传感器的温度补偿方法、该温度补偿方法的运算程序、运算处理装置、及传感器的制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于，提供一种传感器的温度补偿方法、该温度补偿方法的运算程序、用于运算处理该运算程序的运算处理装置、及传感器，该温度补偿方法通过抵消由内腔内的气体温度而产生的压力变化（密封在内腔内的气体的热膨胀）所引起的隔膜的变形，并在目标温度的范围内抑制隔膜的变形，由此能够进行最适度的温度补偿。本发明的静电容量型传感器的温度补偿方法，通过执行包含求出静电容量的变化量ΔC’的运算步骤S17的各运算步骤，由此得到可以判断由密闭空间内的气体温度而产生的压力变化（密封在密闭空间内的气体的热膨胀）所引起的、隔膜部的变形的补偿程度的参数ΔC’。
【专利说明】传感器的温度补偿方法、该温度补偿方法的运算程序、运算 处理装置、及传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器的温度补偿方法、该温度补偿方法的运算程序、用于运算 处理该运算程序的运算处理装置、以及成为该温度补偿对象的传感器。
【背景技术】
[0002]一直以来，对半导体压力传感器而言，一般由微小内腔(cavity)和覆盖其表面的 薄的隔膜(diaphragm)构成，并通过测定被外部的压力变形的隔膜的变形在其表面形成的 电阻的变化，或者在对应位置设置另一个电极，通过测定隔膜和对电极的电容量变化而形 成压力计。
[0003]具有这种结构的压力传感器，在真空密封内腔内的情况下，隔膜基于外部空气压 力与真空压力的压差发生变形，即，形成为绝对压力传感器；另一方面，将一定压力的气体 装入内腔内的情况下，(隔膜基于)外部空气压力和内腔内的气压的压差发生变形，即，形成 为相对压力传感器。对真空密封内腔内的绝对压力传感器而言，要保持内腔内的真空状态 确实存在难度，但由于可以忽略内部气体由温度引起的收缩的影响，所以具有容易进行作 为压力传感器的温度补偿的优点。另一方面，存在如下缺点:由于内腔内被密封为真空，例 如在I个大气压的外部空气压力下隔膜已经发生大的变形，作为在I个大气压左右使用的 压力传感器，难以使隔膜变薄而提高压力灵敏度。
[0004]另一方面，作为上述相对压力传感器的一例，已知的有下述专利文献I为代表的 静电容量型压力传感器，其具有根据一种物理量的压力而变形的隔膜部。此外，对该专利文 献I公开的静电容量型压力传感器而言，具有形成有电极部的第一基板、和形成有根据压 力而变形的隔膜部的第二基板，设置有使所述隔膜部和所述电极部具有间隙而呈互相对置 的关系的内腔部，并且设置有从外部密封内腔部的密封材料，具备接合有所述第一和所述 第二基板的传感器芯片，根据施加于所述隔膜部的被测定压力和所述内腔部内的压力之间 的压力差而使所述间隙的间隙宽度发生变化，所述隔膜部和所述电极部之间的静电容量基 于该间隙宽度的变化而发生变化，通过所述隔膜部和所述电极部之间的静电容量的变化来 检测所述压力差，这种静电容量型压力传感器具有密闭所述内腔部内的密闭构件。
[0005]现有技术文献:
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本国特开平10-19709号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]上述相对压力传感器，例如，向内腔内充入I个大气压左右的气体并测定I个大气 压左右的外部空气的情况下，由于其压差小且隔膜的变形小，因此可以实现更薄隔膜的设 置，从而具有在I个大气压左右能够实现高灵敏度的优点。但是，由于将气体充入内腔内，由波义耳定律(Boyle’s law)可以清楚地知道，内部压力因内腔内的温度变化而发生变化， 所以存在难以补偿由隔膜的温度引起的变形这一缺点。
[0010]本发明的目的在于提供一种，通过抵消由内腔内的气体温度而产生的压力变化 (密封在内腔内的气体的热膨胀)所引起的隔膜的变形，并在目标的温度范围内抑制隔膜的变形，由此能够进行最适度的温度补偿的传感器的温度补偿方法、该温度补偿方法的运算程序、用于运算处理该运算程序的运算处理装置、及传感器。
