JP2014109483A - Pressure sensor chip - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを用いた圧力センサチップ、例えば圧力を受けて変位する薄板状のダイアフラム上に歪抵抗ゲージを形成し、ダイアフラムに形成された歪抵抗ゲージの抵抗値変化からダイアフラムに加わった圧力を検出する圧力センサチップに関するものである。 In the present invention, a strain resistance gauge is formed on a pressure sensor chip using a sensor diaphragm that outputs a signal corresponding to a pressure difference received on one surface and the other surface, for example, on a thin plate-like diaphragm that is displaced by receiving pressure. The present invention relates to a pressure sensor chip that detects a pressure applied to a diaphragm from a change in resistance value of a strain resistance gauge formed on the diaphragm.
従来より、工業用の差圧センサとして、一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを用いた圧力センサチップを組み込んだ差圧センサが用いられている。この差圧センサは、高圧側および低圧側の受圧ダイアフラムに加えられる各測定圧を、圧力伝達媒体としての封入液によってセンサダイアフラムの一方の面および他方の面に導き、そのセンサダイアフラムの歪みを例えば歪抵抗ゲージの抵抗値変化として検出し、この抵抗値変化を電気信号に変換して取り出すように構成されている。 Conventionally, as an industrial differential pressure sensor, a differential pressure sensor incorporating a pressure sensor chip using a sensor diaphragm that outputs a signal corresponding to a pressure difference received on one surface and the other surface has been used. In this differential pressure sensor, each measurement pressure applied to the pressure receiving diaphragms on the high pressure side and the low pressure side is guided to one surface and the other surface of the sensor diaphragm by a sealing liquid as a pressure transmission medium, and distortion of the sensor diaphragm is, for example, It is configured to detect a change in the resistance value of the strain resistance gauge and to convert the resistance value change into an electric signal and take it out.
このような差圧センサは、例えば石油精製プラントにおける高温反応塔等の被測定流体を貯蔵する密閉タンク内の上下２位置の差圧を検出することにより、液面高さを測定するときなどに用いられる。 Such a differential pressure sensor is used, for example, when measuring the liquid level height by detecting the differential pressure at two positions above and below in a closed tank that stores a fluid to be measured such as a high-temperature reaction tower in an oil refinery plant. Used.
図６に従来の差圧センサの概略構成を示す。この差圧センサ１００は、センサダイアフラム（図示せず）を有する圧力センサチップ１をメータボディ２に組み込んで構成される。圧力センサチップ１におけるセンサダイアフラムは、シリコンやガラス等からなり、薄板状に形成されたダイアフラムの表面に歪抵抗ゲージが形成されている。メータボディ２は、金属製の本体部３とセンサ部４とからなり、本体部３の側面に一対の受圧部をなすバリアダイアフラム（受圧ダイアフラム）５ａ，５ｂが設けられ、センサ部４に圧力センサチップ１が組み込まれている。
FIG. 6 shows a schematic configuration of a conventional differential pressure sensor. The
メータボディ２において、センサ部４に組み込まれた圧力センサチップ１と本体部３に設けられたバリアダイアフラム５ａ，５ｂとの間は、大径のセンタダイアフラム６により隔離された圧力緩衝室７ａ，７ｂを介してそれぞれ連通され、圧力センサチップ１とバリアダイアフラム５ａ，５ｂとを結ぶ連通路８ａ，８ｂにシリコーンオイル等の圧力伝達媒体９ａ，９ｂが封入されている。
In the
なお、シリコーンオイル等の圧力媒体が必要となるのは、センサダイアフラムに対する計測媒体中の異物付着を防ぐこと、センサダイアフラムを腐食させないため、耐食性を持つ受圧ダイアフラムと応力（圧力）感度を持つセンサダイアフラムとを分離する必要があるためである。 The pressure medium such as silicone oil is required because it prevents the foreign matter in the measurement medium from adhering to the sensor diaphragm and does not corrode the sensor diaphragm. Therefore, the pressure receiving diaphragm has corrosion resistance and the sensor diaphragm has stress (pressure) sensitivity. This is because it is necessary to separate them.
この差圧センサ１００では、図７(ａ)に定常状態時の動作態様を模式的に示すように、プロセスからの第１の流体圧力（第１の測定圧）Ｐ１がバリアダイアフラム５ａに印加され、プロセスからの第２の流体圧力（第２の測定圧）Ｐ２がバリアダイアフラム５ｂに印加される。これにより、バリアダイアフラム５ａ，５ｂが変位し、その加えられた測定圧Ｐ１，Ｐ２がセンタダイアフラム６により隔離された圧力緩衝室７ａ，７ｂを介し、圧力伝達媒体９ａ，９ｂを通して、圧力センサチップ１のセンサダイアフラムの一方の面および他方の面にそれぞれ導かれる。この結果、圧力センサチップ１のセンサダイアフラムは、その導かれた測定圧Ｐ１，Ｐ２の差圧ΔＰに相当する変位を呈することになる。
In this
これに対して、例えば、バリアダイアフラム５ａに過大圧Ｐoverが加わると、図７(ｂ)に示すようにバリアダイアフラム５ａが大きく変位し、これに伴ってセンタダイアフラム６が過大圧Ｐoverを吸収するように変位する。そして、バリアダイアフラム５ａがメータボディ２の凹部１０ａの底面（過大圧保護面）に着底し、その変位が規制されると、バリアダイアフラム５ａを介するセンサダイアフラムへのそれ以上の差圧ΔＰの伝達が阻止される。バリアダイアフラム５ｂに過大圧Ｐoverが加わった場合も、バリアダイアフラム５ａに過大圧Ｐoverが加わった場合と同様にして、バリアダイアフラム５ｂがメータボディ２の凹部１０ｂの底面（過大圧保護面）に着底し、その変位が規制されると、バリアダイアフラム５ｂを介するセンサダイアフラムへのそれ以上の差圧ΔＰの伝達が阻止される。この結果、過大圧Ｐoverの印加による圧力センサチップ１の破損、すなわち圧力センサチップ１におけるセンサダイアフラムの破損が未然に防止される。
On the other hand, for example, when an excessive pressure Pover is applied to the
この差圧センサ１００では、メータボディ２に圧力センサチップ１を内包させているので、プロセス流体など外部腐食環境から圧力センサチップ１を保護することができる。しかしながら、センタダイアフラム６やバリアダイアフラム５ａ，５ｂの変位を規制するための凹部１０ａ，１０ｂを備え、これらによって圧力センサチップ１を過大圧Ｐoverから保護する構造をとっているので、その形状が大型化することが避けられない。
In the
そこで、圧力センサチップに第１のストッパ部材および第２のストッパ部材を設け、この第１のストッパ部材および第２のストッパ部材の凹部をセンサダイアフラムの一方の面および他方の面に対峙させることによって、過大圧が印加された時のセンサダイアフラムの過度な変位を阻止し、これによってセンサダイアフラムの破損・破壊を防止する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Therefore, the pressure sensor chip is provided with a first stopper member and a second stopper member, and the concave portions of the first stopper member and the second stopper member are opposed to one surface and the other surface of the sensor diaphragm. There has been proposed a structure that prevents excessive displacement of the sensor diaphragm when an excessive pressure is applied, thereby preventing damage or destruction of the sensor diaphragm (see, for example, Patent Document 1).
