JP2006126127A - Capacitance type pressure sensor - Google Patents

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JP2006126127A JP2004317971A JP2004317971A JP2006126127A JP 2006126127 A JP2006126127 A JP 2006126127A JP 2004317971 A JP2004317971 A JP 2004317971A JP 2004317971 A JP2004317971 A JP 2004317971A JP 2006126127 A JP2006126127 A JP 2006126127A
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Manabu Tamura
学 田村
Takashi Hatauchi
隆史 畑内
Munemitsu Abe
宗光 阿部
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-sensitivity capacitance type pressure sensor hardly influenced by an acceleration resulting from a centrifugal force or the like. <P>SOLUTION: This capacitance type pressure sensor 1 is equipped with a diaphragm 3 and a fixed electrode arranged oppositely to the diaphragm 3 through a gap. The sensor 1 is characterized by being provided with at least one or more linear beam parts 8a, 8b on the diaphragm 3. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、静電容量型圧力センサに関するものであり、特に、高感度で誤差の少ない静電容量型圧力センサに関するものである。   The present invention relates to a capacitive pressure sensor, and more particularly to a capacitive pressure sensor with high sensitivity and less error.

静電容量型圧力センサは、小型でしかも構造が単純であることから、最近になって様々な分野において急速に普及している。一例として、自動車のタイヤの空気圧をモニタリングする手段として、静電容量型圧力センサが採用され始めている。   Capacitance-type pressure sensors are small in size and simple in structure, and have recently become widespread in various fields. As an example, a capacitive pressure sensor has begun to be adopted as a means for monitoring the air pressure of a tire of an automobile.

図11及び図12に、従来の静電容量型圧力センサを示す。従来の静電容量型圧力センサ101は、図11及び図12に示すように、Si基板102の一部を薄くして形成されたダイヤフラム103と、このダイヤフラム103に対向配置された固定電極104と、固定電極104及びSi基板102を支持する支持基板105とを主体として構成されている。ダイヤフラム103と固定電極104との間にはギャップ106が設けられており、このギャップ106が誘電体となって一種の静電容量が形成されている。
この静電容量型圧力センサ101では、流体の圧力変化に対応してダイヤフラム103が撓むことによってギャップ量が変動し、このギャップ量の変動を静電容量の変化で捉えて圧力を検知できるようになっている。
11 and 12 show a conventional capacitive pressure sensor. As shown in FIGS. 11 and 12, the conventional capacitive pressure sensor 101 includes a diaphragm 103 formed by thinning a part of the Si substrate 102, and a fixed electrode 104 disposed so as to face the diaphragm 103. The fixed electrode 104 and the support substrate 105 that supports the Si substrate 102 are mainly configured. A gap 106 is provided between the diaphragm 103 and the fixed electrode 104, and the gap 106 serves as a dielectric to form a kind of electrostatic capacity.
In this capacitance type pressure sensor 101, the gap amount is changed by the bending of the diaphragm 103 in response to the change in the pressure of the fluid, and the change in the gap amount can be detected by the change in the capacitance so that the pressure can be detected. It has become.

しかし、図11及び図12に示す従来の静電容量型圧力センサにおいては、図12の中の一点鎖線で示すように、ダイヤフラム103に圧力が加わるとダイヤフラム103自体が弾性変形することにより、ダイヤフラム103の中心部分が大きく撓む一方、周辺部分では撓み量が少なくなる。このため、ダイヤフラム103の全体の撓み量が中央部分と周辺部分とにより平均化され、結果的に撓み量が小さくなり、これに伴って静電容量の変化も小さくなり、圧力の検出感度が低下するという問題があった。   However, in the conventional capacitive pressure sensor shown in FIGS. 11 and 12, as shown by the one-dot chain line in FIG. 12, when the pressure is applied to the diaphragm 103, the diaphragm 103 itself elastically deforms. While the central portion of 103 is greatly bent, the amount of bending is reduced in the peripheral portion. For this reason, the total amount of deflection of the diaphragm 103 is averaged by the central portion and the peripheral portion, and as a result, the amount of deflection is reduced, and as a result, the change in capacitance is also reduced and the pressure detection sensitivity is lowered. There was a problem to do.

そこで、下記特許文献1には、ダイヤフラムに角錐台形状のメサ部を設けることにより、圧力の感度の直線性を向上させた圧力センサが開示されている。
特開平7−209121号公報(段落0002、図1)
Therefore, Patent Document 1 below discloses a pressure sensor that improves the linearity of pressure sensitivity by providing a diaphragm with a frustum-shaped mesa portion.
JP 7-209121 A (paragraph 0002, FIG. 1)

しかし、特許文献1に記載の圧力センサを用いて、上述の自動車用タイヤの空気圧を測定しようとした場合には、次のような問題が生じる。すなわち、特許文献1の圧力センサは、ダイヤフラムから突出したメサ部が設けられており、このメサ部は、タイヤの回転に伴う遠心力を受けて、固定電極に対して傾斜する場合がある。この場合、圧力が変化していないにかかわらず、メサ部の傾斜によって静電容量の変化が生じてしまい、圧力変化を誤って検出してしまうおそれがあった。   However, when the pressure sensor described in Patent Document 1 is used to measure the air pressure of the above-described automobile tire, the following problem occurs. That is, the pressure sensor of Patent Document 1 is provided with a mesa portion protruding from the diaphragm, and this mesa portion may be inclined with respect to the fixed electrode due to the centrifugal force accompanying the rotation of the tire. In this case, although the pressure has not changed, the change in the capacitance is caused by the inclination of the mesa portion, and there is a possibility that the pressure change is erroneously detected.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高感度で遠心力等に伴う加速度の影響が少ない静電容量型圧力センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a capacitive pressure sensor that has high sensitivity and is less affected by acceleration due to centrifugal force or the like.

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の静電容量型圧力センサは、ダイヤフラムと、該ダイヤフラムとの間にギャップを介して対向配置された固定電極とが備えられてなり、前記ダイヤフラム上に少なくとも1以上の線状の梁部が前記ダイヤフラムを囲む外周部と離間して設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
The capacitance-type pressure sensor of the present invention includes a diaphragm and a fixed electrode disposed so as to be opposed to the diaphragm via a gap, and at least one linear beam portion is provided on the diaphragm. Is provided apart from the outer peripheral portion surrounding the diaphragm.

上記の構成によれば、梁部によってダイヤフラム中央部の部分的な弾性変形が防止され、ダイヤフラム全体が変位するので、圧力の変化に伴う静電容量の変化が大きくなり、静電容量型圧力センサの感度を高めることができる。また、梁部は、加速度の影響を比較的受けにくいので、加速度を受けた場合でも圧力変化を誤って検出する虞がない。   According to the above configuration, since the partial elastic deformation of the central portion of the diaphragm is prevented by the beam portion and the entire diaphragm is displaced, the capacitance change due to the pressure change becomes large, and the capacitance type pressure sensor Can increase the sensitivity. Further, since the beam portion is relatively less susceptible to acceleration, there is no possibility of erroneously detecting a pressure change even when subjected to acceleration.

