传感器元件的制作方法

1.本发明涉及传感器元件。


背景技术：

2.以往，作为检测差压或者压力的压力传感器，已知有在作为感压部的半导体膜片上形成有压电电阻的半导体压阻式压力传感器(参考专利文献1)。现有技术文献专利文献
3.专利文献1：日本专利特表2015-512046号公报


技术实现要素：

发明要解决的课题
4.在专利文献1所公开的压力传感器中，仅将差压作为测定对象，或者仅将绝对压力作为测定对象，未知晓同时测量差压和绝对压力等多个压力的构造。
5.本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供能够同时测量多个压力的传感器元件。用于解决课题的技术手段
6.本发明是一种传感器元件，其包括传感器芯片和与该传感器芯片的一面接合的膜片基底，该传感器元件的特征在于，所述传感器芯片具备：第1压力与第2压力的差压测量用的第1膜片；所述第2压力的绝对压力测量用或者表压测量用的第2膜片；第1压力导入通路，其将所述第1压力传递至所述第1膜片；以及第2压力导入通路，其将所述第2压力传递至所述第1膜片和所述第2膜片，所述膜片基底具备：第3膜片，其直接承受具有所述第1压力的测量对象的流体；第4膜片，其直接承受具有所述第2压力的测量对象的流体；第3压力导入通路，其与所述第1压力导入通路连通，将所述第3膜片所承受的所述第1压力传递至所述第1压力导入通路以及所述第1膜片；以及第4压力导入通路，其与所述第2压力导入通路连通，将所述第4膜片所承受的所述第2压力传递至所述第2压力导入通路以及所述第2膜片，第1压力传递介质封入于所述第1压力导入通路至所述第3压力导入通路，第2压力传递介质封入于所述第2压力导入通路至所述第4压力导入通路，所述第1压力传递介质能够将所述第1压力传递至所述第1膜片，所述第2压力传递介质能够将所述第2压力传递至所述第1膜片和所述第2膜片，且所述传感器元件在所述第1压力导入通路至所述第3压力导入通路中的某一个的中途具备调整构造，该调整构造使得所述第1压力传递介质的量与所述第2压力传递介质的量实质上相同。
7.此外，在本发明的传感器元件的一构成例中，所述调整构造是以使所述第1压力传递介质的量与所述第2压力传递介质的量实质上相同的方式设置于所述第1压力导入通路的中途的液量调整室。此外，在本发明的传感器元件的一构成例中，所述调整构造是以使所述第1压力传递介
质的量与所述第2压力传递介质的量实质上相同的方式设置于所述第3压力导入通路的中途的液量调整室。发明的效果
8.根据本发明，能够同时测量多个压力。
附图说明
9.图1是本发明的第1实施例的传感器元件的俯视图。图2是本发明的第1实施例的传感器元件的剖面图。图3是本发明的第1实施例的传感器元件的剖面图。图4是表示没有液量调整构件的传感器元件的例子的剖面图。图5是表示没有液量调整构件的传感器元件的例子的剖面图。图6是在本发明的第1实施例中将传感器芯片搭载于膜片基底上的状态的传感器元件的剖面图。图7是本发明的第2实施例的传感器元件的俯视图。图8是本发明的第2实施例的传感器元件的剖面图。图9是本发明的第2实施例的传感器元件的剖面图。图10是本发明的第3实施例的传感器元件的俯视图。图11是本发明的第3实施例的传感器元件的剖面图。图12是本发明的第3实施例的传感器元件的剖面图。图13是本发明的第4实施例的传感器元件的剖面图。图14是表示本发明的第4实施例的传感器元件的另一构成的剖面图。图15是本发明的第5实施例的传感器元件的俯视图。图16是本发明的第5实施例的传感器元件的剖面图。图17是本发明的第5实施例的传感器元件的剖面图。
具体实施方式
