JP2007078406A

JP2007078406A - 振動式圧力センサ及び振動式圧力センサの製造方法

Info

Publication number: JP2007078406A
Application number: JP2005263877A
Authority: JP
Inventors: Sunao Nishikawa; 直西川
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】耐圧性能が改善された振動式圧力センサ及び振動式圧力センサの製造方法を提供する。
【解決手段】測定圧が印加されるダイアフラムに設けられ、固有振動で発振する梁状の振動子と、前記振動子を覆うように形成されたシェル部とを備えた振動式圧力センサにおいて、前記シェル部は、前記振動子側に凸形に形成されたシェル部突起を備えたことを特徴とする振動式圧力センサ。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動式圧力センサ及び振動式圧力センサの製造方法に関し、特に、耐圧性能が改善された振動式圧力センサ及び振動式圧力センサの製造方法に関する。

以下に図３及び図４に基づいて従来の半導体センサを説明する。図３は振動式圧力センサを示す構成図であり、図３（Ａ）は上部から見た平面図、図３（Ｂ）は断面図を示す。

同図において、センサチップ１１は、シリコンから形成され、サポートガラス１２はガラスから形成され、センサチップ１１とサポートガラス１２とは陽極接合１３により接合されている。

そして、測定圧は、サポートガラス１２に設けられた連通孔７を介して圧力導入室６に与えられ、ダイアフラム３に印加される。さらに、振動子１４は固有振動で発振し、測定圧に基づく変位を電気信号として検出する。

また、図４は従来の振動式圧力センサの要部を示す構成断面図であり、図３の実施例の領域Ａの拡大断面図である。

同図において、振動子１４はダイアフラム３に設けられる。そして、振動子１４は、周囲温度または静水圧の影響を減少させるために、差動構成をとるように形成する。具体的には、振動子１４は２本配置される。さらに、振動子１４は、例えば、Ｈ型に形成され、その両端は固定される。

また、従来の振動式圧力センサは耐圧性能を改善する凸部を有するダンピング手段を備えたものもある（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−０４３１９８号公報

しかしながら、従来の振動式圧力センサにおいて、過大圧力が印加された場合、ダイアフラムの中央部の振動子には、圧力レンジのフルスケール以上の圧縮歪が印加されるという課題がある。そして、振動子が座屈すると共振周波数の測定ができなくなるという課題がある。

また、振動子が座屈させないように設計すると、振動子の動作歪範囲が制限され、圧力伝送器の正常動作範囲と耐圧性能が制約されるという課題がある。

このようなことにより、異常出力を出さないように、センサ感度を下げ（即ち性能を低下させる）、正常動作範囲を限定（即ち耐圧性能を低下させる）する、ことを余儀なくされているという課題がある。

本発明の目的は、以上説明した課題を解決するものであり、耐圧性能が改善された振動式圧力センサ及び振動式圧力センサの製造方法を提供することにある。

なお、このような課題を解決する本願出願人に係る特願２００４−２０９２９０「振動式圧力センサ」は、柱状の支持部を備える。

このような目的を達成する本発明は、次の通りである。
（１）測定圧が印加されるダイアフラムに設けられ、固有振動で発振する梁状の振動子と、前記振動子を覆うように形成されたシェル部とを備えた振動式圧力センサにおいて、前記シェル部は、前記振動子側に凸形に形成されたシェル部突起を備えたことを特徴とする振動式圧力センサ。
（２）前記振動子と前記ダイアフラムとの間に柱状に形成された支持部を備え、前記振動子は、前記ダイアフラム側の端部に凸形に形成された振動子突起を備えたことを特徴とする（１）記載の振動式圧力センサ。
（３）測定圧が印加されるダイアフラムに設けられ、固有振動で発振する梁状の振動子と、前記振動子を覆うように形成されたシェル部とを備える振動式圧力センサの製造方法において、前記振動子の端部に対応する位置に凹部を有するシリコン酸化膜を形成し、前記ダイアフラムの電極リード部に対応する位置に凹部を形成するステップ、ポリシリコン成膜により、凸形に形成された振動子突起を備えた前記振動子と前記振動子と前記ダイアフラムとの間に柱状に形成された支持部とを形成するステップ、化学気相成長法によりシリコン酸化膜を形成し、前記シェル部の前記振動子側の位置に凹部を形成するステップ、ポリシリコン成膜により凸形に形成されたシェル部突起を備えた前記シェル部を形成するステップ、エッチング用通路を形成し、前記シリコン酸化膜を除去し、前記エッチング用通路を封止するステップ、を備えたことを特徴とする振動式圧力センサの製造方法。

