CN1651886A - 压力感应器及压力感应器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种压力感应器及压力感应器的制造方法，一个压力感应器中，具有一个底座，该底座上有一个孔，其上施加压力，并具有电气绝缘及机械绝缘的作用；一个感应器，包括连接于该孔的膜片，及一个用于将作用于该膜片的应变转化成一个电信号的应变计；该感应器被组装于该底座上，该底座具有一定的厚度，以保证当被施加一个静态压力时，该应变不会发生变化。

Description

压力感应器及压力感应器的制造方法

技术领域

本发明涉及一种压力感应器，特别是涉及一种廉价的简单但具有良好静态压力特性的压力感应器及压力感应器的制造方法。

背景技术

请参阅图1所示，一种传统的压力感应器具有一个硅制底座9及一个轮毂10(例如，请参阅JP-UM-A-5-50335)。现参照图1详细介绍该传统压力感应器。图1是一个传统压力感应器的剖视图。

在图1中，一个金属体5，是一个底座，具有一个孔6，一个压力作用于该孔上；另有一个玻璃体4，也是一个底座，也具有该孔6，一个压力作用于该孔上。该金属体与该玻璃体被由Au共晶焊接或类似作用结合在一起。该玻璃体4提供电气及机械绝缘。

同样，该硅制底座9也具有该孔6，一个压力作用于该孔上。该硅制底座9与该玻璃体4彼此结合。该轮毂10被提供于该硅制底座9与该玻璃体之间。

一个硅制感应器1，具有一个于该孔6相连的膜片2。该硅制感应器1有一个应变计，用于将一个作用于该膜片2上的应变(形变)转化成一个电信号。该硅制感应器1的一侧被结合于该硅制底座9上。

该硅制感应器1的另一侧与一个空间B相接触。孔6与膜片2形成一个空间A。

一个静态压力作用于该硅制感应器1、硅制底座9、玻璃体4及图1所示传统实例的其它部分之上。

在图1所示的依如上所述制成的传统实例中，施加与孔6的压力被转化成了一个电信号。图1所示传统实例中的该应变计3在空间A与空间B间的压力差及该静态压力基础上产生一个电信号。

当该静态压力被施加时，该硅制感应器1，该硅制底座9及该玻璃体4分别发生形变。因为硅制感应器1及硅制底座9具有一个大的杨氏模数，它们仅发生微小的形变。而因为玻璃体4具有一个较小的杨氏模数，其所发生的形变较大。

图1所示的传统实例中的硅制底座9及轮毂10限制了玻璃体4上形变的影响向硅制感应器1上的应变计3的传递。轮毂10减少了硅制底座9与玻璃体4间的结合面积。

进一步，一些传统压力感应器(半导体压力转换装置)分别具有一个用于检测一个压力差的结构，及一个用于检测一个静态压力的结构，还具有一个用于提高一个静态压力信号的输出而减少与一个压力差间的相互作用的结构(例如，请参阅日本专利第2656566号)。

