JP2007078444A - Pressure sensor and manufacturing method for pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力センサ及び圧力センサの製造方法に関し、詳しくは、タッチモード式静電容量型の圧力センサの構造と、この圧力センサの製造方法に関する。 The present invention relates to a pressure sensor and a method for manufacturing the pressure sensor, and more particularly, to a structure of a touch mode capacitive pressure sensor and a method for manufacturing the pressure sensor.
従来、タッチモード式静電容量型の圧力センサにおいて、ダイヤフラムを有するシリコン構造体(可動基板)と、ダイヤフラムに対向した電極とそれを覆うように形成された誘電体膜を設けた基体(固定基板)とを、真空中において、加熱溶着や無機接着剤を用いて接合してなる圧力センサというものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a touch mode capacitive pressure sensor, a base body (fixed substrate) provided with a silicon structure (movable substrate) having a diaphragm, an electrode facing the diaphragm, and a dielectric film formed so as to cover the electrode. ) In a vacuum is known as a pressure sensor formed by heat welding or using an inorganic adhesive (see, for example, Patent Document 1).
このような特許文献1によれば、ダイヤフラムを有するシリコン構造体の可動基板と、誘電体膜と電極とを有する固定基板とを真空中において接合している。従って、シリコン構造体と固定基板との間に設けられる空間の内部も真空となるため、この圧力センサは、絶対圧センサである。圧力センサとしては、絶対圧センサの他に、上述の空間を大気圧にするゲージ圧センサ(相対圧センサ)というもが使用されるが、このような接合方法では、接合後に空気あるいは不活性ガスを空間内に封入するということはできない。
また、一般に真空状態で陽極接合を行うと異常放電が発生しやすくなり、接合条件が非常に難しくなる。
According to
In general, when anodic bonding is performed in a vacuum state, abnormal discharge is likely to occur, and bonding conditions become very difficult.
また、接合材として接着剤を用いる場合には、加熱することによってガスが発生することが予測されるが、上述した空間は、接合時に気密封止されるため、このガスを排出することができず、このガスによりダイヤフラムが膨張歪みを生じ、正確な圧力測定ができなくなるというような課題も考えられる。 In addition, when an adhesive is used as the bonding material, it is predicted that gas is generated by heating. However, since the space described above is hermetically sealed at the time of bonding, this gas can be discharged. In addition, there is a problem that the diaphragm causes expansion distortion due to this gas, and accurate pressure measurement cannot be performed.
本発明の目的は、前述した課題を解決することを要旨とし、同じ構造で、絶対圧センサ及びゲージ圧センサを共に実現し、正確な圧力測定を可能にする圧力センサと、この圧力センサの製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and realizes both an absolute pressure sensor and a gauge pressure sensor with the same structure, and enables accurate pressure measurement, and manufacture of the pressure sensor. Is to provide a method.
本発明の圧力センサは、ダイヤフラムが圧力を受けて誘電体膜と接触する接触面積の変化を検出して圧力を測定する圧力センサであって、一方の表面に形成される第1電極と、該第1電極の表面を覆って成膜される前記誘電体膜と、第1接続電極と、他方の表面に形成される第2接続電極と、厚み方向に貫通する貫通電極と、が形成される固定基板と、前記誘電体膜に対向して形成される前記ダイヤフラムと、該ダイヤフラムの表面において前記第1電極に対向した位置に、前記誘電体膜との間に空間を有して設けられる第2電極と、前記第2電極から延在され前記固定基板との接合をするための接合電極と、が形成される可動基板と、を備え、前記固定基板と前記可動基板とが、前記接合電極によって接合し一体化され、前記貫通電極は貫通孔を有し、前記貫通孔が前記空間に連通し、金属からなる封止材が、前記貫通孔を封止するとともに、前記第1電極と前記第2接続電極とを接続していることを特徴とする。 The pressure sensor of the present invention is a pressure sensor that measures a pressure by detecting a change in a contact area where a diaphragm receives pressure and contacts a dielectric film, and includes a first electrode formed on one surface, The dielectric film formed to cover the surface of the first electrode, the first connection electrode, the second connection electrode formed on the other surface, and the through electrode penetrating in the thickness direction are formed. A fixed substrate, the diaphragm formed to face the dielectric film, and a space between the dielectric film and a position on the surface of the diaphragm facing the first electrode are provided. A movable substrate formed with two electrodes and a bonding electrode extending from the second electrode and bonding with the fixed substrate, wherein the fixed substrate and the movable substrate are the bonding electrodes. Are joined and integrated, and the through electrode penetrates. Having a hole, the through hole communicating with the space, and a metal sealing material sealing the through hole and connecting the first electrode and the second connection electrode. Features.
この発明によれば、可動基板と固定基板を接合して設けられる空間を連通する貫通孔を有しているため、この空間内を真空にして絶対圧センサを構成すること、あるいは、空間内に空気を封入して、ゲージ圧センサを構成することを可能にする。 According to the present invention, since the through-hole communicating with the space provided by joining the movable substrate and the fixed substrate is provided, the absolute pressure sensor can be configured by evacuating the space, or in the space. Enclose air and make it possible to construct a gauge pressure sensor.
また、この空間内に窒素等の不活性ガスを封入して、ゲージ圧センサを実現するとともに、空間内部の第1電極及び第2電極を腐食等から保護し、長期間にわたって圧力センサの性能を維持することができる。 Moreover, an inert gas such as nitrogen is sealed in this space to realize a gauge pressure sensor, and the first electrode and the second electrode inside the space are protected from corrosion, etc., and the performance of the pressure sensor is improved over a long period of time. Can be maintained.
さらに、空間内の第1電極は、貫通電極を介して外部の第2接続電極に接続されているため、接合電極を横断する電極を排し、一様な状態の可動基板と固定基板とを、この接合電極で接合し、且つ、貫通電極が有する貫通孔を金属の封止材で封止しているので、空間内の気密性を良好な状態で保持することができる。 Further, since the first electrode in the space is connected to the external second connection electrode through the through electrode, the electrode traversing the bonding electrode is eliminated, and the movable substrate and the fixed substrate in a uniform state are removed. And since it joins with this joining electrode and the through-hole which a penetration electrode has is sealed with the metal sealing material, the airtightness in space can be hold | maintained in a favorable state.
また、本発明では、前記第1接続電極と前記第2電極とが前記接合電極を介して接続され、前記第2接続電極と前記第1電極とが前記貫通電極を介して接続され、前記第1接続電極と前記第2接続電極のそれぞれが、外部回路との接続を行う接続部であることが好ましい。
ここで、詳しくは、後述する実施の形態で説明するが、第1接続電極と接合電極との接続は、可動基板の側面外部において、例えば、導電性接着剤等の接続部材によって接続される。
In the present invention, the first connection electrode and the second electrode are connected via the junction electrode, the second connection electrode and the first electrode are connected via the through electrode, It is preferable that each of the 1 connection electrode and the second connection electrode is a connection part for connecting to an external circuit.
Here, although described in detail in an embodiment described later, the connection between the first connection electrode and the bonding electrode is connected to the outside of the side surface of the movable substrate, for example, by a connection member such as a conductive adhesive.
このようにすれば、外部回路との接続部は、それぞれ、可動基板及び固定基板の外部に接合電極または貫通電極を介して接続されるため、先述した空間の気密性を保持するとともに、外部回路との接続作業を容易にしている。 In this case, the connection portion with the external circuit is connected to the outside of the movable substrate and the fixed substrate via the bonding electrode or the through electrode, respectively, so that the airtightness of the space described above is maintained, and the external circuit It is easy to connect with.
また、本発明では、前記可動基板の前記固定基板と対向する表面の前記貫通孔に対向する位置に、前記封止材を保持するための封止補助電極が形成されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that a sealing auxiliary electrode for holding the sealing material is formed at a position facing the through hole on the surface of the movable substrate facing the fixed substrate.
