JP2000517052A - 圧力センサの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、金属ダイアフラムおよびこの上に配置された抵抗薄膜を有する圧力センサ部材を製作するための方法であって、基体内に袋開口を形成し、かつ基体の袋開口とは反対の側に抵抗薄膜が設けられる形式のものに関する。同時に複数の圧力センサ部材（１０）をパネル（２８）内で製作し、その場合パネル（２８）上への抵抗薄膜（１８）の施与後パネルを圧力センサ部材（１０）へ個別化することが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】 圧力センサの製法 本発明は、請求項１の上位概念による圧力センサ部材を製作するための方法に 関する。 従来技術 異なる形式の圧力センサ部材が公知である。多様な使用可能性および広い圧力 範囲、例えば１０〜２０００バールにわたる適性により金属ダイアフラムおよび この上に配置された抵抗薄膜を備える圧力センサ部材が特に好適であると示され ている。以下抵抗薄膜についての言及は、これらが複数の異なる作用を持つ個別 の層を有し、これらが一緒に抵抗薄膜を提供していることは明白である。これら の圧力センサ部材は測定開口を持つ基体を有し、測定開口は金属ダイアフラム（ 測定開口の底部）によって張設されている。測定すべき圧力での測定開口の負荷 により金属ダイアフラム、したがって金属ダイアフラム上に設けられた抵抗薄膜 が変位をし、この変位が適切な評価手段を介して検出可能である。このような圧 力センサ部材を費用のかかる個別仕上げで製造することは公知である。この場合 圧力センサ部材の基体は旋削加工部材として金属から仕上げられ、これに袋開口 を設けられ、引続き抵抗薄膜が設けられる。この個別仕上げはきわめて面倒であ るので、大量点数での製作は可能ではない。 圧力センサ部材のより効率的な製作を可能にするために大量の圧力センサ部材 、例えば５０〜７０個をいわゆるキャリア技術で処理することが公知である。そ のためには予め個別に旋削加工され、研磨された袋開口を持つ基体が支持構造体 、例えば多孔板内へ挿入され、かつ引続きこれらは一緒に抵抗薄膜を設けられる 。しかしこの方法では、抵抗薄膜を設けるための層沈着工程によって支持部材が 同時に汚染され、その結果その後の支持部材の使用前に支持部材に面倒な洗浄を 実施しなければならないのが欠点である。更には支持部材に基体を装着しなけれ ばならず、引続き仕上げ処理された圧力センサ部材が支持部材から再び取出さな ければならないことが欠点である。もう１つの欠点は、異なる工程に、例えば被 覆およびフォトリソグラフィーにはキャリア系も異なるものを必要とすることで ある。キャリアの精度は個別部材の形状精度に直接影響する。 発明の利点 それとは異なり請求項１に挙げられた特徴を持つ本発明による方法は、簡単な 形式で同様に複数の（多数）の圧力センサ部材を製作することができるという利 点を持つ。同時に複数の圧力センサ部材が基体の１パネル（Nutzen）（マルチパ ネル）で製作され、かつ基体が抵抗薄膜の施与後圧力センサ部材を与える基体に 個別化されることによって、有利に、面倒な付加的な補助手段なしに高い精度を 持つ圧力センサ部材を製作することが可能である。付加的な作業工程、例えば支 持部材内への挿入およびこれからの取出しは省略される。更に抵抗薄膜の大量利 用（引続き圧力センサ部材へ個別化される）を介して沈着工程は工程技術的にき わめてより簡単に制御することができる。仕上げ処理された圧力センサ部材の個 別化は、高精度の技術、有利にレーザ切断、水流切断または線材浸食(Drahterod ieren)によって行われるので、圧力センサ部材の個別化後の加工は不要である。 共通のパネル上での圧力センサ部材配置の最適化によって使用可能なスペース を最大限利用することができ、圧力センサ部材個別化後廃品は最小にすぎない。 全体的に、きわめて有利に、大量仕上げに好適な形式で一様の高い品質を持った 大量の圧力センサ部材を製作することができる。 本発明の有利な構成が従属請求項に挙げられた特徴から得られる。 