JP2001108547A - 容量式圧力センサ - Google Patents
容量式圧力センサInfo
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
-
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0075—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a ceramic diaphragm, e.g. alumina, fused quartz, glass
Abstract
(57)【要約】
【課題】 固定電極の設けられた基材と可動電極の設け
られた基材とを接合する際に、はみ出した電極によって
接合不良が生じることを防ぐ。また、溶融はんだを使っ
た引き出し電極の作製時に、この溶融はんだが容量室内
に流れ込むのを防止する。 【解決手段】 第１および第２の基材（下側ウエハ２お
よび上側ウエハ３）は、第２および第４の凹部（パッド
形成部２ｂおよび３ｂ）が対向する基材の凹部と重なり
合わないように、かつ、固定電極５と可動電極７とが対
向するようにして接合されている。
られた基材とを接合する際に、はみ出した電極によって
接合不良が生じることを防ぐ。また、溶融はんだを使っ
た引き出し電極の作製時に、この溶融はんだが容量室内
に流れ込むのを防止する。 【解決手段】 第１および第２の基材（下側ウエハ２お
よび上側ウエハ３）は、第２および第４の凹部（パッド
形成部２ｂおよび３ｂ）が対向する基材の凹部と重なり
合わないように、かつ、固定電極５と可動電極７とが対
向するようにして接合されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、容量式圧力センサ
に関し、特に容量素子を構成する固定電極および可動電
極のそれぞれに対して、溶融はんだで形成された引き出
し電極が接続された容量式圧力センサに関するものであ
る。
に関し、特に容量素子を構成する固定電極および可動電
極のそれぞれに対して、溶融はんだで形成された引き出
し電極が接続された容量式圧力センサに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の容量式圧力センサでは、ダイアフ
ラムを構成する薄いウエハと、基台となる厚いウエハと
を張り合わせ、厚いウエハ側にくぼみを設けて容量室を
形成していた。この場合、容量素子を構成する電極は、
上記容量室内で互いに対向するように配置されている。
ラムを構成する薄いウエハと、基台となる厚いウエハと
を張り合わせ、厚いウエハ側にくぼみを設けて容量室を
形成していた。この場合、容量素子を構成する電極は、
上記容量室内で互いに対向するように配置されている。
【０００３】図８は従来の容量式圧力センサを示す平面
図、図９は図８のＩＸ−ＩＸ’線における断面図であ
る。これらの図に示すように、圧力センサ１０１は、下
側ウエハ１０２と、上側ウエハ１０３と、引き出し電極
１０４と、固定電極１０５と、パッド１０６と、可動電
極１０７と、パッド１０８と、リファレンス電極１０９
とで構成されている。
図、図９は図８のＩＸ−ＩＸ’線における断面図であ
る。これらの図に示すように、圧力センサ１０１は、下
側ウエハ１０２と、上側ウエハ１０３と、引き出し電極
１０４と、固定電極１０５と、パッド１０６と、可動電
極１０７と、パッド１０８と、リファレンス電極１０９
とで構成されている。
【０００４】下側ウエハ１０２および上側ウエハ１０３
は、ともにサファイア、シリコン、ガラスまたはアルミ
ナ等で形成された基板である。下側ウエハ１０２は、そ
の縁部を除く中央部一体に凹部（以下、容量形成部１０
２ａという）が設けられ、この容量形成部１０２ａを覆
うようにして上側ウエハ１０３が張り合わされている。
上側ウエハ１０３は、外部の圧力変化に応じて撓み易い
ようにその厚さが十分薄く形成され、受圧ダイアフラム
を構成している。この圧力変化に応じて撓み易い受圧ダ
イアフラムの中心部には可動電極１０７が密着固定さ
れ、圧力変化によっても撓みにくい受圧ダイアフラムの
縁部にはリファレンス電極１０９が密着固定されてい
る。一方、下側ウエハ１０２には、これら可動電極１０
７およびリファレンス電極１０９と対向するようにし
て、固定電極１０５が密着固定されている。また、各電
極には、それぞれ下側ウエハ１０２を貫通する引き出し
電極１０４が取り付けられている。
は、ともにサファイア、シリコン、ガラスまたはアルミ
ナ等で形成された基板である。下側ウエハ１０２は、そ
の縁部を除く中央部一体に凹部（以下、容量形成部１０
２ａという）が設けられ、この容量形成部１０２ａを覆
うようにして上側ウエハ１０３が張り合わされている。
上側ウエハ１０３は、外部の圧力変化に応じて撓み易い
ようにその厚さが十分薄く形成され、受圧ダイアフラム
を構成している。この圧力変化に応じて撓み易い受圧ダ
イアフラムの中心部には可動電極１０７が密着固定さ
れ、圧力変化によっても撓みにくい受圧ダイアフラムの
縁部にはリファレンス電極１０９が密着固定されてい
る。一方、下側ウエハ１０２には、これら可動電極１０
７およびリファレンス電極１０９と対向するようにし
て、固定電極１０５が密着固定されている。また、各電
極には、それぞれ下側ウエハ１０２を貫通する引き出し
電極１０４が取り付けられている。
【０００５】このように、上側ウエハ１０３に設けられ
た可動電極１０７およびリファレンス電極１０９と、下
側ウエハ１０２に設けられた固定電極１０５とで容量素
子を構成している。したがって、圧力変化によってダイ