然而，图1所示传统实例存在一个问题，在静态压力作用时会产生一个误差(静态压力特性)。

具体来讲，因为硅与玻璃的杨氏模数不同，当静态压力作用时，硅制感应器1及硅制底座9的形变与玻璃体4的形变不同，因而一个基于该玻璃体形变的应变会发生于该应变计3上。

其次，因为该玻璃体4具有延迟弹性及黏弹性等特性，会在该膜片2上造成一个应变，因而导致作用于该应变计上的一个应变。这样导致图1所示传统实例的一个误差。

再次，图1所示传统实例中的硅制底座9及轮毂10存在增加元件数量，增加处理过程数量及高成本的缺陷。

另外，轮毂10的形成会导致结合结果的恶化。该轮毂10的形成还存在另一个缺陷，减少结合面积导致破坏压力降低。

同时，日本专利第2656566号的传统实例存在一个缺陷，即它不能避免静态压力特性误差的发生，并不能得到良好的静态压力特性。

由此可见，上述现有的压力感应器仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决现有的压力感应器的缺陷，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的压力感应器存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新的压力感应器及压力感应器的制造方法，能够改进一般现有的压力感应器，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的压力感应器存在的缺陷，而提供一种新的压力感应器，所要解决的技术问题是使其具有良好的静态压力特性，并且简单、廉价，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的另一目的在于，提供一种压压力感应器的制造方法，所要解决的技术问题是使其能够加工具有良好的静态压力特性并且简单、廉价的压力感应器，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种压力感应器，其包括：一个具有一个孔的底座，压力作用于前述孔上，前述底座进行电气及机械绝缘；及一个感应器，其上有一个连接于前述孔的膜片、一个用于将发生于前述膜片上的应变转换成一个电信号的应变计，前述感应器被安装于前述底座上；其中前述底座具有一个厚度，前述厚度保证当施加一个静态压力时改应变不变。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的压力感应器及压力感应器的制造方法，其中所述的感应器由硅材料制成。

前述的压力感应器及压力感应器的制造方法，其中所述的底座由玻璃材料制成。

前述的压力感应器及压力感应器的制造方法，其包括一个形成于前述底座与前述感应器之间的轮毂。

前述的压力感应器及压力感应器的制造方法，其包括一个具有孔并安装于前述底座的金属体，及一个形成于前述底座与前述金属体之间的凹槽。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种压力感应器，其包括：一个具有一个孔的底座，压力作用于前述孔上，前述底座进行电气及机械绝缘；及一个感应器，其上有，一个连接于前述孔的膜片、一个用于将发生于前述膜片上的应变转换成一个电信号的应变计，前述感应器被安装于前述底座上；其中前述底座的弹性系数E_glass及厚度t_glass与前述感应器的弹性系数E_s1及厚度t_s1充分满足下面方程：

E_glass·t_glass≈E_s1·t_s1

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种压力感应器，其包括：一个具有一个孔的底座，压力作用于前述孔上，前述底座进行电气及机械绝缘；及一个感应器，其上有一个连接于前述孔的膜片、一个用于将发生于前述膜片上的应变转换成一个电信号的应变计，前述感应器被安装于前述底座上；其中前述底座具有一个厚度，前述厚度保证由一个静态压力产生的应变与一个由作用于未安装于前述底座的一个感应器的一个膜片上的静态压力所产生的应变相等。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种用于制造一种压力感应器的方法，被制造的感应器包括：一个具有一个孔的底座，压力作用于前述孔上，前述底座进行电气及机械绝缘；及一个感应器，其上有一个连接于前述孔的膜片、一个用于将发生于前述膜片上的应变转换成一个电信号的应变计，前述感应器被安装于前述底座上；前述方法包括：一个用于形成一个具有从其上移去前述底座的前述压力感应器的结构中除去前述压力感应器之外部分的步骤；一个比较发生于前述应变计上的第一个应变和一个发生于前述结构内的一个应变计上的第二个应变的步骤；及一个当第一个应变不同于第二个应变时，用来改变前述底座厚度的步骤。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的压力感应器的制造方法，其中所述的改变底座厚度的步骤中，当第一个应变大于第二个应变时，增加前述底座的厚度，而当第一个应变小于第二个应变时，减小前述底座的厚度。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

根据本发明，可以提供一个具有良好的静态压力特性的压力感应器。另外，可以提供一个廉价的压力感应器。进一步，可以提供一个简单的压力感应器。

并且本发明提供了一种制造上述具有良好静态压力特征的压力感应器。

综上所述，本发明特殊结构的压力感应器及压力感应器的制造方法，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品及制造方法中未见有类似的结构设计及方法公开发表或使用而确属创新，其不论在产品结构、制造方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的压力感应器及压力感应器的制造方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是一个传统实例的一个剖视图。

图2是本发明的一个实施例的一个剖视图。

图3是一个当对图2所示实施例施加一个静态压力时的剖视图。

图4是一个显示图2所示实施例中应变(-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2)与(E_glass·t_glass)/(E_s1·t_s1)之间关系的示意图。

