CN106104244B - 压力传感器芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明的压力传感器芯片中，在阻挡构件(11‑2)的内部的与传感器隔膜(11‑1)的受压面平行的面(PL)的一部分，设置与导压孔(11‑2b)的周部连通的非接合区域(SA)，以及与非接合区域(SA)连续的环状的槽(11‑2d)。该环状的槽(11‑2d)的、向夹着包含阻挡构件(11‑2d)的非接合区域(SA)的平面而与传感器隔膜(11‑1)相反的一侧挖入的第1槽(11‑2d1)的剖面形状包含半圆以上的圆弧，向另一侧挖入的第2槽(11‑2d2)的剖面形状包含半圆以下的圆弧。使第2槽(11‑2d2)相对于第1槽(11‑2d1)向导压孔(11‑2b)侧错开。使第1槽(11‑2d1)与第2槽(11‑2d2)相互对置的圆弧的端部错开。由此，能够防止向隔膜边缘的应力集中，确保所期待的耐压。

Description

压力传感器芯片
技术领域
本发明涉及使用传感器隔膜的压力传感器芯片，该传感器隔膜输出与在一面和另一面受到的压力差相应的信号，本发明例如涉及在受到压力而进行位移的薄板状的隔膜上形成电阻应变片、并且根据形成于隔膜的电阻应变片的电阻值变化来检测对隔膜施加的压力的压力传感器芯片。
背景技术
以往以来，作为工业用的差压传感器，使用安装有压力传感器芯片的差压传感器，该压力传感器芯片使用输出与在一面和另一面受到的压力差相应的信号的传感器隔膜。
该差压传感器构成为：通过作为压力传递介质的封入液体将对高压侧和低压侧的受压隔膜施加的各测定压力传导到传感器隔膜的一面和另一面，将该传感器隔膜的应变作为例如电阻应变片的电阻值变化来检测，并将该电阻值变化转换成电信号而取出。
这样的差压传感器在通过检测例如石油精炼工艺设备中的高温反应塔等储藏被测定流体的密闭罐内的上下两处的差压来测定液面高度等时候使用。
在图10中示出以往的差压传感器的概略构成。该差压传感器100是将具有传感器隔膜(未图示)的压力传感器芯片1安装到仪表体2中而构成的。压力传感器芯片1中的传感器隔膜由硅、玻璃等构成。在薄板状地形成的隔膜的表面形成有电阻应变片。仪表体2包括金属制的主体部3和传感器部4。在主体部3的侧面设置有构成一对受压部的屏障隔膜(受压隔膜)5a、5b。传感器部4中安装有压力传感器芯片1。
在仪表体2中，在安装到传感器部4中的压力传感器芯片1与设置于主体部3的屏障隔膜5a、5b之间，在经由被大径的中心隔膜6隔离开的压力缓冲室7a、7b而分别连通。在连接压力传感器芯片1与屏障隔膜5a、5b的连通路径8a、8b中，封入有硅油等压力传递介质9a、9b。
此外，需要硅油等压力介质的原因是为了防止计测介质中的异物对传感器隔膜的附着，以及为了将具有抗腐蚀性的受压隔膜和具有应力(压力)灵敏度的传感器隔膜分离以防止腐蚀传感器隔膜。
在该差压传感器100中，如在图11A中示意地示出稳定状态时的动作方式那样，将来自过程的第1流体压力(第1测定压力)Pa施加到屏障隔膜5a，将来自过程的第2流体压力(第2测定压力)Pb施加到屏障隔膜5b。由此，屏障隔膜5a、5b进行位移，该被施加的压力Pa、Pb经由被中心隔膜6隔离开的压力缓冲室7a、7b，通过压力传递介质9a、9b而分别被传导到压力传感器芯片1的传感器隔膜的一面和另一面。其结果，压力传感器芯片1的传感器隔膜呈现出与该被传导的压力Pa、Pb的差压ΔP相当的位移。
与此相对地，例如，当对屏障隔膜5a施加过大压力Pover时，如图11B所示，屏障隔膜5a大幅地进行位移，与此相伴地，中心隔膜6进行位移以吸收过大压力Pover。然后，当屏障隔膜5a触底于仪表体2的凹部10a的底面(过大压力保护面)而其位移被限制时，阻止经由屏障隔膜5a向传感器隔膜进一步传递差压ΔP。在对屏障隔膜5b施加过大压力Pover的情况下，也与对屏障隔膜5a施加过大压力Pover的情况同样地，当屏障隔膜5b触底于仪表体2的凹部10b的底面(过大压力保护面)而其该位移被限制时，阻止经由屏障隔膜5b向传感器隔膜进一步传递差压ΔP。其结果，将由于施加过大压力Pover所导致的压力传感器芯片1的破损、即压力传感器芯片1中的传感器隔膜的破损防止于未然。
在该差压传感器100中，在仪表体2中包含压力传感器芯片1，所以能够保护压力传感器芯片1免受过程流体等外部腐蚀环境的影响。然而，由于差压传感器100具有利用用于限制中心隔膜6、屏障隔膜5a、5b的位移的凹部10a、10b来保护压力传感器芯片1免受过大压力Pover的影响的构造，所以无法避免其形状的大型化。
