JP2017106812A - Pressure sensor chip - Google Patents
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Abstract
Description
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。 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, a thin 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。 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.
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。 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１９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. 19 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２０Ａ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、その加えられた圧力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、その導かれた圧力Ｐ１，Ｐ２の差圧ΔＰに相当する変位を呈することになる。
In the
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２０Ｂ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２１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（保持部材）、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. 21 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１１−１ａ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１１−１ｂに対峙させ、ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃをセンサダイアフラム１１−１の一方の面１１−１ａに対面させて接合し、ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃをセンサダイアフラム１１−１の他方の面１１−１ｂに対面させて接合している。
In this
ストッパ部材１１−２，１１−３の凹部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、その頂部に圧力導入孔（導圧孔）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の導圧孔１１−２ｂ，１１−３ｂに対応する位置に、圧力導入孔（導圧孔）１１−４ａ，１１−５ａが形成されている。 The recesses 11-2a and 11-3a of the stopper members 11-2 and 11-3 are curved surfaces (aspherical surfaces) along the displacement of the sensor diaphragm 11-1, and pressure introduction holes (pressure guide holes) are formed at the tops thereof. ) 11-2b and 11-3b are formed. Further, the pedestals 11-4 and 11-5 also have pressure introduction holes (pressure holes) 11-4a at positions corresponding to the pressure holes 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１１−１ａ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１１−１ｂ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、センサダイアフラム１１−１の周縁部に応力集中が生じないようにして、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１９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。
Accordingly, excessive displacement when an excessive pressure is applied to the sensor diaphragm 11-1 is prevented, and stress concentration does not occur in the peripheral portion of the sensor diaphragm 11-1, so that the
このような圧力センサチップ１１の構造において、小型化、高感度化の両立を目指した場合、センサダイアフラム１１−１の厚さを薄く必要がある。しかしながら、ダイアフラム１１−１が薄くなればなるほど、ストッパ部材１１−２，１１−３におけるストッパ効果の低い導圧孔１１−２ｂ，１１−３ｂの開口部で、ダイアフラム１１−１が破壊されてしまう虞が高くなる。
In such a structure of the
ダイアフラム１１−１が破壊されてしまう虞をなくすために、すなわち耐圧を高めるために、例えばセンサダイアフラム１１−１の他方の面１１−１ｂを高圧の測定圧の受圧面とした場合、導圧孔１１−２ｂの孔径を小さくすることが考えられる。 In order to eliminate the possibility that the diaphragm 11-1 will be destroyed, that is, in order to increase the pressure resistance, for example, when the other surface 11-1b of the sensor diaphragm 11-1 is a pressure receiving surface of a high measurement pressure, a pressure guide hole It is conceivable to reduce the diameter of 11-2b.
すなわち、図２１における導圧孔１１−２ｂの孔径をφ１（例えば、φ１＝２００μｍ）とした場合、図２２および図２３に示すように、導圧孔１１−２ｂの孔径φ１よりも小径の孔径φ２（例えば、φ２＝２５μｍ）とすることが考えられる。 That is, when the hole diameter of the pressure introducing hole 11-2b in FIG. 21 is φ1 (for example, φ1 = 200 μm), as shown in FIGS. 22 and 23, the hole diameter is smaller than the hole diameter φ1 of the pressure introducing hole 11-2b. It can be considered that φ2 (for example, φ2 = 25 μm).
しかし、このようにすると、導圧孔１１−２ｂ’のアスペクト比（孔の深さ／孔の径）が高くなり、加工難易度の上昇、応答速度の劣化といった問題が生じる。なお、導圧孔１１−２ｂ’の孔の深さは、例えば２ｍｍとされている。 However, in this case, the aspect ratio (hole depth / hole diameter) of the pressure guide hole 11-2b 'increases, and problems such as an increase in the difficulty of processing and a deterioration in response speed occur. Note that the depth of the pressure guiding hole 11-2b 'is, for example, 2 mm.
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、加工性、応答速度の劣化を緩和、抑制しつつ、飛躍的な耐圧向上を達成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 problems, and the object of the present invention is to achieve dramatic improvement in pressure resistance while mitigating and suppressing deterioration of workability and response speed. Is to provide a simple pressure sensor chip.
このような目的を達成するために本発明は、圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムと、このセンサダイアフラムの一方の面および他方の面にその周縁部を対面させて接合され、センサダイアフラムへ測定圧を導く導圧孔を有する第１および第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、センサダイアフラムに過大圧が印加された時の当該センサダイアフラムの過度な変位を阻止するそのセンサダイアフラムの変位に沿った曲面状の凹部を備え、第１の保持部材の導圧孔は、第１の保持部材を貫いて第１の保持部材の曲面状の凹部に開口し、第１の保持部材の導圧孔の第１の保持部材を貫く方向から見た孔形状は、第１の保持部材の導圧孔の中心に位置する中心部分とこの中心部分の外縁の一部から連続して中心から外方向に延びた１つ以上の延伸部分とから構成された形状とされ、第１の保持部材の導圧孔の孔形状の延伸部分の延伸方向に直交する方向の最大幅は、第１の保持部材の導圧孔の孔形状の中心部分の外縁の幅以下とされていることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention provides a sensor diaphragm that outputs a signal corresponding to a pressure difference, and a sensor diaphragm that is joined to one surface and the other surface of the sensor diaphragm with their peripheral portions facing each other. In the pressure sensor chip having the first and second holding members having the pressure introducing holes for guiding the measurement pressure to the first holding member, the first holding member is an excessive portion of the sensor diaphragm when an excessive pressure is applied to the sensor diaphragm. A concave portion having a curved surface along the displacement of the sensor diaphragm for preventing a large displacement, and the pressure introducing hole of the first holding member penetrates the first holding member to the curved concave portion of the first holding member. The hole shape of the pressure holding hole of the first holding member viewed from the direction passing through the first holding member has a central portion located at the center of the pressure guiding hole of the first holding member and an outer edge of the central portion. From some of the ream The maximum width of the first holding member in the direction perpendicular to the extending direction of the extending portion of the hole-shaped extending portion of the pressure guiding hole of the first holding member is a shape composed of one or more extending portions extending outward from the center. The width of the outer edge of the center portion of the hole shape of the pressure guiding hole of the first holding member is not more than the width.
本発明において、センサダイアフラムの他方の面に高圧の測定圧がかかった場合、センサダイアフラムは第１の保持部材側に撓み、第１の保持部材の曲面状の凹部に着底する。この第１の保持部材の曲面状の凹部には第１の保持部材の導圧孔が開口している。この第１の保持部材の導圧孔の第１の保持部材を貫く方向から見た孔形状は、第１の保持部材の導圧孔の中心に位置する中心部分と、この中心部分の外縁の一部から連続して中心から外方向に延びた１つ以上の延伸部分とから構成された形状とされている。また、第１の保持部材の導圧孔の孔形状の延伸部分の延伸方向に直交する方向の最大幅は、第１の保持部材の導圧孔の孔形状の中心部分の外縁の幅以下とされている。 In the present invention, when a high measurement pressure is applied to the other surface of the sensor diaphragm, the sensor diaphragm bends toward the first holding member and settles in the curved concave portion of the first holding member. A pressure guide hole of the first holding member opens in the curved concave portion of the first holding member. The hole shape of the pressure guiding hole of the first holding member viewed from the direction passing through the first holding member has a central portion located at the center of the pressure guiding hole of the first holding member and an outer edge of the central portion. It is made into the shape comprised from the one or more extending | stretching part extended from the center to the outward direction continuously from one part. The maximum width in the direction orthogonal to the extending direction of the hole-shaped extending portion of the pressure holding hole of the first holding member is equal to or less than the width of the outer edge of the hole-shaped central portion of the pressure holding hole of the first holding member. Has been.
