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压力传感器

阅读：268发布：2020-05-13

IPRDB可以提供压力传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明的压力传感器抑制通过夹具来连接管道与压力传感器时的传感器输出的零点的漂移量的偏差。本发明的压力传感器(100)在俯视时在通过膜片(3)的中心(30)而正交的2条直线(21、22)上分别配置半导体芯片(1a、1b)，且在支承半导体芯片(1a)的2个支承构件(2a)和支承构件(2b)之间的区域形成电阻(R1、R2)，在支承半导体芯片(1b)的2个支承构件(2c)和支承构件(2d)之间的区域形成电阻(R3、R4)。，下面是压力传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种压力传感器，其特征在于，具有：

膜片，所述膜片具有承受测定对象流体的压力的第1主面和所述第1主面的相反侧的第

2主面；

第1基座，所述第1基座在俯视时与所述膜片同心圆状地设置于所述第2主面的变形区域，所述变形区域是施加于所述第1主面的压力比施加于所述第2主面的压力大时所述膜片发生变形的区域，所述第1基座从所述第2主面向垂直方向突出；

第2基座，所述第2基座在俯视时与所述膜片同心圆状地设置于所述变形区域，所述第2基座从所述第2主面向垂直方向突出，并且直径比所述第1基座大；

第1半导体芯片，所述第1半导体芯片在一个面形成有构成应变计的第1电阻以及第2电阻；

第2半导体芯片，所述第2半导体芯片在一个面形成有构成应变计的第3电阻以及第4电阻；

第1结构体，所述第1结构体的一端在俯视时被接合于通过所述膜片的所述第2主面的中心的第1直线上的所述第1基座上，另一端被接合于所述第1半导体芯片的另一面，从而所述第1结构体被垂直设置；

第2结构体，所述第2结构体的一端在俯视时被接合于所述第1直线上的所述第2基座上，另一端被接合于所述第1半导体芯片的另一面，从而所述第2结构体被垂直设置；

第3结构体，所述第3结构体的一端在俯视时被接合于通过所述第2主面的中心并与所述第1直线正交的第2直线上的所述第1基座上，另一端被接合于所述第2半导体芯片的另一面，从而所述第3结构体被垂直设置；以及第4结构体，所述第4结构体的一端在俯视时被接合于所述第2直线上的所述第2基座上，另一端被接合于所述第2半导体芯片的另一面，从而所述第4结构体被垂直设置，在所述第1半导体芯片上，所述第1电阻以及所述第2电阻在俯视时被形成于接合有所述第1结构体的接合面与接合有所述第2结构体的接合面之间的区域，在所述第2半导体芯片上，所述第3电阻以及所述第4电阻在俯视时被形成于接合有所述第3结构体的接合面与接合有所述第4结构体的接合面之间的区域。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述第1半导体芯片被形成为长方形形状，且以所述第1半导体芯片的长边与所述第1直线平行的方式配置，所述第2半导体芯片被形成为长方形形状，且以所述第2半导体芯片的长边与所述第2直线平行的方式配置，所述第1电阻和所述第2电阻在与所述第1半导体芯片的短边平行的方向上排列配置，且向相互不同的方向延伸地形成，所述第3电阻和所述第4电阻在与所述第2半导体芯片的短边平行的方向上排列配置，且向相互不同的方向延伸地形成。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，

所述第1电阻以及所述第4电阻向同一方向延伸地形成，所述第2电阻以及所述第3电阻向与所述第1电阻以及所述第4电阻延伸的方向垂直的方向延伸地形成。

4.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，

所述第1电阻、所述第2电阻、所述第3电阻以及所述第4电阻与所述膜片的所述第2主面的中心相隔等距离地配置。

5.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，

所述第1电阻、所述第2电阻、所述第3电阻以及所述第4电阻与所述膜片的所述第2主面的中心相隔等距离地配置。

6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述第1半导体芯片被形成为长方形形状，且以所述第1半导体芯片的长边与所述第1直线平行的方式配置，所述第2半导体芯片被形成为长方形形状，且以所述第2半导体芯片的长边与所述第2直线平行的方式配置，所述第1电阻以及所述第2电阻在与所述第1半导体芯片的长边平行的方向上排列形成，所述第3电阻以及所述第4电阻在与所述第2半导体芯片的长边平行的方向上排列形成。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，

所述第1电阻、所述第2电阻、所述第3电阻以及所述第4电阻在同一方向上延伸地形成。

8.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，

所述第1电阻以及所述第4电阻与所述膜片的所述第2主面的中心相隔等距离地配置，所述第2电阻以及所述第3电阻与所述膜片的所述第2主面的中心相隔等距离地配置。

9.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，

10.根据权利要求1至9中任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述第1半导体芯片具有第1薄壁部，所述第1薄壁部形成得比接合有所述第1结构体以及所述第2结构体的区域薄，所述第2半导体芯片具有第2薄壁部，所述第2薄壁部形成得比接合有所述第3结构体以及所述第4结构体的区域薄，所述第1电阻以及所述第2电阻被形成于所述第1半导体芯片的所述一个面上的与所述第1薄壁部对应的区域内，所述第3电阻以及所述第4电阻被形成于所述第2半导体芯片的所述一个面上的与所述第2薄壁部对应的区域内。

说明书全文

压力传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种压力传感器，例如涉及一种卫生用压力传感器。

背景技术

[0002] 通常，检测流体的压力的压力传感器要被认可为在需要考虑卫生的食品、医药品等的生产车间等当中所使用的卫生用压力传感器，必须满足有关耐腐蚀性、洁净性、可靠性及通用性等的严格要求。

[0003] 例如，就耐腐蚀性而言，卫生用压力传感器必须对与压力的测定对象流体(例如液体)接触的液体接触部分使用不锈钢(SUS)、陶瓷以及钛等耐腐蚀性较高的材料。此外，就洁净性而言，卫生用压力传感器必须具有易于清洁的平膜片结构，而且必须具有对于蒸气清洁的高耐热冲击性。此外，就可靠性而言，卫生用压力传感器必须具有不使用封固剂的结构(无油结构)以及膜片不易破裂的结构(屏障高刚性)。

