專利名稱：壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在各種控制設(shè)備、汽車發(fā)動機控制、懸架(suspension)控制等中所使用的壓力傳感器。
背景技術(shù)：
圖9和圖10分別是現(xiàn)有技術(shù)中的壓力傳感器501的俯視圖和側(cè)剖視圖。圖11是作為壓力傳感器501的主要部分的基板3的剖視圖。圖12是壓力傳感器501的電路圖。金屬制的容器I具有設(shè)置于大致中央的中空孔2?；?由不銹鋼等具有撓性的材料構(gòu)成，設(shè)置在容器I的上表面上。在基板3的下表面設(shè)有由玻璃等絕緣材料構(gòu)成的絕緣層4。由氧化釕等應(yīng)變敏感電阻材料(strain-sensitive resistance material)構(gòu)成的一對外側(cè)電阻體5和一對內(nèi)側(cè)電阻體6被設(shè)置在絕緣層4的下表面,形成橋式電路。輸出端子7、9、電源端子8、接地(GND)端子10設(shè)置在基板3的下表面上，與外側(cè)電阻體5及內(nèi)側(cè)電阻體6電連接。外側(cè)電阻體5設(shè)置在基板3與容器I接合的接合部11的內(nèi)側(cè)。說明現(xiàn)有技術(shù)中的壓力傳感器501的制造方法。首先，通過液體浸滯、粉體附著、絲網(wǎng)印刷等，使絕緣層4附著在基板3的下表面上，在例如900°C以上的高溫下進行燒成。接著，在絕緣層4的下表面通過絲網(wǎng)印刷形成外側(cè)電阻體5及內(nèi)側(cè)電阻體6，并在600 900°C的溫度下進行燒成。接著，在絕緣層4的下表面通過絲網(wǎng)印刷形成由銀、銀-鈀等金屬構(gòu)成的端子7 10，并在600 900°C的溫度下進行燒成。接著，對于基板3的下表面的周邊部，使用低熔點玻璃等加熱到400 600°C的溫度，從而使其氣密且水密地粘結(jié)在容器I的上端面上。以下說明現(xiàn)有技術(shù)中的壓力傳感器501的動作。若從上方向基板3施加壓力P501，則會向基板3施加彎曲力。此時在外側(cè)電阻體5上產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，會向內(nèi)側(cè)電阻體6施加張應(yīng)力。并且，對于外側(cè)電阻體5及內(nèi)側(cè)電阻體6而言，電阻值相對于這些張應(yīng)力而增加，因此外側(cè)電阻體5的電阻值減小，內(nèi)側(cè)電阻體6的電阻值增加。外側(cè)電阻體5和內(nèi)側(cè)電阻體6形成橋式電路。即，從外部向電源端子8施加電壓，測量輸出端子7、9間的輸出電壓，從而能夠測量施加到壓力傳感器501的壓力P501。在現(xiàn)有技術(shù)中的壓力傳感器501中，檢測施加在基板3上的彎曲力引起的外側(cè)電阻體5及內(nèi)側(cè)電阻體6的電阻值的變化。因此，若為了增強基板3的強度而增大基板3的厚度，則外側(cè)電阻體5及內(nèi)側(cè)電阻體6的電阻的變化減小，因此有時靈敏度會減小。例如在專利文獻I中公開了與壓力傳感器501類似的壓力傳感器?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1:日本特開平10-153503號公報

發(fā)明內(nèi)容
壓力傳感器具備容器、振子、感知部及處理電路。容器具有筒部和平板部。筒部中設(shè)有中空孔，該中空孔構(gòu)成為填充被檢測流體、且具有開口部。平板部堵塞中空孔。平板部具有面向中空孔的第I面和第I面的相反側(cè)的第2面。振子設(shè)置在容器的平板部的第2面上。感知部輸出與振子的振動對應(yīng)的信號。處理電路進行如下動作:根據(jù)從感知部輸出的信號檢測振子的振動的振動頻率(frequency)，根據(jù)振子的被檢測出的振動頻率，檢測被檢測流體的壓力。該壓力傳感器具有高靈敏度，具有優(yōu)良的特性。