因此，提出了如下构造：将第1阻挡构件和第2阻挡构件设置于压力传感器芯片，使该第1阻挡构件和第2阻挡构件的凹部与传感器隔膜的一面和另一面对峙，从而阻止施加过大压力时的传感器隔膜的过度的位移，由此，防止传感器隔膜的破损以及破坏(例如，参照专利文献1)。
在图12中示出采用专利文献1所示的构造的压力传感器芯片的概略。在该图中，51-1是传感器隔膜，51-2和51-3是夹着传感器隔膜51-1而接合的第1和第2阻挡构件，51-4和51-5是接合到阻挡构件51-2和51-3的第1和第2基座。阻挡构件51-2、51-3、基座51-4、51-5由硅、玻璃等构成。
在该压力传感器芯片51中，在阻挡构件51-2、51-3形成有凹部51-2a、51-3a，使阻挡构件51-2的凹部51-2a与传感器隔膜51-1的一面对峙，使阻挡构件51-3的凹部51-3a与传感器隔膜51-1的另一面对峙。凹部51-2a、51-3a做成与传感器隔膜51-1的位移相符合的曲面(非球面)，在其顶部形成有压力导入孔(导压孔)51-2b、51-3b。另外，在基座51-4、51-5上，也在与阻挡构件51-2、51-3的导压孔51-2b、51-3b对应的位置形成有压力导入孔(导压孔)51-4a、51-5a。
如果使用这样的压力传感器芯片51，则在对传感器隔膜51-1的一面施加过大压力而传感器隔膜51-1发生了位移时，其位移面的整体被阻挡构件51-3的凹部51-3a的曲面挡住。另外，在对传感器隔膜51-1的另一面施加过大压力而传感器隔膜51-1发生了位移时，该位移面的整体被阻挡构件51-2的凹部51-2a的曲面挡住。
由此，阻止对传感器隔膜51-1施加过大压力时的过度的位移，避免应力集中产生于传感器隔膜51-1的周缘部，从而有效地防止由于施加过大压力所导致的传感器隔膜51-1的非意图的破坏，能够提高其过大压力保护动作压力(耐压)。另外，在图10所示的构造中，去除中心隔膜6、压力缓冲室7a、7b，从屏障隔膜5a、5b对传感器隔膜51-1直接地传导测定压力Pa、Pb，能够实现仪表体2的小型化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-69736号公報
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在图12所示的压力传感器芯片51的构造中，阻挡构件51-2和51-3使其周缘部51-2c和51-3c的整个面接合到传感器隔膜51-1的一面和另一面。即，使阻挡构件51-2的包围凹部51-2a的周缘部51-2c与传感器隔膜51-1的一面相面对，使该面对的周缘部51-2c的整个区域直接接合于传感器隔膜51-1的一面。另外，使阻挡构件51-3的包围凹部51-3a的周缘部51-3c与传感器隔膜51-1的另一面相面对，使该面对的周缘部51-3c的整个区域直接接合于传感器隔膜51-1的另一面。
在这样的构造的情况下，当被施加超过基于阻挡构件51-2的过大压力保护动作压力(耐压)的过大的压力时，在传感器隔膜51-1发生挠曲而触底于阻挡构件51-2的凹部51-2a之后，在该状态下传感器隔膜51-1与阻挡构件51-2一起进一步地发生挠曲。于是，在最容易产生拉伸应力的、被施加了压力的一侧的传感器隔膜51-1的边缘附近(图12中的用单点划线包围的部位)，两面均处于约束状态，所以存在应力集中产生于该部位、无法确保所期待的耐压这样的问题。
进而，如果阻挡构件51-2、51-3的凹部51-2a、51-3a的开口尺寸存在制作上的偏差，则在传感器隔膜51-1的约束部位发生位置偏移，所以，由于该影响，应力集中有时变得更加显著。在该情况下，伴随着传感器隔膜51-1的触底异常的应力集中也赶到一起发生，耐压有可能进一步降低。
本发明的目的在于，提供一种能够减少传感器隔膜由于约束而导致的应力产生、防止应力向隔膜边缘集中并确保所期待的耐压的压力传感器芯片。
解决技术问题的技术手段
