JP2610464B2 - コンデンサ形圧力センサおよび圧力センサ群 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、応力分離（isolated）および圧力媒体分離
形センサに構成された半導体膜（ダイアフラム）に取り
付けた誘電体層を使用した微小形のコンデンサ形圧力セ
ンサにおよび圧力センサ群に関するものである。

誘電体層は、前記膜に面した金属化コンデンサプレー
ト、および誘電体層内の金属化ホールを持っており、前
記ホールは膜感知室の排気を可能にし、また密封後の電
気的接続を提供している。

本発明のもう一つの特徴は、バッチ製造技術を使用す
る特徴（利点）を具現することである。

2.先行技術の説明 シリコン膜を使用したコンデンサ形圧力センサは、
「微小シリコン・コンデンサ形絶対圧力センサ」という
エム・イー・ベール（M.E.Behr）等による論文（I.Meck
E.1981年）に記述されている。

この論文は、膜（ダイアフラム）を形成するために使
用したシリコンウェーハについて記述している。ウェー
ハは、ガラス基板上に取り付けられ、ガラス上の金属化
層が、膜に対向して、これから隔離されたコンデンサ電
極すなわちコンデンサプレートを形成する。膜およびコ
ンデンサプレートへの電気的接続は、ガラスを貫通して
いる開口部内の金属化層を通して実現されている。

しかしながら、電気的なリードをフィードスルー（fe
edthrough）させること、および前記膜によって形成さ
れた室（チャンバ）を排気するための開口部を設けるこ
と、ならびに、バッチプロセスによってセンサを製造す
ることを可能化することという課題は、依然として残っ
ている。さらに、このようなセンサの応力分離（外部応
力からダイアフラム、すなわち膜を分離、絶縁するこ
と）が問題である。

集積回路センサの形成に関する先行技術のレビュー
が、「エレクトリカル・デザイン（Electrical Desig
n）」の1985年４月18日号第131〜148頁に、フランク・
グッドイナフ（Frank Goodenough）によって、「センサ
用IC（Sensor IC′s;Processing,Materials Open Facto
ry Doors」という表題の記事で提供されている。

発明の概要 本発明は、センサをバッチ製造することを可能にする
ために、なるべくは金属化（メタライズされた）誘電体
層上に取り付けられた半導体膜によって構成された微小
コンデンサ形圧力センサおよび圧力センサ群に関するも
のである。

膜およびこれに対面する金属層がコンデンサプレート
を形成し前記膜が圧力を受けて変形、偏向する時に、プ
レート間のコンデンサ容量が変動する。誘電体層は金属
化されたスルーホールを含んでおり、スルーホールは、
誘電体層の、コンデンサプレートとは反対側面の第二金
属化層に、電気的に接続される。

ホール内の金属層は回路用のリードを形成し、またホ
ールは、誘電体層上に形成されたコンデンサプレートと
膜間の空洞を排気するのに役立つ。ホールは、バッチ製
造工程において、カバーされて密封される。また、第二
の金属層が露出され、リードと接続するために使用され
る。

代表的な本発明は、誘電体性の、なるべくはパイレッ
クスガラス（硼硅酸塩）のようなガラスのベースまたは
基板を持った圧力センサである。

好ましい実施形態では、Ｐ型シリコンウェーハが、複
数の所望の位置で、両側からエッチングされる。エッチ
ングは、ウェーハの片側では、検知膜（または薄膜）を
形成するように、深くなっており、ウェーハの他の側で
は、検知空洞を形成するように、浅い深さに、膜の位置
と整列した位置でエッチングされる。

ウェーハは、第一の（検知空洞の反対側の）側で金属
化され、金属層とシリコン間のオーミック接触を形成す
るために焼きなましされる。

ガラスディスクは、ウェーハの膜上の中央部に位置す
るような、小さいホール（穴）を形成され、このディス
クは次に、（スルーホールを通して）その両面上が金属
化される。その片側では、分離したコンデンサプレート
を形成するように金属層がマスクされる。コンデンサプ
レートの各々は、一つのホールの中央部に位置するの
で、コンデンサプレートを形成する金属層が、シリコン
ウェーハ上に形成された膜と正しく整列される。

シリコンウェーハに面したガラスディスクの側の金属
化プレートが、そのシリコンウェーハの膜を覆って適切
に配置されるように、ガラスディスクまたは層が、シリ
コンウェーハ上の規定位置に配置される。

