参照侧固定电极22俯视呈圆弧形并形成为同心状， 以大体包围感压侧固定电极21的周围。另外，感压侧可动电极23以及参照侧可动电极M以分别与感压侧固定电极21以及参照侧固定电极22相对配置的形态被形成在传感器隔膜111的电容室20A侧表面(上侧面)Illa上，并形成分别对应的形状。且，感压侧固定电极21和感压侧可动电极23相对于压力具有高灵敏度，实现进行压力测量的任务，而参照侧固定电极22和参照侧可动电极 M相对于压力具有低灵敏度，实现补偿电极之间的介电常数的任务。另外，在压力传感器芯片20的上表面的四角分别蒸镀有电极引出用的焊盘。这些电极引出用焊盘为感压侧固定电极引出用焊盘25、感压侧可动电极引出用焊盘沈、参照侧固定电极引出用焊盘27、参照侧可动电极引出用焊盘观。并且，感压侧固定电极21和感压侧固定电极引出用焊盘25通过在电极引出孔成膜的导体被电连接。同样，参照侧固定电极22和参照侧固定电极引出用焊盘27、感压侧可动电极23和感压侧可动电极引出用焊盘26、参照侧可动电极M和参照侧可动电极引出用焊盘观也分别通过在电极引出孔成膜的导体被分别电连接。所述电极引线部与各电极引出用焊盘相对应地设有4根，具有电极引脚和金属制的屏蔽套，电极引脚的中央部分通过由玻璃等的绝缘性材料构成的真空密封而被埋设在金属制的屏蔽套中，在电极引脚的两端部之间保持气密状态。并且，电极引脚的一端在所述封装的外部露出，通过未图示的配线将压力传感器 10的输出传送给外部的信号处理部。另外，所述屏蔽套和封装的罩子之间也进行了真空密封。[实施形态1所涉及的传感器隔膜的结构]接着，参照图2对本发明相关的传感器隔膜111的结构进行说明。传感器隔膜111 为外形与隔板16的外形相同的板体，在图2中，下侧的面，即与被测媒体接触的压力导入室侧(被测媒体的接触面)的面(下侧面)lllb上形成有圆形的凹部(凹陷)111c。凹部 Illc的开口部的大小为传感器隔膜111的与被测媒体接触的区域的直径的大致一半左右， 凹部Illc的开口部的深度为板厚的1/10左右。另外，凹部Illc的开口部的大小和深度的组合并不被限定于本实施例，可以相对于凹部Illc的开口部的大小(开口区域的尺寸)设计最适合的深度。另外，如图3中部分放大所示，在凹部Illc的底面Illd上，跨越从周缘部到中央部的整个面，都形成有微细的凹凸llle，所述周缘部构成传感器隔膜111与传感器基座17 的凹入部17a以及隔板16的孔洞16a的内周面的边界。该凹凸Ille可以通过公知的微加工技术形成。如上述那样传感器隔膜111由蓝宝石形成，然而本发明并不限定于此，也可以使用其他的部件例如具有耐腐蚀性的镍合金。传感器隔膜111以三明治状被夹持在电容室侧的传感器基座17和压力导入室侧的隔板16之间，周缘部与这些传感器基座17、隔板16的端面17b、16b接合固定。因此，传感器隔膜111的中央部Ilg的厚度比从周缘部Illf到凹部Illc的区域的厚度薄，所述周缘部Illf构成传感器隔膜111与作为该传感器隔膜111的固定部的传感器基座17的圆形的凹入部17a、隔板16的孔洞16a的边界。即，传感器隔膜111的中央部Illg的刚性比周缘部Illf的刚性低。图4显示了以下这样的状态，即被测媒体中的堆积成分30附着堆积于传感器隔膜 111的与被测媒体接触的面(下侧面)lllb上，传感器隔膜111的周缘部Illf的区域(凹部Illc的外侧的区域)向压力导入室侧(被测媒体的接触面)(图中下方)稍微弯曲(伸展)、中央部Illg的区域(凹部Illc的区域)向电容室侧(电容室20A)(图中上方)稍微弯曲(收缩)的状态。图5显示了以下这样的状态，即被测媒体中的堆积成分30附着堆积于传感器隔膜 111的与被测媒体接触的面(下侧面)lllb上，传感器隔膜111的周缘部Illf的区域(凹部Illc的外侧的区域)向电容室侧(电容室20A)(图中上方)稍微弯曲(收缩)、中央部Illg的区域(凹部Illc的区域)向压力导入室侧(被测媒体的接触面)(图中下方)稍微弯曲(伸展)的状态。