JP2007051935A - 静電容量型圧力センサ及び静電容量型圧力センサの製造方法 - Google Patents
静電容量型圧力センサ及び静電容量型圧力センサの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 寄生容量が小さく、ダイヤフラムと固定電極との間の空間が完全密閉されており、かつ固定電極と引出電極の接続の信頼性にも優れた静電容量型圧力センサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 凹部2aと配線引出溝7が一面2b側に設けられたガラス基体2と、凹部2a内に配置された固定電極3と、一端8aが固定電極3に接続されるとともに他端8bが配線引出溝7に配置されてなる引出電極8と、配線引出溝7の一部に充填されるとともにその上面5aが一面2bと同一面を形成するガラス封止材5と、固定電極3と対向するようにガラス基体2の一面2b側に配置されたSiからなるダイヤフラム基板4とを具備してなり、ダイヤフラム基板4と、ガラス基体2の一面2b及びガラス封止材5の上面5aとの間に、凹部2aを囲む陽極接合部6が形成されていることを特徴とする静電容量型圧力センサ1を採用する。
【選択図】 図1
【解決手段】 凹部2aと配線引出溝7が一面2b側に設けられたガラス基体2と、凹部2a内に配置された固定電極3と、一端8aが固定電極3に接続されるとともに他端8bが配線引出溝7に配置されてなる引出電極8と、配線引出溝7の一部に充填されるとともにその上面5aが一面2bと同一面を形成するガラス封止材5と、固定電極3と対向するようにガラス基体2の一面2b側に配置されたSiからなるダイヤフラム基板4とを具備してなり、ダイヤフラム基板4と、ガラス基体2の一面2b及びガラス封止材5の上面5aとの間に、凹部2aを囲む陽極接合部6が形成されていることを特徴とする静電容量型圧力センサ1を採用する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、静電容量型圧力センサ及びその製造方法に関するものであり、特に、ダイヤフラムと固定電極との間の空間が完全密閉されてなる静電容量型圧力センサ及びその製造方法に関するものである。
従来、2枚の基板を接合し、両基板にそれぞれ設けた電極間の静電容量の変化として物理量を検知する静電容量型センサが知られており、下記特許文献1には、シリコン基板の接合面に引き出し部を凹設し、いずれか任意の基板に設けた電極を外部に引き出すためのポリシリコンからなる引き出し線を引き出し部内に配設し、引き出し線と引き出し部内面との隙間に絶縁膜を隙間なく設けて引き出し部を封止した静電容量型センサが開示されている。
特開平7−280684号公報
しかし、特許文献1に記載の静電容量型センサにおけるシリコン基板には、ダイヤフラム側の可動電極が設けられているために、ダイヤフラム側の電位が印加されている。一方、引き出し線には、固定電極が接続されているために固定電極側の電位が印加されている。このため、引き出し線と引き出し部内面との隙間に設けられた絶縁膜には、ダイヤフラム側の電位と固定電極側の電位とによる電位差が生じており、この電位差によって寄生容量が生じている。特許文献1における絶縁膜は、引き出し部のみならず引き出し部に連続する接続空間にも設けられているため、その形成面積が比較的大きくなっており、このため寄生容量が大きくなっている。このように、特許文献1に記載の静電容量型センサにおいては、その回路内に寄生容量が存在するために、センサの感度が低下してしまうといった問題があった。
また、特許文献1における絶縁膜は、引き出し部側面及び引き出し線を熱酸化処理することによりSiO2を成長させ、この成長させたSiO2を絶縁膜としているので、SiO2の成長が不十分の場合に絶縁膜中に隙間が生じたり、またSiO2の成長が完全だったとしても絶縁膜内部にピンホール等が発生する虞があり、この絶縁膜による封止が不完全になる虞があった。
更に、固定電極と引き出し線との間の接続が単なる圧接状態であるため、固定電極と引き出し線との接続の信頼性が低いという問題もあった。
更に、固定電極と引き出し線との間の接続が単なる圧接状態であるため、固定電極と引き出し線との接続の信頼性が低いという問題もあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、寄生容量が小さく、ダイヤフラムと固定電極との間の空間が完全密閉されており、かつ固定電極と引出電極の接続の信頼性にも優れた静電容量型圧力センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
