CN112649142A

CN112649142A - 压力传感器

Info

Publication number: CN112649142A
Application number: CN202011055138.3A
Authority: CN
Inventors: 东条博史
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-04-13
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: JP7401248B2; US11499882B2; US20210108977A1; JP2021060333A; CN112649142B

Abstract

本发明提供一种压力传感器，在同时测量多个压力的压力传感器中抑制由温度、静压引起的零点漂移。压力传感器(1)在传感器芯片(10)的内部形成有两个膜片(32、33)、以分别与膜片(32、33)的上表面相接的方式配置的成为第1压力导入室的凹陷部(40、41)、以及以分别与膜片(32、33)的下表面相接的方式配置的成为第2压力导入室的凹陷部(30、31)。进而，以在被施加至膜片(32(33))的上表面和下表面的压力之差为零时，使由设置于膜片(32(33))的应变片(34‑1～34‑4(35‑1～35‑4))构成的惠斯通电桥电路的输出电压成为零的方式，将空洞(220(230))设置于传感器芯片(10)。

Description

压力传感器

技术领域

本发明涉及压力传感器。

背景技术

以往，作为检测差压或者压力的压力传感器，已知有在作为感压部的半导体膜片上形成有压电电阻的半导体压阻式压力传感器(参考专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-304206号公报

发明内容

发明要解决的课题

例如专利文献1所记载的半导体压力变换器(相当于压力传感器。)具有1个膜片，通过采用对象结构，能够使基于温度、静压引起的零点漂移与零点漂移的偏差成为最小。

另一方面，在假定具备多个膜片的压力传感器、即能够进行同种或者异种的多个压力的检测的、将多个功能进行集成化的压力传感器的情况下，该压力传感器无法采用对象结构。因此，无法将专利文献1所记载的技术应用于具备多个膜片的压力传感器。因而，即使使用了专利文献1所记载的技术，也难以同时实现多个功能的集成化和传感器的精度的下降的抑制。

本发明的目的在于提供能够实现多个功能的集成化并抑制传感器的精度的下降的、新颖且改良的压力传感器。

用于解决课题的技术手段

本发明的压力传感器的特征在于，具备平板状的传感器芯片，在所述传感器芯片的内部形成有：多个膜片；多个第1压力导入室，它们以分别与所述多个膜片的上表面相接的方式配置；多个第2压力导入室，它们以分别与所述多个膜片的下表面相接的方式配置；第1压力导入通路，其一端在所述传感器芯片的下表面开口，另一端与所述多个第1压力导入室中的至少1个所述第1压力导入室连通；第2压力导入通路，其一端在所述传感器芯片的下表面或者侧面开口，另一端与所述多个第2压力导入室中的至少1个所述第2压力导入室连通；以及应变片，其在所述多个膜片各自的边缘部针对每1个膜片而配置有多个，进而，以在被施加至所述膜片的上表面和下表面的压力之差为零时，使由设置于所述膜片的多个应变片构成的惠斯通电桥电路的输出电压成为零的方式，在所述多个膜片的周边，针对每1个膜片而形成有至少1个空洞。

另外，本发明的压力传感器的1个构成例(第1实施例)的特征在于，所述膜片、所述第1压力导入室以及所述第2压力导入室各形成有两个，所述第1压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，从两个所述第1压力导入室之间的位置分支的两个另一端分别与两个所述第1压力导入室连通，所述第2压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，另一端与两个所述第2压力导入室中的1个所述第2压力导入室连通。

另外，本发明的压力传感器的1个构成例(第2实施例)的特征在于，所述膜片、所述第1压力导入室以及所述第2压力导入室各形成有两个，所述第1压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，从两个所述第1压力导入室之间的位置分支的两个另一端分别与两个所述第1压力导入室连通，所述第2压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，从两个所述第2压力导入室之间的位置分支的两个另一端分别与两个所述第2压力导入室连通。

另外，本发明的压力传感器的1个构成例(第3实施例)的特征在于，所述膜片、所述第1压力导入室以及所述第2压力导入室各形成有两个，所述第1压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，另一端与两个所述第1压力导入室中的1个所述第1压力导入室连通，另一个另一端与两个所述第2压力导入室中的1个所述第2压力导入室连通，所述第2压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，另一端与两个所述第1压力导入室中的未与所述第1压力导入通路连通的那1个所述第1压力导入室连通，另一个另一端与两个所述第2压力导入室中的未与所述第1压力导入通路连通的那1个所述第2压力导入室连通。

另外，本发明的压力传感器的1个构成例(第4实施例)的特征在于，所述膜片、所述第1压力导入室以及所述第2压力导入室各形成有两个，所述第1压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，从两个所述第1压力导入室之间的位置分支的两个另一端分别与两个所述第1压力导入室连通，所述第2压力导入通路的一端在所述传感器芯片的侧面开口，另一端与两个所述第2压力导入室中的1个所述第2压力导入室连通。

另外，本发明的压力传感器的1个构成例(第5实施例)的特征在于，所述膜片、所述第1压力导入室以及所述第2压力导入室各形成有4个，所述第1压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，从4个所述第1压力导入室之间的位置分支的4个另一端分别与4个所述第1压力导入室连通，所述第2压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，从4个所述第2压力导入室之间的位置分支的两个另一端分别与4个所述第2压力导入室中的两个第2压力导入室连通，在所述传感器芯片的内部还形成有第3压力导入通路，其一端在所述传感器芯片的侧面开口，另一端与4个所述第2压力导入室中的未与所述第2压力导入通路连通的1个所述第2压力导入室连通。