圖1是本發(fā)明的實施方式I的壓力傳感器的分解立體圖。圖2是實施方式I的壓力傳感器的側(cè)剖視圖。圖3是實施方式I的壓力傳感器的俯視圖。圖4是表示實施方式I的壓力傳感器的動作的側(cè)剖視圖。圖5是表示實施方式I的壓力傳感器的振子的振動頻率(frequency)的圖。圖6是本發(fā)明的實施方式2的壓力傳感器的立體圖。圖7是實施方式2的壓力傳感器的側(cè)剖視圖。圖8是實施方式2的壓力傳感器的側(cè)剖視圖。圖9是現(xiàn)有技術(shù)中的壓力傳感器的俯視圖。圖10是現(xiàn)有技術(shù)中的壓力傳感器的側(cè)剖視圖。圖11是現(xiàn)有的壓力傳感器的基板的剖視圖。圖12是現(xiàn)有的壓力傳感器的電路圖。
具體實施例方式(實施方式I)圖1、圖2及圖3分別是本發(fā)明的實施方式I的壓力傳感器101的分解立體圖、側(cè)剖視圖、俯視圖。容器21由SUS630等具有撓性的材料構(gòu)成。容器21具有筒部23和平板部24。在筒部23中，在內(nèi)側(cè)設(shè)有具有開口 22A的中空孔22。平板部24在開口 22A的相反側(cè)堵塞中空孔22。筒部23的中空孔22沿著中心軸22C延伸，開口 22A和平板部24在中心軸22C的方向上彼此位于相反側(cè)。容器21的平板部24具有面向中空孔22的下表面24B和下表面24B的相反側(cè)的上表面24A。上表面24A面向容器21的外部。筒部23具有位于開口 22A的相反側(cè)的端面23A。筒部23具有以遠離中空孔22的方式反向朝向外方突出地設(shè)置的寬廣部25。寬廣部25在與中心軸22C成直角的圓周方向上整體包圍中空孔22。在寬廣部25的中心軸22C的方向上的大致中央，以包圍中心軸22C的方式在整個外周上設(shè)有切口 26。應(yīng)變檢測部件27粘貼在容器21的上表面21A上，并且包括具有雙端支撐梁形狀(double-supportedbeam structure)的振子28,該振子28位于平板部24的上表面24A的上方。在振子28的上表面上設(shè)有驅(qū)動部29及感知部30。驅(qū)動部29及感知部30分別具有設(shè)置在振子28的上表面上的Pt層、層疊在Pt層上的PZT層、以及層疊在PZT層上的Au層。此外，應(yīng)變檢測部件27包括具有雙端支撐梁形狀的振子31，該振子31位于筒部23的端面23A的上方。在振子31的上表面上設(shè)有驅(qū)動部32及感知部33。驅(qū)動部32及感知部33分別具有設(shè)置在振子31的上表面上的Pt層、層疊在Pt層上的PZT層、以及層疊在PZT層上的Au層。應(yīng)變檢測部件27具有由Au構(gòu)成的布線圖案34，布線圖案34與振子28中的驅(qū)動部29及感知部30、以及振子31中的驅(qū)動部32及感知部33電連接。此外，應(yīng)變檢測部件27具有由IC構(gòu)成的處理電路35。處理電路35經(jīng)由布線圖案34向振子28中的驅(qū)動部29及振子31中的驅(qū)動部32輸入驅(qū)動信號，對振子28及振子31進行振動驅(qū)動。此外，處理電路35處理從振子28中的感知部30及振子31中的感知部33輸出的信號，從而檢測振子28及振子31的振動的振動頻率。以下說明實施方式I中的壓力傳感器101的制造方法。首先，準備由SUS630構(gòu)成的棒材，通過切削該棒材，在容器21中形成中空孔22、寬廣部25及切口 26。接著，在半導(dǎo)體基板的上表面上蒸鍍由Au構(gòu)成的布線圖案34之后，在設(shè)置振子28的驅(qū)動部29、感知部30及振子31的驅(qū)動部32、感知部33的部位蒸鍍Pt。接著，在Pt的上表面上蒸鍍PZT之后，進一步蒸鍍Au，在振子28的上表面上形成驅(qū)動部29及感知部30的同時，在振子31的上表面上形成驅(qū)動部32及感知部33。接著，在半導(dǎo)體基板的上表面上搭載由IC構(gòu)成的處理電路35，將處理電路35通過布線圖案34而與振子28中的驅(qū)動部29、感知部30及振子31中的驅(qū)動部32、感知部33電連接，形成應(yīng)變檢測部件27。