10.[第1实施例]以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。图1是本发明的第1实施例的传感器元件的俯视图，图2是图1的a-a线剖面图，图3是图1的b-b线剖面图。
[0011]
传感器元件1包括平板状的传感器芯片10。传感器芯片10包括由玻璃构成的平板状的基台2、与基台2接合的由硅构成的平板状的流路构件3、与流路构件3接合的由硅构成的平板状的感压构件4、与感压构件4接合的由硅构成的平板状的盖构件5、以及与盖构件5接合的由硅构成的平板状的液量调整构件6。
[0012]
基台2形成有成为压力导入通路的两个贯通孔20、21，它们将基台2从背面贯通至正面。在流路构件3中，在当基台2与流路构件3接合时与贯通孔20、21连通的位置处，形成有作为压力导入通路的贯通孔30、31，它们将流路构件3从背面贯通至正面。另外，在流路构件3的与感压构件4相向的正面形成有成为压力导入通路的槽32，其一端与贯通孔30连通，在流路构件3与感压构件4接合时，另一端与后述的凹陷部40连通。
[0013]
在感压构件4的与流路构件3相向的背面形成有正方形的两个凹陷部40、41(压力导入室)，它们以使感压构件4的正面侧残留的方式去除背面侧而形成。感压构件4的形成有凹陷部40、41的区域的正面侧所残留的部分成为膜片42、43。
[0014]
另外，在感压构件4的与盖构件5相向的正面中的、形成于凹陷部40、41的区域的正面侧的膜片42、43的边缘部，例如利用杂质扩散或者离子注入的技术形成有作为压电电阻元件发挥功能的应变片44-1～44-4、45-1～45-4。应变片44-1～44-4分别形成于在俯视的情况下为正方形的膜片42(第1膜片)的4边的中点附近。同样地，应变片45-1～45-4分别形成于在俯视的情况下为正方形的膜片43(第2膜片)的4边的中点附近。
[0015]
进而，在感压构件4中，在当流路构件3与感压构件4接合时与贯通孔30、31连通的位置处，形成有成为压力导入通路的贯通孔46、47，它们将感压构件4从背面贯通至正面。
[0016]
在盖构件5的与感压构件4相向的背面，在当感压构件4与盖构件5接合时对膜片42、43进行覆盖的位置处，形成有以使盖构件5的正面侧残留的方式去除背面侧而形成的正方形的两个凹陷部50、51(压力导入室)。此外，在盖构件5中，在当感压构件4与盖构件5接合时与贯通孔47连通的位置处，形成有作为压力导入通路的贯通孔52，其将盖构件5从背面贯通至正面。此外，在盖构件5的背面形成有成为压力导入通路的槽53，其一端与贯通孔52连通，另一端与凹陷部50连通。进而，在盖构件5的背面形成有成为压力导入通路的槽54，在感压构件4与盖构件5接合时，该槽54的一端与贯通孔46连通，另一端与凹陷部51连通。
[0017]
在液量调整构件6的与盖构件5相向的背面形成有凹陷部60(液量调整室)，其以液量调整构件6的正面侧残留的方式去除背面侧而形成。进而，在液量调整构件6的背面形成有成为压力导入通路的槽61，在盖构件5与液量调整构件6接合时，该槽61的一端与贯通孔52连通，另一端与凹陷部60连通。
[0018]
贯通孔20、21、30、31、46、47、52、凹陷部40、41、50、51、60以及槽32、53、54、61能够通过蚀刻技术容易地形成，这是不言自明的。关于以后的实施例的贯通孔、凹陷部以及槽也同样地能够通过蚀刻技术容易地形成。
[0019]
基台2与流路构件3以使基台2的贯通孔20、21与流路构件3的贯通孔30、31连通的方式，通过直接接合来接合。流路构件3与感压构件4以使流路构件3的贯通孔30、31与感压构件4的贯通孔46、47连通、使流路构件3的槽32与感压构件4的凹陷部40连通的方式，通过直接接合来接合。