另外，在本发明的压力传感器的1个构成例(第1、第2实施例)中，其特征在于，所述传感器芯片包括：平板状的第1构件；平板状的第2构件，其与所述第1构件接合；以及平板状的第3构件，其与所述第2构件接合，所述第1压力导入室作为第1凹陷部而形成，该第1凹陷部在覆盖形成于所述第2构件的上表面的所述膜片的位置处，以使所述第3构件的上表面侧保留的方式去除下表面侧而形成，所述第2压力导入室作为第2凹陷部而形成，该第2凹陷部以使所述第2构件的上表面侧的所述膜片保留的方式去除下表面侧而形成，所述第1压力导入通路包括：第1贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；第2贯通孔，其以与所述第1贯通孔连通的方式将所述第2构件从下表面贯通至上表面；以及第1槽，其以两端分别与两个所述第1凹陷部连通，中途部分与所述第2贯通孔连通的方式形成于所述第3构件的下表面，所述第2压力导入通路包括：第3贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；以及第2槽，其以一端与两个所述第2凹陷部中的1个所述第2凹陷部连通，另一端与所述第3贯通孔连通，或者使两端与两个所述第2凹陷部连通，中途部分与所述第3贯通孔连通的方式形成于所述第2构件的下表面，所述空洞由形成于所述第1构件的上表面的第3槽形成。

另外，在本发明的压力传感器的1个构成例(第3实施例)中，其特征在于，所述传感器芯片包括：平板状的第1构件；平板状的第2构件，其与所述第1构件接合；以及平板状的第3构件，其与所述第2构件接合，所述第1压力导入室作为第1凹陷部而形成，该第1凹陷部在覆盖形成于所述第2构件的上表面的所述膜片的位置处，以使所述第3构件的上表面侧保留的方式去除下表面侧而形成，所述第2压力导入室作为第2凹陷部而形成，该第2凹陷部以使所述第2构件的上表面侧的所述膜片保留的方式去除下表面侧而形成，所述第1压力导入通路包括：第1贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；第2贯通孔，其以与所述第1贯通孔连通的方式将所述第2构件从下表面贯通至上表面；第1槽，其以一端与两个所述第1凹陷部中的1个所述第1凹陷部连通，另一端与所述第2贯通孔连通的方式形成于所述第3构件的下表面；以及第2槽，其以一端与两个所述第2凹陷部中的1个所述第2凹陷部连通，另一端与所述第2贯通孔连通的方式形成于所述第2构件的下表面，所述第2压力导入通路包括：第3贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；第4贯通孔，其以与所述第3贯通孔连通的方式将所述第2构件从下表面贯通至上表面；第3槽，其以一端与两个所述第1凹陷部中的未与所述第1压力导入通路连通的那1个所述第1凹陷部连通，另一端与所述第4贯通孔连通的方式形成于所述第3构件的下表面；以及第4槽，其以一端与两个所述第2凹陷部中的未与所述第1压力导入通路连通的那1个所述第2凹陷部连通，另一端与所述第4贯通孔连通的方式形成于所述第2构件的下表面，所述空洞由形成于所述第1构件的上表面的第5槽形成。

另外，在本发明的压力传感器的1个构成例(第4实施例)中，其特征在于，所述传感器芯片包括：平板状的第1构件；平板状的第2构件，其与所述第1构件接合；以及平板状的第3构件，其与所述第2构件接合，所述第1压力导入室作为第1凹陷部而形成，该第1凹陷部在覆盖形成于所述第2构件的上表面的所述膜片的位置处，以使所述第3构件的上表面侧保留的方式去除下表面侧而形成，所述第2压力导入室作为第2凹陷部而形成，该第2凹陷部以使所述第2构件的上表面侧的所述膜片保留的方式去除下表面侧而形成，所述第1压力导入通路包括：第1贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；第2贯通孔，其以与所述第1贯通孔连通的方式将所述第2构件从下表面贯通至上表面；以及第1槽，其以两端分别与两个所述第1凹陷部连通，中途部分与所述第2贯通孔连通的方式形成于所述第3构件的下表面，所述第2压力导入通路包括第2槽，其以一端在所述第2构件的侧面开口，另一端与两个所述第2凹陷部中的1个所述第2凹陷部连通的方式形成于所述第2构件的下表面，所述空洞由形成于所述第1构件的上表面的第3槽形成。

另外，在本发明的压力传感器的1个构成例(第5实施例)中，其特征在于，所述传感器芯片包括：平板状的第1构件；平板状的第2构件，其与所述第1构件接合；以及平板状的第3构件，其与所述第2构件接合，所述第1压力导入室作为第1凹陷部而形成，该第1凹陷部在覆盖形成于所述第2构件的上表面的所述膜片的位置处，以使所述第3构件的上表面侧保留的方式去除下表面侧而形成，所述第2压力导入室作为第2凹陷部而形成，该第2凹陷部以使所述第2构件的上表面侧的所述膜片保留的方式去除下表面侧而形成，所述第1压力导入通路包括：第1贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；第2贯通孔，其以与所述第1贯通孔连通的方式将所述第2构件从下表面贯通至上表面；以及第1槽，其以从4个所述第1凹陷部之间的位置分支的4个顶端分别与4个所述第1凹陷部连通，分支点的部分与所述第2贯通孔连通的方式形成于所述第3构件的下表面，所述第2压力导入通路包括：第3贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；第2槽，其以两端分别与两个所述第2凹陷部连通，中途部分与所述第3贯通孔连通的方式形成于所述第2构件的下表面，所述第3压力导入通路包括第3槽，其以一端在所述第2构件的侧面开口，使另一端与4个所述第2凹陷部中的未与所述第2压力导入通路连通的1个所述第2凹陷部连通的方式形成于所述第2构件的下表面，所述空洞由形成于所述第1构件的上表面的第4槽形成。

