JP3124773B2 - 高弾性係数支持材付き圧力センサ - Google Patents
高弾性係数支持材付き圧力センサInfo
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- JP3124773B2 JP3124773B2 JP04508847A JP50884792A JP3124773B2 JP 3124773 B2 JP3124773 B2 JP 3124773B2 JP 04508847 A JP04508847 A JP 04508847A JP 50884792 A JP50884792 A JP 50884792A JP 3124773 B2 JP3124773 B2 JP 3124773B2
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- diaphragm
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/43—Electric condenser making
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、流体圧力用の圧力センサに関する。
従来技術 脆性材料で形成され、バッチプロセスで製造された差
圧センサは、例えば、ネヒト（Knecht）他による米国特
許4,833,920号（PCT公報WO 88/00335号）によって知ら
れている。代表的には、検出ダイアフラムは、金属コン
デンサ電極の被膜がその上に施されたガラスの基準板に
接合されたシリコン層で形成されている。それからダイ
アフラム層および基準層の組立体は、高いライン圧がか
かったときに基準板が曲がろうとする傾向を低減する支
持筒の間に固定される。センサは、コンデンサ電極とダ
イアフラムとの間の圧力感応容量を検知する電気回路に
接続され、圧力を代表する出力信号を供給する。
圧センサは、例えば、ネヒト（Knecht）他による米国特
許4,833,920号（PCT公報WO 88/00335号）によって知ら
れている。代表的には、検出ダイアフラムは、金属コン
デンサ電極の被膜がその上に施されたガラスの基準板に
接合されたシリコン層で形成されている。それからダイ
アフラム層および基準層の組立体は、高いライン圧がか
かったときに基準板が曲がろうとする傾向を低減する支
持筒の間に固定される。センサは、コンデンサ電極とダ
イアフラムとの間の圧力感応容量を検知する電気回路に
接続され、圧力を代表する出力信号を供給する。
検出すべき圧力以外の周囲の条件によっても、ダイア
フラムまたは基準板は望ましくない偏倚を受け得る。こ
の望ましくない偏倚は当該センサの正確な検出範囲（レ
ンジ）を制限する。ダイアフラム、基準板、または固定
装置に使用されている材料間の熱膨脹係数の不整合によ
って、ダイアフラムは望ましくない変位を生じ、または
ひび割れの誘因となる応力をセンサに生じさせる。ライ
ン圧による基準板の膨出は差圧の測定に悪影響を及ぼす
ことがある。ダイアフラムおよび支持層間、または支持
層および遮断部への管結合部間における接合部および封
止部の強度は、センサに対して安全に適用できる圧力の
上限を制限し、また温度、圧力ないしはこれらの双方の
変化による非反復性つまりヒステリシス型の誤差を引き
起こすことがある。
フラムまたは基準板は望ましくない偏倚を受け得る。こ
の望ましくない偏倚は当該センサの正確な検出範囲（レ
ンジ）を制限する。ダイアフラム、基準板、または固定
装置に使用されている材料間の熱膨脹係数の不整合によ
って、ダイアフラムは望ましくない変位を生じ、または
ひび割れの誘因となる応力をセンサに生じさせる。ライ
ン圧による基準板の膨出は差圧の測定に悪影響を及ぼす
ことがある。ダイアフラムおよび支持層間、または支持
層および遮断部への管結合部間における接合部および封
止部の強度は、センサに対して安全に適用できる圧力の
上限を制限し、また温度、圧力ないしはこれらの双方の
変化による非反復性つまりヒステリシス型の誤差を引き
起こすことがある。
差圧およびライン圧、温度またはこれらの複数に対す
