JP2003329526A - 圧力センサ - Google Patents
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- 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
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 枠状突起内に異物等が付着した場合でも圧力
を精度良く検出する。 【解決手段】 基板１の薄肉部４のうち、枠状突起７に
取囲まれたダイヤフラム部４Ａにはピエゾ抵抗素子５を
形成する。また、枠状突起７上には保護膜８を介して閉
塞板９を接合し、ダイヤフラム部４Ａと閉塞板９との間
に基準圧力室を画成する。さらに、閉塞板９にはダイヤ
フラム部４Ａと対向する裏面に凹陥部１１を形成する。
これにより、凹陥部１１の底面とダイヤフラム部４Ａと
の間隔を広げることができ、枠状突起７内に異物が付着
しても圧力に応じてダイヤフラム部４Ａを撓み変形させ
ることができる。
を精度良く検出する。 【解決手段】 基板１の薄肉部４のうち、枠状突起７に
取囲まれたダイヤフラム部４Ａにはピエゾ抵抗素子５を
形成する。また、枠状突起７上には保護膜８を介して閉
塞板９を接合し、ダイヤフラム部４Ａと閉塞板９との間
に基準圧力室を画成する。さらに、閉塞板９にはダイヤ
フラム部４Ａと対向する裏面に凹陥部１１を形成する。
これにより、凹陥部１１の底面とダイヤフラム部４Ａと
の間隔を広げることができ、枠状突起７内に異物が付着
しても圧力に応じてダイヤフラム部４Ａを撓み変形させ
ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばシリコン基
板に設けられたダイヤフラム部の撓み変形を利用して圧
力を検出するのに好適に用いられる圧力センサに関す
る。
板に設けられたダイヤフラム部の撓み変形を利用して圧
力を検出するのに好適に用いられる圧力センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、圧力センサとしては、シリコン
基板にイオン注入等を行うことにより撓み検出素子を形
成し、基板に加わる圧力を撓み変形量として検出する半
導体型の圧力センサが知られている（例えば、特開平１
１−１１８６４２号公報等）。
基板にイオン注入等を行うことにより撓み検出素子を形
成し、基板に加わる圧力を撓み変形量として検出する半
導体型の圧力センサが知られている（例えば、特開平１
１−１１８６４２号公報等）。
【０００３】この種の従来技術による圧力センサは、シ
リコン基板の裏面側にエッチング加工等を施することに
よって受圧凹溝が形成され、シリコン基板のうち該受圧
凹溝に対応する表面側の部位は、周囲の部位よりも薄肉
となった薄肉部として形成されている。また、薄肉部の
表面側には、ピエゾ抵抗素子等からなる複数の撓み検出
素子が設けられ、該各撓み検出素子は、例えばシリコン
基板に不純物イオン等を注入することによって形成され
ている。
リコン基板の裏面側にエッチング加工等を施することに
よって受圧凹溝が形成され、シリコン基板のうち該受圧
凹溝に対応する表面側の部位は、周囲の部位よりも薄肉
となった薄肉部として形成されている。また、薄肉部の
表面側には、ピエゾ抵抗素子等からなる複数の撓み検出
素子が設けられ、該各撓み検出素子は、例えばシリコン
基板に不純物イオン等を注入することによって形成され
ている。
【０００４】また、基板の表面側には、各撓み検出素子
を含めて薄肉部の中央部位を取囲む枠状突起が設けられ
ている。この場合、枠状突起は、例えば酸化シリコン等
の絶縁膜を基板上に設け、この絶縁膜にエッチング処理
等を施すことによって形成されている。そして、基板の
薄肉部のうち枠状突起に取囲まれた部位は、外部から加
わる圧力に応じて撓み変形するダイヤフラム部となって
いる。
を含めて薄肉部の中央部位を取囲む枠状突起が設けられ
ている。この場合、枠状突起は、例えば酸化シリコン等
の絶縁膜を基板上に設け、この絶縁膜にエッチング処理
等を施すことによって形成されている。そして、基板の
薄肉部のうち枠状突起に取囲まれた部位は、外部から加
わる圧力に応じて撓み変形するダイヤフラム部となって
いる。
【０００５】また、枠状突起の先端面には、例えばガラ
ス材料等からなる閉塞板が陽極接合等の手段により全周
にわたって接合されている。これにより、閉塞板は、ダ
イヤフラム部の表面側に閉塞された空間を画成し、この
閉塞空間は、例えば真空等の基準の圧力に保持された基
準圧力室となっている。
ス材料等からなる閉塞板が陽極接合等の手段により全周
にわたって接合されている。これにより、閉塞板は、ダ
イヤフラム部の表面側に閉塞された空間を画成し、この
