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JP7612370B2 - Pressure Sensors - Google Patents
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Description

本発明は、支持ダイアフラムに重ねて固定されたセンサチップを備えた圧力センサに関する。 The present invention relates to a pressure sensor having a sensor chip fixed over a support diaphragm.

気体の圧力(特に真空度)を計測するために隔膜真空計が実用されている。
隔膜真空計に用いられる圧力センサとしては例えば特許文献1に記載されているものがある。特許文献1に開示された圧力センサの構成を図7に示す。図7に示す圧力センサ1は、支持ダイアフラム2に重ねて固定されたセンサチップ3を備えている。支持ダイアフラム2は、図8(A)に示すように厚み方向から見て円環状に形成されており、センサチップ3を収容するパッケージ4(図7参照)のロアパッケージ4aとアッパパッケージ4bに挟まれて支持されている。
Diaphragm vacuum gauges are used to measure gas pressure (particularly the degree of vacuum).
An example of a pressure sensor used in a diaphragm vacuum gauge is described in Patent Document 1. The configuration of the pressure sensor disclosed in Patent Document 1 is shown in Fig. 7. The pressure sensor 1 shown in Fig. 7 includes a sensor chip 3 that is fixed to and overlapped on a support diaphragm 2. The support diaphragm 2 is formed in an annular shape when viewed in the thickness direction as shown in Fig. 8(A), and is supported by being sandwiched between a lower package 4a and an upper package 4b of a package 4 (see Fig. 7) that houses the sensor chip 3.

パッケージ4内は、図7において支持ダイアフラム2より下方の基準圧力室5と、支持ダイアフラム2より上方の検出圧力室6とに仕切られている。センサチップ3は、図8(A)に示すように、支持ダイアフラム2の厚み方向から見て矩形状に形成されており、支持ダイアフラム2の中央部に配置されている。このセンサチップ3は、基準圧力室5内に位置するチップ本体3aと、検出圧力室6内に位置する支持部材3bとによって構成されておりチップ本体3aと支持部材3bとによって支持ダイアフラム2を挟む状態で支持ダイアフラム2に接合されている。 Inside the package 4, in FIG. 7, the reference pressure chamber 5 is below the support diaphragm 2, and the detection pressure chamber 6 is above the support diaphragm 2. As shown in FIG. 8(A), the sensor chip 3 is formed in a rectangular shape when viewed in the thickness direction of the support diaphragm 2, and is disposed in the center of the support diaphragm 2. The sensor chip 3 is composed of a chip body 3a located in the reference pressure chamber 5 and a support member 3b located in the detection pressure chamber 6, and is joined to the support diaphragm 2 with the support diaphragm 2 sandwiched between the chip body 3a and the support member 3b.

チップ本体3aは、基準圧力室5内の圧力と検出圧力室6内の圧力が作用するダイアフラム(図示せず)を有し、検出圧力室6内の圧力を静電容量に基づいて検出するように構成されている。隔膜真空計に用いられる圧力センサ1は、通常は基準圧力室5内が真空とされ、検出圧力室6内には被検出圧力として真空に近い圧力が導入される。
真空計は、通常の使用環境としては真空に近い低圧力であり、その使用環境での強度が確保されていれば使用可能である。しかし、真空計は、装置に実装するときには大気圧に晒されて検出圧力室6内に大気圧が導入されるおそれがあるから、実用性を考慮すると強度に関する設計に注意が必要となる。
The chip body 3a has a diaphragm (not shown) on which the pressure in the reference pressure chamber 5 and the pressure in the detection pressure chamber 6 act, and is configured to detect the pressure in the detection pressure chamber 6 based on electrostatic capacitance. In the pressure sensor 1 used in a diaphragm vacuum gauge, the reference pressure chamber 5 is normally kept at a vacuum, and a pressure close to a vacuum is introduced into the detection pressure chamber 6 as the pressure to be detected.
The normal environment in which a vacuum gauge is used is a low pressure close to a vacuum, and the gauge can be used as long as it is strong enough to withstand that environment. However, when the vacuum gauge is mounted in a device, it is exposed to atmospheric pressure and there is a risk that atmospheric pressure may be introduced into the detection pressure chamber 6. Therefore, when considering practicality, care must be taken in the design of the gauge's strength.

特開2020-30203号公報JP 2020-30203 A

図7に示すような圧力センサ1では、検出圧力室6に大気圧が導入されて支持ダイアフラム2が大きく変形すると、問題が生じるおそれがあった。すなわち、図8(B)に示すように、支持ダイアフラム2が大気圧によって押され、二点鎖線で示すように基準圧力室5側に向けて凸となるように大きく変位すると、センサチップ3の角部7が支持ダイアフラム2に押し付けられる。図8(B)は図8(A)におけるVIII-VIII線断面図である。センサチップ3は図8(A)に示すように矩形状に形成されているから、このときに4つの角部7がそれぞれ支持ダイアフラム2を押圧するようになる。このように支持ダイアフラム2がセンサチップ3の角部7によって押されると、支持ダイアフラム2の4箇所においてそれぞれ応力が一点に集中して発生するようになる。 In the pressure sensor 1 shown in FIG. 7, if atmospheric pressure is introduced into the detection pressure chamber 6 and the support diaphragm 2 is significantly deformed, problems may occur. That is, as shown in FIG. 8(B), when the support diaphragm 2 is pushed by atmospheric pressure and is significantly displaced so as to become convex toward the reference pressure chamber 5 as shown by the two-dot chain line, the corners 7 of the sensor chip 3 are pressed against the support diaphragm 2. FIG. 8(B) is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 8(A). Since the sensor chip 3 is formed in a rectangular shape as shown in FIG. 8(A), at this time, each of the four corners 7 presses against the support diaphragm 2. When the support diaphragm 2 is pushed by the corners 7 of the sensor chip 3 in this way, stress is generated at each of the four points of the support diaphragm 2, concentrating at one point.