る動作範囲拡大の要請があるが、センサに使用されてい
る材料、幾何学的構造配置および接着材料に関する制約
が、その性能に制限を加え続けている。したがって、選
択されたライン圧、差圧および温度範囲全体にわたって
要求精度を提供することができるような、幾何学的に接
合された材料を組合わせた圧力センサを提供する必要性
がある。
る動作範囲拡大の要請があるが、センサに使用されてい
る材料、幾何学的構造配置および接着材料に関する制約
が、その性能に制限を加え続けている。したがって、選
択されたライン圧、差圧および温度範囲全体にわたって
要求精度を提供することができるような、幾何学的に接
合された材料を組合わせた圧力センサを提供する必要性
がある。
発明の概要 本発明では、ダイアフラム層の半導体接合領域が、金
属薄膜によって、高弾性係数（modulus）をもった支持
ブロックのセラミック接合領域に接合されており、前記
支持ブロックの熱膨脹係数は前記ダイアフラムのそれと
整合されている。前記構成によって、ダイアフラム層中
の圧力検出ダイアフラムは望ましくない歪みから遮断さ
れ、センサの精度が改善される。
属薄膜によって、高弾性係数（modulus）をもった支持
ブロックのセラミック接合領域に接合されており、前記
支持ブロックの熱膨脹係数は前記ダイアフラムのそれと
整合されている。前記構成によって、ダイアフラム層中
の圧力検出ダイアフラムは望ましくない歪みから遮断さ
れ、センサの精度が改善される。
ダイアフラム層は層縁（外縁）で形状が決定された層
面を有している。前記層面は、ダイアフラム層内に形成
された検出ダイアフラムを取囲む半導体接合領域を露出
させている。結合手段によって流体圧が検出ダイアフラ
ムに結合され、該ダイアフラムが偏倚（偏向）される。
前記偏倚を検知し、かつ圧力を代表する出力信号を与え
るため、前記検出ダイアフラムに検出手段が結合され
る。前記支持ブロックはブロック縁で形状が決定された
第１および第２の面を有し、前記第１のブロック面はセ
ラミック接合領域を露出して半導体接合領域に対向して
いる。互いに対向している前記半導体接合領域およびセ
ラミック接合領域間に配置された金属薄膜で薄膜層が形
成されている。前記薄膜層によって、半導体接合領域が
セラミック接合領域に接合される。
面を有している。前記層面は、ダイアフラム層内に形成
された検出ダイアフラムを取囲む半導体接合領域を露出
させている。結合手段によって流体圧が検出ダイアフラ
ムに結合され、該ダイアフラムが偏倚（偏向）される。
前記偏倚を検知し、かつ圧力を代表する出力信号を与え
るため、前記検出ダイアフラムに検出手段が結合され
る。前記支持ブロックはブロック縁で形状が決定された
第１および第２の面を有し、前記第１のブロック面はセ
ラミック接合領域を露出して半導体接合領域に対向して
いる。互いに対向している前記半導体接合領域およびセ
ラミック接合領域間に配置された金属薄膜で薄膜層が形
成されている。前記薄膜層によって、半導体接合領域が
セラミック接合領域に接合される。
図面の簡単な説明 図１は本発明に係るセンサを含む圧力送信機の下部ハ
ウジングの断面図である。
ウジングの断面図である。
図２は支持ブロックの正面図である。
図３は図２の支持ブロックの断面図である。
図４はダイアフラム層の正面図である。
図５は本発明に係るセンサの断面図である。
図６は金属化被膜（メタライズ層）がその上に沈積さ
れたダイアフラム層の一部分の断面図である。
れたダイアフラム層の一部分の断面図である。
図７は本発明に係るセンサの一部分の断面図である。
図８は本発明に係るセンサの断面図である。
図９は本発明に係るセンサの一部分の断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明 図１は、圧力送信機の下部ハウジング20を示す。下部
ハウジング20において、２つの流体アイソレータ（遮断
部材）22,24が送信機にかかる圧力P1,P2を受けている。
下部ハウジング20の通路26,28によってアイソレータ22,
24が圧力センサ30に結合される。流体圧力センサ30へ圧