このように、貫通孔に対向する位置に封止補助電極を設けることにより、封止材が封止補助電極の領域に留まり、封止材が、空間内に流動し、近傍にある接合電極とショートすること、または誘電体膜の表面に付着することを防止することができる。また、封止材と可動基板との密着性が向上する効果も得られる。 In this way, by providing the sealing auxiliary electrode at a position facing the through hole, the sealing material stays in the region of the sealing auxiliary electrode, the sealing material flows into the space, and the bonding electrode in the vicinity Short-circuiting or adhesion to the surface of the dielectric film can be prevented. Moreover, the effect that the adhesiveness of a sealing material and a movable substrate improves is also acquired.
また、前記第2接続電極が、前記固定基板の側面から前記一方の表面まで延在されていることが望ましい。 Further, it is desirable that the second connection electrode extends from a side surface of the fixed substrate to the one surface.
第2接続電極は、固定基板の裏面に形成されるが、固定基板の側面から表面(可動基板側)まで延在されることから、この表面に延在される部分を一方の外部回路との接続部とすることで、他方の接続部としての第1接続電極と共に、固定基板の同じ表面に接続部を設けることが可能になるので、外部回路との接続部が容易になり、接続方法も多様化することができる。 The second connection electrode is formed on the back surface of the fixed substrate. Since the second connection electrode extends from the side surface of the fixed substrate to the surface (movable substrate side), the portion extending on the surface is connected to one external circuit. By using the connection part, it is possible to provide the connection part on the same surface of the fixed substrate together with the first connection electrode as the other connection part. Can be diversified.
また、本発明の圧力センサは、一方の表面に形成される第1電極と、該第1電極の表面を覆って成膜される前記誘電体膜と、第1接続電極と、が形成される固定基板と、前記誘電体膜に対向して形成される前記ダイヤフラムと、該ダイヤフラムの表面の前記第1電極に対向した位置に、前記誘電体との間に空間を有して設けられる第2電極と、該第2電極から延在され前記固定基板との接合をするための接合電極と、前記接合電極とは反対側の表面に形成される第2接続電極と、厚み方向に貫通する貫通電極と、が形成される可動基板と、が備えられ、前記固定基板と前記可動基板とが、前記接合電極によって接合し一体化され、前記貫通電極には貫通孔が設けられ、前記貫通孔が前記空間に連通し、金属からなる封止材が、前記貫通孔を封止するとともに、前記第1電極と前記第2接続電極とを接続していることを特徴とする。 In the pressure sensor of the present invention, the first electrode formed on one surface, the dielectric film formed to cover the surface of the first electrode, and the first connection electrode are formed. A second substrate provided with a space between the fixed substrate, the diaphragm formed to face the dielectric film, and the dielectric on the surface of the diaphragm facing the first electrode. An electrode, a bonding electrode extending from the second electrode for bonding to the fixed substrate, a second connection electrode formed on a surface opposite to the bonding electrode, and a penetrating through in the thickness direction And a movable substrate on which the electrode is formed, the fixed substrate and the movable substrate are joined and integrated by the joining electrode, the through electrode is provided with a through hole, and the through hole is formed A sealing material made of metal that communicates with the space seals the through hole. While, characterized in that it connects the said second connection electrode and the first electrode.
この発明によれば、可動基板に貫通電極が設けられ、第1電極が貫通電極を介して可動基板の表面(外側)に形成される第2接続電極に接続されている。従って、前述した固定基板側に貫通電極を設ける構造と、同様な効果が得られる他、固定基板には、貫通電極を設けないことから、固定基板は、同じ表面上に第1電極と、第1接続電極、誘電体膜を形成するだけでよく、製造工程を簡素化することができる。
また、詳しくは後述する圧力センサの製造方法で説明するが、可動基板に貫通電極を形成することで、製造工程が増加することがなく、全体として製造コストの低減に寄与する。
According to this invention, the through electrode is provided on the movable substrate, and the first electrode is connected to the second connection electrode formed on the surface (outside) of the movable substrate via the through electrode. Therefore, in addition to the same effect as the structure in which the through electrode is provided on the fixed substrate side described above, since the through electrode is not provided in the fixed substrate, the fixed substrate has the first electrode and the first electrode on the same surface. Only one connection electrode and dielectric film need be formed, and the manufacturing process can be simplified.
Further, although described in detail in a method for manufacturing a pressure sensor, which will be described later, forming a through electrode on the movable substrate contributes to a reduction in manufacturing cost as a whole without increasing the manufacturing process.
また、上述の構造では、前記第1接続電極と前記第2電極とが前記接合電極を介して接続され、前記第2接続電極と前記第1電極とが前記貫通電極を介して接続され、前記第1接続電極と前記第2接続電極とが、外部回路との接続を行う接続部であることが好ましい。 In the above-described structure, the first connection electrode and the second electrode are connected via the bonding electrode, the second connection electrode and the first electrode are connected via the through electrode, It is preferable that the first connection electrode and the second connection electrode are connection portions for connecting to an external circuit.
従って、外部回路との接続部が、圧力センサの厚み方向において同じ方向に設けることが可能になるため、外部回路との接続作業を容易にすることができるという効果がある。 Therefore, since the connection part with the external circuit can be provided in the same direction in the thickness direction of the pressure sensor, there is an effect that the connection work with the external circuit can be facilitated.
また、前記接合電極が、前記可動基板の側面から前記第2接続電極と同じ平面まで延在されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said joining electrode is extended from the side surface of the said movable substrate to the same plane as the said 2nd connection electrode.
このようにすれば、前述したように接合電極は第2電極と接続されているため、可動基板の表面に設けられる電極は、外部回路との接続部となる。従って、第2接続電極と共に、可動基板の同じ表面に二つの接続部が存在することになり、外部回路との接続作業を容易にすることができる。また、外部回路との接続構造の選択肢が増えるという効果もある。また、この構造では、前述した第1接続電極は不要となり、電極構成をより簡素化することができる。 According to this configuration, as described above, since the bonding electrode is connected to the second electrode, the electrode provided on the surface of the movable substrate serves as a connection portion with the external circuit. Therefore, two connection portions exist on the same surface of the movable substrate together with the second connection electrode, and the connection work with the external circuit can be facilitated. In addition, there is an effect that the number of options for the connection structure with the external circuit is increased. In this structure, the first connection electrode described above is not necessary, and the electrode configuration can be further simplified.
また、前記接合電極が、前記第1電極よりも厚く形成されていることが好ましい。
前述したリード電極は第1電極を延在して形成されるので同じ厚さで形成されている。このリード電極は、固定基板と可動基板との間の空隙に配線される。そして、可動基板に設けられる接合電極と固定基板との間で接合される。この接合手段が仮に陽極接合を採用する場合、リード電極が可動基板に接触すると陽極接合は困難となる。そこで、接合電極を第1電極(リード電極)よりも厚くすることで、可動基板と固定基板の接合を確実に行うことができる。
Further, it is preferable that the bonding electrode is formed thicker than the first electrode.
Since the lead electrode described above is formed by extending the first electrode, it has the same thickness. The lead electrode is wired in a gap between the fixed substrate and the movable substrate. And it joins between the joining electrode provided in a movable board | substrate, and a fixed board | substrate. If this joining means employs anodic bonding, anodic bonding becomes difficult when the lead electrode contacts the movable substrate. Therefore, by making the bonding electrode thicker than the first electrode (lead electrode), the movable substrate and the fixed substrate can be reliably bonded.
また、このようにすることで、前述した空間と貫通電極に設けられる貫通孔とを連通する空隙を確保することができる。 Moreover, by doing in this way, the space | gap which connects the space mentioned above and the through-hole provided in the penetration electrode is securable.