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、凹部及びこの凹部に連通する配線引出溝が一面側に設けられたガラス基体と、前記凹部内に配置された固定電極と、一端が前記固定電極に接続されるとともに他端が前記配線引出溝に配置されてなる引出電極と、前記配線引出溝の一部に充填されるとともにその上面が前記一面と同一面を形成するガラス封止材と、前記固定電極と対向するように前記ガラス基体の一面側に配置されたSiからなるダイヤフラム基板とを具備してなり、前記ダイヤフラム基板と、前記ガラス基体の前記一面及び前記ガラス封止材の前記上面との間に、前記凹部を囲む陽極接合部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記ガラス基体及び前記ガラス封止材が耐熱ガラスから構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、前記ガラス封止材が、前記引出電極の前記他端よりも一端側に充填され、前記引出電極の前記他端が前記固定電極の端子電極とされていることが好ましい。
本発明の静電容量型圧力センサは、凹部及びこの凹部に連通する配線引出溝が一面側に設けられたガラス基体と、前記凹部内に配置された固定電極と、一端が前記固定電極に接続されるとともに他端が前記配線引出溝に配置されてなる引出電極と、前記配線引出溝の一部に充填されるとともにその上面が前記一面と同一面を形成するガラス封止材と、前記固定電極と対向するように前記ガラス基体の一面側に配置されたSiからなるダイヤフラム基板とを具備してなり、前記ダイヤフラム基板と、前記ガラス基体の前記一面及び前記ガラス封止材の前記上面との間に、前記凹部を囲む陽極接合部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記ガラス基体及び前記ガラス封止材が耐熱ガラスから構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、前記ガラス封止材が、前記引出電極の前記他端よりも一端側に充填され、前記引出電極の前記他端が前記固定電極の端子電極とされていることが好ましい。
本発明の静電容量型圧力センサにおいては、ガラス封止材が配線引出溝の一部に充填されることによって、凹部がガラス基体及びガラス封止材によって囲まれた状態になり、この上にダイヤフラム基板を重ねて陽極接合させることにより、凹部の周囲に陽極接合部を形成させることができる。
また、ガラス封止材の上面がガラス基体の一面と同一面を形成するので、ガラス封止材とガラス基体との間に段差が生じることがなく、これによりダイヤフラム基板をガラス基体に重ね合わせたときにダイヤフラム基板がガラス封止材及びガラス基体に密着され、凹部を完全に密閉させることができる。
また、ダイヤフラム基板と共に凹部を密閉する部材としてガラス封止材が用いられており、このガラス封止材は、従来のSiO2からなる絶縁膜に比べてピンホール生成等の不具合が発生する虞がないので、凹部を完全に密閉させることが可能になる。
また静電容量型圧力センサにおいては、ガラス封止材が、引出電極とダイヤフラム基板との間に挟まれた状態になるため、このガラス封止材に寄生容量が蓄積されるが、ガラス封止材の形成領域が比較的狭いので、寄生容量が増大する虞がなく、静電容量センサの感度が低下することがない。
また、ガラス封止材の上面がガラス基体の一面と同一面を形成するので、ガラス封止材とガラス基体との間に段差が生じることがなく、これによりダイヤフラム基板をガラス基体に重ね合わせたときにダイヤフラム基板がガラス封止材及びガラス基体に密着され、凹部を完全に密閉させることができる。
また、ダイヤフラム基板と共に凹部を密閉する部材としてガラス封止材が用いられており、このガラス封止材は、従来のSiO2からなる絶縁膜に比べてピンホール生成等の不具合が発生する虞がないので、凹部を完全に密閉させることが可能になる。
また静電容量型圧力センサにおいては、ガラス封止材が、引出電極とダイヤフラム基板との間に挟まれた状態になるため、このガラス封止材に寄生容量が蓄積されるが、ガラス封止材の形成領域が比較的狭いので、寄生容量が増大する虞がなく、静電容量センサの感度が低下することがない。
次に、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、ガラス基体の一面に凹部及びこの凹部に連通する配線引出溝を設け、前記凹部に固定電極を形成すると共に、一端が前記固定電極に接続されるとともに他端が前記配線引出溝に配置されてなる引出電極を形成する基体形成工程と、前記配線引出溝の一部にガラス封止材を充填してから、前記ガラス封止材の上面が前記ガラス基体の一面と同一面を形成するまで前記上面を研磨するガラス封止材形成工程と、前記固定電極と対向するように前記ガラス基体の一面側にSiからなるダイヤフラム基板を重ね合わせ、このダイヤフラム基板を前記ガラス基体の前記一面及び前記ガラス封止材の前記上面に陽極接合する接合工程と、からなることを特徴とする。
また本発明の静電容量型圧力センサの製造方法においては、前記ガラス封止材を、前記引出電極の前記他端よりも一端側に充填することが好ましい。
