專利名稱：壓力傳感器及受壓單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及將壓電元件用作壓力檢測(cè)元件的壓力傳感器及受壓單元。
背景技術(shù)：
作為由膜片(di即hragm)和雙音叉振動(dòng)片構(gòu)成的壓力傳感器，公開有專利文獻(xiàn)1 和2，其中，膜片作為具有接受被測(cè)定壓力而彎曲的撓性部的受壓單元，雙音叉振動(dòng)片作為 支撐固定在該膜片的支撐部上的感壓元件。 對(duì)于專利文獻(xiàn)1公開的壓力傳感器而言，當(dāng)受到壓力的膜片發(fā)生了彎曲時(shí)，由該 彎曲引起的力經(jīng)由上述支撐部而傳遞到雙音叉振子，使上述雙音叉振子也發(fā)生彎曲，由此 在振子的振動(dòng)臂(梁)方向上產(chǎn)生彈力作用。通過由該彈力作用產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，使雙音 叉振子的諧振頻率發(fā)生變化?？梢酝ㄟ^將該諧振頻率的變化轉(zhuǎn)換成壓力變化來檢測(cè)壓力變 動(dòng)。 上述感壓元件具有感壓部和連接在感壓部兩 端的一對(duì)基部，將力的檢測(cè)方向設(shè)定 為檢測(cè)軸，感壓元件的上述一對(duì)基部的排列方向與上述檢測(cè)軸成平行關(guān)系。對(duì)于雙音叉型 壓電振子而言，梁(beam)的延伸方向與檢測(cè)軸成平行關(guān)系。 但是存在這樣的問題當(dāng)膜片的彎曲增大時(shí)，彎曲成圓弧狀的膜片的中央部接觸 到雙音叉振動(dòng)片，導(dǎo)致雙方發(fā)生損傷等。 因此，在專利文獻(xiàn)2中，為了解決該問題，如圖9所示在膜片1的中央?yún)^(qū)域設(shè)置厚 壁部2，從而即使在膜片1的彎曲變大時(shí)，膜片1的彎曲也不會(huì)導(dǎo)致膜片1的中央?yún)^(qū)域變形 成圓弧狀。由此，能夠防止膜片1的中央部3接觸到雙音叉振動(dòng)片4。
專利文獻(xiàn)1日本特開2004-132913號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2日本特開2007-327992號(hào)公報(bào) 這里，如專利文獻(xiàn)1所述，在膜片的厚度均勻的情況下，當(dāng)雙音叉振動(dòng)片的振動(dòng)經(jīng) 由支撐部向膜片傳遞時(shí)，膜片自身開始振動(dòng)，膜片的固有頻率耦合到雙音叉振子的諧振頻 率中。此時(shí)存在如下問題當(dāng)膜片的固有振動(dòng)的諧振頻率接近雙音叉振子的諧振頻率時(shí)，膜 片的諧振頻率在雙音叉振子的諧振頻率附近作為復(fù)諧振、亂真而出現(xiàn)，導(dǎo)致從與雙音叉振 子電連接的振蕩電路振蕩產(chǎn)生的頻率發(fā)生變動(dòng)。 此外，雙音叉振子的振動(dòng)狀態(tài)可以由CI值來表示。圖10(1)是表示CI值與壓力 之間的關(guān)系的曲線圖。(2)是示意性地表示膜片的平面狀振動(dòng)狀態(tài)的圖。如(1)所示，當(dāng)壓 力(kPa)發(fā)生變化時(shí)，存在在特定壓力下CI (k-ohm)發(fā)生變化的位置(點(diǎn)A等)。在CI值 發(fā)生變化的位置(CI值異常點(diǎn)，即發(fā)生了 Dip的位置)，膜片的振動(dòng)十分劇烈。 [(Km] 接下來，(2)表示發(fā)生了Dip的壓力30(kPa)的點(diǎn)A和未發(fā)生Dip的壓力lOO(kPa) 的點(diǎn)B處的矩形的膜片的振動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于存在Dip的點(diǎn)A情況，觀測(cè)到膜片中央部的振動(dòng) 較大，與此相對(duì)，對(duì)于不存在Dip的點(diǎn)B的情況，與點(diǎn)A相比觀測(cè)到膜片中央部的振動(dòng)較小。