力を結合するため、非圧縮性流体、例えばシリコーン油
32でアイソレータ22,24および通路26,28が満たされてい
る。流体圧力センサ30は圧力を感知し、圧力を示す電気
的出力信号をコネクタ34に供給する。下部ハウジングの
ねじ36にねじ込まれる上部ハウジングの送信機回路（図
示せず）は、センサ30の電気的出力信号を受信し、それ
を遠距離へ伝送できる信号、例えば４〜20mAの出力信
号、またはデジタル出力信号に変換する。
ハウジング20において、２つの流体アイソレータ（遮断
部材）22,24が送信機にかかる圧力P1,P2を受けている。
下部ハウジング20の通路26,28によってアイソレータ22,
24が圧力センサ30に結合される。流体圧力センサ30へ圧
力を結合するため、非圧縮性流体、例えばシリコーン油
32でアイソレータ22,24および通路26,28が満たされてい
る。流体圧力センサ30は圧力を感知し、圧力を示す電気
的出力信号をコネクタ34に供給する。下部ハウジングの
ねじ36にねじ込まれる上部ハウジングの送信機回路（図
示せず）は、センサ30の電気的出力信号を受信し、それ
を遠距離へ伝送できる信号、例えば４〜20mAの出力信
号、またはデジタル出力信号に変換する。
図２および図３には、その両側の平坦面44,46を取囲
む外縁42を有する支持ブロック40を示す。中央通路つま
り孔48は平坦面44,46の間に延びている。支持ブロック4
0はダイアフラム層50（図４参照）に接合され、該ダイ
アフラム層を支持している。支持ブロック40は、好まし
くは、3.8mm（0.15インチ）から10.2mm（0.40インチ）
範囲内の厚さ「Ｔ」を有している。支持ブロックの厚さ
「Ｔ」は、このセンサで検出される圧力の上限に応じ、
接合されるダイアフラム層の約10〜40倍に決定される。
厚さ「Ｔ」は、好ましくはダイアフラム層の厚さの15倍
以上であるのが望ましい。支持ブロック40は、シリコン
の剛性（スティフネス）の2.5倍であって、約4500万ポ
ンド／平方インチの弾性係数を有する高い剛性を持つよ
うに選択されたセラミック材料で形成されている。支持
構造のための好ましい高弾性係数セラミック材料は、コ
ネチカット州、ニュー・カナンのワッカー・ケミカルズ
USA社（Wacker Chemicals USA INC.,）、ESK・エンジニ
アード・セラミックス（ESK Engineered Ceramics）か
ら「endowed SRBSN」または「SSN」の商品名で供給さ
れている。この高弾性係数セラミック材料はバルク気密
性を示し、例えばフリット封止および活性金属硬ロー付
けのような封止手段により、他の材料に対してハーメチ
ック・シールを形成し得る。この高弾性係数セラミック
材料は、さらに電気的に絶縁性である。電気的絶縁性に
よって、センサの電気的付勢部分、例えばリード線およ
びコンデンサ電極を、支持構造と該支持構造が装着され
る金属部との間に付加的な電気絶縁材料を設けることな
く、支持構造面に対して間近で接触させることを可能に
する。「endowedSRBSN」はシリコンのそれと極めて良く
整合する熱膨張係数を有する。このことは、異なる熱膨
脹係数を持った部材同士の隣接表面間の歪みを低減する
ための中間層または弾性材料を付加することなく、堅固
で実質的に撓むことがない状態で支持ブロック40をダイ
アフラム層50に対して装着することを可能にする。膨張
特性の整合により、広い温度範囲に亘って反復性および
非反復性の温度誤差が低減される。圧力および温度変化
によるセンサ出力信号のヒステリシスは格段に低減され
る。選択された前記セラミック材料は単一のブロック材
料でありながら、所望の諸特性を効果的に兼ね備えてい
るので、所望の電気的絶縁性、接合性、温度係数、空気
遮断性および剛性特性を得るために異なる材料を多層に
積層する場合の問題が回避される。単一の材料に脆特性
が兼ね備えられることによって、温度変化、ライン圧、
差圧および装着装置による望ましくない応力の影響が制
御され、センサの構造が簡素化される。
む外縁42を有する支持ブロック40を示す。中央通路つま