另外，本发明的压力传感器的1个构成例(第1～第5实施例)的特征在于，针对每1个膜片而形成有4个所述应变片，所述惠斯通电桥电路包括：第1串联电路，其将4个所述应变片中的第1应变片、第2应变片串联地连接；第2串联电路，其将4个所述应变片中的第3应变片、第4应变片串联地连接；以及电源，其对所述第1串联电路的两端以及所述第2串联电路的两端施加驱动电压，所述空洞以如下方式形成：在被施加至所述膜片的上表面和下表面的压力之差为零时，从所述第1应变片、第2应变片的连接点与所述第3应变片、第4应变片的连接点之间输出的所述输出电压成为零。

发明的效果

根据本发明，能够实现多个功能的集成化并抑制传感器的精度的下降。

附图说明

图1为本发明的第1实施例的压力传感器的俯视图。

图2为本发明的第1实施例的压力传感器的剖面图。

图3为本发明的第1实施例的压力传感器的剖面图。

图4为本发明的第1实施例的压力传感器的惠斯通电桥电路的电路图。

图5为本发明的第2实施例的压力传感器的俯视图。

图6为本发明的第2实施例的压力传感器的剖面图。

图7为本发明的第2实施例的压力传感器的剖面图。

图8为本发明的第3实施例的压力传感器的俯视图。

图9为本发明的第3实施例的压力传感器的剖面图。

图10为本发明的第3实施例的压力传感器的剖面图。

图11为本发明的第4实施例的压力传感器的俯视图。

图12为本发明的第4实施例的压力传感器的剖面图。

图13为本发明的第4实施例的压力传感器的剖面图。

图14为本发明的第5实施例的压力传感器的俯视图以及剖面图。

图15为本发明的第5实施例的压力传感器的剖面图。

图16为本发明的第5实施例的压力传感器的剖面图。

图17为本发明的第5实施例的压力传感器的剖面图。

图18为本发明的第5实施例的压力传感器的剖面图。

具体实施方式

[第1实施例]

以下，参考附图，对本发明的实施例进行说明。图1为本发明的第1实施例的压力传感器的俯视图，图2为图1的A-A线剖面图，图3为图1的B-B线剖面图。压力传感器1由平板状的传感器芯片10构成。传感器芯片10包括由派热克斯玻璃构成的平板状的基台2(第1构件)、与基台2接合的由硅构成的平板状的感压构件3(第2构件)、以及与感压构件3接合的由硅构成的平板状的盖构件4(第3构件)。

基台2上形成有将基台2从背面(下表面)贯通至正面(上表面)的成为压力导入通路的两个贯通孔20、21(第3、第1贯通孔)。进而，基台2上形成有槽22、23，它们用于设置后述空洞。

在感压构件3的与基台2相向的背面形成有正方形的两个凹陷部30、31(第2压力导入室)，它们以使感压构件3的正面侧保留的方式去除背面侧而形成。感压构件3的形成有凹陷部30、31的区域的正面侧所保留的部分成为膜片32、33。另外，在感压构件3的背面形成有成为压力导入通路的槽36(第2槽)，其一端与凹陷部30连通，另一端在基台2与感压构件3接合时与贯通孔20连通。

另外，在感压构件3的与盖构件4相向的正面中的、形成于凹陷部30、31的区域的正面侧的膜片32、33的边缘部，例如利用杂质扩散或者离子注入的技术，形成有作为压电电阻元件发挥功能的应变片34-1～34-4、35-1～35-4。在俯视的情况下，应变片34-1～34-4分别形成于正方形的膜片32的4边的中点附近。同样地，在俯视的情况下，应变片35-1～35-4分别形成于正方形的膜片33的4边的中点附近。另外，感压构件3由晶面取向为(100)面的p型单晶硅构成。各应变片34-1～34-4、35-1～35-4与感压构件3的晶面取向(100)中压电电阻系数的最大的<110>的结晶轴方向平行地形成。

进而，在感压构件3上，在基台2与感压构件3接合时与贯通孔21连通的位置处，形成有成为压力导入通路的贯通孔37(第2贯通孔)，其将感压构件3从背面贯通至正面。

盖构件4例如由晶面取向为(100)面的p型单晶硅构成。在盖构件4的与感压构件3相向的背面，在感压构件3与盖构件4接合时覆盖膜片32、33的位置处，形成有正方形的两个凹陷部40、41(第1压力导入室)，它们以使盖构件4的正面侧保留的方式去除背面侧而形成。另外，在盖构件4的背面形成有成为压力导入通路的槽42(第1槽)，其一端与凹陷部40连通，另一端与凹陷部41连通，在感压构件3与盖构件4接合时，中途部分与贯通孔37连通。

贯通孔20、21、37、凹陷部30、31、40、41以及槽22、23、36、42能够通过蚀刻技术容易地形成，这是不言自明的。关于以后的实施例的贯通孔、凹陷部以及槽，也同样地能够通过蚀刻技术容易地形成。

基台2与感压构件3以基台2的贯通孔20与感压构件3的槽36连通的方式通过直接接合来接合。

感压构件3与盖构件4以盖构件4的凹陷部40、41覆盖感压构件3的膜片32、33，感压构件3的贯通孔37与盖构件4的槽42连通的方式，通过直接接合来接合。

第1油能够经由贯通孔21、37、槽42以及凹陷部40、41到达至膜片32、33的上表面。第1油将被施加的第1压力传递至膜片32、33的上表面。另外，第2油能够经由贯通孔20、槽36以及凹陷部30到达至膜片32的下表面。第2油将被施加的第2压力传递至膜片32的下表面。另外，膜片33的下表面的凹陷部31以真空状态被密封。