アフラムが撓むと可動電極１０７も一緒に撓み、可動電
極１０７と固定電極１０５との距離が変化するため、こ
れらの電極間における容量変化を検出することにより、
圧力変化を間接的に測定することができるようになって
いる。なお、リファレンス電極１０９は、可動電極１０
７と固定電極１０５間で検出された容量の補正に用いら
れる。
た可動電極１０７およびリファレンス電極１０９と、下
側ウエハ１０２に設けられた固定電極１０５とで容量素
子を構成している。したがって、圧力変化によってダイ
アフラムが撓むと可動電極１０７も一緒に撓み、可動電
極１０７と固定電極１０５との距離が変化するため、こ
れらの電極間における容量変化を検出することにより、
圧力変化を間接的に測定することができるようになって
いる。なお、リファレンス電極１０９は、可動電極１０
７と固定電極１０５間で検出された容量の補正に用いら
れる。
【０００６】ここで、このような容量式圧力センサの製
造方法について簡単に述べる。下側ウエハ１０２および
上側ウエハ１０３は、それぞれサファイア等の基板を加
工することによって作製される。すなわち、下側ウエハ
１０２は機械加工、レーザ加工または超音波加工等によ
り、引き出し電極１０４形成用の貫通孔が形成される。
そして、ドライエッチングによって下側ウエハ２の表面
には、凹部が形成され、その中に金属膜を蒸着、イオン
プレーティングまたはスパッタ等することにより形成し
てからエッチングにより固定電極１０５を作製する。固
定電極１０５はＰｔ／密着増強膜で形成されており、密
着増強膜としてはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆま
たはＴａ等が用いられる。もちろん、エッチングを行わ
ずにシャドーマスクを介してスパッタ等してもよい。
造方法について簡単に述べる。下側ウエハ１０２および
上側ウエハ１０３は、それぞれサファイア等の基板を加
工することによって作製される。すなわち、下側ウエハ
１０２は機械加工、レーザ加工または超音波加工等によ
り、引き出し電極１０４形成用の貫通孔が形成される。
そして、ドライエッチングによって下側ウエハ２の表面
には、凹部が形成され、その中に金属膜を蒸着、イオン
プレーティングまたはスパッタ等することにより形成し
てからエッチングにより固定電極１０５を作製する。固
定電極１０５はＰｔ／密着増強膜で形成されており、密
着増強膜としてはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆま
たはＴａ等が用いられる。もちろん、エッチングを行わ
ずにシャドーマスクを介してスパッタ等してもよい。
【０００７】一方、上側ウエハ１０３はサファイア等の
基板にスパッタ等により金属膜（固定電極１０５と同
様）を形成してからエッチングにより、可動電極１０８
およびリファレンス電極１０９、パッド１０６を形成す
る。パッド１０６はＡｕ／バリア膜／密着増強膜で形成
し、例えばバリア膜にＰｔ、密着増強膜にＮｂを用い
る。もちろん、金属膜を成膜してからエッチングにより
電極を作製する代わりに、シャドーマスクを介してスパ
ッタすることにより電極を作製してもよい。その後、下
側ウエハ１０２に上側ウエハ１０３を張り合わせてか
ら、４００〜１３００℃の雰囲気下で直接接合すること
により両者を接合し、上記貫通孔に溶融はんだ（Ｓｎ−
Ａｇはんだ等）を流し込むことによって引き出し電極１
０４を形成する。なお、貫通孔の開口部とパッド１０６
および１０８が対向するように配置しておくことによ
り、溶融はんだはこれらのパッドに付着するため、確実
に電極を取り出すことができる。
基板にスパッタ等により金属膜（固定電極１０５と同
様）を形成してからエッチングにより、可動電極１０８
およびリファレンス電極１０９、パッド１０６を形成す
る。パッド１０６はＡｕ／バリア膜／密着増強膜で形成
し、例えばバリア膜にＰｔ、密着増強膜にＮｂを用い
る。もちろん、金属膜を成膜してからエッチングにより
電極を作製する代わりに、シャドーマスクを介してスパ
ッタすることにより電極を作製してもよい。その後、下
側ウエハ１０２に上側ウエハ１０３を張り合わせてか
ら、４００〜１３００℃の雰囲気下で直接接合すること
により両者を接合し、上記貫通孔に溶融はんだ（Ｓｎ−
Ａｇはんだ等）を流し込むことによって引き出し電極１
０４を形成する。なお、貫通孔の開口部とパッド１０６
および１０８が対向するように配置しておくことによ
り、溶融はんだはこれらのパッドに付着するため、確実
に電極を取り出すことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来例には種々の問題点がある。すなわち、ダイア
フラムを構成する上側ウエハ１０３においては、可動電
極１０７およびリファレンス電極１０９を形成する面
と、ウエハ同士の接合面とが同一面にあるため、電極の
形成不良やウエハの位置合わせにずれが生じた場合に、
はみ出した電極によってウエハの接合を阻害する恐れが
ある。一般的に下側ウエハおよび上側ウエハを同一材料
（例えばサファイア等）で作製した場合、直接接合によ
り両者を接合することが多いが、直接接合においては接
合面における平面性および微少面粗度が要求されるた
め、電極のはみ出しがウエハの接合強度を著しく落とし
てしまう原因となる。そのため、従来においては、電極
やそれに付随するリード部をウエハの接合部から十分に
離して設けなければならず、その分余分なスペースを作
らなければならないため、センサの小型化が困難であっ
た。
うな従来例には種々の問題点がある。すなわち、ダイア
フラムを構成する上側ウエハ１０３においては、可動電