前記層すなわちガラスディスク上に形成されたコンデ
ンサプレートは、シリコンウェーハから電気的に絶縁さ
れているが、ガラスに設けられた各ホール内の金属化部
は、それぞれのコンデンサプレートの中央部に位置し、
ガラスディスクの反対側にある金属化層に、ガラス上の
コンデンサプレートを電気的に接続する。

シリコンウェーハおよびガラスディスクは、膜領域内
において数ミクロンのギャップを形成するように、各膜
の周囲領域で結合される。ガラスディスクとシリコンウ
ェーハ間のギャップは、空洞または室（チャンバ）を形
成しており、それらは、その周囲では密封されている
が、金属化ホールを通して外側に開口している。

ガラスディスクまたは層、およびシリコンウェーハの
アセンブリは、絶対圧力センサを形成するために使用さ
れることができるが、その場合は、前記アセンブリは第
三および第四のウェーハまたはディスクと整列され、組
合わされる。最初に述べたガラスディスク上に組合わさ
れる第三のディスクまたは層は、ガラスまたはシリコン
のいずれでも良く、第一のガラスディスクに面した表面
に形成されたボスを持っている。それらのボスは、前記
第一のガラスディスク内にあって、その中に金属層を持
つ、ホールをカバーし、密封するように配置される。

ディスクアセンブリが真空環境に配置され、第三のデ
ィスクが最初に述べたガラスディスクに結合されると、
第三のディスクは、膜とガラスディスク間の検知空洞を
効果的に密封する。したがって、ガラスディスク内のホ
ールは、形成されているコンデンサプレートからの電気
信号用のフィードスルーおよび、バッチ製造プロセスに
おいて、膜上の空洞を、排気、密封するための通路の両
方を提供する。第三の層のある部分は、接続形成用の金
属層を露出させるために除去されるがホールは密封状態
に残される。

その上に膜を形成された、最初に述べたシリコンウェ
ーハの外側（第一のガラスディスクとは反対の側）に配
置された第四の層は、通常、シリコンから作られてお
り、膜を形成して作られた空洞へ連なる通路を持ってい
る。第四層内の通路は、その膜に圧力流体（媒体）が作
用するのを可能にするためにある。図示してあるよう
に、第四のディスクは、アセンブリから外側に延び、か
つ圧力の通路を取り囲む、応力分離（isolating）ネッ
クを有している。第４のディスクは、同時に、真空環境
の下で、所定の位置に結合されている。

ガラスフリットまたは陽極結合が、シリコンウェーハ
および第一のガラスディスクからなる最初のアセンブリ
に、その外側の２層（第三および第四層）を結合するた
めに使用可能である。これらの４層からなるサンドイッ
チは、それから、個々のセンサを形成するために、ダイ
ス（切断）される。

本発明においては、もし所望ならば、応答の減衰また
は分離が望まれる場所では、ウェーハおよび、最初に述
べたガラスディスクよりなる最初のアセンブリは前述の
とおりに製造されるが、ウェーハの、最初に述べたガラ
スディスクとは反対側にある第四の層すなわちカバー
は、いくらか異なるように配列され、第一のガラスディ
スクとは反対側の膜上に配置される。

カバー層は、膜のコンデンサ作動表面とは反対側の側
面上に、小容積の制動室を形成するように、膜空洞に適
合するボスを持っている。小容積室は、流体（シリコー
ン油）で満たされており、分離膜（isolation diaphrag
m）上に作用する圧力を伝える分離室に向って、小さい
通路を通して開いている。そのような圧力が検知膜を偏
向させる。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に従って、センサを製造するために
使用した層を示すための、破断した部分での一組の圧力
センサ部分の平面図である。

第２図は、第１図の２−２線に沿った拡大断面図であ
り、本発明に従って、バッチ製造工程で製造された完全
なセンサ・アセンブリを示している。

第３図は、同一バッチで形成された他のセンサから１
つのセンサを分離した後、そのセンサを外側ハウジング
内に取り付けた状態を示す個々の圧力センサの断面図で
ある。

第４図は金属化フィードスルーホールの詳細を示すも
ので、本発明のセンサを製造するために使用したガラス
層部分の拡大断面図である。

第５図は、分離膜を持つ油充填ハウジング内に使用さ
れている本発明の改良形の断面図であり、本発明に従っ
て製造され、応答制動の特徴を含んだセンサが、この中
に設けられている。