本発明によれば次のような効果がある。
本発明によれば、耐圧性能が改善された振動式圧力センサ及び振動式圧力センサの製造方法を提供できる。

詳しくは、本発明によれば、振動子に印加される圧縮歪を抑制できる。また、本発明によれば、振動子の動作範囲を広げることができ、レンジアビリティを向上でき、感度がアップできる。

以下に図１に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例の要部を示す構成断面図である。また、図１の実施例は図３の実施例の領域Ａの拡大断面図である。

図１の実施例の特徴は、シェル部突起１８の構成にある。また、図１の実施例の特徴は、支持部１７と振動子突起１９との構成にある。

振動子１４は、測定圧が印加されるダイアフラムに設けられる。また、振動子１４は、梁状に形成される。そして、振動子１４は、固有振動で発振する。

また、振動子１４は、振動子１４とダイアフラム３の電極リード部との間に柱状に形成された支持部１７を備える。

さらに、振動子１４は、一方の端部に凸形に形成された振動子突起１９を備える。また、振動子１４の他方の端部は、ダイアフラム３に固定される。

また、シェル部１５は、振動子１４を覆うように形成される。そして、シェル部１５は、振動子１４の周囲を真空状態に保持し、振動子１４を保護する。さらにまた、例えば、シェル部１５は、シェル部１５に流れる漏れ電流が小さくなるように形成される。

さらに、シェル部１５は、振動子１４側に凸形に形成されたシェル部突起１８を備える。

このように形成された図１の実施例の動作を説明する。
過大圧が印加されると、シェル部１５が図１中の破線のようにたわみ、シェル部突起１８が振動子１４を下方向に押し下げる。

このことにより、振動子１４には引張り歪が生じ、過大圧印加による振動子１４の圧縮歪が緩和される。即ち、シェル部突起１８は過大圧印加による圧縮歪を緩和する。

さらに、更に過大な圧力が印加されると、振動子突起１９が、振動子１４の過剰な変形を阻止する。即ち、シェル部突起１８に基づく振動子突起１９は引張り歪を制限する。

したがって、図１の実施例は、過大圧の印加による振動子の圧縮歪を抑制できる。そして、このため、図１の実施例は、振動子の動作範囲を広げることができる。

また、図１の実施例において、シェル部突起１８の位置を調整することにより、振動子１４に生ずる引張り歪を調整できる。

以下に図２に基づいて本発明の製造方法を詳細に説明する。図２は、図１の実施例の要部の製造方法の各工程における構成断面図である。

図２（ａ）の工程において、シリコン基板２３はｎ形で形成される。また、電極リード部２２はＰ＋拡散により形成される。さらに、シリコン酸化膜２１はフォトリソグラフィ（フォトリソ）とエッチングとにより形成される。

次に、図２（ｂ）の工程において、シリコン酸化膜ＳｉＯ２（ＢＳＧ）除去後、フォトリソグラフィとエッチングとにより、再度、シリコン酸化膜２４が形成される。

また、シリコン酸化膜２４は、振動子の端部に対応する位置に凹部４１を備える。さらに、一方の電極リード部２２に対応する位置に凹部４２を形成する。

その次に、図２（ｃ）の工程において、全面に減圧気相化学成長法（ＬＰＣＶＤ）とＰ＋＋拡散（Ｂ拡散）とにより、ポリシリコン成膜２５を形成する。

その次に、図２（ｄ）の工程において、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、振動子に相当するポリシリコン２６を形成する。