[0004] 如此，卫生用压力传感器所使用的材料、结构与其他压力传感器相比是受到限制的，因此不容易实现高灵敏度化。例如，要实现膜片不易破裂的结构，就必须增大膜片的膜厚(减小膜片的直径相对于厚度的高宽比)，但通常而言，若增大膜片的膜厚，则膜片的变形量变得微小，从而存在传感器灵敏度降低的问题。因此，在卫生用压力传感器中，一直在寻求用以高精度地检测膜片的微小的变形的技术。

[0005] 例如，在专利文献1、2中揭示有如下荷载转换型压力传感器：仅将膜片的中心部分的位移传递至形成有由扩散电阻构成的应变计的Si等的半导体芯片(梁构件)，对由基于上述半导体芯片的形变的压阻效应引起的扩散电阻的电阻值的变化进行检测，由此实现了传感器的高灵敏度化。

[0006] 具体而言，在专利文献1、2中所揭示的以往的荷载转换型压力传感器中，是在膜片的中心部分支承俯视时为长方形形状的半导体芯片的中心部分，而且将上述半导体芯片的两端固定在实质上不变动的位置。例如，在专利文献1中，在膜片的中心通过被称为枢轴的棒状构件来支承长条状的半导体芯片的中心，而且将半导体芯片的长度方向的两端经由绝缘座而固定在形成于膜片的外周缘的厚壁部分。此外，在专利文献2中，是将矩形状的半导体芯片的中心固定在膜片的中心，而且将半导体芯片的长度方向的两端固定在不变动的底座上。

[0007] 【现有技术文献】

[0008] 【专利文献】

[0009] 【专利文献1】日本专利特开2004-45140号公报

[0010] 【专利文献2】日本专利特开昭63-217671号公报

发明内容

[0011] 【发明要解决的问题】

[0012] 另外，通常而言，在卫生用压力传感器中，与供测定对象流体流动的管道的连接部分采用的是接头(例如卡套接头)。

[0013] 管道与卫生用压力传感器的连接是通过使用图19所示那样的被称为夹式带环(以下，也简称为“夹具”)的连接构件来实现。具体而言，如图20所示，使管道200的接头与卫生用压力传感器300的接头相对配置，利用夹具50的环状的固定部51A、51B夹住这2个接头，通过螺钉52将固定部51A、51B拧紧，由此连接管道200与卫生用压力传感器300。

[0014] 然而，在使用夹具来连接管道与卫生用压力传感器的情况下，卫生用压力传感器的膜片会发生不小的变形，从而有传感器输出的零点(偏置)发生漂移之虞。在上述专利文献1、2中所揭示那样的具有俯视时为长方形的半导体芯片的压力传感器的情况下，固定夹具所导致的零点的漂移量会由于将夹具拧紧的螺钉的位置的不同而发生偏差，所以对零点进行校正并不容易。

[0015] 本发明是鉴于上述问题而成，本发明的目的在于抑制通过夹具来连接供测定对象流体流动的管道与压力传感器时的传感器输出的零点的漂移量的偏差。

[0016] 【解决问题的技术手段】

[0017] 本发明的压力传感器(100)的特征在于，具有：膜片(3)，所述膜片(3)具有承受测定对象流体的压力的第1主面(3A)和第1主面的相反侧的第2主面(3B)；第1基座(5)，所述第1基座(5)在俯视时与膜片同心圆状地设置于第2主面的变形区域，所述变形区域是施加于所述第1主面的压力比施加于第2主面的压力大时膜片发生变形的区域，第1基座从第2主面向垂直方向突出；第2基座(6)，所述第2基座(6)在俯视时与膜片同心圆状地设置于变形区域，第2基座从第2主面向垂直方向突出，并且直径比第1基座大；第1半导体芯片(1a)，所述第1半导体芯片(1a)在一个面形成有构成应变计的第1电阻(R1)以及第2电阻(R2)；第2半导体芯片(1b)，所述第2半导体芯片(1b)在一个面形成有构成应变计的第3电阻(R3)以及第4电阻(R4)；第1结构体(2a)，所述第1结构体(2a)的一端在俯视时被接合于通过膜片的第2主面的中心的第1直线(21)上的所述第1基座上，一端被接合于所述第1半导体芯片的另一面，从而所述第1结构体被垂直设置；第2结构体(2b)，所述第2结构体的一端在俯视时被接合于第1直线上的第2基座上，另一端被接合于第1半导体芯片的另一面，从而第2结构体被垂直设置；第3结构体(2c)，所述第3结构体的一端在俯视时被接合于通过第2主面的中心并与第
1直线正交的第2直线(22)上的第1基座上，另一端被接合于第2半导体芯片的另一面，从而第3结构体被垂直设置；以及第4结构体(2d)，所述第4结构体(2d)的一端在俯视时被接合于第2直线上的第2基座上，另一端被接合于第2半导体芯片的另一面，从而第4结构体被垂直设置，在第1半导体芯片上，第1电阻以及第2电阻在俯视时被形成于接合有第1结构体的接合面与接合有第2结构体的接合面之间的区域，在第2半导体芯片上，第3电阻以及第4电阻在俯视时被形成于接合有第3结构体的接合面与接合有第4结构体的接合面之间的区域。

[0018] 在所述压力传感器中，第1半导体芯片被形成为长方形形状，且以第1半导体芯片的长边与第1直线平行的方式配置，第2半导体芯片被形成为长方形形状，且以第2半导体芯片的长边与第2直线平行的方式配置，第1电阻和第2电阻在与第1半导体芯片的短边平行的方向上排列配置，且向相互不同的方向延伸地形成，第3电阻和第4电阻在与第2半导体芯片的短边平行的方向上排列配置，且向相互不同的方向延伸地形成。