最后，將應(yīng)變檢測部件27粘貼在容器21的上表面21A (筒部23及平板部24的上表面23A、24A)上,從而形成壓力傳感器101。接著，說明實施方式I的壓力傳感器101的動作。圖4是表示壓力傳感器101的動作的側(cè)剖視圖。圖5是表示振子28、31的振動的振動頻率f28、f31的圖。從處理電路35向振子28中的驅(qū)動部29施加頻率與振子28的固有振動頻率fa大致相同的交流電壓，并且向振子31中的驅(qū)動部32施加頻率與振子31的固有振動頻率fb大致相同的交流電壓。于是，振子28在振子28的兩端28A、28B被固定的狀態(tài)下以固有振動頻率fa進行弦振動。另一方面，振子31在振子31的兩端31A、31B被固定的狀態(tài)下以固有振動頻率fb進行弦振動。在該狀態(tài)下，從振子28中的感知部30輸出的信號具有振動頻率fa，若通過處理電路35處理該信號，則可檢測振動頻率fa。同樣，從振子31中的感知部33輸出的信號具有振動頻率fb，若通過處理電路35處理該信號，則可檢測振動頻率fb。如圖4所示，容器21的中空孔22構(gòu)成為，從開口 22A向中空孔22中填充了被檢測流體36。在實施方式I中，被檢測流體36是液體，但也可以是氣體等其他流體。若被檢測流體36的壓力上升，則以中空孔22的體積增大的方式，平板部24向上方膨脹，經(jīng)由上表面24A向應(yīng)變檢測部件27施加張力負荷F1。并且，如圖5所示，應(yīng)變檢測部件27中的振子28的振動頻率f28從固有振動頻率fa增加至振動頻率f I。從振子28的感知部30輸出的信號具有振動頻率f28，通過由處理電路35處理該信號，得到從振動頻率f28的振動頻率fa變化到振動頻率Π的變化量，能夠根據(jù)該變化量檢測填充到容器21中的被檢測流體36的壓力。有時振子28的固有振動頻率fa因壓力傳感器101的周圍溫度發(fā)生變化而變化。在實施方式I的壓力傳感器101中，振子31位于從平板部24的上表面24A的上方突出的位置。因此，即使被檢測流體36的壓力增加，張力負荷Fl也基本不會施加于振子31，因此，如圖5所示，即使壓力發(fā)生變化，振子31的振動頻率f31也基本不會從固有振動頻率fb發(fā)生變化。即，與被檢測流體36的壓力無關(guān)地，振子31以固有振動頻率fb振動。振子28、31的振動頻率f28、f31隨著溫度而發(fā)生變化。振動頻率f31的變化不依賴于張力負荷F1，而是依賴于壓力傳感器101的周圍溫度的變化，因此能夠通過振動頻率f31的變化來檢測溫度。處理電路35能夠基于振動頻率f31的變化，從與基于振子28的振動頻率f28而檢測出的壓力對應(yīng)的輸出信號值中校正因溫度的變化而發(fā)生的輸出信號的變動量。容器21的上表面21A包括平板部24的上表面24A和筒部23的端面23A。端面23A與平板部24的上表面24A連續(xù)地連接。振子28通過兩端28A、28B而被固定于容器21。振子31通過兩端31A、31B而被固定于容器21。詳細而言，振子28的兩端28A、28B被固定在平板部24的上表面24A上。由此，通過因被檢測流體36的壓力而發(fā)生的平板部24的變形，振子28受到張力負荷Fl。振子31的端3IA被固定在平板部24的上表面24A上，端3IB被固定在筒部23的端面23A上。端31A也可以被固定在筒部23的端面23A上。由此，SP使平板部24變形，也不會向振子31施加張力負荷，振子31的振動的振動頻率f31不會發(fā)生變化。如上所述，壓力傳感器101構(gòu)成為檢測被檢測流體36的壓力。在筒部23中，設(shè)有以填充被檢測流體36的方式構(gòu)成且具有開口 22A的中空孔22。平板部24堵塞中空孔22。平板部24具有面向中空孔22的面24B和面24B的相反側(cè)的面24A。振子28設(shè)置在容器21的平板部24的面24A上。驅(qū)動部29設(shè)置在振子28中。感知部30設(shè)置在振子28中，輸出與振子28的振動對應(yīng)的信號。處理電路35向驅(qū)動部29輸入驅(qū)動信號,從而使振子28振動。處理電路35根據(jù)從感知部30輸出的信號檢測振子28的振動的振動頻率。