また本発明の静電容量型圧力センサの製造方法においては、前記ガラス封止材を、前記引出電極の前記他端よりも一端側に充填することが好ましい。
本発明の静電容量型圧力センサの製造方法によれば、配線引出溝にガラス封止材を充填してからガラス封止材の上面を研磨するので、ガラス封止材の上面が平坦面となり、これにより、ガラス封止材の上面にダイヤフラム基板を陽極接合する際にガラス封止材とダイヤフラム基板との間に隙間やピンホールが生じる虞がなく、凹部を完全に密閉させることができる。
また、ガラス封止材の上面がガラス基体の一面と同一面を形成するまで研磨するので、ガラス封止材とガラス基体との間に段差が生じることがなく、これによりダイヤフラム基板をガラス基体に重ね合わせたときにダイヤフラム基板がガラス封止材及びガラス基体に密着され、凹部を完全に密閉させることができる。
また、ガラス封止材を配線引出溝の一部に充填することによって、凹部がガラス基体及びガラス封止材によって囲まれた状態になり、この上にダイヤフラム基板を重ねて陽極接合させることにより、凹部の周囲に陽極接合部を形成させて凹部を完全に密閉できる。
更に、引出電極の形成の際に、引出電極の一端を固定電極に接続させるので、引出電極と固定電極との接続を確実に行うことができる。
また、ガラス封止材の上面がガラス基体の一面と同一面を形成するまで研磨するので、ガラス封止材とガラス基体との間に段差が生じることがなく、これによりダイヤフラム基板をガラス基体に重ね合わせたときにダイヤフラム基板がガラス封止材及びガラス基体に密着され、凹部を完全に密閉させることができる。
また、ガラス封止材を配線引出溝の一部に充填することによって、凹部がガラス基体及びガラス封止材によって囲まれた状態になり、この上にダイヤフラム基板を重ねて陽極接合させることにより、凹部の周囲に陽極接合部を形成させて凹部を完全に密閉できる。
更に、引出電極の形成の際に、引出電極の一端を固定電極に接続させるので、引出電極と固定電極との接続を確実に行うことができる。
本発明の静電容量型センサ及びその製造方法によれば、寄生容量が小さく、ダイヤフラムと固定電極との間の空間が完全密閉されており、かつ固定電極と引出電極との接続の信頼性にも優れた静電容量型圧力センサ及びその製造方法を提供できる。
以下、本発明の実施の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を示す断面模式図である。また、図2は静電容量型圧力センサを示す平面模式図であって、ダイヤフラム基板の図示を省略した図である。更に図3は、静電容量型圧力センサを示す図であって、図2のY−Y’線に対応する断面模式図である。尚、図1の断面模式図は、図2のX−X’線に対応する断面図である。
図1は本実施形態の静電容量型圧力センサを示す断面模式図である。また、図2は静電容量型圧力センサを示す平面模式図であって、ダイヤフラム基板の図示を省略した図である。更に図3は、静電容量型圧力センサを示す図であって、図2のY−Y’線に対応する断面模式図である。尚、図1の断面模式図は、図2のX−X’線に対応する断面図である。
図1〜図3に示すように、本実施形態の静電容量型圧力センサ1(以下、「圧力センサ」と表記する)は、ガラス基体2と、ガラス基体2の凹部2aに形成された固定電極3と、固定電極3に対向配置されて固定電極3と対をなす電極としてのダイヤフラム基板4と、ダイヤフラム基板4とともに凹部2aを密閉するガラス封止材5とを具備して概略構成されている。また、ダイヤフラム基板4と、ガラス基体2の一面2b及びガラス封止材5の上面5aとの境界には、凹部2aを囲む陽極接合部6が形成されており、この陽極接合部6によって凹部2aが密閉されている。
本実施形態の圧力センサ1においては、ダイヤフラム基板4が周辺雰囲気の圧力変化に伴って撓んで変形すると、ダイヤフラム基板4と固定電極3との間の間隔(ギャップ)が変化し、このギャップの変化を静電容量の変化として固定電極3とダイヤフラム基板4とにより検出することで、静電容量変化から圧力変化を検出できるように構成されている。
本実施形態の圧力センサ1においては、ダイヤフラム基板4が周辺雰囲気の圧力変化に伴って撓んで変形すると、ダイヤフラム基板4と固定電極3との間の間隔(ギャップ)が変化し、このギャップの変化を静電容量の変化として固定電極3とダイヤフラム基板4とにより検出することで、静電容量変化から圧力変化を検出できるように構成されている。
ガラス基体2は、図1〜図3に示すように板状の部材であり、例えば一辺の長さが1.0mm乃至2.0mm程度の平面視略矩形状の部材である。その一面2b側には、凹部2aと、この凹部2aに連通する配線引出溝7とが設けられている。凹部2aは、図2に示すように平面視略円形状に形成されており、直径が0.7mm乃至1.6mm程度とされ、一面2bから凹部2aの底面までの深さが0.4μm乃至1.2μm程度とされている。また、配線引出溝7は、この凹部2aの外縁部から凹部2aの径方向に沿って延在するように形成されており、配線引出溝7の長さは200μm乃至500μm程度とされ、幅は100μm乃至400μm程度とされ、一面2bから溝底面までの深さは凹部2aの深さとほぼ同程度とされている。