[0019] 在所述压力传感器中，第1电阻以及第4电阻可以向同一方向延伸地形成，第2电阻以及第3电阻可以向与第1电阻以及第4电阻延伸的方向垂直的方向延伸地形成。

[0020] 在所述压力传感器中，第1电阻、第2电阻、第3电阻以及第4电阻可以与膜片的第2主面的中心相隔等距离地配置。

[0021] 在所述压力传感器中，其特征在于，第1半导体芯片被形成为长方形形状，且以第1半导体芯片的长边与第1直线平行的方式配置，第2半导体芯片被形成为长方形形状，且以第2半导体芯片的长边与第2直线平行的方式配置，第1电阻以及第2电阻在与第1半导体芯片的长边平行的方向上排列形成，第3电阻以及第4电阻在与第2半导体芯片的长边平行的方向上排列形成。

[0022] 在所述压力传感器中，第1电阻、第2电阻、第3电阻、以及第4电阻可以在同一方向上延伸地形成。

[0023] 在所述压力传感器中，第1电阻以及第4电阻可以与膜片的第2主面的中心相隔等距离地配置，第2电阻以及第3电阻与膜片的第2主面的中心相隔等距离地配置。

[0024] 在所述压力传感器中，第1半导体芯片具有第1薄壁部，所述第1薄壁部形成得比接合有第1结构体以及第2结构体的区域薄，第2半导体芯片具有第2薄壁部，第2薄壁部形成得比接合有第3结构体以及第4结构体的区域薄，第1电阻以及第2电阻可以被形成于第1半导体芯片的一个面上的与第1薄壁部对应的区域内，第3电阻以及第4电阻可以被形成于第2半导体芯片的一个面上的与第2薄壁部对应的区域内。

[0025] 再者，在上述说明中，作为一例，以带括号的方式记载有与发明的构成要素相对应的附图上的参考符号。

[0026] 【发明的效果】

[0027] 通过以上说明的内容，根据本发明，可抑制通过夹具来连接供测定对象流体流动的管道与压力传感器时的传感器输出的零点的漂移量的偏差。

附图说明

[0028] 图1为表示本发明的一实施方式的压力传感器的构成的立体图。

[0029] 图2为表示本发明的一实施方式的压力传感器的构成的俯视图。

[0030] 图3为表示本发明的一实施方式的压力传感器的构成的截面图。

[0031] 图4为从半导体芯片1a的背面侧观察的立体图。

[0032] 图5为示意性地示出在本发明的一实施方式的压力传感器中，膜片3变形时的支承构件2a、2b以及半导体芯片1a的位移的图。

[0033] 图6为示意性地示出作为本发明的一实施方式的压力传感器的比较例的、不设置环状的基座5、6而将支承构件2a、2b和膜片3直接接合的情况下的半导体芯片1a的位移的图。

[0034] 图7为表示作为应变计的桥接电路的构成的图。

[0035] 图8为表示构成应变计的电阻在半导体芯片上的配置例的图。

[0036] 图9为表示作为本发明的一实施方式的压力传感器的比较例的、通过支承构件2ax、2bx、2cx在膜片3的支承面3B的中心30附近支承俯视为长方形的半导体芯片1X的结构的压力传感器901的图。

[0037] 图10为表示针对图9所示的压力传感器901的传感器输出的、通过有限元法获得的模拟结果的图。

[0038] 图11为表示连接本发明的一实施方式的压力传感器与管道的夹具的螺钉的固定位置的图。

[0039] 图12A为表示将夹具50的螺钉52固定在图11所示的位置P1的情况下的膜片3的Z轴方向的位移的等高线图。

[0040] 图12B为表示将夹具50的螺钉52固定在图11所示的位置P1的情况下的半导体芯片1的Z轴方向的位移的等高线图。

[0041] 图13A为表示将夹具50的螺钉52固定在图11所示的位置P2的情况下的膜片3的Z轴方向的位移的等高线图。

[0042] 图13B为表示将夹具50的螺钉52固定在图11所示的位置P2的情况下的半导体芯片1的Z轴方向的位移的等高线图。

[0043] 图14为表示本发明的一实施方式的压力传感器的传感器输出的模拟结果的图。

[0044] 图15为表示本发明的一实施方式的压力传感器中的电阻的另一配置例的图。

[0045] 图16为本发明的另一实施方式的压力传感器的、从半导体芯片的背面侧观察的立体图。

[0046] 图17为本发明的另一实施方式的压力传感器的、从半导体芯片的背面侧观察的立体图。

[0047] 图18为示出在圆周方向上具有裂缝的基座的一例的图。

[0048] 图19为示出连接压力传感器与管道的夹具的平面结构的图。

[0049] 图20为表示夹具连接压力传感器与管道的连接结构的图。

具体实施方式

[0050] 下面，参考附图，对本发明的实施方式进行说明。再者，在以下的说明中，对各实施方式中共通的构成要素标注同一参考符号，并省略重复的说明。

[0051] 图1～3为表示本发明的一实施方式的压力传感器的构成的图。

[0052] 图1中展示的是本实施方式的压力传感器100的立体图，图2中展示的是从图1的Z方向观察时的压力传感器100的平面结构，图3中展示的是图2的A-A截面下的压力传感器100的截面结构。另外，在图1中，仅壳体4展示的是180度的截面结构。

[0053] 图1～3所示的压力传感器100为如下装置：将因测定对象流体的压力而使得膜片弯曲时的膜片的位移传递至形成有应变计的半导体芯片，由此检测上述流体的压力。

[0054] 具体而言，压力传感器100由两个半导体芯片1a、1b、支承构件2a、2b、2c、2d、膜片3、基座5、6以及壳体4构成。此外，虽未图示，但压力传感器100也可还具有用以将检测到的压力的值等各种信息展示给用户的显示部(例如液晶显示器)等。

[0055] 再者，在图1～3中，图示有将压力传感器100中的膜片3的弯曲传递至半导体芯片1a、1b的机构，对输出自半导体芯片1a、1b的信号进行处理的电路等其他功能部未作图示。