このときに支持ダイアフラム2に生じる応力の大きさを解析した結果を図9に示す。図9においては、応力が大きいほど色が濃くなるように、応力の大きさを色の濃淡によって示している。図9から分かるように、角部7と対応する部分で応力が最大になっている。
このように支持ダイアフラム2の4箇所にそれぞれ大きな押圧力が加えられると、支持ダイアフラム2が応力集中点から破断してしまうおそれがあった。
The results of analyzing the magnitude of the stress generated in the support diaphragm 2 at this time are shown in Figure 9. In Figure 9, the magnitude of the stress is shown by light and dark colors, with the greater the stress, the darker the color. As can be seen from Figure 9, the stress is maximum at the portion corresponding to the corner 7.
When a large pressure is applied to each of the four locations of the support diaphragm 2 in this manner, there is a risk that the support diaphragm 2 may break at the stress concentration points.

本発明の目的は、実用上求められる強度を向上可能な圧力センサを提供することである。 The objective of the present invention is to provide a pressure sensor that can improve the strength required for practical use.

この目的を達成するために本発明に係る圧力センサは、センサチップ収容空間を有するパッケージと、前記センサチップ収容空間を二つの空間に分けるように前記パッケージに固定された支持ダイアフラムと、前記支持ダイアフラムの中央部に重ねて固定された圧力検出用のセンサチップとを備え、前記センサチップは、変位した前記支持ダイアフラムが押し付けられる部分に応力分散部が設けられ、前記応力分散部は、変位した前記支持ダイアフラムが押し付けられることにより前記支持ダイアフラムに生じる応力が分散する形状に形成されているものである。 To achieve this objective, the pressure sensor of the present invention comprises a package having a sensor chip storage space, a support diaphragm fixed to the package so as to divide the sensor chip storage space into two spaces, and a sensor chip for detecting pressure that is fixed and overlapped on the center of the support diaphragm, and the sensor chip has a stress dispersion section provided in the portion where the displaced support diaphragm is pressed against, and the stress dispersion section is formed in a shape that distributes the stress generated in the support diaphragm when the displaced support diaphragm is pressed against it.

本発明は、前記圧力センサにおいて、前記センサチップは、前記支持ダイアフラムの厚み方向から見て、縦方向に延びる一対の縦側端部と、これらの一対の縦側端部の間で横方向に延びる一対の横側端部と、前記センサチップの外側に向けて凸になるように湾曲して前記縦側端部と前記横側端部とを接続する丸め部とを有する矩形状に形成され、前記応力分散部は、前記丸め部によって構成されていてもよい。 In the pressure sensor of the present invention, the sensor chip is formed in a rectangular shape having a pair of vertical side ends extending vertically when viewed in the thickness direction of the support diaphragm, a pair of horizontal side ends extending horizontally between the pair of vertical side ends, and a rounded portion that is curved so as to be convex toward the outside of the sensor chip and connects the vertical side ends and the horizontal side ends, and the stress dispersion portion may be constituted by the rounded portion.

本発明は、前記圧力センサにおいて、前記センサチップは、前記支持ダイアフラムの厚み方向から見て、縦方向に延びる一対の縦側端部と、これらの一対の縦側端部の間で横方向に延びる一対の横側端部と、前記縦側端部および前記横側端部に対して傾斜する方向に延びて前記縦側端部と前記横側端部とを接続する面取部とを有する矩形状に形成され、前記応力分散部は、前記面取部によって構成されていてもよい。 In the pressure sensor of the present invention, the sensor chip is formed in a rectangular shape having a pair of vertical side ends extending vertically when viewed in the thickness direction of the support diaphragm, a pair of horizontal side ends extending horizontally between the pair of vertical side ends, and a chamfered portion extending in a direction inclined relative to the vertical side ends and the horizontal side ends and connecting the vertical side ends and the horizontal side ends, and the stress dispersion portion may be constituted by the chamfered portion.

本発明は、前記圧力センサにおいて、前記センサチップは、前記支持ダイアフラムの厚み方向から見て矩形状に形成されているとともに、前記支持ダイアフラムに固定された基部と、前記支持ダイアフラムとの間に隙間が生じるように前記基部から側方に突出する突部とを有し、前記突部の前記支持ダイアフラムと対向する面は、前記基部から前記突部の突出端に向かうにしたがって次第に前記突部の厚みが薄くなるように傾斜する傾斜面からなり、前記応力分散部は、前記傾斜面によって構成されていてもよい。 In the pressure sensor of the present invention, the sensor chip is formed in a rectangular shape when viewed from the thickness direction of the support diaphragm, and has a base fixed to the support diaphragm and a protrusion protruding laterally from the base so as to create a gap between the support diaphragm and the base, and the surface of the protrusion facing the support diaphragm is an inclined surface that is inclined so that the thickness of the protrusion gradually decreases from the base toward the protruding end of the protrusion, and the stress dispersion portion may be constituted by the inclined surface.