また、本発明では、前記可動基板が水晶で形成され、前記固定基板がガラスで形成され、前記可動基板と前記固定基板とが陽極接合により接合されていることを特徴とする。 In the present invention, the movable substrate is made of quartz, the fixed substrate is made of glass, and the movable substrate and the fixed substrate are joined by anodic bonding.
水晶は、その結晶構造からエッチング法により正確な寸法に形成し易いことが知られている。従って、ダイヤフラムを正確に形成することができる。また、固定基板がガラスで形成されているため、可動基板に設けられる接合電極との間での陽極接合に好ましい材料の組み合わせとなる。
なお、ガラスとしては、例えば、水晶と熱膨張率が近いソーダガラスを用いることが好ましい。
Quartz is known to be easily formed into an accurate dimension by an etching method because of its crystal structure. Therefore, the diaphragm can be formed accurately. Further, since the fixed substrate is made of glass, it is a combination of materials preferable for anodic bonding with the bonding electrode provided on the movable substrate.
As the glass, for example, soda glass having a thermal expansion coefficient close to that of quartz is preferably used.
また、本発明の圧力センサの製造方法は、ダイヤフラムが圧力を受けて誘電体膜と接触する接触面積の変化を検出して圧力を測定する圧力センサの製造方法であって、可動基板の製造工程は、ダイヤフラムを形成する工程と前記ダイヤフラムの表面に第2電極及び接合電極を形成する工程と、を含み、固定基板の製造工程は、一方の表面に、第1電極を形成する工程と前記第1電極の表面に誘電体膜を成膜する工程と、他方の表面に第2接続電極を形成する工程と、前記第1電極と前記第2接続電極とを接続する貫通電極を形成する工程とを含み、前記固定基板と前記可動基板との接合工程は、前記固定基板と、前記可動基板に設けられる接合電極を陽極接合により接合する工程を含むことを特徴とする。 The pressure sensor manufacturing method of the present invention is a pressure sensor manufacturing method for measuring pressure by detecting a change in contact area where the diaphragm receives pressure and contacts the dielectric film, and the manufacturing process of the movable substrate Includes a step of forming a diaphragm and a step of forming a second electrode and a bonding electrode on the surface of the diaphragm, and the manufacturing process of the fixed substrate includes the step of forming the first electrode on one surface and the first Forming a dielectric film on the surface of one electrode; forming a second connection electrode on the other surface; forming a through electrode that connects the first electrode and the second connection electrode; And the step of bonding the fixed substrate and the movable substrate includes a step of bonding the fixed substrate and a bonding electrode provided on the movable substrate by anodic bonding.
この発明によれば、前述した効果を奏する圧力センサを提供することができる。また、固定基板及び可動基板を小型化することが可能な製造方法であり、高性能で安価な圧力センサを提供することができる。
また、上述した固定基板と可動基板それぞれの製造方法は、従来の水晶振動子を製造するための設備で製造可能であり、陽極接合についても、接合電極と固定基板(ガラス)の材質を適切に選択、組み合わせることで、信頼性が高い気密封止を行うことができる。
According to the present invention, it is possible to provide a pressure sensor that exhibits the effects described above. Further, this is a manufacturing method capable of downsizing the fixed substrate and the movable substrate, and a high-performance and inexpensive pressure sensor can be provided.
Moreover, the manufacturing method of each of the fixed substrate and the movable substrate described above can be manufactured with a facility for manufacturing a conventional crystal unit, and the materials of the bonding electrode and the fixed substrate (glass) are appropriately selected for anodic bonding. By selecting and combining, highly reliable hermetic sealing can be performed.
また、本発明の圧力センサの製造方法は、ダイヤフラムが圧力を受けて誘電体膜と接触する接触面積の変化を検出して圧力を測定する圧力センサの製造方法であって、可動基板の製造工程は、ダイヤフラムを形成する工程と前記ダイヤフラムの表面に第2電極及び接合電極を形成する工程と、前記接合電極とは反対側の表面に第2接続電極を構成する工程と、前記第2接続電極と接続する貫通電極を形成する工程とを含み、固定基板の製造工程は、一方の表面に、第1電極を形成する工程と前記第1電極の表面に誘電体膜を成膜する工程と、表面に第1接続電極を形成する工程と、を含み、前記固定基板と前記可動基板との接合工程は、前記固定基板と、前記可動基板に設けられる接合電極とを陽極接合により接合する工程を含むことを特徴とする。 The pressure sensor manufacturing method of the present invention is a pressure sensor manufacturing method for measuring pressure by detecting a change in contact area where the diaphragm receives pressure and contacts the dielectric film, and the manufacturing process of the movable substrate A step of forming a diaphragm, a step of forming a second electrode and a bonding electrode on the surface of the diaphragm, a step of forming a second connection electrode on the surface opposite to the bonding electrode, and the second connection electrode Forming a through electrode connected to the fixed substrate, and the manufacturing process of the fixed substrate includes forming a first electrode on one surface and forming a dielectric film on the surface of the first electrode; Forming a first connection electrode on the surface, and the bonding step of the fixed substrate and the movable substrate includes a step of bonding the fixed substrate and a bonding electrode provided on the movable substrate by anodic bonding. Features including To.
この発明の製造方法によれば、前述した効果を奏する圧力センサを提供することができる。また、固定基板及び可動基板を小型化することが可能な製造方法であり、高性能で安価な圧力センサを提供することができる。 According to the manufacturing method of the present invention, a pressure sensor having the above-described effects can be provided. Further, this is a manufacturing method capable of downsizing the fixed substrate and the movable substrate, and a high-performance and inexpensive pressure sensor can be provided.
また、固定基板には、貫通電極を設けないことから、固定基板の同じ表面上に第1電極と、第1接続電極、誘電体膜を形成するだけでよく、製造工程を簡素化することができる。
さらに、可動基板に貫通電極を形成する構造であっても、製造工程が増加することがなく、全体として製造コストの低減に寄与する。
In addition, since no through electrode is provided on the fixed substrate, it is only necessary to form the first electrode, the first connection electrode, and the dielectric film on the same surface of the fixed substrate, thereby simplifying the manufacturing process. it can.
Furthermore, even in the structure in which the through electrode is formed on the movable substrate, the manufacturing process does not increase, and the manufacturing cost is reduced as a whole.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1〜図5は本発明の実施形態1に係る圧力センサを示し、図6は、実施形態1の変形例、図7〜図11は実施形態2、図12は実施形態2の変形例である。
(実施形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 5 show a pressure sensor according to the first embodiment of the present invention, FIG. 6 shows a modification of the first embodiment, FIGS. 7 to 11 show a second embodiment, and FIG. 12 shows a modification of the second embodiment. is there.
(Embodiment 1)
図1〜図5は実施形態1に係る圧力センサ及びこの圧力センサの製造方法を示している。
図1は、実施形態1に係る圧力センサの概略構造を示し、(a)は平面図、(b)は断面構造を模式的に示す断面図である。図1(a)、(b)において、本実施形態の圧力センサ10は、ガラスからなる固定基板20と、この固定基板20に積層して接合される可動基板30とから構成された2層構造の構造体である。
1 to 5 show a pressure sensor according to
1A and 1B show a schematic structure of a pressure sensor according to a first embodiment, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure. 1A and 1B, a
固定基板20はガラスからなり、可動基板30が接合される側の一方の表面21には、平面形状が矩形の第1電極40が形成され、この第1電極40の一辺からはリード電極41が延在されている。また、第1電極40から離れた位置で、且つリード電極41の範囲内に、固定基板20の表面21から裏面22までを貫通する貫通孔23が開設されている。貫通孔23は、裏面方向からサンドブラスト等の加工手段によって開設されており、表面21の開口側の直径が小さいテーパを有している。
なお、ガラスとしては、水晶と熱膨張率が近いソーダガラスを採用する。
The fixed
As the glass, soda glass having a thermal expansion coefficient close to that of quartz is adopted.