本发明的压力传感器芯片具备：传感器隔膜，其输出与在一面和另一面受到的压力差相应的信号；以及第1保持构件和第2保持构件，其使其周缘部与所述传感器隔膜的一面以及另一面分别相面对地接合，并分别具有向所述传感器隔膜传导测定压力的导压孔，所述第1保持构件具有：在所述第1保持构件的内部与所述传感器隔膜的受压面平行地形成且与所述导压孔的周部连通的非接合区域；以及环状的第1槽以及第2槽，将夹着包含所述第1保持构件的所述非接合区域的平面而与所述传感器隔膜相反的方向设为一侧，将夹着包含所述第1保持构件的所述非接合区域的平面而朝向所述传感器隔膜的方向设为另一侧，所述第1槽以及所述第2槽在所述第1保持构件的内部的所述非接合区域的周缘部分别向所述一侧以及所述另一侧挖入，并且与所述非接合区域连续，所述第1槽以及所述第2槽的垂直于其延伸方向的剖面形状均包含圆弧，所述第1槽以及所述第2槽以使所述第2槽的所述剖面形状的端部比所述第1槽的所述剖面形状的端部更靠近所述导压孔侧的方式形成，所述第2保持构件具备凹部，该凹部形成于与所述传感器隔膜的所述另一面接合的面上。
发明效果
根据本发明，在第1保持构件的内部设置与导压孔的周部连通的非接合区域，将该第1保持构件的内部的非接合区域设置于与传感器隔膜的受压面平行的面的一部分，所以，第1保持构件的内部的非接合区域成为受压面，能够抑制对第1保持构件施加的向反方向的力，避免在隔膜边缘产生开口，降低传感器隔膜由于约束而导致的应力产生，防止应力向隔膜边缘集中，确保所期待的耐压。
另外，根据本发明，具有环状的第1槽以及第2槽，将夹着包含所述第1保持构件的非接合区域的平面而与所述传感器隔膜相反的方向设为一侧，将夹着包含所述第1保持构件的所述非接合区域的平面而朝向所述传感器隔膜的方向设为另一侧，所述第1槽以及所述第2槽在内部的所述非接合区域的周缘部分别向所述一侧以及所述另一侧挖入，并且与所述非接合区域连续，所述第1槽以及所述第2槽的垂直于其延伸方向的剖面形状均包含圆弧，所述第1槽以及所述第2槽以使所述第2槽的所述剖面形状的端部比所述第1槽的所述剖面形状的端部更靠近所述导压孔侧的方式形成，因此能够使应力分散于环状的槽的内部，并且使在环状的槽的内部的应力的分散平衡，抑制最大产生应力，进一步实现高耐压化。
附图说明
图1是示出本发明的压力传感器芯片的第1实施方式(实施方式1)的概略的图。
图2是示出实施方式1的压力传感器芯片的阻挡构件的内部的环状的槽的剖面形状的图。
图3是示出在实施方式1的压力传感器芯片中传感器隔膜触底于阻挡构件的凹部之后的状态的图。
图4是例示恒定压力下的环状的槽的位置偏移幅度相对于开口宽度的比率与R1内产生应力和R2内产生应力的关系的图。
图5是视觉地示出R1内产生应力和R2内产生应力的分布的图。
图6是示出将环状的槽的剖面形状设为圆的情况下的压力传感器的概略的图。
图7是示出将阻挡构件内的非接合区域做成微小的阶梯的例子的图。
图8是示出本发明的压力传感器芯片的第2实施方式(实施方式2)的概略的图。
图9是示出本发明的压力传感器芯片的第3实施方式(实施方式3)的概略的图。
图10是示出以往的差压传感器的概略构成的图。
图11A是示意地示出以往的差压传感器的动作方式的图。
图11B是示意地示出以往的差压传感器的动作方式的图。
图12是示出采用专利文献1所示的构造的传感器芯片的概略的图。
具体实施方式
首先，说明本发明的压力传感器芯片的概要。
本发明的压力传感器芯片具有：传感器隔膜，其输出与在一面以及另一面受到的压力差相应的信号；以及第1保持构件和第2保持构件，其使其周缘部分别与所述传感器隔膜的一面以及另一面分别相面对地接合，并分别具有向所述传感器隔膜传导测定压力的导压孔，所述第1保持构件具有：在所述第1保持构件的内部与所述传感器隔膜的受压面平行地形成且与所述导压孔的周部连通的非接合区域；以及环状的第1槽以及第2槽，将夹着包含所述第1保持构件的所述非接合区域的平面而与所述传感器隔膜相反的方向设为一侧，将夹着包含所述第1保持构件的所述非接合区域的平面而朝向所述传感器隔膜的方向设为另一侧，所述第1槽以及所述第2槽在所述第1保持构件的内部的所述非接合区域的周缘部分别向所述一侧以及所述另一侧挖入，并且与所述非接合区域连续，所述第1槽以及所述第2槽的垂直于其延伸方向的剖面形状均包含圆弧，所述第1槽以及所述第2槽以使所述第2槽的所述剖面形状的端部比所述第1槽的所述剖面形状的端部更靠近所述导压孔侧的方式形成，所述第2保持构件具备凹部，该凹部形成于与所述传感器隔膜的所述另一面接合的面上。