第６図は、本発明に従って製造され、第１の型式の流
体制動アパーチャを持った圧力センサの垂直断面図であ
る。

第７図は、第８図の７−７線に沿った、流体制動アパ
ーチャの改良形の断面図である。

第８図は第７図の８−８線にほぼ沿ってみた平面図で
ある。

第９図は基準コンデンサを含むように改良された圧力
センサの断面図である。

第10図は、第９図の圧力センサ用の誘電体層および金
属化パターンの平面図である。

第11図は、この発明に従って基準コンデンサを取り付
けられたセンサの断面図である。

第12図は、拡大シーリング層を含むセンサの断面図で
ある。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図に示すように、第一の層すなわち誘電体（ガラ
ス）のディスク20は、そこに取り付けられ、全体として
符号10で示されているシリコンウェーハ（第１図の中央
部に例示されている）を持っている。シリコンウェーハ
10が、リム部分13によって囲まれた複数の検知膜（セン
シング・ダイアフラム）構成部12を形成するように、そ
れをエッチングすることによって準備される。ウェーハ
の第１の側にある膜構成部12およびリム部分13は、ガラ
スディスクと共に空洞14を形成している。

第２の側、すなわち反対側（第２図参照）には、凹部
15が十分に深く形成されるので、検知膜12は、所望の圧
力範囲での動作に適するように十分に薄くなる。各リム
13および関連する膜12は、膜アセンブリ17を形成してい
る。シリコンウェーハは、第２図の符号16に示すよう
に、容量形空洞14とは反対側の第２表面上で金属化（メ
タライズ）されており、金属層およびシリコン間にオー
ミック接触を形成するように焼きなまししてある。

適当な穴が誘電体ディスク、すなわち第一のガラス層
20を通してあけられ、符号23で示されているホールは、
ウェーハ10上のコンデンサ形空洞14の上に位置する。誘
電体ディスク20はそれから、その一方の側面で金属層21
を形成し、また、膜12の上にある領域内の他の側面上で
金属コンデンサプレート層部分22を形成するように、両
側面上で金属化されている。ディスク20の表面は、コン
デンサプレート部分を形成するために、既知の方法でマ
スクされることができる。

ホール23の内面もまた金属化されているので、金属層
21および金属コンデンサプレート層部分22は電気的に接
続されている。ホール23は十分な大きさであり、金属化
の際につまることはない。

シリコンウェーハ10および金属化ガラスディスクすな
わち層20は、ホール23が検知膜12の実際上中央部に位置
され、かつガラスディスクがリム13上に位置を占めてコ
ンデンサ形空洞14を塞閉するように、位置合せして配置
される。

ディスクすなわち第一層20およびウェーハすなわち第
二層10は、コンデンサ形空洞14を密封するために、リム
13に沿って一緒に結合される。僅かに数ミクロンのコン
デンサ・ギャップが、コンデンサプレート層22と、コン
デンサ形空洞における対向膜12の表面の間に形成されて
いる。コンデンサプレート層22はリム13から絶縁されて
おり、第二コンデンサプレートを形成する並行膜12に対
向したコンデンサプレートを形成している。空洞14は、
この処理段階では、開口部（ホール）を通して外部に開
いている。

第１図および第２図に示すようなアセンブリを形成す
るためのバッチ処理を完了するために、シリコンウェー
ハ10およびガラスディスクまたは層20のサブアセンブリ
26は、さらに、二つ以上のディスクまたは層によって、
サンドイッチ状にはさまれる。

符号40で全体的に示されているカバーウェーハ、すな
わちシリコンまたはガラスの第三層が、ウェーハ10上に
形成されている検知膜12の周囲のラインに沿った周辺支
持部を構成する周辺リム41（第２図参照）を形成するた
めに、まず最初にエッチングされる。リム41は、これら
の層が一緒に組立てられたとき、膜12を取り囲むように
なる。

さらに、実質的に平面の封止ボス42が、ガラスディス
クすなわち第一の層20の金属化開口部23を囲む実質的な
平面23Aと整列するように、第三層40の上に配置されて
いる。それから、そのアセンブリは、リム41およびボス
42がガラスディスク20の金属化層21の露出表面に結合さ
れるように、処理される。

前記の結合は、接触部にガラスフリットを用いて実現
するかまたは、陽極結合で行なうことができる。前記の
結合は一般に真空中で行なわれるので、そのコンデンサ
室すなわち空洞14は減圧状態となり、またその空洞は、
ボス42によって減圧状態で密封されている。

