JP3136549B2 - Capacitive pressure sensor - Google Patents

Capacitive pressure sensor

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JP3136549B2
JP3136549B2 JP04102528A JP10252892A JP3136549B2 JP 3136549 B2 JP3136549 B2 JP 3136549B2 JP 04102528 A JP04102528 A JP 04102528A JP 10252892 A JP10252892 A JP 10252892A JP 3136549 B2 JP3136549 B2 JP 3136549B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、被測定圧力の変化を静
電容量的に検出するダイアフラム構造の静電容量式セン
サに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitive sensor having a diaphragm structure for detecting a change in pressure to be measured in a capacitive manner.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の圧力センサとしては、図
19に断面で示すように固定電極41を有するパイレッ
クスなどからなるカバーガラス42と、表裏面に凹部を
形成し表面側の凹部内に可動電極43を形成したシリコ
ンウエハ44とをその電極面を対向配置させその周辺部
分を陽極接合による接合部45により接合してセンサ素
子46が構成され、このように構成されたセンサ素子4
6はその接合部47により基台48に固定される。な
お、49は圧力導入口である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a pressure sensor of this type, a cover glass 42 made of Pyrex or the like having a fixed electrode 41 as shown in a cross section in FIG. A sensor element 46 is formed by arranging a silicon wafer 44 on which a movable electrode 43 is formed and an electrode surface thereof facing each other, and joining a peripheral portion thereof by a joining portion 45 by anodic bonding.
6 is fixed to the base 48 by the joint 47. In addition, 49 is a pressure introduction port.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された静電容量式圧力センサは、センサ素子4
6の材料と基台48の材料との熱膨張率の差により、周
囲温度の変化があると、センサ素子6に応力が加わるこ
とになる。この応力が大きいと、センサ素子46の温度
特性の誤差の発生の原因になるという問題があった。ま
た、センサ素子46と基台48との接合部47は、半田
付けなど接合時に熱の発生する接合が広く行われる。こ
の場合も接合時と使用時との温度差によりセンサ素子4
6に残留応力が発生し、また、応力が経時変化するた
め、圧力計測の誤差発生の原因となり、高精度で信頼性
の高い圧力計測が不可能となるなどの問題があった。
However, the capacitance type pressure sensor constructed as described above has the following problem.
Due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the material of the base 6 and the material of the base 48, when the ambient temperature changes, stress is applied to the sensor element 6. If the stress is large, there is a problem that an error in the temperature characteristic of the sensor element 46 occurs. In addition, in the joint portion 47 between the sensor element 46 and the base 48, a joint that generates heat at the time of joining, such as soldering, is widely performed. In this case as well, the sensor element 4 is not used due to the temperature difference between the time of joining and the time of use.
6, a residual stress is generated, and the stress changes with time. This causes an error in pressure measurement, and there has been a problem that highly accurate and highly reliable pressure measurement cannot be performed.

【0004】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、セ
ンサ素子と基台とを接合することにより発生するセンサ
素子の応力を大幅に減少させ、この応力に起因するセン
サ素子の被測定圧力−容量値特性の温度特性やその経時
変化を大幅に減少させ、高精度でかつ信頼性の高い圧力
計測を可能にした静電容量式圧力センサを提供すること
にある。
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to significantly reduce the stress of a sensor element generated by joining the sensor element and a base. The capacitance-type pressure sensor, which greatly reduces the temperature characteristic of the measured pressure-capacitance value characteristic of the sensor element due to this stress and its temporal change, and enables highly accurate and highly reliable pressure measurement. To provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、一方の面に第1の電極が形成された
基板と、前記第1の電極と対向する面に第2の電極が形
成されたダイアフラム板とがギャップを介して対向配置
されセンサ素子を構成するとともに前記センサ素子の長
さ方向の第1の電極,第2の電極を含む一端側に圧力計
測部が形成され他端側に圧力計測に寄与しない固定部が
形成され、前記固定部の少なくとも1つの面に圧力容器
を固定配置させたものである。また、本発明の他の発明
は、一方の面に第1の電極が形成された基板と、前記第
1の電極と対向する面に第2の電極が形成されたダイア
フラム板とが第1のギャップを介して対向配置されかつ
前記ダイアフラム板の外面側にストッパ板の第2の電極
が形成されたダイアフラム板の他端側と対向する表面に
第2のギャップが形成されたストッパ板が対向配置され
てセンサ素子を構成するとともに前記センサ素子の長さ
方向の一端側に圧力計測部が形成され他端側に圧力計測
に寄与しない固定部が形成され、前記固定部のいずれか
一方に圧力容器を固定配置させたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate having a first electrode formed on one surface and a second substrate formed on a surface facing the first electrode. A diaphragm plate on which electrodes are formed is opposed to each other with a gap therebetween to form a sensor element, and a pressure measuring section is formed on one end side including the first electrode and the second electrode in the length direction of the sensor element. A fixed portion that does not contribute to pressure measurement is formed on the other end side, and a pressure vessel is fixedly arranged on at least one surface of the fixed portion. In another aspect of the present invention, a substrate having a first electrode formed on one surface and a diaphragm plate having a second electrode formed on a surface facing the first electrode include a first electrode. A stopper plate having a second gap formed on a surface opposed to the other end of the diaphragm plate in which a second electrode of the stopper plate is formed on the outer surface of the diaphragm plate and opposed to each other with a gap therebetween. And a pressure measuring portion is formed at one end of the sensor element in the longitudinal direction, and a fixing portion not contributing to pressure measurement is formed at the other end, and a pressure vessel is provided at one of the fixing portions. Are fixedly arranged.