また、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記梁部が、前記ダイヤフラムの平面視中央から放射状に形成されていることが好ましい。
また、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記梁部が前記ダイヤフラムの平面視中央部を必ず通るように形成されていることが好ましい。
また、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記梁部が平面視略十字型に形成されていることが好ましい。
In the capacitive pressure sensor of the present invention, it is preferable that the beam portion is formed radially from the center of the diaphragm in plan view.
Moreover, in the capacitive pressure sensor of the present invention, it is preferable that the beam portion is formed so as to pass through the central portion of the diaphragm in plan view.
In the capacitive pressure sensor of the present invention, it is preferable that the beam portion is formed in a substantially cross shape in a plan view.

これらの構成により、ダイヤフラムの最大変位面積を広く確保することができ、静電容量型圧力センサの感度をより高めることができる。   With these configurations, the maximum displacement area of the diaphragm can be secured widely, and the sensitivity of the capacitive pressure sensor can be further increased.

また、本発明の静電容量型圧力センサは、先に記載の静電容量型圧力センサであり、前記ダイヤフラムが平面視円形に形成され、前記梁部の幅が前記ダイヤフラムの直径の5%以上15%以下の寸法とされ、かつ前記梁部の長さが前記ダイヤフラムの直径の50%以上80%以下の寸法とされていることを特徴とする。   The capacitive pressure sensor according to the present invention is the capacitive pressure sensor described above, wherein the diaphragm is formed in a circular shape in plan view, and the width of the beam portion is 5% or more of the diameter of the diaphragm. The dimension is 15% or less, and the length of the beam part is 50% or more and 80% or less of the diameter of the diaphragm.

上記の構成によれば、ダイヤフラムの全面積に対する圧力印加時の最大変位面積を、50%以上にすることができ、感度を高めることができる。   According to said structure, the maximum displacement area at the time of the pressure application with respect to the whole area of a diaphragm can be 50% or more, and a sensitivity can be improved.

また、本発明の静電容量型圧力センサは、先に記載の静電容量型圧力センサであり、前記梁部の厚みが、前記ダイヤフラムを囲む前記外周部の厚みより薄く形成されていることを特徴とする。   Further, the capacitive pressure sensor of the present invention is the capacitive pressure sensor described above, wherein the thickness of the beam portion is thinner than the thickness of the outer peripheral portion surrounding the diaphragm. Features.

この構成により、梁部は加速度の影響をより受けにくくなり、圧力変化を誤って検出する虞がより少なくなる。   With this configuration, the beam portion is less susceptible to acceleration, and the risk of erroneously detecting a pressure change is reduced.

本発明の静電容量型圧力センサによれば、圧力を高感度で検知できるとともに、加速度等の影響を排除して圧力を正確に検出することができる。   According to the capacitive pressure sensor of the present invention, pressure can be detected with high sensitivity, and pressure can be accurately detected by eliminating the influence of acceleration and the like.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。尚、図1〜図9に本発明の静電容量型圧力センサの実施形態を示すが、これらの図は静電容量型圧力センサの構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の静電容量型圧力センサの寸法関係等と必ずしも一致するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 9 show an embodiment of the capacitive pressure sensor of the present invention. These drawings are for explaining the configuration of the capacitive pressure sensor, and each part shown in the figure is illustrated. The size, thickness, dimensions, and the like do not necessarily match the actual dimensional relationship of the capacitive pressure sensor.

[第1の実施形態]
以下、第1の実施形態を図面を参照して説明する。図1は、本実施形態の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図であり、図2は、図1中A-A’線に対応する断面模式図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of the capacitive pressure sensor of the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line AA ′ in FIG.

図1及び図2に示す静電容量型圧力センサ1は、Si基板2の一部を薄くして形成されたダイヤフラム3と、このダイヤフラム3に対向配置された固定電極4と、固定電極4及びSi基板2を支持する支持基板5とを主体として構成されている。ダイヤフラム3と固定電極4との間にはギャップ6が設けられており、このギャップ6が誘電体となって一種の静電容量が形成されている。この静電容量型圧力センサ1では、流体の圧力変化に対応してダイヤフラム3が撓むことによってギャップ量が変動し、このギャップ量の変動を静電容量の変化で捉えて圧力変化を検知できるようになっている。   A capacitive pressure sensor 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 includes a diaphragm 3 formed by thinning a part of a Si substrate 2, a fixed electrode 4 opposed to the diaphragm 3, a fixed electrode 4 and It is mainly composed of a support substrate 5 that supports the Si substrate 2. A gap 6 is provided between the diaphragm 3 and the fixed electrode 4, and this gap 6 serves as a dielectric to form a kind of electrostatic capacity. In this capacitive pressure sensor 1, the gap amount varies as the diaphragm 3 bends in response to a fluid pressure change, and the change in the gap amount can be detected by a change in the capacitance to detect a pressure change. It is like that.

支持基板5は、ガラス等により構成されている。また、Si基板2は、単結晶シリコンから切り出されてなるものである。そして、Si基板2と支持基板5とが陽極接合により接合されている。   The support substrate 5 is made of glass or the like. The Si substrate 2 is cut from single crystal silicon. The Si substrate 2 and the support substrate 5 are joined by anodic bonding.

ダイヤフラム3の固定電極4側には、ギャップ6を区画する第1凹部7aが設けられている。この第1凹部7aは、図1に示すように、平面視略円形状に形成されている。また、支持基板5上には、第1凹部7aに対向するようにして、Au、Al、Cr、Pt等からなる固定電極4が配置されている。この固定電極4も、第1凹部7aの形状に対応して平面視略円形状とされている。この第1凹部7aの周囲には、支持基板3側に突出形成された接合部10が設けられている。この接合部10を介して支持基板5とSi基板2とが陽極接合されている。
また、ダイヤフラム3の固定電極4と反対側の上面3aには第2凹部7bが設けられている。この第2凹部7bは、図1に示すように、平面視矩形状に形成されている。Si基板2の両面に第1凹部7a及び第2凹部7bを設けることによって、ダイヤフラム3の厚みがSi基板2の本来の厚みよりも薄く形成されている。
A first recess 7 a that partitions the gap 6 is provided on the fixed electrode 4 side of the diaphragm 3. As shown in FIG. 1, the first recess 7a is formed in a substantially circular shape in plan view. A fixed electrode 4 made of Au, Al, Cr, Pt or the like is disposed on the support substrate 5 so as to face the first recess 7a. The fixed electrode 4 also has a substantially circular shape in plan view corresponding to the shape of the first recess 7a. Around the first concave portion 7a, a joint portion 10 is provided so as to protrude toward the support substrate 3 side. The support substrate 5 and the Si substrate 2 are anodically bonded via the bonding portion 10.
A second recess 7 b is provided on the upper surface 3 a of the diaphragm 3 opposite to the fixed electrode 4. As shown in FIG. 1, the second recess 7b is formed in a rectangular shape in plan view. By providing the first concave portion 7 a and the second concave portion 7 b on both surfaces of the Si substrate 2, the thickness of the diaphragm 3 is formed thinner than the original thickness of the Si substrate 2.

またダイヤフラム3の上面3aには梁部8が形成されている。この梁部8は、図1に示すように、平面視略十字形状に形成されている。
また、Si基板2の外周には第2凹部7bを区画する外周部9が形成されている。この外周部9は、第2凹部7b内にある梁部8よりも厚く形成されている。梁部8はこの外周部9に対して一定の間隔をあけて離間して設けられている。
A beam portion 8 is formed on the upper surface 3 a of the diaphragm 3. As shown in FIG. 1, the beam portion 8 is formed in a substantially cross shape in plan view.
Further, an outer peripheral portion 9 that partitions the second concave portion 7 b is formed on the outer periphery of the Si substrate 2. The outer peripheral portion 9 is formed thicker than the beam portion 8 in the second recess 7b. The beam portion 8 is provided so as to be spaced apart from the outer peripheral portion 9 at a predetermined interval.

