傳感器裝置、應(yīng)變傳感器裝置及壓力傳感器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及傳感器裝置、應(yīng)變傳感器裝置及壓力傳感器裝置。
[0002]本申請(qǐng)針對(duì)在2014年9月4日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2014 — 180175號(hào)而主張優(yōu)先權(quán)，在此引用其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003]作為對(duì)測(cè)定對(duì)象物的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)定的傳感器裝置的代表性裝置，舉出應(yīng)變規(guī)(strain gauge)。該應(yīng)變規(guī)大致分為金屬應(yīng)變規(guī)和半導(dǎo)體應(yīng)變規(guī)。金屬應(yīng)變規(guī)是使用作為各向同性導(dǎo)體的金屬箔、細(xì)線等的應(yīng)變規(guī)。半導(dǎo)體應(yīng)變規(guī)是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)(半導(dǎo)體的電阻率隨應(yīng)力而變化的效應(yīng))的應(yīng)變規(guī)。除此以外，還具有在半導(dǎo)體晶圓上通過MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術(shù)將振動(dòng)件裝入而成的振動(dòng)式應(yīng)變規(guī)。該振動(dòng)式應(yīng)變規(guī)具備:振動(dòng)件、將振動(dòng)件的兩端固定的支撐部、以及用于向支撐部施加應(yīng)變的基材。通過支撐部的應(yīng)變，振動(dòng)件的共振頻率變化。振動(dòng)式應(yīng)變規(guī)通過對(duì)振動(dòng)件的共振頻率的變化進(jìn)行檢測(cè)而檢測(cè)應(yīng)變。
[0004]金屬應(yīng)變規(guī)的應(yīng)變率(應(yīng)變靈敏度系數(shù))大約為1?10左右。與此相對(duì)，半導(dǎo)體應(yīng)變規(guī)的應(yīng)變率為100左右，振動(dòng)式應(yīng)變規(guī)為1000左右。關(guān)于應(yīng)變靈敏度，與金屬應(yīng)變規(guī)相比，半導(dǎo)體應(yīng)變規(guī)較高，振動(dòng)式應(yīng)變規(guī)更高。因此，在測(cè)定微小應(yīng)變的情況下，與金屬應(yīng)變規(guī)相比，大多使用半導(dǎo)體應(yīng)變規(guī)。在測(cè)定對(duì)象物的應(yīng)變是由于向測(cè)定對(duì)象物施加的壓力而產(chǎn)生的情況下，上述應(yīng)變規(guī)有時(shí)用于對(duì)向測(cè)定對(duì)象物施加的壓力進(jìn)行測(cè)定。
[0005]上述金屬應(yīng)變規(guī)，例如在使用聚酰亞胺等有機(jī)類粘接劑而粘貼在測(cè)定對(duì)象物上的狀態(tài)下使用。金屬應(yīng)變規(guī)的溫度誤差是由于在金屬應(yīng)變規(guī)中使用的各向同性導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)、和測(cè)定對(duì)象物的熱膨脹系數(shù)之間的差而產(chǎn)生的，因此金屬應(yīng)變規(guī)為了減小溫度誤差，使用各向同性導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)接近測(cè)定對(duì)象物的熱膨脹系數(shù)的各向同性導(dǎo)體。
[0006]國際公開第2002/035178號(hào)公開了半導(dǎo)體應(yīng)變規(guī)的一個(gè)例子。日本專利第4511844號(hào)公報(bào)公開了使用應(yīng)變規(guī)對(duì)向測(cè)定對(duì)象物施加的壓力進(jìn)行測(cè)定的一個(gè)例子?！皯?yīng)變規(guī)的粘接法和防濕處理的一個(gè)例子”、[online]、[日本平成26年8月12日檢索]、互聯(lián)網(wǎng)<http://www.kyowa-e1.com/jpn/technical/notes/bonding_procedure/index.html> 中，公開了向測(cè)定對(duì)象物粘接應(yīng)變規(guī)的具體的粘接方法。
[0007]如上所述，在使用聚酰亞胺等有機(jī)類粘接劑將金屬應(yīng)變規(guī)粘貼在測(cè)定對(duì)象物上的情況下，由于金屬應(yīng)變規(guī)的熱膨脹系數(shù)和測(cè)定對(duì)象物的熱膨脹系數(shù)之間的差，會(huì)向有機(jī)類粘接劑施加應(yīng)力。如果溫度變化反復(fù)進(jìn)行而向有機(jī)類粘接劑反復(fù)施加應(yīng)力，則存在下述問題，即，容易發(fā)生粘接界面的偏移、剝離，會(huì)產(chǎn)生漂移(drift)、遲滯(hysteresis)。近年來，對(duì)應(yīng)變規(guī)提出了在數(shù)十年的長時(shí)間內(nèi)持續(xù)使用的要求。但是，上述漂移、遲滯會(huì)使長期使用的金屬應(yīng)變規(guī)的測(cè)定結(jié)果顯著地惡化，因此需要設(shè)為不使用粘接劑的構(gòu)造。
[0008]另一方面，為了進(jìn)行高精度的測(cè)定而存在下述問題。對(duì)測(cè)定對(duì)象物為鋼材、混凝土的情況進(jìn)行具體說明。為了對(duì)鋼材、混凝土等所產(chǎn)生的微小的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)定，認(rèn)為使用與金屬應(yīng)變規(guī)相比，應(yīng)變靈敏度更高的半導(dǎo)體應(yīng)變規(guī)即可。但是，由于半導(dǎo)體應(yīng)變規(guī)、和鋼材、混凝土等的熱膨脹系數(shù)之間的差較大，因此導(dǎo)致溫度誤差變大。因此，存在無法以高精度對(duì)鋼材、混凝土等所產(chǎn)生的微小的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)定的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]—種傳感器裝置，其具有:第1構(gòu)造體，其安裝在測(cè)定對(duì)象物上；第2構(gòu)造體，其由具有比所述第1構(gòu)造體小的熱膨脹系數(shù)的材料形成，底面與所述第1構(gòu)造體連接；以及檢測(cè)元件，其與所述第2構(gòu)造體的上表面連接，對(duì)所述第2構(gòu)造體的位移進(jìn)行檢測(cè)。
[0010]本發(fā)明的更多的特征及方式，通過參照附圖，根據(jù)以下所述的實(shí)施方式的詳細(xì)說明而明確可知。
【附圖說明】
[0011]圖1A是本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的俯視圖。
[0012]圖1B是沿圖1A中的A — A線的剖面圖。
[0013]圖2A是用于對(duì)在本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的溫度上升時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變進(jìn)行說明的、傳感器裝置的俯視圖。