図８に特許文献１に示された構造を採用した圧力センサチップの概略を示す。同図において、１１−１はセンサダイアフラム、１１−２および１１−３はセンサダイアフラム１１−１を挟んで接合された第１および第２のストッパ部材、１１−４および１１−５はストッパ部材１１−２および１１−３に接合された第１および第２の台座である。ストッパ部材１１−２，１１−３や台座１１−４，１１−５はシリコンやガラスなどにより構成されている。
FIG. 8 shows an outline of a pressure sensor chip that employs the structure disclosed in
この圧力センサチップ１１において、ストッパ部材１１−２，１１−３には凹部１１−２ａ，１１−３ａが形成されており、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａをセンサダイアフラム１１−１の一方の面に対峙させ、ストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａをセンサダイアフラム１１−１の他方の面に対峙させている。
In this
すなわち、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａを囲む周縁面１１−２ｃをセンサダイアフラム１１−１の一方の面に対面させ、この対面する周縁面１１−２ｃをセンサダイアフラム１１−１の一方の面に接合している。また、ストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａを囲む周縁面１１−３ｃをセンサダイアフラム１１−１の他方の面に対面させ、この対面する周縁面１１−３ｃをセンサダイアフラム１１−１の他方の面に接合している。 That is, the peripheral surface 11-2c surrounding the recess 11-2a of the stopper member 11-2 is made to face one surface of the sensor diaphragm 11-1, and the facing peripheral surface 11-2c is made one of the sensor diaphragms 11-1. Bonded to the surface. Further, the peripheral surface 11-3c surrounding the recess 11-3a of the stopper member 11-3 is made to face the other surface of the sensor diaphragm 11-1, and the facing peripheral surface 11-3c is the other surface of the sensor diaphragm 11-1. Bonded to the surface.
凹部１１−２ａ，１１−３ａは、センサダイアフラム１１−１の変位に沿った曲面（非球面）とされており、その頂部（中央部）に圧力導入孔（導圧路）１１−２ｂ，１１−３ｂが形成されている。また、台座１１−４，１１−５にも、ストッパ部材１１−２，１１−３の導圧路１１−２ｂ，１１−３ｂに対応する位置に、圧力導入孔（導圧路）１１−４ａ，１１−５ａが形成されている。 The concave portions 11-2a and 11-3a are curved surfaces (aspherical surfaces) along the displacement of the sensor diaphragm 11-1, and pressure introduction holes (pressure guiding paths) 11-2b and 11 are formed at the top portions (central portions). -3b is formed. In addition, the pedestals 11-4 and 11-5 also have pressure introduction holes (pressure guiding paths) 11-4a at positions corresponding to the pressure guiding paths 11-2b and 11-3b of the stopper members 11-2 and 11-3. 11-5a are formed.
このような圧力センサチップ１１を用いると、センサダイアフラム１１−１の一方の面に過大圧が印加されてセンサダイアフラム１１−１が変位したとき、その変位面の全体がストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａの曲面によって受け止められる。また、センサダイアフラム１１−１の他方の面に過大圧が印加されてセンサダイアフラム１１−１が変位したとき、その変位面の全体がストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａの曲面によって受け止められる。
When such a
これにより、センサダイアフラム１１−１に過大圧が印加された時の過度な変位が阻止され、過大圧の印加によるセンサダイアフラム１１−１の不本意な破壊を効果的に防ぎ、その過大圧保護動作圧力（耐圧）を高めることが可能となる。また、図６に示された構造において、センタダイアフラム６や圧力緩衝室７ａ，７ｂをなくし、バリアダイアフラム５ａ，５ｂからセンサダイアフラム１１−１に対して直接的に測定圧Ｐ１，Ｐ２を導くようにして、メータボディ２の小型化を図ることが可能となる。
This prevents excessive displacement when an excessive pressure is applied to the sensor diaphragm 11-1, effectively preventing unintentional destruction of the sensor diaphragm 11-1 due to the application of the excessive pressure, and the overpressure protection operation. The pressure (pressure resistance) can be increased. Further, in the structure shown in FIG. 6, the
しかしながら、図８に示された圧力センサチップ１１の構造では、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａやストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａが過大圧保護部として機能するが、この過大圧保護部の形状の複雑化、狭小化により、凹部１１−２ａや１１−３ａへの圧力伝達媒体の充填が難しくなる。
However, in the structure of the
すなわち、図８に示された圧力センサチップ１１の構造では、測定圧Ｐ１を導く圧力伝達媒体の導圧路の終点がストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａとなり、測定圧Ｐ２を導く圧力伝達媒体の導圧路の終点がストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａとなる。しかし、凹部１１−２ａや１１−３ａは非常に狭く、導圧路を通して凹部１１−２ａや１１−３ａへ圧力伝達媒体を加圧圧送した場合、凹部１１−２ａの周縁部１１−２ａ１や凹部１１−３ａの周縁部１１−３ａ１まで圧力伝達媒体が行き渡らず、凹部１１−２ａや１１−３ａ内に残留気泡が生じることがある。
That is, in the structure of the
なお、凹部１１−２ａや１１−３ａ内に残留気泡が生じないようにするために、凹部１１−２ａや１１−３ａへの圧力伝達媒体の充填をゆっくり行うようにすることが考えられるが、そのようにすると充填時間（封入時間）が長くなり、生産性が低下する。 In order to prevent residual bubbles from occurring in the recesses 11-2a and 11-3a, it may be possible to slowly fill the recesses 11-2a and 11-3a with the pressure transmission medium. If it does so, filling time (encapsulation time) will become long and productivity will fall.
