差压传感器以及差压传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采用了输出与其中一个面和另一个面所受到的压力差对应的信号的传感器隔膜的差压传感器以及差压传感器的制造方法。
【背景技术】
[0002]历来，使用采用了输出与其中一个面和另一个面所受到的压力差对应的信号的传感器隔膜的差压传感器，作为工业用差压传感器。该差压传感器的构成如下:通过硅油等压力传递介质(封入液)将施加于高压侧以及低压侧的受压隔膜的流体压力引导到传感器隔膜的其中一个面以及另一个面，检测该传感器隔膜的变形作为例如电阻应变计的电阻值变化，将该电阻值变化转换为电信号并取出。
[0003]这样的差压变送器被用于通过对例如石油精炼设备中的高温反应塔等储藏被测量流体的密闭容器内的上下两个位置的差压进行检测来测量液面高度等情形。
[0004]图24示出以往的差压变送器的主要部分的结构(例如参照专利文献I)。在该图中，1-1是传感器隔膜，1-2以及1-3是夹着传感器隔膜1-1而被接合的第一以及第二挡块，1-4以及1-5是被接合于挡块1-2以及1-3的第一以及第二玻璃底座，将挡块1-2和玻璃底座1-4作为第一保持构件，将挡块1-3和玻璃底座1-5作为第二保持构件，从而构成传感器芯片I。传感器隔膜1-1由硅构成，且在形成为薄板状的隔膜的表面形成有电阻应变计。挡块1-2、1-3也由硅构成。
[0005]在该传感器芯片I中，在挡块1-2形成有凹部l_2a，使该凹部l_2a的周缘部l_2b与传感器隔膜1-1的其中一个面1-1a面对面，挡块1-2与传感器隔膜1-1的其中一个面1-1a接合。在挡块1-3形成有凹部l_3a，使该凹部l_3a的周缘部l_3b与传感器隔膜1_1的另一个面1-1b面对面，挡块1-3与传感器隔膜1-1的另一个面1-1b接合。
[0006]挡块1-2、1-3的凹部l_2a、l_3a被设为沿着传感器隔膜1_1的位移的曲面(非球面)，在其顶部形成有压力导入孔(导压孔)l-2c、l-3c。又，玻璃底座1-4、1-5也在与导压孔l-2c、l-3c对应的位置上形成有压力导入孔(导压孔)l_4a、l_5a。
[0007]该传感器芯片I被容纳于作为传感器外壳(金属制的封装体)2的内部空间而形成的传感器室3。该例中，将传感器芯片I的上表面(玻璃底座1-4的上表面)设为开放状态，即，使传感器芯片I的上表面不与传感器室3的上表面侧的内壁面3a接合，而是对传感器芯片I的底面(玻璃底座1-5的下表面)涂敷环氧系粘接剂以将其接合至传感器室3的下表面侧的内壁面3b。在传感器外壳2的与玻璃底座1-5的导压孔l_5a对应的位置上形成有压力导入路径(导压路径)2b。
[0008]采用这样的差压传感器100的话，流体压力Pa介由硅油等压力传递介质，通过玻璃底座1-4的导压孔l_4a以及挡块1-2的导压孔l_2c，被施加于传感器隔膜1_1的其中一个面Ι-la。又，流体压力Pb介由硅油等压力传递介质，通过传感器外壳2的导压路径2b、玻璃底座1-5的导压孔l_5a以及挡块1-3的导压孔l_3c，施加于传感器隔膜1_1的另一个面 1-1b0
[0009]该情况下，对传感器隔膜1-1的其中一个面1-1a施加过大压力而使得传感器隔膜1-1位移时，其整个位移面被挡块1-3的凹部l_3a的曲面挡住。又，对传感器隔膜1-1的另一个面1-1b施加过大压力而使得传感器隔膜1-1位移时，其整个位移面被挡块1-2的凹部l-2a的曲面挡住。
[0010]由此，使得对传感器隔膜1-1施加过大压力时的过度的位移被阻止，在传感器隔膜1-1的周缘部不产生应力集中，能够有效地防止由于过大压力的施加引起的传感器隔膜1-1的无意破坏，提高其过大压力保护动作压力(耐压)。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献I日本特开2005-69736号公报
【发明内容】
[0014]发明要解决的课题
[0015]然而，这样结构的差压传感器100具有以下弱点:若在例如受到压力Pa的传感器隔膜1-1的其中一个面1-1a侧为高压侧，受到压力Pb的传感器隔膜1-1的另一个面1-1b侧为低压侧的情况下，对低压侧施加比高压侧高的压力(逆压)的话，容易坏掉。
[0016]S卩，该差压传感器100中，在对高压侧施加比低压侧高的压力的情况下，成为以使传感器芯片I的传感器隔膜1-1与挡块1-2的接合部4-1剥离地作用的高压的压力Pa按压接合部4-1的状态，因此耐压性高，在对低压侧施加比高压侧高的压力(逆压)的情况下，成为仅以为比高压的压力Pb (压力Pb使传感器芯片I的传感器隔膜1-1和挡块1-3的接合部4-2剥离地作用)低的压力的压力Pa按压接合部4-2的状态，因此容易坏掉。