極１０７およびリファレンス電極１０９を形成する面
と、ウエハ同士の接合面とが同一面にあるため、電極の
形成不良やウエハの位置合わせにずれが生じた場合に、
はみ出した電極によってウエハの接合を阻害する恐れが
ある。一般的に下側ウエハおよび上側ウエハを同一材料
（例えばサファイア等）で作製した場合、直接接合によ
り両者を接合することが多いが、直接接合においては接
合面における平面性および微少面粗度が要求されるた
め、電極のはみ出しがウエハの接合強度を著しく落とし
てしまう原因となる。そのため、従来においては、電極
やそれに付随するリード部をウエハの接合部から十分に
離して設けなければならず、その分余分なスペースを作
らなければならないため、センサの小型化が困難であっ
た。
【０００９】また、図９においては、引き出し電極の形
成時に溶融はんだが容量室内に流れ込んで電極同士が短
絡することを防止するため、パッド１０６および１０８
を設けるだけでなく、段差γを設けることによってパッ
ドと貫通孔との距離を短くし、流出するはんだ量を抑制
していた。ところが、このような急峻な段差γを設ける
とスパッタ時などにおいて、領域δにおける金属膜の形
成が困難となり、第１の配線の形成不良の原因となる。
成時に溶融はんだが容量室内に流れ込んで電極同士が短
絡することを防止するため、パッド１０６および１０８
を設けるだけでなく、段差γを設けることによってパッ
ドと貫通孔との距離を短くし、流出するはんだ量を抑制
していた。ところが、このような急峻な段差γを設ける
とスパッタ時などにおいて、領域δにおける金属膜の形
成が困難となり、第１の配線の形成不良の原因となる。
【００１０】本発明は、このような課題を解決するため
のものであり、固定電極の設けられた基材と可動電極の
設けられた基材とを接合する際に、はみ出した電極によ
って接合不良が生じることを防ぐことができる容量式圧
力センサを提供することを目的とする。また、本発明の
その他の目的は、溶融はんだを使った引き出し電極の作
製時に、この溶融はんだが容量室内に流れ込むのを防止
することができる容量式圧力センサを提供することを目
的とする。
のものであり、固定電極の設けられた基材と可動電極の
設けられた基材とを接合する際に、はみ出した電極によ
って接合不良が生じることを防ぐことができる容量式圧
力センサを提供することを目的とする。また、本発明の
その他の目的は、溶融はんだを使った引き出し電極の作
製時に、この溶融はんだが容量室内に流れ込むのを防止
することができる容量式圧力センサを提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る容量式圧力センサは、第１の凹
部とこの第１の凹部に連通した第２の凹部とを有する第
１の基材と、底部が受圧ダイアフラムを構成した第３の
凹部とこの第３の凹部に連通した第４の凹部とを有する
第２の基材と、上記第１の凹部に設けられた固定電極
と、上記第２の凹部に設けられかつ上記固定電極に第１
の配線で接続された第１のパッドと、上記第３の凹部に
設けられた可動電極と、上記第４の凹部に設けられかつ
上記可動電極に第２の配線で接続された第２のパッド
と、上記第１のパッドに接続されかつ上記第１の基材に
設けられた貫通孔を介して外部に引き出された第１の引
き出し電極と、上記第２のパッドに接続されかつ上記第
１の基材に設けられた貫通孔を介して外部に引き出され
た第２の引き出し電極とを備えている。そして、上記第
１および第２の基材は、上記第２および第４の凹部が対
向する基材の凹部と重なり合わないように、かつ、上記
固定電極と上記可動電極とが対向するようにして接合さ
れている。
るために、本発明に係る容量式圧力センサは、第１の凹
部とこの第１の凹部に連通した第２の凹部とを有する第
１の基材と、底部が受圧ダイアフラムを構成した第３の
凹部とこの第３の凹部に連通した第４の凹部とを有する
第２の基材と、上記第１の凹部に設けられた固定電極
と、上記第２の凹部に設けられかつ上記固定電極に第１
の配線で接続された第１のパッドと、上記第３の凹部に
設けられた可動電極と、上記第４の凹部に設けられかつ
上記可動電極に第２の配線で接続された第２のパッド
と、上記第１のパッドに接続されかつ上記第１の基材に
設けられた貫通孔を介して外部に引き出された第１の引
き出し電極と、上記第２のパッドに接続されかつ上記第
１の基材に設けられた貫通孔を介して外部に引き出され
た第２の引き出し電極とを備えている。そして、上記第
１および第２の基材は、上記第２および第４の凹部が対
向する基材の凹部と重なり合わないように、かつ、上記
固定電極と上記可動電極とが対向するようにして接合さ
れている。
【００１２】また、本発明はその他の態様として、次の
ような構成も含むものである。すなわち、上記第１およ
び第２の引き出し電極は、上記第１の基材に設けられた
貫通孔に注入された溶融はんだが冷却凝固することによ
り、上記固定電極および上記可動電極のそれぞれに固着
したものであってもよい。上記第２の凹部内にはんだ流
出防止壁を備え、このはんだ流出防止壁と上記第２の凹
部の内側面とで上記溶融はんだの迂回路を構成するとと
もに、上記第４の凹部内にはんだ流出防止壁を備え、こ
のはんだ流出防止壁と上記第４の凹部の内側面とで上記
溶融はんだの迂回路を構成していてもよい。上記第１の
凹部と上記第２の凹部とを連通する部分における上記第
１の配線上に、上記溶融はんだの流出を抑制するための
はんだ流出防止突起が設けられ、上記第３の凹部と上記
第４の凹部とを連通する部分における上記第２の配線上
に、上記溶融はんだの流出を抑制するためのはんだ流出
防止突起が設けられていてもよい。上記はんだ流出防止