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、残留気泡を生じさせることなく、短時間で圧力伝達媒体を封入することが可能な圧力センサチップを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor chip capable of enclosing a pressure transmission medium in a short time without generating residual bubbles. It is to provide.
このような目的を達成するために本発明は、一方の面および他方の面に受ける圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムと、センサダイアフラムの一方の面にその周縁面を対面させて接合されると共に、その周縁面に囲まれた中央部に第１の凹部を有する第１の保持部材と、センサダイアフラムの他方の面にその周縁面を対面させて接合されると共に、その周縁面に囲まれた中央部に第２の凹部を有する第２の保持部材とを備えた圧力センサチップにおいて、第１の保持部材は、第１の凹部の中央部に開口する第１の導圧路と、第１の凹部の周縁部の一部に開口する第１の微小隙間と、第１の微小隙間に連通する第２の導圧路とを有し、第２の保持部材は、第２の凹部の中央部に開口する第３の導圧路と、第２の凹部の周縁部の一部に開口する第２の微小隙間と、第２の微小隙間に連通する第４の導圧路とを有し、第１の凹部は、センサダイアフラムの一方の面との間の距離が第１の導圧路が開口する中央部から第２の導圧路が開口する周縁部に行くにしたがって徐々に狭くなるような形状とされ、第２の凹部は、センサダイアフラムの他方の面との間の距離が第３の導圧路が開口する中央部から第４の導圧路が開口する周縁部に行くにしたがって徐々に狭くなるような形状とされ、第１の導圧路を入口側、第２の導圧路を出口側として、センサダイアフラムの一方の面に第１の流体圧力を導く第１の圧力伝達媒体が第１の凹部に充填され、第３の導圧路を入口側、第４の導圧路を出口側として、センサダイアフラムの他方の面に第２の流体圧力を導く第２の圧力伝達媒体が第２の凹部に充填されていることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention includes a sensor diaphragm that outputs a signal corresponding to a pressure difference received on one surface and the other surface, and a peripheral surface of the sensor diaphragm that faces the one surface of the sensor diaphragm. In addition, the first holding member having the first concave portion in the central portion surrounded by the peripheral surface is joined to the other surface of the sensor diaphragm with the peripheral surface facing each other, and the peripheral surface is joined to the peripheral surface. In the pressure sensor chip including a second holding member having a second recess in the surrounded central portion, the first holding member includes a first pressure guiding path opened in the central portion of the first recess. , Having a first minute gap that opens in a part of the peripheral edge of the first recess, and a second pressure guiding path that communicates with the first minute gap, and the second holding member is a second holding member A third pressure guiding path that opens to the center of the recess and a part of the peripheral edge of the second recess A second micro-gap that opens, and a fourth pressure guide path that communicates with the second micro-gap, and the first recess has a distance between the first surface of the sensor diaphragm and the first guide. The shape is such that it gradually narrows from the central part where the pressure path opens to the peripheral part where the second pressure guiding path opens, and the second recess is the distance between the other surface of the sensor diaphragm Is gradually narrowed from the central portion where the third pressure guiding path is opened to the peripheral edge where the fourth pressure guiding path is opened. The first pressure transmission medium that guides the first fluid pressure on one surface of the sensor diaphragm is filled in the first recess, with the pressure guiding path of the second side being the outlet side, the third pressure guiding path is the inlet side, and the fourth side The second pressure transmission medium for guiding the second fluid pressure to the other surface of the sensor diaphragm with the pressure guiding path of the sensor as the outlet side Characterized in that it is filled in the second recess.
この発明において、第１の保持部材には、第１の凹部の中央部に開口する第１の導圧路と、第１の凹部の周縁部の一部に開口する第１の微小隙間と、第１の微小隙間に連通する第２の導圧路とが設けられており、第２の保持部材には、第２の凹部の中央部に開口する第３の導圧路と、第２の凹部の周縁部の一部に開口する第２の微小隙間と、第２の微小隙間に連通する第４の導圧路とが設けられている。また、第１の保持部材において、第１の凹部は、センサダイアフラムの一方の面との間の距離が中央部から周縁部に行くにしたがって徐々に狭くなるような形状とされ、第２の保持部材において、第２の凹部は、センサダイアフラムの他方の面との間の距離が中央部から周縁部に行くにしたがって徐々に狭くなるような形状とされている。 In the present invention, the first holding member includes a first pressure guiding path that opens at a center portion of the first recess, a first minute gap that opens at a part of the peripheral edge of the first recess, A second pressure guiding path that communicates with the first minute gap is provided, and the second holding member includes a third pressure guiding path that opens at a central portion of the second recess, and a second pressure guiding path. A second minute gap opening at a part of the peripheral edge of the recess and a fourth pressure guiding path communicating with the second minute gap are provided. In the first holding member, the first recess is shaped so that the distance from one surface of the sensor diaphragm gradually decreases from the center to the peripheral edge, and the second holding In the member, the second concave portion is shaped so that the distance from the other surface of the sensor diaphragm gradually decreases from the central portion toward the peripheral portion.