例えば、本発明において、第１の保持部材の導圧孔の孔形状を十字形とした場合、その十字形の中心に位置する孔の形状が中心部分、この中心部分の外縁から連続して四方に延びた孔の形状が延伸部分となる。この場合、延伸部分の延伸方向を導圧孔の孔形状の径方向、延伸部分の延伸方向に直交する方向を導圧孔の孔形状の幅方向とした場合、幅方向の長さは耐圧に寄与し、幅方向の長さを小さくすることにより耐圧が高められる。これに対し、径方向の長さは応答性と加工性に寄与し、径方向の長さを大きくすることにより応答性と加工性が高められる。 For example, in the present invention, when the shape of the pressure guiding hole of the first holding member is a cross shape, the shape of the hole located at the center of the cross shape is the center portion, and the four sides continuously from the outer edge of the center portion. The shape of the hole extending in the region becomes the extended portion. In this case, when the extending direction of the extending portion is the radial direction of the hole shape of the pressure-immobilizing hole and the direction orthogonal to the extending direction of the extending portion is the width direction of the hole-shaped hole of the guiding hole, the length in the width direction is the pressure resistance. The breakdown voltage is increased by reducing the length in the width direction. On the other hand, the length in the radial direction contributes to responsiveness and workability, and the responsiveness and workability are improved by increasing the length in the radial direction.
本発明において、センサダイアフラム上で高圧側の測定圧を受ける面が必ず決まっている場合には、センサダイアフラムの他方の面を高圧側の測定圧の受圧面とし、一方の面を低圧側の測定圧の受圧面とする。すなわち、センサダイアフラム上で高圧側の測定圧を受ける面が必ず決まっている場合には、センサダイアフラムの他方の面を高圧側の測定圧の受圧面とし、第２の保持部材の導圧孔を通して高圧側の測定圧が導かれるようにする。 In the present invention, when the surface that receives the high-pressure side measurement pressure on the sensor diaphragm is always determined, the other surface of the sensor diaphragm is the pressure-receiving surface for the high-pressure side measurement, and one surface is the low-pressure side measurement surface. The pressure receiving surface. That is, when the surface on the sensor diaphragm that receives the high-pressure side measurement pressure is always determined, the other surface of the sensor diaphragm is used as the pressure-receiving surface for the high-pressure side measurement pressure, and is passed through the pressure guide hole of the second holding member. The measured pressure on the high pressure side should be derived.
本発明において、第２の保持部材にもセンサダイアフラムに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するそのセンサダイアフラムの変位に沿った曲面状の凹部を備えるものとし、第１の保持部材の導圧孔と同様の孔形状の導圧孔を第２の保持部材の曲面状の凹部に開口させるようにしてもよい。このようにすると、センサダイアフラムのどちらの面が高圧側の測定圧の受圧面となっても、中心部分と延伸部分とから構成される孔形状の導圧孔が開口されている凹部にセンサダイアフラムを着底させるようにすることができる。 In the present invention, the second holding member is also provided with a curved concave portion along the displacement of the sensor diaphragm that prevents excessive displacement of the sensor diaphragm when an excessive pressure is applied to the sensor diaphragm. A hole-shaped pressure guiding hole similar to the pressure guiding hole of the holding member may be opened in the curved concave portion of the second holding member. In this case, the sensor diaphragm is formed in the recess in which the hole-shaped pressure guiding hole constituted by the center portion and the extending portion is opened, regardless of which surface of the sensor diaphragm is the pressure receiving surface for the measurement pressure on the high pressure side. Can be made to bottom.
本発明によれば、第１の保持部材の曲面状の凹部に開口する第１の保持部材の導圧孔の孔形状を、第１の保持部材の導圧孔の中心に位置する中心部分とこの中心部分の外縁の一部から連続して中心から外方向に延びた１つ以上の延伸部分とから構成された形状とし、第１の保持部材の導圧孔の孔形状の延伸部分の延伸方向に直交する方向の最大幅を第１の保持部材の導圧孔の孔形状の中心部分の外縁の幅以下とするようにしたので、延伸部分の延伸方向を導圧孔の孔形状の径方向、延伸部分の延伸方向に直交する方向を導圧孔の孔形状の幅方向とした場合、幅方向の長さを小さくすることにより耐圧が高められ、径方向の長さを大きくすることにより応答性と加工性が高められるものとなり、加工性、応答速度の劣化を緩和、抑制しつつ、飛躍的な耐圧向上を達成することが可能となる。 According to the present invention, the hole shape of the pressure guiding hole of the first holding member that opens in the curved concave portion of the first holding member is the center portion positioned at the center of the pressure guiding hole of the first holding member; It is made into the shape comprised from the one or more extending | stretching part extended from the center to the outward direction continuously from a part of outer edge of this center part, and extending | stretching the extending | stretching part of the hole shape of the pressure guide hole of a 1st holding member Since the maximum width in the direction orthogonal to the direction is set to be equal to or smaller than the width of the outer edge of the hole-shaped central portion of the pressure-holding hole of the first holding member, the extending direction of the extended portion is the diameter of the hole-shaped hole of the pressure-receiving hole. When the direction perpendicular to the extending direction of the direction and the extending part is the width direction of the hole shape of the pressure introducing hole, the pressure resistance is increased by reducing the length in the width direction, and the length in the radial direction is increased. The responsiveness and workability will be improved, and while the deterioration of workability and response speed will be mitigated and suppressed, It is possible to achieve a specific improvement in withstand voltage.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of 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。同図において、図２１と同一符号は図２１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。なお、この実施の形態では、圧力センサチップを符号１１Ａで示し、図２１に示された圧力センサチップ１１と区別する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a first embodiment (Embodiment 1) of a pressure sensor chip according to the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 21 denote the same or equivalent components as those described with reference to FIG. 21, and the description thereof will be omitted. In this embodiment, the pressure sensor chip is denoted by
この圧力センサチップ１１Ａにおいて、ストッパ部材１１−２（下側のストッパ部材）の曲面状の凹部１１−２ａの頂部には、ストッパ部材１１−２を貫いて導圧孔１１−２ｄが設けられている。この導圧孔１１−２ｄの孔形状は、すなわちストッパ部材１１−２を貫く方向から見た孔形状（平面形状）は、十字形とされている。
In this
図２にストッパ部材１１−２の導圧孔１１−２ｄの孔形状を示す。導圧孔１１−２ｄは、この孔形状でストッパ部材１１−２を貫いて、曲面状の凹部１１−２ａの頂部に開口している。 FIG. 2 shows the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d of the stopper member 11-2. The pressure guide hole 11-2d penetrates the stopper member 11-2 in this hole shape and opens at the top of the curved recess 11-2a.
