JP2002323395A - Capacitance-type sensor - Google Patents

Capacitance-type sensor

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JP2002323395A
JP2002323395A JP2001131961A JP2001131961A JP2002323395A JP 2002323395 A JP2002323395 A JP 2002323395A JP 2001131961 A JP2001131961 A JP 2001131961A JP 2001131961 A JP2001131961 A JP 2001131961A JP 2002323395 A JP2002323395 A JP 2002323395A
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JP
Japan
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diaphragm
sensor
capacitance
type sensor
pressure
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JP2001131961A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Ishii
真 石居
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Yazaki Corp
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Yazaki Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance-type sensor capable of enhancing the sensitivity of the sensor without increasing the size of a diaphragm by providing the diaphragm and counter electrodes with rugged parts. SOLUTION: This capacitance-type sensor 1 is a capacitance-type sensor for measuring a physical quantity to be measured being the physical quantity of a measured object, based on the change in capacitance, and characterized in that, by forming a rugged part on the surface of the diaphragm 4 and a rugged part having a shape corresponding to the above-mentioned rugged part on each of the counter electrodes 9, the surface area of the diaphragm is increased to increase capacitance, thereby enhancing the sensitivity of the sensor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象となる物
理量を静電容量の変化に基づいて測定する静電容量型セ
ンサに係り、特にセンサのサイズを大きくすることなく
センサの感度を向上させることのできる静電容量型セン
サに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type sensor for measuring a physical quantity to be measured based on a change in capacitance, and particularly to improving the sensitivity of the sensor without increasing the size of the sensor. The present invention relates to a capacitance type sensor that can perform the above-described operations.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の静電容量型の圧力センサとして、
特開平10−82709号公報に開示された圧力センサ
があった。この圧力センサの構成を図5に示す。
2. Description of the Related Art As a conventional capacitance type pressure sensor,
There is a pressure sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-82709. FIG. 5 shows the configuration of this pressure sensor.

【0003】図5に示すように、従来の圧力センサ10
1は、弾性変形可能なダイヤフラム102と、このダイ
ヤフラム102の厚肉部に陽極接合された上、下ガラス
103、104と、上ガラス103に設置された中央電
極105とから構成されている。
[0003] As shown in FIG.
Reference numeral 1 denotes an elastically deformable diaphragm 102, upper glass 103, 104 anodically bonded to a thick portion of the diaphragm 102, and a central electrode 105 provided on the upper glass 103.

【0004】そして、このように構成された圧力センサ
101は、圧力導入口106に圧力が印加されると、ダ
イヤフラム102が湾曲するように弾性変形し、ダイヤ
フラム102と中央電極105との間の距離が変化し、
これによって圧力測定を行う。
When pressure is applied to the pressure inlet 106, the pressure sensor 101 thus configured is elastically deformed so that the diaphragm 102 is curved, and the distance between the diaphragm 102 and the central electrode 105 is increased. Changes,
Thus, pressure measurement is performed.

【0005】なお、この圧力センサ101は、いわゆる
ゲージ圧(大気圧をゼロとしたときの大気圧に対する差
圧)センサであり、ダイヤフラム102と上ガラス10
3のと間の空隙部はスルーホール107を通じて大気開
放されている。
The pressure sensor 101 is a so-called gauge pressure (differential pressure with respect to the atmospheric pressure when the atmospheric pressure is set to zero), and includes a diaphragm 102 and an upper glass 10.
The space between the holes 3 is open to the atmosphere through the through holes 107.

【0006】ここで、上述したような圧力センサ101
において感度を上げるためには、ダイヤフラム102の
表面積を広げるか、あるいは中央電極105とダイヤフ
ラム102との間の距離を近くすることが考えられる。
Here, the pressure sensor 101 as described above
In order to increase the sensitivity, it is conceivable that the surface area of the diaphragm 102 is increased or the distance between the central electrode 105 and the diaphragm 102 is reduced.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中央電
極105とダイヤフラム102との間の距離を近くする
ことには、製造精度上限界があるので、センサの感度を
上げるためにはダイヤフラムの表面積を広げるしかなか
った。
However, reducing the distance between the center electrode 105 and the diaphragm 102 has a limit in terms of manufacturing accuracy. Therefore, in order to increase the sensitivity of the sensor, the surface area of the diaphragm must be increased. There was no choice.

