专利名称：压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在各种控制设备、汽车发动机控制、悬架(suspension)控制等中所使用的压力传感器。
背景技术：
图9和图10分别是现有技术中的压力传感器501的俯视图和侧剖视图。图11是作为压力传感器501的主要部分的基板3的剖视图。图12是压力传感器501的电路图。金属制的容器I具有设置于大致中央的中空孔2。基板3由不锈钢等具有挠性的材料构成，设置在容器I的上表面上。在基板3的下表面设有由玻璃等绝缘材料构成的绝缘层4。由氧化钌等应变敏感电阻材料(strain-sensitive resistance material)构成的一对外侧电阻体5和一对内侧电阻体6被设置在绝缘层4的下表面,形成桥式电路。输出端子7、9、电源端子8、接地(GND)端子10设置在基板3的下表面上，与外侧电阻体5及内侧电阻体6电连接。外侧电阻体5设置在基板3与容器I接合的接合部11的内侧。说明现有技术中的压力传感器501的制造方法。首先，通过液体浸滞、粉体附着、丝网印刷等，使绝缘层4附着在基板3的下表面上，在例如900°C以上的高温下进行烧成。接着，在绝缘层4的下表面通过丝网印刷形成外侧电阻体5及内侧电阻体6，并在600 900°C的温度下进行烧成。接着，在绝缘层4的下表面通过丝网印刷形成由银、银-钯等金属构成的端子7 10，并在600 900°C的温度下进行烧成。接着，对于基板3的下表面的周边部，使用低熔点玻璃等加热到400 600°C的温度，从而使其气密且水密地粘结在容器I的上端面上。以下说明现有技术中的压力传感器501的动作。若从上方向基板3施加压力P501，则会向基板3施加弯曲力。此时在外侧电阻体5上产生压缩应力，会向内侧电阻体6施加张应力。并且，对于外侧电阻体5及内侧电阻体6而言，电阻值相对于这些张应力而增加，因此外侧电阻体5的电阻值减小，内侧电阻体6的电阻值增加。外侧电阻体5和内侧电阻体6形成桥式电路。即，从外部向电源端子8施加电压，测量输出端子7、9间的输出电压，从而能够测量施加到压力传感器501的压力P501。在现有技术中的压力传感器501中，检测施加在基板3上的弯曲力引起的外侧电阻体5及内侧电阻体6的电阻值的变化。因此，若为了增强基板3的强度而增大基板3的厚度，则外侧电阻体5及内侧电阻体6的电阻的变化减小，因此有时灵敏度会减小。例如在专利文献I中公开了与压力传感器501类似的压力传感器。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平10-153503号公报
发明内容
压力传感器具备容器、振子、感知部及处理电路。容器具有筒部和平板部。筒部中设有中空孔，该中空孔构成为填充被检测流体、且具有开口部。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面的相反侧的第2面。振子设置在容器的平板部的第2面上。感知部输出与振子的振动对应的信号。处理电路进行如下动作:根据从感知部输出的信号检测振子的振动的振动频率(frequency)，根据振子的被检测出的振动频率，检测被检测流体的压力。该压力传感器具有高灵敏度，具有优良的特性。
图1是本发明的实施方式I的压力传感器的分解立体图。图2是实施方式I的压力传感器的侧剖视图。图3是实施方式I的压力传感器的俯视图。图4是表示实施方式I的压力传感器的动作的侧剖视图。图5是表示实施方式I的压力传感器的振子的振动频率(frequency)的图。图6是本发明的实施方式2的压力传感器的立体图。图7是实施方式2的压力传感器的侧剖视图。图8是实施方式2的压力传感器的侧剖视图。图9是现有技术中的压力传感器的俯视图。图10是现有技术中的压力传感器的侧剖视图。图11是现有的压力传感器的基板的剖视图。图12是现有的压力传感器的电路图。