[0014]圖2B是用于對(duì)在本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的溫度上升時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變進(jìn)行說明的、傳感器裝置的剖面圖。
[0015]圖3A是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置中的第2構(gòu)造體的形狀和熱應(yīng)變之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0016]圖3B是對(duì)圖3A的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分類的圖。
[0017]圖4A是表示在圖3B中比(h/w)大約為10的例子的剖面圖。
[0018]圖4B是表示在圖3B中比(h/w)大約為3的例子的剖面圖。
[0019]圖4C是表示在圖3B中比(h/w)大約為0.5的例子的剖面圖。
[0020]圖5是用于說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的傳感器裝置的動(dòng)作的圖。
[0021]圖6是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的要部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0022]圖7A是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的要部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0023]圖7B是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的要部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0024]圖8A是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的要部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0025]圖8B是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的要部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0026]圖9A是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的要部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0027]圖9B是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的要部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0028]圖10是表示本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的要部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0029]圖11A是表示第2構(gòu)造體及應(yīng)變檢測(cè)元件的形狀的例子的圖。
[0030]圖11B是表示第2構(gòu)造體及應(yīng)變檢測(cè)元件的形狀的例子的圖。
[0031]圖11C是表示第2構(gòu)造體及應(yīng)變檢測(cè)元件的形狀的例子的圖。
[0032]圖11D是表示第2構(gòu)造體及應(yīng)變檢測(cè)元件的形狀的例子的圖。
[0033]圖11E是表示第2構(gòu)造體及應(yīng)變檢測(cè)元件的形狀的例子的圖。
[0034]圖11F是表示第2構(gòu)造體及應(yīng)變檢測(cè)元件的形狀的例子的圖。
[0035]圖12A是表示在第2構(gòu)造體12的端部12b形成有上表面膜Ml的情況下的應(yīng)變檢測(cè)元件的連接例的圖。
[0036]圖12B是表示在第2構(gòu)造體12的端部12b未形成有上表面膜Ml的情況下的應(yīng)變檢測(cè)元件的連接例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]參照優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠利用本發(fā)明的例示實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式的大量的替代方式，本發(fā)明并不限定于在此進(jìn)行說明的優(yōu)選的本實(shí)施方式。
[0038]本發(fā)明的1個(gè)方式提供能夠減小漂移、遲滯并進(jìn)行高精度的測(cè)定的傳感器裝置、應(yīng)變傳感器裝置及壓力傳感器裝置。
[0039]下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置、應(yīng)變傳感器裝置及壓力傳感器裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。在以下參照的附圖中，為了容易理解，根據(jù)需要將各部件的尺寸適當(dāng)改變并進(jìn)行了圖示。
[0040]〔第1實(shí)施方式〕
[0041]圖1A是本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的傳感器裝置的俯視圖。圖1B是沿圖1A中的A — A線的剖面圖。如圖1A及圖1B所示，本實(shí)施方式的傳感器裝置1具有:第1構(gòu)造體11 (第1構(gòu)造體)、中間構(gòu)造體12 (第2構(gòu)造體)、及應(yīng)變檢測(cè)元件13 (檢測(cè)元件)。傳感器裝置1安裝在測(cè)定對(duì)象物S上，對(duì)測(cè)定對(duì)象物S的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)定。在本實(shí)施方式中，例如，測(cè)定對(duì)象物S是由不銹鋼(SUS:Steel Use Stainless)形成的物體。
[0042]第1構(gòu)造體11是俯視觀察形狀為矩形形狀的部件。第1構(gòu)造體11安裝在測(cè)定對(duì)象物S上，而將傳感器裝置1固定在測(cè)定對(duì)象物S上。該第1構(gòu)造體11由與測(cè)定對(duì)象物S相同的不銹鋼形成。即，第1構(gòu)造體11由具有與測(cè)定對(duì)象物S相同(大致相同)的熱膨脹系數(shù)的材料形成。與測(cè)定對(duì)象物s接觸的第1構(gòu)造體11的面(底面)在整個(gè)面的范圍內(nèi)與測(cè)定對(duì)象物S接合。其目的在于，在第1構(gòu)造體11和測(cè)定對(duì)象物S之間不會(huì)產(chǎn)生成為遲滯的原因的摩擦。具體地說，第1構(gòu)造體11通過焊接、熱壓接等與測(cè)定對(duì)象物S接合。
[0043]第2構(gòu)造體12是形成為有底圓筒形狀的部件。第2構(gòu)造體12設(shè)置的目的在于，減小漂移、遲滯，并緩和測(cè)定對(duì)象物S和應(yīng)變檢測(cè)元件13之間的熱膨脹系數(shù)的差，以使得能夠以高精度測(cè)定微小的應(yīng)變。該第2構(gòu)造體12由具有比第1構(gòu)造體11小的熱膨脹系數(shù)的材料形成。例如，第2構(gòu)造體12由