梁部8は、ダイヤフラム3の平面視中央部において、線状の第1梁部8aと第2梁部8bとが相互に90°の角度で交差することにより、平面視略十字形状に形成されている。第1梁部8aが図1中縦方向に形成され、第2梁部8bが図1中横方向に形成されている。各梁部8a、8bは、ダイヤフラム3の平面視中央部Oを必ず通るように形成されている。この構成により梁部8は、ダイヤフラム3の平面視中央部Oからみて放射状に形成されている。   The beam portion 8 is formed in a substantially cross shape in plan view when the linear first beam portion 8a and the second beam portion 8b intersect each other at an angle of 90 ° in the center portion of the diaphragm 3 in plan view. ing. The first beam portion 8a is formed in the vertical direction in FIG. 1, and the second beam portion 8b is formed in the horizontal direction in FIG. Each of the beam portions 8 a and 8 b is formed so as to pass through the central portion O in plan view of the diaphragm 3. With this configuration, the beam portion 8 is formed in a radial shape when viewed from the central portion O in the plan view of the diaphragm 3.

また、第1梁部8aは、ダイヤフラム3の上面3aから突出した上面部8aと、この上面部8aの周囲に形成されて上面部8aとダイヤフラムの上面3aとを連結する傾斜部8aとから構成されている。同様に、第2梁部8bは、上面部8bと、この上面部8bの周囲に形成されて上面部8bとダイヤフラムの上面3aとを連結する傾斜部8bとから構成されている。また、各梁部8a、8bはほぼ同じ高さに形成され、これにより各上面部8a、8bがダイヤフラムのほぼ中央で同一面を形成している。 The first beam portion 8a is inclined portion 8a which connects the upper surface portion 8a 1 projecting from the upper surface 3a of the diaphragm 3, and the upper surface 3a of the upper surface portion 8a 1 is formed around the upper surface portion 8a 1 and the diaphragm 2 . Similarly, the second beam portion 8b includes a top portion 8b 1, and a sloped portion 8b 2 which connects the upper surface 3a of the upper surface portion 8b top portion 8b 1 is formed around the 1 and the diaphragm . Further, the beam portions 8a and 8b are formed at substantially the same height, whereby the upper surface portions 8a 1 and 8b 1 form the same surface at substantially the center of the diaphragm.

Si基板2は、Si単結晶から切り出されたものであり、またダイヤフラム3及び梁部8は、このSi単結晶を異方性エッチングすることにより形成されたものである。そして、第1、第2梁部8a、8bの上面部8a、8bがSiの(100)面とされ、第1、第2梁部8a、8bの傾斜部8a、8bがSiの(111)面とされている。また、ダイヤフラム3の上面3aもSiの(100)面とされている。これにより、上面部8a、8b及び上面3aに対する傾斜部8a、8bの傾斜角度が、54.7°に設定されている。 The Si substrate 2 is cut out from a Si single crystal, and the diaphragm 3 and the beam portion 8 are formed by anisotropically etching the Si single crystal. The upper surface portions 8a 1 and 8b 1 of the first and second beam portions 8a and 8b are Si (100) surfaces, and the inclined portions 8a 2 and 8b 2 of the first and second beam portions 8a and 8b are Si. (111) plane. The upper surface 3a of the diaphragm 3 is also a (100) surface of Si. Accordingly, the inclination angle of the inclined portion 8a 2, 8b 2 with respect to the upper surface portion 8a 1, 8b 1 and the upper surface 3a is set to 54.7 °.

梁部8を除いたダイヤフラム3の厚みtは、10〜60μmの範囲に設定されている。また、梁部8の厚みtは、50〜100μmの範囲に設定されている。これにより、梁部8を含むダイヤフラム3の厚みt(=t+t)は、60〜160μmの範囲に設定されている。 The thickness t 1 of the diaphragm 3 excluding the beam portion 8 is set in a range of 10 to 60 μm. The thickness t 2 of the beam portion 8 is set in a range of 50 to 100 [mu] m. Thus, the thickness t 3 of the diaphragm 3 including the beam portion 8 (= t 1 + t 2 ) is set in a range of 60~160Myuemu.

次に、図1に示すように、ダイヤフラム3の直径をdとし、第1、第2梁部8a、8bの幅をそれぞれw、wとしたとき、w、wはそれぞれ、ダイヤフラム3の直径dの5%以上15%以下の寸法とされている。また、第1、第2梁部8a、8bの長さをそれぞれm、mとしたとき、m、mはそれぞれ、ダイヤフラム3の直径dの50%以上80%以下の寸法とされている。この構成により、第1,第2梁部8a、8bがダイヤフラム3の外側へはみ出ないようになっている。なお、ここで、ダイヤフラム3の直径dとは、第1凹部7aと接合部10との境界線上の任意の点から、ダイヤフラム3の中心を通って、第1凹部7aと接合部10との境界線上の別の点までを結ぶ直線の長さである。また、第1,第2梁部8a、8bの幅w、w及び長さm、mは、傾斜部8a、8bを含む寸法である。 Next, as shown in FIG. 1, the diameter of the diaphragm 3 and d 1, the first, second beam portions 8a, when 8b width of the w 1, w 2, respectively, w 1, w 2, respectively, 15% 5% or more of the diameter d 1 of the diaphragm 3 are the following dimensions. In addition, when the lengths of the first and second beam portions 8a and 8b are m 1 and m 2 , respectively, m 1 and m 2 have dimensions of 50% or more and 80% or less of the diameter d 1 of the diaphragm 3 respectively. Has been. With this configuration, the first and second beam portions 8 a and 8 b are prevented from protruding outside the diaphragm 3. Here, the diameter d 1 of the diaphragm 3 is defined as the distance between the first recess 7 a and the joint 10 through the center of the diaphragm 3 from an arbitrary point on the boundary line between the first recess 7 a and the joint 10. This is the length of a straight line connecting up to another point on the boundary line. The widths w 1 and w 2 and the lengths m 1 and m 2 of the first and second beam portions 8a and 8b are dimensions including the inclined portions 8a 2 and 8b 2 .

次に、Si基板2の外周部9は、ダイヤフラム3の上面3aから突出した上面部9aと、この上面部9aと上面3aとの間に形成されて上面部9aと上面3aとを連結する傾斜部9aとから構成されている。上面部9aは、梁部8の上面部8a、8bよりも突出して形成されている。これにより梁部8の厚みが、外周部9の厚みよりも薄く形成されている。また、外周部の上面部9aがSiの(100)面とされ、傾斜部9aがSiの(111)面とされている。これにより、上面部9aに対する傾斜部9aの傾斜角度が、54.7°に設定されている。 Next, the outer peripheral portion 9 of the Si substrate 2, an upper surface portion 9a 1 projecting from the upper surface 3a of the diaphragm 3, and a top portion 9a 1 and the upper surface 3a is formed between the upper surface portion 9a 1 and the upper surface 3a and a inclined portion 9a 2 which connects. Upper surface portion 9a 1 is formed to protrude from the upper surface portion 8a 1, 8b 1 of the beam portion 8. Thereby, the thickness of the beam portion 8 is formed thinner than the thickness of the outer peripheral portion 9. The upper surface portion 9a 1 of the outer peripheral portion is the (100) plane of Si, the inclined portion 9a 2 is a (111) plane of Si. Accordingly, the inclination angle of the inclined portion 9a 2 with respect to the upper surface portion 9a 1, and is set to 54.7 °.

