CN116068026A - 传感器元件 - Google Patents
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Abstract
提供一种传感器元件。传感器元件具备：第1基板；检测部，配置于第1基板上；和第2基板，包围第1基板并支承第1基板。第2基板比第1基板厚。第2基板具有：与第1基板连接的连接部；和不与第1基板连接的非连接部。检测部位于连接部的附近。
Description
本申请是申请日为2018年7月19日、申请号为2018800496183、发明名称为“传感器元件”的发明专利申请的分案申请。
本申请主张日本专利申请2017-147030号(2017年7月28日申请)的优先权，将该申请的公开整体为了参考而引入于此。
技术领域
本公开涉及传感器元件。
背景技术
以往，已知检测流体中的特定的物质的传感器。例如，在专利文献1中公开了具备隔膜部和形成于隔膜部的表面的多个感应膜的气体传感器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2014-153135号公报
发明内容
本公开的一个实施方式所涉及的传感器元件具备：第1基板；检测部，配置于所述第1基板上；和第2基板，包围所述第1基板并支承所述第1基板。所述第2基板比所述第1基板厚。所述第2基板具有：与所述第1基板连接的连接部；和不与所述第1基板连接的非连接部。所述检测部位于所述连接部的附近。
另外，本公开的一个实施方式所涉及的传感器元件具备：第1基板；检测部，配置于所述第1基板上；和第2基板，包围所述第1基板并支承所述第1基板。所述第2基板比所述第1基板厚。所述第2基板具有向所述第1基板侧伸出的凸部。所述检测部位于所述凸部的附近。
附图说明
图1是表示本公开的第1实施方式所涉及的传感器元件的概略结构的俯视图。
图2是沿着图1所示的传感器元件的L-L线的截面图。
图3是表示本公开的第2实施方式所涉及的传感器元件的概略结构的俯视图。
图4是表示本公开的第3实施方式所涉及的传感器元件的概略结构的俯视图。
图5是表示本公开的第3实施方式所涉及的传感器元件的伸出量与灵敏度的关系的图。
图6是用于说明本公开的第1实施方式所涉及的传感器元件的制造工序的截面图。
图7是用于说明本公开的第1实施方式所涉及的传感器元件的制造工序的截面图。
图8是用于说明本公开的第1实施方式所涉及的传感器元件的制造工序的截面图。
符号说明
1、2、3传感器元件
10、10a、10b第1基板
12 凹部
20 第2基板
22 凸部
30 感应膜
40 压敏电阻元件(检测部)
100 Si基板
201、202 掩模图案
S 缺口部。
具体实施方式
以往，在检测流体中的特定的物质的传感器中，谋求提高检测精度。本公开与提供能使检测精度提高的传感器元件相关。以下，参考附图来说明本公开的实施方式。
(第1实施方式)
图1是表示本公开的第1实施方式所涉及的传感器元件1的概略结构的俯视图。图2是沿着图1所示的传感器元件1的L-L线的截面图。在本说明书中，设为图1中的纸面手前方向是上侧，其相反方向是下侧，以下进行说明。
传感器元件1具备第1基板10、第2基板20、感应膜30和4个压敏电阻元件(检测部)40。传感器元件1通过感应膜30吸附流体中的物质来检测流体中的物质。对传感器元件1从例如上表面侧吹送气体。传感器元件1能在被吹送的气体中检测是否包含成为检测对象的给定的气体分子。
第1基板10是能变形的薄的基板，作为隔膜发挥功能。但配置于上表面的感应膜30变形，则第1基板10根据感应膜30的变形的程度而变形。第1基板10与比第1基板10厚的第2基板20连接，被第2基板20支承。第1基板10例如能设为n型Si基板。
第2基板20包围第1基板10，与第1基板10连接并支承第1基板10。第2基板20的厚度比第1基板10的厚度厚。第2基板20在俯视观察时具有向第1基板10侧伸出的凸部22。第2基板20例如能设为n型Si基板。
感应膜30配置于第1基板10的上表面。感应膜30在图1所示的示例中是圆形状，但并不限定于该形状。感应膜30例如也可以是4边形等那样的多边形。另外，感应膜30也可以位于第2基板20的上表面，也可以覆盖压敏电阻元件(检测部)40的至少一部分。
感应膜30在成为检测对象的物质吸附于其表面时，通过与该物质的物理接触或与该物质的化学反应等，进行伸缩等而变形。在感应膜30中使用与成为检测对象的物质相应的材料。感应膜30的材料例如是聚苯乙烯、氯丁橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯或硝基纤维素等。
压敏电阻元件40配置于第1基板10上。在本说明书中，配置在第1基板10上包含配置在第1基板10的上表面的状态、和图2所示在第1基板10的上表面侧埋入第1基板10的状态。压敏电阻元件40在第1基板10上配置于第2基板20的凸部22的附近。