【0006】[0006]

【作用】本発明においては、センサ素子の圧力計測部を
除く固定部分で圧力容器に固定されるので、圧力容器の
固定により固定部で発生する計測誤差要因の圧力計測部
への伝達が軽減される。
According to the present invention, since the sensor element is fixed to the pressure vessel at a fixed portion other than the pressure measurement section, the transmission of measurement error factors generated in the fixed section to the pressure measurement section by fixing the pressure vessel is reduced. You.

【0007】[0007]

【実施例】以下、図面を用いて本発明に実施例を詳細に
説明する。図1は本発明による静電容量式圧力センサの
一実施例による構成を示す図であり、図1(a)は平面
図,図1(b)はそのB−B線の断面図,図1(c)は
そのC−C線の平面図である。同図において、11は例
えば石英ガラスなどから形成された基板、12は基板1
1の上面側に全体形状がほぼ正方形で断面が凹状となる
一定の深さを有して形成されたリード線を配置するため
のギャップ12gとしての溝、13はこの溝12内の底
面に形成された導電性薄膜からなる固定電極である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a configuration of an embodiment of a capacitance type pressure sensor according to the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view, FIG. 1 (b) is a sectional view taken along line BB of FIG. (C) is a plan view of the line CC. In the figure, reference numeral 11 denotes a substrate formed of, for example, quartz glass or the like, and 12 denotes a substrate 1
A groove as a gap 12g for arranging a lead wire formed on the upper surface side of the 1 and having a constant depth so that the overall shape is substantially square and the cross section is concave, and 13 is formed on the bottom surface in the groove 12. A fixed electrode made of a conductive thin film.

【0008】また、14は基板11の周面部分で接合固
定された例えば石英ガラスなどからなるダイアフラム
板、15はダイアフラム板14の固定電極13と対向す
る面に形成された導電性薄膜からなる可動電極、16は
ダイアフラム板14の端部側に貫通して形成された固定
電極13のリード線、17はその電極端子であり、これ
らの基板11に形成された固定電極13とダイアフラム
板14に形成された可動電極15とがギャップ12gを
介して対向配置されコンデンサ構造が形成されて容量式
のセンサ素子18が構成されている。
Reference numeral 14 denotes a diaphragm plate made of, for example, quartz glass, which is fixedly bonded to the peripheral surface of the substrate 11, and reference numeral 15 denotes a movable thin film formed of a conductive thin film formed on the surface of the diaphragm plate 14 facing the fixed electrode 13. Electrodes 16 are lead wires of the fixed electrode 13 formed to penetrate the end side of the diaphragm plate 14, and 17 are electrode terminals thereof, which are formed on the fixed electrode 13 formed on the substrate 11 and the diaphragm plate 14. The movable electrode 15 thus arranged is opposed to the movable electrode 15 with a gap 12g therebetween to form a capacitor structure, thereby forming a capacitive sensor element 18.

【0009】また、このように構成されたセンサ素子1
8は、図1(a),(b)に示すようにダイアフラム板
14側にはダイアフラムセンシング部14a,ダイアフ
ラム連結部14bおよびダイアフラム接合部14cの領
域が形成され、また、基板11側には基板センシング部
11a,基板連結部11bおよび基板接合部11cの領
域がそれぞれ形成される。
In addition, the sensor element 1 thus configured
As shown in FIGS. 1A and 1B, a diaphragm sensing portion 14a, a diaphragm connecting portion 14b, and a diaphragm joining portion 14c are formed on the diaphragm plate 14 side, and the substrate 11 is formed on the substrate 11 side. Regions of the sensing part 11a, the board connecting part 11b, and the board bonding part 11c are respectively formed.

【0010】そしてこのように構成されたセンサ素子1
8は、ダイアフラム板14のダイアフラム接合部14c
に設けられた電極端子17を囲むように開口19aを有
する圧力容器19がその開口19aで接合固定されてい
る。つまりセンサ素子18のセンシングに寄与しないダ
イアフラム接合部14c部分で圧力容器19と固定さ
れ、圧力容器19内に配置される構成となっている。な
お、圧力容器19との固定は基板接合部11c部分で行
っても良い。
The sensor element 1 constructed as described above
8 is a diaphragm joint 14c of the diaphragm plate 14.
A pressure vessel 19 having an opening 19a so as to surround the electrode terminal 17 provided therein is fixedly joined at the opening 19a. In other words, the diaphragm joint 14c that does not contribute to the sensing of the sensor element 18 is fixed to the pressure vessel 19 at the portion thereof, and is arranged in the pressure vessel 19. The fixing to the pressure vessel 19 may be performed at the substrate bonding portion 11c.