貫通孔23の内面には貫通電極46が形成されている。貫通電極46は、貫通孔23の内面にのみ形成されるため、中央部には固定基板20の厚み方向を貫通する貫通孔47が形成される。また、リード電極41には、貫通孔47と連通する孔が開設されており、貫通孔47は、後述する空間60と連通している。
A through
固定基板20の表面21の端部には、島状の第1接続電極43が形成され、一方、固定基板20の他方の表面、つまり裏面22には、第2接続電極45が形成されている。この第2接続電極45は、貫通電極46の周縁を覆うように形成されており、貫通電極46と接続されている。これら第1接続電極43及び第2接続電極45は、図示しない測定器の外部回路に接続するための接続端子である。
An island-shaped
第1電極40の表面には、第1電極40を覆うように誘電体膜70が成膜されている。誘電体膜70は、石英ガラス、セラミック、酸化シリコン(SiO2)等の周知の絶縁体をスパッタ法、CVD法等の手段で成膜される。この誘電体膜70の表面は平滑に仕上げられている。
このように構成される固定基板20の上面に可動基板30が積層され接合されている。
A
The
可動基板30は水晶からなり、略中央部には上述した第1電極40に対向した位置に、第1電極40よりも広い面積の薄肉形成されたダイヤフラム34と、外周部に半円形の切欠き35が形成されている。ダイヤフラム34は、可動基板30の表面30A及び裏面30B両方向からそれぞれ凹部31,32を穿設することによって形成されている。この裏面側の凹部32の底面33には第2電極50が形成されている。
The
第2電極50は、第1電極40に対向した位置に、ほぼ同じ形状で形成され、凹部32の底面33の斜面を通り、可動基板30の周縁部の接合電極52までリード電極51によって延在されている。第2電極50は、ダイヤフラム34が外部からの圧力を受けて撓む際に、追従して撓む可動電極である。外周部に形成される接合電極52の一部は、切欠き35の側面にまで延在されて側面電極53が形成される。
The
また、可動基板30の裏面30Bには、島状の封止補助電極54が形成されている。この封止補助電極54は、後述する封止材85の流動防止のために設けられている。また、封止材と可動基板との密着性が向上する効果も得られる。
なお、上述した各電極は、AlまたはAuとをスパッタ法、あるいは蒸着法によって形成される。
In addition, an island-shaped
Each of the electrodes described above is formed by sputtering or vapor deposition of Al or Au.
固定基板20と可動基板30とは、接合電極52を接合材として陽極接合により密着接合されている。こうして、誘電体膜70と第2電極50との間とその周辺には空間60が形成され、前述した貫通孔47がこの空間60に連通している。接合電極52は、第1電極40及びリード電極41よりも厚く形成されているので、第1電極40、リード電極41と可動基板30の裏面30Bとの間にも空隙が存在する。
The fixed
また、可動基板30に設けられる封止補助電極54の厚さは、第1電極40の厚さを加えても接合電極52よりも薄くなるように形成されている。従って、可動基板30と固定基板20との接合は、接合電極52とガラス面との間のみで行われる構造としている。
なお、固定基板20に設けられる第1接続電極43は、可動基板30の切欠き35内に露出している。
Further, the sealing
The
固定基板20と可動基板30とを接合した後、貫通孔47内にAu/Geからなる封止材85を溶着する。この際、封止材85は、貫通電極46とリード電極41(第1電極40)とを接続し、且つ、貫通孔47を密閉封止する。また、封止材85は、封止補助電極54の範囲に留まり、他の部位に流動し、例えば、接合電極52とショートすることや、誘電体膜70の表面に付着することを防止している。
After the fixed
なお、接合後の封止材85による封止工程を真空環境で行えば、空間60内が真空となり、絶対圧センサを構成し、大気圧環境で行えばゲージ圧センサ(相対圧センサ)を構成する。また、空間60内に窒素等の不活性ガスを貫通孔47から封入し、封止材85で密閉封止することも可能である。
In addition, if the sealing process with the sealing
こうして一体化された圧力センサ10は、第1接続電極43及び第2接続電極45に導電性接着剤80を用いてリード90,91を接続し、図示しない測定器の外部回路に接続される。
The
上述した本実施形態により構成される圧力センサ10は、静電容量型圧力センサのうちのタッチモード式静電容量型圧力センサと呼ばれる。この形式の圧力センサは、圧力を受けると、ダイヤフラム34が空間60を圧縮する方向に撓み、第2電極50が誘電体膜70に接触する。さらに圧力を受けると、この接触面積が増加していく。この際、第2電極50と第1電極40との間の静電容量が接触面積の変化に対応して増加する。
そして、図示しない測定器(外部回路を含む)に接続し、交流電圧を印加して、その共振周波数またはインピーダンス変化を検出することで圧力の検出を行うことができる。
The
Then, the pressure can be detected by connecting to a measuring instrument (including an external circuit) (not shown), applying an AC voltage, and detecting a change in the resonance frequency or impedance.
従って、前述した実施形態1による圧力センサは、可動基板30と固定基板20を接合して設けられる空間60を連通する貫通孔47を有しているため、接合工程に関しては真空で行う必要がなくなり、同じ構造のままで、封止工程を真空環境で行えば、この空間60内を真空にして絶対圧センサを構成すること、あるいは、大気圧環境で行えば、ゲージ圧センサ(相対圧センサ)を構成することができる。
Therefore, the pressure sensor according to the first embodiment described above has the through-
また、この空間60内に窒素等の不活性ガスを封入して、ゲージ圧センサを実現するとともに、空間60内部の第1電極40及び第2電極50を腐食等から保護し、長期間にわたって圧力センサ10の性能を維持することができる。
In addition, an inert gas such as nitrogen is sealed in the
また、接合時において発生し、上述の空間60内に滞留するガスを貫通孔47から排出することが可能であるため、ダイヤフラム34の膨張歪みを抑えることができる。
In addition, since the gas generated at the time of joining and staying in the above-described
さらに、空間60内の第1電極40は、貫通電極46を介して外部の第2接続電極45に接続されるため、接合電極52を横断する電極を排し、この接合電極52部分で接合し、且つ、貫通電極46が有する貫通孔47を金属の封止材85で封止しているので、空間60内の気密性を良好な状態で保持することができる。
Further, since the
また、第1接続電極43と第2電極50とが、接合電極52を介して導電性接着剤80によって接続され、第1電極40と第2接続電極45とが貫通電極46を介して接続されているので、空間60の気密性を保持するとともに、外部回路との接続作業を容易にしている。
Further, the
さらに、可動基板30の裏面30Bの貫通孔47に対向する位置に封止補助電極54を設けることにより、封止材85が封止補助電極54の領域に留まり、封止材85が流動し、近傍にある接合電極52とショートすること、空間60内に流動して誘電体膜70の表面に付着することを防止することができる。
Furthermore, by providing the sealing
また、可動基板30が水晶で形成され、固定基板20がガラスで形成され、これらは陽極接合により接合されている。水晶は、その結晶構造からエッチング法により正確な寸法に形成し易いため、ダイヤフラム34を正確な厚さに形成することができる。可動基板30(接合電極52)と固定基板20の材質は、最も陽極接合に好ましい材料の組み合わせとなる。なお、固定基板20は、水晶と熱膨張率が近いソーダガラスを用いることにより、接合の際の熱による歪みを低減することができる。
(実施形態1に係る圧力センサの製造方法)
In addition, the
(Method for Manufacturing Pressure Sensor According to Embodiment 1)
続いて、前述した実施形態1に係る圧力センサの製造方法の1例を図面を参照して説明する。
図2、図3は、実施形態1による可動基板30の主な製造工程、図4、図5は、固定基板20の主な製造工程を模式的に表す平面図及び断面図である。
図2は、可動基板30のダイヤフラム及び外形形状の製造方法を表し、(a)は平面図、(b)は、図2(a)のB−B断面図である。図2(a)、(b)において、ダイヤフラム34を含む外形形状を形成する。
Next, an example of the pressure sensor manufacturing method according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
2 and 3 are a plan view and a cross-sectional view schematically showing main manufacturing steps of the
2A and 2B show a method for manufacturing the diaphragm and the outer shape of the
まず、可動基板30の表面30A、裏面30Bの表裏両面からエッチング法(ドライエッチングまたはウェットエッチング)により凹部31,32を穿設する。この際、これら凹部の厚さ残り部分としてダイヤフラム34が形成される。可動基板30は、水晶から形成されているため、エッチング特性が良好で、ダイヤフラム34の厚さを高精度で管理することができる。