このガラス基体2は、耐熱ガラスから構成されており、具体的にはほうケイ酸ガラスから構成されており、更に具体的にはパイレックス(登録商標)ガラスから構成されている。
このガラス基体2は、耐熱ガラスから構成されており、具体的にはほうケイ酸ガラスから構成されており、更に具体的にはパイレックス(登録商標)ガラスから構成されている。
固定電極3は、図1及び図2に示すように、凹部2aの底面のほぼ中央に形成されている。固定電極3は、Cr/Au積層膜、Ti/Au積層膜、Cr/Al積層膜、Ti/Al積層膜等からなる平面視略円形状の薄膜電極であり、その直径が凹部2aの直径よりも小さい0.4mm乃至1.0mm程度とされ、厚みが0.1μm乃至1μm程度とされている。この固定電極3には引出電極8が接続されている。引出電極8は、凹部2aから配線引出溝7に渡って平面視略矩形状に形成されており、その一端8aが凹部2a内において固定電極3に接続されており、他端8bが配線引出溝7に配置されている。この引出電極8は、固定電極3と同様にCr/Au積層膜、Ti/Au積層膜、Cr/Al積層膜、Ti/Al積層膜等からなる薄膜電極であり、長さが150μm乃至450μm程度とされ、幅は配線引出溝7の幅より狭い50μm乃至250μm程度とされ、厚みは固定電極3の厚みとほぼ同程度とされている。
次に図1〜図3に示すように、ガラス封止材5は、配線引出溝7の一部に充填されている。またガラス封止材5は、引出電極8の他端8bよりも一端8a側に充填されている。これによりガラス封止材5は、引出電極8の他端8bを埋めることなく露出させている。即ちガラス封止材5は引出電極8の上に充填されるが、配線引出溝7の全部、即ち引出電極8の他端8bまで覆うように形成されることは望ましくない。また、ガラス封止材5は、凹部2a側にはみ出さなければ良いが、凹部2aに対するデッドスペースをできるだけ小さくすることが圧力検出に有効な観点から、できるだけ配線引出溝7の凹部2a寄りに位置させることが望ましい。
更にまた、ガラス封止材5は、配線引出溝7を区画する側壁面に接するように充填されていることが望ましい。またガラス封止材5は、その上面5aがガラス基体2の一面2bと同一面を構成するまで充填されていることが望ましい。
以上の構成によって、配線引出溝7は、ガラス封止材5によって、凹部2a側と、引出電極8の他端8b側とに分断された状態になる。また、引出電極8は、ガラス封止材5とガラス基体2との間を通って、凹部2aの外部にその他端8bが引き出された形になる。これにより引出電極8の他端8bが固定電極8の端子電極として機能する。
ガラス封止材5の配線引出溝7の長手方向に沿う長さは、例えば100μm乃至300μm程度にすることが望ましい。この長さが短すぎると、ダイヤフラム基板4との陽極接合部6が狭くなり、凹部2aの密閉性が低下してしまうので好ましくない。また、ガラス封止材5の材質は、ガラス基体2の材質と同じ材質にすることが望ましい。
更にまた、ガラス封止材5は、配線引出溝7を区画する側壁面に接するように充填されていることが望ましい。またガラス封止材5は、その上面5aがガラス基体2の一面2bと同一面を構成するまで充填されていることが望ましい。
以上の構成によって、配線引出溝7は、ガラス封止材5によって、凹部2a側と、引出電極8の他端8b側とに分断された状態になる。また、引出電極8は、ガラス封止材5とガラス基体2との間を通って、凹部2aの外部にその他端8bが引き出された形になる。これにより引出電極8の他端8bが固定電極8の端子電極として機能する。
ガラス封止材5の配線引出溝7の長手方向に沿う長さは、例えば100μm乃至300μm程度にすることが望ましい。この長さが短すぎると、ダイヤフラム基板4との陽極接合部6が狭くなり、凹部2aの密閉性が低下してしまうので好ましくない。また、ガラス封止材5の材質は、ガラス基体2の材質と同じ材質にすることが望ましい。
次に、図1及び図3に示すように、ガラス基体2の一面2b側には、少なくとも凹部2a及びガラス封止材5を覆うSiからなるダイヤフラム基板4が配置されている。このダイヤフラム基板4は、厚み0.04mm乃至0.2mm程度のシリコン(Si)基板であり、凹部2a内の固定電極3と対向するようにガラス基体2の一面2b側に配置されている。また、ダイヤフラム基板4は、ガラス基体2及びガラス封止材5によって固定電極3及び引出電極8に対して絶縁されている。更に、ダイヤフラム基板4の固定電極3と対向する面は、導電性を有していることが望ましく、ダイヤフラム基板4全体が導電性を有していても良い。以上の構成によってダイヤフラム基板4は、固定電極3とともに静電容量変化を検知する電極として機能する。ダイヤフラム基板4上には取出電極9が形成されており、この取出電極9を介してダイヤフラム基板4が外部回路に接続される。