【0008】ところが、ダイヤフラムの表面積を広げる
と、センサそのものの大きさを大きくしなければならな
いという問題点があった。
However, when the surface area of the diaphragm is increased, there is a problem that the size of the sensor itself must be increased.

【0009】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、センサの大きさを増大させることな
く、ダイヤフラムの表面積を広げてセンサの感度を向上
させることのできる静電容量型センサを提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a capacitance type capable of increasing the surface area of a diaphragm and improving the sensitivity of a sensor without increasing the size of the sensor. It is to provide a sensor.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明である静電容量型センサは、
測定対象の物理量である被測定物理量を、静電容量の変
化に基づいて測定する静電容量型センサであって、前記
被測定物理量の変化によって変形し、表面に凹凸の形成
されたダイヤフラムと、このダイヤフラムの凹凸と対応
する形状の凹凸が形成され、この凹凸が前記ダイヤフラ
ムの凹凸に対向して配置された対向電極とを含むことを
特徴とする。
In order to achieve the above object, a capacitance type sensor according to the first aspect of the present invention comprises:
A capacitance-type sensor that measures a physical quantity to be measured, which is a physical quantity to be measured, based on a change in capacitance. Irregularities of a shape corresponding to the irregularities of the diaphragm are formed, and the irregularities include a counter electrode arranged to face the irregularities of the diaphragm.

【0011】この請求項1の発明によれば、センサのサ
イズを大きくすることなくダイヤフラムの表面積を拡大
し、センサの感度を向上させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the surface area of the diaphragm can be increased without increasing the size of the sensor, and the sensitivity of the sensor can be improved.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】まず、本実施形態の静電容量型セ
ンサの構成を図1に基づいて説明する。ただし、ここで
は一例として圧力センサの場合を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the configuration of a capacitance type sensor according to this embodiment will be described with reference to FIG. Here, the case of a pressure sensor will be described as an example.

【0013】図1に示すように、静電容量型センサ1
は、上部圧力導出口2の設けられた支持基板3と、ダイ
ヤフラム4の形成されたシリコン5と、下部圧力導入口
7の設けられた支持基板8とから構成され、支持基板3
にはダイヤフラム4に対向する面に対向電極9が設けら
れ、この対向電極9とダイヤフラム4にはそれぞれ凹凸
が形成されている。
As shown in FIG. 1, a capacitance type sensor 1
Is composed of a support substrate 3 provided with an upper pressure outlet 2, a silicon 5 provided with a diaphragm 4, and a support substrate 8 provided with a lower pressure inlet 7.
Is provided with a counter electrode 9 on a surface facing the diaphragm 4, and the counter electrode 9 and the diaphragm 4 are formed with irregularities, respectively.

【0014】このような構成の静電容量型センサ1は、
下部圧力導入口7から測定対象である被測定圧力を導入
し、この被測定圧力によってダイヤフラム4が湾曲する
と、対向電極9とダイヤフラム4との間の距離が変化し
て静電容量が変化し、これによって被測定圧力を測定す
るものである。
The capacitance type sensor 1 having such a configuration is as follows.
When a measured pressure to be measured is introduced from the lower pressure inlet 7 and the diaphragm 4 is bent by the measured pressure, the distance between the counter electrode 9 and the diaphragm 4 changes, and the capacitance changes. This measures the measured pressure.

【0015】ここで、本実施形態の静電容量型センサ1
のダイヤフラム4と、対向電極9に形成された凹凸の拡
大図を図2に示す。
Here, the capacitance type sensor 1 of the present embodiment
FIG. 2 shows an enlarged view of the irregularities formed on the diaphragm 4 and the counter electrode 9.