図面 本発明が以下付属の図面に基づいて実施例につき詳説される。 図１は個別の圧力センサ部材の平面図と断面図、図２は本発明による圧力セン サ部材製造のためのパネルの平面図と断面図、図３は別の変更実施例のパネルの 平面図、かつ図４は圧力センサ（圧力接続部上の圧力センサ部材）の断面図であ る。 実施例の説明 図１は圧力センサ部材１０の平面図と断面図を示す。圧力センサ部材１０は基 体１２を備え、基体は例えば円形に構成されている。他の（図示されない）実施 例では基体１２は他の幾何形状を持っていてもよい。基体１２は測定開口１４を 有し、測定開口は片側で測定ダイアフラム１６によって区切られており、そのた め袋開口が形成されている。測定ダイアフラム１６は測定開口１４の底部によっ て形成されており、したがって基体１２と測定ダイアフラム１６とは一体に構成 されている。測定ダイアフラム１６上にはホィートス 膜が形成されている。ここでは抵抗薄膜を得るために実施すべき層沈着工程につ いては詳しくは立ち入らない。基体１２は普通高い強度の高級鋼製である。図１ に示された圧力センサ部材１０の構成と作用形式は一般に公知のである。 図４には圧力センサ部材１０の使用が例示されている。この圧力センサ部材は 圧力接続部２０上に配置されており、圧力接続部はケーシング２２内に貫通開口 ２４を有し、貫通開口は測定すべき媒体、例えばガス状または流体媒体と結合さ れている。貫通開口２４は圧力センサ部材１０によって閉鎖される。その場合基 体１２がケーシング２２の組付けフランジ２６上へ固定される。十分に強固で確 実な場合を得るために基体１２はフランジと接着、溶接、ろう付け等をすること ができ、この場合接合技法は圧力センサ１０で達成される測定結果の品質要求に 合わせられる。運転中測定開口１４は貫通開口２４を介して圧力、例えば低圧で 負荷され、その結果測定ダイアフラム１６が変位を行う。この測定ダイアフラム １６の変位を公知の方法、例えば抵抗（ホィートストーン−ブリッジ）を用いて 評価することができる。測定ダイアフラム１６の変位は測定開口１４内で調整さ れる圧力状態に比例するので、存在する圧力、例えば低圧を推量することができ る。 以下圧力センサ部材１０の本発明による製作について説明される。そのために 図３には正方形の辺の長さａを持つパネル２８が示されている。別の（図示され ない）実施例によればもちろん他の幾何形状、例えば方形、円形、円形等の形状 を持っていてよい。図２の例では辺の長さａは圧力センサ部材１０の直径ｄの１ ０倍に選択されている。パネル２８上には全部で１００個の圧力センサ部材１０ 分のスペースがある。出発状態ではパネル２８は厚さｓを持つ高級鋼製の平らな プレート３０として構成されている。プレート３０は所定の格子３２内に袋開口 ３４（測定開口１４）を有し、したがってプレート３０はほぼ片面多孔板として 存在している。袋開口３６の格子３２は、隣接した袋開口３４の中心線間距離が 後の圧力センサ部材１０の直径ｄよりも僅かに大きくなるように選択される。 引続きプレート３０の袋開口３４とは反対側の表面３６上で公知の抵抗薄膜１ ８のパターン化のための方法工程が行われる。そのためには場合により表面３６ の研磨が行われ、引続き絶縁層の沈着（薄膜または厚膜技術で）、抵抗薄膜の沈 着、例えばポリケイ素または金属のスパッタリング、フォトリソグラフィーパタ ーン形成、コンタクト層の沈着、コンタクト層の場合によるパターン形成および 引続くパッシベーション層（Passivierungoschicht）の施与を行う。このような 層システムの製作は一般に公知であり、そのため詳述されない。 本発明によれば層システムの製作がパネル２８の全表面３６上で行われるよう になっていることが重要である。これによって個別の圧力センサ部材１０上への 抵抗薄膜１８の沈着に対する方法技術的に著しい利点が提供される。それという のも特にパネル２８についての（他のようにセンサ部材１０についてではなく） 精確な調節のみを実施すればよいからである。更には大きな、連続したパネル２ ８上での個々の層の沈着はそれぞれ一様な厚さで簡単に可能であり、個々の圧力 センサ部材１０間の製作誤差の差が減少する。 