この導圧孔１１−２ｄの孔形状は、十字形の中心に位置する孔を中心部分Ｈ０と、この中心部分Ｈ０の外縁から連続して四方（中心から外方向）に延びた４つの孔を延伸部分Ｈ１〜Ｈ４とから構成されている。導圧孔１１−２ｄの孔形状は、この他にも種々考えられるが、この十字形の孔形状の導圧孔１１−２ｄを導圧孔１１−２ｄ１として他と区別する。 The hole shape of the pressure guide hole 11-2d includes a hole located at the center of the cross shape as a central portion H0 and four holes extending from the outer edge of the central portion H0 in four directions (outward from the center). It is comprised from extending | stretching part H1-H4. Various other shapes of the pressure guide hole 11-2d are conceivable, but the cross-shaped pressure guide hole 11-2d is distinguished from others as the pressure guide hole 11-2d1.
この導圧孔１１−２ｄ１の孔形状において、延伸部分Ｈ１〜Ｈ４の延伸方向を導圧孔１１−２ｄ１の孔形状の径方向、延伸部分Ｈ１〜Ｈ４の延伸方向に直交する方向を導圧孔１１−２ｄ１の孔形状の幅方向とした場合、導圧孔１１−２ｄ１の孔形状の幅方向の長さ（以下、単に孔形状の幅という。）Ｗは２５μｍ、導圧孔１１−２ｄ１の孔形状の径方向の長さ（以下、単に孔形状の長さという。）Ｌは３００μｍとされている。なお、図２には、導圧孔１１−２ｄの孔形状に対して、この孔形状に外接する円を仮想的に１点鎖線で示している。 In the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d1, the extending direction of the extending portions H1 to H4 is the radial direction of the hole shape of the guiding hole 11-2d1, and the direction orthogonal to the extending direction of the extending portions H1 to H4 is the guiding hole. When the width direction of the hole shape of 11-2d1 is taken, the length in the width direction of the pressure guide hole 11-2d1 (hereinafter simply referred to as the hole shape width) W is 25 μm, and the pressure guide hole 11-2d1 The length of the hole shape in the radial direction (hereinafter simply referred to as the length of the hole shape) L is 300 μm. In FIG. 2, a circle circumscribing the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d is virtually indicated by a one-dot chain line.
この導圧孔１１−２ｄ１の孔形状において、導圧孔１１−２ｄ１の中心部分Ｈ０を導圧孔１１−２ｄ１の孔形状の幅Ｗと等しい直径Ｒの円（中心円）と考えた場合（Ｒ＝Ｗ）、この中心部分Ｈ０の外縁から連続して四方に延びた延伸部分Ｈ１〜Ｈ４は、直径Ｒの円の外周の１８０゜の円弧を外縁の一部として延びた形とされていると言える。この場合、延伸部分Ｈ１〜Ｈ４の幅、すなわち導圧孔１１−２ｄ１の孔形状の幅Ｗは、中心部分Ｈ０の外縁の幅（中心円の直径Ｒ）と等しい（Ｗ＝Ｒ）。 In the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d1, when the central portion H0 of the pressure guiding hole 11-2d1 is considered as a circle (center circle) having a diameter R equal to the width W of the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d1 ( R = W), the extending portions H1 to H4 extending continuously in four directions from the outer edge of the central portion H0 have a shape extending as a part of the outer edge of a 180 ° arc on the outer periphery of the circle having the diameter R. It can be said. In this case, the width of the extending portions H1 to H4, that is, the width W of the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d1, is equal to the width of the outer edge of the central portion H0 (the diameter R of the central circle) (W = R).
図３に、この導圧孔１１−２ｄ１の孔形状と、図２１に示した小径の孔径φ２（φ２＝２５μｍ）とした導圧孔１１−２ｂ’の孔形状との比較を示す。この比較から分かるように、本実施の形態の圧力センサチップ１１Ａにおいて、ストッパ部材１１−２に形成されている導圧孔１１−２ｄ１は、導圧孔１１−２ｂ’の孔径φ２と等しい中心部分Ｈ０に加え、この孔径φ２と同幅で伸びた延伸部分Ｈ１〜Ｈ４を有している。
FIG. 3 shows a comparison between the hole shape of the pressure guide hole 11-2d1 and the hole shape of the pressure guide hole 11-2b ′ having the small diameter φ2 (φ2 = 25 μm) shown in FIG. As can be seen from this comparison, in the
この圧力センサチップ１１Ａにおいて、測定圧Ｐ１を高圧側の測定圧とし、測定圧Ｐ２を低圧側の測定圧とした場合、センサダイアフラム１１−１の他方の面１１−１ｂに高圧側の測定圧Ｐ１がかかると、センサダイアフラム１１−１はストッパ部材１１−２側に撓み、ストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−２ａに着底する。
In the
このストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−２ａには導圧孔１１−２ｄ１が開口している。このストッパ部材１１−２の導圧孔１１−２ｄ１の孔形状は、図２に示されるように、幅Ｗ＝２５μｍ、長さＬ＝３００μｍの十字形とされ、導圧孔１１−２ｄ１の中心に位置する中心部分Ｈ０と、この中心部分Ｈ０の外縁から連続して四方に延びた延伸部分Ｈ１〜Ｈ４とから構成されている。 A pressure guide hole 11-2d1 is opened in the curved concave portion 11-2a of the stopper member 11-2. As shown in FIG. 2, the hole shape of the pressure guide hole 11-2d1 of the stopper member 11-2 is a cross shape having a width W = 25 μm and a length L = 300 μm, and the center of the pressure guide hole 11-2d1. The central portion H0 is located at the center, and the extending portions H1 to H4 are continuously extended in four directions from the outer edge of the central portion H0.
この導圧孔１１−２ｄ１の孔形状において、幅Ｗは耐圧に寄与し、幅Ｗを小さくすることによって耐圧が高められる。これに対し、長さＬは応答性と加工性に寄与し、長さＬを大きくすることによって応答性と加工性が高められる。 In the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d1, the width W contributes to the pressure resistance, and the pressure resistance is increased by reducing the width W. On the other hand, the length L contributes to responsiveness and workability, and by increasing the length L, the responsiveness and workability are enhanced.
すなわち、この導圧孔１１−２ｄ１の孔形状において、その幅Ｗは図２３に示した導圧孔１１−２ｂ’の孔径φ２と同じ２５μｍとされているので、孔径φ２の導圧孔１１−２ｂ’を設けた場合と同程度の耐圧が得られる。また、中心部分Ｈ０に延伸部分Ｈ１〜Ｈ４が加わることにより、低圧側の測定圧Ｐ２の受圧面積が増え、応答速度の劣化が緩和される。また、アスペクト比（孔の深さ／孔の径）が低くなり、導圧孔１１−２ｄ１を作り易くなる。 That is, in the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d1, its width W is 25 μm, which is the same as the hole diameter φ2 of the pressure guiding hole 11-2b ′ shown in FIG. A breakdown voltage comparable to that obtained when 2b ′ is provided is obtained. Further, by adding the extending portions H1 to H4 to the central portion H0, the pressure receiving area of the measurement pressure P2 on the low pressure side is increased, and the deterioration of the response speed is alleviated. Further, the aspect ratio (hole depth / hole diameter) becomes low, and the pressure guide hole 11-2d1 can be easily formed.