【0011】このような構成において、圧力容器19内
の圧力により、ダイアフラム板14のダイアフラムセン
シング部14aが変位することで、可動電極15と固定
電極13との間の距離が変化し、圧力値を両電極間の容
量値として検出することができる。また、基板11の基
板センシング部11aが変位しても、ダイアフラム板1
4と基板11とが変位しても良い。また、開口部19a
から溝12へ連通する圧力導入口があっても良い。ま
た、固定電極13が電気的絶縁された2枚から構成され
ている例を示したが、1枚でも本発明を実施できること
は言うまでもない。また、固定電極13の形状は直方形
としたが、円形でもその他の多角形でも良い。
In such a configuration, the distance between the movable electrode 15 and the fixed electrode 13 is changed by the displacement of the diaphragm sensing portion 14a of the diaphragm plate 14 due to the pressure in the pressure vessel 19, and the pressure value is reduced. It can be detected as a capacitance value between both electrodes. Further, even if the substrate sensing part 11a of the substrate 11 is displaced, the diaphragm plate 1
4 and the substrate 11 may be displaced. The opening 19a
There may be a pressure inlet opening communicating with the groove 12. Further, the example in which the fixed electrode 13 is constituted by two sheets electrically insulated has been described, but it is needless to say that the present invention can be implemented with one sheet. Further, the shape of the fixed electrode 13 is a rectangular shape, but may be a circular shape or another polygonal shape.

【0012】このような構成によると、センサ素子18
がそのセンシング部14aからダイアフラム連結部14
bを介して離間したダイアフラム接合部14cで圧力容
器19にその開口19a部分で固定保持されるので、ダ
イアフラム接合部14cで圧力容器19の固定によって
発生する計測誤差要因のセンシング部14aへの伝達が
軽減できる。また、基板11とダイアフラム板14とは
同一材料であり、それらの接合を接着層を設けずに行う
ことも可能であり、この場合、異種材料接着層があるこ
とにより生ずる誤差要因(熱応力の発生など)を除去す
る効果もある。
According to such a configuration, the sensor element 18
From the sensing part 14a to the diaphragm connecting part 14
Since the diaphragm joint 14c is fixed and held at the opening 19a in the pressure vessel 19 by the diaphragm joint 14c, the transmission of the measurement error factor caused by the fixing of the pressure vessel 19 to the sensing part 14a at the diaphragm joint 14c is performed. Can be reduced. Further, the substrate 11 and the diaphragm plate 14 are made of the same material, and it is possible to join them without providing an adhesive layer. In this case, an error factor caused by the presence of the dissimilar material adhesive layer (thermal stress Etc.).

【0013】図2は本発明による静電容量式圧力センサ
のさらに他の実施例による構成を示す図であり、図2
(a)は平面図,図2(b)はそのB−B線の断面図,
図2(c)はそのC−C線の平面図であり、前述の図と
同一部分には同一符号を付してある。同図において、図
1と異なる点は、ダイアフラム板14上にはこのダイア
フラム板14と対向する面にギャップ20gおよびこの
ギャップ20gに連通する圧力導入穴20hを有するス
トッパ板20が接合して固定配置され、また、このスト
ッパ板20には固定電極13のリード線16が挿通さ
れ、その表面にはその電極端子17が設けられてセンサ
素子18Aが構成されている。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a capacitance type pressure sensor according to still another embodiment of the present invention.
2A is a plan view, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB,
FIG. 2C is a plan view of the line CC, and the same parts as those in the above-mentioned figures are denoted by the same reference numerals. 1 differs from FIG. 1 in that a stopper plate 20 having a gap 20g and a pressure introducing hole 20h communicating with the gap 20g is joined and fixed on the diaphragm plate 14 on a surface facing the diaphragm plate 14. The lead wire 16 of the fixed electrode 13 is inserted through the stopper plate 20, and the electrode terminal 17 is provided on the surface of the stopper plate 20 to constitute the sensor element 18A.

【0014】そして、このように構成されたセンサ素子
18Aは、図2(b)に示すようにストッパ板20側に
はストッパセンシング部20a,ストッパ連結部20b
およびストッパ接合部20cの領域がそれぞれ形成され
ており、このストッパ接合部20cに設けられた電極端
子17を囲むように開口19aを有する圧力容器19が
接合固定され、このセンサ素子18Aが収容されてい
る。つまりセンサ素子18Aのセンシングに寄与しない
ストッパ接合部20c部分で圧力容器19が固定され、
圧力容器19内に配置される構成となっている。なお、
圧力容器19との固定は基板接合部11c行っても良
い。
As shown in FIG. 2B, the sensor element 18A constructed as described above has a stopper sensing portion 20a and a stopper connecting portion 20b on the stopper plate 20 side.
And a region of the stopper joint 20c are formed, respectively. A pressure vessel 19 having an opening 19a is joined and fixed so as to surround the electrode terminal 17 provided in the stopper joint 20c, and the sensor element 18A is accommodated therein. I have. That is, the pressure vessel 19 is fixed at the stopper joining portion 20c that does not contribute to the sensing of the sensor element 18A,
It is configured to be arranged inside the pressure vessel 19. In addition,
The fixing to the pressure vessel 19 may be performed at the substrate bonding portion 11c.