閉塞空間は、例えば真空等の基準の圧力に保持された基
準圧力室となっている。
【０００６】そして、圧力センサの作動時には、基板の
ダイヤフラム部に裏面側（受圧凹溝側）から圧力が加わ
ると、この圧力と基準圧力室との圧力差に応じてダイヤ
フラム部が撓み検出素子と一緒に撓み変形する。これに
より、圧力センサは、撓み検出素子の変形量に応じて検
出素子の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化を圧力とし
て検出するものである。
ダイヤフラム部に裏面側（受圧凹溝側）から圧力が加わ
ると、この圧力と基準圧力室との圧力差に応じてダイヤ
フラム部が撓み検出素子と一緒に撓み変形する。これに
より、圧力センサは、撓み検出素子の変形量に応じて検
出素子の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化を圧力とし
て検出するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、枠状突起等を形成するときに、薄膜、レジ
スト等の残存物からなる異物が発生し、最大直径が例え
ば５μｍ程度にもなる異物が枠状突起内に付着すること
がある。このように枠状突起内に異物等が付着した場
合、閉塞板とダイヤフラム部との間の間隔が短いときに
は、異物が閉塞板と検出用凹溝との間に挟まってダイヤ
フラム部の撓み変形を妨げることがある。このため、従
来技術による圧力センサでは、圧力に応じた撓み変形量
が得られず、圧力の検出精度が低下するという問題があ
った。特に、枠状突起は酸化シリコン等を成膜した後に
エッチング加工等を施すことによって形成するから、枠
状突起は基板の表面に対して１μｍ程度しか突出させる
ことができず、異物の大きさに比べて閉塞板とダイヤフ
ラム部との間の間隔は短くなる傾向がある。また、全て
の圧力センサに対して異物等の付着を検査し、異物を除
去した場合には、製造コストが高くなる。
来技術では、枠状突起等を形成するときに、薄膜、レジ
スト等の残存物からなる異物が発生し、最大直径が例え
ば５μｍ程度にもなる異物が枠状突起内に付着すること
がある。このように枠状突起内に異物等が付着した場
合、閉塞板とダイヤフラム部との間の間隔が短いときに
は、異物が閉塞板と検出用凹溝との間に挟まってダイヤ
フラム部の撓み変形を妨げることがある。このため、従
来技術による圧力センサでは、圧力に応じた撓み変形量
が得られず、圧力の検出精度が低下するという問題があ
った。特に、枠状突起は酸化シリコン等を成膜した後に
エッチング加工等を施すことによって形成するから、枠
状突起は基板の表面に対して１μｍ程度しか突出させる
ことができず、異物の大きさに比べて閉塞板とダイヤフ
ラム部との間の間隔は短くなる傾向がある。また、全て
の圧力センサに対して異物等の付着を検査し、異物を除
去した場合には、製造コストが高くなる。
【０００８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、枠状突起内に異物等が
付着した場合でも圧力を精度良く検出することができる
圧力センサを提供することにある。
されたもので、本発明の目的は、枠状突起内に異物等が
付着した場合でも圧力を精度良く検出することができる
圧力センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明は、シリコン材料からなる基板と、該基板
の裏面側に厚み方向に受圧凹溝を形成することにより該
基板の表面側に設けられた薄肉部と、該薄肉部の一部を
枠状に取囲んでダイヤフラム部を形成すべく該薄肉部の
表面側に設けられた枠状突起と、前記基板のダイヤフラ
ム部に設けられ該ダイヤフラム部が圧力により撓み変形
するのを検出する撓み検出素子と、前記枠状突起に接合
して設けられ前記枠状突起によって取囲まれた空間を閉
塞する閉塞板とからなる圧力センサに適用される。
ために本発明は、シリコン材料からなる基板と、該基板
の裏面側に厚み方向に受圧凹溝を形成することにより該
基板の表面側に設けられた薄肉部と、該薄肉部の一部を
枠状に取囲んでダイヤフラム部を形成すべく該薄肉部の
表面側に設けられた枠状突起と、前記基板のダイヤフラ
ム部に設けられ該ダイヤフラム部が圧力により撓み変形
するのを検出する撓み検出素子と、前記枠状突起に接合
して設けられ前記枠状突起によって取囲まれた空間を閉
塞する閉塞板とからなる圧力センサに適用される。
【００１０】そして、請求項１の発明が採用する構成の
特徴は、閉塞板の裏面側とダイヤフラム部の表面側との
うち少なくともいずれか一方側には周囲よりも凹陥し枠
状突起によって取囲んだ空間を基板の厚み方向に広げる
凹陥部を形成したことにある。
特徴は、閉塞板の裏面側とダイヤフラム部の表面側との