またダイヤフラム基板4は、ガラス基体2の一面2b及びガラス封止材5の上面5aとに陽極接合されており、これにより凹部2aを囲む陽極接合部6が形成されている。陽極接合部6は、少なくとも凹部2aを囲む外周部分及び配線引出溝7の凹部2a寄りの周辺部と、ガラス封止材5の上面5aとに形成されていればよい。
凹部2aは、ダイヤフラム基板4と、凹部2aを形成するガラス基体2と、配線引出溝7に充填されたガラス封止材5によって完全に密閉されている。ダイヤフラム基板4とガラス基体2との境界面、及びダイヤフラム基板4とガラス封止材5との境界面には、凹部2aを囲むように陽極接合部6が形成されており、更に配線引出溝7にはガラス封止材5が隙間なく埋められているために、凹部2aが外気から完全に遮断された状態になっている。尚、凹部2a内の雰囲気は、圧力の検出感度を高める点から減圧雰囲気とすることが望ましい。
凹部2aにおいては、固定電極3とダイヤフラム基板4が0.3μm乃至1.1μm程度のギャップを空けて対向している。固定電極3には、前述したように引出電極8が接続されており、この引出電極8は、ガラス封止材5の下側を通って配線引出溝7に配設されており、引出電極8の他端8bが凹部2aの外部に位置している。一方、ダイヤフラム基板4には上述のように取出電極9が形成されている。そして、引出電極8の他端8bと取出電極9とを、静電容量検出用の外部回路に接続させ、この回路で静電容量の変化を検出することで、圧力変化の検出が可能になっている。
本実施形態の圧力センサ1においては、ガラス封止材5が配線引出溝7の一部に充填されることによって、凹部2aがガラス基体2及びガラス封止材5によって囲まれた状態になり、更にこの上にダイヤフラム基板4を重ねて陽極接合させることにより、凹部2aの周囲に陽極接合部6が形成されて凹部2aを完全に密閉させることができる。
また、ダイヤフラム基板4と共に凹部2aを密閉する部材としてガラス封止材5が用いられており、このガラス封止材5は、従来のSiO2からなる絶縁膜に比べてピンホール生成等の不具合が発生する虞がないので、凹部2aを完全に密閉させることができる。また、ガラス基体2とガラス封止材5は同一の材料から構成されるので、ガラス封止材5を配線引出溝7に充填させる際にガラス封止材5が配線引出溝7の壁面に良く馴染んで、ガラス封止材5による凹部2aの密閉性を高めることができる。
更に、ガラス封止材5が、引出電極8とダイヤフラム基板4との間に挟まれた状態になるため、このガラス封止材5に寄生容量が蓄積されるが、ガラス封止材5の形成領域が比較的狭いので、寄生容量が増大する虞がなく、圧力センサ1の感度の低下を防止することができる。
また、ダイヤフラム基板4と共に凹部2aを密閉する部材としてガラス封止材5が用いられており、このガラス封止材5は、従来のSiO2からなる絶縁膜に比べてピンホール生成等の不具合が発生する虞がないので、凹部2aを完全に密閉させることができる。また、ガラス基体2とガラス封止材5は同一の材料から構成されるので、ガラス封止材5を配線引出溝7に充填させる際にガラス封止材5が配線引出溝7の壁面に良く馴染んで、ガラス封止材5による凹部2aの密閉性を高めることができる。
更に、ガラス封止材5が、引出電極8とダイヤフラム基板4との間に挟まれた状態になるため、このガラス封止材5に寄生容量が蓄積されるが、ガラス封止材5の形成領域が比較的狭いので、寄生容量が増大する虞がなく、圧力センサ1の感度の低下を防止することができる。
また、ガラス基体2の一面2bとガラス封止材5の上面5aとが、同一面上に配置されることで、ガラス基体2とガラス封止材5の間に段差が生じる虞が無く、これによりダイヤフラム基板4とガラス封止材5との間に隙間が生じる虞がなく、凹部2aを完全に密閉させることができる。
更に、ガラス基体2及びガラス封止材5を耐熱ガラスで構成することにより、シリコンからなるダイヤフラム基板4との間で陽極接合部6を形成させることが出来、凹部2aを完全に密閉させることができる。
更にまた、引出電極8の他端8bが固定電極3の端子電極とされており、この他端8bはガラス基体2の一面2b側に露出されているので、ダイヤフラム基板4に設けられた取出電極9と同じ側に位置することになり、これにより圧力センサ1に対する配線接続を容易に行うことができる。
更に、ガラス基体2及びガラス封止材5を耐熱ガラスで構成することにより、シリコンからなるダイヤフラム基板4との間で陽極接合部6を形成させることが出来、凹部2aを完全に密閉させることができる。
更にまた、引出電極8の他端8bが固定電極3の端子電極とされており、この他端8bはガラス基体2の一面2b側に露出されているので、ダイヤフラム基板4に設けられた取出電極9と同じ側に位置することになり、これにより圧力センサ1に対する配線接続を容易に行うことができる。