根据本发明的压力传感器芯片，在对传感器隔膜的一面施加高压的测定压力的情况下，传感器隔膜向第2保持构件侧发生挠曲，将在隔膜边缘产生开口。在该情况下，在本发明中，通过导压孔将测定压力传导到设置于第1保持构件的内部的非接合区域，所以，该非接合区域就成为测定压力的受压面，使第1保持构件向与第2保持构件以及隔膜相同的方向发生挠曲而进行跟随变形，从而使得在隔膜边缘不产生开口。由此，减少传感器隔膜由于约束而导致的应力产生，防止向隔膜的应力集中。
另外，根据本发明的压力传感器芯片，第1保持构件具有环状的第1槽以及第2槽，将夹着包含所述第1保持构件的所述非接合区域的平面而与所述传感器隔膜相反的方向设为一侧，将夹着包含所述第1保持构件的所述非接合区域的平面而朝向所述传感器隔膜的方向设为另一侧，所述第1槽以及所述第2槽在所述第1保持构件的内部的所述非接合区域的周缘部分别向所述一侧以及所述另一侧挖入，并且与所述非接合区域连续，因此，应力就在与该非接合区域连续的环状的槽的内部被分散，能够实现进一步的高耐压。
另外，在本发明的上述压力传感器芯片中，若使所述第1槽以及所述第2槽的垂直于其延伸方向的剖面形状均包含圆弧，所述第1槽的垂直于其延伸方向的剖面形状包含半圆以上的圆弧，所述第2槽的垂直于其延伸方向的剖面形状包含半圆以下的圆弧，则能够使第1保持构件的另一侧的壁厚变薄，使第1保持构件的跟随效果提升。由此，能够使第1保持构件的壁厚变薄并且使第1保持构件的内部的非接合区域的面积变小，从而实现芯片的小型化。
另外，在本发明的上述压力传感器芯片中，当在传感器隔膜上受到高压侧的测定压力的面一定确定的情况下，将传感器隔膜的一面设为高压侧的测定压力的受压面，将另一面设为低压侧的测定压力的受压面。即，当在传感器隔膜上受到高压侧的测定压力的面一定确定的情况下，将传感器隔膜的一面设为高压侧的测定压力的受压面，通过导压孔而将高压侧的测定压力传导到第1保持构件的内部的非接合区域。
另外，在本发明的上述压力传感器芯片中，在第1保持构件处也具备阻止在对传感器隔膜施加过大压力时的传感器隔膜的过度的位移的凹部的基础上，关于第2保持构件，也可以与第1保持构件同样地，具有：在其内部与所述传感器隔膜的受压面平行地形成并且与所述导压孔的周部连通的非接合区域；以及环状的第3槽以及第4槽，将夹着包含所述第2保持构件的所述非接合区域的平面而与所述传感器隔膜相反的方向设为一侧，将夹着包含所述第2保持构件的所述非接合区域的平面而朝向所述传感器隔膜的方向设为另一侧，所述第3槽以及所述第4槽在所述第2保持构件的内部的所述非接合区域的周缘部分别向所述一侧以及所述另一侧挖入，并且与所述非接合区域连续，所述第3槽以及所述第4槽的垂直于延伸方向的剖面形状均包含圆弧，所述第3槽以及所述第4槽以使所述第4槽的所述剖面形状的端部比所述第3槽的所述剖面形状的端部更靠近所述导压孔侧的方式形成。
这样一来，无论传感器隔膜的哪个面成为高压侧的测定压力的受压面，都能够避免在隔膜边缘产生开口，减少传感器隔膜由于约束而导致的应力产生，防止应力向隔膜边缘集中。另外，能够使应力分散于与非接合区域连续的环状的槽的内部，并且使在该环状的槽的内部的应力的分散平衡。
另外，在本发明的上述压力传感器芯片中，第1保持构件的内部的非接合区域只要是未被接合的区域即可，面彼此之间既可以接触，也可以不接触。例如，通过等离子体、药液等使表面变粗糙，从而形成为面彼此相接但未接合的区域。另外，也可以形成为微小的阶梯。
以下，根据附图对本发明的压力传感器芯片的实施方式进行详细说明。
〔实施方式1〕
图1是示出本发明的压力传感器芯片的第1实施方式(实施方式1)的概略的图。
在图1所示的压力传感器芯片11A中，11-1是传感器隔膜，11-2以及11-3是作为夹着传感器隔膜11-1而接合的保持构件的第1以及第2阻挡构件，11-4以及11-5是与阻挡构件11-2以及11-3接合的第1以及第2基座。阻挡构件11-2、11-3以及基座11-4、11-5由硅、玻璃等构成。
在该压力传感器芯片11A中，阻挡构件11-2、11-3的、与传感器隔膜11-1的一面以及另一面接合的面上分别形成有凹部11-2a、11-3a。使阻挡构件11-2的凹部11-2a与传感器隔膜11-1的一面对峙，使阻挡构件11-3的凹部11-3a与传感器隔膜11-1的另一面对峙。凹部11-2a、11-3a做成与传感器隔膜11-1的位移相符合的曲面(非球面)，在其顶部形成有压力导入孔(导压孔)11-2b、11-3b。这些凹部11-2a、11-3a阻止对传感器隔膜施加过大压力时传感器隔膜的过度的位移。另外，基座11-4、11-5上也在与阻挡构件11-2、11-3的导压孔11-2b、11-3b相对应的位置处形成有压力导入孔(导压孔)11-4a、11-5a。