First, the
可動基板30は、水晶ウエハ(以降、単にウエハと表すことがある)の状態において、多数個のダイヤフラム34の形成と外形形状の形成を行う。ここで、ウエハの状態において切欠き35を形成する。切欠き35は、ウエハの状態では、円形に形成しておき、外形形状を形成して単体にする際に半円形の切欠き形状となる。なお、以降説明する各電極の形成は、ウエハ状態で多数個分を一括して形成し、その後、外形形状をエッチング法等により矩形状を有する単体の可動基板30に分離する。この際、表裏両面からのエッチングにて加工することが望ましい。
次に、第2電極50を形成する。
The
Next, the
図3は、第2電極50の形成工程を表し、(a)は、裏面30Bから視認した状態を表す平面図、(b)は断面図である。図3(a)、(b)において、可動基板30の裏面30BにAlまたはAu等からなる第2電極50をスパッタ法または蒸着法によって形成する。第2電極50がAuで形成される際には、水晶との密着性を高めるためにCr/Au層を形成することがある。
3A and 3B show a process of forming the
第2電極50は、底面33から凹部32の斜面を通り、リード電極51を介して外周部の全周にわたる接合電極52まで連続している。また、接合電極52は、切欠き35の内側の側面にまで延在し側面電極53を形成する。この側面電極53は、図中斜め下方からの斜め蒸着等で接合電極52と同時に形成することができる。
また、凹部32から離間し、他の電極とも離間した位置に封止補助電極54を形成する。封止補助電極54は他の電極より薄くし、第2電極50の形成工程とは別工程で行う。
The
Further, the sealing
上述した各電極を形成した後、外形形状をエッチング等により加工し、可動基板30単体として完成する。
なお、可動基板30の外形形状を形成した後、電極形成をする工程順とすることもできる。
After forming each electrode described above, the outer shape is processed by etching or the like to complete the
In addition, after forming the external shape of the
続いて、固定基板20の形成方法を図面を参照して説明する。
図4,5は、固定基板20の製造工程の1例を示している。
はじめに、貫通電極46、第1電極40、第1接続電極43を形成する。図4(a)は、その平面図、(b)は断面図である。図4(a)、(b)において、まず、ガラスからなる固定基板20の裏面22から表面21まで貫通する貫通孔23をサンドブラスト法等の手段により開設する。そして、この貫通孔23の内面に蒸着法等により貫通電極46を形成する。貫通電極46は、貫通孔23の内面に沿って形成されるため、中心部に貫通孔47が形成される。
Next, a method for forming the fixed
4 and 5 show an example of the manufacturing process of the fixed
First, the through
なお、貫通孔23は、テーパを有しているため、裏面22方向からの蒸着によって、表面21にいたる内面全体に貫通電極46が付き易い形状にしている。
In addition, since the through-
続いて、表面21に、AlまたはAuからなる第1電極40と第1接続電極43をスパッタ法あるいは蒸着法により形成する。第1電極40は、その一辺からリード電極41を延在し、リード電極41は、上述した貫通孔47を含む範囲まで延在する。リード電極41は、貫通孔47の内径とほぼ同じ直径の開口部を有しており、貫通孔47は、リード電極41も貫通して、固定基板20の表裏両面を連通している。なお、リード電極41と貫通電極46とは、開口部の周縁において電気的に接続されている。
Subsequently, a
これら第1電極40、リード電極41、第1接続電極43は、前述した可動基板30に形成される接合電極52(図3、参照)とは、平面的に重ならない範囲に形成されている。また、第1電極40は、前述した第2電極50と対向する位置に、ほぼ同じ形状(矩形状)に形成されている。
次に、第1電極40の表面に誘電体膜70を形成する。
The
Next, the
図4(c)は、誘電体膜70を形成した状態を表す平面図である(図5(b)も参照する)。誘電体膜70は、スパッタ法やCVD法等の成膜手段を用いて、矩形状の第1電極40の上面を覆うように形成される。この誘電体膜70の表面は、平滑な同一平面に形成されることが好ましい。誘電体膜70は、石英ガラス、セラミック、酸化シリコン(SiO2)などの絶縁材料として周知の材料が採用される。
続いて、固定基板20の裏面22に第2接続電極45を形成する。
FIG. 4C is a plan view showing a state in which the
Subsequently, the
図5は、第2接続電極45の形成工程を示している。(a)は、裏面22側から視認した平面図、(b)は断面図である。図5(a)、(b)において、第2接続電極45は、AlまたはAuからなり、蒸着法またはスパッタ法により形成され、貫通電極46の裏面側開口部とほぼ同じ直径の開口部を有している。ここで、貫通電極46と第2接続電極45とは、開口部周縁で接続されており、従って、第1電極40と第2接続電極45とは、電気的に接続される。
FIG. 5 shows a process of forming the
なお、固定基板20は、大判のガラス基板に、上述した第1電極40、誘電体膜70、貫通電極46、第2接続電極45を形成した後、スクライブされて、矩形状の単独の固定基板として形成される。
上述したように形成された固定基板20と可動基板30とを陽極接合により接合する。
The fixed
The fixed
陽極接合された状態は、図1に表されている。固定基板20と可動基板30との接合は、可動基板30の裏面30Bに形成された接合電極52と固定基板20(ガラス)との間において陽極接合によって行われる。接合されることによって、誘電体膜70と第2電極50との間に空間60が形成され、この空間60は、貫通孔47によって外部に連通している。
なお、固定基板20と可動基板30とを接合した後、所定の外形形状に切断する方法を採用することができる。
こうして、固定基板20と可動基板30とを接合した後、貫通孔47を封止材85により封止する。
The state of anodic bonding is shown in FIG. Bonding of the fixed
In addition, after joining the fixed board |
Thus, after bonding the fixed
図1(b)は、貫通孔47が封止された状態を表している。Au/Geからなる封止材85を貫通孔47内に埋入し溶着する。封止材85は、溶着する前の形状は球形状であり、加熱することにより溶融して貫通孔47内に埋入される。この際、封止材85は、貫通電極46とリード電極41(第1電極40含む)とを接続し、且つ、貫通孔47、つまり、空間60を密閉封止する。封止材85は、封止補助電極54の範囲に留まり、他の部位に流動し、例えば、接合電極52とショートすることや、誘電体膜70の表面に付着することを防止している。こうして、第1電極40は、封止材85、貫通電極46を介し第2接続電極45に接続される。
FIG. 1B shows a state where the through
従って、前述した貫通電極46は、固定基板20の表面21に達しない途中までに形成しても、封止材85で接続可能な範囲にまで形成されていればよい。
Therefore, even if the through
上述した封止材85による封止工程を真空環境中において行えば、空間60内は真空状態となり、絶対圧力センサが構成され、大気圧中において行えば、ゲージ圧センサ(相対圧力センサとも呼ぶ)が構成される。また、空間60内に窒素等の不活性ガスを封入することもできる。
このようにして構成された圧力センサ10は、第1接続電極43と側面電極53とを導電性接着剤80によって接続すると共に、リード90を接続し、図示しない外部回路の一方の端子に接続される。また、第2接続電極45においても、導電性接着剤80によってリード91を接続し、外部回路の他方の端子に接続される。
If the sealing process with the sealing
The
従って、前述した実施形態1に係る圧力センサ10の製造方法によれば、前述した効果を奏する圧力センサ10を提供することができる。また、固定基板20及び可動基板30を小型化することが可能な製造方法であり、高性能で安価な圧力センサ10を提供することができる。
また、上述した固定基板20と可動基板30それぞれの製造方法は、水晶振動子を製造するための設備で製造可能であり、陽極接合についても、接合電極52と固定基板20の材質を適切に選択、組み合わせることで、信頼性が高い気密封止を行うことができる。
(実施形態1の変形例)
Therefore, according to the manufacturing method of the
In addition, the manufacturing method of each of the fixed
(Modification of Embodiment 1)
続いて、前述した実施形態1による圧力センサ10の変形例を図面を参照して説明する。この変形例は、前述した実施形態1の技術思想を基本として、第2接続電極の構成を変更して、外部回路との接続部を固定基板の表面に設けたところを特徴とし、他の構成は実施形態1(図1、参照)と同じであるため、同じ部分の説明を省略し、同じ部分には同じ符号を附して説明する。
図6は、この変形例による圧力センサ10を模式的に示す断面図である。なお、平面図は省略する。図6において、固定基板20の裏面22に形成される第2接続電極45には、固定基板20の側面を通って、表面21の一部まで延在された接続部48が設けられている。
Subsequently, a modification of the