具体实施例方式(实施方式I)图1、图2及图3分别是本发明的实施方式I的压力传感器101的分解立体图、侧剖视图、俯视图。容器21由SUS630等具有挠性的材料构成。容器21具有筒部23和平板部24。在筒部23中，在内侧设有具有开口 22A的中空孔22。平板部24在开口 22A的相反侧堵塞中空孔22。筒部23的中空孔22沿着中心轴22C延伸，开口 22A和平板部24在中心轴22C的方向上彼此位于相反侧。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的相反侧的上表面24A。上表面24A面向容器21的外部。筒部23具有位于开口 22A的相反侧的端面23A。筒部23具有以远离中空孔22的方式反向朝向外方突出地设置的宽广部25。宽广部25在与中心轴22C成直角的圆周方向上整体包围中空孔22。在宽广部25的中心轴22C的方向上的大致中央，以包围中心轴22C的方式在整个外周上设有切口 26。应变检测部件27粘贴在容器21的上表面21A上，并且包括具有双端支撑梁形状(double-supportedbeam structure)的振子28,该振子28位于平板部24的上表面24A的上方。在振子28的上表面上设有驱动部29及感知部30。驱动部29及感知部30分别具有设置在振子28的上表面上的Pt层、层叠在Pt层上的PZT层、以及层叠在PZT层上的Au层。此外，应变检测部件27包括具有双端支撑梁形状的振子31，该振子31位于筒部23的端面23A的上方。在振子31的上表面上设有驱动部32及感知部33。驱动部32及感知部33分别具有设置在振子31的上表面上的Pt层、层叠在Pt层上的PZT层、以及层叠在PZT层上的Au层。应变检测部件27具有由Au构成的布线图案34，布线图案34与振子28中的驱动部29及感知部30、以及振子31中的驱动部32及感知部33电连接。此外，应变检测部件27具有由IC构成的处理电路35。处理电路35经由布线图案34向振子28中的驱动部29及振子31中的驱动部32输入驱动信号，对振子28及振子31进行振动驱动。此外，处理电路35处理从振子28中的感知部30及振子31中的感知部33输出的信号，从而检测振子28及振子31的振动的振动频率。以下说明实施方式I中的压力传感器101的制造方法。首先，准备由SUS630构成的棒材，通过切削该棒材，在容器21中形成中空孔22、宽广部25及切口 26。接着，在半导体基板的上表面上蒸镀由Au构成的布线图案34之后，在设置振子28的驱动部29、感知部30及振子31的驱动部32、感知部33的部位蒸镀Pt。接着，在Pt的上表面上蒸镀PZT之后，进一步蒸镀Au，在振子28的上表面上形成驱动部29及感知部30的同时，在振子31的上表面上形成驱动部32及感知部33。接着，在半导体基板的上表面上搭载由IC构成的处理电路35，将处理电路35通过布线图案34而与振子28中的驱动部29、感知部30及振子31中的驱动部32、感知部33电连接，形成应变检测部件27。最后，将应变检测部件27粘贴在容器21的上表面21A (筒部23及平板部24的上表面23A、24A)上,从而形成压力传感器101。接着，说明实施方式I的压力传感器101的动作。图4是表示压力传感器101的动作的侧剖视图。图5是表示振子28、31的振动的振动频率f28、f31的图。从处理电路35向振子28中的驱动部29施加频率与振子28的固有振动频率fa大致相同的交流电压，并且向振子31中的驱动部32施加频率与振子31的固有振动频率fb大致相同的交流电压。于是，振子28在振子28的两端28A、28B被固定的状态下以固有振动频率fa进行弦振动。另一方面，振子31在振子31的两端31A、31B被固定的状态下以固有振动频率fb进行弦振动。在该状态下，从振子28中的感知部30输出的信号具有振动频率fa，若通过处理电路35处理该信号，则可检测振动频率fa。同样，从振子31中的感知部33输出的信号具有振动频率fb，若通过处理电路35处理该信号，则可检测振动频率fb。如图4所示，容器21的中空孔22构成为，从开口 22A向中空孔22中填充了被检测流体36。在实施方式I中，被检测流体36是液体，但也可以是气体等其他流体。若被检测流体36的压力上升，则以中空孔22的体积增大的方式，平板部24向上方膨胀，经由上表面24A向应变检测部件27施加张力负荷F1。并且，如图5所示，应变检测部件27中的振子28的振动频率f28从固有振动频率fa增加至振动频率f I。从振子28的感知部30输出的信号具有振动频率f28，通过由处理电路35处理该信号，得到从振动频率f28的振动频率fa变化到振动频率Π的变化量，能够根据该变化量检测填充到容器21中的被检测流体36的压力。有时振子28的固有振动频率fa因压力传感器101的周围温度发生变化而变化。在实施方式I的压力传感器101中，振子31位于从平板部24的上表面24A的上方突出的位置。