これにより、本発明では、第１の保持部材の第１の凹部に、第１の導圧路を入口側、第２の導圧路を出口側として、第１の圧力伝達媒体を充填すると、第１の圧力伝達媒体が第１の導圧路より第１の凹部に流入し、この流入した第１の圧力伝達媒体が第１の凹部に満たされながら、第１の微小隙間を通して第２の導圧路より少しずつ流出する。この際、第１の凹部内に残留する気泡は、第１の圧力伝達媒体とともに第２の導圧路より流出する。また、第２の保持部材の第２の凹部に、第３の導圧路を入口側、第４の導圧路を出口側として、第２の圧力伝達媒体を充填すると、第２の圧力伝達媒体が第３の導圧路より第２の凹部に流入し、この流入した第２の圧力伝達媒体が第２の凹部に満たされながら、第２の微小隙間を通して第４の導圧路より少しずつ流出する。この際、第２の凹部内に残留する気泡は、第２の圧力伝達媒体とともに第４の導圧路より流出する。 Thereby, in the present invention, when the first pressure transmission medium is filled in the first recess of the first holding member with the first pressure guiding path as the inlet side and the second pressure guiding path as the outlet side, The first pressure transmission medium flows into the first recess from the first pressure guiding path, and the second pressure passage medium passes through the first minute gap while the first pressure transmission medium that has flowed is filled in the first recess. It flows out little by little from the pressure guiding path. At this time, the bubbles remaining in the first recess flow out of the second pressure guiding path together with the first pressure transmission medium. In addition, when the second pressure transmission medium is filled in the second concave portion of the second holding member with the third pressure guiding path as the inlet side and the fourth pressure guiding path as the outlet side, the second pressure transmission is performed. The medium flows into the second recessed portion from the third pressure guiding path, and the second pressure transmission medium that has flowed in is filled in the second recessed portion, while passing slightly through the second minute gap from the fourth pressure guiding path. It flows out one by one. At this time, the bubbles remaining in the second recess flow out of the fourth pressure guiding path together with the second pressure transmission medium.
これにより、本発明では、第１の凹部にも第２の凹部にも、残留気泡が生じないものとなる。また、本発明では、第１の保持部材、第２の保持部材共に、圧力伝達媒体は凹部に行き止まるのではなく、凹部を通り抜けるので、短時間で圧力伝達媒体を充填することができ、封入性を大幅に向上させることが可能となる。また、第１の保持部材、第２の保持部材共に独立して、圧力伝達媒体をその凹部に確実に充填することが可能となる。 Thereby, in this invention, a residual bubble does not arise in a 1st recessed part and a 2nd recessed part. Further, in the present invention, both the first holding member and the second holding member can fill the pressure transmission medium in a short time because the pressure transmission medium does not reach the recess but passes through the recess. It is possible to greatly improve the performance. In addition, both the first holding member and the second holding member can be reliably filled with the pressure transmission medium in the recess.
本発明において、圧力伝達媒体の充填は、入口側から加圧圧送するものとしてもよく、出口側から負圧吸引するものとしてもよい。加圧式の場合は圧送を継続することで、残留する気泡を排除して行く。凹部の容積は極めて小さく、また圧力伝達媒体は循環可能なので、圧力伝達媒体を無駄にすることはない。また、吸引式の場合は、残留する気泡とともに圧力伝達媒体を移動させるため、例えば出口に油トラップを設ければ、脱気と封入を同時に実施することが可能である。 In the present invention, the filling of the pressure transmission medium may be performed by pressurizing and feeding from the inlet side or by sucking negative pressure from the outlet side. In the case of the pressure type, the remaining bubbles are eliminated by continuing the pressure feeding. Since the volume of the recess is extremely small and the pressure transmission medium can be circulated, the pressure transmission medium is not wasted. In the case of the suction type, since the pressure transmission medium is moved together with the remaining bubbles, for example, if an oil trap is provided at the outlet, it is possible to perform deaeration and sealing at the same time.
本発明において、第１の凹部および第２の凹部の形状は曲面としてもよく、傾斜面としてもよい。また、第１の凹部の周縁部を囲み当該周縁部の全周と連通する第１のリング状の溝と、第２の凹部の周縁部を囲み当該周縁部の全周と連通する第２のリング状の溝とを設け、第１のリング状の溝の一部に第１の微小隙間を開口させ、第２のリング状の溝の一部に第２の微小隙間を開口させるようにしてもよい。このようにすると、第１の凹部の周縁部に達した第１の圧力伝達媒体が第１のリング状の溝をぐるりと回って、残留する気泡とともに第１の圧力伝達媒体が第１の微小隙間を通して第２の導圧路から流出し、第１の凹部内への第１の圧力伝達媒体の充填が確実となる。また、第２の凹部の周縁部に達した第２の圧力伝達媒体が第２のリング状の溝をぐるりと回って、残留する気泡とともに第２の圧力伝達媒体が第２の微小隙間を通して第４の導圧路から流出し、第２の凹部内への第２の圧力伝達媒体の充填が確実となる。 In the present invention, the shapes of the first recess and the second recess may be curved surfaces or inclined surfaces. A first ring-shaped groove surrounding the periphery of the first recess and communicating with the entire periphery of the periphery; and a second ring surrounding the periphery of the second recess and communicating with the entire periphery of the periphery. A ring-shaped groove, a first minute gap is opened in a part of the first ring-shaped groove, and a second minute gap is opened in a part of the second ring-shaped groove. Also good. If it does in this way, the 1st pressure transmission medium which reached the peripheral part of the 1st crevice will go around the 1st ring-like groove, and the 1st pressure transmission medium will be the 1st minute with the remaining bubbles. It flows out of the second pressure guiding path through the gap, and the filling of the first pressure transmission medium into the first recess is ensured. In addition, the second pressure transmission medium that has reached the peripheral edge of the second recess rotates around the second ring-shaped groove, and the second pressure transmission medium along with the remaining bubbles passes through the second minute gap. Thus, the second pressure transmission medium is surely filled into the second recess.