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a
ここで、可動基板30には、前述した切欠き35(図1(a)、参照)とは離間した位置に同形状の切欠き(図示せず)を設け、接続部48は、この切欠きの範囲、及び接合電極52に接触しない範囲に設けられる。そして、この接続部48の表面に導電性接着剤80によってリード91が接続される。従って、外部回路と圧力センサ10との接続は、リード90と共に、固定基板20の表面上のほぼ同じ高さで行うことが可能となる。
Here, the
また、外部回路との接続部48と第1接続電極43とが、固定基板20の表面21に形成されていることから、リードとしてワイヤを用いたワイヤボンディングにより、外部回路との接続を行うこともできる。
Further, since the
従って、上述した変形例によれば、第2接続電極45が、固定基板20の表面21に延在される部分を一方の外部回路との接続部48とすることで、他方の接続部としての第1接続電極43と共に、固定基板20の同じ表面21上に接続部を設けることが可能になるので、外部回路との接続部が容易になり、接続方法も多様化することができる。
Therefore, according to the above-described modification, the
なお、接続部48は、第1接続電極43と同じ工程で形成することが可能で、接続部48と第2接続電極45とを接続する側面の電極の形成も、接続部48の形成または、第2接続電極45の形成の際に斜め蒸着法等の手段で、工程を増やさずに形成することができる。
(実施形態2)
The
(Embodiment 2)
続いて、本発明の実施形態2に係る圧力センサについて図面を参照して説明する。実施形態2は、前述した実施形態1に比べ、貫通電極を可動基板に設けたことを特徴としている。実施形態1と共通、類似部分については、説明を省略することがある。
図7は、実施形態2に係る圧力センサ10の構造を模式的に示し、(a)は平面図、(b)は断面図である。図7(a)、(b)において、固定基板20は、一枚のガラス板からなり、表面21に第1電極40、リード電極41、第1接続電極43が形成され、第1電極40を覆うように誘電体膜70が形成されている。これら第1電極40、リード電極41、第1接続電極43、誘電体膜70は、前述した実施形態1(図1、参照)とほぼ同じ形態で形成されるが、リード電極41には、開口部は設けられていない。
Subsequently, a pressure sensor according to
FIG. 7 schematically illustrates the structure of the
可動基板30は、ダイヤフラム34が形成され、裏面30B側に、このダイヤフラム34の表面から第2電極50、リード電極51、接合電極52が延在されている。接合電極52には、切欠き35内に連続する側面電極53が表面30Aにまで延在されて、表面接続電極55が形成されている。また、可動基板30の表面30Aには、先述の表面接続電極55とは離間した位置に第2接続電極56が形成されている。
この第2接続電極56は、可動基板30の表裏を貫通する貫通電極57に接続されている。
A
The
貫通電極57は、可動基板30の表裏を貫通する貫通孔36の内面に沿って形成され、その中心部には貫通孔58が開設される。また、貫通電極57と第2接続電極56とは電気的に接続されている。
The through
上述したように形成された固定基板20と可動基板30とを陽極接合により接合する。接合後において、貫通孔58は、空間60と外部とを連通しており、この貫通孔58をAu/Geからなる封止材85で溶着封止する。この際、封止材85は、第1電極40から延在されるリード電極41にまで達し、貫通孔58を密閉封止するとともに、貫通電極57とリード電極41とを接続する。従って、第1電極40と第2接続電極56とが封止材85によって接続されたことになる。
The fixed
従って、前述した実施形態2によれば、可動基板30に貫通電極57が設けられ、第1電極40が貫通電極57を介して可動基板30の表面30Aに形成される第2接続電極56に接続されているので、固定基板20に貫通電極46(図1(b)、参照)を設ける構造と、同様な効果が得られる。
Therefore, according to the second embodiment described above, the through
また、上述の実施形態2の構造では、第1接続電極43と第2電極50とが接合電極52を介して接続され、第2接続電極56と第1電極40とが貫通電極57を介して接続されており、第1接続電極と43と第2接続電極56とが、外部回路との接続を行う接続部であるため、外部回路との接続部が、圧力センサ10の厚み方向において同じ方向に設けることが可能になるため、外部回路との接続作業を容易にすることができるという効果がある。
(実施形態2に係る圧力センサの製造方法)
In the structure of the second embodiment, the
(Manufacturing method of pressure sensor according to Embodiment 2)
続いて、実施形態2に係る圧力センサ10の製造方法の1例を図面を参照して説明する。
図8〜図10は、本実施形態2に係る可動基板30の製造方法を示している。まず可動基板30のダイヤフラムを含む外形形状を形成する。
図8は、可動基板30の外形形状を表し、(a)は平面図、(b)は断面図である。図8(a)、(b)において、まず、可動基板30の表裏両面からエッチング法(ドライエッチングまたはウェットエッチング)により凹部31,32を穿設する。この際、これら凹部の厚さ残り部分としてダイヤフラム34が形成される。可動基板30は、水晶から形成されているため、エッチング特性が良好で、ダイヤフラム34の厚さを高精度で管理することができる。
Then, an example of the manufacturing method of the
8 to 10 show a method for manufacturing the
8A and 8B show the outer shape of the
可動基板30は、水晶ウエハ(以降、単にウエハと表すことがある)から多数個のダイヤフラム34の形成と外形形状の形成を行う。ここで、ウエハの状態において切欠き35と貫通孔36とを形成する。切欠き35は、ウエハの状態では、円形に形成しておき、外形形状を形成して単体にする際に半円形の切欠き形状とする。この際、表裏両面からのエッチングにて加工することで、加工時間を短縮することが可能である。
次に、可動基板30の表面30Aに表面接続電極55、第2接続電極56、貫通電極57を形成する。
The
Next, the
図9は、表面接続電極55、第2接続電極56、貫通電極57の形成工程を示し、(a)は平面図、(b)は断面図である。まず、貫通孔36の内面に貫通電極57を形成する。貫通電極57の中心には貫通孔58が形成される。そして、表面30Aに第2接続電極56、表面接続電極55とをスパッタ法または蒸着法により形成する。第2接続電極56には、貫通孔58の開口部と同じ直径の開口部が形成されている。ここで、貫通電極57と第2接続電極56とは接続され、また、表面接続電極55を形成する際には、切欠き35内の側面に側面電極53が形成される。
FIG. 9 shows a process of forming the
次に、可動基板30の裏面30B側に第2電極50及び接合電極52をスパッタ法または蒸着法により形成する。
図10は、第2電極50及び接合電極52の形成工程を示す。(a)は裏面30B側から視認した平面図、(b)は断面図である(図中、上方が裏面30B)。図10(a)、(b)において、可動基板30の裏面30Bには、ダイヤフラム34の表面に第2電極50が形成される。第2電極50からはリード電極51、接合電極52が延在され、さらに、切欠き35内の側面に沿って側面電極59が形成される。この側面電極59は、表面30Aから延在される側面電極53と重なり合い接続される。
Next, the
FIG. 10 shows a process of forming the
続いて、固定基板20の製造方法について図面を参照して説明する。
図11は、固定基板20の製造工程を示し、(a)は表面21側から視認した平面図、(b)は断面図である。図11(a)、(b)において、固定基板20の表面21に、第1電極40と、第1接続電極43とをスパッタ法または蒸着法によって形成する。第1電極40は、可動基板30の第2電極50に対向して形成され、リード電極41が延在される。リード電極41は、前述した可動基板30に形成される貫通電極57の周縁に至るまで延在されている(図10、参照)。
Then, the manufacturing method of the fixed board |
FIG. 11 shows a manufacturing process of the fixed
そして、第1電極40の表面を覆うように誘電体膜70を形成する。この誘電体膜70の材質、形成方法は前述した実施形態1に準じて形成される。
Then, a
こうして形成された固定基板20と可動基板30とを陽極接合により接合する。この接合した状態は、図7に表されている。陽極接合した後、貫通孔58内にAu/Geからなる封止材85を埋入し、溶着する。封止材85は、第1電極40(リード電極41)と貫通電極57とを接続すると共に、空間60を密閉封止する。従って、第1電極40は、貫通電極57を介して第2接続電極56と接続されることになる。
なお、封止材85は、空間60内のリード電極41の範囲内に留まる。
The fixed
Note that the sealing
従って、前述した貫通電極57は、可動基板30の裏面30Bに達しない途中までに形成しても、封止材85で接続可能な範囲にまで形成されていればよい。
Accordingly, the through
上述した封止材85による封止工程を真空環境中において行えば、空間60内は真空状態となり、絶対圧力センサが構成され、大気圧中において行えば、相対圧力センサが構成される。
このようにして構成された圧力センサ10は、第1接続電極43と側面電極53とを導電性接着剤80によって接続すると共に、リード90を接続し、図示しない外部回路の一方の端子に接続される。また、第2接続電極56においても、導電性接着剤80によってリード91を接続し、外部回路の他方の端子に接続される。