次に、上記の静電容量型圧力センサ1の動作について説明する。ダイヤフラム3は、接合部10を固定端としてギャップ6を介して支持基板5の固定電極4上に配置されている。そしてダイヤフラム3は、第2凹部7b側において測定対象となる流体と接している。測定対象の流体の圧力が高まると、ダイヤフラム3が固定電極4側に撓んでギャップ6が小さくなる。このとき、ダイヤフラム3は接合部10によって周囲が固定されているために、ダイヤフラムの周辺部よりも中央部が大きく変形して固定電極側に撓もうとする。しかしダイヤフラム3には略十字形状の梁部8が設けられており、この梁部8によってダイヤフラム3の中央部の強度が補強されているため、ダイヤフラム3の中央部のみが大きく撓むことがなく、ダイヤフラムのほぼ全体が固定電極4側に変位する。これにより、ギャップ6の変化量が梁部8を設けない場合と比べて大きくなり、静電容量の変化が大きくなって圧力感度が向上する。   Next, the operation of the capacitive pressure sensor 1 will be described. The diaphragm 3 is disposed on the fixed electrode 4 of the support substrate 5 through the gap 6 with the joint 10 as a fixed end. The diaphragm 3 is in contact with the fluid to be measured on the second recess 7b side. When the pressure of the fluid to be measured increases, the diaphragm 3 is bent toward the fixed electrode 4 and the gap 6 is reduced. At this time, since the periphery of the diaphragm 3 is fixed by the joint portion 10, the central portion is deformed more greatly than the peripheral portion of the diaphragm and tends to bend toward the fixed electrode. However, the diaphragm 3 is provided with a substantially cross-shaped beam portion 8, and the strength of the central portion of the diaphragm 3 is reinforced by the beam portion 8, so that only the central portion of the diaphragm 3 is not greatly bent. The almost entire diaphragm is displaced toward the fixed electrode 4 side. As a result, the amount of change in the gap 6 is larger than that in the case where the beam portion 8 is not provided, and the change in capacitance is increased, thereby improving the pressure sensitivity.

また、第1、第2梁部8a、8bがダイヤフラム3の中央部Oを必ず通って周辺部まで延びているので、ダイヤフラムの中央部Oのみが撓むことがなく、ダイヤフラムのほぼ全体が固定電極4側に変位し、圧力感度が向上する。
更に、梁部8が平面視略十字形状に形成されているので、ダイヤフラム3の中央部Oから周辺部分にかけての広い部分の強度を補強することができる。これにより、圧力を受けた際に変位するダイヤフラム3の変位面積を広く確保することができ、これにより静電容量の変化が大きくなって圧力感度を向上することができる。
特に、ダイヤフラムの直径dに対する梁部8の寸法w、w、m及びmを上記の範囲に設定することにより、ダイヤフラム3の全面積に対する圧力印加時の変位面積を50%以上にすることができ、感度をより向上することができる。
Further, since the first and second beam portions 8a and 8b always pass through the central portion O of the diaphragm 3 and extend to the peripheral portion, only the central portion O of the diaphragm does not bend, and almost the entire diaphragm is fixed. Displacement to the electrode 4 side improves pressure sensitivity.
Furthermore, since the beam portion 8 is formed in a substantially cross shape in plan view, the strength of a wide portion from the center portion O to the peripheral portion of the diaphragm 3 can be reinforced. As a result, a wide displacement area of the diaphragm 3 that is displaced when subjected to pressure can be secured widely, whereby the change in capacitance can be increased and pressure sensitivity can be improved.
In particular, by setting the dimensions w 1 , w 2 , m 1, and m 2 of the beam portion 8 with respect to the diaphragm diameter d 1 within the above range, the displacement area when applying pressure to the entire area of the diaphragm 3 is 50% or more. The sensitivity can be further improved.

また、梁部8の厚みが、周辺部9の厚みより低く設定されているので、梁部8全体のボリュームが小さくなり、加速度等の影響を受けにくくなる。これにより、加速度の影響を極力排除することができ、圧力センサの誤動作を防止することができる。   In addition, since the thickness of the beam portion 8 is set lower than the thickness of the peripheral portion 9, the volume of the entire beam portion 8 becomes small and is hardly affected by acceleration or the like. Thereby, the influence of acceleration can be eliminated as much as possible, and malfunction of the pressure sensor can be prevented.

次に、本実施形態の静電容量型圧力センサ1の製造方法について説明する。
まず、図3Aに示すように、単結晶のSi基板2を用意する。このSi基板2の上面2aは、Siの(100)面となっている。そして、図3Aに示すように、Si基板2の下面2b側をウエットエッチングまたはドライエッチングして第1凹部7aを形成する。この第1凹部7aが、Si基板2と支持基板5とが接合されたときにギャップ6となる。第1凹部7aの深さdは、0.5〜2.0μm程度とすることが好ましい。深さdが0.5μm未満だとギャップが狭すぎて支持基板との接合時にダイヤフラムと固定電極とが接触し、貼り付いてしまう可能性があるので好ましくない。また深さdが2.0μmを越えると圧力変化に対するギャップの変化が小さくなり、感度が低下するので好ましくない。
Next, a manufacturing method of the capacitive pressure sensor 1 of the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 3A, a single crystal Si substrate 2 is prepared. The upper surface 2a of the Si substrate 2 is a (100) surface of Si. Then, as shown in FIG. 3A, the first recess 7 a is formed by wet etching or dry etching on the lower surface 2 b side of the Si substrate 2. The first recess 7a becomes a gap 6 when the Si substrate 2 and the support substrate 5 are joined. The depth d 3 of the first recess 7a is preferably about 0.5 to 2.0 [mu] m. Depth d 3 is in contact with the diaphragm and the fixed electrode at the time of bonding between less than 0.5μm and the supporting substrate gap is too narrow, there is a possibility that sticking undesirably. The change in the gap to pressure changes when the depth d 3 exceeds 2.0μm is reduced, undesirable sensitivity decreases.

次に図3Bに示すように、Si基板2の上面2a側に図示略のマスクを重ねた状態でウエットエッチングすることにより、第2凹部7bを形成する。エッチング液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化3メチルアンモニウム(TMAH)水溶液、エチレンジアミンピロカテコール(EDP)水溶液等を用いることが好ましい。これらのエッチング液を用いてエッチングを行うことによりSi基板2が異方性エッチングされる。形成された第2凹部7bは、その底面部7bがSiの(100)面となり、底面部7bを囲む傾斜部7bがSiの(111)面となる。この傾斜部7bがのちに外周部9の傾斜部9aとなる。なお、第2凹部の深さdは50〜200μm程度とすることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 3B, the second recess 7b is formed by wet etching with a mask (not shown) overlapped on the upper surface 2a side of the Si substrate 2. As an etching solution, it is preferable to use a potassium hydroxide aqueous solution, a 3 methylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution, an ethylenediamine pyrocatechol (EDP) aqueous solution, or the like. The Si substrate 2 is anisotropically etched by performing etching using these etching solutions. The bottom surface 7b 1 of the formed second recess 7b is a (100) surface of Si, and the inclined portion 7b 2 surrounding the bottom surface 7b 1 is a (111) surface of Si. The inclined portion 7b 2 becomes the inclined portion 9a 2 of the outer peripheral portion 9 later. The depth d 4 of the second recess is preferably about 50 to 200 [mu] m.