如上述那样，不可能使传感器隔膜111的材料时常地与各被测媒体的不同堆积物一致，且堆积物和传感器隔膜的原子的配列在微观上完全一致是十分罕见的，因此，堆积物通常产生上述那样的收缩或者伸展。并且，堆积于感压隔膜的堆积物越多则感压隔膜的弯曲越大。因此，传感器隔膜111的弯曲，根据该传感器隔膜111的材质以及被测媒体的种类而如图4或者图5所示那样弯曲。如此，即使在被测媒体中的堆积成分30附着堆积于传感器隔膜111的与被测媒体接触的面Illb的情况下，通过抑制由被测媒体中的堆积成分30的收缩或者伸展所引起的传感器隔膜111的朝一个方向的弯曲，能够减小相对的感压侧固定电极21和感压侧可动电极23、参照侧固定电极22和参照侧可动电极对之间的间隔的变化，从而能够抑制压力传感器10的零点漂移。另外，通过在形成于与被测媒体接触的面(下侧面)Illb上的凹部Illc的底面 Illd上形成微细的凹凸llle，在被测媒体中的堆积成分30附着堆积于传感器隔膜上的情况下，该堆积物能够截断成与凹陷相应的堆积片，堆积物的内部应力根据其成分能够实质上地减轻作用于传感器隔膜111上的拉伸力或者压缩力，从而能够抑制由该内部应力引起的传感器隔膜的厚度方向的弯曲。由此，能够更加有效地抑制压力传感器10的零点漂移。[变形例所涉及的传感器隔膜的结构]图6表示图3所示的本发明所涉及的传感器隔膜111的变形例。传感器隔膜112 在下侧的面，即与被测媒体接触的压力导入室侧(被测媒体的接触面)的面(下侧面)112b 上形成有圆锥形的凹部(凹陷)112c。该圆锥形的凹部112c，从周缘部112f向中央部112g 呈锥状且厚度连续地变�。鲋茉挡�112f构成传感器隔膜111与传感器基座17、隔板16 的作为隔膜固定部的端面17b、16b的边界。并且，在本实施例中，中央部112g的板厚为周缘部112f的板厚的大致一半左右。另外，关于传感器隔膜112的面(下侧面)112b上形成的凹部(凹陷)112c的形状，可以根据凹部(凹陷)112c的开口部的大小(开口区域的尺寸)来设计最适合的开口部的锥角(深度)。如此，通过形成为从构成传感器隔膜112与电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部112f向传感器隔膜112的中心厚度连续地变薄(锥状地变薄)，从而能够使刚性从周缘部112f向中央部112g连续地降低。由此，即使在被测媒体中的堆积成分附着堆积于传感器隔膜112的与被测媒体接触的面(下侧面)112b上的情况下，也能够抑制由堆积成分(堆积物)的收缩或者伸展而引起的传感器隔膜112的向一个方向的弯曲。另外，也可以在该凹部112c的表面(锥状面)上形成如图3所示的凹凸。[其他的变形例所涉及的传感器隔膜的结构]图7表示图3所示的本发明所涉及的传感器隔膜111的其他的变形例。传感器隔膜113，在下侧的面，即与被测媒体接触的压力导入室侧(被测媒体的接触面)的面(下侧面)11 上，形成有从周缘部113f向中央部113g呈阶梯状同心地依次缩径的阶梯状的凹部(凹陷)113c，所述周缘部113f构成传感器隔膜113与电容室侧的隔膜固定部的边界。 另外，为了实现图示的简略化和明确化，在图7中对于表示台阶部的横向的实线进行了省略表示。
S卩，图7所示的其他的变形例中，传感器隔膜113从周缘部113f向中央部113g厚度阶段地依次变薄。并且，在本实施例中，中央部113g的板厚为周缘部113f的板厚的大致一半左右。另外，关于传感器隔膜113的面(下侧面)11 上形成的凹部(凹陷)113c的形状，可以根据凹部(凹陷)113c的开口部的大小(开口区域的尺寸)来设计最适合的开口部的阶梯差(深度)。如此，通过使从构成传感器隔膜113与电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部 113f向中央部113g逐步地变薄(阶梯状地变薄)，能够使从周缘部113f向中央部113g刚性依次地降低。由此，即使在被测媒体中的堆积成分附着堆积于传感器隔膜113的与被测媒体接触的面(下侧面)11 上的情况下，也能够抑制由堆积成分(堆积物)的收缩或者伸展而引起的传感器隔膜113的向一个方向的弯曲。