此外，處理電路35按照以下方式工作:根據(jù)振子28的被檢測出的振動頻率，檢測被檢測流體36的壓力。驅(qū)動部32設(shè)置在振子31中。感知部33設(shè)置在振子31中，輸出與振子31的振動對應(yīng)的信號。處理電路35向驅(qū)動部32輸入驅(qū)動信號，從而使振子31振動。處理電路35根據(jù)從感知部33輸出的信號來檢測振子31的振動的振動頻率。處理電路35按照以下方式工作:根據(jù)振子28的被檢測出的振動頻率和振子31的被檢測的振動頻率，檢測被檢測流體36的壓力。振子31位于從平板部24的面24A突出的位置。在實施方式I的壓力傳感器101中，即使為了增大平板部24的強度而將平板部24加厚，振子28的振動頻率f28也因被檢測流體36的壓力而發(fā)生變化。因此，能夠增大壓力傳感器101的強度，并且提高輸出靈敏度。如圖2所示，壓力傳感器101構(gòu)成為被安裝于對方側(cè)安裝部件149。此時，筒部23被插入到對方側(cè)安裝部件149的開口部149A中。在壓力傳感器101中，從容器21的筒部23朝向外方突出地設(shè)有寬廣部25。在寬廣部25中設(shè)有切口 26。通過該結(jié)構(gòu)，能夠防止安裝壓力傳感器101時產(chǎn)生的應(yīng)力傳遞到振子28、31。由此，能夠通過振子28，高精度地僅檢測填充到中空孔22中的被檢測流體36的壓力。(實施方式2)圖6和圖7分別是本發(fā)明的實施方式2的壓力傳感器102的立體圖和側(cè)剖視圖。在圖6和圖7中，對與圖1及圖2所示的實施方式I的壓力傳感器101相同的部分附加相同的參考符號。壓力傳感器102代替實施方式I中壓力傳感器101的容器21而具有容器41。容器41由例如S45C等碳鋼等具有撓性的材料構(gòu)成。容器41具有筒部43和平板部44。在筒部43中，在內(nèi)側(cè)設(shè)有具有開口 42A的中空孔42。平板部44在開口 42A的相反側(cè)堵塞中空孔42。筒部43的中空孔42沿著中心軸42C延伸，開口 42A和平板部44在中心軸42C的方向上彼此位于相反側(cè)。容器41的平板部44具有面向容器41的外部的上表面44A。筒部43具有以遠離中空孔42的方式反向朝向外方突出地設(shè)置的寬廣部45。寬廣部45在與中心軸42C成直角的圓周方向上整體包圍中空孔42。在寬廣部45的中心軸42C的方向上的大致中央，以包圍中心軸42C的方式在整個外周上設(shè)有槽46。在寬廣部45中，在槽46的下方，即夾著槽46的平板部44的相反側(cè)設(shè)有臺階部47。如圖8所示，壓力傳感器102構(gòu)成為能夠被安裝于對方側(cè)安裝部件48。在實施方式2的壓力傳感器102中，容器41的筒部43具有朝向外方突出的寬廣部45。在寬廣部45重在整個外周上設(shè)有槽46。通過在寬廣部45中設(shè)置的槽46，能夠防止在對方側(cè)安裝部件48上安裝壓力傳感器102時產(chǎn)生的應(yīng)力傳遞到振子28、31。因此，能夠通過振子28，高精度地僅檢測填充到中空孔42中的被檢測流體49的壓力。在實施方式2中，被檢測流體49是液體，但也可以是氣體等其他流體。在對方側(cè)安裝部件48上安裝壓力傳感器102時，寬廣部45以臺階部47的凹部50和槽46的底部51為中心分兩個階段發(fā)生變形。其結(jié)果，在對方側(cè)安裝部件48上安裝壓力傳感器102時產(chǎn)生的應(yīng)力被寬廣部45進一步吸收，因此能夠通過振子28，高精度地僅檢測填充到中空孔42中的被檢測流體49的壓力。在實施方式1、2中，表示“上表面”、“下表面”、“上方”等方向的用語表示僅取決于容器、應(yīng)變檢測部件等壓力傳感器的結(jié)構(gòu)部件的相對位置關(guān)系的相對方向，不表示鉛垂方向等絕對方向。(工業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的壓力傳感器具有高靈敏度，具有優(yōu)良的特性，因此尤其在各種控制設(shè)備、汽車發(fā)動機控制、懸架控制等中所使用的壓力傳感器中是非常有用。符號說明21、41 容器22、42 中空孔23、43 筒部24、44 平板部24A平板部的上表面(第2面)24B平板部的下表面(第I面)24、44 平板部25,45 寬廣部26 切口28振子(第I振子)29驅(qū)動部(第I驅(qū)動部)