突起は、そのはんだ濡れ性が上記固定電極および上記可
動電極のはんだ濡れ性よりも悪い材料によって形成され
ていてもよい。
ような構成も含むものである。すなわち、上記第１およ
び第２の引き出し電極は、上記第１の基材に設けられた
貫通孔に注入された溶融はんだが冷却凝固することによ
り、上記固定電極および上記可動電極のそれぞれに固着
したものであってもよい。上記第２の凹部内にはんだ流
出防止壁を備え、このはんだ流出防止壁と上記第２の凹
部の内側面とで上記溶融はんだの迂回路を構成するとと
もに、上記第４の凹部内にはんだ流出防止壁を備え、こ
のはんだ流出防止壁と上記第４の凹部の内側面とで上記
溶融はんだの迂回路を構成していてもよい。上記第１の
凹部と上記第２の凹部とを連通する部分における上記第
１の配線上に、上記溶融はんだの流出を抑制するための
はんだ流出防止突起が設けられ、上記第３の凹部と上記
第４の凹部とを連通する部分における上記第２の配線上
に、上記溶融はんだの流出を抑制するためのはんだ流出
防止突起が設けられていてもよい。上記はんだ流出防止
突起は、そのはんだ濡れ性が上記固定電極および上記可
動電極のはんだ濡れ性よりも悪い材料によって形成され
ていてもよい。
【００１３】したがって、本発明は、固定電極および可
動電極のそれぞれが、第１の基材および第２の基材に設
けられた凹部内に設置されているため、第１の基材と第
２の基材との接合面に電極がはみ出しにくい構造を有す
る。そのため、第１の基材と第２の基材同士の接合不良
が生じにくく、従来例のように基材の接合部と電極形成
部とを十分離すための余分なスペースを必要としないた
め、センサの小型化を実現することができる。また、パ
ッドの設けられた凹部が対向する基材の凹部と重なり合
わないように配置されているため、引き出し電極を形成
するために設けられた貫通孔と対向する基材との距離を
短くすることができ、溶融はんだがはみ出しにくい構造
となっている。特にはんだ流出防止壁を用いて溶融はん
だの迂回路を形成することにより、容量室内へのはんだ
の流入を抑制して電極同士の短絡を防ぐことができる。
さらに、はんだ流出防止突起を設けることにより、溶融
はんだの容量室内への流れ混みを防ぐことができる。は
んだ流出防止突起を電極よりもはんだ濡れ性の悪い材料
を用いることにより、はんだの流入をより効果的に防ぐ
こともできる。
動電極のそれぞれが、第１の基材および第２の基材に設
けられた凹部内に設置されているため、第１の基材と第
２の基材との接合面に電極がはみ出しにくい構造を有す
る。そのため、第１の基材と第２の基材同士の接合不良
が生じにくく、従来例のように基材の接合部と電極形成
部とを十分離すための余分なスペースを必要としないた
め、センサの小型化を実現することができる。また、パ
ッドの設けられた凹部が対向する基材の凹部と重なり合
わないように配置されているため、引き出し電極を形成
するために設けられた貫通孔と対向する基材との距離を
短くすることができ、溶融はんだがはみ出しにくい構造
となっている。特にはんだ流出防止壁を用いて溶融はん
だの迂回路を形成することにより、容量室内へのはんだ
の流入を抑制して電極同士の短絡を防ぐことができる。
さらに、はんだ流出防止突起を設けることにより、溶融
はんだの容量室内への流れ混みを防ぐことができる。は
んだ流出防止突起を電極よりもはんだ濡れ性の悪い材料
を用いることにより、はんだの流入をより効果的に防ぐ
こともできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について図を用いて説明する。図１は本発明の一つの実
施の形態を示す平面図であり、 図２は図１のＩＩ−Ｉ
Ｉ’線における断面図である。ただし、図１において
は、最上層に位置する上側ウエハ３を透過した状態を示
す。これらの図に示すように、本実施の形態に係る容量
式圧力センサ１は、下側ウエハ２と、上側ウエハ３と、
引き出し電極４と、固定電極５と、パッド６と、可動電
極７と、パッド８と、リファレンス電極９とを備える。
について図を用いて説明する。図１は本発明の一つの実
施の形態を示す平面図であり、 図２は図１のＩＩ−Ｉ
Ｉ’線における断面図である。ただし、図１において
は、最上層に位置する上側ウエハ３を透過した状態を示
す。これらの図に示すように、本実施の形態に係る容量
式圧力センサ１は、下側ウエハ２と、上側ウエハ３と、
引き出し電極４と、固定電極５と、パッド６と、可動電
極７と、パッド８と、リファレンス電極９とを備える。
【００１５】下側ウエハ２および上側ウエハ３は、とも
にサファイア、シリコン、ガラスまたはアルミナ等で形
成された基板である。下側ウエハ２は、その縁部を除く
中央部一体に凹部（以下、容量形成部２ａという）が設
けられ、この容量形成部２ａを覆うようにして上側ウエ
ハ３が張り合わされている。上側ウエハ３は、その縁部
を除く中央部一体に凹部（以下、容量形成部３ａとい
う）が設けられ、その底部は外部の圧力変化に応じて撓
み易いようにその厚さが十分薄く形成され、受圧ダイア
フラムを構成している。この圧力変化に応じて撓み易い
受圧ダイアフラムの中心部には可動電極７が密着固定さ
れ、圧力変化によっても撓みにくい受圧ダイアフラムの
縁部にはリファレンス電極９が密着固定されている。一
方、下側ウエハ２には、これら可動電極７およびリファ
レンス電極９と対向するようにして、固定電極５が密着
固定されている。また、各電極には、それぞれ下側ウエ
ハ２を貫通する引き出し電極４が取り付けられている。
にサファイア、シリコン、ガラスまたはアルミナ等で形
成された基板である。下側ウエハ２は、その縁部を除く
中央部一体に凹部（以下、容量形成部２ａという）が設