[0020]
感压构件4与盖构件5以使盖构件5的凹陷部50、51覆盖感压构件4的膜片42、43、使感压构件4的贯通孔46与盖构件5的槽54连通、使感压构件4的贯通孔47与盖构件5的贯通孔52连通的方式，通过直接接合来接合。
[0020]
感压构件4与盖构件5以使盖构件5的凹陷部50、51对感压构件4的膜片42、43进行覆盖、感压构件4的贯通孔46与盖构件5的槽54连通、感压构件4的贯通孔47与盖构件5的贯通孔52连通的方式，通过直接接合来接合。盖构件5与液量调整构件6以使盖构件5的贯通孔52与液量调整构件6的槽61连通的方式，通过直接接合来接合。
[0021]
第1油(第1压力传递介质)能够经由贯通孔21、31、47、52、槽53以及凹陷部50到达膜片42的上表面。第1油将被施加的第1压力传递至膜片42的上表面。第2油(第2压力传递介质)能够经由贯通孔20、30、槽32以及凹陷部40到达膜片42的下表面。第2油将被施加的第2压力传递至膜片42的下表面。第2油能够经由贯通孔20、30、46、槽54以及凹陷部51到达膜片
43的上表面。第2油将被施加的第2压力传递至膜片43的上表面。膜片43的下表面的凹陷部41(基准室)以真空状态进行密封。
[0022]
贯通孔21、31、47、52、槽53以及凹陷部50构成第1压力导入通路，其将第1压力传递至膜片42。贯通孔20、30、46、槽32、54以及凹陷部40、51构成第2压力导入通路，其将第2压力传递至膜片42、43。
[0023]
虽然在图1～图3中未图示，但例如使感压构件4的平面形状比盖构件5的平面形状大，在感压构件4的露出的正面形成与各应变片44-1～44-4、45-1～45-4分别电连接的8个电极焊盘，从而使应变片44-1～44-4、45-1～45-4能够与外部的电路接线。应变片与外部的电路的接线方法在以后的实施例中也相同。
[0024]
应变片44-1～44-4与外部的电路一起构成差压测量用的惠斯通电桥电路。利用差压测量用的惠斯通电桥电路，能够测量被施加至膜片42的上表面的第1压力与被施加至膜片42的下正面的第2压力的差压。
[0025]
应变片45-1～45-4与外部的电路一起构成绝对压力测量用的惠斯通电桥电路。利用绝对压力测量用的惠斯通电桥电路，能够测量被施加至膜片43的上表面的第2压力的绝对压力。另外，关于惠斯通电桥电路的构成，由于是公知的技术，所以省略详细的说明。
[0026]
这样，在本实施例，能够高灵敏度地同时测量差压和绝对压力。此外，在本实施例中，通过在液量调整构件6中设置成为液量调整室的凹陷部60，能够使封入贯通孔21、31、47、52、槽53、61以及凹陷部50、60中的第1油的量与封入贯通孔20、30、46、槽32、54以及凹陷部40、51中的第2油的量相同。
[0027]
由于不将第1油导入至膜片43的下表面的凹陷部41，因此在没有液量调整构件6的构造中，第1油的量就会比第2油少。在图4、图5中示出没有液量调整构件6的传感器芯片10c的例子。图4是用与图1的a-a线相当的线切割传感器芯片10c而得的剖面图，图5是用与图1的b-b线相当的线切割传感器芯片10c而得的剖面图。若如上述那样存在油量之差，则会有起因于油量之差而使得温度所致的压力的零点漂移变大这样的问题。为了设备的小型化，膜片42、43越小(柔度越小)，则上述问题的影响越大。
[0028]
相对于此，在本实施例中，能够使第1油的量与第2油的量相同，降低温度变化所致的油膨胀及收缩所引起的特性变化(差压的零点漂移)。因此，在本实施例中，能够高灵敏度地同时测量差压和绝对压力，传感器元件的小型化成为可能。