うち少なくともいずれか一方側には周囲よりも凹陥し枠
状突起によって取囲んだ空間を基板の厚み方向に広げる
凹陥部を形成したことにある。
【００１１】このように構成したことにより、閉塞板の
裏面とダイヤフラム部の表面との間隔を広くすることが
できる。このため、枠状突起内に異物等が付着した場合
であっても、異物に妨げられることなく圧力に応じてダ
イヤフラム部を撓み変形させることができ、圧力の検出
精度を高めることができる。
裏面とダイヤフラム部の表面との間隔を広くすることが
できる。このため、枠状突起内に異物等が付着した場合
であっても、異物に妨げられることなく圧力に応じてダ
イヤフラム部を撓み変形させることができ、圧力の検出
精度を高めることができる。
【００１２】請求項２の発明は、凹陥部を閉塞板の裏面
側に位置して枠状突起によって取囲まれた空間の開口面
積よりも小さい開口面積をもって形成したことにある。
これにより、枠状突起と閉塞板との接合時に枠状突起に
対して閉塞板が位置ずれするときでも、凹陥部を枠状突
起内に配置することができる。このため、凹陥部が枠状
突起内から食み出したときには、ダイヤフラム部の外側
まで撓み変形し、撓み検出素子に作用する撓み変形量が
変化して圧力の検出精度が低下するのに対し、ダイヤフ
ラム部だけを変形させることができ、高精度に圧力を検
出することができる。
側に位置して枠状突起によって取囲まれた空間の開口面
積よりも小さい開口面積をもって形成したことにある。
これにより、枠状突起と閉塞板との接合時に枠状突起に
対して閉塞板が位置ずれするときでも、凹陥部を枠状突
起内に配置することができる。このため、凹陥部が枠状
突起内から食み出したときには、ダイヤフラム部の外側
まで撓み変形し、撓み検出素子に作用する撓み変形量が
変化して圧力の検出精度が低下するのに対し、ダイヤフ
ラム部だけを変形させることができ、高精度に圧力を検
出することができる。
【００１３】請求項３の発明は、凹陥部を、空間内でダ
イヤフラム部が撓み限界よりも少なく撓み変形をしたと
きにダイヤフラム部の表面と閉塞板の裏面とが接触する
深さ寸法をもって形成したことにある。
イヤフラム部が撓み限界よりも少なく撓み変形をしたと
きにダイヤフラム部の表面と閉塞板の裏面とが接触する
深さ寸法をもって形成したことにある。
【００１４】これにより、ダイヤフラム部は、撓み変形
によって破損してしまう撓み限界（最大の撓み変形）よ
りも少なく撓み変形をしたときに閉塞板と接触する。こ
のため、ダイヤフラム部が最大の撓み変形を越えて撓み
変形するのを防止し、ダイヤフラム部の破損を防ぐこと
ができ、圧力センサの耐久性、信頼性を高めることがで
きる。
によって破損してしまう撓み限界（最大の撓み変形）よ
りも少なく撓み変形をしたときに閉塞板と接触する。こ
のため、ダイヤフラム部が最大の撓み変形を越えて撓み
変形するのを防止し、ダイヤフラム部の破損を防ぐこと
ができ、圧力センサの耐久性、信頼性を高めることがで
きる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
圧力センサを添付図面に従って詳細に説明する。
圧力センサを添付図面に従って詳細に説明する。
【００１６】１は圧力センサの本体部分を構成する基板
で、該基板１は、例えばリン、砒素等の不純物イオンを
含有したｎ型のシリコン基板からなり、図１、図２に示
す如く四角形の平板状に形成されると共に、表面１Ａと
裏面１Ｂとを有している。また、基板１の裏面１Ｂ側に
は、例えば酸化シリコン等の絶縁膜２をマスクとして異
方性のエッチング加工等を施すことにより、表面１Ａに
向けて基板１の厚み方向に窪んだ略四角形状の受圧凹溝
３が設けられている。
で、該基板１は、例えばリン、砒素等の不純物イオンを
含有したｎ型のシリコン基板からなり、図１、図２に示
す如く四角形の平板状に形成されると共に、表面１Ａと
裏面１Ｂとを有している。また、基板１の裏面１Ｂ側に
は、例えば酸化シリコン等の絶縁膜２をマスクとして異
方性のエッチング加工等を施すことにより、表面１Ａに
向けて基板１の厚み方向に窪んだ略四角形状の受圧凹溝
３が設けられている。
【００１７】４は基板１の中央寄りに位置して周囲の部
位よりも薄肉に形成された四角形状の薄肉部で、該薄肉
部４は、基板１のうち受圧凹溝３の底部側に位置する表
面部位により構成されている。また、薄肉部４のうち後
述の枠状突起７に取囲まれた部位は、受圧凹溝３側に加
わる圧力に応じて撓み変形する四角形状のダイヤフラム
部４Ａとなっている。
位よりも薄肉に形成された四角形状の薄肉部で、該薄肉
部４は、基板１のうち受圧凹溝３の底部側に位置する表
面部位により構成されている。また、薄肉部４のうち後
述の枠状突起７に取囲まれた部位は、受圧凹溝３側に加