このようにして、本実施の形態の圧力センサチップ１１Ａでは、ストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−２ａに開口する導圧孔１１−２ｄ１の孔形状の幅Ｗを小さくすることにより耐圧が高められ、長さＬを大きくすることにより応答性と加工性が高められるものとなり、加工性、応答速度の劣化を緩和、抑制しつつ、飛躍的な耐圧向上を達成することができるようになる。
In this manner, in the
なお、上述においては、導圧孔１１−２ｄ１の中心部分Ｈ０を導圧孔１１−２ｄ１の孔形状の幅Ｗと等しい直径Ｒの円と考えたが、延伸部分Ｈ１〜Ｈ４の角部に接する直径Ｒの円（中心円）を導圧孔１１−２ｄ１の中心部分Ｈ０と考えることもできる（図４参照）。この場合、中心部分Ｈ０の外縁から連続して四方に伸びる延伸部分Ｈ１〜Ｈ４は、直径Ｒの円の外周の９０゜の円弧を外縁の一部として伸びた形とされていると言える。この場合、延伸部分Ｈ１〜Ｈ４の幅、すなわち導圧孔１１−２ｄ１の孔形状の幅Ｗは、中心部分Ｈ０の外縁の幅（中心円の直径Ｒ）よりも小さい（Ｗ＜Ｒ）。 In the above description, the central portion H0 of the pressure guiding hole 11-2d1 is considered as a circle having a diameter R equal to the width W of the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d1, but is in contact with the corners of the extending portions H1 to H4. A circle having a diameter R (center circle) can also be considered as the central portion H0 of the pressure guide hole 11-2d1 (see FIG. 4). In this case, it can be said that the extending portions H1 to H4 extending continuously in four directions from the outer edge of the central portion H0 are formed so that a 90 ° arc on the outer periphery of a circle having a diameter R extends as a part of the outer edge. In this case, the width of the extending portions H1 to H4, that is, the width W of the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d1, is smaller than the width of the outer edge of the central portion H0 (the diameter R of the central circle) (W <R).
また、上述においては、導圧孔１１−２ｄ１の中心部分Ｈ０を直径Ｒの円と考えたが、導圧孔１１−２ｄ１の中心部分Ｈ０を一辺の長さがＷの正方形と考えることもできる（図５参照）。この場合、中心部分Ｈ０の外縁から連続して四方に伸びる延伸部分Ｈ１〜Ｈ４は、一辺の長さがＷの正方形の辺を外縁の一部として延びた形とされていると言える。この場合、延伸部分Ｈ１〜Ｈ４の幅、すなわち導圧孔１１−２ｄ１の孔形状の幅Ｗは、中心部分Ｈ０の外縁の幅（正方形の一辺の長さＷ）と等しい。 In the above description, the central portion H0 of the pressure guiding hole 11-2d1 is considered as a circle having a diameter R. However, the central portion H0 of the pressure guiding hole 11-2d1 can also be considered as a square having a side length of W. (See FIG. 5). In this case, it can be said that the extending portions H1 to H4 extending continuously in four directions from the outer edge of the central portion H0 are formed in such a manner that a square side having a side length of W extends as a part of the outer edge. In this case, the width of the extending portions H1 to H4, that is, the width W of the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d1, is equal to the width of the outer edge of the central portion H0 (the length W of one side of the square).
また、この圧力センサ１１Ａでは、導圧孔１１−２ｄの孔形状を十字形としたが、図６に示すようなＹ字形の孔形状としてもよい。このＹ字形の孔形状とした導圧孔１１−２ｄ（１１−２ｄ２）において、導圧孔１１−２ｄ２の中心部分Ｈ０を延伸部分Ｈ１〜Ｈ３の角部に接する直径Ｒの円（中心円）と考えた場合、この中心部分Ｈ０の外縁から連続して三方に延びた延伸部分Ｈ１〜Ｈ３は、直径Ｒの円の外周の１２０゜の円弧を外縁の一部として延びた形とされていると言える。この場合、延伸部分Ｈ１〜Ｈ３の幅、すなわち導圧孔１１−２ｄ２の孔形状の幅Ｗは、中心部分Ｈ０の外縁の幅（中心円の直径Ｒ）よりも小さい（Ｗ＜Ｒ）。
In this
また、Ｙ字形の孔形状の導圧孔１１−２ｄ２とした場合、その中心部分Ｈ０を一辺の長さがＷの正三角形と考えることもできる（図７参照）。この場合、中心部分Ｈ０の外縁から連続して三方に伸びる延伸部分Ｈ１〜Ｈ３は、一辺の長さがＷの正三角形の辺を外縁の一部として延びた形とされていると言える。この場合、延伸部分Ｈ１〜Ｈ３の幅、すなわち導圧孔１１−２ｄ２の孔形状の幅Ｗは、中心部分Ｈ０の外縁の幅（正三角形の一辺の長さＷ）と等しい。 Moreover, when it is set as the Y-shaped hole-shaped pressure guide hole 11-2d2, the center portion H0 can be considered as an equilateral triangle having a side length of W (see FIG. 7). In this case, it can be said that the extending portions H1 to H3 extending continuously in three directions from the outer edge of the central portion H0 have a shape in which a side of an equilateral triangle whose one side is W extends as a part of the outer edge. In this case, the width of the extending portions H1 to H3, that is, the width W of the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d2, is equal to the width of the outer edge of the central portion H0 (the length W of one side of the equilateral triangle).
また、上述においては、導圧孔１１−２ｄ１の孔形状における延伸部分Ｈ１〜Ｈ４の幅を延伸方向の始端から終端まで同じ幅としたが、図８に示す導圧孔１１−２（１１−２ｄ３）のように、延伸方向の始端から終端に向かって細くするようにしてもよい。この導圧孔１１−２ｄ３において、その中心部分Ｈ０を直径Ｒの円（中心円）と考えた場合、この中心部分Ｈ０の外縁から連続して四方に延びた延伸部分Ｈ１〜Ｈ４は、その最大幅が中心部分Ｈ０の外縁の幅（中心円の直径Ｒ）以下とされている。 In the above description, the width of the extending portions H1 to H4 in the hole shape of the pressure guiding hole 11-2d1 is the same width from the start end to the end in the stretching direction, but the pressure guiding hole 11-2 (11− shown in FIG. As in 2d3), it may be made narrower from the beginning to the end in the stretching direction. In the pressure guiding hole 11-2d3, when the central portion H0 is considered to be a circle having a diameter R (central circle), the extended portions H1 to H4 continuously extending from the outer edge of the central portion H0 are The width is substantially equal to or smaller than the width of the outer edge of the central portion H0 (the diameter R of the central circle).