[0029]
另外，传感器芯片10搭载在膜片基底上。在图6中示出将传感器芯片10搭载在膜片基底上的状态的传感器元件1的剖面图。膜片基底7由用于将测量对象的流体的压力引导至传感器芯片10的金属材料构成。作为金属材料，能够例示不锈钢(sus)。如图6所示，膜片基底7具有主面7a和与其相反一侧的主面7b。膜片基底7中形成有贯通主面7a和主面7b的贯通孔70和贯通孔71。在贯通孔70、71的主面7a侧的开口部形成有两个凹陷部72、73。凹陷部72由直接承受具有第2压力的测量对象的流体的隔膜74(第4膜片)覆盖。同样地，凹陷部73由直接承受具有第1压力的测量对象的流体的隔膜75(第3膜片)覆盖。隔膜74、75例如由不锈钢(sus)构成。
[0030]
传感器芯片10与膜片基底7以使传感器芯片10的贯通孔20、21与膜片基底7的贯通孔70、71连通的方式，利用粘接剂来接合。
膜片基底7的凹陷部73和贯通孔71构成第3压力导入通路，其与所述第1压力导入通路连通，将膜片75所承受的第1压力传递至所述第1压力导入通路以及膜片42。膜片基底7的凹陷部72和贯通孔70构成第4压力导入通路，其与所述第2压力导入通路连通，将膜片74所承受的第2压力传递至所述第2压力导入通路以及膜片43。
[0031]
在本实施例的膜片基底7中，凹陷部73以及贯通孔71中的第1油的量与凹陷部72以及贯通孔70中的第2油的量相同。
[0032]
[第2实施例]接下来，对本发明的第2实施例进行说明。图7为本发明的第2实施例的传感器元件的俯视图，图8为图7的a-a线剖面图，图9为图7的b-b线剖面图。本实施例的传感器元件1a包括膜片基底、和搭载于膜片基底上的平板状的传感器芯片10a。关于膜片基底，与在图6中说明的情况一样，所以省略记载。本实施例通过与第1实施例不同的调整构造来实现油量的调整。
[0033]
传感器芯片10a包括由玻璃构成的平板状的基台2、与基台2接合的由硅构成的平板状的流路构件3、与流路构件3接合的由硅构成的平板状的感压构件4、以及与感压构件4接合的由硅构成的平板状的盖构件5a。关于基台2、流路构件3以及感压构件4，与在第1实施例中说明的情况一样。
[0034]
与第1实施例一样，盖构件5a中也形成有凹陷部51和槽54。进而，在盖构件5a的与感压构件4相向的背面，在当感压构件4与盖构件5a接合时对膜片42进行覆盖的位置处，形成有以使盖构件5a的正面侧残留的方式去除背面侧而形成的正方形的凹陷部50a。此外，在盖构件5a的背面，形成有成为压力导入通路的槽53a，在感压构件4与盖构件5a接合时，该槽53a的一端与贯通孔47连通，另一端与凹陷部50a连通。
[0035]
贯通孔21、31、47、槽53a以及凹陷部50b构成第1压力导入通路，其将第1压力传递至膜片42。贯通孔20、30、46、槽32、54以及凹陷部40、51构成第2压力导入通路，其将第2压力传递至膜片42、43。
[0036]
基台2与流路构件3以使基台2的贯通孔20、21与流路构件3的贯通孔30、31连通的方式，通过直接接合来接合。流路构件3与感压构件4以使流路构件3的贯通孔30、31与感压构件4的贯通孔46、47连通、使流路构件3的槽32与感压构件4的凹陷部40连通的方式，通过直接接合来接合。
[0037]
感压构件4与盖构件5a以使盖构件5a的凹陷部50a、51覆盖感压构件4的膜片42、43、使感压构件4的贯通孔46与盖构件5a的槽54连通、使感压构件4的贯通孔47与盖构件5a的槽53a连通的方式，通过直接接合来接合。
[0038]