根據(jù)以上檢驗(yàn)結(jié)果可推斷出，在壓力測(cè)定環(huán)境下，在壓力發(fā)生變動(dòng)的過程中，如圖 11(1)所示，在未發(fā)生Dip的壓力下，不會(huì)由于壓力變化而導(dǎo)致雙音叉振動(dòng)片的諧振頻率發(fā)生移動(dòng)。但是，如(2)所示，在發(fā)生了Dip的壓力下，由于雙音叉振動(dòng)片的諧振頻率接近膜 片的頻率而導(dǎo)致頻率發(fā)生偏移和變動(dòng)。 因此，像用手指觸壓振動(dòng)的弦樂器的弦時(shí)抑制了振動(dòng)那樣，可以期待專利文獻(xiàn)2 所公開的如下效果，即為了防止上述撓性部發(fā)生彎曲時(shí)上述中央部的變形，在上述中央部 設(shè)置厚壁部，由此來抑制膜片的諧振。 這里，在為了抑制膜片振動(dòng)而在膜片上配置厚壁部時(shí)，本發(fā)明人對(duì)膜片的撓性部 的靈敏度與厚壁部的配置場(chǎng)所之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了仿真，結(jié)果認(rèn)識(shí)到，對(duì)于專利文獻(xiàn)2 所示的在膜片中央部配置厚壁部的結(jié)構(gòu)而言，存在撓性部的彎曲靈敏度損失變大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種能夠在不使撓性部 的彎曲靈敏度劣化的情況下抑制膜片的振動(dòng)的壓力傳感器及受壓單元。 本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，可以作為以下方式或應(yīng)用例 來實(shí)現(xiàn)。[應(yīng)用例1] 一種壓力傳感器，該感壓傳感器具有感壓元件，其具有感壓部和與 該感壓部的兩端連接的一對(duì)基部；以及受壓單元，其在一個(gè)主面上具有受壓面，并在該受壓 面背側(cè)的另一個(gè)主面上設(shè)置有一對(duì)支撐部，所述一對(duì)支撐部覆蓋上述感壓元件的一個(gè)主面 側(cè)，并且分別支撐上述感壓元件的上述一對(duì)基部，該壓力傳感器的特征在于，上述受壓單元 在相對(duì)于第1假想線和第2假想線中的至少任意一個(gè)假想線呈線對(duì)稱的位置上具有厚壁 部，其中，所述第1假想線通過所述另一個(gè)主面的中心并朝上述一對(duì)支撐部的排列方向延 伸，所述第2假想線通過上述中心并朝與上述第1假想線垂直的方向延伸。
由此，具有抑制受壓單元振動(dòng)的效果的厚壁部形成在相對(duì)于第1假想線和第2假 想線中的至少任意一個(gè)假想線呈線對(duì)稱的位置上，其中，第1假想線通過另一個(gè)主面的中 心并朝一對(duì)支撐部的排列方向延伸，第2假想線通過上述中心并朝與第1假想線垂直的方 向延伸。因此，抑制了Dip，同時(shí)不會(huì)使受壓單元的彎曲靈敏度劣化。[應(yīng)用例2]根據(jù)應(yīng)用例l所述的壓力傳感器，其特征在于，上述厚壁部一體形成在
上述受壓單元的上述一個(gè)主面和上述另一個(gè)主面中的至少任意一個(gè)主面上。 由此，能夠與受壓單元的制造工序一起形成厚壁部，能夠縮短簡化厚壁部的制造工序。[應(yīng)用例3]根據(jù)應(yīng)用例l所述的壓力傳感器，其特征在于，上述厚壁部形成為粘結(jié)
在上述受壓單元的上述一個(gè)主面和上述另一個(gè)主面中的至少任意一個(gè)主面上。 由此，能夠與受壓單元的厚度無關(guān)地調(diào)整厚壁部的厚度。此外，可以在受壓單元的
制造后，在后續(xù)工序中形成厚壁部。[應(yīng)用例4] 一種受壓單元，該受壓單元在一個(gè)主面上具有受壓面，在該受壓面背 側(cè)的另一個(gè)主面上設(shè)置有一對(duì)支撐部，所述一對(duì)支撐部分別支撐與感壓元件的兩端連接的 一對(duì)基部，該受壓單元的特征在于，該受壓單元在相對(duì)于第1假想線和第2假想線中的至少 任意一個(gè)假想線呈線對(duì)稱的位置上具有厚壁部，其中，所述第1假想線通過所述另一個(gè)主 面的中心并朝上述一對(duì)支撐部的排列方向延伸，所述第2假想線通過上述中心并朝與上述 第l假想線垂直的方向延伸。