另外，也可以在该凹部113c的表面(有阶梯差的面)上形成如图3所示的凹凸。进一步，可以使阶梯差的幅度从周缘向中心依次变大。另外，作为传感器隔膜的形状，形成了图3所示的底面平坦的凹部111c、图6所示的锥状的凹部112c、以及图7所示的阶梯状的凹部113c，然而本发明并不限定于此，也可以形成为其他的形状，例如也可以是厚度连续地变薄直至规定的厚度为止，之后厚度保持一定(锥状+平面状)，或者可以是厚度阶段性地变薄直至规定的厚度为止，之后厚度保持一定(阶梯状+平面状)，或者可以是厚度连续的变薄直至规定的厚度为止，之后厚度逐步地变薄(锥状+阶梯状)，还可以是厚度阶段性地变薄直至规定的厚度为止，之后厚度连续地变薄(阶梯状+锥状)。进一步，传感器隔膜可以被形成为，具有从构成传感器隔膜与电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部到中央部连续的规定深度的凹陷，该凹陷的幅度从周缘部向中央部逐步变大。另外，关于传感器隔膜的面(下侧面)上形成的凹部(凹陷)的形状，可以根据凹部(凹陷)的开口部的大小(开口区域的尺寸)来设计最适合的开口部深度。如以上说明的那样，使中央部的传感器隔膜的刚性比构成传感器隔膜与电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部的刚性低，由此，即使在被测媒体中的成分附着堆积于传感器隔膜的与被测媒体接触的面上的情况下，也能够抑制由堆积物的收缩或者伸展而引起的传感器隔膜的向一个方向的弯曲，从而能够抑制压力传感器的零点漂移。(实施形态2)接着，根据附图对本发明的实施形态2所涉及的压力传感器进行说明。对本发明的概要进行说明的话，其原理是从构成压力传感器芯片的传感器隔膜的周缘向中央降低刚性，所述周缘构成传感器隔膜与电容室侧的固定部的边界。基本的构成为，改变中心侧和周缘的材质，使中心侧的材质比周缘的材质的刚性低。并且，该刚性由材料的杨氏模量和泊松比来规定。本实施形态2所涉及的压力传感器的结构与所述实施形态1说明的结构(参照图 1)相同，因此省略其说明。[实施形态2所涉及的传感器隔膜的结构]如图8所示，本实施形态2所涉及的压力传感器芯片20具有，由俯视呈矩形的薄板构成的隔板16，与隔板16接合且作为根据压力的施加产生变形的感压隔膜的传感器隔膜114，以及传感器基座17，所述传感器底座17外形与隔板16相同，与传感器隔膜114接合而形成真空的电容室(参考室)20A。传感器底座17，在其下侧面上形成有呈圆形的孔状的凹入部17a，该凹入部17a被作为电容室20A。另外，真空的电容室20A和收容压力传感器芯片20的所述封装内的基准真空室，通过在传感器底座17的适当处穿设的未图示的连通孔使两者保持同一真空度。另外，隔板16上形成有与传感器基座17的凹入部17a大致相同直径的孔洞16a。隔板16、传感器隔膜114、以及传感器基座17通过所谓的直接接合被接合在一起， 构成一体化的压力传感器芯片20。另外，压力传感器芯片20的电容室20A中，在传感器底座17的凹入部17a形成有由钼等的导体制成的感压侧固定电极21和参照侧固定电极22， 并且，在与其相对的传感器隔膜114的表面(上侧面)11 上形成有由钼等的导体制成的感压侧可动电极M和参照侧可动电极M。另外，感压侧固定电极21被形成在凹入部17a的中央部，俯视呈圆形，参照侧固定电极22与感压侧固定电极21分离，俯视呈圆弧形且被形成为同心状，以大体包围感压侧固定电极21的周围。另外，感压侧可动电极23以及参照侧可动电极M以分别与感压侧固定电极21以及参照侧固定电极22相对配置的形态被形成在传感器隔膜114的电容室20A侧表面(上侧面)11 上，且呈分别对应的形状。另外，感压侧可动电极23被形成在设于后述的传感器隔膜114的电容室20A侧表面(上侧面)11 上的玻璃板115的上侧面。