図２に示された平面図には個々の圧力センサ部材１ ０の状態がそれぞれ示されている。引続き圧力センサ部材１０の選択されたジオ メトリーに応じて、例えば直径ｄに応じてパネル２８からの個別化が行われる。 そのためには高精度の切断技術、例えばレーザ切断、線材浸食または水流切断を 使用することができる。 したがって総じて、簡単な方法工程を用いて同時に多数の高い精度および小さ な製作誤差の差を特徴とする圧力センサ部材１０を製造することができる。本発 明による方法は例えば１年当り複数百万個（mehrere Millionen）の大量製造で 簡単にコスト上有利に実施することができる。 抵抗薄膜１８を設けられたパネル２８の個別圧力センサ部材１０への個別化に よって補助的に設けられた支持部材の汚染は起らず、したがって製造に際して補 助方法、例えば支持部材の装着、仕上げ圧力センサ部材１０の取出し並びに支持 部材の清掃が省略される。圧力センサ１０の個別化後に残ったパネル２８の残渣 は例えば集め、リサイクルし、かつ他の用途に供給することができる。 格子３２（図３に示す。図２と同一の部材には同一の符号を付し、説明は繰返 さない）の最適化によってパネル２８の面のより良好な利用が得られる。これに よって圧力センサ部材１０の個別化後僅かな、圧力センサ部材１０の製作には利 用できないパネル２８の残分が残る。図２に示された実施例に対して同じ辺の長 さａのパネル２８および同じ直径ｄの圧力センサ部材１０で約５％高い生産収率 をより高いパッキング密度によって達成することができる。パネル２８はきわめ て有利に例えば金属射出成型法もしくは焼結法を用いて製作することができる。 これによってパネル２８は面倒な副次的方法、例えば切削を用いずに製造するこ とができる。その上にこの方法を用いて高い精度を持つ簡単な成形が可能であり 、しかも同時に廃物は僅かである。 特に有利な方法を今度は図５、図６に基づいて説明する。図５には鋼丸棒１０ ０が示されている。鋼丸棒の直径はほぼ必要とされるパネルの大きさに相応する 。鋼丸棒１００ではこれが製造時に縦方向にのみ（矢印１０１によって示されて いるように）圧延されることが重要である。かかる圧延は鋼丸棒１００の成形に 必要であり、更には鋼材の性質に影響を与えるためにも使用することができる。 鋼丸棒１００の材料としてはここでは特にばね特性を持つ高級鋼が考えられる。 例えばＤＩＮ−材料番号１．４５４２または１．４５４８の高合金高級鋼Ｘ５Ｃ ｒＮｉＣｎＮｂ１７４が好適である。このような高級鋼材料が圧力センサの製作 に優れていると示された。次いで鋼丸棒１００の縦方向に垂直に鋸切断すること によって図６に示されているような個別の鋼基板１０３が仕上げられる。これら の個別鋼基板は例えば厚さ５ｍｍを持つ。次に高い表 面品質を達成するために個別の高級鋼基板が研削、ラッピングかつ研磨される。 この場合例えば¹／₂μｍよりも小さな荒さ深さ（Ranhtiefe）が達成される。高 級鋼基板１０３の直径としては有利に半導体技術の一般的な寸法、例えば４ツオ ル（Ｚｏｌｌ）または６ツオルが選択され、したがって高級鋼基板１０３は通常 のシリコンウエハ加工のための装置で同様に加工することができる。次いで裏面 でのフライス削り、穿孔、浸食、エッチングまたは他の加工方法によって袋開口 ３４（例えば図２に横断而図で示されたような）が形成される。次いでその後の 加工が半導体加工の通常の装置で行われる。先ず薄い絶縁層、例えば酸化ケイ素 、窒化ケイ素等が設けられる。次いでこの上に抵抗薄膜、例えばポリケイ素また は金属薄膜の沈着が行われる。次いでフォトラック層が設けられ、かつマスクを 通してパターン化される。こうしてパターン化されたフォトラック層は次いで抵 抗薄膜のパターン化のためのマスクとして用いられる。次いでフォトラック層が 除去され、かつ金属層が抵抗薄膜の接触接続のために施される。次いでこの金属 層がフォトラック層を用いたもう１つのパターン化工程によってパターン化され る。引続きもう１つのパッシベーション層が設けられる。