本発明は、前記圧力センサにおいて、前記パッケージと、前記支持ダイアフラムおよび前記センサチップは、隔膜真空計の検出部を構成し、前記支持ダイアフラムは、前記センサチップ収容空間を真空状態に保持される基準圧力室と、被検出圧力が導入される検出圧力室とに分けるように形成されていてもよい。 In the pressure sensor of the present invention, the package, the support diaphragm, and the sensor chip constitute a detection section of a diaphragm vacuum gauge, and the support diaphragm may be formed to divide the sensor chip housing space into a reference pressure chamber that is maintained in a vacuum state and a detection pressure chamber into which the pressure to be detected is introduced.

本発明によれば、支持ダイアフラムが変位するとセンサチップの応力分散部に接触するから、この接触により支持ダイアフラムに発生する応力が分散される。したがって、実用上求められる強度を向上可能な圧力センサを提供することができる。 According to the present invention, when the support diaphragm is displaced, it comes into contact with the stress dispersion portion of the sensor chip, and this contact disperses the stress generated in the support diaphragm. Therefore, it is possible to provide a pressure sensor that can improve the strength required for practical use.

図1は、第1の実施の形態による圧力センサの要部を破断して示す斜視図である。FIG. 1 is a cutaway perspective view showing a main part of a pressure sensor according to a first embodiment. 図2は、第1の実施の形態による支持ダイアフラムとセンサチップを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a support diaphragm and a sensor chip according to the first embodiment. 図3は、圧力センサの全体を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the entire pressure sensor. 図4は、応力の発生状況を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which stress is generated. 図5は、第2の実施の形態によるセンサチップと支持ダイアフラムを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a sensor chip and a support diaphragm according to the second embodiment. 図6は、第3の実施の形態によるセンサチップと支持ダイアフラムを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a sensor chip and a support diaphragm according to the third embodiment. 図7は、従来のセンサチップと支持ダイアフラムの一部を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a conventional sensor chip and a part of a support diaphragm. 図8は、従来のセンサチップと支持ダイアフラムを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional sensor chip and a supporting diaphragm. 図9は、応力の発生状況を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a state in which stress is generated.

(第1の実施の形態)
以下、本発明に係る圧力センサの一実施の形態を図1~図4を参照して詳細に説明する。図1に示すセンサチップ11は、図3に示すような圧力センサ12に用いることができるもので、支持ダイアフラム13の中央部に固定され、支持ダイアフラム13を介して圧力センサ12のチップ収容用パッケージ14に支持されている。
(First embodiment)
An embodiment of a pressure sensor according to the present invention will be described in detail below with reference to Figures 1 to 4. A sensor chip 11 shown in Figure 1 can be used in a pressure sensor 12 as shown in Figure 3, and is fixed to the center of a support diaphragm 13 and supported by a chip housing package 14 for the pressure sensor 12 via the support diaphragm 13.

図3に示す圧力センサ12は、隔膜真空計に用いられるもので、センサチップ11を収容したチップ収容用パッケージ14と、このチップ収容用パッケージ14を覆う加熱用ケース15とを備えている。加熱用ケース15は、最も内側に位置するケース本体15aと、ケース本体15aを囲むヒータ15bと、ヒータ15bを含めてケース本体15aを覆う断熱材15cなどを備えている。 The pressure sensor 12 shown in Figure 3 is used in a diaphragm vacuum gauge, and includes a chip housing package 14 that houses a sensor chip 11, and a heating case 15 that covers the chip housing package 14. The heating case 15 includes a case body 15a located on the innermost side, a heater 15b that surrounds the case body 15a, and a heat insulating material 15c that covers the case body 15a including the heater 15b.

チップ収容用パッケージ14は、検出圧力導入管16が一端部(図3においては下端部)に設けられた円筒状のロアパッケージ17と、このロアパッケージ17の開口部に支持ダイアフラム13を介して接合された円筒状のアッパパッケージ18と、アッパパッケージ18の開口部を閉塞するカバー19などによって形成されている。カバー19には、センサチップ11に電気的に接続された電極リードピン20を通すために電極シールド部21が設けられている。 The chip housing package 14 is formed by a cylindrical lower package 17 having a detection pressure introduction tube 16 at one end (the lower end in FIG. 3), a cylindrical upper package 18 joined to the opening of the lower package 17 via a support diaphragm 13, and a cover 19 that closes the opening of the upper package 18. The cover 19 is provided with an electrode shield section 21 for passing an electrode lead pin 20 electrically connected to the sensor chip 11.

支持ダイアフラム13は、円環状に形成され{図2(A)参照}、外周部がロアパッケージ17とアッパパッケージ18とによって挟まれた状態でこれらの部材に接合されて支持されている。図1は、ロアパッケージ17がアッパパッケージ18の上に位置するように描いてある。図2(A)は支持ダイアフラム13とセンサチップ11とを支持ダイアフラム13の厚み方向から見た状態を示す平面図である。 The support diaphragm 13 is formed in a circular ring shape (see FIG. 2(A)), and its outer periphery is sandwiched between the lower package 17 and the upper package 18 and bonded to these components for support. In FIG. 1, the lower package 17 is depicted as being positioned above the upper package 18. FIG. 2(A) is a plan view showing the support diaphragm 13 and the sensor chip 11 as viewed from the thickness direction of the support diaphragm 13.

