压力传感器制造技术

能够高精度地得到高输出的本发明专利技术的一个方式所涉及的压力传感器具有形成在硅基板的膜和电阻值与隔膜的变形相应地变化的多个压电元件区域。在该压力传感器中，多个压电元件区域具有第1压电元件区域、第2压电元件区域、第3压电元件区域以及第4压电元件区域。隔膜具有成为受到给定的压力而挠曲时的最大应力值的80％以上的最大挠曲区域。第1压电元件区域、第2压电元件区域、第3压电元件区域以及第4压电元件区域配置在隔膜的最大挠曲区域内。电元件区域配置在隔膜的最大挠曲区域内。电元件区域配置在隔膜的最大挠曲区域内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压力传感器


[0001]本专利技术涉及压力传感器，更具体而言，涉及具有电阻值与隔膜的变形相应地变化的多个压电元件的压力传感器。

技术介绍

[0002]以往，已知使用MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电系统)技术等来形成隔膜，并将电阻值与变形相应地变化的压电元件设置于隔膜的压力传感器。
[0003]在专利文献1中，公开了提高了压力的检测灵敏度的半导体压力传感器。在该半导体压力传感器中，作为压电电阻元件的形状，在隔膜的变形时产生较大应力的区域配置有压电电阻元件的大部分。
[0004]在专利文献2中，公开了具有优异的检测精度的物理量传感器。在该物理量传感器中，通过在施加有较多应力的隔膜的外缘部配置压电电阻部，能够进一步增大压电电阻元件的电阻值变化，其结果是能够增大桥接电路的输出变化。
[0005]在专利文献3中，公开了由隔膜与感应电阻元件的相对位置偏离带来的影响较小的半导体压力传感器。在该半导体压力传感器中，为了抑制由压电电阻元件的热变动引起的通电变动，将各压电电阻部的压电电阻元件组配置区域的面积设为全部相同，并且将区域的外形形状设为相同形状。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开2000
‑
214027号公报
[0009]专利文献2：日本特开2015
‑
179000号公报
[0010]专利文献3：日本特开2012
‑
002646号公报