次に、本実施形態の圧力センサ1の製造方法について説明する。この製造方法は、ガラス基体2の凹部2a及び配線引出溝7に固定電極3及び引出電極8を形成する基体形成工程と、ガラス封止材形成工程と、ガラス基体2とダイヤフラム基板4を陽極接合する接合工程と、から概略構成されている。以下、各工程について詳細に説明する。
「基体形成工程」
基体形成工程では、まず図4に示すように、耐熱ガラスからなるガラス基体2の一面2b上に凹部2a及び配線引出溝7を形成する。具体的には、ガラス基体2の一面2b全面に図示しないレジスト膜を形成してからこのレジスト膜をパターニングしてマスク層(図示略)とする。マスク層は、凹部2a及び配線引出溝7の平面視形状に対応する形状にパターニングすることが望ましい。これによりマスク層には、凹部2a及び配線引出溝7の平面視形状に対応する形状の開口部が形成される、次に、開口部から露出するガラス基体2に対してイオンミリング法によりエッチングを行って、凹部2a及び配線引出溝7を形成する。そして、マスク層を除去する。このようにしてガラス基体2の一面2b上に凹部2a及び配線引出溝7を設ける。
基体形成工程では、まず図4に示すように、耐熱ガラスからなるガラス基体2の一面2b上に凹部2a及び配線引出溝7を形成する。具体的には、ガラス基体2の一面2b全面に図示しないレジスト膜を形成してからこのレジスト膜をパターニングしてマスク層(図示略)とする。マスク層は、凹部2a及び配線引出溝7の平面視形状に対応する形状にパターニングすることが望ましい。これによりマスク層には、凹部2a及び配線引出溝7の平面視形状に対応する形状の開口部が形成される、次に、開口部から露出するガラス基体2に対してイオンミリング法によりエッチングを行って、凹部2a及び配線引出溝7を形成する。そして、マスク層を除去する。このようにしてガラス基体2の一面2b上に凹部2a及び配線引出溝7を設ける。
次に図5に示すように、凹部2a及び配線引出溝7の内部に、固定電極3及び引出電極8を形成する。引出電極8は、一端8aが固定電極3に接続されるように形成する。具体的には、ガラス基体2の一面2b及び凹部2a並びに配線引出溝7に図示しないレジスト膜を形成してからこのレジスト膜をパターニングしてマスク層(図示略)とする。マスク層には、固定電極3及び引出電極8の平面視形状に対応する形状の開口部が形成されている。次に、蒸着法若しくはスパッタリング法により導電膜を成膜し、その後にマスク層を除去する。このようにして凹部2a及び配線引出溝7に、導電膜からなる固定電極3及び引出電極8を形成する。
「ガラス封止材形成工程」
次にガラス封止材形成工程では、先ず図6に示すように、ガラス基体2の一面2b及び凹部2a並びに配線引出溝7にレジスト膜を形成してからこのレジスト膜をパターニングしてマスク層Mとする。マスク層Mには、ガラス封止材5の平面視形状に対応する形状の開口部M1が形成されている、この開口部M1は、配線引出溝7の少なくとも一部と重なるように形成されている。これにより、後工程でガラス封止材5を開口部M1に充填した際に、引出電極8の他端8bがガラス封止材5によって埋められることなく露出された状態になる。
次に、図7に示すように、ガラス封止材5をスパッタリング法で開口部M1に充填する。同時にマスク層M上にはガラス封止材5の構成材料5bが積層される。開口部M1に充填するガラス封止材5は、その上面5aが少なくともガラス基体2の一面2bから突出するまで厚く形成する。開口部M1に充填されたガラス封止材5の上面5aは、図7に示すように、開口部M1の端部側に寄るほど盛り上がった状態になる。また、ガラス封止材5を開口部M1に充填することで、ガラス封止材5と配線引出溝7の壁面とが密着された状態になる。尚、ガラス封止材5の材質は、ガラス基体2と同一の材質であることが好ましい。また、ガラス封止材5の上面5aの盛り上がりは、一般的にはステップカバレッジと呼ばれる現象によって引き起こされるものであり、スパッタリング法でガラス封止材5を形成する場合には避けられない現象である。
次にガラス封止材形成工程では、先ず図6に示すように、ガラス基体2の一面2b及び凹部2a並びに配線引出溝7にレジスト膜を形成してからこのレジスト膜をパターニングしてマスク層Mとする。マスク層Mには、ガラス封止材5の平面視形状に対応する形状の開口部M1が形成されている、この開口部M1は、配線引出溝7の少なくとも一部と重なるように形成されている。これにより、後工程でガラス封止材5を開口部M1に充填した際に、引出電極8の他端8bがガラス封止材5によって埋められることなく露出された状態になる。