本発明によれば、第１の保持部材に、第１の凹部の中央部に開口する第１の導圧路と、第１の凹部の周縁部の一部に開口する第１の微小隙間と、第１の微小隙間に連通する第２の導圧路とを設け、第２の保持部材に、第２の凹部の中央部に開口する第３の導圧路と、第２の凹部の周縁部の一部に開口する第２の微小隙間と、第２の微小隙間に連通する第４の導圧路とを設け、第１の凹部を、センサダイアフラムの一方の面との間の距離が中央部から周縁部に行くにしたがって徐々に狭くなるような形状とし、第２の凹部を、センサダイアフラムの他方の面との間の距離が中央部から周縁部に行くにしたがって徐々に狭くなるような形状とし、第１の導圧路を入口側、第２の導圧路を出口側として第１の圧力伝達媒体を第１の凹部に充填し、第３の導圧路を入口側、第４の導圧路を出口側として第２の圧力伝達媒体が第２の凹部に充填するようにしたので、残留気泡を生じさせることなく、短時間で圧力伝達媒体を封入することが可能となる。 According to the present invention, in the first holding member, the first pressure guide path that opens in the center of the first recess, and the first minute gap that opens in a part of the peripheral edge of the first recess. A second pressure guiding path communicating with the first minute gap, a third pressure guiding path that opens in the center of the second recess, and a peripheral edge of the second recess. Provided with a second minute gap opening in a part of the part and a fourth pressure guiding path communicating with the second minute gap, and the distance between the first recess and one surface of the sensor diaphragm is The shape is such that it gradually narrows from the center to the periphery, and the distance between the second recess and the other surface of the sensor diaphragm gradually decreases from the center to the periphery. And the first pressure transmission medium is filled in the first recess with the first pressure guiding path as the inlet side and the second pressure guiding path as the outlet side. Since the second pressure transmission medium is filled in the second recess with the pressure guiding path as the inlet side and the fourth pressure guiding path as the outlet side, the pressure is transmitted in a short time without generating residual bubbles. It becomes possible to enclose the medium.
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔実施の形態１〕
図１はこの発明に係る圧力センサチップの第１の実施の形態（実施の形態１）の概略を示す図である。この圧力センサチップもその基本的な構造は、図８に示した圧力センサチップ１１と同じである。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a first embodiment (Embodiment 1) of a pressure sensor chip according to the present invention. The basic structure of this pressure sensor chip is the same as that of the
すなわち、センサダイアフラム１１−１と、第１ストッパ部材１１−２と、第２のストッパ部材１１−３と、第１の台座１１−４と、第２の台座１１−５とを備えており、ストッパ部材１１−２，１１−３や台座１１−４，１１−５はシリコンやガラスなどにより構成されている。 That is, it includes a sensor diaphragm 11-1, a first stopper member 11-2, a second stopper member 11-3, a first pedestal 11-4, and a second pedestal 11-5. The stopper members 11-2 and 11-3 and the pedestals 11-4 and 11-5 are made of silicon or glass.
また、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａを囲む周縁面１１−２ｃがセンサダイアフラム１１−１の一方の面に接合され、ストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａを囲む周縁面１１−３ｃがセンサダイアフラム１１−１の他方の面に接合されている。 A peripheral surface 11-2c surrounding the recess 11-2a of the stopper member 11-2 is joined to one surface of the sensor diaphragm 11-1, and a peripheral surface 11-3c surrounding the recess 11-3a of the stopper member 11-3. Is joined to the other surface of the sensor diaphragm 11-1.
また、凹部１１−２ａ，１１−３ａは、センサダイアフラム１１−１の変位に沿った曲面（非球面）とされており、その頂部（中央部）に導圧路１１−２ｂ，１１−３ｂが形成されている。また、台座１１−４，１１−５にも、ストッパ部材１１−２，１１−３の導圧路１１−２ｂ，１１−３ｂに対応する位置に、導圧路１１−４ａ，１１−５ａが形成されている。 The concave portions 11-2a and 11-3a are curved surfaces (aspherical surfaces) along the displacement of the sensor diaphragm 11-1, and the pressure guiding paths 11-2b and 11-3b are provided at the top portions (center portions). Is formed. In addition, the pedestals 11-4 and 11-5 also have pressure guiding paths 11-4a and 11-5a at positions corresponding to the pressure guiding paths 11-2b and 11-3b of the stopper members 11-2 and 11-3. Is formed.
以下、図８に示した従来の圧力センサチップ１１と区別するために、本実施の形態の圧力センサチップを符号１１Ａで示す。
Hereinafter, in order to distinguish from the conventional
この圧力センサチップ１１Ａの従来の圧力センサチップ１１と異なる点は、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａの周縁部１１−２ａ１の一部に開口する微小空間１１−２ｄが形成され、またストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａの周縁部１１−３ａ１の一部に開口する微小空間１１−３ｄが形成されている点にある。また、ストッパ部材１１−２に微小空間１１−２ｄに連通する導圧路１１−２ｅが形成され、ストッパ部材１１−３に微小空間１１−３ｄに連通する導圧路１１−３ｅが形成されている点にある。なお、導圧路１１−２ｅ，１１−３ｅの径は導圧路１１−２ｂ，１１−３ｂと同程度でよい。
This
図２にこの圧力センサチップ１１Ａにおけるストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａの周縁部１１−２ａ１付近の拡大図を示す。ストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａの周縁部１１−３ａ１付近も同様の構成とされている。
FIG. 2 shows an enlarged view of the vicinity of the peripheral edge 11-2a1 of the recess 11-2a of the stopper member 11-2 in the
この導圧路１１−２ｅ，１１−３ｅと導圧路１１−２ｂ，１１−３ｂとの間に存在する微小隙間１１−２ｄ，１１−３ｄは開口面積が遙かに小さい絞り部とされている。本実施の形態において、微小隙間１１−２ｄ，１１−３ｄの開口面積は凹部１１−２ａ，１１−３ａの開口面積の約１／１００とされている。 The minute gaps 11-2d and 11-3d existing between the pressure guiding paths 11-2e and 11-3e and the pressure guiding paths 11-2b and 11-3b are throttled portions having a much smaller opening area. Yes. In the present embodiment, the opening areas of the minute gaps 11-2d and 11-3d are about 1/100 of the opening areas of the recesses 11-2a and 11-3a.