图5是另一个实施例的一个剖视图。

图6是另一个实施例的一个剖视图。

1：感应器                               2：膜片

3：应变计                               4：玻璃体

5：金属体                               6：孔

7：轮毂                                 8：凹槽

9：底座                                  10：轮毂

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的压力感应器及压力感应器的制造方法其具体结构、方法、制造方法、加工方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

以下将参照图2对本发明进行详细介绍。图2是本发明的一个实施例的一个剖视图。与图1种传统实例相应的元件被按相同的序号标注。

图2中实施例的特点是一个作为底座的玻璃体4的厚度t_glass。

在图2中，一个金属体5，是一个金属底座，具有一个孔6，一个压力作用于其上。同样该玻璃体4，也是一个金属底座，也具有一个孔6，也有一个压力作用于其上。该玻璃体4与该金属体5彼此通过Au共晶焊接或类似作用结合在一起。玻璃体4起到电气及机械绝缘的作用。

一个硅制感应器1，具有一个与该孔6相连的膜片2。该硅制感应器1具有一个用于将该膜片2的形变量转换成一个电信号的应变计3。该硅制感应器1及该玻璃体4通过阳极焊接或类似作用彼此结合。

该玻璃体4具有一个厚度t_glass，而该硅制感应器1具有一个厚度t_s1。该玻璃体4的厚度t_glass可以保证当被施加一个静态压力时，该应变strain不会发生变化。

具体地，玻璃体4的厚度t_glass为一个满足如下方程(1)的值：

E_glass·t_glass≈E_s1·t_s1    (1)

应变计3安装于由膜片2中心沿x方向偏移的位置，如图2所示。

在按如上所述制成的图2种所示的实施例中，如同图1所示的传统实例一样，施加于孔6的压力被转换成一个电信号。也如同图1所示的传统实例中的应变计3一样，图2中实施例的该应变计3基于该压力差及静态压力而产生一个电信号。

首先将参照图3详细介绍图2中实施例在被施加一个静态压力时所表现的特性。图3是图2中所示实施例在被施加一个静态压力时的剖视图。图3中的剖视图将实物形状进行了夸大。此处将不对该金属体5进行介绍。

在一种通过将玻璃体4从图2及图3所示实施例中移去后(仅有该硅制感应器及该应变计)的结构中，该硅制感应器1在静态压力作用下发生形变，以使其体积变小。在这种情况下，一个x方向的应变-ε_s1发生于应变计3上。该应变-ε_s1与发生在为加载于玻璃体4上的该硅制感应器的膜片上的应变大小相等。

另一方面，在一种通过将该硅制感应器1从图2及图3所示实施例中移去后(仅有该玻璃体及该应变计)的结构中，玻璃体4在静态压力作用下沿一个方向发生形变，以使其体积变小。因为玻璃具有一个比硅小的杨氏模数，该玻璃体发生的形变较大。在这种情况下，一个沿x方向的应变-Δε_glass1发生于该应变计3上。

在图2及图3所示的实施例中，该硅制感应器1及该玻璃体4弯曲形变为一个图3所示的内凹的形状。一个基于此凹形形变的沿X方向拉伸的应变Δεglass2发生于应变计3上。

因此，在图2及图3所示的实施例中的该应变计3上，共有三个应变分力-ε_s1-Δε_glass1及Δε_glass2发生。即在图2及图3所示的实施例中的该应变计3上，有一个应变合力-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2发生。

当玻璃体4的厚度t_glass较大时，作用于玻璃体4的力增大，因此应变-Δε_glass1的绝对值增大。另外，因为凹形形变变小，拉伸应变的绝对值Δε_glass2减小。

另一方面，当玻璃体4的厚度t_glass较小时，作用于玻璃体4的力减小，因此应变-Δε_glass1的绝对值减小。另外，因为凹形形变变大，拉伸应变的绝对值Δε_glass2增大。

因此，当玻璃体4的厚度t_glass为一个预定值时，发生于应变计3内的基于玻璃体形变的应变-Δε_glass1及基于凹形形变的拉伸应变Δε_glass2可获得平衡并相互抵消。