センサチップ11は、支持ダイアフラム13を厚み方向の一方と他方とから挟むチップ本体11aと支持部材11bとによって構成されている。チップ本体11aと支持部材11bは、それぞれ支持ダイアフラム13に重ねられた状態で接合されている。支持ダイアフラム13の中央部の貫通穴22は、チップ本体11aによって閉塞されている。支持部材11bには、支持ダイアフラム13の貫通穴22を塞ぐことがないように穴23が形成されている。 The sensor chip 11 is composed of a chip body 11a and a support member 11b that sandwich the support diaphragm 13 from one side and the other side in the thickness direction. The chip body 11a and the support member 11b are bonded in a state where they are overlapped on the support diaphragm 13. The through hole 22 in the center of the support diaphragm 13 is blocked by the chip body 11a. A hole 23 is formed in the support member 11b so as not to block the through hole 22 of the support diaphragm 13.

センサチップ11と支持ダイアフラム13は、チップ収容用パッケージ14内のセンサチップ収容空間24を二つの空間に分けている。これらの二つの空間とは、図3において支持ダイアフラム13より上側に位置する基準圧力室25と、支持ダイアフラム13より下側に位置する検出圧力室26である。センサチップ11のチップ本体11aは基準圧力室25に位置している。基準圧力室25は、カバー19に形成された連通孔(図示せず)を通してケース本体15aの内部の空間27に連通されており、真空状態に保たれている。検出圧力室26には、検出圧力導入管16を経て被検出圧力が導入される。 The sensor chip 11 and the support diaphragm 13 divide the sensor chip housing space 24 in the chip housing package 14 into two spaces. These two spaces are the reference pressure chamber 25 located above the support diaphragm 13 in FIG. 3, and the detection pressure chamber 26 located below the support diaphragm 13. The chip body 11a of the sensor chip 11 is located in the reference pressure chamber 25. The reference pressure chamber 25 is connected to the internal space 27 of the case body 15a through a communication hole (not shown) formed in the cover 19, and is maintained in a vacuum state. The pressure to be detected is introduced into the detection pressure chamber 26 via the detection pressure introduction tube 16.

センサチップ11は、隔膜真空計に用いられる場合は、基準圧力室25内の圧力と検出圧力室26の圧力とに応じて変化する静電容量に基づいて検出圧力室26内の圧力を検出するように構成される。この場合のセンサチップ11と、支持ダイアフラム13と、これらの部材を収容するチップ収容用パッケージ14は、隔膜真空計の検出部28(図3参照)を構成する。図3に示す圧力センサ12は、静電容量に基づいて圧力を検出するセンサチップ11を支持ダイアフラム13に固定して構成されている。しかし、本発明の圧力センサは、このような限定にとらわれることはない。本発明は、支持ダイアフラムにセンサチップが固定されている圧力センサであれば、どのような圧力センサにも適用することができる。このため、図1および図2は、センサチップ11の内部の構造を省略して描いてある。 When used in a diaphragm vacuum gauge, the sensor chip 11 is configured to detect the pressure in the detection pressure chamber 26 based on the electrostatic capacitance that changes depending on the pressure in the reference pressure chamber 25 and the pressure in the detection pressure chamber 26. In this case, the sensor chip 11, the support diaphragm 13, and the chip housing package 14 that houses these members constitute the detection section 28 (see FIG. 3) of the diaphragm vacuum gauge. The pressure sensor 12 shown in FIG. 3 is configured by fixing the sensor chip 11, which detects pressure based on electrostatic capacitance, to the support diaphragm 13. However, the pressure sensor of the present invention is not limited to such a configuration. The present invention can be applied to any pressure sensor as long as the sensor chip is fixed to the support diaphragm. For this reason, the internal structure of the sensor chip 11 is omitted in FIGS. 1 and 2.

センサチップ11は、図2(A)に示すように、支持ダイアフラム13の厚み方向から見て、縦方向に延びる一対の縦側端部31,31と、これらの一対の縦側端部31,31の間で横方向に延びる一対の横側端部32,32と、センサチップ11の外側に向けて凸になるように湾曲して縦側端部31と横側端部32とを接続する丸め部33とを有する矩形状に形成されている。この実施の形態による丸め部33は、センサチップ11の中心が円弧の中心となる円弧状に形成されている。 As shown in FIG. 2(A), the sensor chip 11 is formed in a rectangular shape when viewed in the thickness direction of the support diaphragm 13, having a pair of vertical side ends 31, 31 extending vertically, a pair of horizontal side ends 32, 32 extending horizontally between the pair of vertical side ends 31, 31, and a rounded portion 33 that is curved so as to be convex toward the outside of the sensor chip 11 and connects the vertical side ends 31 and the horizontal side ends 32. In this embodiment, the rounded portion 33 is formed in an arc shape with the center of the sensor chip 11 as the center of the arc.