在该压力传感器芯片11A中，阻挡构件11-2在内部具有与导压孔11-2b的周部连通的非接合区域SA。该非接合区域SA设置于与传感器隔膜11-1的受压面平行的面PL的一部分上。非接合区域SA通过等离子体、药液等来使表面变粗糙等而形成为面彼此相接但未接合的区域。
在该例子中，阻挡构件11-2通过与传感器隔膜11-1的受压面平行的面PL而被一分为二。即，通过将设置有非接合区域SA的面PL的除了非接合区域SA之外的接合区域SB彼此接合，从而将该一分为二而得到的一阻挡构件11-21和另一阻挡构件11-22作为1个阻挡构件11-2。由此，与传感器隔膜11-1的受压面平行的面PL被分成与导压孔11-2b的周部连通的非接合区域SA以及与导压孔11-2b的周部不连通的接合区域SB。
另外，在该压力传感器芯片11A中，将阻挡构件11-2的壁厚方向的不与传感器隔膜11-1对置的一侧、即夹着包含非接合区域的平面而与传感器隔膜11-1相反的方向设为一侧，将阻挡构件11-2的壁厚方向的与传感器隔膜11-1对置的一侧、即夹着包含非接合区域的平面而朝向传感器隔膜11-1的方向设为另一侧，在非接合区域SA的终端部，形成向阻挡构件11-2的壁厚方向的一侧以及另一侧挖入的环状的槽11-2d。该环状的槽11-2d不是离散地分断的槽，而是连续的槽。
在该环状的槽11-2d中，向一侧和另一侧挖入的第1槽11-2d1和第2槽11-2d2的与非接合区域SA正交的方向的剖面形状、即垂直于槽的延伸方向的剖面形状均包括圆弧。另外，第1槽11-2d1和第2槽11-2d2以使第2槽11-2d2的剖面形状的端部比第1槽11-2d1的剖面形状的端部更靠近导压孔11-2b侧的方式形成。
如图2所示，在该实施方式中，第1槽11-2d1的剖面形状包含半圆以上的圆弧，第2槽11-2d2的剖面形状包含半圆以下的圆弧。另外，为了能够使得在第1槽11-2d1和以及第2槽11-2d2中产生的应力平衡，将第1槽11-2d1和第2槽11-2d2的剖面形状的曲率设为同等程度。进一步地，以被设为剖面形状包含半圆以下的圆弧的第2槽11-2d2为导压孔11-2b侧(内侧)地错开。此外，虽然在该例子中使第1槽11-2d1和第2槽11-2d2的剖面形状的曲率相等，但也可以不必相等。
在该压力传感器芯片11A中，在将测定压力Pa设为高压侧的测定压力、将测定压力Pb设为低压侧的测定压力的情况下，当对传感器隔膜11-1的一面施加高压侧的测定压力Pa时，传感器隔膜11-1向阻挡构件11-3侧发生挠曲。此时，向与传感器隔膜11-1发生挠曲的方向相反的一侧对阻挡构件11-2施加力，在隔膜边缘、例如图1中用点G表示的位置将产生开口。此外，在以下的说明中，在图1中，将传感器隔膜11-1发生挠曲的方向称为下方向，将与发生挠曲的方向相反的一侧称为上方向。
在该情况下，在本实施方式中，通过导压孔11-2b将测定压力Pa传导到设置于阻挡构件11-2的内部的非接合区域SA，所以，该非接合区域SA成为测定压力Pa的受压面，抑制对阻挡构件11-2施加的向上方向的力，避免在隔膜边缘产生开口。由此，减少传感器隔膜11-1由于约束而导致的应力产生，防止应力向隔膜边缘集中。
在该压力传感器芯片11A中，当在传感器隔膜11-1触底于阻挡构件11-3的凹部11-3a之后过大压力变大那样的情况下，非接合区域SA发挥更大的效果。
在图3中示出传感器隔膜11-1触底于阻挡构件11-3的凹部11-3a之后的状态。当对传感器隔膜11-1的一面施加过大压力时，传感器隔膜11-1向阻挡构件11-3侧发生挠曲，触底于阻挡构件11-3的凹部11-3a。在该传感器隔膜11-1触底于凹部11-3a后，如果过大压力变大，则由于对阻挡构件11-2施加的向上方向的力，阻挡构件11-2发生变形，将在隔膜边缘产生开口。
在该情况下，在本实施方式中，通过导压孔11-2b将过大压力也传导到设置于阻挡构件11-2的内部的非接合区域SA，所以，该非接合区域SA成为过大压力的受压面，对阻挡构件11-22施加向下方向的力，抑制阻挡构件11-22的变形，或者使其向反方向变形。在图3的例子中，以跟随隔膜11-1的向下方向的变形的形式，使阻挡构件11-22向下方向变形。
由此，在传感器隔膜11-1触底于阻挡构件11-3的凹部11-3a后，即使过大压力变大，在隔膜边缘也不产生开口，能够避免应力向隔膜边缘集中，确保所期待的耐压。