ここでは薄膜技術また は半導体技術から公知のすべての装置および方法を使用することができ、これら を平行して、かつ同時に多数の圧力センサで使用で きることが重要である。続く工程で例えば線材浸食によって高級鋼基板の分割が 行われ、個別の圧力センサを得る。例えばコンピュータ制御線材浸食機械を使用 でき、そのためパネルからの個別の圧力センサの取出しをコスト上有利に行われ る。 鋼丸棒１００から縦方向１０１のみでの圧延で得られたこのような鋼基板１０ ３の利点は、このような高級鋼基板が特に応力が小さいことにある。すなわち普 通は市販の鋼板が表而に平行に圧延される。しかし圧延は材料内に内部機械的応 力を残し、これは後続の加圧工程で歪みおよび応力に導く。表面に平行に圧延さ れた鋼ダイアフラム内の内部応力は、こうして仕上げ lschung）を招くほど大きくなることがある。これが、縦方向圧延丸鋼１００か ら得られた鋼基板１０３の使用によって回避される。したがってこのようなセン サは品質的に特に高価値である。もちろん丸鋼の他にも他の形状の縦方向圧延さ れる鋼棒、例えば方形の鋼棒を使用することもできる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月１８日（１９９８．６．１８） 【補正内容】 請求の範囲 1. 金属ダイアフラムおよびこの上に配置された抵抗薄膜を有する圧力センサ部 材を製作するための方法であって、基体内に袋開口を形成し、かつ基体の袋開口 とは反対の側に抵抗薄膜が設けられる形式のものにおいて、同時に複数の圧力セ ンサ部材（１０）をパネル（２８）内で製作し、その場合パネル（２８）上への 抵抗薄膜（１８）の施与後パネルを圧力センサ部材（１０）へ個別化し、パネル （２８）の製作のために金属射出成型法または焼結法を用いるかまたは鋼棒（１ ００）を縦方向（１０１）でのみ圧延された縦軸線（１０１）を持つ鋼棒（１０ ０）を使用して、鋼棒（１００）を縦方向（１０１）に対して垂直に分割するこ とによってパネル用の高級鋼基板（１０３）を得ることを特徴とする、圧力セン サの製法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イェルク ヴォルフ ドイツ連邦共和国 Ｄ―76139 カールス ルーエ ルッシュグラーベン 63 (72)発明者 ホルスト ミュンツェル ドイツ連邦共和国 Ｄ―72770 ロイトリ ンゲン グルオバッハシュトラーセ 60

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 金属ダイアフラムおよびこの上に配置された抵抗薄膜を有する圧力ンサ部材 を製作するための方法であって、基体内に袋開口を形成し、かつ基体の袋開口と は反対の側に抵抗薄膜が設けられる形式のものにおいて、同時に複数の圧力セン サ部材（１０）をパネル（２８）内で製作し、その場合パネル（２８）上への抵 抗薄膜（１８）の施与後パネルを圧力センサ部材（１０）へ個別化することを特 徴とする、圧力センサの製法。 2. パネル（２８）の製作のために、プレート（３０）に複数の袋開口（３４） を設け、袋開口が後に個別化されて得られる圧力センサ部材（１０）に相当する 格子（３２）内に配置されている、請求項１記載の方法。 3. プレート（３０）の袋開口（３４）とは反対の側にある表面（３６）が抵抗 薄膜（１８）を有して完成されている、請求項１または２記載の方法。 4. 圧力センサ部材（１０）の個別化が高精度の切断技術、特にレーザ切断、線 材浸食または水流切断によって行われる、請求項１から３までのいずれか１項記 載の方法。 5. パネル（２８）が金属射出成型法または焼結法によって製作される、請求項 １から４までのいずれか １項記載の方法。 6. パネル（２８）の製作のために金属射出成型法または焼結法を用いるかまた は鋼棒（１００）を縦方向（１０１）でのみ圧延された縦軸線（１０１）を持つ 鋼棒（１００）を使用して、鋼棒（１００）を縦方向（１０１）に対して垂直に 分割することによってパネル用の高級鋼基板（１０３）を得る、請求項１記載の 方法。 7. 鋼材料としてばね鋼が使用される、請求項６記載の方法。