因此，在这种情况下，仅有一个应变-ε_s1发生于图2及图3所示实施例中的应变计3上。即由作用于图2及图3所示实施例上的静态压力所产生的应变(-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2)等同于作用于图2及图3所示实施例移去玻璃体后得到的结构上的静态压力所产生的应变-ε_s1。

由以上的描述可以看出，在图2所示的实施例中，当施加静态压力时不会出现任何误差。

下面将介绍一种用于加工如图2所示实施例的一种结构的方法。

首先，撇开图2所示实施例，首先进行一个用于形成由图2所示实施例移去玻璃体4而得到结构的步骤。

其次，进行一个比较发生于图2所示实施例中应变计3上的应变(-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2)及发生于由图2所示实施例移去玻璃体4而得到结构中应变计3上的应变-ε_s1的步骤。

当应变(-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2)与应变-ε_s1不同时，改变玻璃体4的厚度t_glass。

当应变(-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2)大于应变-ε_s1时，增大玻璃体4的厚度t_glass。当应变(-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2)小于应变-ε_s1时，减小玻璃体4的厚度t_glass。

之后，将参照图4再次对图2中所示实施例在被施加静态压力时的特性作一详细介绍。图4是一个显示图2所示实施例中应变(-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2)与(E_glass·t_glass)/(E_s1·t_s1)之间关系的示意图。玻璃体4的厚度t_glass作为一个参数使用。图4显示了使用FEM的计算结果。

在图4中，当(E_glass·t_glass)/(E_s1·t_s1)增加时，应变减小。当(E_glass·t_glass)/(E_s1·t_s1)接近1时，即，在图4中的点Z处，应变(-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2)得值等于-ε_s1。

即，新发现当玻璃体4的厚度t_glass小时，不仅应变(-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2)减小，而且其值等于-ε_s1。因此，在图2所示的具有厚度为使应变(-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2)等于-ε_s1的玻璃体4的实施例中，提供了较佳的特性。当玻璃体4的厚度t_glass继续减小时，应变(-ε_s1-Δε_glass1+Δε_glass2)增加。

同样，在图2所示实施例中，因为硅制感应器1与玻璃体4间的结合面积较大，可以得到较大的破坏压力及稳定的特性。

另外，在图2所示实施例中，仅使用了少数的元件。在图2所示实施例中，整个结构的形状简单，并且处理过程被简化。因此，在图2所示实施例可实现成本的降低。

进一步，在图2所示实施例中，不仅得到了较佳的静态压力特性，还取得了较佳的温度特性。

图5是本发明的另一个实施例的剖视图。与图2所示实施例中相同的元件被标志为同样的序号，此处不再赘述。

图5所示的实施例的特征在于一个轮毂7。

在图5中，该轮毂7形成于一个玻璃体4及一个硅制感应器1之间。该轮毂7减小了玻璃体4及硅制感应器1之间的结合面积。

图5所示实施例中的玻璃体4的厚度t_glass为一个可保证当施加一个静态压力时发生于应变计3上的一个应变不变的厚度，正如同图2所示实施例的情况一样。

在按以上所述构架的图5所示实施例中，当玻璃体4的厚度t_glass为一个预定值时，施加一个静态压力时发生于应变计3上的一个应变被抵消，因此不会差生误差，也如同图2所示实施例的情况一样。

另外，轮毂7限制了玻璃体4的形变向硅制感应器1的传递。轮毂7的此效果与玻璃体4厚度t_glass的一个形变平衡效果共同作用。因此，在图5所示实施例中，可得到更多的较佳特性。

因为图5所示实施例中的轮毂7可以做得比图1所示的传统实例中的轮毂10更小，与图1所示的传统实例相比，图5所示实施例中结合的结果及破坏压力得到了提高。

图6是本发明另一实施例的一个剖视图。与图2所示实施例中相同的元件被标志为同样的序号，此处不再赘述。

图6所示实施例的特征在于一个金属体5记一个凹槽8。

在图6中，该凹槽8形成于一个玻璃体4与一个金属体5之间。该凹槽8减小了玻璃体4与金属体5之间的结合面积。

图6所示实施例中的玻璃体4的厚度t_glass为一个可保证当施加一个静态压力时发生于应变计3上的一个应变不变的厚度，正如同图2所示实施例的情况一样。

在按以上所述构架的图6所示实施例中，当玻璃体4的厚度t_glass为一个预定值时，施加一个静态压力时发生于应变计3上的一个应变被抵消，因此不会差生误差，也如同图2所示实施例的情况一样。