そして、ポリシリコン（振動子部）２６は、一方の端部に凸形に形成された振動子突起３４を備える。また、ポリシリコン（振動子部）２６は、振動子と電極リード部２２との間に柱状に形成された支持部３５を備える。さらに、ポリシリコン（振動子部）２６の他方の端部は他方の電極リード部２２に固定される。

その次に、図２（ｅ）の工程において、化学気相成長法（ＣＶＤ）により、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２７が形成される。また、フォトリソグラフィにより、シェル部の振動子２６側の位置に凹部４３を形成する。

さらに、シェル部に相当するポリシリコン成膜２８を形成する。また、ポリシリコン成膜２８は、凸形に形成されたシェル部突起３２を備える。

その次に、図２（ｆ）の工程において、エッチング用通路３１を形成する。そして、エッチングにより、シリコン酸化膜２１，２４，２７を除去する。

その次に、図２（ｇ）の工程において、エッチング用通路３１を真空で封止する。詳しくは、減圧気相化学成長法（ＬＰＣＶＤ）により真空中でポリシリコンなどにより封止する。

また、シェル部はシェル部突起３２を備え、振動子は振動子突起３４を備える。また、図２の実施例は、真空室３３と支持部３５とを備える。

最後に、電極（ＡＬ等）を形成し、シリコンダイアフラムを加工（ＫＯＨエッチング）し、振動式圧力センサを形成する（図示せず）。

このように、図１の実施例の製造方法は、簡便・低コストの工程で形成できる。

本発明は、上述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲でさらに多くの変更及び変形を含むものである。

本発明の一実施例の要部を示す構成断面図である。図１の実施例の要部の製造方法の各工程における構成断面図である。振動式圧力センサを示す構成図である。従来の振動式圧力センサの要部を示す構成断面図である。

符号の説明

３ダイアフラム
６圧力導入室
７連通孔
１１センサチップ
１２サポートガラス
１３陽極接合
１４振動子
１５シェル
１７，３５支持部
１８，３２シェル部突起
１９，３４振動子部突起
２１，２４シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）
２２電極リード部
２３シリコン基板
２５ポリシリコン成膜（振動子部）及びＰ＋＋拡散
２６ポリシリコン（振動子部）
２７ポリシリコン（シェル部）
３１エッチング用通路
３３真空室
４１，４２，４３凹部

Claims

測定圧が印加されるダイアフラムに設けられ、固有振動で発振する梁状の振動子と、前記振動子を覆うように形成されたシェル部とを備えた振動式圧力センサにおいて、
前記シェル部は、前記振動子側に凸形に形成されたシェル部突起を備えた
ことを特徴とする振動式圧力センサ。
前記振動子と前記ダイアフラムとの間に柱状に形成された支持部を備え、
前記振動子は、前記ダイアフラム側の端部に凸形に形成された振動子突起を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の振動式圧力センサ。
測定圧が印加されるダイアフラムに設けられ、固有振動で発振する梁状の振動子と、前記振動子を覆うように形成されたシェル部とを備える振動式圧力センサの製造方法において、
前記振動子の端部に対応する位置に凹部を有するシリコン酸化膜を形成し、前記ダイアフラムの電極リード部に対応する位置に凹部を形成するステップ、
ポリシリコン成膜により、凸形に形成された振動子突起を備えた前記振動子と前記振動子と前記ダイアフラムとの間に柱状に形成された支持部とを形成するステップ、
化学気相成長法によりシリコン酸化膜を形成し、前記シェル部の前記振動子側の位置に凹部を形成するステップ、
ポリシリコン成膜により凸形に形成されたシェル部突起を備えた前記シェル部を形成するステップ、
エッチング用通路を形成し、前記シリコン酸化膜を除去し、前記エッチング用通路を封止するステップ、
を備えたことを特徴とする振動式圧力センサの製造方法。