由此，具有抑制受壓單元振動(dòng)的效果的厚壁部形成在相對(duì)于第1假想線和第2假 想線中的至少任意一個(gè)假想線呈線對(duì)稱的位置上，其中，第1假想線通過另一個(gè)主面的中 心并朝一對(duì)支撐部的排列方向延伸，第2假想線通過上述中心并朝與第1假想線垂直的方 向延伸。因此，抑制了 Dip，同時(shí)不會(huì)使受壓單元的彎曲靈敏度劣化。


圖1是本發(fā)明的壓力傳感器的分解立體圖。圖2是壓力傳感器的剖視圖。圖3是本發(fā)明的受壓單元的俯視圖。圖4是膜片的曲率的說明圖。圖5是膜片的曲率微分的說明圖。圖6是壓力傳感器用膜片的厚壁部的變形例的俯視圖。圖7是厚壁部的說明圖。圖8是對(duì)厚壁部進(jìn)行局部放大的剖視圖。圖9是表示現(xiàn)有壓力傳感器的概略結(jié)構(gòu)的圖。圖10是表示CI值與壓力的關(guān)系的圖。圖11是表示振動(dòng)強(qiáng)度與頻率的關(guān)系的圖。標(biāo)號(hào)說明1、膜片；2、厚壁部；3、中央部；4、雙音叉振動(dòng)片；10、壓力傳感器；20、基板；22、凹
部；24、端面；30、帶框振子；31、壓電振動(dòng)片；32、框狀部；34、35、振動(dòng)臂；36、基部；38、連接 部；40、膜片；41、撓性部；42、周緣部；43、受壓面；44、密閉側(cè)主面；45、支撐部；50、厚壁部； 51、切槽；60、粘結(jié)部件。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的壓力傳感器及受壓單元的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖l 是本發(fā)明的壓力傳感器的分解立體圖。(A)是從上方觀察基板內(nèi)側(cè)(凹部側(cè))的立體圖， (B)是從上方觀察膜片內(nèi)側(cè)(支撐部側(cè))的立體圖。圖2是壓力傳感器的剖視圖。圖3是 受壓單元的俯視圖。如圖所示，本發(fā)明的壓力傳感器10具有基板20、帶框振子30和膜片 (受壓單元)40。 如圖1所示，膜片40的一個(gè)主面為接受被測(cè)定壓力的受壓面43，該膜片40具有撓 性部41和形成在該撓性部41的周緣的框部42，撓性部41當(dāng)在上述受壓面43上從垂直于 該受壓面的方向接受到被測(cè)定壓力時(shí)，發(fā)生彎曲變形。在膜片40的另一個(gè)主面上，S卩，在作 為上述撓性部41的上述受壓面43的背面的密閉側(cè)主面44上，具有用于固定作為感壓元件 的壓電振動(dòng)片31的一對(duì)支撐部45a、45b，通過支撐部45a、45b來支撐壓電振動(dòng)片31的一對(duì) 基部36。 感壓元件采用所謂的雙音叉型振子。在雙音叉型振子的兩個(gè)端部上具有基部36， 在這兩個(gè)基部36之間的作為感壓部的振動(dòng)部上，形成有兩個(gè)振動(dòng)梁。上述振動(dòng)梁從一個(gè)基 部36朝另一個(gè)基部36延伸。雙音叉型振子具有這樣的特性當(dāng)對(duì)作為其感壓部(振動(dòng)臂 34、35)的上述兩個(gè)振動(dòng)梁施加了拉伸應(yīng)力(伸長應(yīng)力)或壓縮應(yīng)力時(shí)，其諧振頻率與所施加的應(yīng)力大致成比例地變化。 上述壓電振動(dòng)片31具有感壓部和形成在感壓部兩端的一對(duì)基部36，將力的檢測(cè)
方向設(shè)定為檢測(cè)軸，壓電振動(dòng)片31的上述一對(duì)基部36的排列方向與上述檢測(cè)軸成平行關(guān)
系。對(duì)于雙音叉型壓電振子的情況而言，梁的延伸方向與檢測(cè)軸為平行關(guān)系。 基板20是發(fā)揮封裝或蓋的作用的部件，即，用于對(duì)容納帶框振子30的壓電振動(dòng)片
31的內(nèi)部空間S進(jìn)行密封。如圖1或圖2所示，在基板20的內(nèi)側(cè)形成凹部22，在作為該凹
部22的開口側(cè)周緣的環(huán)狀圍繞部的端面24上，依次層疊地接合帶框振子30的框狀部32