この圧力センサチップ１１Ａにおいて、ストッパ部材１１−２が本発明でいう第１の保持部材、ストッパ部材１１−３が第２の保持部材、ストッパ部材１１−２の導圧路１１−２ｂが第１の導圧路、ストッパ部材１１−２の微小隙間１１−２ｄが第１の微小隙間、ストッパ部材１１−２の導圧路１１−２ｄが第２の導圧路、ストッパ部材１１−３の導圧路１１−３ｂが第３の導圧路、ストッパ部材１１−３の微小隙間１１−３ｄが第２の微小隙間、ストッパ部材１１−３の導圧路１１−３ｅが第４の導圧路に相当する。
In this
なお、台座１１−４，１１−５にも、ストッパ部材１１−２，１１−３の導圧路１１−２ｅ，１１−３ｅに連通する導圧路１１−４ｂ，１１−５ｂが形成されている。 The pedestals 11-4 and 11-5 are also formed with pressure guiding paths 11-4b and 11-5b communicating with the pressure guiding paths 11-2e and 11-3e of the stopper members 11-2 and 11-3. Yes.
この圧力センサチップ１１Ａにおいて、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａには、導圧路１１−２ｂを入口側、導圧路１１−２ｅを出口側として、センサダイアフラム１１−１の一方の面に測定圧Ｐ１（第１の流体圧力）を導く圧力伝達媒体Ｓ１が充填されており、ストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａには、導圧路１１−３ｂを入口側、導圧路１１−３ｅを出口側として、センサダイアフラム１１−１の他方の面に測定圧Ｐ２（第２の流体圧力）を導く圧力伝達媒体Ｓ２が充填されている。
In this
すなわち、この圧力センサチップ１１Ａでは、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａに、導圧路１１−２ｂを入口側、導圧路１１−２ｅを出口側として、シリコーンオイルなどの圧力伝達媒体Ｓ１を充填し、ストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａに、導圧路１１−３ｂを入口側、導圧路１１−３ｅを出口側として、シリコーンオイルなどの圧力伝達媒体Ｓ２を充填している。
That is, in this
この場合、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａに、導圧路１１−２ｂを入口側、導圧路１１−２ｅを出口側として圧力伝達媒体Ｓ１を充填すると、圧力伝達媒体Ｓ１が導圧路１１−２ｂより凹部１１−２ａに流入し、この流入した圧力伝達媒体Ｓ１が凹部１１−２ａに満たされながら、微小隙間１１−２ｄを通して導圧路１１−２ｅより少しずつ流出する。この際、凹部１１−２ａに残留する気泡は、圧力伝達媒体Ｓ１とともに導圧路１１−２ｅ流出するので、凹部１１−２ａ内に残留気泡が生じないものとなる。 In this case, when the concave portion 11-2a of the stopper member 11-2 is filled with the pressure transmission medium S1 with the pressure guiding path 11-2b as the inlet side and the pressure guiding path 11-2e as the outlet side, the pressure transmitting medium S1 is guided. It flows into the recess 11-2a from the path 11-2b, and gradually flows out from the pressure guiding path 11-2e through the minute gap 11-2d while the inflowing pressure transmission medium S1 is filled in the recess 11-2a. At this time, since the bubbles remaining in the recess 11-2a flow out of the pressure guiding path 11-2e together with the pressure transmission medium S1, no remaining bubbles are generated in the recess 11-2a.
また、ストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａに、導圧路１１−３ｂを入口側、導圧路１１−３ｅを出口側として圧力伝達媒体Ｓ２を充填すると、圧力伝達媒体Ｓ２が導圧路１１−３ｂより凹部１１−３ａに流入し、この流入した圧力伝達媒体Ｓ２が凹部１１−３ａに満たされながら、微小隙間１１−３ｄを通して導圧路１１−３ｅより少しずつ流出する。この際、凹部１１−３ａに残留する気泡は、圧力伝達媒体Ｓ２とともに導圧路１１−３ｅより流出するので、凹部１１−３ａ内に残留気泡が生じないものとなる。 Further, when the recess 11-3a of the stopper member 11-3 is filled with the pressure transmission medium S2 with the pressure guiding path 11-3b as the inlet side and the pressure guiding path 11-3e as the outlet side, the pressure transmitting medium S2 becomes the pressure guiding path. 11-3b flows into the recess 11-3a, and the inflowing pressure transmission medium S2 is gradually discharged from the pressure guiding path 11-3e through the minute gap 11-3d while being filled in the recess 11-3a. At this time, since the bubbles remaining in the recess 11-3a flow out of the pressure guiding path 11-3e together with the pressure transmission medium S2, no remaining bubbles are generated in the recess 11-3a.
また、ストッパ部材１１−２，１１−３共に、圧力伝達媒体Ｓ１，Ｓ２は凹部１１−２ａ，１１−３ａに行き止まるのではなく、凹部１１−２ａ，１１−３ａを通り抜けるので、短時間で圧力伝達媒体Ｓ１，Ｓ２を充填することができ、封入性が大幅に向上する。また、ストッパ部材１１−２，１１−３共に独立して、圧力伝達媒体Ｓ１，Ｓ２を凹部１１−２ａ，１１−３ａに確実に充填することができる。これにより、複数チップの同時封入が少スペースで実施可能となる。また、リードタイムが短縮され、工程コスト削減につながる。 Further, in both the stopper members 11-2 and 11-3, the pressure transmission media S1 and S2 do not stop at the recesses 11-2a and 11-3a, but pass through the recesses 11-2a and 11-3a. The pressure transmission media S1 and S2 can be filled, and the encapsulation performance is greatly improved. Further, both the stopper members 11-2 and 11-3 can be reliably filled with the pressure transmission media S1 and S2 in the recesses 11-2a and 11-3a. Thereby, simultaneous encapsulation of a plurality of chips can be performed in a small space. In addition, the lead time is shortened, leading to process cost reduction.