[0056] 此外，有时将与膜片3的平面方向平行的相互正交的方向称为X轴方向及Y轴方向，将与膜片3的平面方向(X轴及Y轴)垂直的方向称为Z轴方向。

[0057] 半导体芯片1a、1b、膜片3、基座5、6以及支承构件2a～2d被容纳在由耐腐蚀性较高的金属材料构成的壳体4内。如图1～3所示，壳体4被形成为筒状，一端部4A具有用以与供测定对象流体流动的管道连接的接头形状。壳体4的内部例如以空气充满，内壁4B侧的压力例如为大气压。

[0058] 膜片3是承受测定对象流体的压力且对半导体芯片1a、1b以及支承构件2进行支承的膜。膜片3例如由不锈钢(SUS)、陶瓷以及钛等耐腐蚀性较高的材料构成，例如被形成为俯视为圆形状。

[0059] 膜片3被固定在壳体4的端部4A侧，将壳体4的端部4A的开口部分堵住。例如，膜片3的外周缘与壳体4的端部4A侧的内壁4B无间隙地接合在一起。

[0060] 膜片3的一面作为与测定对象流体接触的受压面(液体接触面)3A而发挥作用，另一面作为通过支承构件2a～2d来支承半导体芯片1a、1b的支承面3B而发挥作用。膜片3根据从测定对象流体施加至受压面3A的压力与施加至支承面3B的压力(例如大气压)的压力差而弯曲。

[0061] 再者，在本申请的附图中，有时会省略各压力传感器的膜片3及壳体4的图示。

[0062] 半导体芯片1a被形成为俯视为矩形形状，由基板和应变计构成，所述基板由Si等半导体材料构成，所述应变计包含通过公知的半导体制造技术而形成于该基板上的电阻R1、R2，将半导体芯片1a上产生的应变作为电阻R1、R2的电阻值的变化进行检测。

[0063] 又，半导体芯片1b与半导体芯片1a同样地，被形成为俯视为矩形形状，由基板和应变计构成，所述基板由Si等半导体材料构成，所述应变计包含通过公知的半导体制造技术而形成于该基板上的电阻R3、R4，将半导体芯片1b上产生的应变作为电阻R3、R4的电阻值的变化进行检测。

[0064] 以下，在半导体芯片1a中，有时将形成有构成应变计的电阻R1、R2的一面称为“主面1aA”，将主面1aA的相反侧那一面称为“背面1aB”，在半导体芯片1b中，有时将形成有构成应变计的电阻R3、R4的一面称为“主面1bA”，将主面1bA的相反侧那一面称为“背面1bB”。

[0065] 图4为从半导体芯片1a的背面侧观察的立体图。

[0066] 如图4所示，在半导体芯片1a的与膜片3相对那一面，即半导体芯片1a的背面1aB，形成有薄壁部(凹陷部)1aC，该薄壁部1aC形成得比供支承构件2a、2b接合的部分薄。另外，虽然未图示，但在半导体芯片1b的背面1bB也同样地形成有薄壁部1bC，该薄壁部1bC形成得比供支承构件2c、2d接合的部分薄。

[0067] 薄壁部1aC例如可通过利用公知的蚀刻技术对半导体芯片1a从其背面1aB选择性地进行削刮来形成。薄壁部1bC也是同样的。

[0068] 在此，半导体芯片1a和半导体芯片1b被形成为同一形状，以使得在施加相同的力时产生相同的应力。在本实施方式中，作为一例，以半导体芯片1a和半导体芯片1b被形成为具有同一厚度(Z轴方向的长度)、同一长度以及宽度(X轴方向的长度和Y轴方向的长度)的俯视为长方形形状的情况进行说明。

[0069] 基座5是用于在膜片3的支承面3B支撑支承构件2a、2c的构件(底座)。又，基座6是用于在膜片3的支承面3支撑支承构件2b、2d的构件(底座)。基座5、6与膜片3一体形成。

[0070] 另外，在本实施方式中，是以基座5、6采用与膜片3相同的材料一体形成的情况进行说明，但只要基座5、6被固定于膜片3的支承面3B上，基座5、6和膜片3也可以采用不同的材料构成，基座5、6可以与膜片3分开形成，并通过粘接剂接合于支承面3B。

[0071] 如图2所示，基座5被设置为与膜片3同心圆状，并从支承面3B向垂直方向突出，以使得在膜片3弯曲时，所支承的支承构件2a和支承构件2c的位移量相等。同样，基座6被设置为与膜片3同心圆状，并从支承面3B向垂直方向突出，以使得在膜片3弯曲时，所支承的支承构件2b和支承构件2d的位移量相等。

[0072] 更具体来说，基座5被形成为以膜片3的中心30为中心点的环状。又，基座6被形成为以膜片3的中心30为中心点的、半径比基座5的半径大的环状。基座5、6以它们的轴与支承面3B垂直的方式被固定于支承面3B上。

[0073] 支承构件2a、2b是作为在膜片3上支承半导体芯片1a的柱子而发挥作用的结构体。同样地，支承构件2c、2d是作为在膜片3上支承半导体芯片1b的柱子而发挥作用的结构体。

[0074] 支承构件2a～2d例如被形成为棱柱状(例如四棱柱状)。此外，支承构件2a～2d由具有电性绝缘性的材料构成。更优选为，支承构件2a～2d具有电性绝缘性以及某种程度的刚性，而且由热导率更小的材料构成。作为支承构件2a～2d的材料，可例示玻璃(例如硼硅酸玻璃(Pyrex(注册商标)))。

[0075] 作为第1结构体的支承构件2a的一端在俯视时被接合于通过膜片3的支承面3B的中心30而正交的2条直线21、22中的一条直线21上的基座5上，另一端被接合于半导体芯片1a的背面1aB，从而被垂直设置于膜片3上。又，作为第2结构体的支承构件2b的一端在俯视时被接合于直线21上的基座6上，另一端被接合于半导体芯片1a的背面1aB，从而被垂直设置于膜片3上。