【0016】図2(a)はピラミット状の凸部を示して
おり、図2(b)はピラミット状の凹部を示している。
ここで示した凹部と凸部はそれぞれダイヤフラム4に形
成してもよいし、対向電極9に形成してもよい。ただ
し、ダイヤフラム4に凸部を形成した場合には対向電極
9には凹部を形成し、あるいはその逆に形成する。
FIG. 2A shows a pyramid-shaped convex portion, and FIG. 2B shows a pyramid-shaped concave portion.
The concave portion and the convex portion shown here may be formed on the diaphragm 4 or may be formed on the counter electrode 9, respectively. However, when a convex portion is formed on the diaphragm 4, a concave portion is formed on the counter electrode 9, or vice versa.

【0017】このように、ダイヤフラム4の凹凸の形状
と対向電極9の凹凸の形状とは、それぞれ対応する形状
となるように形成されている。
As described above, the shape of the unevenness of the diaphragm 4 and the shape of the unevenness of the counter electrode 9 are formed so as to correspond to each other.

【0018】そして、図2に示したような凹凸をダイヤ
フラム4及び対向電極9に形成することによって、セン
サの大きさを増大することなくダイヤフラム4及び対向
電極9の表面積を広げることができ、これによってダイ
ヤフラム4と対向電極9との間の静電容量が増大するの
で、センサの感度を向上させることができる。
By forming the irregularities as shown in FIG. 2 on the diaphragm 4 and the counter electrode 9, the surface area of the diaphragm 4 and the counter electrode 9 can be increased without increasing the size of the sensor. Thereby, the capacitance between the diaphragm 4 and the counter electrode 9 increases, so that the sensitivity of the sensor can be improved.

【0019】例えば、図2に示したような凹凸を形成す
ると、同一サイズで凹凸のないダイヤフラムに対して、
ダイヤフラムの表面積を1.4倍以上に広げることがで
きる。
For example, when unevenness as shown in FIG. 2 is formed, a diaphragm having the same size and no unevenness is formed.
The surface area of the diaphragm can be increased 1.4 times or more.

【0020】次に、上述した凹凸の製造方法を図3に基
づいて説明する。
Next, a method for manufacturing the above-described unevenness will be described with reference to FIG.

【0021】図3に示すように、ダイヤフラム4の凹凸
はシリコンの異方性エッチング技術を用いて形成され、
まずダイヤフラム4の作成されたシリコンウェハ5に対
して(図3a)酸化膜31を形成し(図3b)、さらに
この酸化膜31に対してフォトリソグラフィー及び酸化
膜エッチングによって開口部32を形成する(図3
c)。このとき、シリコン表面も少しだけ溶かしてお
く。
As shown in FIG. 3, the irregularities of the diaphragm 4 are formed by using the silicon anisotropic etching technique.
First, an oxide film 31 is formed on the silicon wafer 5 on which the diaphragm 4 is formed (FIG. 3A) (FIG. 3B), and an opening 32 is formed on the oxide film 31 by photolithography and oxide film etching (FIG. 3B). FIG.
c). At this time, the silicon surface is also slightly melted.

【0022】そして、この開口部32に対して、KOH
やTMAH、ヒドラジンなどの異方性エッチング液を用
いて異方性エッチングを行うと、シリコンのエッチング
スピードは<100>面が速く、<111>面が遅いと
いう性質があるので、図2に示したような凹凸が形成さ
れる(図3d)。このとき面方位によって作られる角度
は約54.7°である。こうしてシリコンウェハに凹凸
が形成されたら、酸化膜31を除去して凹凸の形成され
たダイヤフラム4が完成する(図3e)。
The opening 32 is filled with KOH
When anisotropic etching is performed using an anisotropic etchant such as HF, TMAH, or hydrazine, the silicon has a property that the <100> plane is fast and the <111> plane is slow. Such irregularities are formed (FIG. 3d). At this time, the angle formed by the plane orientation is about 54.7 °. After the unevenness is formed on the silicon wafer, the oxide film 31 is removed to complete the diaphragm 4 having the unevenness (FIG. 3E).