この圧力センサチップ１１Ａにおいて、圧力伝達媒体Ｓ１，Ｓ２の充填は、入口側から加圧圧送するものとしてもよく、出口側から負圧吸引するものとしてもよい。加圧式の場合は圧送を継続することで、残留する気泡を排除して行く。凹部１１−２ａ，１１−３ａの容積は極めて小さく、また圧力伝達媒体Ｓ１，Ｓ２は循環可能なので、圧力伝達媒体Ｓ１，Ｓ２を無駄にすることはない。また、吸引式の場合は、残留する気泡とともに圧力伝達媒体Ｓ１，Ｓ２を移動させるため、例えば出口に油トラップを設ければ、脱気と封入を同時に実施することが可能である。また、吸引式であれば、封入装置全体が加圧式に比べさらに小型化可能となる。また、微小残存気泡を許容できれば、加熱脱気システムが不要となり、封入時間を現行品比１／１００程度に短縮可能になる。
In the
〔実施の形態２〕
実施の形態１では、ストッパ部材１１−２，１１−３の凹部１１−２ａ，１１−３ａの形状をセンサダイアフラム１１−１の変位に沿った曲面（非球面）とすることにより、センサダイアフラム１１−１の対向する面との間の距離が中央部から周縁部に行くにしたがって徐々に狭くなるような形状を得ているが、ストッパ部材１１−２，１１−３の凹部１１−２ａ，１１−３ａの形状は必ずしもこのような曲面としなくてもよい。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the shape of the recesses 11-2a and 11-3a of the stopper members 11-2 and 11-3 is a curved surface (aspherical surface) along the displacement of the sensor diaphragm 11-1, so that the
例えば、図３に実施の形態２の圧力センサチップ１１Ｂとして示すように、ストッパ部材１１−２，１１−３の凹部１１−２ａ，１１−３ａの形状を斜面とすることにより、センサダイアフラム１１−１の対向する面との間の距離が中央部から周縁部に行くにしたがって徐々に狭くなるような形状を得るようにしてもよい。
For example, as shown as a
〔実施の形態３〕
また、図４に実施の形態３の圧力センサチップ１１Ｃとして示すように、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａの周縁部１１−２ａ１を囲み当該周縁部１１−２ａ１の全周と連通する第１のリング状の溝１１−２ｆを形成し、またストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａの周縁部１１−３ａ１を囲み当該周縁部１１−３ａ１の全周と連通する第２のリング状の溝１１−３ｆを形成し、第１のリング状の溝１１−２ｆの一部に微小隙間１１−２ｄを開口させ、第２のリング状の溝１１−３ｆの一部に微小隙間１１−３ｄを開口させるようにしてもよい。
[Embodiment 3]
Further, as shown in FIG. 4 as the pressure sensor chip 11C of the third embodiment, the peripheral portion 11-2a1 of the concave portion 11-2a of the stopper member 11-2 is surrounded and communicated with the entire periphery of the peripheral portion 11-2a1. The second ring-shaped groove 11-2f is formed, and surrounds the peripheral edge 11-3a1 of the recess 11-3a of the stopper member 11-3 and communicates with the entire periphery of the peripheral edge 11-3a1. A groove 11-3f is formed, a minute gap 11-2d is opened in a part of the first ring-shaped groove 11-2f, and a minute gap 11-3d is formed in a part of the second ring-shaped groove 11-3f. May be opened.
図４にこの圧力センサチップ１１Ｃにおけるストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａの周縁部１１−２ａ１付近の拡大図を示す。ストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａの周縁部１１−３ａ１付近も同様の構成とされている。 FIG. 4 shows an enlarged view of the vicinity of the peripheral edge 11-2a1 of the recess 11-2a of the stopper member 11-2 in the pressure sensor chip 11C. The vicinity of the peripheral edge 11-3a1 of the recess 11-3a of the stopper member 11-3 has the same configuration.
このようにすると、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａの周縁部１１−２ａ１に達した圧力伝達媒体Ｓ１が第１のリング状の溝１１−２ｆを周回して、残留する気泡とともに圧力伝達媒体Ｓ１が微小隙間１１−２ｄを通して導圧路１１−２ｅから流出する。これにより、凹部１１−２ａ内への圧力伝達媒体Ｓ１の充填が確実となる。また、ストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａの周縁部１１−３ａ１に達した圧力伝達媒体Ｓ２が第２のリング状の溝１１−３ｆを周回して、残留する気泡とともに圧力伝達媒体Ｓ２が微小隙間１１−３ｄを通して導圧路１１−３ｅから流出する。これにより、凹部１１−３ａ内への圧力伝達媒体Ｓ２の充填が確実となる。 If it does in this way, pressure transmission medium S1 which reached peripheral part 11-2a1 of crevice 11-2a of stopper member 11-2 will circulate the 1st ring-like groove 11-2f, and will transmit pressure with the remaining bubbles. The medium S1 flows out from the pressure guiding path 11-2e through the minute gap 11-2d. Thereby, filling of the pressure transmission medium S1 into the recess 11-2a is ensured. Further, the pressure transmission medium S2 that has reached the peripheral edge 11-3a1 of the recess 11-3a of the stopper member 11-3 circulates in the second ring-shaped groove 11-3f, and the pressure transmission medium S2 together with the remaining bubbles It flows out of the pressure guiding path 11-3e through the minute gap 11-3d. Thereby, filling of the pressure transmission medium S2 into the recess 11-3a is ensured.
また、上述した実施の形態では、センサダイアフラム１１−１を圧力変化に応じて抵抗値が変化する歪抵抗ゲージを形成したタイプとしているが、静電容量式のセンサチップとしてもよい。静電容量式のセンサチップは、所定の空間（容量室）を備えた基板と、その基板の空間上に配置されたダイアフラムと、基板に形成された固定電極と、ダイアフラムに形成された可動電極とを備えている。ダイアフラムが圧力を受けて変形することで、可動電極と固定電極との間隔が変化してその間の静電容量が変化する。 In the above-described embodiment, the sensor diaphragm 11-1 is a type in which a strain resistance gauge whose resistance value changes according to a pressure change is formed, but may be a capacitive sensor chip. A capacitance type sensor chip includes a substrate having a predetermined space (capacitance chamber), a diaphragm disposed in the space of the substrate, a fixed electrode formed on the substrate, and a movable electrode formed on the diaphragm. And. When the diaphragm is deformed by receiving pressure, the distance between the movable electrode and the fixed electrode changes, and the capacitance between them changes.