和膜片40的周緣部42，由此形成將凹部22的內(nèi)側(cè)密封的內(nèi)部空間S。 這種基板20可以由玻璃、陶瓷板、硬質(zhì)塑料等非導(dǎo)電材料形成，例如在利用陶瓷
的情況下，可以形成氧化鋁質(zhì)的陶瓷印刷電路基板(Ceramic Green Sheet)，并制成圖示的
形狀。在本實(shí)施方式的情況下，考慮到熱膨脹系數(shù)等，從而利用與包圍壓電振動(dòng)片31的框
狀部32同樣的材料例如石英來形成基板20。 而且，圖1所示的基板20的主面外形是由與石英晶軸的X軸方向并行延伸的兩個(gè) 邊和與石英晶軸的Y方向并行延伸的兩個(gè)邊構(gòu)成的大致四邊形(即大致長方形)。
另外，未作圖示，在露出到基板20外部的面上設(shè)置有電極端子，該電極端子經(jīng)由 未圖示的導(dǎo)電圖案與壓電振動(dòng)片31之間進(jìn)行信號(hào)的輸入輸出。 帶框振子30具有框狀部32以及與該框狀部32連接的壓電振動(dòng)片31。而且，帶框 振子30是通過對(duì)壓電材料例如石英進(jìn)行蝕刻而形成的，除了石英以外，還可以采用鉭酸鋰 或鈮酸鋰等作為壓電材料。此外，圖1所示的框狀部32的外形是由與X軸方向并行延伸的 兩個(gè)邊和沿Y軸方向延伸的兩個(gè)邊構(gòu)成的大致矩形形狀。 在本實(shí)施方式中，壓電振動(dòng)片31采用頻率相對(duì)于所施加的力變化較大、能夠以較 高的靈敏度來檢測(cè)壓力的雙音叉振動(dòng)片。即，雙音叉振動(dòng)片是具有彎曲振動(dòng)模式的振動(dòng)片， 如圖1所示，其具有使兩個(gè)音叉振動(dòng)片的自由端側(cè)的端面彼此相對(duì)地結(jié)合而成的結(jié)構(gòu)，并 具有長度方向與Y軸方向相互并行地延伸的2個(gè)振動(dòng)臂34、35 ;以及與該振動(dòng)臂34、35的 長度方向的兩端相連，并與振動(dòng)臂34、35排成一列的兩個(gè)基部36。 振動(dòng)臂34、35是在Y軸方向上呈細(xì)長狀、并通過由設(shè)置在其表面上的勵(lì)振電極39a
施加驅(qū)動(dòng)電壓而發(fā)生彎曲振動(dòng)的部分，在對(duì)該部分施加壓力或張力而使其在Y軸方向上伸
長或壓縮時(shí)，其頻率發(fā)生變化。因此，能夠通過檢測(cè)其頻率變化來感應(yīng)壓力變化。 基部36是用于將壓電振動(dòng)片31固定在膜片40上的兩個(gè)端部，而且在本實(shí)施方式
中，基部36還是具有電極39b的部分，該電極39b是用于在振動(dòng)臂34、35與外部之間進(jìn)行
信號(hào)的輸入輸出的中繼。 在后述的膜片40的支撐部45側(cè)的表面上，具有用于與上述作為中繼的電極39b 導(dǎo)通的引出電極39c，該引出電極39c經(jīng)由輸入輸出電極39d與設(shè)置在上述基板20上的端 子電連接。 框狀部32是形成基板20的凹部以及容納壓電振動(dòng)片31的內(nèi)部空間S的部件，并 且是層疊固定在膜片40的周緣部42上的部件。具體而言，框狀部32至少與振動(dòng)臂34、35 之間具有空間，經(jīng)由連接部38與壓電振動(dòng)片31兩端的基部36連接，并且與壓電振動(dòng)片31 和連接部38 —體形成。即，在本實(shí)施方式中，框狀部32、連接部38和壓電振動(dòng)片31是利用 例如光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)而由一片石英晶片形成的。