り孔48は平坦面44,46の間に延びている。支持ブロック4
0はダイアフラム層50（図４参照）に接合され、該ダイ
アフラム層を支持している。支持ブロック40は、好まし
くは、3.8mm（0.15インチ）から10.2mm（0.40インチ）
範囲内の厚さ「Ｔ」を有している。支持ブロックの厚さ
「Ｔ」は、このセンサで検出される圧力の上限に応じ、
接合されるダイアフラム層の約10〜40倍に決定される。
厚さ「Ｔ」は、好ましくはダイアフラム層の厚さの15倍
以上であるのが望ましい。支持ブロック40は、シリコン
の剛性（スティフネス）の2.5倍であって、約4500万ポ
ンド／平方インチの弾性係数を有する高い剛性を持つよ
うに選択されたセラミック材料で形成されている。支持
構造のための好ましい高弾性係数セラミック材料は、コ
ネチカット州、ニュー・カナンのワッカー・ケミカルズ
USA社（Wacker Chemicals USA INC.,）、ESK・エンジニ
アード・セラミックス（ESK Engineered Ceramics）か
ら「endowed SRBSN」または「SSN」の商品名で供給さ
れている。この高弾性係数セラミック材料はバルク気密
性を示し、例えばフリット封止および活性金属硬ロー付
けのような封止手段により、他の材料に対してハーメチ
ック・シールを形成し得る。この高弾性係数セラミック
材料は、さらに電気的に絶縁性である。電気的絶縁性に
よって、センサの電気的付勢部分、例えばリード線およ
びコンデンサ電極を、支持構造と該支持構造が装着され
る金属部との間に付加的な電気絶縁材料を設けることな
く、支持構造面に対して間近で接触させることを可能に
する。「endowedSRBSN」はシリコンのそれと極めて良く
整合する熱膨張係数を有する。このことは、異なる熱膨
脹係数を持った部材同士の隣接表面間の歪みを低減する
ための中間層または弾性材料を付加することなく、堅固
で実質的に撓むことがない状態で支持ブロック40をダイ
アフラム層50に対して装着することを可能にする。膨張
特性の整合により、広い温度範囲に亘って反復性および
非反復性の温度誤差が低減される。圧力および温度変化
によるセンサ出力信号のヒステリシスは格段に低減され
る。選択された前記セラミック材料は単一のブロック材
料でありながら、所望の諸特性を効果的に兼ね備えてい
るので、所望の電気的絶縁性、接合性、温度係数、空気
遮断性および剛性特性を得るために異なる材料を多層に
積層する場合の問題が回避される。単一の材料に脆特性
が兼ね備えられることによって、温度変化、ライン圧、
差圧および装着装置による望ましくない応力の影響が制
御され、センサの構造が簡素化される。
図４に、ダイアフラム層50を示す。ダイアフラム層50
は層面54を取囲む外縁52を有する。反対の層面である第
２の層面56（図４には示していない）は層面54と同様で
ある。金属化被膜58は、外縁52および中央ダイアフラム
60間の平坦な層面56に選択的に沈積されている。ダイア
フラム60は環状溝64に取囲まれた凹状面62を有する。ダ
イアフラム層50の外縁52は、支持ブロック40の外縁42の
寸法と略同一であるが、図４、図２および図３では詳細
に示すため異なる尺度で図示されている。
は層面54を取囲む外縁52を有する。反対の層面である第
２の層面56（図４には示していない）は層面54と同様で
ある。金属化被膜58は、外縁52および中央ダイアフラム
60間の平坦な層面56に選択的に沈積されている。ダイア
フラム60は環状溝64に取囲まれた凹状面62を有する。ダ
イアフラム層50の外縁52は、支持ブロック40の外縁42の
寸法と略同一であるが、図４、図２および図３では詳細
に示すため異なる尺度で図示されている。
図５には、ダイアフラム層50および２つの支持ブロッ
ク40で形成されたセンサ本体70を示す。支持ブロック40
の面46上に被着された金属化被膜によって円形のコンデ
ンサ電極47が形成されている。ダイアフラム層50および
支持ブロックは図５に示すように互いに接触するように
配置され、この組立体は約560〜700℃の温度で加熱され
る。金属化被膜58は支持ブロックの面46の表面粗さに匹