盖构件4的平面形状比感压构件3的平面形状小，使感压构件3的正面露出。虽然在图1中未图示，但在感压构件3的露出的正面形成有与各应变片34-1～34-4、35-1～35-4分别电连接的8个电极焊盘，从而能够将应变片34-1～34-4、35-1～35-4与外部的电路接线。应变片与外部的电路的接线方法在以后的实施例中也相同。

应变片34-1～34-4与外部的电路一起，构成如图4那样的差压测量用的惠斯通电桥电路。图4的惠斯通电桥电路将第1应变片34-1与处于第1应变片34-1的旁边的位置的第2应变片34-2串联地连接，构成第1串联电路340，且将处于第1应变片34-1的旁边的位置的第3应变片34-3与处于与第1应变片34-1相向的位置的第4应变片34-4串联地连接，构成第2串联电路341，通过电源342对第1串联电路340的两端以及第2串联电路341的两端施加惠斯通电桥驱动电压E。从应变片34-1、34-2的连接点与应变片34-3、34-4的连接点之间输出和第1压力与第2压力的差压对应的输出电压Vout。

R为应变片34-1～34-4的电阻值。另外，ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4为与差压相应地在膜片32上产生应力时的应变片34-1～34-4的电阻变化。能够利用图4的惠斯通电桥电路来测量被施加至膜片32的上表面的第1压力与被施加至膜片32的下表面的第2压力的差压。

应变片35-1～35-4与外部的电路一起构成绝对压力测量用的惠斯通电桥电路。能够利用绝对压力测量用的惠斯通电桥电路来测量被施加至膜片33的上表面的第1压力的绝对压力。绝对压力测量用的惠斯通电桥电路相当于将图4中的应变片34-1～34-4置换为应变片35-1～35-4而成的电路。

在本实施例中，设置有差压测量用的膜片32和绝对压力测量用的膜片33这两个，需要在膜片32与33之间形成压力导入通路，所以难以对膜片32采用对称结构，同样地，也难以对膜片33采用对称结构。

这样，由于难以对膜片32采用对称结构，所以在应变片34-1～34-4中产生的电阻值漂移ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4为不同的值，所以差压测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout成为如下式那样。

Vout＝{(1+ΔR4/R)(2+ΔR1/R-ΔR2/R)-(1-ΔR2/R)(2+ΔR4/R-ΔR3/R)}E/{(2+ΔR4/R-ΔR3/R)(2+ΔR1/R-ΔR2/R)}

＝{(1+σ4)(2+σ1-σ2)-(1-σ2)(2+σ4-σ3)}E/{(2+σ4-σ3)(2+σ1-σ2)}…(1)

在式(1)中，将被施加至应变片34-1～34-4的、膜片32的径向的应力分别设为σr1、σr2、σr3、σr4。另外，将被施加至应变片34-1～34-4的、膜片32的切线方向的应力分别设为σθ1、σθ2、σθ3、σθ4。式(1)的σ1、σ2、σ3、σ4成为如下那样。

σ1＝ΔR1/R＝π×(σr1-σθ1)/2…(2)

σ2＝ΔR2/R＝π×(σr2-σθ2)/2…(3)

σ3＝ΔR3/R＝π×(σr3-σθ3)/2…(4)

σ4＝ΔR4/R＝π×(σr4-σθ4)/2…(5)

关于绝对压力测量用的惠斯通电桥电路，若将在应变片35-1～35-4中产生的电阻值漂移设为ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4，则绝对压力测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout也成为如式(1)那样。

在本实施例中，难以对膜片32采用对称结构，但通过在基台2上形成槽22来设置基台2与感压构件3不接合的空洞220(非接合部)，从而能够调整被施加至应变片34-1～34-4的应力。具体而言，以在被施加至膜片32的上表面和下表面的压力之差为零时，使差压测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout成为零的方式设置空洞220即可。

同样地，通过在基台2上形成槽23来设置基台2与感压构件3不接合的空洞230，从而能够调整被施加至应变片35-1～35-4的应力。具体而言，以在被施加至膜片33的上表面和下表面的压力之差为零时，使绝对压力测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout成为零的方式设置空洞230即可。

这样，在本实施例中，通过设置两个膜片32、33，从而能够同时高灵敏度地测量差压和绝对压力，并且通过设置空洞220、230，从而能够分别对差压和绝对压力抑制由温度、静压引起的输出电压Vout的零点漂移。

[第2实施例]

接下来，对本发明的第2实施例进行说明。图5为本发明的第2实施例的压力传感器的俯视图，图6为图5的A-A线剖面图，图7为图5的B-B线剖面图。本实施例同时测量两个差压。

本实施例的压力传感器1a由平板状的传感器芯片10a构成。传感器芯片10a包括由派热克斯玻璃构成的平板状的基台2(第1构件)、与基台2接合的由硅构成的平板状的感压构件3a(第2构件)、以及与感压构件3a接合的由硅构成的平板状的盖构件4(第3构件)。关于基台2和盖构件4，与在第1实施例中说明的情况一样。

与第1实施例同样地，感压构件3a上形成有两个凹陷部30、31、两个膜片32、33、8个应变片34-1～34-4、35-1～35-4以及贯通孔37。

进而，在感压构件3a的背面形成有成为压力导入通路的槽36a(第2槽)，其一端与凹陷部30连通，另一端与凹陷部31连通，在基台2与感压构件3a接合时，中途部分与贯通孔20连通。