技术实现思路

[0011]专利技术要解决的课题
[0012]在使用了隔膜以及压电元件的压力传感器中，由4个压电元件构成桥接电路，基于与隔膜的变形相应地变化的电阻值来测量输出(压力)。因而，由隔膜的挠曲引起的应力的分布与4个压电元件的布局的关系对桥接电路的输出值的偏差、压力传感器的输出所包括的高次的非线形分量的产生带来较大的影响。
[0013]本专利技术的目的在于，在使用了隔膜以及压电元件的压力传感器中，高精度地得到高输出。
[0014]为了解决上述课题，本专利技术的一个方式是具有形成于硅基板的隔膜和电阻值与隔膜的变形相应地变化的多个压电元件区域的压力传感器。在该压力传感器中，多个压电元件区域具有第1压电元件区域、第2压电元件区域、第3压电元件区域以及第4压电元件区域。第1压电元件区域和第2压电元件区域经由第1输出端子串联连接。第3压电元件区域和第4压电元件区域经由第2输出端子串联连接。第1压电元件区域和第3压电元件区域经由输入
端子连接。第2压电元件区域和第4压电元件区域经由接地端子连接。而且，由第1压电元件区域至第4压电元件区域构成全桥电路。形成为在隔膜变形时，第2压电元件区域以及第3压电元件区域各自的电阻值变大，并且第1压电元件区域以及第4压电元件区域的电阻值变小。隔膜具有成为在受到给定的压力而挠曲时的最大应力值的80％以上的最大挠曲区域。第1压电元件区域、第2压电元件区域、第3压电元件区域以及第4压电元件区域配置在隔膜的最大挠曲区域内。
[0015]根据这样的结构，由于多个压电元件区域分别配置在隔膜的最大挠曲区域内，因而能够在各压电元件区域内充分且均等地受到由隔膜的变形引起的应力。由此，抑制压力传感器的输出所包括的高次非线形分量，能够不改变整体结构(隔膜尺寸、厚度等)而使桥接电路的输出电压最大化。
[0016]在上述压力传感器中，第1压电元件区域、第2压电元件区域、第3压电元件区域以及第4压电元件区域各自的长边方向的长度优选为短边方向的长度的2倍以上且10倍以下左右。由此，能够在维持各压电元件区域的应变电阻特性的同时，将各压电元件区域布局在最大挠曲区域内。
[0017]也可以是，在上述压力传感器中，第1压电元件区域、第2压电元件区域、第3压电元件区域以及第4压电元件区域分别具有多个压电元件要素，在俯视隔膜时，第1压电元件区域与第4压电元件区域对置地配置，第2压电元件区域与第3压电元件区域对置地配置，第1压电元件区域以及第4压电元件区域的压电元件要素的长边方向配置在与隔膜挠曲的方向正交的方向上，第2压电元件区域以及第3压电元件区域的压电元件要素的长边方向配置在与隔膜挠曲的方向相同的方向上。由此，能够在维持各压电元件区域的应变电阻特性的同时，将多个压电元件要素布局在最大挠曲区域内。
[0018]也可以是，在上述压力传感器中，隔膜的俯视构成为具有4条边的大致四边形，在俯视隔膜时，第1压电元件区域和第4压电元件区域被配置在隔膜的对置的2条边各自的大致中央部，第2压电元件区域和第3压电元件区域被配置在隔膜的对置的另外2条边各自的大致中央部。由此，使得能够在维持各压电元件区域的应变电阻特性的同时，将各压电元件区域布局在最大挠曲区域内。
[0019]也可以是，在上述压力传感器中，第1压电元件区域、第2压电元件区域、第3压电元件区域以及第4压电元件区域分别具有多个压电元件要素，第1压电元件区域以及第4压电元件区域各自的压电元件要素的形状与第2压电元件区域以及第3压电元件区域各自的压电元件要素的形状不同。由此，能够在维持各压电元件区域的应变电阻特性的同时，将多个压电元件要素布局在最大挠曲区域内。
[0020]也可以是，在上述压力传感器中，第1压电元件区域、第2压电元件区域、第3压电元件区域以及第4压电元件区域分别具有多个压电元件要素，第1压电元件区域以及第4压电元件区域各自的多个压电元件要素的数量与第2压电元件区域以及所述第3压电元件区域各自的多个压电元件要素的数量不同。由此，能够将各压电元件区域所包括的多个压电元件要素布局在最大挠曲区域内。
[0021]在上述压力传感器中，第1压电元件区域、第2压电元件区域、第3压电元件区域以及第4压电元件区域各自的多个压电元件要素也可以以曲折形状连接。由此，能够在维持各压电元件区域的应变电阻特性的同时，将多个压电元件要素布局在最大挠曲区域内。
[0022]在上述压力传感器中，第1压电元件区域、第2压电元件区域、第3压电元件区域以及第4压电元件区域各自的长边方向的长度优选为隔膜的1条边的长度的1/5以下左右，更优选为1/6以上且1/5以下。由此，能够在维持各压电元件区域的应变电阻特性的同时，将各压电元件区域布局在最大挠曲区域内。
[0023]专利技术效果
[0024]根据本专利技术，能够在使用了隔膜以及压电元件的压力传感器中，高精度地得到高输出。
附图说明
[0025]图1是例示本实施方式所涉及的压力传感器的俯视图。
[0026]图2的(a)以及(b)是例示压电元件区域的结构的俯视图。
[0027]图3是本实施方式所涉及的压力传感器的电路结构图。
[0028]图4的(a)以及(b)是表示隔膜的应力分布的图。
[0029]图5的(a)以及(b)是表示隔膜的应力分布的图。
[0030]图6的(a)以及(b)是表示使用大致四边形的隔膜且未应用本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种压力传感器，具有形成于硅基板的隔膜和电阻值与所述隔膜的变形相应地变化的多个压电元件区域，其特征在于，所述多个压电元件区域具有第1压电元件区域、第2压电元件区域、第3压电元件区域以及第4压电元件区域，所述第1压电元件区域和所述第2压电元件区域经由第1输出端子串联连接，所述第3压电元件区域和所述第4压电元件区域经由第2输出端子串联连接，所述第1压电元件区域和所述第3压电元件区域经由输入端子连接，所述第2压电元件区域和所述第4压电元件区域经由接地端子连接，由所述第1压电元件区域至所述第4压电元件区域构成全桥电路，形成为在所述隔膜变形时，所述第2压电元件区域以及所述第3压电元件区域各自的电阻值变大，并且所述第1压电元件区域以及所述第4压电元件区域的电阻值变小，所述隔膜具有成为受到给定的压力而挠曲时的最大应力值的80％以上的最大挠曲区域，所述第1压电元件区域、所述第2压电元件区域、所述第3压电元件区域以及所述第4压电元件区域配置在所述最大挠曲区域内。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压电元件区域、所述第2压电元件区域、所述第3压电元件区域以及所述第4压电元件区域各自的长边方向的长度为短边方向的长度的2倍以上且10倍以下左右。3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，所述第1压电元件区域、所述第2压电元件区域、所述第3压电元件区域以及所述第4压电元件区域分别具有多个压电元件要素，在俯视所述隔膜时，所述第1压电元件区域和所述第4压电元件区域对置地配置，所述第2压电元件区域和所述第3压电元件区域对置地配置，所述第1压电元件区域以及所述第4压电元件区域的所述压电元件要素的长边方向配置在与所述隔膜挠曲的方向正交的方向上，第2压电元件区域以及所述第3压电元件区域的所述压电元件要素的长边方向配置在与所述隔膜挠曲的方向相同的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢泽久幸，大川尚信，石曾根昌彦，高桥亨，大塚彩子，
申请(专利权)人：阿尔卑斯阿尔派株式会社，
类型：发明
国别省市：