けられ、この容量形成部２ａを覆うようにして上側ウエ
ハ３が張り合わされている。上側ウエハ３は、その縁部
を除く中央部一体に凹部（以下、容量形成部３ａとい
う）が設けられ、その底部は外部の圧力変化に応じて撓
み易いようにその厚さが十分薄く形成され、受圧ダイア
フラムを構成している。この圧力変化に応じて撓み易い
受圧ダイアフラムの中心部には可動電極７が密着固定さ
れ、圧力変化によっても撓みにくい受圧ダイアフラムの
縁部にはリファレンス電極９が密着固定されている。一
方、下側ウエハ２には、これら可動電極７およびリファ
レンス電極９と対向するようにして、固定電極５が密着
固定されている。また、各電極には、それぞれ下側ウエ
ハ２を貫通する引き出し電極４が取り付けられている。
【００１６】このように、上側ウエハ３に設けられた凹
部である容量形成部３ａと、下側ウエハに設けられた凹
部である容量形成部２ａとによって空洞（以下、容量室
という）が作られ、その中に設置されている可動電極７
およびリファレンス電極９と、固定電極５とで容量素子
が構成されている。したがって、圧力変化によってダイ
アフラムが撓むと可動電極７も一緒に撓み、可動電極７
と固定電極５との距離が変化するため、この容量変化を
検出することにより圧力変化を間接的に測定することが
できる。なお、リファレンス電極９は、可動電極７と固
定電極５間で検出された容量の補正に用いられる。
部である容量形成部３ａと、下側ウエハに設けられた凹
部である容量形成部２ａとによって空洞（以下、容量室
という）が作られ、その中に設置されている可動電極７
およびリファレンス電極９と、固定電極５とで容量素子
が構成されている。したがって、圧力変化によってダイ
アフラムが撓むと可動電極７も一緒に撓み、可動電極７
と固定電極５との距離が変化するため、この容量変化を
検出することにより圧力変化を間接的に測定することが
できる。なお、リファレンス電極９は、可動電極７と固
定電極５間で検出された容量の補正に用いられる。
【００１７】ここで、本実施の形態の特徴とするところ
のパッド形成部２ｂ，３ｂの詳細について説明する。図
３（ａ）は図１の領域αを拡大した平面図、図３（ｂ）
はその側面断面図である。これらの図から明らかなよう
に、パッド形成部２ｂには、はんだ流出防止壁２ｃが設
けられ、溶融はんだの迂回路が構成されている。すなわ
ち、パッド６の下から流れ込んだ溶融はんだは、固定電
極５と一体成形されたパッド５ａを伝ってパッド形成部
２ｂ内に流れ出す。しかし、溶融はんだは、はんだ流出
防止壁２ｃとパッド形成部２ｂとの隙間にできた迂回路
を流れるため、従来よりも容量形成部２ａに流れ込みに
くい構造となっている。
のパッド形成部２ｂ，３ｂの詳細について説明する。図
３（ａ）は図１の領域αを拡大した平面図、図３（ｂ）
はその側面断面図である。これらの図から明らかなよう
に、パッド形成部２ｂには、はんだ流出防止壁２ｃが設
けられ、溶融はんだの迂回路が構成されている。すなわ
ち、パッド６の下から流れ込んだ溶融はんだは、固定電
極５と一体成形されたパッド５ａを伝ってパッド形成部
２ｂ内に流れ出す。しかし、溶融はんだは、はんだ流出
防止壁２ｃとパッド形成部２ｂとの隙間にできた迂回路
を流れるため、従来よりも容量形成部２ａに流れ込みに
くい構造となっている。
【００１８】パッド形成部３ｂについても上記同様であ
る。図４（ａ）は図１の領域βを拡大した平面図、図４
（ｂ）はその側面断面図である。これらの図から明らか
なように、パッド形成部３ｂには、はんだ流出防止壁３
ｃが設けられ、溶融はんだの迂回路が構成されている。
すなわち、パッド８ａの下から流れ込んだ溶融はんだ
は、可動電極７と一体成形されたパッド８を伝ってパッ
ド形成部３ｂ内に流れ出す。しかし、溶融はんだは、は
んだ流出防止壁２ｃとパッド形成部２ｂとの隙間にでき
た迂回路を流れるため、従来よりも容量形成部２ａに流
れ込みにくい構造となっている。
る。図４（ａ）は図１の領域βを拡大した平面図、図４
（ｂ）はその側面断面図である。これらの図から明らか
なように、パッド形成部３ｂには、はんだ流出防止壁３
ｃが設けられ、溶融はんだの迂回路が構成されている。
すなわち、パッド８ａの下から流れ込んだ溶融はんだ
は、可動電極７と一体成形されたパッド８を伝ってパッ
ド形成部３ｂ内に流れ出す。しかし、溶融はんだは、は
んだ流出防止壁２ｃとパッド形成部２ｂとの隙間にでき
た迂回路を流れるため、従来よりも容量形成部２ａに流
れ込みにくい構造となっている。
【００１９】次に、このような容量式圧力センサの製造
方法について述べる。下側ウエハ２および上側ウエハ３
は、それぞれサファイア等の基板を加工することによっ
て作製される。すなわち、下側ウエハ２は機械加工、レ
ーザ加工または超音波加工等により、引き出し電極４形
成用の貫通孔が形成される。そして、下側ウエハ２につ
いては、その表面をドライエッチングによって除去し、
容量形成部２ａおよびパッド形成部３ａを形成するため
の凹部を形成し、その中に金属膜を蒸着、イオンプレー
ティングまたはスパッタ等することによって形成してか
ら、エッチングにより固定電極５およびパッド８ａを作
製する。固定電極５はＰｔ／密着増強膜で形成されてお
り、密着増強膜としてはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｚｒ，
ＨｆまたはＴａ等が用いられる。パッド８ａはＡｕ／バ
リア膜／密着増強膜で形成し、例えばバリア膜にＰｔ、
密着増強膜にＮｂを用いる。もちろん、金属膜を成膜し
てからエッチングにより電極を作製する代わりに、シャ
ドーマスクを介してスパッタすることにより電極を作製