また、図２に示した導圧孔１１−２ｄ１では中心部分Ｈ０に対して４つの延伸部分Ｈ１〜Ｈ４を、図６に示した導圧孔１１−２ｄ２では中心部分Ｈ０に対して３つの延伸部分Ｈ１〜Ｈ３を設けたが、中心部分Ｈ０に対する延伸部分は１つ以上あればよい。また、中心部分Ｈ０の形状は、上述したように考え方で異なるが、また、延伸部分の形状も種々考えられるが、延伸部分が中心部分Ｈ０の外縁の一部から連続して延びること、延伸部分の幅の最大幅が中心部分Ｈ０の外縁の幅以下であることを条件とし、この条件を満足すれば、どのような形状であっても構わない。 Further, in the pressure guiding hole 11-2d1 shown in FIG. 2, four extending portions H1 to H4 are formed with respect to the central portion H0, and in the pressure guiding hole 11-2d2 shown in FIG. 6, three extending portions are formed with respect to the central portion H0. Although the portions H1 to H3 are provided, it is sufficient that there is one or more extending portions with respect to the central portion H0. Further, the shape of the central portion H0 differs depending on the concept as described above, and various shapes of the extended portion are also conceivable. However, the extended portion continuously extends from a part of the outer edge of the central portion H0, and the extended portion. As long as the maximum width is equal to or less than the width of the outer edge of the central portion H0, any shape can be used as long as this condition is satisfied.
〔実施の形態２〕
上述した実施の形態１では、測定圧Ｐ１を高圧側の測定圧とし、測定圧Ｐ２を低圧側の測定圧とした。センサダイアフラム１１−１上で高圧側の測定圧を受ける面が必ず決まっている場合には、図１に示されるように、センサダイアフラム１１−１の他方の面１１−１ｂを高圧側の測定圧Ｐ１の受圧面とし、一方の面１１−１ａを低圧側の測定圧Ｐ２の受圧面とする。
[Embodiment 2]
In the first embodiment described above, the measurement pressure P1 is the high-pressure side measurement pressure, and the measurement pressure P2 is the low-pressure side measurement pressure. When the surface on the sensor diaphragm 11-1 that receives the high pressure side measurement pressure is always determined, as shown in FIG. 1, the other surface 11-1b of the sensor diaphragm 11-1 is connected to the high pressure side measurement pressure. The pressure receiving surface is P1, and one surface 11-1a is the pressure receiving surface of the low-pressure measurement pressure P2.
これに対し、センサダイアフラム１１−１上で高圧側の測定圧を受ける面が決まっていないような場合には、図９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１１−３の曲面状の凹部１１−３ａの頂部に形成する導圧孔１１−３ｄについても、ストッパ部材１１−２側の導圧孔１１−２ｄと同様の孔形状とする。
On the other hand, when the surface that receives the high-pressure measurement pressure is not determined on the sensor diaphragm 11-1, as shown as the
この圧力センサチップ１１Ｂにおいて、測定圧Ｐ１を低圧側の測定圧とし、測定圧Ｐ２を高圧側の測定圧とした場合、センサダイアフラム１１−１の一方の面１１−１ａに高圧側の測定圧Ｐ２がかかると、センサダイアフラム１１−１はストッパ部材１１−３側に撓み、ストッパ部材１１−３の曲面状の凹部１１−３ａに着底する。このストッパ部材１１−３の曲面状の凹部１１−３ａには、ストッパ部材１１−２側の導圧孔１１−２ｄと同様の孔形状の導圧孔１１−３ｄが開口している。
In the
これにより、ストッパ部材１１−２側の導圧孔１１−２ｄと同様にして、ストッパ部材１１−３側の導圧孔１１−３ｄにおいても、ストッパ部材１１−３の曲面状の凹部１１−３ａに開口する導圧孔１１−３ｄの孔形状の幅Ｗを小さくすることによって耐圧が高められ、長さＬを大きくすることによって応答性と加工性が高められるものとなる。 Thus, similarly to the pressure guide hole 11-2d on the stopper member 11-2 side, the curved concave portion 11-3a of the stopper member 11-3 also on the pressure guide hole 11-3d on the stopper member 11-3 side. The pressure resistance is increased by reducing the width W of the hole shape of the pressure guide hole 11-3d that is open to the surface, and the responsiveness and workability are increased by increasing the length L.
〔実施の形態３〕
図１０に実施の形態３の圧力センサチップ１１Ｃを示す。この圧力センサチップ１１Ｃにおいて、ストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−２ａの底面上には、 複数の凸部（柱）１２が離散的に形成されており（図１１参照）、この複数の凸部１２と凸部１２との間の通路（溝）１３が導圧孔１１−２ｄの周部とストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−２ａの周端部１４との間の連通路とされている。この例において、凸部１２は円柱状とされているが、図１２に示すように、六角柱状とするなどしてもよい。
[Embodiment 3]
FIG. 10 shows a pressure sensor chip 11C according to the third embodiment. In the pressure sensor chip 11C, a plurality of convex portions (columns) 12 are discretely formed on the bottom surface of the curved concave portion 11-2a of the stopper member 11-2 (see FIG. 11). The passage (groove) 13 between the
凸部１２を円柱状とする場合には、図１１に示すように、曲面状の凹部１１−２ａの頂部（凸部１２と凸部１２との間の通路１３上）に、十字形の孔形状の導圧孔１１−２ｄ１を開口させる。凸部１２を六角柱状とする場合には、図１２に示すように、曲面状の凹部１１−２ａの頂部（凸部１２と凸部１２との間の通路１３上）に、Ｙ字形の孔形状の導圧孔１１−２ｄ２を開口させる。
When the
この圧力センサチップ１１Ｃにおいて、測定圧Ｐ１を高圧側の測定圧とし、測定圧Ｐ２を低圧側の測定圧とした場合、センサダイアフラム１１−１の他方の面１１−１ｂに高圧側の測定圧Ｐ１がかかると、センサダイアフラム１１−１はストッパ部材１１−２側に撓み、ストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−２ａに着底する。 In this pressure sensor chip 11C, when the measurement pressure P1 is the high-pressure measurement pressure and the measurement pressure P2 is the low-pressure measurement pressure, the high-pressure measurement pressure P1 is applied to the other surface 11-1b of the sensor diaphragm 11-1. As a result, the sensor diaphragm 11-1 bends to the stopper member 11-2 side and reaches the bottom of the curved concave portion 11-2a of the stopper member 11-2.