另外，在本实施方式中，在非接合区域SA的周缘部，形成向阻挡构件11-2的壁厚方向的一侧和另一侧挖入的环状的槽11-2d，所以，应力分散于位于该非接合区域SA的终端部的环状的槽11-2d、即与非接合区域SA连续的环状的槽11-2d的内部，能够得到更高的耐压。
另外，在本实施方式中，向一侧和另一侧分别挖入的第1槽11-2d1和第2槽11-2d2以使第2槽11-2d2的剖面形状的端部比第1槽11-2d1的剖面形状的端部更靠近导压孔11-3b侧的方式形成，所以通过适当地确定第1槽11-2d1与第2槽11-2d2之间的错开量，能够使得在环状的槽11-2d的内部的应力的分散平衡，抑制最大产生应力，进一步实现高耐压化。
在图4中，例示出在将第1槽11-2d1的剖面形状设为R1、将第2槽11-2d2的剖面形状设为R2、将第1槽11-2d1与第2槽11-2d2的位置偏移幅度(R位置偏移幅度)z相对于第1槽11-2d1的开口宽度W(参照图2)的比率设为α的情况下的恒定压力下的R位置偏移幅度的比率α与R1内产生应力I和R2内产生应力II的关系。在该图中，横轴表示位置偏移幅度相对于开口宽度的比率α，纵轴表示R1、R2内产生的应力(R内产生应力)的应力比。在该例子中，在P点、即R位置偏移幅度的比率α为0.04时，R1内产生应力与R2内产生应力平衡。在图5中视觉地示出R1内产生应力和R2内产生应力的分布。在R1、R2内较浓地示出产生应力高的部分。
另外，在本实施方式中，通过将向一侧挖入的第1槽11-2d1的剖面形状设为半圆以上的圆弧状，将向另一侧挖入的第2槽11-2d2的剖面形状设为半圆以下的圆弧状，从而使阻挡构件11-22的壁厚变薄，提升阻挡构件11-22的跟随效果。由此，使阻挡构件11-2的壁厚变薄，并且使阻挡构件11-2的内部的非接合区域SA的面积变小，即，使纵横的尺寸变小，能够实现芯片的小型化。
例如，如图6所示，考虑将环状的槽11-2d的剖面形状设为圆。但是，如果将剖面形状设为圆，则为了得到充分的分散效果，需要使圆的直径变大，或者在阻挡构件11-21、11-22这两者中形成图5的R1那样的比半圆大的部分。这样一来，槽就在壁厚方向上变深，所以，必须使阻挡构件11-21、11-22的壁厚都变厚。另外，为了得到阻挡构件11-22的跟随效果，必须使阻挡构件11-2的内部的非接合区域SA的面积按壁厚变厚的量增大。如果这样受压面积变大，则环状的槽11-2d内的产生应力就会变大，耐压降低。为了确保耐压，需要更大的圆，导致芯片的大型化，陷入恶性循环。
与此相对地，在本实施方式中，将向一侧挖入的第1槽11-2d1的剖面形状设为半圆以上的圆弧状，将向另一侧挖入的第2槽11-2d2的剖面形状设为半圆以下的圆弧状，以将第2槽11-2d2设为内侧的方式使第1槽11-2d1和第2槽11-2d2的相互对置的圆弧部分的端部错开，从而能够不在阻挡构件11-22的壁厚方向上使圆的直径变大地提高曲率，所以，能够提高环状的槽11-2d内的应力的分散效果。另外，向阻挡构件11-22的壁厚方向挖入的第2槽11-2d2的剖面形状是半圆以下，所以能够使阻挡构件11-22的壁厚变薄。由此，不会使非接合区域SA的面积变大，能够提升阻挡构件11-22的跟随效果，实现芯片的小型化以及高耐压。
此外，在该实施方式中，通过等离子体、药液等使表面变粗糙来形成阻挡构件11-2的内部的非接合区域SA，但如图7所示，也可以形成为微小的阶梯h1。
〔实施方式2〕
在图8中示出本发明的压力传感器芯片的第2实施方式(实施方式2)的概略。该实施方式2的压力传感器芯片11B与实施方式1的压力传感器芯片11A同样地，在阻挡构件11-2的内部具备非接合区域SA以及与该非接合区域SA连续的环状的槽11-2d，但在以下方面与实施方式1的压力传感器芯片11A不同。
在该压力传感器芯片11B中，阻挡构件11-2的周缘部11-2c的与传感器隔膜11-1的一面相面对的区域S1包含外周侧的区域S1a和内周侧的区域S1b。外周侧的区域S1a设为与传感器隔膜11-1的一面接合的接合区域，内周侧的区域S1b设为与传感器隔膜11-1的一面非接合的非接合区域。
另外，阻挡构件11-3的周缘部11-3c中的与传感器隔膜11-1的另一面相面对的区域S2包含外周侧的区域S2a和内周侧的区域S2b。外周侧的区域S2a设为与传感器隔膜11-1的另一面接合的接合区域，内周侧的区域S2b设为与传感器隔膜11-1的另一面非接合的非接合区域。