してもよい。
方法について述べる。下側ウエハ２および上側ウエハ３
は、それぞれサファイア等の基板を加工することによっ
て作製される。すなわち、下側ウエハ２は機械加工、レ
ーザ加工または超音波加工等により、引き出し電極４形
成用の貫通孔が形成される。そして、下側ウエハ２につ
いては、その表面をドライエッチングによって除去し、
容量形成部２ａおよびパッド形成部３ａを形成するため
の凹部を形成し、その中に金属膜を蒸着、イオンプレー
ティングまたはスパッタ等することによって形成してか
ら、エッチングにより固定電極５およびパッド８ａを作
製する。固定電極５はＰｔ／密着増強膜で形成されてお
り、密着増強膜としてはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｚｒ，
ＨｆまたはＴａ等が用いられる。パッド８ａはＡｕ／バ
リア膜／密着増強膜で形成し、例えばバリア膜にＰｔ、
密着増強膜にＮｂを用いる。もちろん、金属膜を成膜し
てからエッチングにより電極を作製する代わりに、シャ
ドーマスクを介してスパッタすることにより電極を作製
してもよい。
【００２０】一方、上側ウエハ３は、サファイア等の基
板にドライエッチングによって容量形成部２ａおよびパ
ッド形成部３ａを形成するための凹部が形成されてか
ら、スパッタ等により金属膜を形成し、エッチングによ
って可動電極８およびリファレンス電極９、パッド６を
形成する。パッド６はＡｕ／バリア膜／密着増強膜で形
成し、例えばバリア膜にＰｔ、密着増強膜にＮｂを用い
る。もちろん、金属膜を成膜してからエッチングにより
電極を作製する代わりに、シャドーマスクを介してスパ
ッタすることにより電極を作製してもよい。その後、下
側ウエハ２に上側ウエハ３を張り合わせてから、４００
〜１３００℃の雰囲気下で直接接合することにより両者
を接合し、下側ウエハ２を上にして上記貫通孔に溶融は
んだを流し込むことにより引き出し電極４を形成する。
なお、貫通孔の開口部とパッド６および８が対向するよ
うに配置しておくことにより、溶融はんだはこれらのパ
ッドに付着するため、容量室内に流れ込むことを防ぐこ
とができる。さらに、図３，４に示したように、はんだ
流出防止壁２ｂ，３ｂによって形成された迂回路によ
り、溶融はんだが容量室に流れ込むことを効果的に抑制
できる。
板にドライエッチングによって容量形成部２ａおよびパ
ッド形成部３ａを形成するための凹部が形成されてか
ら、スパッタ等により金属膜を形成し、エッチングによ
って可動電極８およびリファレンス電極９、パッド６を
形成する。パッド６はＡｕ／バリア膜／密着増強膜で形
成し、例えばバリア膜にＰｔ、密着増強膜にＮｂを用い
る。もちろん、金属膜を成膜してからエッチングにより
電極を作製する代わりに、シャドーマスクを介してスパ
ッタすることにより電極を作製してもよい。その後、下
側ウエハ２に上側ウエハ３を張り合わせてから、４００
〜１３００℃の雰囲気下で直接接合することにより両者
を接合し、下側ウエハ２を上にして上記貫通孔に溶融は
んだを流し込むことにより引き出し電極４を形成する。
なお、貫通孔の開口部とパッド６および８が対向するよ
うに配置しておくことにより、溶融はんだはこれらのパ
ッドに付着するため、容量室内に流れ込むことを防ぐこ
とができる。さらに、図３，４に示したように、はんだ
流出防止壁２ｂ，３ｂによって形成された迂回路によ
り、溶融はんだが容量室に流れ込むことを効果的に抑制
できる。
【００２１】次に、本発明のその他の形態について説明
する。図５（ａ）は図１に係るパッド形成部を示す平面
図であり、図５（ｂ）はその他の形態に係るパッド形成
部を示す平面図である。同図（ａ）に示すように、上記
実施の形態においてはパッド形成部２ｂの中央部に位置
するようにＣ字型のはんだ流出防止壁２ｃを設けること
により（Ｃ字の開口部を容量室とは反対側に向ける）、
溶融はんだの迂回路を形成していた。この迂回路の働き
によって溶融はんだが容量形成部２ａに流れ込むことを
防止できるわけであるが、はんだ流出防止壁２ｃのレイ
アウトによっては、さらに効果的にはんだの流出を防止
することができる。すなわち、同図（ｂ）に示すよう
に、はんだ流出防止へ壁２ｃの一端を下側ウエハ２と接
続することにより、迂回路の長さを飛躍的に長くするこ
とができる。
する。図５（ａ）は図１に係るパッド形成部を示す平面
図であり、図５（ｂ）はその他の形態に係るパッド形成
部を示す平面図である。同図（ａ）に示すように、上記
実施の形態においてはパッド形成部２ｂの中央部に位置
するようにＣ字型のはんだ流出防止壁２ｃを設けること
により（Ｃ字の開口部を容量室とは反対側に向ける）、
溶融はんだの迂回路を形成していた。この迂回路の働き
によって溶融はんだが容量形成部２ａに流れ込むことを
防止できるわけであるが、はんだ流出防止壁２ｃのレイ
アウトによっては、さらに効果的にはんだの流出を防止
することができる。すなわち、同図（ｂ）に示すよう
に、はんだ流出防止へ壁２ｃの一端を下側ウエハ２と接
続することにより、迂回路の長さを飛躍的に長くするこ
とができる。
【００２２】図６（ａ）は図１の構成にはんだ流出防止
突起１０，１１を設けた様子を示す平面図であり、図６
（ｂ）はそのＶＩＩ−ＶＩＩ’線における断面図であ
る。同図（ａ）に示すように、パッド形成部２ｂおよび
３ｂと、容量形成部２ａおよび３ａとの間にはんだ流出
防止突起１０，１１を設けている。このはんだ流出防止
突起１０，１１は、下側ウエハ２および上側ウエハ３を
それぞれ加工して作製してもよいし、別個の部材を新た
に取り付けてもよい。このようにはんだ流出防止突起を