因此，即使被检测流体36的压力增加，张力负荷Fl也基本不会施加于振子31，因此，如图5所示，即使压力发生变化，振子31的振动频率f31也基本不会从固有振动频率fb发生变化。即，与被检测流体36的压力无关地，振子31以固有振动频率fb振动。振子28、31的振动频率f28、f31随着温度而发生变化。振动频率f31的变化不依赖于张力负荷F1，而是依赖于压力传感器101的周围温度的变化，因此能够通过振动频率f31的变化来检测温度。处理电路35能够基于振动频率f31的变化，从与基于振子28的振动频率f28而检测出的压力对应的输出信号值中校正因温度的变化而发生的输出信号的变动量。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与平板部24的上表面24A连续地连接。振子28通过两端28A、28B而被固定于容器21。振子31通过两端31A、31B而被固定于容器21。详细而言，振子28的两端28A、28B被固定在平板部24的上表面24A上。由此，通过因被检测流体36的压力而发生的平板部24的变形，振子28受到张力负荷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变形，也不会向振子31施加张力负荷，振子31的振动的振动频率f31不会发生变化。如上所述，压力传感器101构成为检测被检测流体36的压力。在筒部23中，设有以填充被检测流体36的方式构成且具有开口 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的相反侧的面24A。振子28设置在容器21的平板部24的面24A上。驱动部29设置在振子28中。感知部30设置在振子28中，输出与振子28的振动对应的信号。处理电路35向驱动部29输入驱动信号,从而使振子28振动。处理电路35根据从感知部30输出的信号检测振子28的振动的振动频率。此外，处理电路35按照以下方式工作:根据振子28的被检测出的振动频率，检测被检测流体36的压力。驱动部32设置在振子31中。感知部33设置在振子31中，输出与振子31的振动对应的信号。处理电路35向驱动部32输入驱动信号，从而使振子31振动。处理电路35根据从感知部33输出的信号来检测振子31的振动的振动频率。处理电路35按照以下方式工作:根据振子28的被检测出的振动频率和振子31的被检测的振动频率，检测被检测流体36的压力。振子31位于从平板部24的面24A突出的位置。在实施方式I的压力传感器101中，即使为了增大平板部24的强度而将平板部24加厚，振子28的振动频率f28也因被检测流体36的压力而发生变化。因此，能够增大压力传感器101的强度，并且提高输出灵敏度。如图2所示，压力传感器101构成为被安装于对方侧安装部件149。此时，筒部23被插入到对方侧安装部件149的开口部149A中。在压力传感器101中，从容器21的筒部23朝向外方突出地设有宽广部25。在宽广部25中设有切口 26。通过该结构，能够防止安装压力传感器101时产生的应力传递到振子28、31。由此，能够通过振子28，高精度地仅检测填充到中空孔22中的被检测流体36的压力。(实施方式2)图6和图7分别是本发明的实施方式2的压力传感器102的立体图和侧剖视图。在图6和图7中，对与图1及图2所示的实施方式I的压力传感器101相同的部分附加相同的参考符号。压力传感器102代替实施方式I中压力传感器101的容器21而具有容器41。容器41由例如S45C等碳钢等具有挠性的材料构成。容器41具有筒部43和平板部44。在筒部43中，在内侧设有具有开口 42A的中空孔42。平板部44在开口 42A的相反侧堵塞中空孔42。筒部43的中空孔42沿着中心轴42C延伸，开口 42A和平板部44在中心轴42C的方向上彼此位于相反侧。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具有以远离中空孔42的方式反向朝向外方突出地设置的宽广部45。宽广部45在与中心轴42C成直角的圆周方向上整体包围中空孔42。在宽广部45的中心轴42C的方向上的大致中央，以包围中心轴42C的方式在整个外周上设有槽46。在宽广部45中，在槽46的下方，即夹着槽46的平板部44的相反侧设有台阶部47。如图8所示，压力传感器102构成为能够被安装于对方侧安装部件48。