If the sealing step using the sealing
The
従って、前述した実施形態2に係る圧力センサ10の製造方法によれば、固定基板20には、貫通電極を設けないことから、同じ表面21上に第1電極40と、第1接続電極43、誘電体膜70を形成するだけでよく、製造工程を簡素化することができる。
また、可動基板30に貫通電極57を形成する構造であっても、製造工程が増加することがなく、全体として製造コストの低減に寄与する。
(実施形態2の変形例)
Therefore, according to the manufacturing method of the
Moreover, even if it is the structure which forms the
(Modification of Embodiment 2)
次に、前述した実施形態2による圧力センサ10の変形例を図面を参照して説明する。この変形例は、前述した実施形態2の技術思想を基本として、第1接続電極の構成を変更して、外部回路との接続部を可動基板の上面に設けたところに特徴を有し、他の構成は実施形態2(図7、参照)と同じであるため、同じ部分の説明を省略し、同じ部分には同じ符号を附している。
図12は、この変形例による圧力センサ10を模式的に示す断面図である。なお、平面図は省略する。図12において、可動基板30に設けられる接合電極52は、可動基板30の側面を通って表面接続電極55に接続されている。この表面接続電極55を外部回路との接続部として用い、導電性接着剤80によってリード90を接続する。
Next, a modification of the
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a
なお、側面電極53の形成方法は、前述した実施形態2(図9,10、参照)と同じ方法で形成することができるが、切欠き35は必ずしもなくてもよい。また、固定基板20に設けられる第1接続電極43も不要である。
In addition, although the formation method of the
従って、もう一方の接続部としての第2接続電極56に接続されるリード91と共に、圧力センサ10は、リード90によって、図示しない外部回路に接続することができる。なお、表面接続電極55と第2接続電極56は、可動基板30の表面30Aの同一面上にあることから、リードとしてワイヤを用いてワイヤボンディングにより外部回路との接続を行うことを可能にしている。
Therefore, the
また、外部回路との接続構造の選択肢が増えるという効果もある。また、この構造では、前述した第1接続電極43は不要となり、電極構成をより簡素化することができる。さらに、可動基板30に設けられる切欠き35(図7(a)、(b)参照)も必ずしも必要なく、可動基板30の形状も簡素化できる。
In addition, there is an effect that the number of options for the connection structure with the external circuit is increased. In this structure, the
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明しているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲に逸脱することなく、以上説明した実施形態に対し、形状、材質、組み合わせ、その他の詳細な構成、及び製造工程間の加工方法において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
That is, although the present invention has been illustrated and described with particular reference to particular embodiments, it is not intended to depart from the technical spirit and scope of the invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of materials, combinations, other detailed configurations, and processing methods between manufacturing processes.
従って、上記に開示した形状、材質、製造工程などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものでないから、それらの形状、材質、組み合わせなどの限定の一部もしくは全部の限定をはずした部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。 Therefore, the description limited to the shape, material, manufacturing process and the like disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. Descriptions of the names of members from which some or all of the limitations such as materials and combinations are removed are included in the present invention.
従って、前述の実施形態1〜実施形態2及び変形例によれば、同じ構造で、絶対圧センサ及びゲージ圧センサを共に実現し、正確な圧力測定とその性能を長期間に渡って維持することを可能にする圧力センサと、この圧力センサを少ない工程で安価に実現できる製造方法を提供することができる。 Therefore, according to the first to second embodiments and the modification described above, the absolute pressure sensor and the gauge pressure sensor can be realized with the same structure, and accurate pressure measurement and performance can be maintained over a long period of time. And a manufacturing method capable of realizing the pressure sensor at low cost with a small number of steps.
10…圧力センサ、20…固定基板、21…固定基板の表面、22…固定基板の裏面、30…可動基板、34…ダイヤフラム、40…第1電極、43…第1接続電極、45…第2接続電極、46…貫通電極、47…貫通電極の貫通孔、50…第2電極、52…接合電極、60…空間、70…誘電体膜。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
一方の表面に形成される第1電極と、該第1電極の表面を覆って成膜される前記誘電体膜と、第1接続電極と、他方の表面に形成される第2接続電極と、厚み方向に貫通する貫通電極と、が形成される固定基板と、
前記誘電体膜に対向して形成される前記ダイヤフラムと、該ダイヤフラムの表面において前記第1電極に対向した位置に、前記誘電体膜との間に空間を有して設けられる第2電極と、前記第2電極から延在され前記固定基板との接合をするための接合電極と、が形成される可動基板と、を備え、
前記固定基板と前記可動基板とが、前記接合電極によって接合し一体化され、
前記貫通電極は貫通孔を有し、前記貫通孔が前記空間に連通し、
金属からなる封止材が、前記貫通孔を封止するとともに、前記第1電極と前記第2接続電極とを接続していることを特徴とする圧力センサ。 A pressure sensor for detecting pressure by detecting a change in a contact area where the diaphragm receives pressure and contacts the dielectric film;
A first electrode formed on one surface; the dielectric film formed to cover the surface of the first electrode; a first connection electrode; a second connection electrode formed on the other surface; A fixed substrate on which a through electrode penetrating in the thickness direction is formed;
The diaphragm formed to face the dielectric film; and a second electrode provided with a space between the dielectric film at a position facing the first electrode on the surface of the diaphragm; A movable substrate extending from the second electrode and formed with a bonding electrode for bonding to the fixed substrate;
The fixed substrate and the movable substrate are bonded and integrated by the bonding electrode,
The through electrode has a through hole, and the through hole communicates with the space.