【0015】このような構成において、圧力容器19内
の圧力により、ダイアフラム板14のダイアフラムセン
シング部14aまたは基板センシング部11aが変位す
ることで、固定電極13と可動電極15との間の距離が
変化し、圧力値を両電極間の容量値として検出すること
ができる。また、基板11の基板センシング部11aが
変位しても、ダイアフラム板14と基板11とが変位し
ても良い。
In such a configuration, the distance between the fixed electrode 13 and the movable electrode 15 is changed by the displacement of the diaphragm sensing portion 14a or the substrate sensing portion 11a of the diaphragm plate 14 due to the pressure in the pressure vessel 19. Then, the pressure value can be detected as a capacitance value between both electrodes. Further, even if the substrate sensing part 11a of the substrate 11 is displaced, the diaphragm plate 14 and the substrate 11 may be displaced.

【0016】このような構成においても、ストッパ接合
部20cで圧力容器19の固定によって発生する計測誤
差要因の基板センシング部11aまたはダイアフラムセ
ンシング部14aへの伝達が軽減できる。また、ダイア
フラム板14上にストッパ板20を設けたことによって
ダイアフラム板14の剛性を補強し、片寄った圧力容器
19との固定位置に起因するセンサ素子18Aの反りの
発生を軽減することができる。さらにダイアフラムセン
シング部14aがストッパ板20側に変位したときのス
トッパになる。また、開口19aから溝12へ連通する
圧力導入口があっても良い。
In such a configuration as well, the transmission of measurement error factors caused by fixing of the pressure vessel 19 at the stopper connecting portion 20c to the substrate sensing portion 11a or the diaphragm sensing portion 14a can be reduced. Further, by providing the stopper plate 20 on the diaphragm plate 14, the rigidity of the diaphragm plate 14 is reinforced, and the occurrence of warpage of the sensor element 18A due to the fixed position with the offset pressure vessel 19 can be reduced. Further, it serves as a stopper when the diaphragm sensing portion 14a is displaced toward the stopper plate 20 side. Further, there may be a pressure introduction port communicating with the groove 12 from the opening 19a.

【0017】図3は本発明による静電容量式圧力センサ
の他の実施例による構成を示す図であり、図3(a)は
平面図,図3(b)はそのB−B線の断面図,図3
(c)はそのC−C線の平面図であり、前述の図と同一
部分には同一符号を付してある。同図において、図2と
異なる点は、基板11の基板連結部11b部とストッパ
連結20cには外面となるそれぞれの1面にU字状とな
る窪み11d,20dが形成されている。また、ストッ
パ板20のストッパ連結部20bにも外面の3面にわた
って断面がU字状となる溝20dが形成されている。さ
らに図示されないが、ダイアフラム板14にもそのダイ
アフラム連結部14bに窪み11dおよび溝20dに連
通する同一構造の溝が形成されてセンサ素子18Bが構
成されている。
FIG. 3 is a view showing the configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention. FIG. 3 (a) is a plan view and FIG. 3 (b) is a cross section taken along the line BB. Figure, Figure 3
(C) is a plan view of the line CC, and the same parts as those in the above-mentioned figures are denoted by the same reference numerals. 2 is different from FIG. 2 in that U-shaped depressions 11d and 20d are formed on the outer surfaces of the substrate connecting portion 11b and the stopper connecting portion 20c of the substrate 11, respectively. The stopper connecting portion 20b of the stopper plate 20 is also formed with a groove 20d having a U-shaped cross section over three outer surfaces. Further, although not shown, the diaphragm plate 14 also has a groove 11d and a groove having the same structure that communicates with the groove 20d in the diaphragm connecting portion 14b to form the sensor element 18B.

【0018】また、これらの溝は、センサ素子18Bを
1周するように形成したが、1周がマストではなく、溝
は対向する2つの外面にペアで形成しても同様な効果が
得られる。また、溝の形状はU字状に限定されるもので
はなく、V字状でも角溝でも台形溝でも良い。
Although these grooves are formed so as to make one turn around the sensor element 18B, one turn is not a mast, and the same effect can be obtained even if the grooves are formed in pairs on two opposing outer surfaces. . The shape of the groove is not limited to a U-shape, and may be a V-shape, a square groove, or a trapezoidal groove.

【0019】このような構成においても、前述と同様な
効果が得られるとともにセンサ素子18Bの連結部分に
窪み11dおよび溝20dなどを設けたことにより、圧
力容器19と固定されるセンサ素子18Bの接合部18
cで発生する計測誤差要因のセンシング部18aへの伝
達の軽減をより確実なものとすることができる。
In such a structure, the same effect as described above can be obtained, and the connection between the sensor element 18B and the recess 11d and the groove 20d can be provided, so that the pressure vessel 19 and the fixed sensor element 18B can be joined together. Part 18
The transmission of the measurement error factor occurring in c to the sensing unit 18a can be more reliably reduced.