在实施方式2的压力传感器102中，容器41的筒部43具有朝向外方突出的宽广部45。在宽广部45重在整个外周上设有槽46。通过在宽广部45中设置的槽46，能够防止在对方侧安装部件48上安装压力传感器102时产生的应力传递到振子28、31。因此，能够通过振子28，高精度地仅检测填充到中空孔42中的被检测流体49的压力。在实施方式2中，被检测流体49是液体，但也可以是气体等其他流体。在对方侧安装部件48上安装压力传感器102时，宽广部45以台阶部47的凹部50和槽46的底部51为中心分两个阶段发生变形。其结果，在对方侧安装部件48上安装压力传感器102时产生的应力被宽广部45进一步吸收，因此能够通过振子28，高精度地仅检测填充到中空孔42中的被检测流体49的压力。在实施方式1、2中，表示“上表面”、“下表面”、“上方”等方向的用语表示仅取决于容器、应变检测部件等压力传感器的结构部件的相对位置关系的相对方向，不表示铅垂方向等绝对方向。(工业上的可利用性)本发明的压力传感器具有高灵敏度，具有优良的特性，因此尤其在各种控制设备、汽车发动机控制、悬架控制等中所使用的压力传感器中是非常有用。符号说明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 宽广部26 切口28振子(第I振子)29驱动部(第I驱动部)
30感知部(第I感知部)31振子(第2振子)32驱动部(第2驱动部)33感知部(第2感知部)35处理电路36被检测流体46槽 47台阶部
权利要求
1.一种压力传感器，构成为检测被检测流体的压力，该压力传感器具备: 容器，该容器具有筒部和平板部，上述筒部中设有具有开口部的中空孔，该中空孔构成为填充上述被检测流体，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面的相反侧的第2面； 第I振子，设置在上述容器的上述平板部的上述第2面上； 第I驱动部，设置于上述第I振子； 第I感知部，设置于上述第I振子，输出与上述第I振子的振动对应的信号；以及处理电路，其进行如下动作:向上述第I驱动部输入驱动信号而使上述第I振子振动；根据从上述第I感知部输出的上述信号，检测上述第I振子的振动的振动频率；根据上述第I振子的上述被检测出的振动频率，检测上述被检测流体的压力。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其中， 所述压力传感器还具备: 第2振子； 第2驱动部，设置于上述第2振子；以及 第2感知部,设置于上述第2振子,输出与上述第2振子的振动对应的信号， 上述处理电路进行如下动作:向上述第2驱动部输入驱动信号而使上述第2振子振动；根据从上述第2感知部输出的上述信号，检测上述第2振子的振动的振动频率；根据上述第I振子的上述被检测出的振动频率和上述第2振子的上述被检测出的振动频率，检测上述被检测流体的压力。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其中， 上述第2振子从上述平板部的上述第2面突出而位于上述容器中。
4.根据权利要求1所述的压力传感器，其中， 上述容器还具有从上述筒部朝向外方突出的宽广部，在上述宽广部中设有切口。
5.根据权利要求1所述的压力传感器，其中， 上述容器还具有从上述筒部朝向外方突出的宽广部，在上述宽广部的整个外周上设有槽。
6.根据权利要求5所述的压力传感器，其中， 在上述宽广部中设有台阶部。
全文摘要
本发明提供一种压力传感器，其具备容器、振子、感知部及处理电路。容器具有筒部和平板部。筒部中设有中空孔，该中空孔构成为填充被检测流体、且具有开口部。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面的相反侧的第2面。振子设置在容器的平板部的第2面上。感知部输出与振子的振动对应的信号。处理电路进行如下动作根据从感知部输出的信号检测振子的振动的振动频率，根据振子的被检测出的振动频率，检测被检测流体的压力。该压力传感器具有高灵敏度，具有优良的特性。
文档编号G01L9/00GK103210292SQ20118005405
公开日2013年7月17日 申请日期2011年11月9日 优先权日2010年11月10日
发明者藤田孔明, 藤井谦次, 竹川敦雄 申请人:松下电器产业株式会社