敵する厚さを有する。約0.5〜2.0ミクロンのアルミニウ
ムの金属化被膜が望ましい。このような高温下では、金
属化被膜58は支持ブロックの面46に対する接合剤とな
る。前記接合剤は、センサに圧力が加わったときに、セ
ンサ本体70からのブロックの剥離に対する抵抗強度を有
し、かつダイアフラム60の周りにおける流体封止を当れ
る。図５において、各支持ブロック40の中央の孔48は金
属化被膜72で被覆され、各ブロックの面44,46間の導電
経路つまり密封された貫通接続を提供している。筒状延
長部材74,76が、活性金属硬ロー付け78で支持ブロック4
0の平坦面44に密封性を保って固着されている。活性金
属硬ロー付け78は圧力下で剥離力に抗して圧力に対する
密封性を与え、かつ金属化被膜72からコネクタ金属80へ
の電気的貫通接続部を提供している。ドープされたシリ
コン半導体材料で形成されたダイアフラム50は、金属ト
ラック84を介してコネクタ金具82に電気的に接続されて
いる。
ク40で形成されたセンサ本体70を示す。支持ブロック40
の面46上に被着された金属化被膜によって円形のコンデ
ンサ電極47が形成されている。ダイアフラム層50および
支持ブロックは図５に示すように互いに接触するように
配置され、この組立体は約560〜700℃の温度で加熱され
る。金属化被膜58は支持ブロックの面46の表面粗さに匹
敵する厚さを有する。約0.5〜2.0ミクロンのアルミニウ
ムの金属化被膜が望ましい。このような高温下では、金
属化被膜58は支持ブロックの面46に対する接合剤とな
る。前記接合剤は、センサに圧力が加わったときに、セ
ンサ本体70からのブロックの剥離に対する抵抗強度を有
し、かつダイアフラム60の周りにおける流体封止を当れ
る。図５において、各支持ブロック40の中央の孔48は金
属化被膜72で被覆され、各ブロックの面44,46間の導電
経路つまり密封された貫通接続を提供している。筒状延
長部材74,76が、活性金属硬ロー付け78で支持ブロック4
0の平坦面44に密封性を保って固着されている。活性金
属硬ロー付け78は圧力下で剥離力に抗して圧力に対する
密封性を与え、かつ金属化被膜72からコネクタ金属80へ
の電気的貫通接続部を提供している。ドープされたシリ
コン半導体材料で形成されたダイアフラム50は、金属ト
ラック84を介してコネクタ金具82に電気的に接続されて
いる。
図５において、金属フィッティング86,88がロー付け
接合部90,92によって筒状延長部材74,76に結合されてい
る。前記金属フィッティング86,88は下部送信機本体20
（図１）内の通路26,28に連通し、遮断流体（代表的に
はシリコーン油）をダイアフラム60に結合させる。筒状
延長部材は、コンデンサ電極のための貫通接続（例えば
金属化被膜72およびロー付け接合部78）および金属製の
送信機本体20間の電気的絶縁を提供する。前記金属フィ
ッティング86,88およびセラミックである筒状延長部材7
4,76の各熱膨張係数は、きわめて整合性に乏しい。この
ため、ロー付け接合部90,92はロー付け後に部品が収縮
して圧縮状態となる。より小さい直径のセラミック筒7
4,76の周囲に大きい直径の金属延長部材を接合した前記
構成によって、セラミック材料内に過度の引張力を生ず
るのが回避される。
接合部90,92によって筒状延長部材74,76に結合されてい
る。前記金属フィッティング86,88は下部送信機本体20
（図１）内の通路26,28に連通し、遮断流体（代表的に
はシリコーン油）をダイアフラム60に結合させる。筒状
延長部材は、コンデンサ電極のための貫通接続（例えば
金属化被膜72およびロー付け接合部78）および金属製の
送信機本体20間の電気的絶縁を提供する。前記金属フィ
ッティング86,88およびセラミックである筒状延長部材7
4,76の各熱膨張係数は、きわめて整合性に乏しい。この
ため、ロー付け接合部90,92はロー付け後に部品が収縮
して圧縮状態となる。より小さい直径のセラミック筒7
4,76の周囲に大きい直径の金属延長部材を接合した前記
構成によって、セラミック材料内に過度の引張力を生ず
るのが回避される。