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
[Extension of the embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the technical idea of the present invention.
１１−１…センサダイアフラム、１１−２，１１−３…ストッパ部材、１１−２ａ，１１−３ａ…凹部、１１−２ａ１，１１−３ａ１…周縁部、１１−２ｂ，１１−３ｂ…導圧路、１１−２ｃ，１１−３ｃ…周縁面、１１−２ｄ，１１−３ｄ…微小隙間、１１−２ｅ，１１−３ｅ…導圧路、１１−２ｆ，１１−３ｆ…リング状の溝、１１−４，１１−５…台座、１１−４ａ，１１−５ａ…導圧路、Ｓ１，Ｓ２…圧力伝達媒体、１１Ａ〜１１Ｃ…圧力センサチップ。 11-1 ... Sensor diaphragm, 11-2, 11-3 ... Stopper member, 11-2a, 11-3a ... Recessed part, 11-2a1, 11-3a1 ... Peripheral part, 11-2b, 11-3b ... Pressure guiding path 11-2c, 11-3c ... peripheral surface, 11-2d, 11-3d ... minute gap, 11-2e, 11-3e ... pressure guiding path, 11-2f, 11-3f ... ring-shaped groove, 11- 4, 11-5 ... pedestal, 11-4a, 11-5a ... pressure guiding path, S1, S2 ... pressure transmission medium, 11A to 11C ... pressure sensor chip.
Claims (4)
前記第１の保持部材は、
前記第１の凹部の中央部に開口する第１の導圧路と、
前記第１の凹部の周縁部の一部に開口する第１の微小隙間と、
前記第１の微小隙間に連通する第２の導圧路とを有し、
前記第２の保持部材は、
前記第２の凹部の中央部に開口する第３の導圧路と、
前記第２の凹部の周縁部の一部に開口する第２の微小隙間と、
前記第２の微小隙間に連通する第４の導圧路とを有し、
前記第１の凹部は、
前記センサダイアフラムの一方の面との間の距離が前記第１の導圧路が開口する中央部から前記第２の導圧路が開口する周縁部に行くにしたがって徐々に狭くなるような形状とされ、
前記第２の凹部は、
前記センサダイアフラムの他方の面との間の距離が前記第３の導圧路が開口する中央部から前記第４の導圧路が開口する周縁部に行くにしたがって徐々に狭くなるような形状とされ、
前記第１の導圧路を入口側、前記第２の導圧路を出口側として、前記センサダイアフラムの一方の面に前記第１の流体圧力を導く第１の圧力伝達媒体が前記第１の凹部に充填され、
前記第３の導圧路を入口側、前記第４の導圧路を出口側として、前記センサダイアフラムの他方の面に前記第２の流体圧力を導く第２の圧力伝達媒体が前記第２の凹部に充填されている
ことを特徴とする圧力センサチップ。 A sensor diaphragm that outputs a signal corresponding to a pressure difference received on one surface and the other surface, and a center that is joined to one surface of the sensor diaphragm with its peripheral surface facing each other and surrounded by the peripheral surface A first holding member having a first recess in the part and the other surface of the sensor diaphragm with the peripheral surface facing each other, and a second recess in the central portion surrounded by the peripheral surface A pressure sensor chip comprising a second holding member having
The first holding member is
A first pressure guiding path opening in a central portion of the first recess;
A first minute gap opening in a part of the peripheral edge of the first recess;
A second pressure guiding path communicating with the first minute gap,
The second holding member is
A third pressure guiding path that opens to the center of the second recess;
A second minute gap opening in a part of the peripheral edge of the second recess;
A fourth pressure guiding path communicating with the second minute gap,
The first recess is
A shape such that the distance between the first surface of the sensor diaphragm gradually decreases from a central portion where the first pressure guiding path opens toward a peripheral edge where the second pressure guiding path opens. And
The second recess is
A shape such that the distance from the other surface of the sensor diaphragm gradually decreases from a central portion where the third pressure guiding path opens toward a peripheral edge where the fourth pressure guiding path opens. And
A first pressure transmission medium for guiding the first fluid pressure to one surface of the sensor diaphragm with the first pressure guiding path as an inlet side and the second pressure guiding path as an outlet side is the first pressure transmission medium. Filled in the recess,
The second pressure transmission medium for guiding the second fluid pressure to the other surface of the sensor diaphragm with the third pressure guiding path as the inlet side and the fourth pressure guiding path as the outlet side is the second pressure transmission medium. A pressure sensor chip filled in a recess.
前記第１の凹部および第２の凹部の前記形状が曲面とされている
ことを特徴とする圧力センサチップ。 The pressure sensor chip according to claim 1,
The pressure sensor chip, wherein the shapes of the first recess and the second recess are curved surfaces.
前記第１の凹部および第２の凹部の前記形状が斜面とされている
ことを特徴とする圧力センサチップ。 The pressure sensor chip according to claim 1,
The pressure sensor chip, wherein the shapes of the first recess and the second recess are inclined surfaces.
前記第１の凹部の周縁部を囲み当該周縁部の全周と連通する第１のリング状の溝と、
前記第２の凹部の周縁部を囲み当該周縁部の全周と連通する第２のリング状の溝とを有し、
前記第１のリング状の溝の一部に前記第１の微小隙間が開口し、
前記第２のリング状の溝の一部に前記第２の微小隙間が開口している
ことを特徴とする圧力センサチップ。 The pressure sensor chip according to claim 1,
A first ring-shaped groove surrounding the periphery of the first recess and communicating with the entire periphery of the periphery;
A second ring-shaped groove surrounding the periphery of the second recess and communicating with the entire periphery of the periphery;
The first minute gap opens in a part of the first ring-shaped groove;
The pressure sensor chip, wherein the second minute gap is opened in a part of the second ring-shaped groove.
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