同じくシリコンで作られることのできる第四層30は、
ガラスディスクすなわち層20の反対側にあるウェーハ10
の一方の側で、ウェーハ10を支持するために使用され
る。第四層30は、その片側で、空洞15の中央部に位置さ
れ、かつ、膜から離れて面している第四層の側から外側
へ延びている多数のネックまたはポスト31を持つよう
に、組立て前にエッチングされる。

通路32が、各ネック31を通して形成されており、層30
を貫通して延びている。さらに、符号34で示されている
溝が、層30のネックとは反対の側に形成されてボス35を
作り出しており、このボスは、シリコンウェーハ10に形
成されている空洞すなわち凹部15と整列され、かつこれ
をまたいでいると共に、リム41の下側に位置している。
第1,2図、および第３図に示すように、膜がウェーハ10
上に形成された各領域を、凹部34が取り囲んでいる。

ネック31は、層30側で、その表面37から離れて突出し
ている先端表面36を持っていることが分かる。この材料
は、既知の方法で、ボス35を形成するために凹部34の位
置でエッチングされる。層30は、接触面でウェーハ10に
結合される。

４層からなるサンドイッチ構造は、ボス42以外の層40
を除去するために、さらに処理することができる。その
結果、開口部23は密封されたままであるが、ガラスディ
スク20上の金属化層21は、ボス42の周囲の領域で露出す
るようになる。

４層からなるサンドイッチが形成された後、第１図の
符号50で示されているラインに沿って切断される。切断
ラインは凹部34の中央部であるから、膜アセンブリ17を
形成するように、検知膜12の各々の周囲に周辺リム13が
残される。第三層40は、各ボス42の周囲の領域で層21が
露出するように、ボス42以外の領域において、切断また
はその他の適切なプロセスによって除去される。露出さ
れた金属層21は、電気的リードが容易に接続できる領域
を形成する。

個々のセンサ47が切離された後、各センサの層30もま
た、凹部34と並んだ材料部を除去するために、その周辺
部が切断またはエッチング除去される。これにより、ボ
ス35に対応した大きさに層30の端縁をトリムする（整え
る）。縮少された周辺部38（第３図）により、ウェーハ
10上の金属層16の周辺バンドが露出できるようになる。
リード52がこの層16に接続できる。ガラス層すなわちデ
ィスク20上の金属層21もまた、溶接のような従来の方法
で、リード53を接続することができるようにする。

センサ47は、適当な方法で、ハウジングベースにネッ
ク31の下側面36を結合することによって、ハウジングベ
ース構成部分54上に取り付けられる。ハウジング壁55
と、キャップ56を支持しているベース54は、ハウジング
の内側に密封室57を形成するために使用される。ネック
31の表面36の周囲の密封により、ベース54内の開口部58
を通って、さらにまた開口部32を通って室15へ圧力を供
給することが可能になる。

圧力媒体（計測されている流体）は、リード52および
53から絶縁されており、金属コンデンサプレート領域へ
の電気的接続が、腐蝕性流体にさらされることはなくな
る。ネック31は、コンデンサ圧力センサ47のために応力
分離（isolation）スプリング支持部を形成する。この
ために、取り付け部のひずみによっては、検知膜の異常
変形が生じない。圧力ケース上のひずみは、その膜に影
響を与えない。

コンデンサ室14は、ボス42によって真空下で密封さ
れ、密封されたままに残されている。金属化ホール23
は、信号のフィードスルーおよび、室14の排気のための
開口部を形成している。

第２形態の取り付けにおいては、本発明に従って作ら
れた典型的なセンサが、第５図に示されているように、
外側の分離ハウジング内に取り付けられる。

図示しているように、符号75で全体的に示しているセ
ンサは、第１〜４図に示すものとは上下逆になってお
り、その中に形成した隔離膜77を持つ外側外囲器76に取
り付けられている。計測される圧力は、矢印Ｐによって
示されており、分離膜77上に作用する。ハウジング76の
内部空間には、膜の応答を制動するのに適した不活性油
またはその他の不活性流体が充填されている。

センサ75は、第２および３図に示すシールボス42を使
用して、ハウジングのベース壁78上に支持されている。
センサ75は、パイレックスガラス、またはその他の適当
な材料から製造された層すなわちディスク20を含んでお
り、膜アセンブリ17は、層20に結合されている。リム13
および偏向検知膜12は、前述と同様に形成されている。
膜12は、固くて堅固であり、高周波応答特性を持ってい
る。