[0017]另外，通常认为只要将受到压力Pa的传感器隔膜1-1的其中一个面1-1a侧规定为高压侧，将受到压力Pb的传感器隔膜1-1的另一个面1-1b侧规定为低压侧来使用即可，但采用这样结构的差压传感器100的话，有时存在压力Pa和压力Pb的高低关系可能反转这样的情况，或虽然压力Pa和压力Pb的高低关系没有反转，但错误地将传感器隔膜1-1的其中一个面1-1a侧选择为低压侧，另一个面1-1b侧选择为高压侧的情况，仅规定高压侧、低压侧的话，无法消除容易产生传感器芯片I的接合部4-1、4-2的剥离这样的弱点。
[0018]本发明为了解决这样的课题而作出，其目的在于提供一种能够同时实现传感器芯片的耐压性能的提高和热应力缓和的差压传感器以及差压传感器的制造方法。
[0019]用于解决问题的手段
[0020]为了达成这样的目的，本发明是一种差压传感器，其包括:传感器芯片，其包括:传感器隔膜，其输出与其中一个面以及另一个面所受到的压力差对应的信号；第一保持构件，其周缘部与传感器隔膜的其中一个面面对面地接合，并具有将第一流体压力向该传感器隔膜的其中一个面引导的第一导压孔；以及第二保持构件，其周缘部与传感器隔膜的另一个面面对面地接合，并具有将第二流体压力向该传感器隔膜的另一个面引导的第二导压孔；以及传感器外壳，其具有:传感器室，其容纳传感器芯片；第一导压路径，其将第一流体压力引导至传感器室的第一内壁面；以及第二导压路径，其将第二流体压力引导至传感器室的与第一内壁面相对的第二内壁面，差压传感器的特征在于，传感器芯片被接合于传感器室的第一内壁面与第二内壁面之间，在传感器芯片的其中一个面与传感器室的第一内壁面之间通过第一粘接剂层进行接合，在传感器芯片的另一个面与传感器室的第二内壁面之间通过第二粘接剂层进行接合，第一粘接剂层为具有比构成传感器隔膜的材料的杨氏模量小的杨氏模量的粘接剂层，第二粘接剂层为具有比构成传感器隔膜的材料的杨氏模量小且比第一粘接剂层的杨氏模量大的杨氏模量的粘接剂层。
[0021]本发明中，传感器芯片通过第一以及第二粘接剂层被接合于传感器室的第一内壁面与第二内壁面之间。该情况下，传感器芯片的其中一个面通过第一粘接剂层被接合于传感器室的第一内壁面，传感器芯片的另一个面通过第二粘接剂层被接合于传感器室的第二内壁面，因此在传感器室的第一内壁面和第二内壁面之间夹着传感器芯片，无论第一流体压力与第二流体压力的压力的高低关系如何，即使产生大的差压的情况下，由于被导入的压力，传感器芯片隔着第一粘接剂层被按压于第一内壁面，隔着第二粘接剂层被按压于第二内壁面。由此，传感器隔膜与保持构件的剥离得以抑制，无论第一流体压力与第二流体压力的压力的高低，能够避免传感器芯片的接合部的剥离。
[0022]又，本发明中，第一粘接剂层为具有比构成传感器隔膜的材料的杨氏模量小的杨氏模量(例如，相对于构成传感器隔膜的材料的杨氏模量在1/1000以下的杨氏模量)的粘接剂层，第二粘接剂层为具有比构成传感器隔膜的材料的杨氏模量小且比第一粘接剂层的杨氏模量大的杨氏模量(例如，相对于第一粘接剂层的杨氏模量在100倍以上的杨氏模量)的粘接剂层。由此，在外部的热从传感器室的第一内壁面、第二内壁面向传感器芯片传导的情况下，第一粘接剂层起到缓和拉伸(压缩)方向的热应力的层的作用，缓和根据热膨胀系数的不同产生的对传感器芯片的接合面的拉伸(压缩)方向的热应力。由此，不仅在高压时，即使在环境温度变化的情况下，也能够避免传感器芯片的接合部的剥离。
[0023]发明效果
[0024]根据本发明，由于将传感器芯片通过第一以及第二粘接剂层接合于传感器室的第一内壁面和第二内壁面之间，将传感器芯片的其中一个面与传感器室的第一内壁面之间的第一粘接剂层设为具有比构成传感器隔膜的材料的杨氏模量小的杨氏模量的粘接剂层，将传感器芯片的另一个面与传感器室的第二内壁面之间的第二粘接剂层设为具有比构成传感器隔膜的材料的杨氏模量小且比第一粘接剂层的杨氏模量大的杨氏模量的粘接剂层，因此在高压时或环境温度变化时，能够缓和由施加于传感器芯片的接合部的压力引起的应力、热应力，防止传感器芯片的接合部的剥离，能够同时实现传感器芯片的耐压性能的提高和热应力缓和。
【附图说明】
[0025]图1为示出本发明所涉及的差压传感器的第一实施方式(实施方式I)的主要部分的构成的剖面图。
[0026]图2为用于该差压传感器的间隔件的外观立体图。
[0027]图3为示出本发明所涉及的差压传感器的第二实施方式(实施方式2)的主要部分的构成的剖面图。
[0028]图4为示出本发明所涉及的差压传感器的第三实施方式(实施方式3)的主要部分的构成的剖面图。
[0029]图5是示出在用于实施方式2的差压传感器的垫圈的内周面上设置突起的实例的俯视图以及剖面图(A-A线剖面图)。
[0030]图6为示出在用于实施方式2的差压传感器的可伐合金(3 A'—少合金)底座的外周面上设置切口的实例的俯视图以及剖面图(B-B线剖面图)。
[0031]图7为示出将在内周面上设置突起的垫圈与在外周面上设置切口的可伐合金底座进行组合的状态的俯视剖面图(D-D线剖面图)以及纵剖图(C-C线剖面图)。
[0032]图8为对制造实施方式2的差压传感器时的第一工序进行说明的图。
[0033]图9为对制造实施方式2的差压传感器时的第二工序进行说明的图。
[0034]图10为对