わる圧力に応じて撓み変形する四角形状のダイヤフラム
部４Ａとなっている。
【００１８】５は基板１（薄肉部４）のダイヤフラム部
４Ａに設けられた例えば４個の撓み検出素子としてのピ
エゾ抵抗素子で、該各ピエゾ抵抗素子５は、例えばホウ
素等の不純物イオンを基板１の表面１Ａ側に注入するこ
とにより細長い線状をなして形成され、ダイヤフラム部
４Ａの４辺の近傍にそれぞれ配置されている。なお、ピ
エゾ抵抗素子５は、ホウ素等をイオン注入することによ
りｐ型の半導体として形成されている。
４Ａに設けられた例えば４個の撓み検出素子としてのピ
エゾ抵抗素子で、該各ピエゾ抵抗素子５は、例えばホウ
素等の不純物イオンを基板１の表面１Ａ側に注入するこ
とにより細長い線状をなして形成され、ダイヤフラム部
４Ａの４辺の近傍にそれぞれ配置されている。なお、ピ
エゾ抵抗素子５は、ホウ素等をイオン注入することによ
りｐ型の半導体として形成されている。
【００１９】また、基板１の表面１Ａ側には、ピエゾ抵
抗素子５と一緒にイオン注入を行うことによってピエゾ
抵抗素子５よりも幅広で低抵抗な帯状の配線部５Ａ，５
Ａが設けられ、該各配線部５Ａは、個々のピエゾ抵抗素
子５の両端側に接続されると共に、枠状突起７の位置を
跨いでダイヤフラム部４Ａの外側に延びている。
抗素子５と一緒にイオン注入を行うことによってピエゾ
抵抗素子５よりも幅広で低抵抗な帯状の配線部５Ａ，５
Ａが設けられ、該各配線部５Ａは、個々のピエゾ抵抗素
子５の両端側に接続されると共に、枠状突起７の位置を
跨いでダイヤフラム部４Ａの外側に延びている。
【００２０】そして、ピエゾ抵抗素子５は、基板１に裏
面側から圧力が加わることにより、ダイヤフラム部４Ａ
と一緒に撓み変形し、このときの変形量に応じてピエゾ
抵抗素子５の抵抗値が変化するものである。
面側から圧力が加わることにより、ダイヤフラム部４Ａ
と一緒に撓み変形し、このときの変形量に応じてピエゾ
抵抗素子５の抵抗値が変化するものである。
【００２１】６は基板１の表面１Ａにほぼ全面にわたっ
て設けられた絶縁膜で、該絶縁膜６は、例えば酸化シリ
コン、窒化シリコン等の絶縁性材料により形成され、各
ピエゾ抵抗素子５と配線部５Ａとを覆っている。
て設けられた絶縁膜で、該絶縁膜６は、例えば酸化シリ
コン、窒化シリコン等の絶縁性材料により形成され、各
ピエゾ抵抗素子５と配線部５Ａとを覆っている。
【００２２】７は基板１の表面１Ａに絶縁膜６を介して
設けられた枠状突起で、該枠状突起７は、四角形の枠状
体として形成され、絶縁膜６上に突出している。そし
て、枠状突起７は、基板１のうち薄肉部４の中央部位と
各ピエゾ抵抗素子５とを取囲んで配置され、この中央部
位にダイヤフラム部４Ａを形成している。また、枠状突
起７は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁性
材料を基板１の表面１Ａに成膜した後に、ダイヤフラム
部４Ａに対応した部位等に対してエッジング加工を施す
ことによって形成され、１μｍ程度の突出寸法をもって
絶縁膜６上に突出している。そして、枠状突起７は、そ
の内側に例えば長さ寸法Ｌ1の一辺からなる略正方形状
の開口を有している。
設けられた枠状突起で、該枠状突起７は、四角形の枠状
体として形成され、絶縁膜６上に突出している。そし
て、枠状突起７は、基板１のうち薄肉部４の中央部位と
各ピエゾ抵抗素子５とを取囲んで配置され、この中央部
位にダイヤフラム部４Ａを形成している。また、枠状突
起７は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁性
材料を基板１の表面１Ａに成膜した後に、ダイヤフラム
部４Ａに対応した部位等に対してエッジング加工を施す
ことによって形成され、１μｍ程度の突出寸法をもって
絶縁膜６上に突出している。そして、枠状突起７は、そ
の内側に例えば長さ寸法Ｌ1の一辺からなる略正方形状
の開口を有している。
【００２３】８は枠状突起７と絶縁膜６とにわたって設
けられた接合膜で、該接合膜８は、例えば多結晶シリコ
ン材料等からなり、図２に示す如く枠状突起７を含めて
基板１の中央寄りの部位を覆っている。
けられた接合膜で、該接合膜８は、例えば多結晶シリコ
ン材料等からなり、図２に示す如く枠状突起７を含めて
基板１の中央寄りの部位を覆っている。
【００２４】そして、接合膜８のうち枠状突起７の先端
面を覆う部位は、枠状突起７の一部を構成し四角形の枠
状に延びた枠状部８Ａとなり、該枠状部８Ａには、例え
ば陽極接合等の手段により後述の閉塞板１０が接合され
ている。また、接合膜８の外周側には、例えば絶縁膜６
とほぼ同様の絶縁材料等により形成された層間絶縁膜９
が設けられ、該層間絶縁膜９は、枠状突起７およびその
内部を除いて基板１の表面１Ａ側をほぼ全面にわたって
覆っている。