図６に、ダイアフラム部分の構造をより詳細に示す。
金属化被膜58が周囲の平坦面に選択的に沈積される。ダ
イアフラム62の表面は凹状であり、任意に付加される溝
64で取囲まれている。金属化被膜58およびコンデンサ電
極47の厚さは、コンデンサ電極47とダイアフラム50間に
所望の間隙を得るように調整できる。
金属化被膜58が周囲の平坦面に選択的に沈積される。ダ
イアフラム62の表面は凹状であり、任意に付加される溝
64で取囲まれている。金属化被膜58およびコンデンサ電
極47の厚さは、コンデンサ電極47とダイアフラム50間に
所望の間隙を得るように調整できる。
図7,8,9に、電気的および圧力貫通接続の代替構成の
例を示す。図７において、支持ブロック40Aの中に環状
の壕100が掘られ、ブロック40Aにロー付けされた金属カ
ップリング86との間の応力低減（解放）部を構成してい
る。分離された貫通接続孔102,104が、コンデンサ電極4
8およびダイアフラム50の貫通接続のために設けらてい
る。電気的接続を完結するため、金属化被膜106,108が
孔102,104に施されている。金属タブつまりコネクタ金
具80,82が支持ブロック10Aにロー付けされ、孔102,104
を密封している。
例を示す。図７において、支持ブロック40Aの中に環状
の壕100が掘られ、ブロック40Aにロー付けされた金属カ
ップリング86との間の応力低減（解放）部を構成してい
る。分離された貫通接続孔102,104が、コンデンサ電極4
8およびダイアフラム50の貫通接続のために設けらてい
る。電気的接続を完結するため、金属化被膜106,108が
孔102,104に施されている。金属タブつまりコネクタ金
具80,82が支持ブロック10Aにロー付けされ、孔102,104
を密封している。
図８には、図７に示したような２つの支持ブロック40
Aではなくて、ただ１つの支持ブロック40Bのみを含むセ
ンサ本体110を示す。センサ本体110はゲージ圧センサで
あり、そこには、アイソレータ（図示せず）と連結する
ための変形された金属フィッティング86Aがロー付けさ
れている。
Aではなくて、ただ１つの支持ブロック40Bのみを含むセ
ンサ本体110を示す。センサ本体110はゲージ圧センサで
あり、そこには、アイソレータ（図示せず）と連結する
ための変形された金属フィッティング86Aがロー付けさ
れている。
図９には、関連するコンデンサ電極から離れたところ
で電気的貫通接続を封止するため、矩形のセラミックブ
ロック115がロー付けされたセンサ本体112を示す。図９
においては、アイソレータから圧力検知ダイアフラムへ
流体を供給するため、支持ブロック40Cの孔118の内径面
上に、管114がロー付け接合部116により結合されてい
る。
で電気的貫通接続を封止するため、矩形のセラミックブ
ロック115がロー付けされたセンサ本体112を示す。図９
においては、アイソレータから圧力検知ダイアフラムへ
流体を供給するため、支持ブロック40Cの孔118の内径面
上に、管114がロー付け接合部116により結合されてい
る。
図7,8,9に示した変形例は、図５に示したセンサ本体7
0のようなセンサ本体に適用でき、本発明を各種の用途
やプロセス装置に適合させることができる。
0のようなセンサ本体に適用でき、本発明を各種の用途
やプロセス装置に適合させることができる。
本発明は、好ましい実施例によって説明したが、当該
技術に精通した技術者は、形状や詳細に関し、本発明の
精神や範囲からはずれることなく変形できることを認識
するであろう。
技術に精通した技術者は、形状や詳細に関し、本発明の
精神や範囲からはずれることなく変形できることを認識
するであろう。
フロントページの続き (72)発明者 ローワギー，ベネット エル. アメリカ合衆国 55441 ミネソタ州、 プリマス、ユニオン テラス レイン 211 (56)参考文献 特開 平４−20830（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−44823（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−99036（ＪＰ，Ｕ) 特表 平１−503084（ＪＰ，Ａ) 米国特許5157972（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 9/12 G01L 7/08 G01L 13/00