且，感压侧固定电极21和感压侧可动电极23相对于压力具有高灵敏度，实现进行压力测量的任务，而参照侧固定电极22和参照侧可动电极M相对于压力具有低灵敏度，实现补偿电极之间的介电常数的任务。另外，在压力传感器芯片20的上表面的四角分别蒸镀有电极引出用的焊盘。这些电极引出用焊盘为感压侧固定电极引出用焊盘25、感压侧可动电极引出用焊盘沈、参照侧固定电极引出用焊盘27、参照侧可动电极引出用焊盘观。并且，感压侧固定电极21和感压侧固定电极引出用焊盘25通过在电极引出孔成膜的导体被电连接。同样，参照侧固定电极22和参照侧固定电极引出用焊盘27、感压侧可动电极23和感压侧可动电极引出用焊盘26、参照侧可动电极M和参照侧可动电极引出用焊盘观也分别通过在电极引出孔成膜的导体被分别电连接。所述电极引线部与各电极引出用焊盘相对应设有4根，具有电极引脚和金属制的屏蔽套，电极引脚的中央部分通过由玻璃等的绝缘性材料构成的真空密封而被埋设在金属制的屏蔽套中，在电极引脚的两端部之间保持气密状态。并且，电极引脚的一端在所述封装的外部露出，通过未图示的配线将压力传感器 10的输出传送给外部的信号处理部。另外，所述屏蔽套和封装的罩子之间也进行了真空密封。接着，参照图2对本实施形态2相关的传感器隔膜114的结构进行说明。传感器隔膜114为外形与隔板16的外形相同的板体，在图8中的上侧的表面，即与电容室侧(电容室20A)的表面(上侧面)11 的中央部114g上形成有圆形的凹部(凹陷)lHc。并且，该凹部IHc内，圆板状的玻璃板115与传感器隔膜114的上侧面IHa成同一平面地被嵌合固定。该玻璃板115使用了与传感器隔膜114不同的材质的玻璃，使用了刚性比传感器隔膜114的刚性低的材质的玻璃。传感器隔膜114如上所述由作为一例的蓝宝石形成，玻璃板115例如由石英玻璃形成。如此改变了传感器隔膜114的周缘部114f和中央部114g的材质，中心部的材质为比周缘部的材质刚性低的材料，由此，能够使传感器隔膜114的刚性从周缘部114f向中央部IHg降低。并且，该刚性由传感器隔膜114和玻璃板115的材料的杨氏模量和泊松比来规定。 板的弯曲刚性为D、板厚为h、弹性系数(杨氏模量)为E、泊松比为ν时，板的弯曲刚性D被表示为，D = Eh3/12(l-v2)。因此，通过选定成板状的传感器隔膜114的材质和玻璃板115 的材质，能够使传感器隔膜114的刚性从周缘部114f向中央部114g降低。另外，如图9的部分放大所示，在传感器隔膜114的下侧的面，即与被测媒体接触的压力导入室侧(被测媒体的接触面)的面(下侧面)114b上，跨越从周缘部到中央部的整个面，形成有微细的凹凸114e，所述周缘部构成传感器隔膜114与传感器基座17的凹入部17a以及隔板16的孔洞16a的内周面的边界。该凹凸IHe可以通过公知的微加工技术形成。如上述那样传感器隔膜114由蓝宝石形成，然而本发明并不限定于此，也可以使用其他的部件例如具有耐腐蚀性的镍合金、硅、以及其他的陶瓷等。传感器隔膜114以三明治状被夹持在电容室侧的传感器基座17和压力导入室侧的隔板16之间，与这些传感器基座17、隔板16的端面17b、16b接合固定。并且，传感器隔膜 114，以传感器基座17、隔板16的内周面为边界，中央部114g的刚性比内侧的周缘部114f 的刚性小。图10显示了以下这样的状态，即被测媒体中堆积成分30附着堆积于传感器隔膜 114的与被测媒体接触的面(下侧面)114b上，传感器隔膜114的周缘部114f的区域(凹部114c的外侧的区域)向压力导入室侧(被测媒体的接触面、图10中的下方)稍微弯曲 (伸展)，中央部114g的区域(凹部IHc的区域)向电容室侧(电容室20A)(图10中上方)稍微弯曲(收缩)的状态。另外，图11显示了以下这样的状态，即被测媒体中堆积成分30附着堆积于传感器隔膜114的与被测媒体接触的面(下侧面)114b上，传感器隔膜114的周缘部114f的区域 (凹部IHc的外侧的区域)向电容室侧(电容室20A、图11中的上方)稍微弯曲(收缩)、 中央部114g的区域(凹部IHc的区域)向压力导入室侧(被测媒体的接触面、图11中的下方)稍微弯曲(伸展)的状态。