[發(fā)明專利]壓力傳感器芯片

有效

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• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103837286A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 德田智久;瀨戶祐希
• 申請（專利權）人: 阿自倍爾株式會社
• 主分類號: G01L9/04
• 分類號: G01L9/04
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 肖華

技術領域

本發(fā)明涉及一種使用輸出與一個面以及另一個面接受到的壓力差對應的信號的傳感器隔膜的壓力傳感器芯片，例如涉及在接受壓力而位移的薄板狀的隔膜上形成電阻應變計、根據(jù)形成于隔膜上的電阻應變計的電阻值變化檢測出施加于隔膜的壓力的壓力傳感器芯片。

背景技術

以往，作為工業(yè)用的差壓傳感器，使用的是裝入了使用傳感器隔膜的壓力傳感器芯片的差壓傳感器，該傳感器隔膜輸出與一個面以及另一個面接受到的壓力差對應的信號。該差壓傳感器構成為，將施加于高壓側以及低壓側的受壓隔膜的各測量壓通過作為壓力傳遞介質的封入液引導至傳感器隔膜的一個面以及另一個面，將該傳感器隔膜的變形作為例如電阻應變計的電阻值變化進行檢測，將該電阻值變化轉換為電信號取出。

這種差壓傳感器例如被用于通過對在石油提純成套設備中的高溫反應塔等儲藏被測流體的密閉罐內(nèi)的上下兩個位置的壓差進行檢測來測量液面高度的時候等。

在圖10中示出了現(xiàn)有的差壓傳感器的概略結構。該差壓傳感器100構成為，將具有傳感器隔膜（未圖示出）的壓力傳感器芯片1裝入測量計主體2中。壓力傳感器芯片1中的傳感器隔膜由硅、玻璃等構成，在形成為薄板狀的隔膜的表面形成有電阻應變計。測量計主體2由金屬制的主體部3與傳感部4構成，在主體部3的側面設置有構成一對受壓部的阻擋隔膜（受壓隔膜）5a、5b，壓力傳感器芯片1被裝入傳感部4。

測量計主體2中，被裝入傳感部4中的壓力傳感器芯片1與設置于主體部3中的阻擋隔膜5a、5b之間通過壓力緩沖室7a、7b分別連通，該壓力緩沖室7a、7b通過大直徑的中心隔膜6隔離，在將壓力傳感器芯片1與阻擋隔膜5a、5b連接的連通路徑8a、8b中封入了硅油等壓力傳遞介質9a、9b。

另外，需要硅油等壓力介質是因為，為了防止測量介質中的異物附著于傳感器隔膜，不讓其腐蝕傳感器隔膜，需要將具有耐腐蝕性的受壓隔膜與具有應力（壓力）靈敏度的傳感器隔膜分開。

在該差壓傳感器100中，如圖11的（a）中示意性示出的穩(wěn)定狀態(tài)時的動作狀態(tài)那樣，來自過程的第一流體壓力（第一測量壓）Pa被施加于阻擋隔膜5a，來自過程的第二流體壓力（第二測量壓）Pb被施加于阻擋隔膜5b。由此，阻擋隔膜5a、5b發(fā)生位移，該施加的壓力Pa、Pb通過由中心隔膜6隔離的壓力緩沖室7a、7b，經(jīng)壓力傳遞介質9a、9b分別被引導至壓力傳感器芯片1的傳感器隔膜的一個面以及另一個面。其結果是，壓力傳感器芯片1的傳感器隔膜呈現(xiàn)出與該導入的壓力Pa、Pb的壓差ΔP相當?shù)奈灰啤?/p>

對此，例如，如果對阻擋隔膜5a施加過大壓力Pover的話，則如圖11的（b）所示，阻擋隔膜5a發(fā)生較大位移，中心隔膜6隨之吸收過大壓力Pover而發(fā)生位移。并且，如果阻擋隔膜5a著底于測量計主體2的凹部10a的底面（過大壓力保護面），該位移被限制的話，則通過阻擋隔膜5a的向傳感器隔膜的該程度以上的壓差ΔP的傳遞將被阻止。在阻擋隔膜5b上施加過大壓力Pover的情況也與在阻擋隔膜5a上施加過大壓力Pover的情況一樣，如果阻擋隔膜5b著底于測量計主體2的凹部10b的底面（過大壓力保護面），該位移被限制的話，則通過阻擋層隔膜5b的向傳感器隔膜的該程度以上的壓差ΔP的傳遞將被阻止。其結果是，因施加過大壓力Pover導致的壓力傳感器芯片1的破損，即壓力傳感器芯片1上的傳感器隔膜的破損就被防止于未然。

在該差壓傳感器100中，因為使測量計主體2中內(nèi)含有壓力傳感器芯片1，所以能夠保護壓力傳感器芯片1使其免于暴露在過程流體等外部腐蝕環(huán)境中。但是，由于采用了具有用于限制中心隔膜6和阻擋隔膜5a、5b的位移的凹部10a、10b，通過這些來保護壓力傳感器芯片1使其免于遭受過大壓力Pover的結構，因此無法避免其形狀的大型化。

因此，提出了在壓力傳感器芯片上設置第一擋塊構件以及第二擋塊構件，通過使該第一擋塊構件以及第二擋塊構件的凹部與傳感器隔膜的一個面以及另一個面相對，來阻止施加過大壓力時傳感器隔膜的過度位移，由此來防止傳感器隔膜的破損和破壞的結構（例如，參見專利文獻1）。

圖12示出了采用專利文獻1中揭示的結構的壓力傳感器芯片的概略圖。在該圖中，11-1為傳感器隔膜，11-2以及11-3為將傳感器隔膜11-1夾持并接合的第一擋塊構件以及第二擋塊構件，11-4以及11-5為與擋塊構件11-2以及11-3接合的第一基座以及第二基座。擋塊構件11-2、11-3和基座11-4、11-5由硅、玻璃等構成。