また、この実施の形態によるセンサチップ11は、図2(B)に示すように、支持ダイアフラム13に固定された基部34と、支持ダイアフラム13との間に隙間Sが生じるように基部34から側方に突出する突部35とを有している。
このセンサチップ11が接合された支持ダイアフラム13は、基準圧力室25が真空の状態で検出圧力室26内に大気圧が導入されることにより、図2(B)中に二点鎖線で示すように、基準圧力室25に向けて凸になるように弾性変形する。図2(B)は図2(A)におけるII-II線断面図である。
In addition, the sensor chip 11 according to this embodiment has a base 34 fixed to the support diaphragm 13, and a protrusion 35 protruding laterally from the base 34 so as to create a gap S between the base 34 and the support diaphragm 13, as shown in FIG. 2(B).
When atmospheric pressure is introduced into the detection pressure chamber 26 while the reference pressure chamber 25 is in a vacuum state, the support diaphragm 13 to which the sensor chip 11 is bonded elastically deforms to become convex toward the reference pressure chamber 25, as shown by the two-dot chain line in Fig. 2(B). Fig. 2(B) is a cross-sectional view taken along line II-II in Fig. 2(A).

この場合、支持ダイアフラム13はセンサチップ11の丸め部33に接触する。この丸め部33に支持ダイアフラム13が押し付けられたときに支持ダイアフラム13に生じる応力は、丸め部33に沿って分散するようになる。このときに支持ダイアフラム13に生じる応力の大きさを解析した結果を図4に示す。図4においては、応力が大きいほど色が濃くなるように、応力の大きさを色の濃淡によって示している。 In this case, the support diaphragm 13 comes into contact with the rounded portion 33 of the sensor chip 11. The stress generated in the support diaphragm 13 when the support diaphragm 13 is pressed against this rounded portion 33 is dispersed along the rounded portion 33. Figure 4 shows the results of an analysis of the magnitude of the stress generated in the support diaphragm 13 at this time. In Figure 4, the magnitude of the stress is indicated by the shade of the color, with the color becoming darker as the stress increases.

図4から分かるように、応力が高い部分は、丸め部33に沿うように発生している。このため、丸め部33は、変位した支持ダイアフラム13が押し付けられることにより支持ダイアフラム13に生じる応力が分散する形状に形成された応力分散部36となる。
したがって、この実施の形態によれば、支持ダイアフラム13が変位するとセンサチップ11の応力分散部36(丸め部33)に接触し、この接触により支持ダイアフラム13に発生する応力が分散されるから、実用上求められる強度を向上可能な圧力センサを提供することができる。
4, the portion where the stress is high occurs along the rounded portion 33. Therefore, the rounded portion 33 becomes a stress dispersion portion 36 formed in a shape that disperses the stress generated in the support diaphragm 13 when the displaced support diaphragm 13 is pressed against it.
Therefore, according to this embodiment, when the support diaphragm 13 is displaced, it comes into contact with the stress distribution portion 36 (rounded portion 33) of the sensor chip 11, and this contact distributes the stress generated in the support diaphragm 13, thereby providing a pressure sensor that can improve the strength required for practical use.

この実施の形態によるセンサチップ11および支持ダイアフラム13と、チップ収容用パッケージ14は、隔膜真空計の検出部28を構成するものである。支持ダイアフラム13は、センサチップ収容空間24を真空状態に保持される基準圧力室25と、被検出圧力が導入される検出圧力室26とに分けるように形成されている。このため、この実施の形態の圧力センサ12を使用することにより、検出圧力室に大気圧が導入されたとしても支持ダイアフラムが破損することがない隔膜真空計を製造することが可能になる。 The sensor chip 11 and support diaphragm 13, and the chip housing package 14 according to this embodiment constitute the detection section 28 of the diaphragm vacuum gauge. The support diaphragm 13 is formed to divide the sensor chip housing space 24 into a reference pressure chamber 25 that is maintained in a vacuum state, and a detection pressure chamber 26 into which the pressure to be detected is introduced. Therefore, by using the pressure sensor 12 according to this embodiment, it is possible to manufacture a diaphragm vacuum gauge in which the support diaphragm will not be damaged even if atmospheric pressure is introduced into the detection pressure chamber.

(第2の実施の形態)
本発明に係る圧力センサのセンサチップは、図5(A),(B)に示すように構成することができる。図5(A)は支持ダイアフラムとセンサチップとを支持ダイアフラムの厚み方向から見た平面図である。図5(B)は、図5(A)におけるV-V線断面図である。これらの図において、図1~図3によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
Second Embodiment
The sensor chip of the pressure sensor according to the present invention can be configured as shown in Figures 5(A) and (B). Figure 5(A) is a plan view of the support diaphragm and the sensor chip viewed from the thickness direction of the support diaphragm. Figure 5(B) is a cross-sectional view taken along line V-V in Figure 5(A). In these figures, members that are the same as or equivalent to those described in Figures 1 to 3 are designated by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted as appropriate.