膜アセンブリ17は、シリコン、水晶、サファイア、ま
たはガラスのようなもろい材料から作られるのが望まし
い。シリコンはより望ましい。ガラスが使用された場合
には、その膜表面は、適当は容量性表面（コンデンサの
電極面）を形成するために金属化されることができる。
ガラスディスクすなわち層20上の金属製コンデンサプレ
ート層22は、膜12に面しており、層21は、開口部23内の
金属化層によって層22に接続されている。

センサアセンブリ75は、前記のように、開口部を持つ
ように形成されており、前記開口は、層21と層22の間の
電気的導電通路を提供すると共に、コンデンサ室14を排
気する通路として役に立つ。膜12がシリコンのような半
導体からできている場合には、それは、もしも所望なら
ば、その上に金属コンデンサプレートを配置されること
無しに、動作することができる。

接続は金属化層16からリード84へなされることがで
き、これによって、適当な既知の容量検知回路86を用い
て、層22と検知膜12の対向表面間の容量を検出するため
の第二リードを提供する。

膜12は比較的高い周波数で応答する。検出回路の出力
信号が、ディジタル出力を得るために使用される場合に
は、リード83および84での容量信号が選択した割合でサ
ンプリングされる。膜12の周波数応答が、符号85で示さ
れているサンプリング回路のサンプリング率、または周
波数の約1/2よりも大であるならば、その出力は誤り情
報（エイリアシングと呼ばれる）を発生するかも知れな
い。

メッセージ周波数に関連した望ましいサンプリング率
は、シャコレット（Giacolleto）によるマグロヒル（Mc
Graw−Hill）社、1977年発行「電子設計者ハンドブッ
ク（Electronic Designer′s Handbook）」第２版、22.
8a章、第22〜77ページに定義されている。

膜応答の制動を実現し、しかも、それを従来の方法で
実行するために、第１〜４図の層30は、各凹部15上にあ
るカバー88を形成する層と置換される。

カバー88は、膜アセンブリ17のそれに匹敵する（コン
パチブルな）膨脹温度係数を持つシリコン、またはその
他の剛体材料から作られる。カバー88は、リム13に適合
した外側リム89および中央部90をもつように構成されて
おり、中央部90は、リム13内に規定された凹部15に適合
したボスの形に形成されている。

ボス90の先端表面は、膜12の表面に近接しており、そ
の膜に接近して僅かな間隙があるのが望ましい。ボス90
は、図中に符号91で示すように、ボス90の先端表面と膜
12との間に、非常に小さい容積の室を形成している。

符号92で示されている、適当な小さい直径のレーザ加
工ホールが、カバー88に穿設され、室91から外部へ、換
言すれば、その中にセンサ75が取り付けられているハウ
ジング76のような、分離ハウジングの内部へ連通され
る。通路92は非常に小さい断面積しか持たず、また短
い。一方、室91の容積は非常に小さい。

室91および通路92は、そのセンサアセンブリを真空中
で油に浸して室に油を充填するような、既知の技術を用
いて容易に油で満たすことができる。膜12を制動して、
その全体的な周波数応答を、適切なレベルにまで低下さ
せるために、通路92は制御オリフィスまたは必要な流量
制限部を提供する。油または充填流体は、膜が偏向する
ときに、開口部92を通して流れなければならない。

カバー88のボス90は、技術的によく知られている適当
なエッチング技術によって形成できる。カバーは、ガラ
スフリットを用いてウェーハ10の膜リム上の規定位置に
保持されるか、または、第１〜４図に示した結合層に関
して前述されている幾つかの他の従来法で結合されるか
する。

本発明の装置の利点は、過大圧の印加時に、ガラスデ
ィスクすなわち層20に対して膜が接触し、膜の損傷が防
止されることである。

第５図および第６図に示されたセンサは絶対圧力セン
サであり、したがって膜12は、計測される圧力の印加時
に、静止位置からカバー88のボス90の方向へ偏向するこ
とはない。室14は、通常、少なくとも部分真空（partia
l vacuum）になっている。