如上述那样，不可能使传感器隔膜114的材料时常地与各被测媒体的不同堆积物一致，且堆积物和传感器隔膜的原子的配列在微观上完全一致是十分罕见的，因此，堆积物通常产生上述那样的收缩或者伸展。并且，堆积于感压隔膜的堆积物越多则感压隔膜的弯曲越大。因此，传感器隔膜114的弯曲，根据该传感器隔膜114、玻璃板115的材质以及被测媒体的种类而如图10或者图11所示那样弯曲。如此，即使在被测媒体中的堆积成分30附着堆积于传感器隔膜114的与被测媒体接触的面114b的情况下，通过抑制由被测媒体中的堆积成分30的收缩或者伸展所引起的传感器隔膜114的朝一个方向的弯曲，能够减小相对的感压侧固定电极21和感压侧可动电极23、参照侧固定电极22和参照侧可动电极对之间的间隔的变化，从而能够抑制压力传感器10的零点漂移。
另外，通过在与被测媒体接触的面(下侧面)114b上形成微细的凹凸114e，在被测媒体中的堆积成分30附着堆积于传感器隔膜114上的情况下，该堆积物能够截断成与凹陷相应的堆积片，能够实质上地减轻堆积物的内部应力根据其成分而作用于传感器隔膜114上的拉伸力或者压缩力，从而能够抑制由该内部应力引起的传感器隔膜114的厚度方向的弯曲。由此，能够更加有效地抑制压力传感器10的零点漂移。另外，上述实施形态中记载了如下的情况，即在设于传感器隔膜114的上侧面 11 上的凹部IHc中嵌合固定玻璃板115，将中央部制成两层结构，使得从周缘部向中央部刚性降低，然而本发明并不限定于此，也可以制成三层结构以上的多层结构。如以上说明的那样，构成传感器隔膜与电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部和中央部由不同的材料制成，中央部的材料为比周缘部的材料刚性低的材料，由此，即使在被测媒体中的成分附着堆积于传感器隔膜的与被测媒体接触的面上的情况下，也能够抑制由堆积物的收缩或者伸展而引起的传感器隔膜的向一个方向的弯曲，从而能够抑制压力传感器的零点漂移。另外，在上述的实施形态中，在传感器隔膜114的上侧面11 上形成凹部IHc来嵌合固定玻璃板115，在该玻璃板115的上侧面形成感压侧可动电极23。这是因为，在本实施形态中，假定为腐蚀性气体的压力测量，位于气体的接触面一侧(图8以及图10中的下侧)的传感器隔膜114的材质要使用耐腐蚀性优良的蓝宝石。但是，在作为压力测量对象的被测媒体不是腐蚀性气体的情况下，在形成被测媒体的接触面的传感器隔膜114的下侧面114b上形成凹部来嵌合固定玻璃板115，在传感器隔膜114的上侧面的与玻璃板115相对应的位置上形成感压侧可动电极23也能够发挥本发明的作用。另外，在这样的传感器隔膜114的下侧面114b上形成凹部来嵌合固定板材的形态中，使用由具有耐腐蚀性的材质制成的板材代替玻璃板115也能够发挥本发明的作用。另外，与上述的实施形态不同，做成将传感器隔膜114制成凹状、将传感器基座17 制成板状的形态，将由这些传感器隔膜和传感器基座构成的空间作为电容室，也能够适用本发明。另外，即使隔板16和传感器隔膜114不是不同部件，即便采用与传感器隔膜成为一体部件的形态，也能够发挥本发明的作用。另外，这种情况下可以对隔膜进行卷边而形成一体部件。符号说明
10压力传感器
11基座板
12下基座板
13上基座板
15支撑隔膜
15a压力导入孔
16隔板
16a孔洞
16b端面
17传感器基座
17a凹入部
17b端面
20压力传感器芯片
20A电容室(参考室)
21感压侧固定电极
22参照侧固定电极
23感压侧可动电极
24参照侧可动电极
25感压侧固定电极引出用焊盘
26感压侧可动电极引出用焊盘
27参照侧固定电极引出用焊盘
28参照侧可动电极引出用焊盘
30被测媒体中的堆积成分
111传感器隔膜
Illa表面(上侧面)
Illb面(下侧面)
Illc凹部(凹陷)
Illd底面
Ille凹凸
Illf周缘部
Illg中央部
112传感器隔膜
112b下侧面
112c圆锥形的凹部
112f周缘部
112g中央部
113传感器隔膜