[0076] 如图1～图3所示，支承构件2a、2b在其一端被分别接合于基座5、6上，在另一端被接合于半导体芯片1a的背面，支承构件2c、2d在其一端分别被接合于基座5、6上，在另一端被接合于半导体芯片1b的背面。支承构件2a～2d和半导体芯片1a、1b以及基座5、6之间的接合例如采用粘接剂。

[0077] 作为第3结构体的支承构件2c的一端被接合于所述2条直线21、22中的另一条直线22上的基座5上，另一端被接合于半导体芯片1b的背面1bB。又，作为第4结构体的支承构件
2d的一端被接合于直线22上的基座6上，另一端被接合于半导体芯片1b的背面1bB。

[0078] 垂直设置在膜片3上的支承构件2a～2d的高度(Z轴方向的长度)相等。由支承构件2a～2d支承的半导体芯片1a、1b的主面1aA、1bA与膜片3的支承面3B相互平行。

[0079] 接下来，对实施方式1的压力传感器100中的半导体芯片1a、1b的应力的产生原理进行说明。另外，半导体芯片1a和半导体芯片1b的应力的产生原理是相同的，所以在此以半导体芯片1a为例，对应力的产生原理进行说明。

[0080] 图5为示意性地示出在压力传感器100中，膜片3变形时的支承构件2a、2b以及半导体芯片1a的位移的图，图6为示意性地示出作为实施方式1的压力传感器100的比较例的、不设置环状的基座5、6而将支承构件2a、2b和膜片3直接接合的情况下的半导体芯片1a的位移的图

[0081] 首先，如图6所示，在不设置环状的基座5、6而将支承构件2a、2b直接结合于膜片3的支承面3B的情况下，膜片3由于来自流体的压力P而变形时，支承构件2a、2b保持与膜片3垂直的状态而倾斜。即，支承构件2a和支承构件2b都根据膜片3的变形，不仅在Z轴方向上产生位移，而且还在X轴方向上产生位移。由此，膜片3的位移未被适当地传递至半导体芯片1a，在半导体芯片1a上基本不发生应变，因此通过半导体芯片1a来检测流体的压力是比较困难的。

[0082] 相对于此，根据实施方式1的压力传感器100，如图5所示，膜片3由于来自流体的压力P而变形时，由于基座5、6与膜片3的接合部分的刚性，基座5、6基本上不会相对于Z轴倾斜，而是仅在Z轴方向上位移。其结果，主要是与距膜片3的中心的距离相应的膜片3的Z轴方向的位移被传递至支承构件2a、2b上。

[0083] 由此，在半导体芯片1a的主面1aA侧的内部产生与支承构件2a和支承构件2b之间的Z轴方向的位移差相应的拉伸应力。因而，通过预先在半导体芯片1a上的产生上述拉伸应力的区域内恰当地形成构成上述应变计(桥接电路)的电阻R1、R2，可高精度地检测测定对象流体的压力。

[0084] 另外，半导体芯片1b与半导体芯片1a同样地，在与膜片3同心圆状的基座5、6上通过2根柱子(支承构件2c、2d)来支承，所以基于与半导体芯片1a同样的原理而产生应力。

[0085] 在此，基座5、6的与膜片3接合的接合面的宽度(环的直径方向(X轴方向以及Y轴方向)的长度)越大，则膜片3的变形越被阻碍，传感器灵敏度越降低。另一方面，所述宽度越窄，则基座5、6与膜片3接合的接合部分的刚性就越变小，基座5、6越容易相对于膜片3的变形而向X轴方向倾斜，且其与支承构件2a、2b之间的粘接强度越降低。因此，所述宽度需要考虑所要求的传感器灵敏度、粘接强度来适当变更。

[0086] 接下来，对压力传感器100中的应变计具体说明。

[0087] 如图7所示，压力传感器100的应变计例如由桥接电路16构成，所述桥接电路16将形成于半导体芯片1a上的2个电阻(例如扩散电阻)R1、R2和形成于半导体芯片1b上的电阻R3、R4电连接。另外，在图1～4中，省略了用于连接电阻R1～R4的信号线的图示。

[0088] 在此，为了降低电阻R1～R4的相对的偏差，优选为，半导体芯片1a和半导体芯片1b是从同一批号的半导体基板切割出的芯片。

[0089] 在压力传感器100中，在对桥接电路16流通有一定电流的状态下，将在半导体芯片1a、1b的内部分别产生应力时、这些应力所引起的电阻R1～R4的电阻值的变化作为电压的变化来进行检测，由此可对测定对象流体的压力进行测定。

[0090] 在图8中示出实施方式1的压力传感器中的电阻R1～R4在半导体芯片1a、1b上的配置例。另外，在图8中，没有对基座5、6进行图示。

[0091] 电阻R1、R2被形成于因流体的压力而使得膜片3弯曲时半导体芯片1a中产生的应力为正(+)的区域，即半导体芯片1a的主面1aA侧的产生拉伸应力的区域内。具体而言，如图8所示，在半导体芯片1a中，在俯视时，电阻R1、R2被形成于与配置于直线21上的支承构件2a的接合面和支承构件2b的接合面之间的薄壁部1aC相对应的主面1aA侧的区域内。

[0092] 电阻R3、R4被形成于因流体的压力而使得膜片3弯曲时半导体芯片1b中产生的应力为正(+)的区域，即半导体芯片1b的主面1bA侧的产生拉伸应力的区域内。具体而言，如图8所示，在半导体芯片1b中，在俯视时，电阻R3、R4被形成于与配置于直线22上的支承构件2c的接合面和支承构件2d的接合面之间的薄壁部1bC相对应的主面1bA侧的区域内。

[0093] 电阻R1～R4被形成为例如俯视为矩形状。在本实施方式中，以电阻R1～R4在俯视时具有同一形状(长条状)、相互的电阻值相等的情形进行说明，但并不限定于此。