基台2与感压构件3a以基台2的贯通孔20与感压构件3a的槽36a连通的方式，通过直接接合来接合。

感压构件3a与盖构件4以盖构件4的凹陷部40、41覆盖感压构件3a的膜片32、33，感压构件3a的贯通孔37与盖构件4的槽42连通的方式，通过直接接合来接合。

与第1实施例同样地，第1油能够经由贯通孔21、37、槽42以及凹陷部40、41到达至膜片32、33的上表面。第1油将被施加的第1压力传递至膜片32、33的上表面。另外，第2油能够经由贯通孔20、槽36a以及凹陷部30、31到达至膜片32、33的下表面。第2油将被施加的第2压力传递至膜片32、33的下表面。

应变片34-1～34-4与外部的电路一起，构成如图4那样的差压测量用的惠斯通电桥电路。应变片35-1～35-4与外部的电路一起，构成差压测量用的另一惠斯通电桥电路。由应变片35-1～35-4构成的惠斯通电桥电路相当于将图4中的应变片34-1～34-4置换为应变片35-1～35-4而成的电路。

在本实施例中，与第1实施例同样地，以在被施加至膜片32的上表面和下表面的压力之差为零时，使由应变片34-1～34-4构成的差压测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout成为零的方式设置有空洞220。另外，以在被施加至膜片33的上表面和下表面的压力之差为零时，使由应变片35-1～35-4构成的差压测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout成为零的方式设置有空洞230。

这样，在本实施例中，能够通过两个膜片32、33分别测量相同的差压，并且通过设置空洞220、230，从而能够抑制由温度、静压引起的输出电压Vout的零点漂移。

此外，在第1实施例以及本实施例中，是将膜片32、33的尺寸设为相同，但在本实施例中，由于通过两个膜片32、33测量相同的差压，所以也可以改变膜片32、33的尺寸，来改变膜片32、33的测量差压的灵敏度。

[第3实施例]

接下来，对本发明的第3实施例进行说明。图8为本发明的第3实施例的压力传感器的俯视图，图9为图8的A-A线剖面图，图10为图8的B-B线剖面图。本实施例为同时测量两个差压的另一例子。

本实施例的压力传感器1b由平板状的传感器芯片10b构成。传感器芯片10b包括由派热克斯玻璃构成的平板状的基台2(第1构件)、与基台2接合的由硅构成的平板状的感压构件3b(第2构件)、以及与感压构件3b接合的由硅构成的平板状的盖构件4b(第3构件)。关于基台2，与在第1实施例中说明的情况一样。

与第1实施例同样地，感压构件3b上形成有两个凹陷部30、31、两个膜片32、33、8个应变片34-1～34-4、35-1～35-4以及贯通孔37。

另外，在感压构件3b上，在基台2与感压构件3b接合时与贯通孔20连通的位置处形成有成为压力导入通路的贯通孔38(第4贯通孔)，其将感压构件3b从背面贯通至正面。

进而，在感压构件3b的背面形成有：成为压力导入通路的槽50(第2槽)，其一端与凹陷部30连通，另一端与贯通孔37连通；以及成为压力导入通路的槽51(第4槽)，其一端与凹陷部31连通，另一端与贯通孔38连通。这样，两个槽50、51的一端分别与不同的凹陷部30、31连通，另一端分别与不同的贯通孔37、38连通。

与第1实施例同样地，盖构件4b上形成有两个凹陷部40、41。另外，在盖构件4b的背面形成有：成为压力导入通路的槽43(第3槽)，其一端与凹陷部40连通，另一端在感压构件3b与盖构件4b接合时与贯通孔38连通；以及成为压力导入通路的槽44(第1槽)，其一端与凹陷部41连通，另一端在感压构件3b与盖构件4b接合时与贯通孔37连通。这样，两个槽43、44的一端分别与不同的凹陷部40、41连通，另一端分别与不同的贯通孔37、38连通。

基台2与感压构件3b以基台2的贯通孔20、21与感压构件3b的贯通孔38、37连通的方式，通过直接接合来接合。

感压构件3b与盖构件4b以盖构件4b的凹陷部40、41覆盖感压构件3b的膜片32、33，感压构件3b的贯通孔37与盖构件4b的槽44连通，感压构件3b的贯通孔38与盖构件4b的槽43连通的方式，通过直接接合来接合。

第1油经由贯通孔20、38、槽43以及凹陷部40到达至膜片32的上表面。第1油经由贯通孔20、槽51以及凹陷部31到达至膜片33的下表面。第1油将被施加的第1压力传递至膜片32的上表面以及膜片33的下表面。

另外，第2油经由贯通孔21、槽50以及凹陷部30到达至膜片32的下表面。第2油经由贯通孔21、37、槽44以及凹陷部41到达至膜片33的上表面。第2油将被施加的第2压力传递至膜片32的下表面以及膜片33的上表面。

在本实施例中，是将膜片32、33的尺寸设为相同，但与第2实施例同样地，也可以改变膜片32、33的尺寸来改变膜片32、33的测量差压的灵敏度。

[第4实施例]

接下来，对本发明的第4实施例进行说明。图11为本发明的第4实施例的压力传感器的俯视图，图12为图11的A-A线剖面图，图13为图11的B-B线剖面图。本实施例同时测量绝对压力和表压。

本实施例的压力传感器1c由平板状的传感器芯片10c构成。传感器芯片10c包括由派热克斯玻璃构成的平板状的基台2c(第1构件)、与基台2c接合的由硅构成的平板状的感压构件3c(第2构件)以及与感压构件3c接合的由硅构成的平板状的盖构件4(第3构件)。关于盖构件4，与在第1实施例中说明的情况一样。