次に図3Cに示すように、第2凹部7bの底面部7bに図示略のマスクを重ねた状態でウエットエッチングすることにより、第1、第2梁部8a、8bからなる平面視略十字形状の梁部8を形成する。エッチング液は先ほどと同様に、水酸化カリウム水溶液、TMAH水溶液、EDP水溶液を用いることが好ましい。これらのエッチング液を用いてエッチングを行うことによりSi基板2が異方性エッチングされる。形成された梁部8は、その上面部8a、8bがSiの(100)面となり、これら上面部8a、8bを囲む傾斜部8a、8bがSiの(111)面となる。梁部8の厚みtは50〜100μm程度とすることが好ましい。また、梁部8の周囲にあるダイヤフラムの厚みtは10〜60μm程度とすることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 3C, by wet etching in a laminated state not shown in the mask on the bottom portion 7b 1 of the second recess 7b, first, second beam portions 8a, viewed substantially cross consisting 8b A shaped beam portion 8 is formed. It is preferable to use a potassium hydroxide aqueous solution, a TMAH aqueous solution, or an EDP aqueous solution as the etching solution. The Si substrate 2 is anisotropically etched by performing etching using these etching solutions. The formed beam portion 8 has upper surface portions 8a 1 and 8b 1 which are Si (100) surfaces, and the inclined portions 8a 2 and 8b 2 which surround these upper surface portions 8a 1 and 8b 1 are Si (111) surfaces and Become. The thickness t 2 of the beam portion 8 is preferably about 50 to 100 [mu] m. The thickness t 1 of the diaphragm surrounding the beam portion 8 is preferably about 10 to 60 [mu] m.

そして、支持基板5上に固定電極4を形成した上で、エッチング済みのSi基板2を支持基板5上に重ねてから、真空中でSi基板2及び支持基板5を陽極接合する。このようにして、図1及び図2に示すような静電容量型圧力センサ1が得られる。   Then, after the fixed electrode 4 is formed on the support substrate 5 and the etched Si substrate 2 is overlaid on the support substrate 5, the Si substrate 2 and the support substrate 5 are anodic bonded in a vacuum. In this way, a capacitive pressure sensor 1 as shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.

[第2の実施形態]
以下、本発明の第2の実施形態を図面を参照して説明する。図4は、本発明の第2の実施形態である静電容量型圧力センサ21の構成を示す平面模式図であり、図5は、図4中B-B’線に対応する断面模式図である。なお、図4及び図5に示す構成要素の内、先の図1及び図2に示した第1の実施形態の静電容量型圧力センサの構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付けた上で、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic plan view showing the configuration of the capacitive pressure sensor 21 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line BB ′ in FIG. is there. Of the components shown in FIGS. 4 and 5, the same components as those of the capacitive pressure sensor of the first embodiment shown in FIGS. The description is omitted.

本実施形態と第1の実施形態との相違点は、平面視略十字形状の梁部に代えて、一本の線状の梁部28を設けた点である。
即ち、図4及び図5に示すように、この梁部28は、平面視略I字形状に形成されている。この梁部28は、ダイヤフラム3の平面視中央部Oを必ず通るように形成されている。この構成により梁部28は、ダイヤフラム3の平面視中央からみて放射状かつ対称に形成されている。梁部28は外周部9に対して一定の間隔をあけて離間して設けられている。
The difference between the present embodiment and the first embodiment is that a single linear beam portion 28 is provided instead of the beam portion having a substantially cross shape in plan view.
That is, as shown in FIGS. 4 and 5, the beam portion 28 is formed in a substantially I shape in plan view. The beam portion 28 is formed so as to pass through the central portion O of the diaphragm 3 in plan view. With this configuration, the beam portion 28 is formed radially and symmetrically as viewed from the center of the diaphragm 3 in plan view. The beam portion 28 is provided so as to be spaced apart from the outer peripheral portion 9 at a predetermined interval.

また、梁部28は、ダイヤフラム3の上面3aから突出した上面部28aと、この上面部28aの周囲に形成されて上面部28aとダイヤフラムの上面3aとを連結する傾斜部28aとから構成されている。
また、Si基板2は、Si単結晶から切り出されたものであり、ダイヤフラム3及び梁部28は、このSi単結晶を異方性エッチングすることにより形成されたものである。従って梁部28の上面部28aがSiの(100)面とされ、傾斜部28aがSiの(111)面とされている。また、ダイヤフラム3の上面3aもSiの(100)面とされている。これにより、上面部28a及び上面3aに対する傾斜部28aの傾斜角度が、54.7°に設定されている。
Further, the beam portion 28 includes a top surface portion 28a 1 projecting from the upper surface 3a of the diaphragm 3, an inclined portion 28a 2 which connects the upper surface 3a of the formed around the upper surface portion 28a 1 and the upper surface portion 28a 1 and the diaphragm It is composed of
The Si substrate 2 is cut from a Si single crystal, and the diaphragm 3 and the beam portion 28 are formed by anisotropically etching the Si single crystal. Thus the upper surface portion 28a 1 of the beam portion 28 is the (100) plane of Si, the inclined portion 28a 2 there is a (111) plane of Si. The upper surface 3a of the diaphragm 3 is also a (100) surface of Si. Thus, the inclination angle of the inclined portion 28a 2 with respect to the upper surface portion 28a 1 and the upper surface 3a is set to 54.7 °.

また、梁部28を除いたダイヤフラム3の厚みtは10〜60μmの範囲に設定され、梁部28の厚みtは50〜100μmの範囲に設定され、梁部28を含むダイヤフラム3の厚みt(=t+t)は60〜160μmの範囲に設定されている。 The thickness t 1 of the diaphragm 3 excluding the beam portion 28 is set in a range of 10 to 60 μm, the thickness t 2 of the beam portion 28 is set in a range of 50 to 100 μm, and the thickness of the diaphragm 3 including the beam portion 28 is set. t 3 (= t 1 + t 2 ) is set in a range of 60 to 160 μm.

次に、図4に示すように、ダイヤフラム3の直径をdとし、梁部28の幅をwとしたとき、wは直径dの5%以上15%以下の寸法とされている。また、梁部28の長さをmとしたとき、mは直径dの50%以上80%以下の寸法とされている。この構成により、梁部28がダイヤフラム3の外側にはみ出ないようになっている。なお、梁部28の幅w及び長さmは傾斜部28aを含む寸法である。 Next, as shown in FIG. 4, when the diameter of the diaphragm 3 is d 1 and the width of the beam portion 28 is w 3 , w 3 has a dimension of 5% to 15% of the diameter d 1 . . Further, when the length of the beam portion 28 is m 3 , m 3 has a dimension of 50% to 80% of the diameter d 1 . With this configuration, the beam portion 28 is prevented from protruding outside the diaphragm 3. The width w 3 and the length m 3 of the beam portion 28 are dimensions including the inclined portion 28a 2 .