[0094] 电阻R1和电阻R2在俯视时可沿互不相同的方向延伸，电阻R3和电阻R4在俯视时可沿互不相同的方向延伸。此处，所谓电阻R1～R4延伸的方向，是指对电阻R1～R4施加有电压时电流流动的方向。

[0095] 此处，如图8所示，电阻R1及电阻R4在俯视时可沿同一方向延伸，电阻R2及电阻R3在俯视时可沿同一方向延伸。此外，电阻R1及电阻R4延伸的方向与电阻R2及电阻R3延伸的方向可相差90度。例如，如图8所示，电阻R1及电阻R4可沿与直线21平行的方向延伸，电阻R2及电阻R3可沿与直线22平行的方向延伸。

[0096] 此外，电阻R1～R4可与膜片3的中心30相隔等距离(例如，±10％以内的偏移幅度)配置。具体而言，可使膜片3的中心30到长方形形状的电阻R1、R2、R3及R4各自的中心的距离相等。例如，如图8所示，可将电阻R1、R2、R3及R4配置在俯视时与膜片3为同一中心30的圆15的圆周上。

[0097] 此处，圆15的直径无特别限定，但较理想为圆15处于半导体芯片1a、1b各自的薄壁部1aC、1bC内的长度。

[0098] 根据如此构成的压力传感器100，有以下所示的效果。下面，通过比较实施方式1的压力传感器100与另一压力传感器901，对压力传感器100的效果进行说明。

[0099] 首先，对作为实施方式1的压力传感器100的比较例的压力传感器901进行说明。

[0100] 图9为表示作为比较例的压力传感器901的图。

[0101] 压力传感器901具有俯视为长方形的半导体芯片1X和3个支承构件2ax、2bx、2cx，所述3个支承构件2ax、2bx、2cx并排垂直设置在穿过膜片3的支承面3B的中心30的直线25上，支承半导体芯片1X。

[0102] 图10为表示针对上述压力传感器901的传感器输出(桥接电路的输出信号)的、通过有限元法(FEM：Finite Element Method)获得的模拟结果的图。图10中，横轴表示将半导体芯片1X的长度方向的中心设为“0”时的、距该中心的半导体芯片1X的长度方向的距离，纵轴表示由半导体芯片1X的4个电阻R1～R4的应力分布换算而得的桥接电路16的输出信号(|Va－Vb|)的大小。

[0103] 图10中，参考符号P1表示由在图9所示的直线25上的位置P1固定夹具50的螺钉52的情况下使形成电阻R1～R4的位置相对于半导体芯片1X的中心变化时的电阻R1～R4的应力分布换算而得的桥接电路16的输出信号的大小，参考符号P2表示由在图9所示的直线26上的位置P2固定夹具50的螺钉52的情况下使形成电阻R1～R4的位置相对于半导体芯片1X的中心变化时的电阻R1～R4的应力分布换算而得的桥接电路16的输出信号的大小。

[0104] 在配备长方形形状的半导体芯片1X的压力传感器901中，螺钉52的拧紧位置的不同会导致半导体芯片1X的应力分布存在较大差异，因此，相对于直线26而呈线对称配置的4个电阻的电阻比的偏移也会因螺钉52的拧紧位置而发生变化。结果，如图9、10所示，在压力传感器901中，传感器输出(构成应变计的桥接电路16的输出信号)的零点的漂移量因螺钉52的拧紧位置而较大程度地发生偏差。

[0105] 相对于此，在实施方式1的压力传感器100的情况下，如后文所述，与压力传感器901相比，传感器输出(构成应变计的桥接电路16的输出信号)的零点的漂移量的偏差变小。
下面，对实施方式1的压力传感器100进行详细说明。

[0106] 图11为表示连接实施方式1的压力传感器100与管道的夹具的螺钉的固定位置的图。

[0107] 图12A为表示在图11所示的直线22上的位置P1固定夹具50的螺钉52时的膜片3的Z轴方向的位移的等高线图(等值线图)，图12B为表示在图11所示的直线22上的位置P1固定夹具50的螺钉52时的半导体芯片1a、1b的Z轴方向的位移的等高线图。

[0108] 图13A为表示在图11所示的直线21上的位置P2固定夹具50的螺钉52时的膜片3的Z轴方向的位移的等高线图(等值线图)，图13B为表示在图11所示的直线21上的位置P2固定夹具50的螺钉52时的半导体芯片1a、1b的Z轴方向的位移的等高线图。

[0109] 图12A、12B、13A、13B所示的等高线图中，以相同颜色表示Z轴方向的位移的大小相同的区域。

[0110] 像根据图12A、13A所了解的那样，在实施方式1的压力传感器100的情况下，当在俯视时使拧紧螺钉52的位置相差90度时，膜片3的Z轴方向的位移会发生反向。

[0111] 此时，在本实施方式的压力传感器100中，是在俯视时将4个支承构件2b～2d固定在穿过膜片3的支承面3B的中心30而正交的2条直线21、22上，分别通过这些支承构件2a～2d在膜片3的支承面3B上支承俯视为长方形形状的半导体芯片1a、1b，因此，如图12B、12B所示，半导体芯片1a、1b的Z轴方向的位移也发生反向。

[0112] 因此，在本实施方式的压力传感器100中，在利用螺钉52来拧紧夹具50时，将构成应变计的电阻R1～R4分别配置在产生方向相互相反的应力分布的半导体芯片1a、1b的区域内。具体而言，如图8所示，在半导体芯片1a中在支承构件2a与支承构件2b之间的区域内形成一组电阻对(电阻R1、R2)，在半导体芯片1b中在支承构件2c与支承构件2d之间的区域内形成另一组电阻对(电阻R3、R4)。

[0113] 由此，在夹具50的螺钉52拧紧时，会在半导体芯片1a中的形成有电阻R1、R2的支承构件2a与支承构件2b之间的区域和在半导体芯片1b中的形成有电阻R3、R4的支承构件2c与支承构件2d之间的区域内产生方向相互相反的应力，因此，通过恰当地设定电阻R1～R4的延伸方向，可使得因上述应力而导致电阻R1～R4的各电阻值发生变化的方向一致。