第７および第８図には、符号100で示されている改良
型圧力センサアセンブリが例示されており、これはハウ
ジング76内で使用されることができる。

アセンブリ100はガラスディスクすなわち層20および
膜アセンブリ102を含んでおり、前記膜アセンブリ102
は、膜アセンブリ17と同一の方法で、シリコンウェーハ
10をベースにしたバッチプロセスで作られる。膜アセン
ブリ102は、シリコン、サファイア、石英またはガラス
のような、もろい材料から作られており、偏向検知膜10
4の周囲に形成された周辺リム103を持っている。

リム103は層20と結合しており、膜104の下側表面106
は、膜104でコンデンサギャップを形成するように、層2
0の金属層22から隔離されている。リードは、前述した
ように、ガラスディスク20上の金属化層から取り出され
る。リードは回路85および86と接続できる。

カバー105が、膜104の表面106とは反対側に形成され
た空洞108の上に配置されている。カバー105のボス109
は、空洞108内に延びているが、膜104からは間隙を持っ
て配置されている。カバーは所定の位置に固定される。
またカバー105は、もし望むならば、同様にシリコンか
ら作ることができる。ボス109は、油（オイル）で満た
すことのできる微小容積の室を形成する。

本発明のこの実施形態においては、浅い周辺スペース
110が、空洞108へ突出しているボス109の周囲に形成さ
れている。小さい通路111が、リム103（または、もし望
むならば、カバー105）にエッチングまたは微小機械処
理によって形成され、このスペース110と連通する。通
路111は、第７および第８図に示されているように、リ
ム103の上部表面を横切って延びており、偏向膜104の上
側の、リム103の周辺内側に形成された空洞108への、非
常に小さい断面の、制限された通路を形成している。

小容積の室112が空洞108内に形成されており、この室
112は、適当な油で充填された後に、偏向膜104の運動を
制動するために、そこへ連通される、制限された開口部
を有している。

ここでも同様に、小容積の室を準備し、この室をシリ
コン油、またはその他の適当な制動流体で充填し、油の
通路に小さい制限部すなわちオリフィスを設けることに
よって、膜104の周波数応答が、使用される回答のサン
プリング率と比肩可能なレベルにまで低減させられる。

制動室は、センサアセンブリの直ぐ上に形成され、制
動を実現するためには、別のハウジングに依存してはい
ない。

センサアセンブリは、真空中で制動室91または112を
逆に充填することによって充填することができる。

センサはバッチプロセスで製造されることができ、誘
電体の第一層20は、ホール23を規定する表面上の金属化
層によって接続される、リード接続領域およびコンデン
サプレートの両方を形成するために、金属化することが
できる。前記ホール23はまた、コンデンサ室が密封され
る前にこのコンデンサ室を排気することも可能にしてい
る。

第９および第10図には、変形例のセンサアセンブリ
が、符号130で示されている。

アセンブリ130は、コンデンサプレート133を形成する
ために金属化されている誘電体層131を含んでいる。半
導体層132は、偏向膜領域134で形成されており、コンデ
ンサプレート133は、圧力検知キャパシタタンスを形成
するように、膜領域134で、半導体層132と容量的に結合
している。

第二の金属化コンデンサプレート137が、誘電体層131
上に配置されており、コンデンサプレート133とは電気
的に絶縁されている。

コンデンサプレート137もまた、基準キャパシタンス
を形成するように、（偏向膜部分用の支持リムの部分の
上にある）不偏向部分139で、半導体層132と容量形結合
をしている。

圧力検知用コンデンサおよび基準コンデンサは、同一
構造で製造されるので、プレート137および領域139から
なる基準コンデンサは、プレート133および膜領域134か
らなる圧力検知用コンデンサのパラメータと実質的に整
合している、損失率および静電容量の温度係数のような
パラメータを持っている。

適当なホール141および143が誘電体層131を通して穿
設され、これらのホールの壁は、第９図に示すように、
コンデンサプレート137から平面接続領域149への電気的
なフィードスルー接続145および、コンデンサプレート1
37から平面接続領域151への電気的なフィードスルー接
続を実現するために金属化されている。

半導体層132は、コンデンサプレート133の下側の偏向
可能な長方形膜領域134、およびコンデンサプレート137
の下側にある実質的な剛体領域139を形成するために、
エッチングによって整形加工される。半導体層132は、
第９図に示すように、領域152で、誘電体（ガラス）層1
31に結合されている。支持層154が半導体層132の下側面
に結合しており、支持層154は、第２図に示されている
支持層30に類似している。