压敏电阻元件40的电阻值根据自身受到的应力而发生变化。当成为检测对象的物质吸附于感应膜30而使第1基板10变形时，压敏电阻元件40受到的应力发生变化。因此，当成为检测对象的物质吸附于感应膜30时，压敏电阻元件40的电阻值发生变化。压敏电阻元件40的电阻值的变化经由布线作为电信号向外部的控制装置等输出。
例如，在第1基板10是n型Si基板的情况下，压敏电阻元件40能通过使硼(B)向第1基板10扩散而形成。
如图1所示，压敏电阻元件40在第1基板10上位于第2基板20的凸部22的附近。在第1基板10中，由于凸部22的附近是应力集中的区域，因此在第1基板10变形时，应力较大地变化。因此，当第1基板10变形时，压敏电阻元件40的电阻值较大地变化。为此，本实施方式所涉及的传感器元件1能提高成为检测对象的物质的检测精度。
(第2实施方式)
图3是表示本公开的第2实施方式所涉及的传感器元件2的概略结构的俯视图。由于沿着图3所示的传感器元件2的L-L线的截面图是与图2所示的沿着第1实施方式所涉及的传感器元件1的L-L线的截面图同样的结构，因此，省略图示。在图3所示的结构要素中，对与图1所示的结构要素相同的结构要素标注相同的符号，并省略其说明。
传感器元件2具备第1基板10a、第2基板20、感应膜30和4个压敏电阻元件(检测部)40。
第1基板10a与第1实施方式所涉及的第1基板10不同，在缺口部S被冲裁。因此，第1基板10a仅在凸部22处与第2基板20连接。换言之，第2基板20具有：与第1基板10a连接的连接部；和不与第1基板10a连接的非连接部。在此，连接部是向第1基板10a侧伸出的凸部22的前端部。
第1基板10a在图3所示的示例中是大致圆形状，但并不限定于该形状。第1基板10a例如也可以是4边形等那样的多边形。
第2基板20包围第1基板10a，并且在凸部22的前端部与第1基板10a连接，并支承第1基板10a。
压敏电阻元件40在第1基板10a上配置于第2基板20的凸部22即连接部的附近。
这样，在本实施方式中，由于第2基板20具有非连接部，因此，第1基板10a仅在凸部22处与第2基板20连接。由此，在第1基板10a中，能使应力进一步集中到凸部22的附近。因此，当第1基板10a变形时，位于凸部22的附近的压敏电阻元件40的电阻值进一步较大地变化。为此，本实施方式所涉及的传感器元件2能进一步提高成为检测对象的物质的检测精度。
(第3实施方式)
图4是表示本公开的第3实施方式所涉及的传感器元件3的概略结构的俯视图。由于沿着图4所示的传感器元件3的L-L线的截面图是与图2所示的沿着第1实施方式所涉及的传感器元件1的L-L线的截面图同样的结构，因此，省略图示。在图4所示的结构要素中，对与图1所示的结构要素相同结构要素标注相同的符号，并省略其说明。
第1基板10b与第1实施方式所涉及的第1基板10不同，在缺口部S被冲裁。因此，第1基板10b仅在凸部22处与第2基板20连接。换言之，第2基板20具有：与第1基板10b连接的连接部；和不与第1基板10b连接的非连接部。在此，连接部是向第1基板10b侧伸出的凸部22的前端部。
第1基板10b与第2实施方式所涉及的第1基板10a不同，除了与第2基板20连接的部分的附近以外，都成为侧面向第2基板20侧伸出的形状。换言之，如图4所示，第1基板10b具有侧面的一部分凹陷的凹部12，在凹部12的底部与第2基板20的凸部22连接。如图4所示，在凹部12的侧面与凸部22的侧面之间有间隙。
第2基板20包围第1基板10b，并且在凸部22的前端部与第1基板10b的凹部12的底部连接，并支承第1基板10b。
压敏电阻元件40在第1基板10b上配置于第2基板20的凸部22即连接部的附近。
这样，在本实施方式中，第1基板10b除了与第2基板20连接的部分的附近以外，都成为侧面向第2基板20侧伸出的形状。即，第1基板10b具有凹部12，在凹部12的底部与第2基板20的凸部22连接。由此，在第1基板10b中，能使应力进一步集中到凸部22的附近。因此，当第1基板10b变形时，位于凸部22的附近的压敏电阻元件40的电阻值进一步较大地变化。为此，本实施方式所涉及的传感器元件3能进一步提高成为检测对象的物质的检测精度。
在图5中，横轴表示图4所示的第1基板10b的伸出量d(即凹部12的深度)、纵轴表示设为传感器元件3的灵敏度的模拟结果。在此，传感器元件3的灵敏度相对地示出了在感应膜30吸附有成为检测对象的物质时的压敏电阻元件40的电阻值的变化量。
如图5所示，能得到第1基板10b的伸出量d越大则传感器元件3的灵敏度越提高这样的模拟结果。
在第1基板10b中伸出的部分的厚度可以与未伸出的部分的厚度等同，也可以比未伸出的部分的厚度厚。