与第1实施例同样地，基台2c上形成有槽22、23。进而，基台2c上形成有将基台2c从背面贯通至正面的成为压力导入通路的贯通孔21(第1贯通孔)。

与第1实施例同样地，感压构件3c上形成有两个凹陷部30、31、两个膜片32、33、8个应变片34-1～34-4、35-1～35-4以及贯通孔37。

另外，在感压构件3c的背面形成有成为压力导入通路的槽52(第2槽)，其一端与凹陷部31连通，另一端在感压构件3c的侧面开口。

基台2c与感压构件3c以基台2c的贯通孔21与感压构件3c的贯通孔37连通的方式，通过直接接合来接合。

感压构件3c与盖构件4以盖构件4的凹陷部40、41覆盖感压构件3c的膜片32、33，感压构件3c的贯通孔37与盖构件4的槽42连通的方式，通过直接接合来接合。

第1油能够经由贯通孔21、37、槽42以及凹陷部40、41到达至膜片32、33的上表面。膜片32的下表面的凹陷部30以真空状态被密封。大气压经由槽52以及凹陷部31传递至膜片33的下表面。

应变片34-1～34-4与外部的电路一起，构成如图4那样的绝对压力测量用的惠斯通电桥电路。能够利用绝对压力测量用的惠斯通电桥电路来测量被施加至膜片32的上表面的第1压力的绝对压力。

应变片35-1～35-4与外部的电路一起构成表压测量用的惠斯通电桥电路。表压测量用的惠斯通电桥电路相当于将图4中的应变片34-1～34-4置换为应变片35-1～35-4而成的电路。能够利用表压测量用的惠斯通电桥电路来测量被施加至膜片33的上表面的第1压力的表压。

在本实施例中，与第1实施例同样地，以在被施加至膜片32的上表面和下表面的压力之差为零时，使绝对压力测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout成为零的方式设置有空洞220。另外，以在被施加至膜片33的上表面和下表面的压力之差为零时，使表压测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout成为零的方式设置有空洞230。

这样，在本实施例中，通过设置两个膜片32、33，从而能够同时高精度地测量绝对压力和表压，并且通过设置空洞220、230，从而能够分别对绝对压力和表压抑制由温度、静压引起的输出电压Vout的零点漂移。

[第5实施例]

接下来，对本发明的第5实施例进行说明。图14为本发明的第5实施例的压力传感器的俯视图，图15为图14的A-A线剖面图，图16为图14的B-B线剖面图，图17为图14的C-C线剖面图，图18为图14的D-D线剖面图。本实施例具有4个膜片。

本实施例的压力传感器1d由平板状的传感器芯片10d构成。传感器芯片10d包括由派热克斯玻璃构成的平板状的基台2d(第1构件)、与基台2d接合的由硅构成的平板状的感压构件3d(第2构件)、以及与感压构件3接合的由硅构成的平板状的盖构件4d(第3构件)。

基台2d上形成有将基台2d从背面贯通至正面的成为压力导入通路的两个贯通孔20d、21d(第1贯通孔)。进而，基台2d上形成有用于设置后述空洞的槽22～25。

在感压构件3d的与基台2d相向的背面形成有正方形的4个凹陷部30、31、60、61(第2压力导入室)，它们以使感压构件3d的正面侧保留的方式去除背面侧而形成。感压构件3d的形成有凹陷部30、31、60、61的区域的正面侧所保留的部分为膜片32、33、62、63。

另外，在感压构件3d的背面形成有成为压力导入通路的槽36d(第2槽)，其一端与凹陷部30连通，另一端与凹陷部31连通，在基台2d与感压构件3d接合时，中途部分与贯通孔20d连通。

另外，在感压构件3d上，在基台2d与感压构件3d接合时与贯通孔21d连通的位置处形成有成为压力导入通路的贯通孔37d(第2贯通孔)，其将感压构件3d从背面贯通至正面。

进而，在感压构件3d的与盖构件4d相向的正面中的、形成于凹陷部30、31、60、61的区域的正面侧的膜片32、33、62、63的边缘部，例如利用杂质扩散或者离子注入的技术，形成有作为压电电阻元件发挥功能的应变片34-1～34-4、35-1～35-4、64-1～64-4、65-1～65-4。

在俯视的情况下，应变片34-1～34-4分别形成于正方形的膜片32的4边的中点附近。在俯视的情况下，应变片35-1～35-4分别形成于正方形的膜片33的4边的中点附近。在俯视的情况下，应变片64-1～64-4分别形成于正方形的膜片62的4边的中点附近。在俯视的情况下，应变片65-1～65-4分别形成于正方形的膜片63的4边的中点附近。

感压构件3d由晶面取向为(100)面的p型单晶硅构成。各应变片34-1～34-4、35-1～35-4、64-1～64-4、65-1～65-4与在感压构件3d的晶面取向(100)中压电电阻系数的最大的<110>的结晶轴方向平行地形成。

另外，在感压构件3d的背面形成有成为压力导入通路的槽52d(第3槽)，其一端与凹陷部61连通，另一端在感压构件3d的侧面开口。

盖构件4d例如由晶面取向为(100)面的p型单晶硅构成。在盖构件4d的与感压构件3d相向的背面形成有正方形的4个凹陷部40、41、70、71(第1压力导入室)，它们在感压构件3d与盖构件4d接合时覆盖膜片32、33、62、63的位置处，以使盖构件4d的正面侧保留的方式去除背面侧而形成。

另外，在盖构件4d的背面，以从中央的分支点分支成4个的形状形成有成为压力导入通路的槽42d(第1槽)，其4个顶端分别与凹陷部40、41、70、71连通，在感压构件3d与盖构件4d接合时，中央的分支点的部分与贯通孔37d连通。