[0114] 具体而言，以如下方式决定电阻R1～R4的延伸方向即可：在夹具50的螺钉52拧紧时，电阻R1的电阻值和电阻R4的电阻值沿同一方向变化，电阻R2的电阻值和电阻R3的电阻值沿同一方向变化。例如，如图8所示，使电阻R1和电阻R4沿同一方向延伸，使电阻R2和电阻R3沿同一方向延伸。由此，在夹具50的螺钉52拧紧时，电阻R1和电阻R4的电阻值沿同一方向相同程度地发生变化，而且电阻R2和电阻R3的电阻值沿同一方向相同程度地发生变化。

[0115] 如此，通过以夹具50的螺钉52拧紧时电阻R1和电阻R4的电阻值沿同一方向变化的方式选择电阻R1和电阻R4的延伸方向，可抑制构成应变计的桥接电路16的输出信号Va侧的电阻R1与电阻R4的电阻比的偏移。同样地，通过以夹具50的螺钉52拧紧时电阻R2和电阻R3的电阻值沿同一方向变化的方式选择电阻R2和电阻R3的延伸方向，可抑制构成应变计的桥接电路16的输出信号Vb侧的电阻R2与电阻R3的电阻比的偏移。

[0116] 图14为表示针对像图11所示那样改变固定夹具50的螺钉52的位置时的压力传感器100的桥接电路16的输出信号的、通过FEM获得的模拟结果的图。在图14中，示出了如图8那样配置压力传感器100的桥接电路16的电阻R1～R4的情况下的模拟结果。

[0117] 图14中，横轴表示将半导体芯片1a、1b的长度方向的中心设为“0”时的距该中心的半导体芯片1a、1b的长度方向的距离，纵轴表示由两个半导体芯片1a、1b的4个电阻R1～R4的应力分布换算而得的桥接电路16的输出信号(|Va－Vb|)的大小。另外，在本次模拟中，半导体芯片1a和半导体芯片1b都具有同一形状，半导体芯片1a上的电阻R1以及电阻R4的位置和半导体芯片1b上的电阻R2以及电阻R3的位置相同(被配置在图8的圆15的圆周上)。

[0118] 图14中，参考符号P1表示由在将夹具50的螺钉52固定在图11所示的直线22上的位置P1的情况下使形成电阻R1～R4的位置相对于半导体芯片1a、1b的中心变化时的电阻R1～R4的应力分布换算而得的桥接电路16的输出信号的大小，参考符号P2表示由在将夹具50的螺钉52固定在图11所示的直线21上的位置P2的情况下使形成电阻R1～R4的位置相对于半导体芯片1a、1b的中心变化时的电阻R1～R4的应力分布换算而得的桥接电路16的输出信号的大小。

[0119] 如上所述，通过如图8那样配置电阻R1～R4，能够抑制桥接电路16的输出信号Va侧的电阻R1及电阻R4的电阻比的偏移和输出信号Vb侧的电阻R2及R3的电阻比的偏移，所以拧紧夹具50的螺钉52前后的桥接电路16的输出信号Va、Vb的变动得到抑制，而且改变拧紧夹具50的螺钉52的位置的情况下的输出信号Va、Vb的变动量的偏差也得到抑制。结果，如图14所示，夹具50的螺钉52拧紧时的压力传感器100的传感器输出(桥接电路16的输出信号|Va－Vb|)的零点的漂移量得到抑制，还可抑制因夹具50的螺钉52的拧紧位置的差异所引起的上述漂移量的偏差。

[0120] 以上，根据本实施方式的压力传感器100，不是如上述的压力传感器901那样在俯视时相对于通过膜片3的中心的一条直线26呈线对称地配置构成桥接电路的4个电阻，而是在分别配置于通过膜片3的中心30而正交的2条直线21、22上的半导体芯片1a、1b上，在支承半导体芯片1a的两个支承构件2a和支承构件2b之间的区域配置电阻R1、R2，在支承半导体芯片1b的两个支承构件2c和支承构件2d之间的区域配置电阻R3、R4，所以能够抑制夹具50的螺钉52拧紧时的电阻R1与电阻R4的电阻比的变动和电阻R2与电阻R3的电阻比的变动。由此，可抑制因拧紧夹具50的螺钉52所引起的压力传感器100的传感器输出(桥接电路16的输出信号|Va－Vb|)的零点的漂移量，而且可抑制因夹具50的螺钉52的拧紧位置的差异所引起的上述漂移量的偏差。

[0121] 尤其是通过使电阻R1和电阻R4沿同一方向延伸、而且使电阻R2和电阻R3沿同一方向延伸，在夹具50的螺钉52拧紧时，可使电阻R1和电阻R4的电阻值沿同一方向相同程度地变化，而且可使电阻R2和电阻R3的电阻值沿同一方向相同程度地变化，因此，可进一步抑制因拧紧夹具50的螺钉52所引起的压力传感器100的传感器输出(桥接电路16的输出信号|Va－Vb|)的零点的漂移量，而且可进一步抑制因夹具50的螺钉52的拧紧位置的差异所引起的上述漂移量的偏差。

[0122] 此外，通过将电阻R1～R4形成于在俯视时与膜片3的中心30相隔等距离的位置(例如圆15的圆周上)，可使得基于螺钉52拧紧时产生的半导体芯片1a、1b的应力的、电阻R1～R4的电阻值各自的变化量相等，因此，可进一步减少传感器输出的零点的漂移量及其偏差。

[0123] 此外，通过使电阻R1及电阻R4延伸的方向与电阻R2及电阻R3延伸的方向相差约90度，可进一步增大因来自测定对象流体的压力而对膜片3的受压面3A施加压力时的、桥接电路16的输出信号Va侧的电阻R1及电阻R4的电阻比的偏移量和桥接电路16的输出信号Vb侧的电阻R2及R3的电阻比的偏移量，因此，可进一步提高压力传感器100对施加至膜片3的受压面3A的压力的传感器灵敏度。