設けることにより、万が一パッド形成部２，３ｂから溶
融はんだが流れ出したとしても、容量形成部２ａ，３ａ
に流れ込むことを防止することができる。特にはんだ流
出防止突起１０，１１を、電極よりもはんだ濡れ性の悪
い材料で作製しておけばより効果的に流出を防止するこ
とができる。なお、上記はんだ流出防止壁２ｃ，３ｃに
ついても、はんだ流出防止突起１０，１１と同様に別部
材を取り付けるようにしてもよい。
突起１０，１１を設けた様子を示す平面図であり、図６
（ｂ）はそのＶＩＩ−ＶＩＩ’線における断面図であ
る。同図（ａ）に示すように、パッド形成部２ｂおよび
３ｂと、容量形成部２ａおよび３ａとの間にはんだ流出
防止突起１０，１１を設けている。このはんだ流出防止
突起１０，１１は、下側ウエハ２および上側ウエハ３を
それぞれ加工して作製してもよいし、別個の部材を新た
に取り付けてもよい。このようにはんだ流出防止突起を
設けることにより、万が一パッド形成部２，３ｂから溶
融はんだが流れ出したとしても、容量形成部２ａ，３ａ
に流れ込むことを防止することができる。特にはんだ流
出防止突起１０，１１を、電極よりもはんだ濡れ性の悪
い材料で作製しておけばより効果的に流出を防止するこ
とができる。なお、上記はんだ流出防止壁２ｃ，３ｃに
ついても、はんだ流出防止突起１０，１１と同様に別部
材を取り付けるようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したとおり本発明は、固定電極
および可動電極のそれぞれが、第１の基材および第２の
基材に設けられた凹部内に設置されているため、第１の
基材と第２の基材との接合面に電極がはみ出しにくい構
造を有する。そのため、第１の基材と第２の基材同士の
接合不良が生じにくく、従来例のように基材の接合部と
電極形成部とを十分離すための余分なスペースを必要と
しないため、センサの小型化を実現することができる。
また、パッドの設けられた凹部が対向する基材の凹部と
重なり合わないように配置されているため、引き出し電
極を形成するために設けられた貫通孔とその対向する基
材との距離を短くすることができ、溶融はんだがはみ出
しにくい構造となっている。特にはんだ流出防止壁を用
いて溶融はんだの迂回路を形成することにより、容量室
内へのはんだの流入を抑制して電極同士の短絡を防ぐこ
とができる。さらに、はんだ流出防止突起を設けること
により、溶融はんだの容量室内への流れ混みを防ぐこと
ができる。はんだ流出防止突起を電極よりもはんだ濡れ
性の悪い材料で形成することにより、はんだの流入をよ
り効果的に防ぐこともできる。
および可動電極のそれぞれが、第１の基材および第２の
基材に設けられた凹部内に設置されているため、第１の
基材と第２の基材との接合面に電極がはみ出しにくい構
造を有する。そのため、第１の基材と第２の基材同士の
接合不良が生じにくく、従来例のように基材の接合部と
電極形成部とを十分離すための余分なスペースを必要と
しないため、センサの小型化を実現することができる。
また、パッドの設けられた凹部が対向する基材の凹部と
重なり合わないように配置されているため、引き出し電
極を形成するために設けられた貫通孔とその対向する基
材との距離を短くすることができ、溶融はんだがはみ出
しにくい構造となっている。特にはんだ流出防止壁を用
いて溶融はんだの迂回路を形成することにより、容量室
内へのはんだの流入を抑制して電極同士の短絡を防ぐこ
とができる。さらに、はんだ流出防止突起を設けること
により、溶融はんだの容量室内への流れ混みを防ぐこと
ができる。はんだ流出防止突起を電極よりもはんだ濡れ
性の悪い材料で形成することにより、はんだの流入をよ
り効果的に防ぐこともできる。
【図１】 本発明の一つの実施の形態を示す平面図であ
る。
る。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ’線における断面図であ
る。
る。
【図３】 （ａ）図１の領域αを示す平面図、（ｂ）領
域αの側面断面図である。
域αの側面断面図である。
【図４】 （ａ）図１の領域βを示す平面図、（ｂ）領
域βの側面断面図である。
域βの側面断面図である。
【図５】 本発明のその他の実施の形態を示す平面図で
ある。
ある。
【図６】 本発明のその他の実施の形態を示す平面図で
ある。
ある。
【図７】 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ’線における断面図で
ある。
ある。
【図８】 従来例を示す平面図である。
【図９】 図８のＩＸ−ＩＸ’線における断面図であ
る。
る。
１…圧力センサ、２…下側ウエハ、２ａ…容量形成部、
２ｂ…パッド形成部、２ｃ…はんだ流出防止壁、３…上
側ウエハ、３ａ…容量形成部、３ｂ…パッド形成部、３
ｃ…はんだ流出防止壁、４…引き出し電極、５…固定電
極、５ａ…パッド、６…パッド、７…可動電極、８…パ
ッド、８ａ…パッド、９…リファレンス電極、１０、１
１…はんだ流出防止突起、α、β、δ…領域、γ…段
差。
２ｂ…パッド形成部、２ｃ…はんだ流出防止壁、３…上
側ウエハ、３ａ…容量形成部、３ｂ…パッド形成部、３
ｃ…はんだ流出防止壁、４…引き出し電極、５…固定電
極、５ａ…パッド、６…パッド、７…可動電極、８…パ
ッド、８ａ…パッド、９…リファレンス電極、１０、１
１…はんだ流出防止突起、α、β、δ…領域、γ…段
差。