連接部(梁)38的形狀比基部36窄。S卩，在基部36與膜片40的支撐部45接合 后，連接部38會(huì)妨礙振動(dòng)臂34、35的彎曲，因此希望連接部38不存在，因而在本實(shí)施方式 中，較窄地形成連接部38，使得在對(duì)帶框振子30和膜片40進(jìn)行接合時(shí)能夠?qū)⒒?6與支 撐部45對(duì)準(zhǔn)地進(jìn)行接合。 而且，連接部38在一對(duì)基部36的連接方向(Y軸方向)上，即在由連接部38和基 部36構(gòu)成的部分與框狀部32的沿X軸方向延伸的框邊之間，設(shè)置有沿它們的厚度方向貫 通的貫通孔38a。這樣，通過采用連接部38較窄且設(shè)有貫通孔38a的結(jié)構(gòu)，從而在如圖2所 示膜片40的受壓面43從外部接受到被測(cè)定壓力P時(shí)，壓電振動(dòng)片31的振動(dòng)臂34、35能夠 容易地向一對(duì)基部36排列的方向(Y軸方向)進(jìn)行伸縮，能夠防止連接部38妨礙這種向Y 軸方向的伸縮的狀況。 另外，連接部38是從各基部36的寬度方向(即圖中與將基部彼此連接的Y軸方 向垂直的X軸方向)的兩端，分別沿著寬度方向相互背離地延伸而形成的梁。該梁以不妨 礙Y軸方向彎曲的方式在Y軸方向上與框相交(在圖1中示出了垂直相交的連接部38)。
利用這種梁的結(jié)構(gòu)，使得帶框振子30的結(jié)構(gòu)(剛性)以沿Y軸方向的中心線為界 左右對(duì)稱。而且，利用這種左右對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，使得壓電振子的彎曲量以沿Y軸方向的中心線 為界左右均等，因此，從膜片40傳遞到壓電振動(dòng)片31的力能夠等量地分配給兩個(gè)振動(dòng)臂 34、35。 此外，為了減輕漏振，該連接部38優(yōu)選形成在與振動(dòng)臂34、35盡量遠(yuǎn)的位置處，如 圖所示，其連接在基部36的與振動(dòng)臂34、35相反側(cè)的端部的寬度方向的兩端。
形成在壓電振子的振動(dòng)臂34、35上的勵(lì)振電極39a經(jīng)由形成在連接部(梁)上的 引出電極39c與形成在外框的端子電極電連接。 膜片40是將外部與內(nèi)部空間S隔開并將從外部接受到的壓力P傳遞給壓電振動(dòng) 片31的部件。膜片40具有為了能夠傳遞細(xì)微壓力P而形成為薄膜狀的撓性部41 ;以及 包圍撓性部41的周緣部42。此外，膜片40在與撓性部41的受壓面43的面相反側(cè)的密閉 側(cè)主面(另一個(gè)主面)44上具有支撐部45和厚壁部50。 周緣部4比薄的撓性部41形成得厚，依次層疊地接合上述帶框振子30的框狀部 32和基板20。 由于膜片40的周緣部42隔著帶框振子30的框狀部32與基板20上的開口側(cè)的 周圍部42的端面24接合固定，因此，膜片40采用具有與框狀部32的熱膨脹系數(shù)同樣的熱 膨脹系數(shù)的材料來形成。 這里，如圖3所示，本發(fā)明的膜片40將撓性部41上的位移量最大的部位作為密閉 側(cè)主面44的中心C。 在密閉側(cè)主面44上，以夾持上述密閉側(cè)主面44的中心C的方式形成有一對(duì)支撐 部45a、45b。支撐部45a、45b是接合壓電振動(dòng)片31的基部36的臺(tái)座。通過將由支撐部 45a、45b支撐固定的壓電元件31配置成使所述壓電元件31跨越密閉側(cè)主面44的中心C， 能夠?qū)ψ鳛楦袎翰康恼駝?dòng)臂34、35作用最大的壓力，提高了壓力變動(dòng)的檢測(cè)靈敏度。
俯視膜片40，在上述一對(duì)支撐部45a、45b之間的區(qū)域中，以及在與一對(duì)支撐部 45a、45b的排列方向平行的膜片40的周緣部42和上述區(qū)域之間的區(qū)域中，形成有厚度比薄 的撓性部41厚的厚壁部50。
接下來，對(duì)本發(fā)明的厚壁部50的配置位置進(jìn)行說明。圖4是說明膜片的撓性部41 發(fā)生彎曲時(shí)膜片40的彎曲曲率的圖。(1)是對(duì)沿通過受壓面43的中心C和一對(duì)支撐部45 的各中心的直線方向、以及沿通過受壓面43的中心并且與上述直線方向垂直的方向切斷 膜片40后的一部分進(jìn)行放大的立體圖，(2)的曲線圖的橫軸表示(1)中箭頭所示的膜片的 從受壓面43的中心C到撓性部41的端部的剖面的位置，縱軸表示曲率(虛線)以向Z軸 方向的變形(實(shí)線)。 此外，圖5是用曲率微分來表示膜片的彎曲曲率的變化率的解說圖。