本実施形態の静電容量型圧力センサ21によれば、第1の実施形態の静電容量型圧力センサと同様な効果が得られる。   According to the capacitive pressure sensor 21 of the present embodiment, the same effect as the capacitive pressure sensor of the first embodiment can be obtained.

[第3の実施形態]
以下、本発明の第3の実施形態を図面を参照して説明する。図6は、本発明の第3の実施形態である静電容量型圧力センサ31の構成を示す平面模式図であり、図7は、図6中C-C’線に対応する断面模式図である。なお、図6及び図7に示す構成要素の内、先の図1及び図2に示した第1の実施形態の静電容量型圧力センサ1の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付けた上で、その説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic plan view showing a configuration of a capacitive pressure sensor 31 according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line CC ′ in FIG. is there. Of the components shown in FIGS. 6 and 7, the same reference numerals are used for the same components as those of the capacitive pressure sensor 1 of the first embodiment shown in FIGS. The description is omitted.

本実施形態と第1の実施形態との相違点は、平面視略十字形状の梁部に加えて、この十字状の梁部を囲む第3梁部を形成することにより、平面視格子状の梁部38を設けた点である。
即ち、図6及び図7に示すように、この梁部38は、ダイヤフラム3の平面視中央部において、相互に90°の角度で交差する線状の第1梁部38a及び第2梁部38bと、これら第1、第2梁部38a、38bを囲む第3梁部38cとから構成されている。第3梁部38cは、第1、第2梁部38a、38bと90°の角度で接している。この構成により梁部38は、ダイヤフラム3の平面視中央部Oからみて放射状かつ対称に形成されている。また各梁部38a〜38cは、外周部9に対して一定の間隔をあけて離間して設けられている。
The difference between this embodiment and the first embodiment is that, in addition to the beam portion having a substantially cross shape in plan view, a third beam portion surrounding the beam portion in the cross shape is formed, thereby forming a lattice shape in plan view. This is the point where the beam portion 38 is provided.
That is, as shown in FIGS. 6 and 7, the beam portion 38 includes linear first beam portions 38 a and second beam portions 38 b that intersect each other at an angle of 90 ° in the center portion of the diaphragm 3 in plan view. And a third beam portion 38c surrounding the first and second beam portions 38a and 38b. The third beam portion 38c is in contact with the first and second beam portions 38a and 38b at an angle of 90 °. With this configuration, the beam portion 38 is formed radially and symmetrically as viewed from the central portion O in the plan view of the diaphragm 3. Further, the beam portions 38 a to 38 c are provided with a certain distance from the outer peripheral portion 9.

本実施形態の静電容量型圧力センサ31によれば、第1の実施形態の静電容量型圧力センサ1と同様な効果が得られる。   According to the capacitive pressure sensor 31 of the present embodiment, the same effect as that of the capacitive pressure sensor 1 of the first embodiment can be obtained.

[第4の実施形態]
以下、本発明の第4の実施形態を図面を参照して説明する。図8は、本発明の第5の実施形態である静電容量型圧力センサ51の構成を示す平面模式図であり、図9は、図8中E-E’線に対応する断面模式図である。なお、図8及び図9に示す構成要素の内、先の図1及び図2に示した第1の実施形態の静電容量型圧力センサ1の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付けた上で、その説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a schematic plan view showing the configuration of a capacitive pressure sensor 51 according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line EE ′ in FIG. is there. Of the components shown in FIGS. 8 and 9, the same components as those of the capacitive pressure sensor 1 of the first embodiment shown in FIGS. The description is omitted.

本実施形態の静電容量型圧力センサ51は、平面視略十字形状の梁部58を形成する点では第1の実施形態と共通する一方、梁部58の高さをSi基板の外周部59の高さと同一にした点が相異する。
即ち、図8及び図9に示すように、本実施形態の梁部58は、ダイヤフラム3の平面視中央部Oにおいて、線状の第1梁部58aと第2梁部58bとが相互に90°の角度で交差することにより、平面視略十字形状に形成されている。各梁部58a、58bは、ダイヤフラム3の平面視中央部Oを必ず通るように形成されている。この構成により梁部58は、ダイヤフラム3の平面視中央からみて対称に形成されている。また第1,第2梁部58a、58bはダイヤフラム3の外側にはみ出ないようになっている。尚、ダイヤフラム3の直径と、第1、第2梁部58a、58bの幅及び長さの寸法関係は第1の実施形態と同様である。また各梁部58a、58bは、外周部59に対して一定の間隔をあけて離間して設けられている。
The capacitive pressure sensor 51 of the present embodiment is common to the first embodiment in that a beam portion 58 having a substantially cross shape in plan view is formed, while the height of the beam portion 58 is set to the outer peripheral portion 59 of the Si substrate. The point which made it the same as the height of is different.
That is, as shown in FIGS. 8 and 9, in the beam portion 58 of the present embodiment, the linear first beam portion 58 a and the second beam portion 58 b are 90 to each other at the central portion O in the plan view of the diaphragm 3. By intersecting at an angle of °, it is formed in a substantially cross shape in plan view. Each of the beam portions 58a and 58b is formed so as to pass through the central portion O of the diaphragm 3 in plan view. With this configuration, the beam portion 58 is formed symmetrically when viewed from the center of the diaphragm 3 in plan view. Further, the first and second beam portions 58 a and 58 b do not protrude outside the diaphragm 3. The dimensional relationship between the diameter of the diaphragm 3 and the width and length of the first and second beam portions 58a and 58b is the same as that in the first embodiment. Further, the beam portions 58a and 58b are provided with a certain distance from the outer peripheral portion 59.

また、第1梁部58aは、ダイヤフラム3の上面3aから突出した上面部58aと、この上面部58aの周囲に形成されて上面部58aとダイヤフラムの上面3aとを連結する側壁部58aとから構成されている。同様に、第2梁部58bは、上面部58bと、この上面部58bの周囲に形成されて上面部58bとダイヤフラムの上面3aとを連結する側壁部58bとから構成されている。また、各梁部58a、58bはほぼ同じ高さに形成され、これにより各上面部58a、58bがダイヤフラムのほぼ中央で同一面を形成している。 The first beam portion 58a has a top surface portion 58a 1 projecting from the upper surface 3a of the diaphragm 3, the side wall portion 58a which is formed around the upper surface portion 58a 1 by connecting the upper surface 3a of the upper surface portion 58a 1 and the diaphragm 2 . Similarly, the second beam portion 58b includes an upper surface portion 58b 1, and a side wall portion 58b 2 which connects the upper surface 3a of the upper surface portion 58b upper surface portion 58b 1 is formed around the 1 and the diaphragm . Further, the beam portions 58a and 58b are formed at substantially the same height, so that the upper surface portions 58a 1 and 58b 1 form the same surface at substantially the center of the diaphragm.

Si基板2は、Si単結晶から切り出されたものであり、またダイヤフラム3及び梁部58は、このSi単結晶をドライエッチングすることにより形成されたものである。これにより、上面部58a、58b及び上面3aに対する側壁部58a、58bの傾斜角度が、90°に設定されている。 The Si substrate 2 is cut out from the Si single crystal, and the diaphragm 3 and the beam portion 58 are formed by dry etching the Si single crystal. Thereby, the inclination angle of the side wall portions 58a 2 and 58b 2 with respect to the upper surface portions 58a 1 and 58b 1 and the upper surface 3a is set to 90 °.

