JP2015501594A - 応力層を持つ事前圧壊容量マイクロマシン・トランスデューサセル - Google Patents
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Abstract
Description
に等しいこと
が示されることができる。ここで、gは、キャビティの高さ(ギャップとも呼ばれる)であり、rは、メンブレンの半径であり、tは、メンブレン厚であり、Eは、ヤング率であり、vは、ポアソン(Poison)比である。
としてスケール化されることができる。ここで、rは、メンブレンの半径である。メンブレンのより小さな直径は、かなりより高い圧壊圧力を意味する。多くの実用的な超音波デバイスに対して、例えば、10MHzの超音波プローブに対して、圧壊圧力は、5Bar又は10Barを容易に超える。これは特に、高周波セルに関して、例えば中央周波数が約8MHzを超える場合に当てはまる。斯かる場合、例えば第WO2010/097729号に開示されるような保持部材又は層は、圧壊モードを維持することができない。
である。簡単化のため、電極間の誘電絶縁層の存在は、この式において省略される。
であり、Rは、いくつかの外部レジスタの抵抗である。この場合、圧力センサ出力は、電子回路の周波数であり、距離dにおける線形距離である。この周波数が、メンブレンの機械的な共鳴周波数と何ら関係がない点に留意されたい。こうして圧力が増加されるので、2つのプレートは、互いの方へ進み、容量値は、増加し、周波数は下がる。圧力Pは、
として表されるこができるhの量によりメンブレンが下方に移動することをもたらす。ここで、rは、メンブレンの半径であり、Dは、定数である。以下、電極の間の距離dは、
である。なぜなら、ギャップgは、量hにより減少されるか、又は
となるからである。従って、圧力は、メンブレンの圧壊まで、周波数と共におよそ線形である。しかしながら、実際は、電極又はメンブレンの形状は、フラットでない。メンブレンは曲がる。これは、電極にわたる距離における変動を与える。最良の線形性は従って、電極が小さい場合、小さな容量値を測定しなければならないことを犠牲にして、得られる。実際には、メンブレン半径と比較して50%の半径を持つ電極が、すでに非常に線形である。
Claims (15)
- 事前圧壊容量マイクロマシン・トランスデューサセルであって、
基板と、
総メンブレン領域を覆うメンブレンであって、キャビティが、前記メンブレン及び前記基板の間に形成され、穴及び前記穴を囲むエッジ部分を含む、メンブレンと、
前記メンブレン上の応力層であって、前記メンブレンに対する所定の応力値を持ち、前記メンブレンのエッジ部分が、前記基板に対して圧壊するよう、前記基板に向かう方向において前記メンブレン上で曲げモーメントを提供するよう構成される、応力層とを有する、容量マイクロマシン・トランスデューサセル。 - 前記応力層が、前記総メンブレン領域を越えて延在する、請求項1に記載のセル。
- 前記応力層が、穴を有する、請求項1に記載のセル。
- 前記応力層の穴が、前記メンブレンの穴より大きい、請求項3に記載のセル。
- 前記応力層が、金属又は金属合金から作られる、請求項1に記載のセル。
- 前記応力層が、タングステン、チタン−タングステン、モリブデン及びモリブデン−クロムを含むグループから選択される少なくとも1つの物質から作られる、請求項1に記載のセル。
- 前記メンブレンの圧壊圧力が、1Barより大きい、請求項1に記載のセル。
- 前記メンブレンの直径が、150μm以下である、請求項1に記載のセル。
- 前記メンブレンの穴において配置されるプラグを更に有し、前記プラグが、前記メンブレンにより覆われる前記総メンブレン領域のサブエリアにおいてのみ配置される、請求項1に記載のセル。
- 前記メンブレン及び/又は前記プラグに配置されるカバー層を更に有する、請求項1に記載のセル。
- 前記基板上又はこの中にある第1の電極、及び/又は前記メンブレン上に又はこの中にある第2の電極とを更に有する、請求項1に記載のセル。
- 前記セルが、超音波の送信及び/又は受信に関する容量マイクロマシン超音波トランスデューサセルである、請求項1に記載のセル。
- 事前圧壊容量マイクロマシン・トランスデューサセルを製造する方法において、
基板を提供するステップと、
総メンブレン領域を覆うメンブレンを提供するステップであって、キャビティが前記メンブレン及び前記基板の間に形成される、ステップと、
前記メンブレン上に応力層を提供するステップであって、前記応力層が、前記メンブレンに対する所定の応力値を持つ、ステップと、
前記メンブレンにおいて穴を提供するステップであって、前記メンブレンが、前記穴を囲むエッジ部分を含み、前記応力層は、前記メンブレンのエッジ部分が前記基板に対して圧壊されるよう、前記基板に向かう方向において前記メンブレン上で曲げモーメントを提供するよう構成される、ステップとを有する、方法。 - 前記メンブレンにおける穴が提供されるとき、前記メンブレンのエッジ部分が、前記基板に対して圧壊する、請求項13に記載の方法。
- 前記応力層を除去するステップを更に有する、請求項13に記載の方法。
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