図5(A)に示すセンサチップ41は、支持ダイアフラム13を厚み方向の一方と他方とから挟むチップ本体41aと支持部材41bとによって構成されている。チップ本体41aは、第1の実施の形態を採るときのチップ本体11aに相当するもので、支持部材41bは、第1の実施の形態を採るときの支持部材11bに相当するものである。このセンサチップ41は、支持ダイアフラム13の厚み方向から見て、縦方向に延びる一対の縦側端部31,31と、これらの一対の縦側端部31,31の間で横方向に延びる一対の横側端部32,32と、縦側端部31および横側端部32に対して傾斜する方向に延びて縦側端部31と横側端部32とを接続する面取部42とを有する矩形状に形成されている。縦側端部31と面取部42とのなす角度と、横側端部32と面取部42とのなす角度は、何れも鈍角である。 The sensor chip 41 shown in FIG. 5(A) is composed of a chip body 41a and a support member 41b that sandwich the support diaphragm 13 from one side and the other side in the thickness direction. The chip body 41a corresponds to the chip body 11a when the first embodiment is adopted, and the support member 41b corresponds to the support member 11b when the first embodiment is adopted. When viewed from the thickness direction of the support diaphragm 13, the sensor chip 41 is formed in a rectangular shape having a pair of vertical side ends 31, 31 extending vertically, a pair of horizontal side ends 32, 32 extending horizontally between the pair of vertical side ends 31, 31, and a chamfered portion 42 that extends in an inclined direction with respect to the vertical side ends 31 and the horizontal side ends 32 and connects the vertical side ends 31 and the horizontal side ends 32. The angle between the vertical side ends 31 and the chamfered portion 42 and the angle between the horizontal side ends 32 and the chamfered portion 42 are both obtuse angles.

このセンサチップ41が接合された支持ダイアフラム13は、基準圧力室25内が真空状態で検出圧力室26内に大気圧が導入されることにより、図5(B)中に二点鎖線で示すように、基準圧力室25に向けて凸になるように弾性変形する。この実施の形態においては、このように変形した支持ダイアフラム13は、面取部42に押し付けられる。このため、このときにセンサチップ41との接触により支持ダイアフラム13に生じる応力は、面取部42に沿って分散されるようになる。この実施の形態においては、面取部42が上述した応力分散部36に相当する。 When atmospheric pressure is introduced into the detection pressure chamber 26 while the reference pressure chamber 25 is in a vacuum state, the support diaphragm 13 to which the sensor chip 41 is bonded elastically deforms to become convex toward the reference pressure chamber 25, as shown by the two-dot chain line in FIG. 5(B). In this embodiment, the support diaphragm 13 thus deformed is pressed against the chamfered portion 42. Therefore, the stress generated in the support diaphragm 13 by contact with the sensor chip 41 at this time is dispersed along the chamfered portion 42. In this embodiment, the chamfered portion 42 corresponds to the stress dispersion portion 36 described above.

したがって、支持ダイアフラム13が変位するとセンサチップ41の応力分散部36(面取部42)に接触し、この接触により支持ダイアフラム13に発生する応力が分散されるから、この実施の形態においても、実用上求められる強度を向上可能な圧力センサを提供することができる。 Therefore, when the support diaphragm 13 is displaced, it comes into contact with the stress dispersion portion 36 (chamfered portion 42) of the sensor chip 41, and this contact distributes the stress generated in the support diaphragm 13. Therefore, even in this embodiment, it is possible to provide a pressure sensor that can improve the strength required for practical use.

(第3の実施の形態)
本発明に係る圧力センサのセンサチップは、図6(A)~(C)に示すように構成することができる。図6(A)は支持ダイアフラムとセンサチップとを支持ダイアフラムの厚み方向から見た平面図である。図6(B)は、図6(A)におけるVI-VI線断面図である。図6(C)は、突部の一部を拡大して示す断面図である。これらの図において、図1~図3によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
Third Embodiment
The sensor chip of the pressure sensor according to the present invention can be configured as shown in Figures 6(A) to (C). Figure 6(A) is a plan view of the support diaphragm and the sensor chip viewed from the thickness direction of the support diaphragm. Figure 6(B) is a cross-sectional view taken along line VI-VI in Figure 6(A). Figure 6(C) is a cross-sectional view showing an enlarged portion of the protrusion. In these figures, members that are the same as or equivalent to those described in Figures 1 to 3 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

この実施の形態によるセンサチップ51は、支持ダイアフラム13を厚み方向の一方と他方とから挟むチップ本体51aと支持部材51bとによって構成されている。チップ本体51aは、第1の実施の形態を採るときのチップ本体11aに相当するもので、支持部材51bは、第1の実施の形態を採るときの支持部材11bに相当するものである。このセンサチップ51は、第1および第2の実施の形態で示したセンサチップ11,41とは平面形状と、支持部材51bの突部35の形状が異なっている。詳述すると、この実施の形態によるセンサチップ51は、図6(A)に示すように、支持ダイアフラム13の厚み方向から見て、縦方向に延びる一対の縦側端部31,31と、これらの一対の縦側端部31,31の間で横方向に延びる一対の横側端部32,32とからなる矩形状に形成されている。縦側端部31と横側端部32とは、直角の角52が形成されるように互いに接続されている。 The sensor chip 51 according to this embodiment is composed of a chip body 51a and a support member 51b that sandwich the support diaphragm 13 from one side and the other side in the thickness direction. The chip body 51a corresponds to the chip body 11a when the first embodiment is adopted, and the support member 51b corresponds to the support member 11b when the first embodiment is adopted. This sensor chip 51 differs from the sensor chips 11 and 41 shown in the first and second embodiments in the planar shape and the shape of the protrusion 35 of the support member 51b. In detail, the sensor chip 51 according to this embodiment is formed in a rectangular shape consisting of a pair of vertical side ends 31, 31 extending vertically when viewed from the thickness direction of the support diaphragm 13, and a pair of horizontal side ends 32, 32 extending horizontally between the pair of vertical side ends 31, 31, as shown in FIG. 6 (A). The vertical side ends 31 and the horizontal side ends 32 are connected to each other so that a right angle 52 is formed.