次に、図7に示すように、ガラス封止材5をスパッタリング法で開口部M1に充填する。同時にマスク層M上にはガラス封止材5の構成材料5bが積層される。開口部M1に充填するガラス封止材5は、その上面5aが少なくともガラス基体2の一面2bから突出するまで厚く形成する。開口部M1に充填されたガラス封止材5の上面5aは、図7に示すように、開口部M1の端部側に寄るほど盛り上がった状態になる。また、ガラス封止材5を開口部M1に充填することで、ガラス封止材5と配線引出溝7の壁面とが密着された状態になる。尚、ガラス封止材5の材質は、ガラス基体2と同一の材質であることが好ましい。また、ガラス封止材5の上面5aの盛り上がりは、一般的にはステップカバレッジと呼ばれる現象によって引き起こされるものであり、スパッタリング法でガラス封止材5を形成する場合には避けられない現象である。
次に、図8に示すようにマスク層Mを除去してから、図9に示すようにガラス封止材5の上面5aを研磨して平坦にする。研磨の際には、ガラス封止材5の上面5aが、ガラス基体2の一面2bと同一面を形成する程度の高さまで研磨することが望ましい。また、ガラス封止材5の上面5aとガラス基体2の一面2bとを同一面とするために、ガラス封止材5の研磨とともにガラス基体2の一面2bを同時に研磨しても良い。具体的な研磨方法としては、ケミカルメカニカルポリッシング法(CMP法)や、ラッピング法等を用いることができるが、特にCMP法を用いることが好ましい。
「接合工程」
次に接合工程では、図10に示すように、真空雰囲気中において、シリコン基板からなるダイヤフラム基板4をガラス基体2の一面2b上に配置する。ダイヤフラム基板4の大きさは少なくとも、凹部2aを完全に覆うとともにガラス封止材5の上面5aを覆う程度の大きさとすることが望ましい。
ダイヤフラム基板4をガラス基体2の上に配置したならば、ダイヤフラム基板4とガラス基体2とを数百度程度に加熱し、ダイヤフラム基板4とガラス基体2にそれぞれ電極を接続させて数百V〜数kVの電圧を印加して陽極接合を行う。この陽極接合によって、ガラス基体2の一面2b及びガラス封止材5の上面5aと、ダイヤフラム基板4との境界面で化学結合が生じて陽極接合部6が形成される。陽極接合部6は、真空雰囲気において凹部2aを囲むように形成される。これにより、凹部2aの内部雰囲気が減圧雰囲気を保ったままで凹部2aが完全に密閉される。
次に接合工程では、図10に示すように、真空雰囲気中において、シリコン基板からなるダイヤフラム基板4をガラス基体2の一面2b上に配置する。ダイヤフラム基板4の大きさは少なくとも、凹部2aを完全に覆うとともにガラス封止材5の上面5aを覆う程度の大きさとすることが望ましい。
ダイヤフラム基板4をガラス基体2の上に配置したならば、ダイヤフラム基板4とガラス基体2とを数百度程度に加熱し、ダイヤフラム基板4とガラス基体2にそれぞれ電極を接続させて数百V〜数kVの電圧を印加して陽極接合を行う。この陽極接合によって、ガラス基体2の一面2b及びガラス封止材5の上面5aと、ダイヤフラム基板4との境界面で化学結合が生じて陽極接合部6が形成される。陽極接合部6は、真空雰囲気において凹部2aを囲むように形成される。これにより、凹部2aの内部雰囲気が減圧雰囲気を保ったままで凹部2aが完全に密閉される。
尚、ダイヤフラム基板4の大きさは、ガラス基体2の一面2bとほぼ同じ大きさであっても良い。この場合は、ダイヤフラム基板4を重ねることによって引出電極8の他端8bが隠れてしまうので、陽極接合の後で引出電極8の他端8bを露出させるようにダイヤフラム基板4の一部に貫通孔を設けることが望ましい。
最後に、図11に示すように、ダイヤフラム基板4上に取出電極9を形成する。取出電極9は、ダイヤフラム基板4上に図示しないマスク層を形成するとともに導電膜を形成し、マスク層を除去することで導電膜をパターニングすることによって形成される。
このようにして、図1〜図3に示す圧力センサ1が得られる。
このようにして、図1〜図3に示す圧力センサ1が得られる。
上記の圧力センサ1の製造方法によれば、配線引出溝7にガラス封止材5を充填してからガラス封止材5の上面5aを研磨するので、ガラス封止材5の上面5aが平坦面となり、これにより、ガラス封止材5の上面5aにダイヤフラム基板4を陽極接合する際にガラス封止材5とダイヤフラム基板4との間に隙間やピンホールが生じる虞がなく、凹部2aを完全に密閉させることができる。
また、ガラス封止材5を配線引出溝7の一部に充填することによって、凹部2aがガラス基体2及びガラス封止材5によって囲まれた状態になり、この上にダイヤフラム基板4を重ねて陽極接合させることにより、凹部2aの周囲に陽極接合部6を形成させて凹部2aを完全に密閉できる。
更に、引出電極8の形成の際に、引出電極8の一端8aを固定電極3に接続させるので、引出電極8と固定電極3との接続を確実に行うことができる。
また、ガラス封止材5を配線引出溝7の一部に充填することによって、凹部2aがガラス基体2及びガラス封止材5によって囲まれた状態になり、この上にダイヤフラム基板4を重ねて陽極接合させることにより、凹部2aの周囲に陽極接合部6を形成させて凹部2aを完全に密閉できる。