第1实施例与本实施例的不同之处在于，在本实施例中，取代设置液量调整构件6，而使凹陷部50a的容积比凹陷部50的容积大，由此，使得封入于贯通孔21、31、47、槽53a以及凹陷部50a的第1油的量与封入于贯通孔20、30、46、槽32、54以及凹陷部40、51中的第2油的量相同。即，凹陷部50a在作为压力导入室的同时成为液量调整室(调整构造)。这样，在本实施例中，能够获得与第1实施例相同的效果。
[0039]
[第3实施例]接下来，对本发明的第3实施例进行说明。图10为本发明的第3实施例的传感器元件的俯视图，图11为图10的a-a线剖面图，图12为图10的b-b线剖面图。本实施例的传感器元件1b包括膜片基底和搭载于膜片基底上的平板状的传感器芯片10b。关于膜片基底，与在图6中
说明的情况一样，所以省略记载。本实施例通过与第1、第2实施例不同的调整构造来实现油量的调整。
[0040]
传感器芯片10b包括由玻璃构成的平板状的基台2b、与基台2b接合的由硅构成的平板状的流路构件3、与流路构件3接合的由硅构成的平板状的感压构件4、以及与感压构件4接合的由硅构成的平板状的盖构件5b。关于流路构件3以及感压构件4，与在第1实施例中说明的情况一样。
[0041]
在基台2b中形成有成为压力导入通路的两个贯通孔20、21b(调整构造)，它们将基台2b从背面贯通至正面。与第1实施例一样，在盖构件5b中形成有凹陷部50、51和槽54。进而，在盖构件5b的与感压构件4相向的背面，形成有成为压力导入通路的槽53b，在感压构件4与盖构件5b接合时，该槽53b的一端与贯通孔47连通，另一端与凹陷部50连通。
[0042]
贯通孔21b、31、47、槽53b以及凹陷部50构成将第1压力传递至膜片42的第1压力导入通路。贯通孔20、30、46、槽32、54以及凹陷部40、51构成将第2压力传递至膜片42、43的第2压力导入通路。
[0043]
基台2b与流路构件3以使基台2b的贯通孔20、21b与流路构件3的贯通孔30、31连通的方式，通过直接接合来接合。流路构件3与感压构件4以使流路构件3的贯通孔30、31与感压构件4的贯通孔46、47连通、使流路构件3的槽32与感压构件4的凹陷部40连通的方式，通过直接接合来接合。
[0044]
感压构件4与盖构件5b以使盖构件5b的凹陷部50、51对感压构件4的膜片42、43进行覆盖、感压构件4的贯通孔46与盖构件5b的槽54连通、感压构件4的贯通孔47与盖构件5b的槽53b连通的方式，通过直接接合来接合。
[0045]
第1实施例与本实施例的不同之处在于，在本实施例中，取代设置液量调整构件6，而使基台2b的贯通孔21b的直径比贯通孔20的直径大，由此，使得封入于贯通孔21b、31、47、槽53b以及凹陷部50的第1油的量与封入于贯通孔20、30、46、槽32、54以及凹陷部40、51中的第2油的量相同。这样，在本实施例中，能够获得与第1实施例相同的效果。
[0046]
[第4实施例]在第1～第3实施例中，在传感器芯片10、10a、10b中设置了油量的调整构造，但也可以在搭载传感器芯片的膜片基底中设置油量的调整构造。
[0047]
图13是本发明的第4实施例的传感器元件的剖面图。本实施例的传感器元件1c包括膜片基底7c、和搭载在膜片基底7c上的传感器芯片10c。传感器芯片10c是从第1实施例的传感器芯片10中去除了液量调整构件6和盖构件5的贯通孔52后的构成(图4、图5所示的构成)，因此省略详细说明。
[0048]
与膜片基底7一样，在由金属材料构成的膜片基底7c中形成有贯通孔70、71和凹陷部72、73。凹陷部72被隔膜74覆盖，凹陷部73被隔膜75覆盖。传感器芯片10c与膜片基底7c以使传感器芯片10c的贯通孔20、21与膜片基底7c的贯通孔70、71连通的方式，利用粘接剂来接合。膜片基底7c的凹陷部73和贯通孔71构成第3压力导入通路，其与所述第1压力导入通路连通，将膜片75所承受的第1压力向所述第1压力导入通路以及膜片42传递。膜片基底7c的