阻挡构件11-2的周缘部11-2c的外周侧的区域S1a与传感器隔膜11-1的一面直接接合，从而被设为接合区域，阻挡构件11-3的周缘部11-3c的外周侧的区域S2a与传感器隔膜11-1的另一面直接接合，从而被设为接合区域。
阻挡构件11-2的周缘部11-2c的内周侧的区域S1b通过等离子体、药液等而使表面变粗糙，从而被设为与传感器隔膜11-1的一面相接但未接合的非接合区域。阻挡构件11-3的周缘部11-3c的内周侧的区域S2b也通过等离子体、药液等而使表面变粗糙，从而被设为与传感器隔膜11-1的另一面相接但未接合的非接合区域。此外，阻挡构件11-2的周缘部11-2c的内周侧的区域S1b、阻挡构件11-3的周缘部11-3c的内周侧的区域S2b也可以设为与传感器隔膜11-1的面未相接的微小的间隙。
在该压力传感器芯片11B中，传感器隔膜11-1的下表面的比非接合区域S1b更靠内侧的区域被设为隔膜的压敏区域D1，同样地，传感器隔膜11-1的上表面的比非接合区域S2b更靠内侧的区域被设为隔膜的压敏区域D2。在该隔膜的压敏区域D1中，对与阻挡构件11-2对置的面施加一个测定压力Pa，并且在隔膜的压敏区域D2中，对与阻挡构件11-3对置的面施加另一个测定压力Pb。此外，压敏区域D1和D2的直径是隔膜的有效直径。
在该压力传感器芯片11B中将测定压力Pa设为高压侧的测定压力、将测定压力Pb设为低压侧的测定压力的情况下，当对传感器隔膜11-1的上表面的压敏区域D1施加高压侧的测定压力Pa时，传感器隔膜11-1能够不在与阻挡构件11-2的周缘部11-2c非接合的非接合区域S1b中从阻挡构件11-2产生由约束导致的过度的拉伸应力地进行挠曲，所以，在该部分产生的应力就降低。
另外，在该压力传感器芯片11B中将测定压力Pb设为高压侧的测定压力、将测定压力Pa设为低压侧的测定压力的情况下，当对传感器隔膜11-1的下表面的压敏区域D2施加高压侧的测定压力Pb时，传感器隔膜11-1能够不在与阻挡构件11-3的周缘部11-3c非接合的非接合区域S2b中从阻挡构件11-3产生由约束导致的过度的拉伸应力地进行挠曲，所以，在该部分产生的应力就降低。
〔实施方式3〕
图9是示出本发明的压力传感器芯片的第3实施方式(实施方式3)的概略的图。
在图1、图7、图8所示的例子中，仅在阻挡构件11-2的内部设置非接合区域SA，但例如也可以像在图9中作为实施方式3的压力传感器芯片11C而示出的那样，在阻挡构件11-3的内部也设置非接合区域SA，并设置与该非接合区域SA连续的环状的槽11-3d。
在该实施方式3的压力传感器芯片11C中，将设置于阻挡构件11-2的内部的环状的槽11-2d和设置于阻挡构件11-3的内部的环状的槽11-3d设为相同的剖面形状，并且与相同位置对置地设置，但既可以改变环状的槽11-2d和11-3d的剖面形状，也可以使环状的槽11-2d和11-3d的横向的位置不同。另外，考虑将环状的槽11-2d、11-3d的剖面形状设为使椭圆形错开而得到的形状等各种形状。
另外，在实施方式3的压力传感器芯片11C中，阻挡构件11-2、11-3的内部的非接合区域SA也可以形成为微小的阶梯。但是，在该情况下，阶梯的尺寸最好不太大。即，例如在将阻挡构件11-2的内部的非接合区域SA做成微小的阶梯时，测定压力Pa被设为高压侧的情况下，即使该阶梯大也没有特别的问题，但在将测定压力Pb设为高压侧的情况下，如果阶梯大，则传感器隔膜11-1触底于凹部11-2a的底面，如果进一步地施加压力，则由于有间隙，阻挡构件11-22发生变形，从而隔膜边缘的应力就会变大。在该情况下，阶梯的尺寸依赖于阻挡构件11-2的朝向上方向的力。在将阻挡构件11-3的内部的非接合区域SA做成微小的阶梯的情况下也一样。
另外，在图1、图7、图8所示的例子中，在阻挡构件11-2设置做成非球面的凹部11-2a，但既可以不一定具备做成非球面的凹部11-2a，也可以仅仅是仅保持传感器隔膜11-1的保持构件。在这样的情况下，设置于该保持构件内的非接合区域也作为施加与传感器隔膜11-1发生挠曲的方向相反的一侧的力的受压面而发挥作用。
另外，在上述实施方式中，将传感器隔膜11-1设为形成有根据压力变化而电阻值变化的电阻应变片的类型，但也可以设为静电电容式的传感器芯片。静电电容式的传感器芯片包括具备规定的空间(容量室)的基板、配置于该基板的空间上的隔膜、形成于基板的固定电极以及形成于隔膜的可动电极。隔膜受到压力而变形，从而可动电极与固定电极的间隔变化而其间的静电电容发生变化。