更に、引出電極8の形成の際に、引出電極8の一端8aを固定電極3に接続させるので、引出電極8と固定電極3との接続を確実に行うことができる。
また、ガラス基体2の一面2bとガラス封止材5の上面5aとが同一面になるまでガラス封止材5を研磨することにより、固定電極3に対してダイヤフラム基板4を平行に配置することができる。これにより、ダイヤフラム基板4と固定電極3表面との間隔を常に一定に保つことが可能となり、圧力センサ1における容量変化のバラツキを低減させることが出来、感度の良い圧力センサ1を得ることができる。
1…圧力センサ(静電容量型圧力センサ)、2…ガラス基体、2a…凹部、2b…一面、3…固定電極、4…ダイヤフラム基板、5…ガラス封止材、5a…上面、6…陽極接合部、7…配線引出溝、8…引出電極、8a…一端、8b…他端(端子電極)
Claims (5)
- 凹部及びこの凹部に連通する配線引出溝が一面側に設けられたガラス基体と、前記凹部内に配置された固定電極と、一端が前記固定電極に接続されるとともに他端が前記配線引出溝に配置されてなる引出電極と、前記配線引出溝の一部に充填されるとともにその上面が前記一面と同一面を形成するガラス封止材と、前記固定電極と対向するように前記ガラス基体の一面側に配置されたSiからなるダイヤフラム基板とを具備してなり、前記ダイヤフラム基板と、前記ガラス基体の前記一面及び前記ガラス封止材の前記上面との境界に、前記凹部を囲む陽極接合部が形成されていることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
- 前記ガラス基体及び前記ガラス封止材が耐熱ガラスから構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。
- 前記ガラス封止材が、前記引出電極の前記他端よりも一端側に充填され、前記引出電極の前記他端が前記固定電極の端子電極と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。
- ガラス基体の一面に凹部及びこの凹部に連通する配線引出溝を設け、前記凹部に固定電極を形成すると共に、一端が前記固定電極に接続されるとともに他端が前記配線引出溝に配置されてなる引出電極を形成する基体形成工程と、
前記配線引出溝の一部にガラス封止材を充填してから、前記ガラス封止材の上面が前記ガラス基体の一面と同一面を形成するまで前記上面を研磨するガラス封止材形成工程と、
前記固定電極と対向するように前記ガラス基体の一面側にSiからなるダイヤフラム基板を重ね合わせ、このダイヤフラム基板を前記ガラス基体の前記一面及び前記ガラス封止材の前記上面に陽極接合する接合工程と、からなることを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。 - 前記ガラス封止材を、前記引出電極の前記他端よりも一端側に充填することを特徴とする請求項4に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
Priority Applications (1)
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JP2005237260A JP2007051935A (ja) | 2005-08-18 | 2005-08-18 | 静電容量型圧力センサ及び静電容量型圧力センサの製造方法 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101375193B1 (ko) | 2009-10-16 | 2014-03-20 | 아즈빌주식회사 | 정전 용량형 센서 |
JP2016183971A (ja) * | 2016-06-08 | 2016-10-20 | セイコーエプソン株式会社 | 機能素子、機能素子の製造方法、物理量センサーおよび電子機器 |
US9678100B2 (en) | 2010-11-04 | 2017-06-13 | Seiko Epson Corporation | Functional device, method of manufacturing the functional device, physical quantity sensor, and electronic apparatus |
JP2018031797A (ja) * | 2017-11-15 | 2018-03-01 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量センサー素子、物理量センサーおよび電子機器 |
-
2005
- 2005-08-18 JP JP2005237260A patent/JP2007051935A/ja not_active Withdrawn
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