基台2d与感压构件3d以基台2d的贯通孔20d与感压构件3d的槽36d连通，基台2d的贯通孔21d与感压构件3d的贯通孔37d连通的方式，通过直接接合来接合。

感压构件3d与盖构件4d以盖构件4d的凹陷部40、41、70、71覆盖感压构件3d的膜片32、33、62、63，感压构件3d的贯通孔37d与盖构件4d的槽42d连通的方式，通过直接接合来接合。

第1油能够经由贯通孔21d、37d、槽42d以及凹陷部40、41、70、71到达至膜片32、33、62、63的上表面。第1油将被施加的第1压力传递至膜片32、33、62、63的上表面。另外，第2油能够经由贯通孔20d、槽36d以及凹陷部30、31到达至膜片32、33的下表面。第2油将被施加的第2压力传递至膜片32、33的下表面。膜片62的下表面的凹陷部60以真空状态被密封。大气压经由槽52d以及凹陷部61传递至膜片63的下表面。

应变片64-1～64-4与外部的电路一起构成绝对压力测量用的惠斯通电桥电路。绝对压力测量用的惠斯通电桥电路相当于将图4中的应变片34-1～34-4置换为应变片64-1～64-4而成的电路。应变片65-1～65-4与外部的电路一起构成表压测量用的惠斯通电桥电路。表压测量用的惠斯通电桥电路相当于将图4中的应变片34-1～34-4置换为应变片65-1～65-4而成的电路。

在本实施例中，与第1实施例同样地，以在被施加至膜片32的上表面和下表面的压力之差为零时，使由应变片34-1～34-4构成的差压测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout成为零的方式设置有空洞220(槽22)。另外，以在被施加至膜片33的上表面和下表面的压力之差为零时，使由应变片35-1～35-4构成的差压测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout成为零的方式设置有空洞230(槽23)。

进而，以在被施加至膜片62的上表面和下表面的压力之差为零时，使由应变片64-1～64-4构成的绝对压力测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout成为零的方式设置有空洞240(槽24)。另外，以在被施加至膜片63的上表面和下表面的压力之差为零时，使由应变片65-1～65-4构成的表压测量用的惠斯通电桥电路的输出电压Vout成为零的方式设置有空洞250(槽25)。

这样，在本实施例中，通过设置4个膜片32、33、62、63，从而能够同时高精度地测量第1压力与第2压力的差压、第1压力的绝对压力、以及第1压力的表压，并且通过设置空洞220、230、240、250，从而能够分别对差压、绝对压力以及表压抑制由温度、静压引起的输出电压Vout的零点漂移。

此外，在本实施例中，由于通过两个膜片32、33测量相同的差压，所以既可以仅使用某一方的膜片，也可以改变膜片32、33的尺寸来改变膜片32、33的测量差压的灵敏度。

另外，在第1～第5实施例中，是针对每1个膜片，设置1个空洞，但针对每1个膜片而设置至少1个空洞即可，也可以针对每1个膜片而设置多个空洞。另外，在第1～第5实施例中，是将空洞的形状形设为长方形，但也可以设为除了长方形以外的形状。

以上，参考附图，对本发明的实施方式详细地进行了说明。然而，本发明的技术范围不限定于上述例子。只要为具有本发明的技术领域中的通常的知识的人员，就当然能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内，想到各种变形例，关于这些变形例，也当然属于本发明的技术的范围。

符号说明

1、1a～1d…压力传感器，2、2c、2d…基台，3、3a～3d…感压构件，4、4b、4d…盖构件，10、10a～10d…传感器芯片，20、20d、21、21d、37、37d、38…贯通孔，22～25、36、36a、36d、42、42d、43、44、50～52、52d…槽，30、31、40、41、60、61、70、71…凹陷部，32、33、62、63…膜片，34-1～34-4、35-1～35-4、64-1～64-4、65-1～65-4…应变片，220、230、240、250…空洞，340、341…串联电路，342…电源。

Claims

1.一种压力传感器，其特征在于，

所述压力传感器具备平板状的传感器芯片，

在所述传感器芯片的内部形成有：

多个膜片；

多个第1压力导入室，它们以分别与所述多个膜片的上表面相接的方式配置；

多个第2压力导入室，它们以分别与所述多个膜片的下表面相接的方式配置；

第1压力导入通路，其一端在所述传感器芯片的下表面开口，另一端与所述多个第1压力导入室中的至少1个所述第1压力导入室连通；

第2压力导入通路，其一端在所述传感器芯片的下表面或者侧面开口，另一端与所述多个第2压力导入室中的至少1个所述第2压力导入室连通；以及

应变片，其在所述多个膜片各自的边缘部针对每1个膜片而配置有多个，

进而，以在被施加至所述膜片的上表面和下表面的压力之差为零时，使由设置于所述膜片的多个应变片构成的惠斯通电桥电路的输出电压成为零的方式，在所述多个膜片的周边，针对每1个膜片而形成有至少1个空洞。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述膜片、所述第1压力导入室以及所述第2压力导入室各形成有两个，

所述第1压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，从两个所述第1压力导入室之间的位置分支的两个另一端分别与两个所述第1压力导入室连通，

所述第2压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，另一端与两个所述第2压力导入室中的1个所述第2压力导入室连通。

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述第2压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，从两个所述第2压力导入室之间的位置分支的两个另一端分别与两个所述第2压力导入室连通。

4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述第1压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，另一端与两个所述第1压力导入室中的1个所述第1压力导入室连通，另一个另一端与两个所述第2压力导入室中的1个所述第2压力导入室连通，

所述第2压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，另一端与两个所述第1压力导入室中的未与所述第1压力导入通路连通的那1个所述第1压力导入室连通，另一个另一端与两个所述第2压力导入室中的未与所述第1压力导入通路连通的那1个所述第2压力导入室连通。