梁部58を除いたダイヤフラム3の厚みtは、10〜60μmの範囲に設定されている。また、梁部8の厚みtは、190〜500μmの範囲に設定されている。これにより、梁部8を含むダイヤフラム3の厚みt(=t+t)は、200〜550μmの範囲に設定されている。 The thickness t 4 of the diaphragm 3 excluding the beam portion 58 is set in a range of 10 to 60 μm. The thickness t 5 of the beam part 8 is set in a range of 190~500Myuemu. Thus, the thickness t 6 of the diaphragm 3 including the beam portion 8 (= t 4 + t 5 ) is set in a range of 200~550Myuemu.

次に、Si基板2の外周部59は、ダイヤフラム3の上面3aから突出した上面部59aと、この上面部59aと上面3aとの間に形成されて上面部59aと上面3aとを連結する側壁部59aとから構成されている。上面部59aは、梁部58の上面部58a、58bとほぼ同じ高さに形成されている。これにより梁部58の厚みが、外周部59の厚みと同一にされている。また、上面部59aに対する側壁部59aの傾斜角度が、90°に設定されている。 Next, the outer peripheral portion 59 of the Si substrate 2, an upper surface portion 59a 1 projecting from the upper surface 3a of the diaphragm 3, an upper surface portion 59a 1 and the upper surface 3a is formed between the upper surface portion 59a 1 and the upper surface 3a and a connecting side wall portion 59a 2 Prefecture. The upper surface portion 59a 1 is formed at substantially the same height as the upper surface portion 58a 1, 58b 1 of the beam portion 58. Thereby, the thickness of the beam part 58 is made the same as the thickness of the outer peripheral part 59. Further, the inclination angle of the side wall 59a 2 with respect to the upper surface portion 59a 1, and is set to 90 °.

なお、本実施形態の静電容量型圧力センサ51の製造方法は次に通りである。まず、Si基板2の上面にマスクを重ねてからドライエッチングをすることにより、平面視略十字型の梁部58を形成する。このとき、ダイヤフラムの厚みtが10μm〜50μmの範囲になるまでドライエッチングを続ける。そして、エッチングが完了したならば、エッチング済みのSi基板を真空中で支持基板5に陽極接合させる。このようにして、本実施形態の静電容量型圧力センサ51が得られる。 In addition, the manufacturing method of the electrostatic capacitance type pressure sensor 51 of this embodiment is as follows. First, a mask is placed on the upper surface of the Si substrate 2 and then dry etching is performed to form a beam portion 58 having a substantially cross shape in plan view. At this time, continued dry etching to a thickness t 4 of the diaphragm is in the range of 10 m to 50 m. When the etching is completed, the etched Si substrate is anodically bonded to the support substrate 5 in a vacuum. In this way, the capacitive pressure sensor 51 of the present embodiment is obtained.

本実施形態の静電容量型圧力センサ51によれば、第1の実施形態の静電容量型圧力センサ1と同様な効果が得られる。
更に本実施形態の静電容量型圧力センサ51によれば、Si基板2をドライエッチングして梁部58を形成するため、第1〜第4の実施形態のように梁部に傾斜部が形成されることがなく、これにより梁部を小さくすることができ、静電容量型圧力センサ51の小型化を図ることができる。
According to the capacitive pressure sensor 51 of the present embodiment, the same effect as the capacitive pressure sensor 1 of the first embodiment can be obtained.
Furthermore, according to the capacitive pressure sensor 51 of this embodiment, since the Si substrate 2 is dry-etched to form the beam portion 58, an inclined portion is formed in the beam portion as in the first to fourth embodiments. Thus, the beam portion can be reduced, and the capacitance type pressure sensor 51 can be downsized.

ギャップの厚みを0.5μmとし、ダイヤフラムの直径dを1000μmとし、ダイヤフラムの厚みtを50μmとし、梁部の厚みtを50μmとし、梁部を含むダイヤフラムの厚みtを100μmとし、直径dに対する第1、第2梁部の幅w、wを10%とし、第1、第2梁部の長さm、mを70%とすることにより、図1及び図2に示した第1の実施形態の静電容量型圧力センサと同一構成の実施例1のセンサを製造した。 The gap thickness is 0.5 μm, the diaphragm diameter d 1 is 1000 μm, the diaphragm thickness t 1 is 50 μm, the beam portion thickness t 2 is 50 μm, and the diaphragm thickness t 3 including the beam portion is 100 μm, The widths w 1 and w 2 of the first and second beam portions with respect to the diameter d 1 are set to 10%, and the lengths m 1 and m 2 of the first and second beam portions are set to 70%. The sensor of Example 1 having the same configuration as the capacitance type pressure sensor of the first embodiment shown in FIG.

ギャップの厚みを0.7μmとし、ダイヤフラムの直径dを1000μmとし、ダイヤフラムの厚みtを50μmとすることにより、図11及び図12に示した従来の静電容量型圧力センサと同一構成の比較例1のセンサを製造した。 By setting the gap thickness to 0.7 μm, the diaphragm diameter d 1 to 1000 μm, and the diaphragm thickness t 1 to 50 μm, the configuration is the same as that of the conventional capacitive pressure sensor shown in FIGS. The sensor of Comparative Example 1 was manufactured.

次に、図13及び図14に示すような比較例2の静電容量型圧力センサを製造した。図13及び図14に示す静電容量型圧力センサは、ダイヤフラム3上に、円環状の梁部68が形成されてなるものである。尚、ギャップの厚みを0.5μmとし、ダイヤフラムの直径dを1000μmとし、ダイヤフラムの厚みtを50μmとし、梁部の厚みtを100μmとし、梁部68を含むダイヤフラムの厚みtを150μmとし、円環状の梁部68の外径を500μmとし、梁部68の幅を50μmとした。 Next, a capacitive pressure sensor of Comparative Example 2 as shown in FIGS. 13 and 14 was manufactured. The capacitive pressure sensor shown in FIG. 13 and FIG. 14 is formed by forming an annular beam 68 on the diaphragm 3. The gap thickness is 0.5 μm, the diaphragm diameter d 1 is 1000 μm, the diaphragm thickness t 7 is 50 μm, the beam thickness t 8 is 100 μm, and the diaphragm thickness t 9 including the beam 68 is The outer diameter of the annular beam portion 68 was 500 μm, and the width of the beam portion 68 was 50 μm.