凹陷部72和贯通孔70构成第4压力导入通路，其与所述第2压力导入通路连通，将膜片74所承受的第2压力向所述第2压力导入通路以及膜片43传递。
[0049]
在本实施例中，通过使膜片基底7c的贯通孔71的直径比贯通孔70的直径大，能够使得封入于膜片基底7c的凹陷部73、贯通孔71、传感器芯片10c的贯通孔21、31、47、槽53、以及凹陷部50中的第1油的量与封入于膜片基底7c的凹陷部72、贯通孔70、传感器芯片10c的贯通孔20、30、46、槽32、54、以及凹陷部40、51中的第2油的量相同。这样，在本实施例中，通过取代传感器芯片10c而在膜片基底7c设置油量的调整构造(贯通孔71)，能够获得与第1实施例相同的效果。
[0050]
另外，也可以取代使贯通孔71的直径比贯通孔70的直径大这一做法，而使凹陷部73(调整构造)的容积比凹陷部72的容积大，从而使得第1油的量与第2油的量相同。此外，如图14所示，也可以将与贯通孔71连通的液量调整室76(调整构造)设置在膜片基底7d内，从而使得第1油的量与第2油的量相同。
[0051]
[第5实施例]在第1～第4实施例中，还能测量第2压力的表压。图15是本发明的第5实施例的传感器元件的俯视图，图16是图15的a-a线剖面图，图17是图15的b-b线剖面图。本实施例的传感器元件1d包括平板状的传感器芯片10d。传感器芯片10d包括由玻璃构成的平板状的基台2、与基台2接合的由硅构成的平板状的流路构件3、与流路构件3接合的由硅构成的平板状的感压构件4d、与感压构件4d接合的由硅构成的平板状的盖构件5、以及与盖构件5接合的由硅构成的平板状的液量调整构件6。关于基台2、流路构件3、盖构件5以及液量调整构件6，与在第1实施例中说明的情况一样。
[0052]
感压构件4d是在第1实施例的感压构件4中使成为压力导入通路的槽48形成于背面而成的，该压力导入通路的一端与凹陷部41连通，另一端在感压构件4d的侧面开口。在本实施例中，形成于膜片43的应变片45-1～45-4与外部的电路一起构成表压测量用的惠斯通电桥电路。能够利用表压测量用的惠斯通电桥电路来测量被施加至膜片43的上表面的第2压力的表压。其它结构与在第1实施例中说明的情况一样。
[0053]
这样，在本实施例中，能够高精度地同时测量差压和表压。在本实施例中，将表压测量用的构造应用于第1实施例，但也可以应用于第2～第4实施例，这是不言自明的。
[0054]
以上，参考附图，对本发明的实施方式详细地进行了说明。然而，本发明的技术范围不限定于上述例子。只要为具有本发明的技术领域中的通常的知识的人员，就当然能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内，想到各种变形例，关于这些变形例，也当然属于本发明的技术范围。符号说明
[0055]
1、1a～1d
…
传感器元件，2、2b
…
基台，3
…
流路构件，4、4d
…
感压构件，5、5a、5b
…
盖构件，6
…
液量调整构件，7、7c、7d
…
膜片基底，10、10a～10d
…
传感器芯片，20、21、30、31、46、47、52、70、71
…
贯通孔，32、48、53、53a、54、61
…
槽，40、41、50、50a、51、60、72、73
…
凹陷部，42、43
…
膜片，44-1～44-4、45-1～45-4
…
应变片，74、75
…
隔膜，76
…
液量调整室。