5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述第2压力导入通路的一端在所述传感器芯片的侧面开口，另一端与两个所述第2压力导入室中的1个所述第2压力导入室连通。

6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述膜片、所述第1压力导入室以及所述第2压力导入室各形成有4个，

所述第1压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，从4个所述第1压力导入室之间的位置分支的4个另一端分别与4个所述第1压力导入室连通，

所述第2压力导入通路的一端在所述传感器芯片的下表面开口，从4个所述第2压力导入室之间的位置分支的两个另一端分别与4个所述第2压力导入室中的两个所述第2压力导入室分别连通，

在所述传感器芯片的内部还形成有第3压力导入通路，其一端在所述传感器芯片的侧面开口，另一端与4个所述第2压力导入室中的未与所述第2压力导入通路连通的1个所述第2压力导入室连通。

7.根据权利要求2或者3中的任意一项所述的压力传感器，其特征在于，

所述传感器芯片包括：

平板状的第1构件；

平板状的第2构件，其与所述第1构件接合；以及

平板状的第3构件，其与所述第2构件接合，

所述第1压力导入室作为第1凹陷部而形成，该第1凹陷部在覆盖形成于所述第2构件的上表面的所述膜片的位置处，以使所述第3构件的上表面侧保留的方式去除下表面侧而形成，

所述第2压力导入室作为第2凹陷部而形成，该第2凹陷部以使所述第2构件的上表面侧的所述膜片保留的方式去除下表面侧而形成，

所述第1压力导入通路包括：第1贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；第2贯通孔，其以与所述第1贯通孔连通的方式将所述第2构件从下表面贯通至上表面；以及第1槽，其以两端分别与两个所述第1凹陷部连通，中途部分与所述第2贯通孔连通的方式形成于所述第3构件的下表面，

所述第2压力导入通路包括：第3贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；以及第2槽，其以一端与两个所述第2凹陷部中的1个所述第2凹陷部连通，另一端与所述第3贯通孔连通，或者两端与两个所述第2凹陷部连通，中途部分与所述第3贯通孔连通的方式形成于所述第2构件的下表面，

所述空洞由形成于所述第1构件的上表面的第3槽形成。

8.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，

所述传感器芯片包括：

平板状的第1构件；

平板状的第2构件，其与所述第1构件接合；以及

平板状的第3构件，其与所述第2构件接合，

所述第1压力导入通路包括：第1贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；第2贯通孔，其以与所述第1贯通孔连通的方式将所述第2构件从下表面贯通至上表面；第1槽，其以一端与两个所述第1凹陷部中的1个所述第1凹陷部连通，另一端与所述第2贯通孔连通的方式形成于所述第3构件的下表面；以及第2槽，其以一端与两个所述第2凹陷部中的1个所述第2凹陷部连通，另一端与所述第2贯通孔连通的方式形成于所述第2构件的下表面，

所述第2压力导入通路包括：第3贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；第4贯通孔，其以与所述第3贯通孔连通的方式将所述第2构件从下表面贯通至上表面；第3槽，其以一端与两个所述第1凹陷部中的未与所述第1压力导入通路连通的那1个所述第1凹陷部连通，另一端与所述第4贯通孔连通的方式形成于所述第3构件的下表面；以及第4槽，其以一端与两个所述第2凹陷部中的未与所述第1压力导入通路连通的那1个所述第2凹陷部连通，另一端与所述第4贯通孔连通的方式形成于所述第2构件的下表面，

所述空洞由形成于所述第1构件的上表面的第5槽形成。

9.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，

所述传感器芯片包括：

平板状的第1构件；

平板状的第2构件，其与所述第1构件接合；以及

平板状的第3构件，其与所述第2构件接合，

所述第2压力导入通路包括第2槽，其以一端在所述第2构件的侧面开口，另一端与两个所述第2凹陷部中的1个所述第2凹陷部连通的方式形成于所述第2构件的下表面，

所述空洞由形成于所述第1构件的上表面的第3槽形成。

10.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，

所述传感器芯片包括：

平板状的第1构件；

平板状的第2构件，其与所述第1构件接合；以及

平板状的第3构件，其与所述第2构件接合，

所述第1压力导入通路包括：第1贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；第2贯通孔，其以与所述第1贯通孔连通的方式将所述第2构件从下表面贯通至上表面；以及第1槽，其以从4个所述第1凹陷部之间的位置分支的4个顶端分别与4个所述第1凹陷部连通，分支点的部分与所述第2贯通孔连通的方式形成于所述第3构件的下表面，

所述第2压力导入通路包括：第3贯通孔，其将所述第1构件从下表面贯通至上表面；第2槽，其以两端分别与两个所述第2凹陷部连通，中途部分与所述第3贯通孔连通的方式形成于所述第2构件的下表面，

所述第3压力导入通路包括第3槽，其以一端在所述第2构件的侧面开口，另一端与4个所述第2凹陷部中的未与所述第2压力导入通路连通的1个所述第2凹陷部连通的方式形成于所述第2构件的下表面，

所述空洞由形成于所述第1构件的上表面的第4槽形成。

11.根据权利要求1～10所述的压力传感器，其特征在于，

针对每1个膜片而形成有4个所述应变片，

所述惠斯通电桥电路包括：

第1串联电路，其将4个所述应变片中的第1应变片、第2应变片串联地连接；

第2串联电路，其将4个所述应变片中的第3应变片、第4应变片串联地连接；以及

电源，其对所述第1串联电路的两端以及所述第2串联电路的两端施加驱动电压，

所述空洞以如下方式形成：在被施加至所述膜片的上表面和下表面的压力之差为零时，从所述第1应变片、第2应变片的连接点与所述第3应变片、第4应变片的连接点之间输出的所述输出电压成为零。