(2)的橫軸 表示在將(1)所示的膜片40的從受壓面43的中心C朝X軸方向即短邊方向(箭頭)的整 個(gè)剖面中的膜片40的中心C設(shè)為0、將撓性部41的端部設(shè)為1時(shí)的剖面位置，縱軸表示曲 率微分。如圖4所示，膜片40的曲率在撓性部41的中心C和上述端部急劇增高，而在從朝 向上述端部與中心C距離約0. 5mm處起，到朝向上述中心C與上述端部距離約0. 5mm處為 止的范圍內(nèi)，即，在位置為大約0. 5mm 大約4. Omm的范圍中，曲率降低。此外，圖5所示的 膜片的曲率微分與圖4所示的曲率同樣，在從撓性部41的中心C起朝向上述端部距離大約 0. 05mm的范圍內(nèi)，以及在從端部起朝向上述中心C距離大約0. 05mm的范圍內(nèi)，曲率微分急 劇增加，在箭頭S的范圍(0.1到0.9的范圍)內(nèi)曲率微分顯著降低。另外，雖然圖4和圖5 針對(duì)膜片的短邊方向的剖面位置進(jìn)行了討論，不過對(duì)于膜片的長邊方向的剖面位置也是同 樣，具有在撓性部的中心C和端部，曲率和曲率微分增加的趨勢(shì)。因此認(rèn)識(shí)到，如果在該曲 率較大的部位即撓性部的中心C和端部附近形成具有剛性的厚壁部50，則會(huì)嚴(yán)重妨礙膜片 40的彎曲。 因此，本發(fā)明的厚壁部50采用了這樣的結(jié)構(gòu)不將厚壁部50設(shè)置在圖3所示的膜 片40的密閉側(cè)主面44的斜線區(qū)域中，該斜線區(qū)域未與密閉側(cè)主面44上的支撐部45a、45b 以及周緣部42接觸。具體而言，關(guān)于厚壁部50，將通過密閉側(cè)主面44的中心C和一對(duì)支撐 部45a、45b的各中心的方向的直線設(shè)為直線(第1假想線)Ll，將通過密閉側(cè)主面44的中 心C并與上述直線Ll垂直的方向的直線設(shè)為直線(第2假想線)L2，以分別沿著上述直線 L1、L2對(duì)厚壁部50進(jìn)行分割的方式形成切槽51，將厚壁部50分成四部分。上述切槽51的 寬度分別以直線Ll和L2為中心呈線對(duì)稱并具有規(guī)定寬度，形成十字形。
這樣，上述受壓單元在相對(duì)于第1假想線和第2假想線呈線對(duì)稱的位置上具有厚 壁部，其中，第l假想線通過另一個(gè)主面(密閉側(cè)主面)的中心并朝上述一對(duì)支撐部的排列 方向延伸，第2假想線通過上述中心并朝與上述第1假想線垂直的方向延伸。
此外，關(guān)于膜片40的支撐部45a、45b之間的受壓面43上的、位于周緣部42和支 撐部45a、45b附近的包圍厚壁部50的矩形框狀區(qū)域，該斜線區(qū)域是曲率較大的部位，因而 未設(shè)置厚壁部50。 另外，厚壁部50的厚度比薄膜狀的撓性部41的厚度形成得厚，使其具有剛性。
由此，具有抑制受壓單元振動(dòng)的效果的厚壁部形成在相對(duì)于第1假想線和第2假 想線中的至少任意一個(gè)假想線呈線對(duì)稱的位置上，其中，第1假想線通過另一個(gè)主面的中 心并朝一對(duì)支撐部的排列方向延伸，第2假想線通過上述中心并朝與第1假想線垂直的方 向延伸。因此，抑制了 Dip，同時(shí)不會(huì)使受壓單元的彎曲靈敏度下降。 圖6是壓力傳感器用膜片的厚壁部的變形例的說明圖。本發(fā)明的壓力傳感器用膜 片40除了圖3所示的結(jié)構(gòu)之外，還可以采用以下結(jié)構(gòu)。
(1)膜片的外形形狀為圓形，與圖3所示的膜片40同樣，用于分割厚壁部50的切 槽51分別以直線LI和直線L2為中心呈線對(duì)稱并具有規(guī)定寬度，形成十字形，將厚壁部50 分割成四部分。由此，能夠得到與圖3所示膜片同樣的效果。 (2)膜片的外形形狀為矩形，將厚壁部50分割成兩部分的切槽51形成為以直線 LI為中心呈線對(duì)稱并具有規(guī)定寬度。 (3)膜片的外形形狀為圓形，將厚壁部50分割成兩部分的切槽51形成為以直線 LI為中心呈線對(duì)稱并具有規(guī)定寬度。 根據(jù)(2) 、 (3)所示的膜片，以直線LI為中心分割成兩部分的厚壁部50形成為以 直線L1為軸的線對(duì)稱，因此，與圖3和(1)的厚壁部相比，雖然膜片的撓性部的彎曲靈敏度 有所減弱，但具有能夠抑制CI值的Dip的效果。 (4)膜片的外形形狀為矩形，將厚壁部50分割成兩部分的切槽51形成為以與直線 LI垂直的直線L2為中心呈線對(duì)稱并具有規(guī)定寬度。 (5)膜片的外形形狀為圓形，將厚壁部50分割成兩部分的切槽51形成為以與直線 LI垂直的直線L2為中心呈線對(duì)稱并具有規(guī)定寬度。 根據(jù)圖4、圖5所示的膜片，以與直線LI垂直的直線L2為中心分割成兩部分的厚 壁部50形成為以直線L2為軸的線對(duì)稱，因此，與圖3和(1)的厚壁部相比，雖然膜片的撓 性部的彎曲靈敏度有所減弱，但具有能夠抑制CI值的Dip的效果。 此外，(2)和(3)的厚壁部的形成結(jié)構(gòu)與(4)和(5)的形成結(jié)構(gòu)相比，與厚壁部相 對(duì)的感壓部區(qū)域的面積更小，結(jié)果，厚壁部與壓電振動(dòng)片之間的距離變遠(yuǎn)，因此能夠得到粘 性阻抗變小，感壓元件的諧振穩(wěn)定的效果。 本發(fā)明的厚壁部50可以通過如下方法來制造。圖7是厚壁部的說明圖。(1) (3)表示一體形成的膜片40的剖視圖，(4) (6)表示粘結(jié)形成的膜片40的剖視圖。(1) 和(4)是厚壁部形成在膜片40的撓性部41的密閉側(cè)主面44上的結(jié)構(gòu)。(2)和(5)是厚壁 部形成在膜片40的撓性部41的兩面、即受壓面43和密閉側(cè)主面44上的結(jié)構(gòu)。(3)和(6) 是厚壁部形成在膜片40的撓性部41的受壓面43上的結(jié)構(gòu)。 (1) (3)所示的厚壁部50a是與膜片40的制造同時(shí)形成的。具體而言，膜片40 利用掩模覆蓋例如石英基板上的周緣部42、支撐部45和厚壁部50。然后，對(duì)未被掩模覆蓋 的部分進(jìn)行蝕刻處理，直到形成周緣部42、支撐部45和厚壁部50所需的厚度?；蛘?，在對(duì) 基板上的周緣部42、支撐部45和厚壁部50施加了掩模后，對(duì)未被掩模覆蓋的部分進(jìn)行噴沙 處理，直到形成周緣部42、支撐部45和厚壁部50所需的厚度。利用這種方法，可以一起進(jìn) 行膜片的制造工序和厚壁部的制造工序。由此，能夠縮短簡化只針對(duì)厚壁部的制造工序。
另一方面，(4) (6)所示的支撐部50b優(yōu)選采用熱膨脹系數(shù)與膜片大致相等的 材質(zhì)?；蛘?，可以采用環(huán)氧樹脂等有機(jī)材料、低熔點(diǎn)玻璃或陶瓷等無機(jī)材料。使用粘結(jié)劑將 這種材質(zhì)的厚壁部50b接合在圖3和圖6所示的膜片40的安裝位置上。利用這種方法，能 夠與膜片40的厚度無關(guān)地調(diào)整厚壁部50b的厚度。此外，可以在膜片40的制造后，在后續(xù) 工序中形成厚壁部50b。 但是，在對(duì)晶體結(jié)構(gòu)為各向異性的材料、例如石英基板進(jìn)行濕蝕刻時(shí)，其剖面形狀 根據(jù)設(shè)置凹凸的位置的不同而變化，凸部的每單位長度的體積發(fā)生變化。圖8是對(duì)厚壁部 進(jìn)行局部放大的剖視圖。(A)和(B)是通過蝕刻處理制造的厚壁部的局部剖視圖，(C)是通
9過噴沙處理制造的厚壁部的局部剖視圖。如圖所示，膜片采用相對(duì)于Z軸垂直切取的Z板 石英。而且，(A)所示的厚壁部50形成在與由石英晶軸中的X軸和Z軸形成的XZ平面垂直 的方向上。此外，(B)所示的厚壁部50形成在與由石英晶軸中的Y軸和Z軸形成的YZ平面 垂直的方向上。如圖(A)和(B)所示，根據(jù)設(shè)置厚壁部50的位置的不同，膜片的撓性部41 與厚壁部50的下端部分52a、52b的傾斜角不同，因此截面積不同。這種比膜片的薄膜狀的 撓性部41的厚度更厚的部分的靈敏度低，因此在本實(shí)施方式中，厚壁部50包含較厚部分， 即下端部分52。 (C)所示的通過噴沙制造的厚壁部50帶有下端部分52c平緩的坡度，即圓 角。在這種情況下，將從撓性部41突出的厚壁部50的頂部的高度設(shè)為L，將L/10的間隔設(shè) 為厚壁部50的下端部分52c。 此外，本發(fā)明的壓力傳感器10采用了通過基板20和膜片40來夾持帶框振子30的 框狀部32，并利用粘結(jié)劑等接合材料進(jìn)行接合而成的三層結(jié)構(gòu)。