膜領域134を偏向させるような圧力Ｐを通すために、
ホール156が支持層154内に穿設される。半導体層132
は、半導体にオーミック接触を形成するように、その表
面153で金属化されている。リード155,157、および159
が、外部検出回路との接続を行うために、金属化接点表
面151,149および153でセンサに接続されている。

基準コンデンサはリード157および159に接続されてお
り、圧力検知用コンデンサはリード159および155に接続
されている。外部検出回路は、既知の方法で、圧力検知
用コンデンサの容量を基準コンデンサの容量に対して比
較し、圧力検知用コンデンサおよび基準コンデンサに共
通しているパラメータ変動に対して補正された、検出用
コンデンサの大きさ（計測値）を出力する。

平面状の密封ボス161および163が、コンデンサプレー
ト137と133、および半導体層132間に密封され、かつ排
気された室165を構成するために、それぞれ、真空状態
で、面149および151に結合される。

第11図には、第３図に示したセンサと類似の圧力セン
サ170が示されている。センサ170はハウジング171に取
り付けられており、ハウジング171に設けられたホール1
73を通してセンサ170に印加される圧力Ｐを検知する膜1
83を持っている。基準コンデンサ175は、センサ170から
隔離されてハウジング内に取り付けられているが、セン
サ170と同じ方向に向いている。

基準コンデンサ175は、膜177へ圧力流体を通すための
ホールがコンデンサ175には設けられていない点以外
は、センサ170と同じように構成されている。すなわ
ち、膜177は、膜の下の排気室179および、膜の上の排気
室181を持っている。

センサ170および基準コンデンサ175の構造および方向
が類似しているので、ハウジング171の振動に対する膜1
77および183の応答は、相互に実質的に同じになる。セ
ンサ170および基準コンデンサ175は、圧力センサ170の
容量に及ぼされる振動の影響が、基準コンデンサ175か
らの対応信号によって実質的に相殺されるように、検出
回路185に接続できる。そのような配列は、振動が存在
する航空機のような乗物に適用するのに、特に適してい
る。

第12図には、変形例の圧力センサ190が例示されてい
る。センサ190は、第３図に例示しているセンサと同様
であり、第３図および第12図と同一の符号は、対応する
同様な特徴を示している。

第３図における密封ボス42は、第12図のセンサ190で
は使用されていない。第12図においては、より大きい密
封ボス43が、ホール23を封止するために使用されてい
る。密封ボス43は、膜アセンブリ17のリム13上の金属化
部分21に封止された周辺リム44にまで、ホール23上から
延びている。密封ボス43は、加熱および機械的圧力を使
用して、金属化層21に封着される。リム44にシール表面
を配列することは、密封工程期間中に、ガラス層20に歪
が生じるのを防止する。