【0020】図4は本発明による静電容量式圧力センサ
の他の実施例による構成を示す図であり、図4(a)は
平面図,図4(b)はそのB−B線の断面図,図4
(c)はそのC−C線の平面図であり、前述の図と同一
部分には同一符号を付してある。同図において、図2と
異なる点は、センサ素子18Aがその連結部18bの長
さLC がセンシング部18aの長さLS よりも長くして
(LC>LS)形成されている。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention. FIG. 4 (a) is a plan view, and FIG. 4 (b) is a cross section taken along line BB. Figure, Figure 4
(C) is a plan view of the line CC, and the same parts as those in the above-mentioned figures are denoted by the same reference numerals. 2 is different from FIG. 2 in that the sensor element 18A is formed such that the length L C of the connection portion 18b thereof is longer than the length L S of the sensing portion 18a (L C > L S ).

【0021】このような構成によると、センサ素子18
Aの連結部18bの長さをセンシング部18aの長さよ
りも長くすることにより、圧力容器19が固定される接
合部18cで発生する計測誤差要因のセンシング部18
aへの伝達の軽減をより確実なものとすることができ
る。
According to such a configuration, the sensor element 18
By making the length of the connecting portion 18b of A longer than the length of the sensing portion 18a, the sensing portion 18 of the measurement error factor generated at the joint portion 18c to which the pressure vessel 19 is fixed is provided.
a can be more reliably reduced.

【0022】図5は本発明による静電容量式圧力センサ
の他の実施例による構成を示す図であり、図5(a)は
平面図,図5(b)はそのB−B線の断面図,図5
(c)はそのC−C線の平面図であり、前述の図と同一
部分には同一符号を付してある。同図において、図2と
異なる点は、センサ素子18Bがその接合部18cと圧
力容器19の開口部19aとがスペーサ板21を介して
接合されて圧力容器19に固定されている。
FIG. 5 is a view showing a configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention. FIG. 5 (a) is a plan view and FIG. 5 (b) is a cross section taken along the line BB. Figure, Figure 5
(C) is a plan view of the line CC, and the same parts as those in the above-mentioned figures are denoted by the same reference numerals. 2 is different from FIG. 2 in that the sensor element 18B is fixed to the pressure vessel 19 by joining a joint 18c thereof and an opening 19a of the pressure vessel 19 via a spacer plate 21.

【0023】このような構成においても、前述と同様の
効果が得られるとともにスペーサ板21の熱膨張率
(α)を、このスペーサ板21に接する接合部材の熱膨
張率と圧力容器19の容器部材の熱膨張率との間に設定
することにより、基板11が圧力容器19との熱膨張率
の相違のために温度変化時に受ける応力を軽減し、接合
の信頼性を高め、センサ素子18Bのセンシング部18
aに伝達される計測誤差要因を減少できる。例えばセン
サ素子18Bが石英ガラス(α=0.6×10-6/℃)
で形成され、圧力容器19がステンレス(α=18×1
-6/℃)で形成された場合、接合部材の熱膨張率はこ
れらの間の値のものが選ばれる。
In such a configuration, the same effect as described above is obtained, and the coefficient of thermal expansion (α) of the spacer plate 21 is determined by the coefficient of thermal expansion of the joining member in contact with the spacer plate 21 and the container member of the pressure vessel 19. , The stress applied to the substrate 11 when the temperature changes due to the difference in the thermal expansion coefficient between the substrate 11 and the pressure vessel 19 is reduced, the reliability of bonding is increased, and the sensing of the sensor element 18B is performed. Part 18
The measurement error factor transmitted to a can be reduced. For example, the sensor element 18B is made of quartz glass (α = 0.6 × 10 −6 / ° C.)
And the pressure vessel 19 is made of stainless steel (α = 18 × 1
0 -6 / ° C), the thermal expansion coefficient of the joining member is selected to be a value between these values.

【0024】図6は本発明による静電容量式圧力センサ
の他の実施例による構成を示す図であり、図6(a)は
平面図,図6(b)はそのB−B線の断面図,図6
(c)はそのC−C線の平面図であり、前述の図と同一
部分には同一符号を付してある。同図において、図5と
異なる点は、基板11の接合部11cおける溝12内に
は固定電極13とほぼ面積が等しい参照固定電極22が
独立して形成され、さらにギャップ12gを介してこの
参照固定電極22に対向するダイアフラム板14上には
参照対向電極23が形成されてセンサ素子18Dが構成
されている。
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing a configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention. FIG. 6A is a plan view, and FIG. Figure, Figure 6
(C) is a plan view of the line CC, and the same parts as those in the above-mentioned figures are denoted by the same reference numerals. 5 is different from FIG. 5 in that a reference fixed electrode 22 having substantially the same area as the fixed electrode 13 is independently formed in the groove 12 at the joint portion 11c of the substrate 11, and the reference fixed electrode 22 is further provided via a gap 12g. A reference counter electrode 23 is formed on the diaphragm plate 14 facing the fixed electrode 22 to form a sensor element 18D.