[0011]解决课题的方法
[0012](I)对本发明的传感器的温度补偿方法而言，所述传感器具备:基板，在其一侧的面形成有第一电极部；导电部，其在所述基板的一侧的面藉由绝缘体层而形成；隔膜部，其在所述导电部形成于与形成有所述绝缘体层的面相反侧的面，且根据压力而变形；温度补偿构件，其在所述隔膜部形成于与形成有所述导电部的面相反侧的面，其中，内部具有密闭空间，所述导电部的内周面和在所述隔膜部形成有所述导电部的一侧的面形成所述密闭空间的一部分，其特征在于，通过所述温度补偿构件来补偿由密封在所述密闭空间内的气体的热膨胀而引起的所述隔膜部的变形。
[0013]根据上述(I)的结构，通过抵消伴随着压力变化(密封在密闭空间内的气体的热膨胀)而产生的隔膜部的变形，并在目标温度范围内抑制隔膜部的变形，由此能够实现最适度的温度补偿，其中，所述压力变化是由密闭空间内的气体温度而产生的。
[0014]进一步地，根据上述(I)的结构，通过有效地进行温度补偿，可以设计并制作隔膜薄的传感器，能够实现传感器的高灵敏度化。
[0015]此外，本发明中的“补偿隔膜部的变形”包括使隔膜部的变形量完全为零的情况、 及使隔膜部的变形量近似于零的情况。
[0016](2)在上述(I)的传感器的温度补偿方法中，所述传感器是静电容量型传感器，其具备:所述基板；环状的所述导电部，其内径为2R2、外径为2R3 ;所述隔膜部，其在所述导电部形成于与形成有所述绝缘体层的面相反侧的面，且形成为根据压力而变形的圆板状，外径为2R3，所述温度补偿构件是内径为2?、外径为2R3的环状的温度补偿环，所述导电部的内周面、和在所述隔膜部形成有所述导电部的一侧面形成所述密闭空间的一部分。该温度补偿方法优选依次进行以下的运算步骤，运算步骤(1)，基于铁木辛柯(Timoshenko)的对称圆板理论，将复合圆板分解成以下三个区域:第一区域，其以所述隔膜部的所述中心轴为基准，构成区域为半径从0至R1的部分；第二区域，其以所述隔膜部及所述温度补偿环的所述中心轴为基准，构成区域为半径从R1至R2的部分；第三区域，其以所述导电部、所述隔膜部、及所述温度补偿环的所述中心轴为基准，构成区域为半径从R2至R3的部分，其中，复合圆板在使所述导电部、所述隔膜部、及所述温度补偿环的各中心轴相一致的状态下构成，
[0017]运算步骤(2),根据基尔霍夫(Kirchhoff)的圆板理论,使用表示半径方向(r轴方向)和圆周方向(9 )的形变e?、e 00与位移K^K0的关系的式(I) - (4)，求出关于式
(5)、(6)所示的所述第一至所述第三区域的积层方向(Z轴方向)在参照面(z = 0)上的形变 e0rr、e0"，
[0018][式I]
[0019]
【权利要求】
1.一种传感器的温度补偿方法,所述传感器具备:基板，在其一侧的面形成有第一电极部；导电部，其在所述基板的一侧的面藉由绝缘体层而形成；隔膜部，其在所述导电部形成于与形成有所述绝缘体层的面相反侧的面，且根据压力而变形；温度补偿构件，其在所述隔膜部形成于与形成有所述导电部的面相反侧的面，其中，内部具有密闭空间，所述导电部的内周面和在所述隔膜部形成有所述导电部的一侧的面形成所述密闭空间的一部分，其特征在于，通过所述温度补偿构件补偿由密封在所述密闭空间内的气体的热膨胀而引起的所述隔膜部的变形。
2.权利要求1所述的温度补偿方法，其特征在于，所述传感器是静电容量型传感器，其具备:所述基板；环状的所述导电部，其内径为 2R2、外径为2R3 ;所述隔膜部，其在所述导电部上形成于与形成有所述绝缘体层的面相反侧的面，且形成为根据压力而变形的圆板状，外径为2R3，所述温度补偿构件是内径为2札、外径为2R3的环状的温度补偿环，所述导电部的内周面、和在所述隔膜部形成有所述导电部的一侧面形成所述密闭空间的一部分，该温度补偿方法依次进行以下的运算步骤，运算步骤(1)，基于铁木辛柯的对称圆板理论，将复合圆板分解成以下三个区域:第一区域，其以所述隔膜部的所述中心轴为基准，构成区域为半径从O至R1的部分；第二区域， 其以所述隔膜部及所述温度补偿环的所述中心轴为基准，构成区域为半径从R1至R2的部分；第三区域，其以所述导电部、所述隔膜部、及所述温度补偿环的所述中心轴为基准，构成区域为半径从R2至R3的部分，其中，复合圆板在所述导电部、所述隔膜部、及所述温度补偿环的各中心轴相一致的状态下构成，运算步骤(2)，根据基尔霍夫的圆板理论，使用表示半径方向(r轴方向)和圆周方向 (9 )的形变e ee与位移KpK0的关系的式(I) - (4)，求出关于式(5)、(6)所示的所述第一至所述第三区域的积层方向(Z轴方向)在参照面Z = O上的形变e°?、E0ee,