Claims (12)
- 【請求項１】層縁によって輪郭が定義された層面を有す
るダイアフラム層であって、前記層面が、該ダイアフラ
ム層内に形成されている検知ダイアフラムを取囲む半導
体接合領域を露出させているダイアフラム層と、 流体圧を前記検知ダイアフラムに結合させて該検知ダイ
アフラムを偏倚させる手段と、 前記検知ダイアフラムに結合され、前記偏倚を検知して
圧力を代表する出力信号を供給する手段と、 ブロック縁で輪郭が定義された第１および第２のブロッ
ク面を有する支持ブロックであって、前記第１のブロッ
ク面が半導体接合領域に対向するセラミック接合領域を
露出させている支持ブロックと、 対向する半導体接合領域およびセラミック接合領域間に
配置された金属化薄膜で形成され、半導体接合領域をセ
ラミック接合領域に接合する薄膜層とを具備したことを
特徴とする流体圧力センサ。 - 【請求項２】前記支持ブロックが、前記ダイアフラム層
の弾性係数よりも実質的に高い弾性係数を有する脆性材
料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のセ
ンサ。 - 【請求項３】偏倚を検知するための手段が、前記支持ブ
ロックの前記第１の面上に配置され、前記ダイアフラム
に対して容量結合されている導体を含むことを特徴とす
る請求項２記載のセンサ。 - 【請求項４】偏倚検知手段の一部分を形成している電気
的貫通接続リードが圧力通路を貫通していることを特徴
とする請求項２記載のセンサ。 - 【請求項５】前記圧力を結合する手段が、遮断流体で充
満されたアイソレータをさらに具備し、前記アイソレー
タは遮断ダイアフラムと、遮断流体を前記遮断イアフラ
ムから検知ダイアフラムへ結合する金属管とを含むこと
を特徴とする請求項２記載のセンサ。 - 【請求項６】前記金属管から圧力通路へ圧力を密封結合
するセラミック管をさらに具備し、該セラミック管は応
力遮断機能を有することを特徴とする請求項５記載のセ
ンサ。 - 【請求項７】前記セラミック管は前記金属管を電気的貫
通接続から電気的に絶縁することを特徴とする請求項６
記載のセンサ。 - 【請求項８】応力遮断のため、前記第１のセラミックブ
ロックの前記第２の面に環状溝が掘られていることを特
徴とする請求項５記載のセンサ。 - 【請求項９】前記支持ブロックが、前記ダイアフラム層
の熱膨脹係数と実質的に整合する熱膨脹係数を有するセ
ラミック材料で形成されていることを特徴とする請求項
５記載のセンサ。 - 【請求項１０】前記支持ブロックが、前記ダイアフラム
層の厚さの少なくとも15倍から多くて40倍である第１お
よび第２の面の間の厚さを有していることを特徴とする
請求項１記載のセンサ。 - 【請求項１１】層縁によって輪郭が定義された層面を有
するダイアフラム層であって、前記層面が、該ダイアフ
ラム層内に形成されている検知ダイアフラムを取囲む半
導体接合領域を露出させているダイアフラム層と、 流体圧力を該検知ダイアフラムに結合させて前記検知ダ
イアフラムを偏倚させる手段と、 前記検知ダイアフラムに結合され、前記偏倚を検知して
圧力を代表する出力信号を供給する手段と、 半導体接合領域に接合された金属薄膜で形成された薄膜
層と、 ブロック縁で輪郭が定義された第１および第２のブロッ
ク面を有する支持ブロックであって、前記第１のブロッ
ク面が半導体接合領域に接合されるセラミック接合領域
を露出させている支持ブロックとを具備したことを特徴
とする流体圧力センサ。 - 【請求項１２】前記支持ブロックが、実質的にダイアフ
ラム層の弾性係数より高い弾性係数を有する電気的絶縁
性の焼結材料で形成されていることを特徴とする請求項
11記載のセンサ。
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