具體而言，壓力傳感器10 采用了可使膜片40、帶框振子30和基板20與壓電振動(dòng)片的切角相配的、熱膨脹系數(shù)a大 致相同的材料，作為一例，采用了相對(duì)于Z軸垂直切取的Z板石英。而且，如圖2所示，在膜 片40與帶框振子30之間、以及在帶框振子30與基板20之間，使用了無機(jī)粘結(jié)劑作為粘結(jié) 部件60。由此，在硬化后能夠得到規(guī)定的硬度，因此CI值良好。此外，粘結(jié)部分的應(yīng)力緩和 較小，老化程度減小。 或者，可以使用熱膨脹系數(shù)a與膜片等的材質(zhì)相配的粘結(jié)劑，作為粘結(jié)部件60。 由此能夠得到良好的溫度特性。 根據(jù)這樣的本發(fā)明的壓力傳感器和受壓單元，抑制了 Dip，同時(shí)不會(huì)使膜片的彎曲 靈敏度劣化。
權(quán)利要求
一種壓力傳感器，該感壓傳感器具有感壓元件，其具有感壓部和與該感壓部的兩端連接的一對(duì)基部；以及受壓單元，其在一個(gè)主面上具有受壓面，并在該受壓面背側(cè)的另一個(gè)主面上設(shè)置有一對(duì)支撐部，所述一對(duì)支撐部覆蓋上述感壓元件的一個(gè)主面?zhèn)?，并且分別支撐上述感壓元件的上述一對(duì)基部，該壓力傳感器的特征在于，上述受壓單元在相對(duì)于第1假想線和第2假想線中的至少任意一個(gè)假想線呈線對(duì)稱的位置上具有厚壁部，其中，所述第1假想線通過所述另一個(gè)主面的中心并朝上述一對(duì)支撐部的排列方向延伸，所述第2假想線通過上述中心并朝與上述第1假想線垂直的方向延伸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力傳感器，其特征在于，上述厚壁部一體形成在上述受壓單元的上述一個(gè)主面和上述另一個(gè)主面中的至少任 意一個(gè)主面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力傳感器，其特征在于，上述厚壁部形成為粘結(jié)在上述受壓單元的上述一個(gè)主面和上述另一個(gè)主面中的至少 任意一個(gè)主面上。
4. 一種受壓單元，該受壓單元在一個(gè)主面上具有受壓面，在該受壓面背側(cè)的另一個(gè)主面上設(shè)置有一對(duì)支撐部，所述一對(duì)支撐部分別支撐與感壓元件的兩端連接的一對(duì)基部，該 受壓單元的特征在于，該受壓單元在相對(duì)于第1假想線和第2假想線中的至少任意一個(gè)假想線呈線對(duì)稱的位 置上具有厚壁部，其中，所述第1假想線通過所述另一個(gè)主面的中心并朝上述一對(duì)支撐部 的排列方向延伸，所述第2假想線通過上述中心并朝與上述第1假想線垂直的方向延伸。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供壓力傳感器及受壓單元，能夠在不使撓性部的彎曲靈敏度劣化的情況下抑制膜片的振動(dòng)。本發(fā)明的壓力傳感器(10)具有感壓元件，其具有感壓部和與該感壓部的兩端連接的一對(duì)基部(36)；受壓單元，其在一個(gè)主面上具有受壓面(43)，并在該受壓面背側(cè)的另一個(gè)主面上設(shè)置有一對(duì)支撐部(45)，一對(duì)支撐部(45)覆蓋上述感壓元件的一個(gè)主面?zhèn)炔⒎謩e支撐上述感壓元件的上述一對(duì)基部(36)，其特征在于，上述受壓單元在相對(duì)于通過上述另一個(gè)主面的中心并朝上述一對(duì)支撐部(45)的排列方向延伸的第1假想線、以及通過上述中心并朝與上述第1假想線垂直的方向延伸的第2虛擬線中的至少任意一個(gè)假想線呈線對(duì)稱的位置上具有厚壁部(50)。
文檔編號(hào)G01L1/10GK101726375SQ20091017976
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
發(fā)明者佐藤健太 申請(qǐng)人:愛普生拓優(yōu)科夢(mèng)株式會(huì)社