実施例1、比較例1及び2の静電容量型圧力センサについて、圧力を0〜500kPaまで加圧したときの静電容量の変化を調査した。図10に、圧力と静電容量との関係を示す。
図10に示すように、実施例1の静電容量型圧力センサは、圧力変化に対する静電容量の変化量が、比較例1及び2に対して大きくなっていることが分かる。これに対し、比較例1のセンサは、0kPaの時の静電容量自体が小さく、更に、圧力変化に対する静電容量の変化量も実施例1と比べて小さいことがわかる。これは、実施例1の圧力センサでは、十字形状の梁部が設けられているため、圧力印加時のダイヤフラムの変位部分の面積が大きくなり、静電容量の変化が大きくなったものと考えられる。
次に、図10に示すように、比較例2の静電容量型圧力センサは、0〜100kPaの時の静電容量自体は実施例1とほぼ同等であるが、100kPaを越えると静電容量の変化量が実施例1より小さいことが分かる。これは、比較例2の梁部の形状が円環状であるため、ダイヤフラムの中央部分には梁部が形成されておらず、これにより梁部によってダイヤフラムを補強することができずに、ダイヤフラムの中央部分のみの撓み量が大きくなり、圧力印加時のダイヤフラムの変位部分の面積が小さくなって、静電容量の変化が小さいままであったためと考えられる。
For the capacitance type pressure sensors of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the change in capacitance when the pressure was increased to 0 to 500 kPa was investigated. FIG. 10 shows the relationship between pressure and capacitance.
As shown in FIG. 10, it can be seen that the capacitance type pressure sensor of Example 1 has a larger amount of change in capacitance with respect to pressure change than Comparative Examples 1 and 2. On the other hand, it can be seen that the sensor of Comparative Example 1 has a small capacitance itself at 0 kPa, and further, the amount of change in the capacitance with respect to the pressure change is smaller than that in Example 1. This is presumably because the pressure sensor of Example 1 is provided with a cross-shaped beam portion, so that the area of the displacement portion of the diaphragm when pressure is applied is increased, and the change in capacitance is increased. .
Next, as shown in FIG. 10, the capacitance type pressure sensor of Comparative Example 2 is substantially the same in capacitance at 0 to 100 kPa as in Example 1, but the capacitance exceeds 100 kPa. It can be seen that the amount of change is smaller than Example 1. This is because the shape of the beam portion of Comparative Example 2 is annular, so that the beam portion is not formed at the center portion of the diaphragm, and the diaphragm cannot be reinforced by the beam portion. This is considered to be because the amount of deflection only at the central portion is increased, the area of the displaced portion of the diaphragm when pressure is applied is reduced, and the change in capacitance remains small.

尚、本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、第4の実施形態において、梁部の形状を十字形状に限らず、線状にしたり、放射状にしても良い。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the fourth embodiment, the shape of the beam portion is not limited to the cross shape, but may be linear or radial.

図1は本発明の第1の実施形態の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a capacitive pressure sensor according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1のA-A’線に対応する断面模式図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line A-A ′ of FIG. 1. 図3は本発明の第1の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための工程図。FIG. 3 is a process diagram for explaining a method of manufacturing the capacitive pressure sensor according to the first embodiment of the present invention. 図4は本発明の第2の実施形態の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。FIG. 4 is a schematic plan view showing the configuration of the capacitive pressure sensor according to the second embodiment of the present invention. 図5は、図4のB-B’線に対応する断面模式図。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line B-B ′ of FIG. 4. 図6は本発明の第3の実施形態の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of a capacitive pressure sensor according to a third embodiment of the present invention. 図7は、図6のC-C’線に対応する断面模式図。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line C-C ′ of FIG. 6. 図8は本発明の第4の実施形態の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。FIG. 8 is a schematic plan view showing a configuration of a capacitive pressure sensor according to a fourth embodiment of the present invention. 図9は、図8のE-E’線に対応する断面模式図。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line E-E ′ of FIG. 8. 図10は、実施例1及び比較例1,2の静電容量型圧力センサの圧力と静電容量との関係を示すグラフ。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the pressure and capacitance of the capacitive pressure sensors of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. 図11は従来の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。FIG. 11 is a schematic plan view showing the configuration of a conventional capacitance type pressure sensor. 図12は、図11のF-F’線に対応する断面模式図。12 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line F-F ′ in FIG. 11. 図13は比較例2の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。FIG. 13 is a schematic plan view showing the configuration of a capacitive pressure sensor of Comparative Example 2. 図14は、図13のG-G’線に対応する断面模式図。14 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line G-G ′ of FIG. 13.

符号の説明Explanation of symbols

1…静電容量型圧力センサ、3…ダイヤフラム、4…固定電極、6…ギャップ、8a、8b…梁部、9…外周部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Capacitance type pressure sensor, 3 ... Diaphragm, 4 ... Fixed electrode, 6 ... Gap, 8a, 8b ... Beam part, 9 ... Outer peripheral part

Claims (6)

ダイヤフラムと、該ダイヤフラムとの間にギャップを介して対向配置された固定電極とが備えられてなり、前記ダイヤフラム上に少なくとも1以上の線状の梁部が前記ダイヤフラムを囲む外周部と離間して設けられていることを特徴とする静電容量型圧力センサ。   A diaphragm and a fixed electrode disposed opposite to each other through a gap are provided, and at least one or more linear beam portions are separated from an outer peripheral portion surrounding the diaphragm on the diaphragm. A capacitance-type pressure sensor characterized by being provided. 前記梁部が、前記ダイヤフラムの平面視中央から放射状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の静電容量型圧力センサ。   The capacitive pressure sensor according to claim 1, wherein the beam portion is formed radially from the center of the diaphragm in plan view. 前記梁部が前記ダイヤフラムの平面視中央部を必ず通るように形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の静電容量型圧力センサ。   The capacitive pressure sensor according to claim 1 or 2, wherein the beam portion is formed so as to pass through a central portion of the diaphragm in plan view. 前記梁部が平面視略十字型に形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。   4. The capacitive pressure sensor according to claim 1, wherein the beam portion is formed in a substantially cross shape in a plan view. 前記ダイヤフラムが平面視円形に形成され、前記梁部の幅が前記ダイヤフラムの直径の5%以上15%以下の寸法とされ、かつ前記梁部の長さが前記ダイヤフラムの直径の50%以上80%以下の寸法とされていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。   The diaphragm is formed in a circular shape in plan view, the width of the beam portion is set to a dimension of 5% to 15% of the diameter of the diaphragm, and the length of the beam portion is 50% to 80% of the diameter of the diaphragm. 5. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein the capacitance type pressure sensor has the following dimensions. 前記梁部の厚みが、前記ダイヤフラムを囲む前記外周部の厚みより薄く形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。

6. The capacitive pressure sensor according to claim 1, wherein a thickness of the beam portion is formed thinner than a thickness of the outer peripheral portion surrounding the diaphragm.

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007327922A (en) * 2006-06-09 2007-12-20 Epson Toyocom Corp Pressure sensor and diaphragm for same
JP2008107214A (en) * 2006-10-26 2008-05-08 Yamatake Corp Capacitance type pressure sensor
WO2009131006A1 (en) * 2008-04-24 2009-10-29 パナソニック電工株式会社 Pressure sensor
JPWO2011039798A1 (en) * 2009-09-29 2013-02-21 パイオニア株式会社 MEMS sensor and sensor array including the same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007327922A (en) * 2006-06-09 2007-12-20 Epson Toyocom Corp Pressure sensor and diaphragm for same
JP2008107214A (en) * 2006-10-26 2008-05-08 Yamatake Corp Capacitance type pressure sensor
WO2009131006A1 (en) * 2008-04-24 2009-10-29 パナソニック電工株式会社 Pressure sensor
JP2009264890A (en) * 2008-04-24 2009-11-12 Panasonic Electric Works Co Ltd Pressure sensor
US8201455B2 (en) 2008-04-24 2012-06-19 Panasonic Corporation Pressure sensor having thin film sections
JPWO2011039798A1 (en) * 2009-09-29 2013-02-21 パイオニア株式会社 MEMS sensor and sensor array including the same

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