このセンサダイアフラム１１−１が着底するストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−２ａには、複数の凸部１２が離散的に形成されており、この複数の凸部１２と凸部１２との間の通路１３が導圧孔１１−２ｄの周部とストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−２ａの周端部１４との間の連通路とされている。
A plurality of
このストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−２に形成された複数の凸部１２は、センサダイアフラム１１−１が変位して当該センサダイアフラム１１−１がその凸部１２の上面に接触した状態でも、導圧孔１１−２ｄの周部とストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−２ａの周端部１４との間の連通状態を保つ。
In the plurality of
この圧力センサチップ１１Ｃでは、連通状態が保たれる複数の凸部１２と凸部１２との間の通路１３が圧力伝達媒体として封入されているオイルの逃げ道となるため、センサダイアフラム１１−１とストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−２ａとの間にオイルが取り残されることによるセンサダイアフラム１１−１の異常変形を回避することが可能となる。
In this pressure sensor chip 11C, the
また、センサダイアフラム１１−１へ測定圧Ｐ２を導く導圧孔１１−２ｄだけではなく、曲面状の凹部１１−２ａの底面全体に形成される複数の凸部１２と凸部１２との間の通路１３にオイルが残るため、センサダイアフラム１１−１の剥離性が向上する。また、曲面状の凹部１１−２ａの底面全体に形成される複数の凸部１２と凸部１２との間の通路１３を通してセンサダイアフラム１１−１のエッジ付近（微少ギャップ付近）までオイルを侵入させることが可能となるため、オイルの封入性が向上する。
Further, not only between the pressure guide hole 11-2d for guiding the measurement pressure P2 to the sensor diaphragm 11-1, but also between the plurality of
なお、この圧力センサチップ１１Ｃでは、曲面状の凹部１１−２ａの頂部にのみ導圧孔１１−２ｄを形成するようにしたが、曲面状の凹部１１−２ａの頂部以外の位置にも同様の導圧孔１１−２ｄを形成するようにしてもよい。この場合、他の導圧孔１１−２ｄも曲面状の凹部１１−２ａの頂部に形成する導圧孔１１−２ｄと同様、凸部１２と凸部１２との間の通路１３上に開口させるようにする。図１３に凸部１２を円柱状とした曲面状の凹部１１−２ａに十字形の孔形状とした複数の導圧孔１１−２ｄ１を形成した例を示す。図１４に凸部１２を六角柱状とした曲面状の凹部１１−２ａにＹ字形の孔形状とした複数の導圧孔１１−２ｄ２を形成した例を示す。
In this pressure sensor chip 11C, the pressure guide hole 11-2d is formed only at the top of the curved concave portion 11-2a, but the same applies to positions other than the top of the curved concave portion 11-2a. The pressure guiding hole 11-2d may be formed. In this case, the other pressure guiding holes 11-2d are also opened on the
〔実施の形態４〕
上述した実施の形態３では、測定圧Ｐ１を高圧側の測定圧とし、測定圧Ｐ２を低圧側の測定圧とした。センサダイアフラム１１−１上で高圧側の測定圧を受ける面が必ず決まっている場合には、図１０に示されるように、センサダイアフラム１１−１の他方の面１１−１ｂを高圧側の測定圧Ｐ１の受圧面とし、一方の面１１−１ａを低圧側の測定圧Ｐ２の受圧面とする。
[Embodiment 4]
In
これに対し、センサダイアフラム１１−１上で高圧側の測定圧を受ける面が決まっていないような場合には、図１５に実施の形態４の圧力センサチップ１１Ｄとして示すように、ストッパ部材１１−３の曲面状の凹部１１−３ａの底面上にも、 ストッパ部材１１−２の曲面状の凹部１１−３ａと同様にして、複数の凸部（柱）１２を離散的に形成し、この複数の凸部１２と凸部１２との間の通路（溝）１３を導圧孔１１−３ｄの周部とストッパ部材１１−３の曲面状の凹部１１−３ａの周端部１４との間の連通路とする。
On the other hand, when the surface that receives the high-pressure measurement pressure is not determined on the sensor diaphragm 11-1, the stopper member 11- is shown in FIG. 15 as the
また、凸部１２を円柱状とする場合には、図１６に示すように、曲面状の凹部１１−３ａの頂部（凸部１２と凸部１２との間の通路１３上）に、十字形の孔形状の導圧孔１１−３ｄ１を開口させる。凸部１２六角柱状とする場合には、図１７に示すように、曲面状の凹部１１−３ａの頂部（凸部１２と凸部１２との間の通路１３上）に、Ｙ字形の孔形状の導圧孔１１−３ｄ２を開口させる。
Moreover, when the
この圧力センサチップ１１Ｄにおいて、測定圧Ｐ１を低圧側の測定圧とし、測定圧Ｐ２を高圧側の測定圧とした場合、センサダイアフラム１１−１の一方の面１１−１ａに高圧側の測定圧Ｐ２がかかると、センサダイアフラム１１−１はストッパ部材１１−３側に撓み、ストッパ部材１１−３の曲面状の凹部１１−３ａに着底する。
In the
このセンサダイアフラム１１−１が着底するストッパ部材１１−３の曲面状の凹部１１−３ａには、複数の凸部１２が離散的に形成されており、この複数の凸部１２と凸部１２との間の通路１３が導圧孔１１−３ｄの周部とストッパ部材１１−３の曲面状の凹部１１−３ａの周端部１４との間の連通路とされている。このストッパ部材１１−３の曲面状の凹部１１−３に形成された複数の凸部１２は、センサダイアフラム１１−１が変位して当該センサダイアフラム１１−１がその凸部１２の上面に接触した状態でも、導圧孔１１−３ｄの周部とストッパ部材１１−３の曲面状の凹部１１−３ａの周端部１４との間の連通状態を保つ。
A plurality of
この圧力センサチップ１１Ｄでも、圧力センサチップ１１Ｃと同様、連通状態が保たれる複数の凸部１２と凸部１２との間の通路１３が圧力伝達媒体として封入されているオイルの逃げ道となるため、センサダイアフラム１１−１とストッパ部材１１−３の曲面状の凹部１１−３ａとの間にオイルが取り残されることによるセンサダイアフラム１１−１の異常変形を回避することが可能となる。
Also in this
また、センサダイアフラム１１−１へ測定圧Ｐ１を導く導圧孔１１−３ｄだけではなく、曲面状の凹部１１−３ａの底面全体に形成される複数の凸部１２と凸部１２との間の通路１３にオイルが残るため、センサダイアフラム１１−１の剥離性が向上する。また、曲面状の凹部１１−３ａの底面全体に形成される複数の凸部１２と凸部１２との間の通路１３を通してセンサダイアフラム１１−１のエッジ付近（微少ギャップ付近）までオイルを侵入させることが可能となるため、オイルの封入性が向上する。
Further, not only between the pressure guiding hole 11-3d for guiding the measurement pressure P1 to the sensor diaphragm 11-1, but also between the plurality of
このように、この圧力センサチップ１１Ｄでは、センサダイアフラム１１−１のどちらの面が高圧側の測定圧の受圧面となっても、その底面上に複数の凸部１２が離散的に形成されているストッパ部材１１−２，１１−３の凹部１１−２ａ，１１−３ａにセンサダイアフラム１１−１を着底させるようにすることができ、複数の凸部１２と凸部１２との間の通路１３をオイルの逃げ道として、センサダイアフラム１１−１の異常変形を回避することが可能となる。また、センサダイアフラム１１−１のとちらの面でも、センサダイアフラム１１−１の剥離性や圧力伝達媒体の封入性を向上させることが可能となる。
As described above, in this
なお、この圧力センサチップ１１Ｄにおいても、曲面状の凹部１１−３ａの頂部以外の位置にも同様の導圧孔１１−３ｄを形成するようにしてもよい。この場合、他の導圧孔１１−３ｄも曲面状の凹部１１−３ａの頂部に形成する導圧孔１１−３ｄと同様、凸部１２と凸部１２との間の通路１３上に開口させるようにすることは言うまでもない。
In the
〔実施の形態５〕
図１８に実施の形態５の圧力センサチップ１１Ｅを示す。この圧力センサチップ１１Ｅにおいて、ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃは、センサダイアフラム１１−１の一方の面１１−１ａと対面する領域Ｓ１のうち、外周側の領域Ｓ１ａがセンサダイアフラム１１−１の一方の面１１−１ａとの接合領域とされ、内周側の領域Ｓ１ｂがセンサダイアフラム１１−１の一方の面１１−１ａとの非接合領域とされている。また、ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃは、センサダイアフラム１１−１の他方の面１１−１ｂと対面する領域Ｓ２のうち、外周側の領域Ｓ２ａがセンサダイアフラム１１−１の他方の面１１−１ｂとの接合領域とされ、内周側の領域Ｓ２ｂがセンサダイアフラム１１−１の他方の面１１−１ｂとの非接合領域とされている。
[Embodiment 5]
FIG. 18 shows a
ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃの外周側の領域Ｓ１ａは、センサダイアフラム１１−１の一方の面１１−１ａに直接接合されることによって接合領域とされ、ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃの外周側の領域Ｓ２ａは、センサダイアフラム１１−１の他方の面１１−１ｂに直接接合されることによって接合領域とされている。以下、ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃの外周側の領域Ｓ１ａを接合領域Ｓ１ａと呼び、ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃの外周側の領域Ｓ２ａを接合領域Ｓ２ａと呼ぶ。 A region S1a on the outer peripheral side of the peripheral edge portion 11-2c of the stopper member 11-2 is directly bonded to one surface 11-1a of the sensor diaphragm 11-1 to be a bonding region, and the peripheral edge of the stopper member 11-3. The region S2a on the outer peripheral side of the portion 11-3c is a joining region by being directly joined to the other surface 11-1b of the sensor diaphragm 11-1. Hereinafter, the outer peripheral side region S1a of the peripheral portion 11-2c of the stopper member 11-2 is referred to as a joining region S1a, and the outer peripheral side region S2a of the peripheral portion 11-3c of the stopper member 11-3 is referred to as a joining region S2a.
ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃの内周側の領域Ｓ１ｂは、プラズマや薬液などにより表面を荒らすなどして、センサダイアフラム１１−１の一方の面１１−１ａに接してはいるが、接合はされてない非接合領域とされている。ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃの内周側の領域Ｓ２ｂも、プラズマや薬液などにより表面を荒らすなどして、センサダイアフラム１１−１の他方の面１１−１ｂに接してはいるが、接合はされてない非接合領域とされている。以下、ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃの内周側の領域Ｓ１ｂを非接合領域Ｓ１ｂと呼び、ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃの内周側の領域Ｓ２ｂを非接合領域Ｓ２ｂと呼ぶ。 The region S1b on the inner peripheral side of the peripheral edge portion 11-2c of the stopper member 11-2 is in contact with one surface 11-1a of the sensor diaphragm 11-1 by roughening the surface with plasma or a chemical solution. The non-bonded region is not bonded. The region S2b on the inner peripheral side of the peripheral edge portion 11-3c of the stopper member 11-3 is also in contact with the other surface 11-1b of the sensor diaphragm 11-1 by roughening the surface with plasma or a chemical solution. The non-bonded region is not bonded. Hereinafter, the region S1b on the inner peripheral side of the peripheral portion 11-2c of the stopper member 11-2 is referred to as a non-joined region S1b, and the region S2b on the inner peripheral side of the peripheral portion 11-3c of the stopper member 11-3 is referred to as a non-joined region. Called S2b.
そして、センサダイアフラム１１−１の下面の非接合領域Ｓ１ｂより更に内側がセンサダイアフラム１１−１の感圧領域Ｄ１であり、同様に、センサダイアフラム１１−１の上面の非接合領域Ｓ２ｂより更に内側がセンサダイアフラム１１−１の感圧領域Ｄ２である。感圧領域Ｄ１ではストッパ部材１１−２に対向する面に一方の測定圧Ｐ２がかかるとともに、感圧領域Ｄ２ではストッパ部材１１−３に対向する面にもう一方の測定圧Ｐ１がかかる。なお、感圧領域Ｄ１及びＤ２の直径がセンサダイアフラム１１−１の有効径である。 Further, the inner side of the non-bonded region S1b on the lower surface of the sensor diaphragm 11-1 is the pressure-sensitive region D1 of the sensor diaphragm 11-1, and similarly, the inner side of the non-bonded region S2b of the upper surface of the sensor diaphragm 11-1 is further on. This is the pressure sensitive region D2 of the sensor diaphragm 11-1. In the pressure sensitive region D1, one measured pressure P2 is applied to the surface facing the stopper member 11-2, and in the pressure sensitive region D2, the other measured pressure P1 is applied to the surface facing the stopper member 11-3. The diameters of the pressure sensitive regions D1 and D2 are the effective diameters of the sensor diaphragm 11-1.
この圧力センサチップ１１Ｅにおいて、測定圧Ｐ１を高圧側の測定圧とし、測定圧Ｐ２を低圧側の測定圧とした場合、センサダイアフラム１１−１の上面の感圧領域Ｄ２に高圧側の測定圧Ｐ１がかかると、センサダイアフラム１１−１はストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃとの非接合領域Ｓ１ｂでストッパ部材１１−２から拘束による過渡な引っ張り応力が生じることなく撓むことができるので、この部分に生じる応力が低減されるものとなる。
In the
また、この圧力センサチップ１１Ｅにおいて、測定圧Ｐ２を高圧側の測定圧とし、測定圧Ｐ１を低圧側の測定圧とした場合、センサダイアフラム１１−１の下面の感圧領域Ｄ１に高圧側の測定圧Ｐ２がかかると、センサダイアフラム１１−１はストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃとの非接合領域Ｓ２ｂでストッパ部材１１−３から拘束による過渡な引っ張り応力が生じることなく撓むことができるので、この部分に生じる応力が低減されるものとなる。
Further, in this
このようにして、実施の形態５の圧力センサチップ１１Ｅでは、実施の形態４の圧力センサチップ１１Ｄの効果に加えて、センサダイアフラム１１の拘束による応力発生を低減させ、期待される耐圧を確保することができるようになるという効果を奏する。更に、この圧力センサチップ１１Ｅでは、ストッパ部材１１−２，１１−３の凹部１１−２ａ，１１−３ａの開口サイズのズレによるセンサダイアフラム１１−１の拘束箇所の位置ずれが解消されるため、これによる応力増加および着底異常による応力発生についても大幅に改善されるものとなる。
In this way, in the
なお、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. However, a capacitive sensor chip may be used. 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。また、各実施の形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
[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. Each embodiment can be implemented in any combination within a consistent range.
本発明は、工業用の差圧センサに用いる圧力センサチップとして利用することができる。 The present invention can be used as a pressure sensor chip used for an industrial differential pressure sensor.