(第1实施方式所涉及的传感器元件的制造工序)
参考图6～图8，说明本公开的第1实施方式所涉及的传感器元件1的制造工序的一例。图6～图8所示的截面图相当于沿着图1的L-L线的截面。
(1)压敏电阻元件的形成
首先，准备Si基板100。以下，对Si基板100为n型Si基板的情况进行说明。如图6所示，在Si基板100上形成掩模图案201后，通过离子注入法在掩模图案201的开口部注入低浓度的硼(B)，形成压敏电阻元件40。在形成压敏电阻元件40后，除去掩模图案201。
(2)第1基板以及第2基板的形成
接下来，使Si基板100的上下反转，形成第1基板10以及第2基板20。如图7所示，在Si基板100上形成掩模图案202后，对掩模图案202的开口部进行干式蚀刻。此时，掩模图案202在俯视观察时与图1所示的第1基板10对应的部分成为开口部。在Si基板100中，通过干式蚀刻而被薄膜化的部分成为第1基板10。另外，被掩模图案202保护且未被干式蚀刻的部分成为第2基板20。在形成第1基板10以及第2基板20后，除去掩模图案202。
(3)感应膜的形成
接下来，使Si基板100的上下再次反转，形成感应膜30。如图8所示，在将感应膜材料涂布在第1基板10上后，使其干燥，来形成感应膜30。
(第2实施方式所涉及的传感器元件的制造工序)
接下来，说明本公开的第2实施方式所涉及的传感器元件2的制造工序的一例。第2实施方式所涉及的传感器元件2的制造工序与第1实施方式所涉及的传感器元件1的制造工序在图7所示的工序之前的处理不同。在第2实施方式所涉及的传感器元件2的制造工序中，在图7所示的处理之前，使用图3所示的缺口部S的部分开口的掩模图案，通过干式蚀刻来冲裁Si基板100中的缺口部S的部分。
(第3实施方式所涉及的传感器元件的制造工序)
接下来，说明本公开的第3实施方式所涉及的传感器元件3的制造工序的一例。第3实施方式所涉及的传感器元件3的制造工序与第1实施方式所涉及的传感器元件1的制造工序在图7所示的工序之前的处理不同。在第3实施方式所涉及的传感器元件3的制造工序中，在图7所示的处理之前，使用图4所示的缺口部S的部分开口的掩模图案，通过干式蚀刻来冲裁Si基板100中的缺口部S的部分。
虽然基于各附图以及实施例对本公开进行了说明，但应该注意的是，本领域技术人员能容易地基于本公开进行各种变形以及修正。因此，应该注意这些变形以及修正包含在本发明的范围内。例如，各功能部、各单元等所含的功能等能再配置成逻辑上不矛盾，能将多个功能部等组合成1个或进行分割。另外，上述的本公开的各实施方式并不限定于忠实地实施分别说明的各实施方式，也能适当地组合各特征或省略一部分来实施。
例如，在第1～第3实施方式中，示出了传感器元件1～3具备4个压敏电阻元件40的结构，但传感器元件1～3所具备的压敏电阻元件40的个数并不限于4个。传感器元件1～3只要具备能检测成为检测对象的物质的任意个数的压敏电阻元件40即可。
另外，作为对在第1基板10、10a或10b产生的应力进行检测的检测部，也可以使用其他检测元件来代替压敏电阻元件40。
另外，在第1～第3实施方式中，感应膜30配置于第1基板10、10a或10b的上表面，但感应膜30也可以配置于第1基板10、10a或10b的下表面，也可以配置于上表面和下表面双方。
Claims (8)
1.一种传感器元件，其特征在于，具备：
第1基板；
检测部，配置于所述第1基板上；
第2基板，包围所述第1基板并支承所述第1基板；和
感应膜，配置于所述第1基板的上表面，
所述第2基板比所述第1基板厚，
所述第2基板具有向所述第1基板侧伸出的凸部，
所述检测部位于所述凸部与所述感应膜之间。
2.根据权利要求1所述的传感器元件，其特征在于，
所述第2基板具有：与所述第1基板连接的连接部；和不与所述第1基板连接的非连接部，
所述第2基板的所述连接部构成为所述凸部。
3.根据权利要求2所述的传感器元件，其特征在于，
所述第1基板具有侧面的一部分凹陷的凹部，
所述第2基板的所述凸部位于所述第1基板的所述凹部内。
4.根据权利要求3所述的传感器元件，其特征在于，
在俯视观察时，在所述凹部的侧面与所述凸部的侧面之间有间隙。
5.根据权利要求1所述的传感器元件，其特征在于，
所述第1基板包含圆形状的部分，
所述检测部被配置于所述第1基板上的所述圆形状的部分。
6.根据权利要求2所述的传感器元件，其特征在于，
所述检测部位于所述连接部的附近。
7.根据权利要求1所述的传感器元件，其特征在于，
所述感应膜在成为检测对象的物质吸附于其表面时，通过与该物质的物理接触或与该物质的化学反应等，进行伸缩等而变形。
8.根据权利要求1所述的传感器元件，其特征在于，
在所述第1基板与所述第2基板之间具有多个缺口部。
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