113b下侧面
113c阶梯状的凹部
113f周缘部
113g中央部
114传感器隔膜
114a表面(上侧面)
114b面(下侧面)
114c凹部(凹陷)
114e凹凸
114f周缘部
114g中央部
115玻璃板
权利要求
1.一种静电电容型压力传感器，具有检测与被测媒体的压力相对应的电容的压力传感器芯片，其特征在于，所述压力传感器的传感器隔膜的一侧面为导入所述被测媒体的压力导入室侧，另一侧面为形成电容部的电容室侧，所述传感器隔膜的刚性从构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部向中央部降低。
2.如权利要求1所述的静电电容型压力传感器，其特征在于，所述传感器隔膜的厚度从构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部向中央部变薄。
3.如权利要求2所述的静电电容型压力传感器，其特征在于，所述传感器薄膜的厚度从构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部向中央部连续地变薄。
4.如权利要求2所述的静电电容型压力传感器，其特征在于，所述传感器薄膜的厚度从构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部向中央部阶段性地变薄。
5.如权利要求2 4中任意一项所述的静电电容型压力传感器，其特征在于，所述传感器隔膜从所述压力导入室侧的被测媒体导入方向观察具有规定的凹陷。
6.如权利要求5所述的静电电容型压力传感器，其特征在于，所述传感器隔膜具有从构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的周缘部至中央部连续的规定深度的凹陷，所述凹陷的幅度从所述周缘部向中央部阶段性地变大。
7.如权利要求1所述的静电电容型压力传感器，其特征在于，构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的所述传感器隔膜的周缘部和所述传感器隔膜的中央部由不同的材料制成，所述中央部的材料为比所述周缘部的材料刚性低的材料。
8.如权利要求1所述的静电电容型压力传感器，其特征在于，构成所述传感器隔膜与所述电容室侧的隔膜固定部的边界的所述传感器隔膜的周缘部由同一材料构成，且所述传感器隔膜的中央部做成由不同的材料构成的两层结构，该传感器隔膜的压力导入室侧由与所述周缘部相同的材料制成，且该传感器隔膜的电容室侧由比所述周缘部的材料刚性低的材料制成。
9.如权利要求7或者8所述的静电电容型压力传感器，其特征在于，所述刚性由所述材料的杨式模量和泊松比来决定。
10.如权利要求7或者8所述静电电容型压力传感器，其特征在于，所述传感器隔膜的所述周缘部的材料为蓝宝石，所述中央部的材料为石英玻璃。
11.如权利要求7或者8所述的静电电容型压力传感器，其特征在于，所述传感器隔膜从所述压力导入室侧的被测媒体导入方向观察具有规定的凹陷。
全文摘要
本发明提供一种静电电容型压力传感器，所述静电电容型压力传感器即使在被测媒体附着堆积于感压隔膜的情况下，也能够抑制感压隔膜的弯曲从而抑制零点漂移。一种静电电容型压力传感器(10)具有检测与被测媒体的压力相对应的电容的压力传感器芯片，其中，压力传感器的传感器隔膜(111)的一侧面(111b)为导入所述被测媒体的压力导入室侧，另一侧面(111a)为形成电容部的电容室侧，传感器隔膜的刚性从构成传感器隔膜与电容室侧的隔膜固定部(16)、(17)的边界的周缘部向中央部降低。
文档编号G01L9/12GK102369424SQ201080014519
公开日2012年3月7日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月30日
发明者差波信雄, 石原卓也 申请人:株式会社山武
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