[0124] 此外，通过使电阻R1～R4在俯视时形成于半导体芯片1a、1b各自的与薄壁部1aC、1bC相对应的区域内，使得应力容易集中于电阻R1～R4，因此，可进一步提高压力传感器100对施加至膜片3的受压面3A的压力的传感器灵敏度。

[0125] 另外，在上述实施方式中，例示的是电阻R1和电阻R2在与半导体芯片1a的短边平行的方向(与直线22平行的方向)上并列形成，电阻R3和电阻R4在与半导体芯片1b的短边平行的方向(与直线21平行的方向)上并列形成的情况(参考图8)，但只要以夹具50的螺钉52拧紧时电阻R1的电阻值和电阻R4的电阻值沿同一方向变化、电阻R2的电阻值和电阻R3的电阻值沿同一方向变化的方式配置电阻R1～R4即可。例如，也可像图15所示那样配置电阻R1～R4。

[0126] 图15是示出实施方式1的压力传感器中的电阻另一配置例的图。

[0127] 另外，在图15中，省略了基座5、6的图示。

[0128] 在图15所示的压力传感器100A中，在与半导体芯片1a的长边平行的方向(与直线21平行的方向)上排列形成电阻R1和电阻R2，在与半导体芯片1b的长边的平行的方向(与直线22平行的方向)上排列形成电阻R3和电阻R4。在此，电阻R1～R4被形成为例如俯视为长方形形状，相互在相同的方向上延伸。例如，如图15所示，使电阻R1～R4分别在与直线22平行的方向上延伸。

[0129] 由此，与图8所示的电阻R1～R4的配置例一样，在夹具50的螺钉52拧紧时，电阻R1的电阻值和电阻R4的电阻值沿同一方向变化，电阻R2的电阻值和电阻R3的电阻值沿同一方向，因此，可减少传感器输出的零点的漂移量及其偏差。

[0130] 又，在图15中，可以使得从膜片3的中心30至电阻R1为止的距离(例如电阻R1的中心为止的距离)LR1和从膜片3的中心30至电阻R4为止的距离(例如电阻R4的中心为止的距离)LR4相等(例如包含±10％的误差)，且从膜片3的中心30至电阻R2为止的距离(例如电阻R2的中心为止的距离)LR2和从膜片3的中心30至电阻R3为止的距离(例如电阻R3的中心为止的距离)LR3相等(例如包含±10％的误差)。

[0131] 由此，由于基于螺钉52拧紧所导致的应力的、电阻R1的电阻值的变动量和电阻R4的电阻值的变化量相等，且电阻R2的电阻值的变动量和电阻R3的电阻值的变化量相等，所以可进一步减少传感器输出的零点的漂移量及其偏差，且可进一步增大对膜片3的受压面3A施加压力时的电阻R1及电阻R4的电阻比的偏移量和电阻R2及电阻R3的电阻比的偏移量，因此，可进一步提高压力传感器100的传感器灵敏度。

[0132] 以上，根据实施方式对由本发明者等人完成的发明进行了具体说明，但本发明并不限定于此，当然可在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。

[0133] 例如，在上述实施方式中，例示的是在半导体芯片1a的背面1aB形成薄壁部1aC的情况，但在作为压力传感器而获得充分的传感器灵敏度的情况下，也可像图16所示的压力传感器100B那样不在半导体芯片1a形成薄壁部1aC而使主面1aA与背面1aB之间的厚度一致。半导体芯片1b也是同样的。

[0134] 此外，在上述实施方式中，例示的是以支承构件2a、2b的侧面与半导体芯片1a的侧面成为同一平坦面的方式将支承构件2a、2b接合于半导体芯片1a的背面1aB的情况，但也可将支承构件2a、2b、2c、2d接合于半导体芯片1a、1b的侧面的内侧。例如，也可像图17所示的压力传感器100C那样将支承构件2a、2b接合于较图4的压力传感器100而言靠近半导体芯片1a的中心10的位置。

[0135] 又，在上述实施方式中，例示了基座5、6沿着其圆周方向连续形成的情况，但并不限定于此，也可以沿着圆周方向不连续地形成。例如，可以如图18所示的压力传感器100D那样，将基座5、6以4等分方式进行分割，基座5、6在圆周方向上具有4个裂缝。

[0136] 此外，在上述实施方式中，圆15的直径的长度并不限定于图8等所示的长度，当然可根据所要求的性能等来加以变更。

[0137] 又，在图15中，作为电阻R1～R4在同一方向上延伸的情况的例子，示出了使电阻R1～R4分别在与直线22平行的方向上延伸的情形，但并不限定于此。例如，可以使电阻R1～R4分别在与直线21平行的方向上延伸。

[0138] 又，在上述实施方式中，例示了电阻R1～R4为俯视为长方形形状的情况，但并不限定于此。例如，也可以为俯视为正方形形状。

[0139] 符号说明

[0140] 100、100A、100B、100C压力传感器，1a、1b半导体芯片，1aA、1bA半导体芯片的主面，1aB、1bB半导体芯片的背面，1aC、1bC薄壁部，10半导体芯片的中心，2a、2b、2c、2d支承构件，
3膜片，3A受压面，3B支承面，30膜片的中心，4壳体，4A壳体的端部，4B壳体的内壁，5、6基座，R1～R4电阻。

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压力传感器-专利编号CN107430040B	2020-05-11	621
压力传感器-专利编号CN110168335A	2020-05-12	682
压力传感器-专利编号CN107152983B	2020-05-13	713
压力传感器-专利编号CN105829853B	2020-05-12	964
压力传感器-专利编号CN110779638A	2020-05-11	197
压力传感器-专利编号CN110418950A	2020-05-12	549
压力传感器-专利编号CN110501110A	2020-05-11	961
压力传感器-专利编号CN107588883B	2020-05-13	617
压力传感器-专利编号CN107588882B	2020-05-13	267
压力传感器-专利编号CN105628293B	2020-05-11	478

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