図示されている圧力センサは、非常に低い圧力から適
度に高い圧力までの検知に使用できる。また、有機材料
が使用されていないので、それは高性能な圧力センサと
なる。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−148843（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−217126（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−22838（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−123077（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−31645（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−64645（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−33640（ＪＰ，Ｕ)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】キャパシタンス検出回路へ接続され、検知
   圧力を表わす出力を発生するためのコンデンサ形圧力セ
   ンサであって、 誘電体材料から形成された第一の層であって、少なくと
   も一つの実質上平坦な、その第一の面から反対側の第二
   の面まで、これを貫通して延びる第一のアパーチャを有
   する第一の層と、 第一の層上に配設され、第一のコンデンサプレートを形
   成するように、第一の面の第一部分上に延びており、ま
   た、アパーチャから離れた電気的接触層を形成するよう
   に第二の面の一部分上に延びており、さらに、接触層を
   通して検出回路に第一コンデンサプレートを接続するよ
   うに、アパーチャを通して第一コンデンサプレートまで
   延びている電気導電手段と、 膜（ダイアフラム）を取り囲むリムを有する、もろい材
   料から形成された膜（ダイアフラム）層であって、前記
   リムは、第一コンデンサプレートを取り囲むように、第
   一層の第一の面に封止結合されており、前期膜は、第一
   コンデンサプレートと向い合って、かつこれから離れて
   おり、また前記膜は、その膜に加えられる圧力に応答す
   る第二のコンデンサプレートを、前記もろい材料内に有
   している膜層と、 前記膜層のリム上に重なるように設けられて周辺支持部
   を形成する周辺リムを有するシール層であって、前記周
   辺リムが、その上に、前記アパーチャをシールして前記
   コンデンサプレートに対向する側の膜に基準圧力をもた
   らすように前記第一の層の第二の面上の前記電気導電手
   段に接合されるシール面を有しているシール層とを具備
   したコンデンサ形圧力センサ。
2. 【請求項２】請求の範囲第１のコンデンサ形圧力センサ
   であって、膜が半導体材料の層から構成されているも
   の。
3. 【請求項３】請求の範囲２のコンデンサ形圧力センサで
   あって、半導体材料の層が半導体材料とオーミック接触
   した金属層を持っているもの。
4. 【請求項４】請求の範囲３のコンデンサ形圧力センサで
   あって、さらに、半導体層の第二の面上で、この半導体
   層に結合された材料よりなり、かつ膜領域にまたがって
   いる第四層を有し、前記第四層は、検出されようとして
   いる圧力流体が膜に作用することを可能にするためのア
   パーチャを持っているもの。
5. 【請求項５】請求の範囲４のコンデンサ形圧力センサで
   あって、第四層は、センサの横方向幅よりも実質的に小
   さい寸法のネック部分を含んでおり、第四層を貫通する
   アパーチャが前記ネックを通過しているもの。
6. 【請求項６】請求の範囲５のコンデンサ形圧力センサで
   あって、さらに、このセンサ内に配置された基準コンデ
   ンサを含んでおり、前記基準コンデンサは実質的に平坦
   な面上に配置され、かつ基準キャパシタンスを形成する
   ように、リムの部分と容量的に結合されている、第一の
   基準コンデンサプレートを有しているもの。
7. 【請求項７】請求の範囲５のコンデンサ形圧力センサで
   あって、第四層に結合されたベース部材および、ベース
   層に結合され、前記第四層から隔離されている基準コン
   デンサを含んでおり、前記基準コンデンサは、出力の振
   動感度が減少するように検出回路に結合されているも
   の。
8. 【請求項８】請求の範囲５のコンデンサ形圧力センサで
   あって、シール層が膜アセンブリのリム上に導電性手段
   に結合されているもの。
9. 【請求項９】請求の範囲５のコンデンサ形圧力センサで
   あって、前述のネックが、前記ネックへセンサを取り付
   けるための取り付け面を持っており、膜から外部応力を
   絶縁するための応力絶縁手段を提供するもの。
10. 【請求項１０】請求の範囲４のコンデンサ形圧力センサ
    であって、第四層は、膜と組合って室を規定すると共
    に、前記室とセンサの外部との間に制限アパーチャ部分
    を形成され、前記アパーチャ部分は、膜が基準位置から
    偏向するとき、そこを通る流体の流れを制限するもの。
11. 【請求項１１】キャパシタンス検出回路に接続され、検
    知圧力を表す出力を発生させるためのコンデンサ形圧力
    センサ群であって、 少なくとも一つの実質的に平坦な第一の面および該第一
    の面から離れた反対側の第二の面を有する誘電体材料か
    ら形成された第一の層と、 前記第一の層上に沈積され、かつ前記第二の面の一部分
    に広がって電気的接触層を形成した電気導電手段と、 前記第一の層の第一の面に封止接合された少なくとも一
    つのリムを有するもろい材料から形成された膜層と、 前記膜層の少なくとも一つのリムの上に重なるように設
    けられて周辺支持部を形成する周辺リムを有するシール
    層であって、前記周辺リムは前記第一の層の第二の面上
    の前記電気導電手段に接合される封止面を有し、かつ電
    気的リードを装着するための前記電気導電手段の露出部
    を残しているシール層とを具備するとともに、 当該コンデンサ形圧力センサ群のそれぞれのセンサが、 前記第一の層を貫通して前記第一の平坦な面から第二の
    面へ伸びる第一のアパーチャを具備し、 前記電気導電手段が、第一のコンデンサプレートを形成
    するように前記第一の平坦な面の第一の部分に広がり、
    かつ前記接触層を介して前記第一のコンデンサプレート
    を前記検出回路に接続するように、該第一のコンデンサ
    プレートから前記アパーチャを通して延び、 前記第一のコンデンサプレートから離れた状態で対向す
    る膜を具備し、 該膜は、該膜にかかる圧力に応答するもろい材料内に第
    二のコンデンサプレートを形成し、 該膜および前記第一のコンデンサプレートが前記膜層の
    少なくとも一つのリムのうちの一つによって取り囲まれ
    ているコンデンサ形圧力センサ群。