[发明专利]压力传感器、使用该压力传感器的质量流量计以及质量流量控制器

说明书

技术领域

本发明涉及压力传感器，特别是涉及适合于利用隔膜的伴随着压力施加的变形来检测压力的压力传感器、使用该压力传感器的质量流量计以及质量流量控制器。

背景技术

作为利用隔膜的伴随着压力施加的变形来检测压力的压力传感器，众所周知有通过在隔膜上形成(贴附等)应变仪，从而检测隔膜的伴随着压力施加的变形作为应变的压力传感器。

即使是很小的变形，上述应变仪也会改变自身的电阻。通常，经常使用应变仪以4个为一组形成，并通过构成桥接电路而作为与压力成比例的差分电压输出进行测量的方法，能够构成桥接电路，并补偿应变仪本身的温度特性。例如，即使应变仪本身具有温度特性，在由温度变化导致的4个应变仪的变形分别相等时，应变传感器的输出也不变动。

另外，在测量对象的压力低的情况下，使用如下结构的压力传感器:通过将硅基板局部薄膜化而形成作为受压部的硅隔膜，并在该隔膜上利用杂质扩散来形成应变仪。该传感器具有灵敏度高、能够以一体结构形成IC等优点。

然而，该传感器不适合测量对象的压力高的情况或需要耐腐蚀性的情况，较多使用在金属制的隔膜上贴附应变仪或贴附形成了应变仪的应变传感器这种结构的压力传感器。

在专利文献1中公开了压力传感器，由第一材料构成的第一隔膜构成为将与温度相关的横向膨胀传递给第二材料的应变传感器的应变仪，横向膨胀的传递经由设置于第一隔膜与第一区域的至少一部分之间的第一结合材料来进行。而且，由第一材料构成的第一隔膜具有比第二材料的应变传感器大的热膨胀系数，第一隔膜将与温度相关的横向膨胀传递给应变传感器的应变仪，并经由设置于第一隔膜与第一区域的至少一部分之间的第一结合材料进行横向膨胀的传递。

另外，在专利文献2中记载了由隔膜的直径方向上的厚壁的梁部、除该厚壁的梁部之外的薄壁的膜部以及形成在厚壁的梁部的上表面的应变传感器构成的半导体压力传感器的隔膜，能够设想由厚壁的梁部和薄壁的膜部形成台阶。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-227283号公报

专利文献2：日本特开平6-241930号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述专利文献1中，记载了防止由应变传感器与隔膜的热膨胀系数之差导致的应变传感器的破损的压力传感器的结构，但不能期待改善由在高温下固定应变传感器导致的初始零点输出的偏移、伴随着传感器使用时的温度变化的零点输出的变动的效果。

通常，在将应变传感器设置在伴随着压力施加、温度变化而使得应变传感器各向同性地变形的位置的情况下，由于桥接电路的功能,输出不会变动。但是，为了伴随着压力施加而得到输出，应变传感器的设置位置需要是应变传感器会产生应变的差的位置。因此，伴随着温度变化而由应变传感器与隔膜的热膨胀系数之差引起的应变传感器的变形也不是各向同性，并产生上述问题。

即，在以往结构的压力传感器中，在隔膜薄膜部的端部固定了应变传感器的情况下，伴随着温度变化而产生输出。这是由于，作为隔膜的材料的钢的热膨胀系数与作为应变传感器的材料的硅的热膨胀系数具有5倍以上的差。用于高效地将隔膜薄膜部的变形传送给应变传感器的接合层由作为坚硬的材料的Au/Sn、Au/Ge形成的影响也较大。

另外，当压力传感器的外部的温度降低时，应变传感器在X方向(参照图2)和Y方向(参照图2)均产生压缩的应变。如果两者的应变相等则输出不变化，但由于在隔膜薄膜部的端部的较厚的部分固定有应变传感器，因Y方向的压缩应变比X方向大，所以输出会变化。其原因在于，X方向由于隔膜薄膜部变形而使得应力缓和，在Y方向上，由于隔膜薄膜部的面积小而难以变形，所以与X方向相比不能缓和应力。

另外，由于在隔膜与应变传感器的固定时，使用Au/Sn共晶接合等280℃以上的高温下的接合，所以当在接合后使温度降低时，在X方向和Y方向上产生应变差，并作为初始零点的输出偏移被检测到。当产生该初始零点的输出偏移时，会产生需要用于将偏移量修正为零的电路或压力传感器的使用范围变窄等问题。另外，在压力传感器的使用时，由于在民生用压力传感器中有100℃左右的温度变化，在车载用压力传感器中有160℃左右的温度变化，所以压力传感器的零点输出也会变动。

另外，在专利文献2中未记载应变传感器配置在隔膜的端部，应变传感器与台阶的位置关系也不清楚，明显不能解决上述问题。