【0025】このような構成においては、圧力容器19
の開口部19aを封止することで、圧力容器19中の圧
力と圧力導入穴11hから導かれる圧力との差圧により
ダイアフラムセンシング部14a内の可動ダイアフラム
が変位することで可動電極15と固定電極13との間に
距離が変わり、圧力値を両電極間の容量値として検出す
ることができ、しかもこの差圧によっては、参照固定電
極22と参照対向電極23との間の距離は変わらず、こ
の電極間の容量値も不変である。
In such a configuration, the pressure vessel 19
Of the movable electrode 15 and the fixed electrode by displacing the movable diaphragm in the diaphragm sensing portion 14a by a differential pressure between the pressure in the pressure vessel 19 and the pressure guided from the pressure introducing hole 11h. 13, the pressure value can be detected as the capacitance value between the two electrodes, and the distance between the reference fixed electrode 22 and the reference counter electrode 23 does not change depending on the pressure difference. The capacitance value between the electrodes is also unchanged.

【0026】このような構成においても、前述と同様の
効果が得られるとともに可動電極15と固定電極13と
で構成されるセンシングコンデンサと、参照固定電極2
2と参照対向電極23とで構成されるレファレンスコン
デンサとには、同一測定気体または同一大気が入り込む
ため、湿度などの環境要因には同一影響を受け、しかも
差圧には異なる影響を受けるので、両コンデンサの出力
により、環境要因を補正した圧力値の検出ができる。
In such a configuration, the same effect as described above can be obtained, and the sensing capacitor composed of the movable electrode 15 and the fixed electrode 13 and the reference fixed electrode 2
Since the same measurement gas or the same atmosphere enters the reference capacitor composed of the reference electrode 2 and the reference counter electrode 23, the same influence is given to environmental factors such as humidity, and the differential pressure is differently affected. The pressure values corrected for environmental factors can be detected by the outputs of both capacitors.

【0027】図7は本発明による静電容量式圧力センサ
の他の実施例による構成を示す図であり、図7(a)は
平面図,図7(b)はそのB−B線の断面図,図7
(c)はそのC−C線の平面図であり、前述の図と同一
部分には同一符号を付してある。同図において、図2と
異なる点は、ストッパ板20の接合部20cには電極取
り出し用穴20eが形成され、可動電極15または固定
電極13とリード線16を介して接続された電極端子1
7が電極取り出し用穴20e内のダイアフラム板14の
接合部14a上に形成されてセンサ素子18Kが構成さ
れている。
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing a configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention. FIG. 7A is a plan view, and FIG. 7B is a cross section taken along the line BB. Figure, Figure 7
(C) is a plan view of the line CC, and the same parts as those in the above-mentioned figures are denoted by the same reference numerals. 2 is different from that of FIG.
7 is formed on the joint portion 14a of the diaphragm plate 14 in the electrode extraction hole 20e to form the sensor element 18K.

【0028】このような構成においても前述と同様な効
果が得られる。また、可動電極15または固定電極13
から電極端子17までのリード線16からの縦方向の連
絡長を短くすることで電極取り出し部を容易に製作する
ことができる。
With such a configuration, the same effect as described above can be obtained. In addition, the movable electrode 15 or the fixed electrode 13
By shortening the vertical connection length from the lead wire 16 to the electrode terminal 17 to the electrode terminal 17, the electrode take-out portion can be easily manufactured.

【0029】図8は本発明による静電容量式圧力センサ
の他の実施例による構成を示す図であり、図8(a)は
平面図,図8(b)はそのB−B線の断面図,図8
(c)はそのC−C線の平面図であり、前述の図と同一
部分には同一符号を付してある。同図において、図7と
異なる点は、圧力容器19上には電極端子17からワイ
ヤ25で連結された信号処理用半導体チップ26が配置
されている。
FIG. 8 is a view showing the configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention. FIG. 8 (a) is a plan view and FIG. 8 (b) is a cross section taken along line BB. FIG. 8
(C) is a plan view of the line CC, and the same parts as those in the above-mentioned figures are denoted by the same reference numerals. 7 is different from FIG. 7 in that a signal processing semiconductor chip 26 connected to a wire 25 from an electrode terminal 17 is disposed on a pressure vessel 19.

【0030】このような構成においても前述と同様に効
果が得られるとともに計測体と分離した構成であってし
かも計測部の近傍に信号処理用半導体チップ26を有す
ることで信号処理部の信頼性確保と浮遊容量の排除との
両立がなされる。
In such a configuration, the same effects as described above can be obtained, and the configuration is separated from the measuring body. Further, the reliability of the signal processing unit is ensured by providing the signal processing semiconductor chip 26 near the measuring unit. And the elimination of stray capacitance.

【0031】図9〜図18は本発明による静電容量式圧
力センサの製造方法の一実施例を説明する工程の平面図
である。同図において、まず、図9に示すように基板1
1の一方の面上で基板センシング部11aおよびその配
線を引き回す部分に公知の写刻技術によりマスクを作製
後、断面が凹状となるギャップとしての溝12を形成す
る。
FIGS. 9 to 18 are plan views showing steps for explaining an embodiment of a method of manufacturing a capacitance type pressure sensor according to the present invention. In the figure, first, as shown in FIG.
A mask is formed on one surface of the substrate sensing portion 11a and a portion where the wiring is routed by a known printing technique, and then a groove 12 is formed as a gap having a concave cross section.