面を覆う部位は、枠状突起７の一部を構成し四角形の枠
状に延びた枠状部８Ａとなり、該枠状部８Ａには、例え
ば陽極接合等の手段により後述の閉塞板１０が接合され
ている。また、接合膜８の外周側には、例えば絶縁膜６
とほぼ同様の絶縁材料等により形成された層間絶縁膜９
が設けられ、該層間絶縁膜９は、枠状突起７およびその
内部を除いて基板１の表面１Ａ側をほぼ全面にわたって
覆っている。
【００２５】１０は接合膜８を介して枠状突起７の先端
面に接合された閉塞板で、該閉塞板１０は、例えばガラ
ス材料等を用いて形成され、陽極接合等の手段により接
合膜８の枠状部８Ａに全周にわたって接合されている。
これにより、閉塞板１０とダイヤフラム部４Ａとの間に
は、枠状突起７に取囲まれた空間として例えば真空等の
基準の圧力をもって閉塞された基準圧力室１１が画成さ
れている。
面に接合された閉塞板で、該閉塞板１０は、例えばガラ
ス材料等を用いて形成され、陽極接合等の手段により接
合膜８の枠状部８Ａに全周にわたって接合されている。
これにより、閉塞板１０とダイヤフラム部４Ａとの間に
は、枠状突起７に取囲まれた空間として例えば真空等の
基準の圧力をもって閉塞された基準圧力室１１が画成さ
れている。
【００２６】１２は閉塞板１０の裏面側に設けられた凹
陥部で、該凹陥部１２は、エッチング加工、ブラスト加
工等を用いて例えば１〜１０μｍ程度の深さ寸法をもっ
て形成されている。これにより、閉塞板１０の裏面側と
なる凹陥部１２の底面とダイヤフラム部４Ａの表面側と
なる接合膜８との間隔寸法Ｌ0は、ダイヤフラム部４Ａ
が破損する撓み限界（最大の撓み変形）よりも少ない撓
み変形をしたときに、閉塞板１０の裏面とダイヤフラム
部４Ａの表面とが接触する値に設定されている。
陥部で、該凹陥部１２は、エッチング加工、ブラスト加
工等を用いて例えば１〜１０μｍ程度の深さ寸法をもっ
て形成されている。これにより、閉塞板１０の裏面側と
なる凹陥部１２の底面とダイヤフラム部４Ａの表面側と
なる接合膜８との間隔寸法Ｌ0は、ダイヤフラム部４Ａ
が破損する撓み限界（最大の撓み変形）よりも少ない撓
み変形をしたときに、閉塞板１０の裏面とダイヤフラム
部４Ａの表面とが接触する値に設定されている。
【００２７】また、凹陥部１２は、図３に示すように枠
状突起７の開口をなす一辺の長さ寸法Ｌ1よりも小さい
長さ寸法Ｌ2を一辺とする略正方形状の開口を有してい
る。そして、凹陥部１２の開口面積は、枠状突起７の開
口面積よりも小さい値に設定されている。
状突起７の開口をなす一辺の長さ寸法Ｌ1よりも小さい
長さ寸法Ｌ2を一辺とする略正方形状の開口を有してい
る。そして、凹陥部１２の開口面積は、枠状突起７の開
口面積よりも小さい値に設定されている。
【００２８】一方、１３は例えばアルミニウム等の金属
材料により層間絶縁膜９上に設けられた複数の配線パタ
ーンで、該各配線パターン１３は、図１、図２に示す如
く、その一端側が層間絶縁膜９と絶縁膜６とを貫通して
各ピエゾ抵抗素子５の配線部５Ａにそれぞれ接続されて
いる。また、配線パターン１３は、絶縁性の保護膜１４
によって覆われると共に、その他端側が保護膜１４の開
口部１４Ａを通じて外部の信号処理回路（図示せず）等
に接続されるものである。
材料により層間絶縁膜９上に設けられた複数の配線パタ
ーンで、該各配線パターン１３は、図１、図２に示す如
く、その一端側が層間絶縁膜９と絶縁膜６とを貫通して
各ピエゾ抵抗素子５の配線部５Ａにそれぞれ接続されて
いる。また、配線パターン１３は、絶縁性の保護膜１４
によって覆われると共に、その他端側が保護膜１４の開
口部１４Ａを通じて外部の信号処理回路（図示せず）等
に接続されるものである。
【００２９】本実施の形態による圧力センサは上述の如
き構成を有するもので、次にその作動について説明す
る。
き構成を有するもので、次にその作動について説明す
る。
【００３０】まず、圧力センサの作動時には、基板１の
受圧凹溝３に圧力が加わると、この圧力と基準圧力室１
１との圧力差に応じてダイヤフラム部４Ａが各ピエゾ抵
抗素子５と一緒に撓み変形し、この変形量に応じてピエ
ゾ抵抗素子５の抵抗値が変化する。このため、圧力セン
サは、ピエゾ抵抗素子５の抵抗値を各配線パターン１３
間の電圧、電流等によって検出し、ダイヤフラム部４Ａ
に作用する圧力を検出することができる。
受圧凹溝３に圧力が加わると、この圧力と基準圧力室１
１との圧力差に応じてダイヤフラム部４Ａが各ピエゾ抵
抗素子５と一緒に撓み変形し、この変形量に応じてピエ
ゾ抵抗素子５の抵抗値が変化する。このため、圧力セン
サは、ピエゾ抵抗素子５の抵抗値を各配線パターン１３
間の電圧、電流等によって検出し、ダイヤフラム部４Ａ
に作用する圧力を検出することができる。
【００３１】然るに、本実施の形態では、閉塞板１０に