この実施の形態によるセンサチップ51の突部35は、支持ダイアフラム13の厚み方向から見て矩形状に形成されている。支持部材51bに設けられている突部35の支持ダイアフラム13と対向する面は、図6(C)に示すように、基部34から突部35の突出端に向かうにしたがって次第に前記突部35の厚みが薄くなるように傾斜する傾斜面35aとなるように形成されている。 The protrusion 35 of the sensor chip 51 in this embodiment is formed in a rectangular shape when viewed from the thickness direction of the support diaphragm 13. The surface of the protrusion 35 provided on the support member 51b that faces the support diaphragm 13 is formed as an inclined surface 35a that is inclined so that the thickness of the protrusion 35 gradually decreases from the base 34 toward the protruding end of the protrusion 35, as shown in FIG. 6(C).

このセンサチップ51が接合された支持ダイアフラム13は、基準圧力室25内が真空状態で検出圧力室26内に大気圧が導入されることにより、図6(B)中に二点鎖線で示すように、基準圧力室25に向けて凸になるように弾性変形する。この実施の形態においては、このように変形した支持ダイアフラム13は、突部35の傾斜面35aに押し付けられる。このため、このときにセンサチップ51との接触により支持ダイアフラム13に生じる応力は、傾斜面35aに沿って分散されるようになる。この実施の形態においては、傾斜面35aが上述した応力分散部36に相当する。
したがって、支持ダイアフラム13が変位するとセンサチップ51の応力分散部36(傾斜面35a)に接触し、この接触により支持ダイアフラム13に発生する応力が分散されるから、この実施の形態においても、実用上求められる強度を向上可能な圧力センサを提供することができる。
When atmospheric pressure is introduced into the detection pressure chamber 26 while the reference pressure chamber 25 is in a vacuum state, the support diaphragm 13 to which the sensor chip 51 is bonded elastically deforms to become convex toward the reference pressure chamber 25, as shown by the two-dot chain line in Fig. 6(B) . In this embodiment, the support diaphragm 13 thus deformed is pressed against the inclined surface 35a of the protrusion 35. Therefore, the stress generated in the support diaphragm 13 by contact with the sensor chip 51 at this time is dispersed along the inclined surface 35a. In this embodiment, the inclined surface 35a corresponds to the stress dispersion portion 36 described above.
Therefore, when the support diaphragm 13 is displaced, it comes into contact with the stress distribution portion 36 (inclined surface 35a) of the sensor chip 51, and this contact distributes the stress generated in the support diaphragm 13. Therefore, even in this embodiment, it is possible to provide a pressure sensor that can improve the strength required for practical use.

11,41,51…センサチップ、12…圧力センサ、13…支持ダイアフラム、14…チップ収容用パッケージ、24…センサチップ収容空間、25…基準圧力室、26…検出圧力室、28…検出部、31…縦側端部、32…横側端部、33…丸め部、34…基部、35…突部、35a…傾斜面、36…応力分散部、42…面取部、51…センサチップ。 11, 41, 51...sensor chip, 12...pressure sensor, 13...support diaphragm, 14...package for housing chip, 24...sensor chip housing space, 25...reference pressure chamber, 26...detection pressure chamber, 28...detection section, 31...vertical end, 32...horizontal end, 33...rounded section, 34...base, 35...projection, 35a...inclined surface, 36...stress dispersion section, 42...chamfered section, 51...sensor chip.

Claims (4)