【0023】このような凹凸のあるダイヤフラムの作成
されたセンサチップは、図4に示すように1枚のシリコ
ンウェハの表面から数多く作成することができる。およ
そ直径10cmのシリコンウェハから300個以上のセ
ンサチップが作成されている。
As shown in FIG. 4, a large number of sensor chips having such an uneven diaphragm can be formed from the surface of one silicon wafer. More than 300 sensor chips are made from a silicon wafer having a diameter of about 10 cm.

【0024】このように、本実施形態の静電容量型セン
サ1は、ダイヤフラム4及び対向電極9に凹凸を形成す
ることによってダイヤフラムの表面積を広げているの
で、センサそのものの大きさを大きくすることなく、セ
ンサの感度を向上させることができる。
As described above, in the capacitance type sensor 1 of the present embodiment, since the surface area of the diaphragm is increased by forming irregularities on the diaphragm 4 and the counter electrode 9, the size of the sensor itself can be increased. Therefore, the sensitivity of the sensor can be improved.

【0025】また、上述した実施例では静電容量型セン
サの一例として圧力センサの場合を説明したが、加速度
センサや傾斜角センサなどに適用できることは言うまで
もないことである。
In the above-described embodiment, the case of the pressure sensor has been described as an example of the capacitance type sensor. However, it is needless to say that the present invention can be applied to an acceleration sensor, a tilt angle sensor, and the like.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静電容量
型センサによれば、ダイヤフラムのサイズを大きくする
ことなくセンサの感度を向上させることができる。
As described above, according to the capacitance type sensor of the present invention, the sensitivity of the sensor can be improved without increasing the size of the diaphragm.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による静電容量型センサの一実施形態の
構成を示す断面図及び斜視図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view and a perspective view showing a configuration of an embodiment of a capacitance type sensor according to the present invention.

【図2】図1に示すダイヤフラムに形成された凹凸の一
例を示す拡大図である。
FIG. 2 is an enlarged view showing an example of irregularities formed on the diaphragm shown in FIG.

【図3】図1に示すダイヤフラムに、凹凸を形成するプ
ロセスを説明するための図である。
FIG. 3 is a view for explaining a process for forming irregularities on the diaphragm shown in FIG. 1;

【図4】シリコンウェハに形成されたセンサチップの配
置例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the arrangement of sensor chips formed on a silicon wafer.

【図5】従来の圧力センサの構成を示す断面図及び斜視
図である。
FIG. 5 is a sectional view and a perspective view showing a configuration of a conventional pressure sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 静電容量型センサ 2 上部圧力導出口 3、8 支持基板 4、102 ダイヤフラム 5 シリコン 7 下部圧力導入口 9 対向電極 31 酸化膜 32 開口部 101 圧力センサ 103 上ガラス 104 下ガラス 105 中央電極 106 圧力導入口 107 スルーホール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitance sensor 2 Upper pressure outlet 3,8 Support substrate 4,102 Diaphragm 5 Silicon 7 Lower pressure inlet 9 Counter electrode 31 Oxide film 32 Opening 101 Pressure sensor 103 Upper glass 104 Lower glass 105 Central electrode 106 Pressure Inlet 107 Through hole

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象の物理量である被測定物理量
を、静電容量の変化に基づいて測定する静電容量型セン
サであって、 前記被測定物理量の変化によって変形し、表面に凹凸の
形成されたダイヤフラムと、 このダイヤフラムの凹凸と対応する形状の凹凸が形成さ
れ、この凹凸が前記ダイヤフラムの凹凸に対向して配置
された対向電極とを含むことを特徴とする静電容量型セ
ンサ。
1. A capacitance type sensor for measuring a physical quantity to be measured, which is a physical quantity to be measured, based on a change in capacitance, wherein the sensor is deformed by the change in the physical quantity to be measured to form irregularities on the surface. A capacitance type sensor comprising: a formed diaphragm; and a concavo-convex shape having a shape corresponding to the concavo-convex shape of the diaphragm, and the concavo-convex shape includes a counter electrode arranged to face the concavo-convex shape of the diaphragm.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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