はダイヤフラム部４Ａと対面した位置に閉塞板１０の裏
面よりも凹陥した凹陥部１２を形成したから、従来技術
のように凹陥部１２を省いた場合に比べて、基準圧力室
１１を基板１の厚み方向に広げ、閉塞板１０の凹陥部１
２底面とダイヤフラム部４の接合膜８との間隔寸法Ｌ0
を広くすることができる。このため、成膜工程を用いて
形成される枠状突起７の突出寸法が短く、かつ枠状突起
７内に異物等が付着した場合であっても、ダイヤフラム
部４Ａの撓み変形を妨げることがなくなる。この結果、
異物の有無に拘わらず圧力に応じてダイヤフラム部４Ａ
を撓み変形させることができ、圧力の検出精度を高める
ことができる。
はダイヤフラム部４Ａと対面した位置に閉塞板１０の裏
面よりも凹陥した凹陥部１２を形成したから、従来技術
のように凹陥部１２を省いた場合に比べて、基準圧力室
１１を基板１の厚み方向に広げ、閉塞板１０の凹陥部１
２底面とダイヤフラム部４の接合膜８との間隔寸法Ｌ0
を広くすることができる。このため、成膜工程を用いて
形成される枠状突起７の突出寸法が短く、かつ枠状突起
７内に異物等が付着した場合であっても、ダイヤフラム
部４Ａの撓み変形を妨げることがなくなる。この結果、
異物の有無に拘わらず圧力に応じてダイヤフラム部４Ａ
を撓み変形させることができ、圧力の検出精度を高める
ことができる。
【００３２】また、凹陥部１２は閉塞板１０の裏面側に
位置して枠状突起７による基準圧力室１１の開口面積よ
りも小さい開口面積をもって形成したから、枠状突起７
と閉塞板１０との接合時に枠状突起７に対して閉塞板１
０が位置ずれするときでも、凹陥部１２を枠状突起７内
に配置することができる。ここで、凹陥部１２が枠状突
起７内から食み出したときには、薄肉部４のうち凹陥部
１２がはみ出した部位は強度が低下するから、ダイヤフ
ラム部４Ａの外側まで撓み変形し、ピエゾ抵抗素子５に
作用する撓み変形量が変化して圧力の検出精度が低下す
る。これに対し、本実施の形態では、凹陥部１２を確実
に枠状突起７内に配置することができるから、ダイヤフ
ラム部４Ａだけを変形させることができ、高精度に圧力
を検出することができる。
位置して枠状突起７による基準圧力室１１の開口面積よ
りも小さい開口面積をもって形成したから、枠状突起７
と閉塞板１０との接合時に枠状突起７に対して閉塞板１
０が位置ずれするときでも、凹陥部１２を枠状突起７内
に配置することができる。ここで、凹陥部１２が枠状突
起７内から食み出したときには、薄肉部４のうち凹陥部
１２がはみ出した部位は強度が低下するから、ダイヤフ
ラム部４Ａの外側まで撓み変形し、ピエゾ抵抗素子５に
作用する撓み変形量が変化して圧力の検出精度が低下す
る。これに対し、本実施の形態では、凹陥部１２を確実
に枠状突起７内に配置することができるから、ダイヤフ
ラム部４Ａだけを変形させることができ、高精度に圧力
を検出することができる。
【００３３】さらに、ダイヤフラム部４Ａが撓み限界ま
で変形する以前にダイヤフラム部４Ａと閉塞板１０とが
接触するように凹陥部１２の深さ寸法を設定したから、
ダイヤフラム部４Ａが撓み変形によって破損してしまう
前にダイヤフラム部４Ａと閉塞板１０とを接触させるこ
とができる。このため、閉塞板１０をダイヤフラム部４
Ａの撓み変形を規制するストッパとして使用することが
できるから、ダイヤフラム部４Ａが撓み限界を越えて撓
み変形するのを防止し、ダイヤフラム部４Ａの破損を防
ぐことができ、圧力センサの耐久性、信頼性を高めるこ
とができる。
で変形する以前にダイヤフラム部４Ａと閉塞板１０とが
接触するように凹陥部１２の深さ寸法を設定したから、
ダイヤフラム部４Ａが撓み変形によって破損してしまう
前にダイヤフラム部４Ａと閉塞板１０とを接触させるこ
とができる。このため、閉塞板１０をダイヤフラム部４
Ａの撓み変形を規制するストッパとして使用することが
できるから、ダイヤフラム部４Ａが撓み限界を越えて撓
み変形するのを防止し、ダイヤフラム部４Ａの破損を防
ぐことができ、圧力センサの耐久性、信頼性を高めるこ
とができる。
【００３４】なお、前記実施の形態では、凹陥部１２の
開口面積を枠状突起７の開口面積よりも小さく形成する
ものとした。しかし、凹陥部１２と枠状突起７とを精度
良く位置合わせすることができる場合には、凹陥部１２
の開口面積と枠状突起７の開口面積とをほぼ同じ形状で
等しい面積に設定する構成としてもよい。
開口面積を枠状突起７の開口面積よりも小さく形成する
ものとした。しかし、凹陥部１２と枠状突起７とを精度
良く位置合わせすることができる場合には、凹陥部１２
の開口面積と枠状突起７の開口面積とをほぼ同じ形状で
等しい面積に設定する構成としてもよい。
【００３５】また、実施の形態では、閉塞板１０に凹陥
部１２を形成するものとした。しかし、本発明はこれに