30感知部(第I感知部)31振子(第2振子)32驅(qū)動部(第2驅(qū)動部)33感知部(第2感知部)35處理電路36被檢測流體46槽 47臺階部
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器，構(gòu)成為檢測被檢測流體的壓力，該壓力傳感器具備: 容器，該容器具有筒部和平板部，上述筒部中設(shè)有具有開口部的中空孔，該中空孔構(gòu)成為填充上述被檢測流體，上述平板部堵塞上述中空孔，上述平板部具有面向上述中空孔的第I面和上述第I面的相反側(cè)的第2面； 第I振子，設(shè)置在上述容器的上述平板部的上述第2面上； 第I驅(qū)動部，設(shè)置于上述第I振子； 第I感知部，設(shè)置于上述第I振子，輸出與上述第I振子的振動對應(yīng)的信號；以及處理電路，其進行如下動作:向上述第I驅(qū)動部輸入驅(qū)動信號而使上述第I振子振動；根據(jù)從上述第I感知部輸出的上述信號，檢測上述第I振子的振動的振動頻率；根據(jù)上述第I振子的上述被檢測出的振動頻率，檢測上述被檢測流體的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中， 所述壓力傳感器還具備: 第2振子； 第2驅(qū)動部，設(shè)置于上述第2振子；以及 第2感知部,設(shè)置于上述第2振子,輸出與上述第2振子的振動對應(yīng)的信號， 上述處理電路進行如下動作:向上述第2驅(qū)動部輸入驅(qū)動信號而使上述第2振子振動；根據(jù)從上述第2感知部輸出的上述信號，檢測上述第2振子的振動的振動頻率；根據(jù)上述第I振子的上述被檢測出的振動頻率和上述第2振子的上述被檢測出的振動頻率，檢測上述被檢測流體的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力傳感器，其中， 上述第2振子從上述平板部的上述第2面突出而位于上述容器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中， 上述容器還具有從上述筒部朝向外方突出的寬廣部，在上述寬廣部中設(shè)有切口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中， 上述容器還具有從上述筒部朝向外方突出的寬廣部，在上述寬廣部的整個外周上設(shè)有槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力傳感器，其中， 在上述寬廣部中設(shè)有臺階部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓力傳感器，其具備容器、振子、感知部及處理電路。容器具有筒部和平板部。筒部中設(shè)有中空孔，該中空孔構(gòu)成為填充被檢測流體、且具有開口部。平板部堵塞中空孔。平板部具有面向中空孔的第1面和第1面的相反側(cè)的第2面。振子設(shè)置在容器的平板部的第2面上。感知部輸出與振子的振動對應(yīng)的信號。處理電路進行如下動作根據(jù)從感知部輸出的信號檢測振子的振動的振動頻率，根據(jù)振子的被檢測出的振動頻率，檢測被檢測流體的壓力。該壓力傳感器具有高靈敏度，具有優(yōu)良的特性。
文檔編號G01L9/00GK103210292SQ20118005405
公開日2013年7月17日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者藤田孔明, 藤井謙次, 竹川敦雄 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社