【0032】次に図10に示すようにこの溝12を形成
した基板11上に電極用の金属膜を成膜した後、公知の
写刻技術により溝12内に所用形状の固定電極13およ
びその配線を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, after a metal film for an electrode is formed on the substrate 11 on which the groove 12 is formed, a fixed electrode 13 having a desired shape and the fixed electrode 13 are formed in the groove 12 by a known engraving technique. Form wiring.

【0033】次に図11に示すようにダイアフラム板1
4の基板11と対向する面に固定電極13と同様の方法
によって所用の形状に可動電極15を形成する。
Next, as shown in FIG.
The movable electrode 15 is formed in the required shape on the surface facing the substrate 11 in the same manner as the fixed electrode 13.

【0034】次に図12に示すようにこのダイアフラム
板14の背面側の所定位置に底部30が貫通するように
ほぼ楕円状の電極取り出し用穴31をフッ酸エッチング
により形成する。
Next, as shown in FIG. 12, a substantially elliptical electrode extraction hole 31 is formed by hydrofluoric acid etching at a predetermined position on the back side of the diaphragm plate 14 so that the bottom 30 penetrates.

【0035】次に図13に示すようにこのダイアフラム
板14の穴31が形成された全面に金属膜32を成膜す
る。
Next, as shown in FIG. 13, a metal film 32 is formed on the entire surface of the diaphragm plate 14 where the holes 31 are formed.

【0036】次に図14に示すようにダイアフラム板1
4の金属膜32が形成された面を研磨して所用の厚さに
薄くする。これによってダイアフラム板14内にリード
線16が貫通した構造が形成される。
Next, as shown in FIG.
The surface on which the metal film 32 of No. 4 is formed is polished to a desired thickness. As a result, a structure in which the lead wires 16 pass through the diaphragm plate 14 is formed.

【0037】次に図15に示すようにストッパ板20の
ダイアフラム板14との接着面側のストッパセンシング
部にギャップ20gおよび圧力導入穴20hを形成す
る。
Next, as shown in FIG. 15, a gap 20g and a pressure introduction hole 20h are formed in the stopper sensing portion on the side of the stopper plate 20 bonded to the diaphragm plate 14.

【0038】次に図16に示すようにストッパ板20の
ギャップ20gおよび圧力導入穴20hを設けた背面側
のストッパ接合部にこのストッパ板20を底部33が貫
通する穴34をフッ酸エッチングにより形成する。
Next, as shown in FIG. 16, a hole 34 through which the bottom part 33 penetrates the stopper plate 20 is formed by hydrofluoric acid etching at the stopper joint on the back side where the gap 20g and the pressure introducing hole 20h are provided. I do.

【0039】次に図17に示すようにダイアフラム板1
4とストッパ板20とを接着して張り合わせた後、スト
ッパ板20の穴34の形成面に金属膜を成膜し、公知の
写刻技術で電極端子17を形成する。
Next, as shown in FIG.
After bonding and bonding the stopper 4 and the stopper plate 20, a metal film is formed on the surface of the stopper plate 20 where the holes 34 are formed, and the electrode terminals 17 are formed by a known engraving technique.

【0040】次に図18に示すようにストッパ板20上
の所定位置に圧力容器19を接合して完成する。
Next, as shown in FIG. 18, the pressure vessel 19 is joined to a predetermined position on the stopper plate 20 to complete the process.

【0041】なお、前述した実施例において、基板,ダ
イアフラム板,ストッパ板の材料は、石英ガラスとした
場合について説明したが、その他の材料、例えばセラミ
ック,シリコン,石英ガラス以外のガラスで形成しても
良い。
In the above-described embodiment, the case where the material of the substrate, the diaphragm plate, and the stopper plate is quartz glass has been described. However, other materials such as ceramic, silicon, and glass other than quartz glass are used. Is also good.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
センサ素子の固定部分に圧力容器を接合固定したことに
より、センサ素子の固定部分で発生する応力などによる
計測誤差要因が圧力計測部へ伝達され難くなるので、高
精度で信頼性の高い圧力計測が可能となるなどの極めて
優れた効果が得られる。
As described above, according to the present invention,
By fixing the pressure vessel to the fixed part of the sensor element, it becomes difficult for measurement error factors such as stress generated in the fixed part of the sensor element to be transmitted to the pressure measuring unit, so that highly accurate and highly reliable pressure measurement can be performed. An extremely excellent effect, such as being possible, can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による静電容量式圧力センサの一実施例
による構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a capacitance type pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明による静電容量式圧力センサの他の実施
例による構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention.

【図3】本発明による静電容量式圧力センサのさらに他
の実施例による構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a capacitance type pressure sensor according to still another embodiment of the present invention.

【図4】本発明による静電容量式圧力センサの他の実施
例による構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention.

【図5】本発明による静電容量式圧力センサの他の実施
例による構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention.

【図6】本発明による静電容量式圧力センサの他の実施
例による構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention.

【図7】本発明による静電容量式圧力センサの他の実施
例による構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention.

【図8】本発明による静電容量式圧力センサの他の実施
例による構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the capacitance type pressure sensor according to the present invention.