限らず、図４に示す変形例のようにダイヤフラム部４Ａ
の表面側に位置する接合膜８、絶縁膜６に凹陥部２１を
形成する構成としてもよく、凹陥部２１に加えて閉塞板
１０の裏面側に凹陥部１２′を形成する構成としてもよ
い。
部１２を形成するものとした。しかし、本発明はこれに
限らず、図４に示す変形例のようにダイヤフラム部４Ａ
の表面側に位置する接合膜８、絶縁膜６に凹陥部２１を
形成する構成としてもよく、凹陥部２１に加えて閉塞板
１０の裏面側に凹陥部１２′を形成する構成としてもよ
い。
【００３６】さらに、実施の形態では、ｎ型のシリコン
材料により形成された基板１を例に挙げて述べたが、本
発明はこれに限らず、例えばｐ型のシリコン基板を用い
てもよく、また２枚のシリコン板の間に酸化膜を介在さ
せたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ）基板を用いる構成としてもよい。
材料により形成された基板１を例に挙げて述べたが、本
発明はこれに限らず、例えばｐ型のシリコン基板を用い
てもよく、また２枚のシリコン板の間に酸化膜を介在さ
せたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ）基板を用いる構成としてもよい。
【図１】本発明の実施の形態による圧力センサを示す縦
断面図である。
断面図である。
【図２】保護膜を省いた状態で図１中の矢示II−II方向
からみた圧力センサの断面図である。
からみた圧力センサの断面図である。
【図３】基板のダイヤフラム部、閉塞板の凹陥部等を拡
大して示す図１中の要部拡大断面図である。
大して示す図１中の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の変形例による圧力センサを示す縦断面
図である。
図である。
１ 基板
１Ａ 表面
１Ｂ 裏面
３ 受圧凹溝
４ 薄肉部
４Ａ ダイヤフラム部
５ ピエゾ抵抗素子（撓み検出素子）
７ 枠状突起
１０ 閉塞板
１１ 基準圧力室（空間）
１２，１２′，２１ 凹陥部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB01 CC02 DD05 EE14
FF43 GG01 GG15
4M112 AA01 BA01 CA01 CA03 CA04
CA07 CA16 DA03 DA04 DA05
DA10 DA18 EA03 EA06 EA07
EA10 EA11 FA07 FA08
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン材料からなる基板と、該基板の
裏面側に厚み方向に受圧凹溝を形成することにより該基
板の表面側に設けられた薄肉部と、該薄肉部の一部を枠
状に取囲んでダイヤフラム部を形成すべく該薄肉部の表
面側に設けられた枠状突起と、前記基板のダイヤフラム
部に設けられ該ダイヤフラム部が圧力により撓み変形す
るのを検出する撓み検出素子と、前記枠状突起に接合し
て設けられ前記枠状突起によって取囲まれた空間を閉塞
する閉塞板とによって構成してなる圧力センサにおい
て、 前記閉塞板の裏面側と前記ダイヤフラム部の表面側との
うち少なくともいずれか一方側には周囲よりも凹陥し前
記空間を前記基板の厚み方向に広げる凹陥部を形成した
ことを特徴とする圧力センサ。 - 【請求項２】 前記凹陥部は前記閉塞板の裏面側に位置
して前記枠状突起によって取囲まれた前記空間の開口面
積よりも小さい開口面積をもって形成してなる請求項１
に記載の圧力センサ。 - 【請求項３】 前記凹陥部は、前記空間内で前記ダイヤ
フラム部が撓み限界よりも少なく撓み変形をしたときに
前記ダイヤフラム部の表面と閉塞板の裏面とが接触する
深さ寸法をもって形成してなる請求項１または２に記載
の圧力センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002137211A JP2003329526A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 圧力センサ |
| US10/426,863 US6755084B2 (en) | 2002-05-13 | 2003-05-01 | Pressure sensor and method of manufacturing pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002137211A JP2003329526A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003329526A true JP2003329526A (ja) | 2003-11-19 |
Family