フロントページの続き (72)発明者 増田 誉 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会 社山武内 (72)発明者 添田 将 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会 社山武内 (72)発明者 片岡 俊之 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会 社山武内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 DD07 DD09 EE25 FF43 FF49 GG12 GG49 4M112 AA01 BA07 CA02 CA11 CA13 DA18
Claims (5)
- 【請求項１】 第１の凹部とこの第１の凹部に連通した
第２の凹部とを有する第１の基材と、底部が受圧ダイア
フラムを構成した第３の凹部とこの第３の凹部に連通し
た第４の凹部とを有する第２の基材と、前記第１の凹部
に設けられた固定電極と、前記第２の凹部に設けられか
つ前記固定電極に第１の配線で接続された第１のパッド
と、前記第３の凹部に設けられた可動電極と、前記第４
の凹部に設けられかつ前記可動電極に第２の配線で接続
された第２のパッドと、前記第１のパッドに接続されか
つ前記第１の基材に設けられた貫通孔を介して外部に引
き出された第１の引き出し電極と、前記第２のパッドに
接続されかつ前記第１の基材に設けられた貫通孔を介し
て外部に引き出された第２の引き出し電極とを備え、 前記第１および第２の基材は、前記第２および第４の凹
部が対向する基材の凹部と重なり合わないように、か
つ、前記固定電極と前記可動電極とが対向するようにし
て接合されていることを特徴とする容量式圧力センサ。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記第１および第２の引き出し電極は、前記第１の基材
に設けられた貫通孔に注入された溶融はんだが冷却凝固
することにより、前記固定電極および前記可動電極のそ
れぞれに固着したものであることを特徴とする容量式圧
力センサ。 - 【請求項３】 請求項２において、 前記第２の凹部内にはんだ流出防止壁を備え、このはん
だ流出防止壁と前記第２の凹部の内側面とで前記溶融は
んだの迂回路を構成するとともに、 前記第４の凹部内にはんだ流出防止壁を備え、このはん
だ流出防止壁と前記第４の凹部の内側面とで前記溶融は
んだの迂回路を構成していることを特徴とする容量式圧
力センサ。 - 【請求項４】 請求項２において、 前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連通する部分にお
ける前記第１の配線上に、前記溶融はんだの流出を抑制
するためのはんだ流出防止突起が設けられ、 前記第３の凹部と前記第４の凹部とを連通する部分にお
ける前記第２の配線上に、前記溶融はんだの流出を抑制
するためのはんだ流出防止突起が設けられていることを
特徴とする容量式圧力センサ。 - 【請求項５】 請求項４において、 前記はんだ流出防止突起は、そのはんだ濡れ性が前記第
１の配線および前記第２の配線のはんだ濡れ性よりも悪
い材料によって形成されていることを特徴とする容量式
圧力センサ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28523499A JP3588286B2 (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | 容量式圧力センサ |
| CN00128193A CN1125976C (zh) | 1999-10-06 | 2000-09-30 | 电容压力传感器 |
| US09/680,391 US6341527B1 (en) | 1999-10-06 | 2000-10-04 | Capacitive pressure sensor |
| KR20000058083A KR100351348B1 (ko) | 1999-10-06 | 2000-10-04 | 용량성 압력센서 |
| EP00250331A EP1091202B1 (en) | 1999-10-06 | 2000-10-05 | Capacitive pressure sensor |
| DE60012645T DE60012645T2 (de) | 1999-10-06 | 2000-10-05 | Kapazitiver Drucksensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28523499A JP3588286B2 (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | 容量式圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001108547A true JP2001108547A (ja) | 2001-04-20 |
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Family
ID=17688861
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| EP (1) | EP1091202B1 (ja) |
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| CN (1) | CN1125976C (ja) |
| DE (1) | DE60012645T2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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