１１Ａ〜１１Ｄ…圧力センサチップ、１１−１…センサダイアフラム、１１−１ａ…一方の面、１１−２ｂ…他方の面、１１−２，１１−３…ストッパ部材、１１−２ａ，１１−３ａ…凹部、１１−２ｃ，１１−３ｃ…周縁面、１１−２ｄ（１１−２ｄ１，１１−２ｄ２），１１−３ｄ（１１−３ｄ１，１１−３ｄ２）…圧力導入孔（導圧孔）、１１−４，１１−５…台座、１１−４ａ，１１−５ａ…圧力導入孔（導圧孔）、１２…凸部（柱）、１３…通路（溝）、１４…周端部、Ｈ０…中心部分、Ｈ１〜Ｈ４…延伸部分。 11A to 11D ... Pressure sensor chip, 11-1 ... Sensor diaphragm, 11-1a ... One surface, 11-2b ... The other surface, 11-2, 11-3 ... Stopper member, 11-2a, 11-3a ... Recessed part, 11-2c, 11-3c ... peripheral surface, 11-2d (11-2d1, 11-2d2), 11-3d (11-3d1, 11-3d2) ... pressure introduction hole (pressure guide hole), 11- 4, 11-5: Pedestal, 11-4a, 11-5a: Pressure introducing hole (pressure introducing hole), 12: Convex portion (column), 13: Passage (groove), 14 ... Circumferential end, H0 ... Central portion , H1 to H4 ... stretched portions.
Claims (5)
前記第１の保持部材は、
前記センサダイアフラムに過大圧が印加された時の当該センサダイアフラムの過度な変位を阻止するそのセンサダイアフラムの変位に沿った曲面状の凹部を備え、
前記第１の保持部材の導圧孔は、
前記第１の保持部材を貫いて前記第１の保持部材の曲面状の凹部に開口し、
前記第１の保持部材の導圧孔の前記第１の保持部材を貫く方向から見た孔形状は、
前記第１の保持部材の導圧孔の中心に位置する中心部分とこの中心部分の外縁の一部から連続して中心から外方向に延びた１つ以上の延伸部分とを備えた形状とされ、
前記第１の保持部材の導圧孔の孔形状の延伸部分の延伸方向に直交する方向の最大幅は、
前記第１の保持部材の導圧孔の孔形状の中心部分の外縁の幅以下とされている
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, and a first pressure-guiding hole that is joined to one surface and the other surface of the sensor diaphragm with their peripheral portions facing each other and guides a measurement pressure to the sensor diaphragm. And a pressure sensor chip comprising a second holding member,
The first holding member is
A curved concave portion along the displacement of the sensor diaphragm that prevents excessive displacement of the sensor diaphragm when an excessive pressure is applied to the sensor diaphragm;
The pressure introducing hole of the first holding member is
Penetrating through the first holding member and opening into the curved concave portion of the first holding member,
The hole shape of the pressure guiding hole of the first holding member viewed from the direction penetrating the first holding member is:
The first holding member has a shape including a central portion located at the center of the pressure guiding hole and one or more extending portions extending outward from the center continuously from a part of the outer edge of the central portion. ,
The maximum width of the first holding member in the direction perpendicular to the extending direction of the extending portion of the hole-shaped extending portion of the pressure introducing hole is:
The pressure sensor chip, wherein the width is equal to or less than the width of the outer edge of the hole-shaped center portion of the pressure guiding hole of the first holding member.
前記第２の保持部材は、
前記センサダイアフラムに過大圧が印加された時の当該センサダイアフラムの過度な変位を阻止するそのセンサダイアフラムの変位に沿った曲面状の凹部を備え、
前記第２の保持部材の導圧孔は、
前記第２の保持部材を貫いて前記第２の保持部材の曲面状の凹部に開口し、
前記第２の保持部材の導圧孔の前記第２の保持部材を貫く方向から見た孔形状は、
前記第２の保持部材の導圧孔の中心に位置する中心部分とこの中心部分の外縁の一部から連続して中心から外方向に延びた１つ以上の延伸部分とから構成された形状とされ、
前記第２の保持部材の導圧孔の孔形状の延伸部分の延伸方向に直交する方向の最大幅は、
前記第２の保持部材の導圧孔の孔形状の中心部分の外縁の幅以下とされている
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 second holding member is
A curved concave portion along the displacement of the sensor diaphragm that prevents excessive displacement of the sensor diaphragm when an excessive pressure is applied to the sensor diaphragm;
The pressure introducing hole of the second holding member is
Penetrating through the second holding member and opening into the curved concave portion of the second holding member,
The hole shape of the pressure guiding hole of the second holding member viewed from the direction penetrating the second holding member is:
A shape composed of a central portion located at the center of the pressure guiding hole of the second holding member and one or more extending portions extending outward from the center continuously from a part of the outer edge of the central portion; And
The maximum width in the direction perpendicular to the extending direction of the hole-shaped extending portion of the pressure guiding hole of the second holding member is:
The pressure sensor chip, wherein the width is equal to or less than the width of the outer edge of the central portion of the hole-shaped central portion of the second holding member.
前記第１の保持部材の曲面状の凹部の底面上には、
複数の凸部が離散的に形成され、
この複数の凸部と凸部との間の通路が前記第１の保持部材の導圧孔の周部と前記第１の保持部材の曲面状の凹部の周端部との間の連通路とされ、
前記第１の保持部材の導圧孔は、
前記複数の凸部と凸部との間の通路上に開口している
ことを特徴とする圧力センサチップ。 The pressure sensor chip according to claim 1,
On the bottom surface of the curved concave portion of the first holding member,
A plurality of convex portions are formed discretely,
A passage between the plurality of convex portions and the convex portion is a communication passage between the peripheral portion of the pressure guiding hole of the first holding member and the peripheral end portion of the curved concave portion of the first holding member. And
The pressure introducing hole of the first holding member is
The pressure sensor chip, wherein the pressure sensor chip is opened on a passage between the plurality of protrusions.
前記第２の保持部材の曲面状の凹部の底面上には、
複数の凸部が離散的に形成され、
この複数の凸部と凸部との間の通路が前記第２の保持部材の導圧孔の周部と前記第２の保持部材の曲面状の凹部の周端部との間の連通路とされ、
前記第２の保持部材の導圧孔は、
前記複数の凸部と凸部との間の通路上に開口している
ことを特徴とする圧力センサチップ。 The pressure sensor chip according to claim 2,
On the bottom surface of the curved concave portion of the second holding member,
A plurality of convex portions are formed discretely,
The passage between the plurality of convex portions and the convex portion is a communication passage between the peripheral portion of the pressure guiding hole of the second holding member and the peripheral end portion of the curved concave portion of the second holding member. And
The pressure introducing hole of the second holding member is
The pressure sensor chip, wherein the pressure sensor chip is opened on a passage between the plurality of protrusions.
前記中心部分は、直径Ｒの円とされ、
前記延伸部分は、前記直径Ｒ以下の幅Ｗで前記中心部分の外縁の一部から連続して延ばされている
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 central portion is a circle having a diameter R,
The extending portion is continuously extended from a part of an outer edge of the central portion with a width W equal to or less than the diameter R. The pressure sensor chip.
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