ID=29397552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002137211A Abandoned JP2003329526A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 圧力センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6755084B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003329526A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9360312B2 (en) | 2012-12-11 | 2016-06-07 | Seiko Epson Corporation | MEMS element, electronic device, altimeter, electronic apparatus, and moving object |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003329527A (ja) * | 2002-05-14 | 2003-11-19 | Hitachi Unisia Automotive Ltd | 圧力センサ |
| US7056085B2 (en) * | 2004-07-09 | 2006-06-06 | General Electric Company | Methods and apparatus for sensing parameters of air flows |
| JP4556784B2 (ja) * | 2005-06-27 | 2010-10-06 | 株式会社デンソー | 圧力センサ |
| US8201813B2 (en) * | 2009-04-30 | 2012-06-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Head window fixture and method |
| CN107120156A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-09-01 | 芜湖瑞德机械科技有限公司 | 一种机油压力传感器电阻片支架 |
| CN110998864B (zh) * | 2017-07-28 | 2023-09-19 | 京瓷株式会社 | 传感器元件 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4578735A (en) * | 1984-10-12 | 1986-03-25 | Knecht Thomas A | Pressure sensing cell using brittle diaphragm |
| US5295395A (en) * | 1991-02-07 | 1994-03-22 | Hocker G Benjamin | Diaphragm-based-sensors |
| JP3426498B2 (ja) | 1997-08-13 | 2003-07-14 | 株式会社日立ユニシアオートモティブ | 圧力センサ |
-
2002
- 2002-05-13 JP JP2002137211A patent/JP2003329526A/ja not_active Abandoned
-
2003
- 2003-05-01 US US10/426,863 patent/US6755084B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9360312B2 (en) | 2012-12-11 | 2016-06-07 | Seiko Epson Corporation | MEMS element, electronic device, altimeter, electronic apparatus, and moving object |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20030209079A1 (en) | 2003-11-13 |
| US6755084B2 (en) | 2004-06-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20041217 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050315 |
|
| A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20061013 |