进一步，凹槽8限制了金属体5的形变向硅制感应器1的传递。凹槽8的此效果与玻璃体4厚度t_glass的一个形变平衡效果共同作用。因此，在图5所示实施例中，可得到更多的较佳特性。

另外，在图6所示实施例中，如果玻璃体4的厚度t_glass被参照金属体5的形变调整，可以实现对硅制感应器1、玻璃体4及金属体的形变的抵消。在如上所述的图6所示实施例中，不仅是硅制感应器1的形变及玻璃体4的形变的影响可以被抵消，金属体5的形变的影响也可以被抵消，因此可以得到更多的较佳特性。

在上述的实施例中，感应器由硅制成，而底座由玻璃制成。然而，类似的效果及优点也可以通过采用硅以外的材料制成感应器，并采用玻璃以外的材料制成底座而得到。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1、一种压力感应器，其特征在于其包括：

一个具有一个孔的底座，压力作用于前述孔上，前述底座进行电气及机械绝缘；及

一个感应器，其上有一个连接于前述孔的膜片、一个用于将发生于前述膜片上的应变转换成一个电信号的应变计，前述感应器被安装于前述底座上；

其中前述底座具有一个厚度，前述厚度保证当施加一个静态压力时改应变不变。

2、根据权利要求1所述的压力感应器，其特征在于其中前述感应器由硅材料制成。

3、根据权利要求1或2所述的压力感应器，其特征在于其中前述底座由玻璃材料制成。

4、根据权利要求3所述的压力感应器，其特征在于其包括一个形成于前述底座与前述感应器之间的轮毂。

5、根据权利要求3所述的压力感应器，其特征在于其包括一个具有孔并安装于前述底座的金属体，及一个形成于前述底座与前述金属体之间的凹槽。

6、一种压力感应器，其特征在于其包括：

一个具有一个孔的底座，压力作用于前述孔上，前述底座进行电气及机械绝缘；及

一个感应器，其上有，一个连接于前述孔的膜片、一个用于将发生于前述膜片上的应变转换成一个电信号的应变计，前述感应器被安装于前述底座上；

其中前述底座的弹性系数E_glass及厚度t_glass与前述感应器的弹性系数Es1及厚度ts1充分满足下面方程：

E_glass·t_glass≈E_s1·t_s1

7、一种压力感应器，其特征在于其包括：

一个具有一个孔的底座，压力作用于前述孔上，前述底座进行电气及机械绝缘；及

一个感应器，其上有一个连接于前述孔的膜片、一个用于将发生于前述膜片上的应变转换成一个电信号的应变计，前述感应器被安装于前述底座上；

其中前述底座具有一个厚度，前述厚度保证由一个静态压力产生的应变与一个由作用于未安装于前述底座的一个感应器的一个膜片上的静态压力所产生的应变相等。

8、一种压力感应器的制造方法，其特征在于前述被制造的感应器包括：

一个具有一个孔的底座，压力作用于前述孔上，前述底座进行电气及机械绝缘；及

一个感应器，其上有一个连接于前述孔的膜片、一个用于将发生于前述膜片上的应变转换成一个电信号的应变计，前述感应器被安装于前述底座上；

前述方法包括：

一个用于形成一个具有从其上移去前述底座的前述压力感应器的结构中除去前述压力感应器之外部分的步骤；

一个比较发生于前述应变计上的第一个应变和一个发生于前述结构内的一个应变计上的第二个应变的步骤；及

一个当第一个应变不同于第二个应变时，用来改变前述底座厚度的步骤。

9、根据权利要求8所述的一种压力感应器的制造方法，其特征在于其中前述改变底座厚度的步骤中，当第一个应变大于第二个应变时，增加前述底座的厚度，而当第一个应变小于第二个应变时，减小前述底座的厚度。

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