A pressure sensor characterized in that a sealing material made of metal seals the through hole and connects the first electrode and the second connection electrode.
前記第1接続電極と前記第2電極とが前記接合電極を介して接続され、前記第2接続電極と前記第1電極とが前記貫通電極を介して接続され、
前記第1接続電極と前記第2接続電極のそれぞれが、外部回路との接続を行う接続部であることを特徴とする圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1.
The first connection electrode and the second electrode are connected via the junction electrode, the second connection electrode and the first electrode are connected via the through electrode,
Each of said 1st connection electrode and said 2nd connection electrode is a connection part which connects with an external circuit, The pressure sensor characterized by the above-mentioned.
前記可動基板の前記固定基板と対向する表面の前記貫通孔に対向する位置に、前記封止材を保持するための封止補助電極が形成されていることを特徴とする圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1 or 2,
A pressure sensor, wherein a sealing auxiliary electrode for holding the sealing material is formed at a position facing the through hole on a surface of the movable substrate facing the fixed substrate.
前記第2接続電極が、前記固定基板の側面から前記一方の表面まで延在されていることを特徴とする圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1 or 2,
The pressure sensor, wherein the second connection electrode extends from a side surface of the fixed substrate to the one surface.
前記誘電体膜に対向して形成される前記ダイヤフラムと、該ダイヤフラムの表面の前記第1電極に対向した位置に、前記誘電体との間に空間を有して設けられる第2電極と、該第2電極から延在され前記固定基板との接合をするための接合電極と、前記接合電極とは反対側の表面に形成される第2接続電極と、厚み方向に貫通する貫通電極と、が形成される可動基板と、が備えられ、
前記固定基板と前記可動基板とが、前記接合電極によって接合し一体化され、
前記貫通電極には貫通孔が設けられ、前記貫通孔が前記空間に連通し、
金属からなる封止材が、前記貫通孔を封止するとともに、前記第1電極と前記第2接続電極とを接続していることを特徴とする圧力センサ。 A fixed substrate on which a first electrode formed on one surface, the dielectric film formed to cover the surface of the first electrode, and a first connection electrode;
The diaphragm formed to face the dielectric film; a second electrode provided with a space between the dielectric and a position on the surface of the diaphragm facing the first electrode; A joining electrode extending from the second electrode for joining to the fixed substrate; a second connecting electrode formed on a surface opposite to the joining electrode; and a penetrating electrode penetrating in the thickness direction. A movable substrate to be formed, and
The fixed substrate and the movable substrate are bonded and integrated by the bonding electrode,
The through electrode is provided with a through hole, and the through hole communicates with the space.
A pressure sensor characterized in that a sealing material made of metal seals the through hole and connects the first electrode and the second connection electrode.
前記第1接続電極と前記第2電極とが前記接合電極を介して接続され、前記第2接続電極と前記第1電極とが前記貫通電極を介して接続され、
前記第1接続電極と前記第2接続電極とが、外部回路との接続を行う接続端子であることを特徴とする圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 5,
The first connection electrode and the second electrode are connected via the junction electrode, the second connection electrode and the first electrode are connected via the through electrode,
The pressure sensor, wherein the first connection electrode and the second connection electrode are connection terminals for connecting to an external circuit.
前記接合電極が、前記可動基板の側面から前記第2接続電極と同じ平面まで延在されていることを特徴とする圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 6.
The pressure sensor, wherein the bonding electrode extends from a side surface of the movable substrate to the same plane as the second connection electrode.
前記接合電極が、前記第1電極よりも厚く形成されていることを特徴とする圧力センサ。 The pressure sensor according to any one of claims 1 to 7,
The pressure sensor, wherein the bonding electrode is formed thicker than the first electrode.
前記可動基板が水晶で形成され、前記固定基板がガラスで形成され、
前記可動基板と前記固定基板とが陽極接合により接合されていることを特徴とする圧力センサ。 The pressure sensor according to any one of claims 1 to 8,
The movable substrate is formed of quartz, the fixed substrate is formed of glass,
The pressure sensor, wherein the movable substrate and the fixed substrate are bonded by anodic bonding.
可動基板の製造工程は、ダイヤフラムを形成する工程と前記ダイヤフラムの表面に第2電極及び接合電極を形成する工程と、を含み、
固定基板の製造工程は、一方の表面に、第1電極を形成する工程と前記第1電極の表面に誘電体膜を成膜する工程と、他方の表面に第2接続電極を形成する工程と、前記第1電極と前記第2接続電極とを接続する貫通電極を形成する工程とを含み、
前記固定基板と前記可動基板との接合工程は、前記固定基板と、前記可動基板に設けられる接合電極を陽極接合により接合する工程を含むことを特徴とする圧力センサの製造方法。 A method of manufacturing a pressure sensor for measuring a pressure by detecting a change in a contact area where a diaphragm receives pressure and contacts a dielectric film,
The manufacturing process of the movable substrate includes a step of forming a diaphragm and a step of forming a second electrode and a bonding electrode on the surface of the diaphragm,
The manufacturing process of the fixed substrate includes a step of forming a first electrode on one surface, a step of forming a dielectric film on the surface of the first electrode, and a step of forming a second connection electrode on the other surface. Forming a through electrode that connects the first electrode and the second connection electrode,
The method of manufacturing a pressure sensor, wherein the bonding step of the fixed substrate and the movable substrate includes a step of bonding the fixed substrate and a bonding electrode provided on the movable substrate by anodic bonding.
可動基板の製造工程は、ダイヤフラムを形成する工程と前記ダイヤフラムの表面に第2電極及び接合電極を形成する工程と、前記接合電極とは反対側の表面に第2接続電極を構成する工程と、前記第2接続電極と接続する貫通電極を形成する工程とを含み、
固定基板の製造工程は、一方の表面に、第1電極を形成する工程と前記第1電極の表面に誘電体膜を成膜する工程と、第1接続電極を形成する工程と、を含み、
前記固定基板と前記可動基板との接合工程は、前記固定基板と、前記可動基板に設けられる接合電極とを陽極接合により接合する工程を含むことを特徴とする圧力センサの製造方法。
A method of manufacturing a pressure sensor for measuring a pressure by detecting a change in a contact area where a diaphragm receives pressure and contacts a dielectric film,
The manufacturing process of the movable substrate includes a step of forming a diaphragm, a step of forming a second electrode and a bonding electrode on the surface of the diaphragm, a step of configuring a second connection electrode on the surface opposite to the bonding electrode, Forming a through electrode connected to the second connection electrode,
The manufacturing process of the fixed substrate includes a step of forming a first electrode on one surface, a step of forming a dielectric film on the surface of the first electrode, and a step of forming a first connection electrode,
The method of manufacturing a pressure sensor, wherein the step of bonding the fixed substrate and the movable substrate includes a step of bonding the fixed substrate and a bonding electrode provided on the movable substrate by anodic bonding.
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