【図9】本発明による静電容量式圧力センサの製造方法
を説明する工程の平面図である。
FIG. 9 is a plan view of a step for explaining the method for manufacturing the capacitive pressure sensor according to the present invention.

【図10】図9に引き続く工程の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a step following FIG. 9;

【図11】図10に引き続く工程の平面図である。FIG. 11 is a plan view of a step following FIG. 10;

【図12】図11に引き続く工程の平面図である。FIG. 12 is a plan view of a step following FIG. 11;

【図13】図12に引き続く工程の平面図である。FIG. 13 is a plan view of a step following FIG. 12;

【図14】図13に引き続く工程の平面図である。FIG. 14 is a plan view of a step following FIG. 13;

【図15】図14に引き続く工程の平面図である。FIG. 15 is a plan view of a step following FIG. 14;

【図16】図15に引き続く工程の平面図である。FIG. 16 is a plan view of a step following FIG. 15;

【図17】図16に引き続く工程の平面図である。FIG. 17 is a plan view of a step following FIG. 16;

【図18】図17に引き続く工程の平面図である。FIG. 18 is a plan view of a step following FIG. 17;

【図19】従来の静電容量式圧力センサの構成の一例を
説明する断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a conventional capacitive pressure sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 溝 13 固定電極 14 ダイアフラム板 14a ダイアフラムセンシング部 14b ダイアフラム連結部 14c ダイアフラム接合部 15 可動電極 16 リード線 17 電極端子 18 センサ素子 18A センサ素子 18B センサ素子 18D センサ素子 18K センサ素子 18a センサ素子センシング部 18b センサ素子連結部 18c センサ素子接合部 19 圧力容器 19a 開口 19b 電極取り出し用穴 20 ストッパ板 20a ストッパ板センシング部 20b ストッパ板連結部 20c ストッパ板接合部 20d 溝 20e 電極取り出し用穴 21 スペーサ板 22 参照固定電極 23 参照対向電極 24 スペーサ板 25 ワイヤ 26 半導体チップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 Groove 13 Fixed electrode 14 Diaphragm board 14a Diaphragm sensing part 14b Diaphragm connection part 14c Diaphragm junction part 15 Movable electrode 16 Lead wire 17 Electrode terminal 18 Sensor element 18A Sensor element 18B Sensor element 18D Sensor element 18K Sensor element 18A Sensor element Part 18b Sensor element connecting part 18c Sensor element connecting part 19 Pressure vessel 19a Opening 19b Electrode taking-out hole 20 Stopper plate 20a Stopper plate sensing part 20b Stopper plate connecting part 20c Stopper plate connecting part 20d Groove 20e Electrode taking-out hole 21 Spacer plate 22 Reference fixed electrode 23 Reference counter electrode 24 Spacer plate 25 Wire 26 Semiconductor chip

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−134570(JP,A) 特開 昭63−305229(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 9/12 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-134570 (JP, A) JP-A-63-305229 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01L 9/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一方の面に第1の電極が形成された基板
と、前記第1の電極と対向する面に第2の電極が形成さ
れたダイアフラム板とがギャップを介して対向配置され
センサ素子を構成するとともに前記センサ素子の長さ方
向の第1の電極,第2の電極を含む一端側に圧力計測部
が形成され他端側に圧力計測に寄与しない固定部が形成
され、前記固定部の少なくとも1つの面に圧力容器を固
定配置させたことを特徴とする静電容量式圧力センサ。
1. A sensor in which a substrate having a first electrode formed on one surface and a diaphragm plate having a second electrode formed on a surface opposed to the first electrode are arranged to face each other with a gap therebetween. A pressure measuring portion is formed at one end including the first and second electrodes in the length direction of the sensor element, and a fixing portion not contributing to pressure measurement is formed at the other end; A pressure sensor in which a pressure vessel is fixedly arranged on at least one surface of the portion.
【請求項2】 一方の面に第1の電極が形成された基板
と、前記第1の電極と対向する面に第2の電極が形成さ
れたダイアフラム板とが第1のギャップを介して対向配
置されかつ前記ダイアフラム板の外面側にストッパ板の
第2の電極が形成されたダイアフラム板の他端側と対向
する表面に第2のギャップが形成されたストッパ板が対
向配置されてセンサ素子を構成するとともに前記センサ
素子の長さ方向の一端側に圧力計測部が形成され他端側
に圧力計測に寄与しない固定部が形成され、前記固定部
のいずれか一方に圧力容器を固定配置させたことを特徴
とする静電容量式圧力センサ。
2. A substrate having a first electrode formed on one surface and a diaphragm plate having a second electrode formed on a surface facing the first electrode via a first gap. A stopper plate having a second gap formed on a surface of the diaphragm plate having a second electrode formed on the outer surface of the diaphragm plate and having a second electrode formed on the outer surface of the diaphragm plate is opposed to the sensor element. A pressure measuring unit is formed at one end in the length direction of the sensor element and a fixing unit that does not contribute to pressure measurement is formed at the other end, and a pressure vessel is fixedly arranged at one of the fixing units. A capacitance type pressure sensor characterized by the above-mentioned.
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