センサチップ収容空間を有するパッケージと、
前記センサチップ収容空間を二つの空間に分けるように前記パッケージに固定された支持ダイアフラムと、
前記支持ダイアフラムの中央部に重ねて固定された圧力検出用のセンサチップとを備え、
前記センサチップは、変位した前記支持ダイアフラムが押し付けられる部分に応力分散部が設けられ、
前記応力分散部は、変位した前記支持ダイアフラムが押し付けられることにより前記支持ダイアフラムに生じる応力が分散する形状に形成され
前記センサチップは、前記支持ダイアフラムの厚み方向から見て、縦方向に延びる一対の縦側端部と、これらの一対の縦側端部の間で横方向に延びる一対の横側端部と、前記センサチップの外側に向けて凸になるように湾曲して前記縦側端部と前記横側端部とを接続する丸め部とを有する矩形状に形成され、
前記応力分散部は、前記丸め部によって構成されていることを特徴とする圧力センサ。
a package having a space for accommodating a sensor chip;
a support diaphragm fixed to the package so as to divide the sensor chip accommodating space into two spaces;
a sensor chip for detecting pressure, which is overlapped and fixed to the central portion of the support diaphragm;
the sensor chip is provided with a stress dispersion portion at a portion against which the displaced support diaphragm is pressed,
the stress dispersion portion is formed in a shape that disperses stress generated in the support diaphragm when the support diaphragm is pressed against the stress dispersion portion ,
the sensor chip is formed in a rectangular shape having a pair of vertical side ends extending in a vertical direction when viewed in a thickness direction of the support diaphragm, a pair of horizontal side ends extending in a horizontal direction between the pair of vertical side ends, and a rounded portion that is curved so as to be convex toward the outside of the sensor chip and connects the vertical side ends and the horizontal side ends,
The pressure sensor according to claim 1, wherein the stress dispersion portion is constituted by the rounded portion .
センサチップ収容空間を有するパッケージと、
前記センサチップ収容空間を二つの空間に分けるように前記パッケージに固定された支持ダイアフラムと、
前記支持ダイアフラムの中央部に重ねて固定された圧力検出用のセンサチップとを備え、
前記センサチップは、変位した前記支持ダイアフラムが押し付けられる部分に応力分散部が設けられ、
前記応力分散部は、変位した前記支持ダイアフラムが押し付けられることにより前記支持ダイアフラムに生じる応力が分散する形状に形成され、
前記センサチップは、前記支持ダイアフラムの厚み方向から見て、縦方向に延びる一対の縦側端部と、これらの一対の縦側端部の間で横方向に延びる一対の横側端部と、前記縦側端部および前記横側端部に対して傾斜する方向に延びて前記縦側端部と前記横側端部とを接続する面取部とを有する矩形状に形成され、
前記応力分散部は、前記面取部によって構成されていることを特徴とする圧力センサ。
a package having a space for accommodating a sensor chip;
a support diaphragm fixed to the package so as to divide the sensor chip accommodating space into two spaces;
a sensor chip for detecting pressure, which is overlapped and fixed to the central portion of the support diaphragm;
the sensor chip is provided with a stress dispersion portion at a portion against which the displaced support diaphragm is pressed,
the stress dispersion portion is formed in a shape that disperses stress generated in the support diaphragm when the support diaphragm is pressed against the stress dispersion portion,
the sensor chip is formed in a rectangular shape having a pair of vertical side ends extending in a vertical direction, a pair of horizontal side ends extending in a horizontal direction between the pair of vertical side ends, and a chamfered portion extending in a direction inclined with respect to the vertical side ends and the horizontal side ends and connecting the vertical side ends and the horizontal side ends when viewed in a thickness direction of the support diaphragm;
The pressure sensor according to claim 1, wherein the stress dispersion portion is constituted by the chamfered portion.
センサチップ収容空間を有するパッケージと、
前記センサチップ収容空間を二つの空間に分けるように前記パッケージに固定された支持ダイアフラムと、
前記支持ダイアフラムの中央部に重ねて固定された圧力検出用のセンサチップとを備え、
前記センサチップは、変位した前記支持ダイアフラムが押し付けられる部分に応力分散部が設けられ、
前記応力分散部は、変位した前記支持ダイアフラムが押し付けられることにより前記支持ダイアフラムに生じる応力が分散する形状に形成され、
前記センサチップは、前記支持ダイアフラムの厚み方向から見て矩形状に形成されているとともに、前記支持ダイアフラムに固定された基部と、前記支持ダイアフラムとの間に隙間が生じるように前記基部から側方に突出する突部とを有し、
前記突部の前記支持ダイアフラムと対向する面は、前記基部から前記突部の突出端に向かうにしたがって次第に前記突部の厚みが薄くなるように傾斜する傾斜面からなり、
前記応力分散部は、前記傾斜面によって構成されていることを特徴とする圧力センサ。
a package having a space for accommodating a sensor chip;
a support diaphragm fixed to the package so as to divide the sensor chip accommodating space into two spaces;
a sensor chip for detecting pressure, which is overlapped and fixed to the central portion of the support diaphragm;
the sensor chip is provided with a stress dispersion portion at a portion against which the displaced support diaphragm is pressed,
the stress dispersion portion is formed in a shape that disperses stress generated in the support diaphragm when the support diaphragm is pressed against the stress dispersion portion,
the sensor chip is formed in a rectangular shape when viewed in a thickness direction of the support diaphragm, and has a base portion fixed to the support diaphragm and a protrusion portion protruding laterally from the base portion so as to generate a gap between the base portion and the support diaphragm,
a surface of the protrusion facing the support diaphragm is an inclined surface that is inclined such that the thickness of the protrusion gradually decreases from the base toward the protruding end of the protrusion,
The pressure sensor according to claim 1, wherein the stress dispersion portion is constituted by the inclined surface.
請求項1~請求項3の何れか一つに記載の圧力センサにおいて、
前記パッケージと、前記支持ダイアフラムおよび前記センサチップは、隔膜真空計の検出部を構成し、
前記支持ダイアフラムは、前記センサチップ収容空間を真空状態に保持される基準圧力室と、被検出圧力が導入される検出圧力室とに分けるように形成されていることを特徴とする圧力センサ。
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
the package, the support diaphragm, and the sensor chip constitute a detection unit of a diaphragm vacuum gauge;
The pressure sensor is characterized in that the support diaphragm is formed so as to divide the sensor chip accommodating space into a reference pressure chamber maintained in a vacuum state and a detection pressure chamber into which a pressure to be detected is introduced.
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