3.权利要求1或2所述的传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述导电部是，用于根据所述隔膜部的变形，与所述第一电极部一起检测所述隔膜部和、所述第一电极部及所述导电部之间的静电容量变化的第二电极部。
4.权利要求3所述的传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述传感器具备阻挡金属层，所述阻挡金属层至少包含白金，并且形成在所述第二电极部和所述绝缘体层之间，内周面形成所述密闭空间的一部分。
5.权利要求2所述的传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述导电部是，在所述隔膜部形成于与形成有所述温度补偿环的一侧的面相反侧的面的密封环部，所述传感器具备第二电极部，所述第二电极部呈环状且形成在所述密封环部和所述绝缘体层之间，并根据所述隔膜部的变形，与所述第一电极部一起检测所述隔膜部和、所述第一电极部及所述第二电极部之间的静电容量变化。
6.权利要求5所述的传感器的温度补偿方法，其特征在于，在所述传感器中，所述第二电极部和所述密封环部的接合为金-金接合。
7.权利要求2所述的传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述传感器具备:阻挡金属层，其呈环状且至少包括白金，在所述隔膜部形成于与形成有所述温度补偿环的一侧的面相反侧的面；第二电极部，其呈环状且形成在所述阻挡金属层和所述绝缘体层之间，并根据所述隔膜部的变形，与所述第一电极部一起检测所述隔膜部和、所述第一电极部及所述第二电极部之间的静电容量变化，在所述阻挡金属层为单层的情况下，所述导电部为该阻挡金属层；在所述阻挡金属层为多层的情况下，所述导电部为该阻挡金属层中的距所述隔膜部最近的层。
8.—种运算处理温度补偿方法的运算程序，传感器具备:基板，在其一侧的面形成有第一电极部；导电部，其在所述基板的一侧的面藉由绝缘体层而形成；隔膜部，其在所述导电部形成于与形成有所述绝缘体层的面相反侧的面，且根据压力而变形；温度补偿构件，其在所述隔膜部形成于与形成有所述导电部的面相反侧的面，其中，内部具有密闭空间，所述导电部的内周面和在所述隔膜部形成有所述导电部的一侧面形成所述密闭空间的一部分， 其特征在于，对通过所述温度补偿构件来补偿由密封在所述密闭空间内的气体的热膨胀而引起的所述隔膜部的变形的传感器的温度补偿方法进行运算处理。
9.一种运算处理装置，其特征在于，所述运算处理装置用于运算处理权利要求8所述的运算程序。
10.一种传感器，其具备:基板，在其一侧的面形成有第一电极部；导电部，其在所述基板的一侧的面藉由绝缘体层而形成；隔膜部，其在所述导电部形成于与形成有所述绝缘体层的面相反侧的面，且根据压力而变形；温度补偿构件，其在所述隔膜部形成于与形成有所述导电部的面相反侧的面，其中，内部具有密闭空间，所述导电部的内周面和在所述隔膜部形成有所述导电部的一侧的面形成所述密闭空间的一部分，其特征在于，通过所述温度补偿构件来补偿由密封在所述密闭空间内的气体的热膨胀而引起的所述隔膜部的变形。
【文档编号】G01L9/00GK103597330SQ201280026391
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年5月31日 优先权日:2011年5月31日
【发明者】郝秀春, 蒋永刚, 藤田孝之, 樋口行平, 前中一介, 高尾英邦 申请人:独立行政法人科学技术振兴机构