〔实施方式的扩展〕
以上，参照实施方式说明了本发明，但本发明不限定于上述实施方式。本发明的构成、详细情况能够在本发明的技术思想的范围内进行本领域技术人员能够理解的各种变更。另外，关于各实施方式，能够在不矛盾的范围内任意组合来实施。
工业应用性
本发明的压力传感器芯片例如可以适用于工业用的差压传感器等各种各样的用途。
符号说明
11A～11C…压力传感器芯片；11-1…传感器隔膜；11-2(11-21、11-22)、11-3…阻挡构件；11-2a、11-3a…凹部；11-2b、11-3b…压力导入孔(导压孔)；11-2c、11-3c…周缘部；11-2d、11-3d…环状的槽；11-2d1…第1槽；11-3d1…一侧的槽；11-2d2…第2槽；11-3d2…另一侧的槽；11-4、11-5…基座；11-4a、11-5a…压力导入孔(导压孔)；SA…非接合区域；SB…接合区域；S1a、S2a…外周侧的区域(接合区域)；S1b、S2b…内周侧的区域(非接合区域)；D1、D2…压敏区域；PL…面。

Claims (5)

1.一种压力传感器芯片，其特征在于，具备：
传感器隔膜，其输出与在一面和另一面受到的压力差相应的信号；以及
第1保持构件和第2保持构件，其使其周缘部与所述传感器隔膜的一面以及另一面分别相面对地接合，并分别具有向所述传感器隔膜传导测定压力的导压孔，
所述第1保持构件具有：
在所述第1保持构件的内部与所述传感器隔膜的受压面平行地形成且与所述导压孔的周部连通的非接合区域；以及
环状的第1槽以及第2槽，将夹着包含所述第1保持构件的所述非接合区域的平面而与所述传感器隔膜相反的方向设为一侧，将夹着包含所述第1保持构件的所述非接合区域的平面而朝向所述传感器隔膜的方向设为另一侧，所述第1槽以及所述第2槽在所述第1保持构件的内部的所述非接合区域的周缘部分别向所述一侧以及所述另一侧挖入，并且与所述非接合区域连续，
所述第1槽以及所述第2槽的垂直于其延伸方向的剖面形状均包含圆弧，
所述第1槽以及所述第2槽以使所述第2槽的所述剖面形状的端部比所述第1槽的所述剖面形状的端部更靠近所述导压孔侧的方式形成，
所述第2保持构件具备凹部，该凹部形成于与所述传感器隔膜的所述另一面接合的面上。
2.根据权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，
所述第1槽的垂直于其延伸方向的剖面形状包含半圆以上的圆弧，所述第2槽的垂直于其延伸方向的剖面形状包含半圆以下的圆弧。
3.根据权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，
所述第1保持构件通过包含所述非接合区域的与所述传感器隔膜的受压面平行的面而被一分为二，
所述一分为二而得到的一保持构件和另一保持构件在设置有所述非接合区域的面的除了非接合区域以外的区域彼此相接合。
4.根据权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，
将所述传感器隔膜的所述一面设为高压侧的测定压力的受压面，
将所述传感器隔膜的所述另一面设为低压侧的测定压力的受压面。
5.根据权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，
所述第1保持构件具备凹部，该凹部形成于与所述传感器隔膜的所述一面接合的面上，
所述第2保持构件具有：
在所述第2保持构件的内部与所述传感器隔膜的受压面平行地形成且与所述导压孔的周部连通的非接合区域；以及
环状的第3槽以及第4槽，将夹着包含所述第2保持构件的所述非接合区域的平面而与所述传感器隔膜相反的方向设为一侧，将夹着包含所述第2保持构件的所述非接合区域的平面而朝向所述传感器隔膜的方向设为另一侧，所述第3槽以及所述第4槽在所述第2保持构件的内部的所述非接合区域的周缘部分别向所述一侧以及所述另一侧挖入，并且与所述非接合区域连续，
所述第3槽以及所述第4槽的垂直于延伸方向的剖面形状均包含圆弧，
所述第3槽以及所述第4槽以使所述第4槽的所述剖面形状的端部比所述第3槽的所述剖面形状的端部更靠近所述导压孔侧的方式形成。
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