JP6053357B2 - 最適化された感度を有する圧力測定デバイス - Google Patents
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Description
a)基板上の堆積およびエッチングによって、キャップを除くセンサの様々な素子を作成するステップと、
b)基板上にキャップを作成するか、または基板上にキャップを移送および封止するステップと、
c)膜を解放するステップとを含む、本発明による圧力測定デバイスを製造する方法である。
4 膜
4.1、4.2 膜の面
6 検出手段
10 キャビティ
12 キャップ
14 アーム
14.1 第1の長手方向端部
14.2 第2の長手方向端部
16 歪みゲージ
16.1 第1の端部
16.2 第2の端部
18 ビーム
19 パッド
20 固定パッド
22、24 電気接点
P 圧力
X 長手方向軸線
Y 回転軸
Claims (42)
- 基板(2)上方で懸架された少なくとも1つの変形可能な膜(4、4’)であって、面の1つが測定される圧力を受けるように意図された膜と、前記膜(4、4’)の変形を検出する検出手段(6、6’、6’’)であって、少なくとも部分的に前記基板(2)上に設けられる検出手段(6、6’、6’’)と、前記膜(4、4’)の変形を前記検出手段(6、6’、6’’)に伝達する伝達手段(14)とを備え、前記伝達手段が変形不能であり、前記伝達手段が前記膜(4)の上方で懸架され、前記伝達手段(14)が、前記膜(4、4’)の面にほぼ平行な軸線(Y)の周りで回転可能に前記基板(2)にヒンジ留めされ、測定される圧力を受けるように意図される面とは反対側の前記膜の面に面して設けられて、少なくとも所与の圧力を超えて前記伝達手段および前記膜が互いに一体的に移動可能であり、前記伝達手段が、前記膜(4、4’)の変形による変形または応力を増幅された形で前記検出手段(6、6’、6’’)に伝達する、MEMSおよび/またはNEMS圧力測定デバイス。
- 前記伝達手段(14)および前記膜(4、4’)が、前記膜の最大変形範囲で少なくとも前記所与の圧力を超えて互いに一体的に移動可能である、請求項1に記載の圧力測定デバイス。
- 前記伝達手段(14)が、前記検出手段(6、6’、6’’)が位置する少なくとも1つの第1の端部(14.1)と、アーム(14)が少なくとも前記所与の圧力を超えて前記膜(4、4’)と一体的に移動可能である第2の端部(14.2)とを備える、少なくとも1つの長手方向のアームを備える、請求項1または2に記載の圧力測定デバイス。
- 前記アームの前記第2の端部が圧力値にかかわらず前記膜と機械的に一体である、請求項3に記載の圧力測定デバイス。
- 前記所与の圧力よりも低い圧力の場合、前記アーム(14)の前記第2の端部(14.2)と前記膜との間に間隔が設けられる、請求項3に記載の圧力測定デバイス。
- 前記アーム(14)が前記膜に電気的に接続される、請求項5に記載の圧力測定デバイス。
- 前記所与の圧力が測定される圧力以下である、請求項5または6に記載の圧力測定デバイス。
- 前記長手方向のアーム(14)が、前記アームの長手方向軸線(X)に沿って可撓性であり、前記膜の変形の軸線(Z)に沿って剛性である接続を通して前記膜(4、4’)と一体である、請求項4に記載の圧力測定デバイス。
- 前記伝達手段が、前記長手方向のアームの前記第1の端部を前記検出手段に接続し、前記長手方向のアーム(14)に直交する少なくとも1つのねじれビーム(18)を備え、回転する前記軸線(Y)が、一方では前記アームの前記第1の端部に、他方では前記基板および前記検出手段に固定される前記ねじれビームによって形成される、請求項3から8のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 前記伝達手段が、前記長手方向のアームにほぼ平行な少なくとも1つの屈曲ビーム(118)をさらに備え、回転する前記軸線(Y)が、一方では前記長手方向のアーム(14)に、他方では前記基板に固定される前記屈曲ビーム(118)によって形成される、請求項3から8のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 前記長手方向のアームが「U」字パターンを有し、前記パターンが前記第1の端部に対応する2つの端部を備え、前記第1の端部がそれぞれ横延長ビームを通して前記検出手段に接続される、請求項10に記載の圧力測定デバイス。
- 前記膜(4’)を剛性化する手段(41)を備える、請求項1から11のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 前記膜を剛性化する手段(41)が、例えば放射方向でまたはハニカムとして設けられる、前記膜(4’)上の余分な厚さ範囲を形成する、請求項8に記載の圧力測定デバイス。
- 前記伝達手段(14)が、前記検出手段(6、6’、6’’)が位置する少なくとも1つの第1の端部(14.1)と、前記アーム(14)が少なくとも前記所与の圧力を超えて前記膜(4、4’)と一体的である第2の端部(14.2)とを備える、少なくとも1つの長手方向のアームを備え、前記アーム(14)の前記第1の端部(14.1)で前記アーム(14)に釣合い重り(42)が取り付けられる、請求項1から13のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 同じ圧力を受ける複数の変形可能な膜(4)を備え、前記伝達手段(14)およびすべての前記膜が少なくとも前記所与の圧力を超えて互いに一体的に移動可能である、請求項1から14のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 前記膜の変形を制限するように、前記圧力を受ける前記膜の面に対向して前記膜(4)に面して設けられる停止部(38)を備える、請求項1から15のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 測定される圧力を受ける面に対向して前記膜(4、4’)の周りにキャビティ(10)を画定する、前記基板(2)上のキャップを備える、請求項1から16のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 測定される圧力を受ける前記膜(4)の面、および圧力が測定される環境が、前記キャップ(12)を通して、および/または前記キャップと前記基板との間で連通される、請求項17に記載の圧力測定デバイス。
- 前記検出手段(6)が、一端によって固定パッドを通して前記基板に、また別の端部によって前記ねじれビーム(18)または伝達アームに接続される少なくとも1つの懸架歪みゲージを備える、請求項1から18のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 前記歪みゲージが、圧電抵抗ゲージ、圧電ゲージ、および共振器と呼ばれる共振ゲージから選択される、請求項19に記載の圧力測定デバイス。
- 前記検出手段(6)が、一端によって固定パッドを通して前記基板に、また別の端部によって前記ねじれビーム(18)または前記伝達アームに接続される少なくとも1つの懸架歪みゲージを備え、前記検出手段(6)が、そのどちらかの面では一端によって前記ねじれビーム(18)に、また別の端部によって固定パッドを通して前記基板に取り付けられる2つの歪みゲージ(16)を備える、請求項20に記載の圧力測定デバイス。
- 前記固定パッドが電気接点を備える、請求項21に記載の圧力測定デバイス。
- 前記伝達手段が、前記長手方向のアームの前記第1の端部を前記検出手段に接続し、前記長手方向のアーム(14)に直交する少なくとも1つのねじれビーム(18)を備え、回転する前記軸線(Y)が、一方では前記アームの前記第1の端部に、他方では前記基板および前記検出手段に固定される前記ねじれビームによって形成され、前記検出手段(6)が、一端によって固定パッドを通して前記基板に、また別の端部によって前記ねじれビーム(18)または前記伝達アームに接続される少なくとも1つの懸架歪みゲージを備え、前記検出手段(6’’)が、一端によって前記ねじれビーム(18)に、また別の端部によって前記基板上の固定パッドに接続される少なくとも1つの共振器(44)と、前記共振器の励起手段(48)と、前記共振器の共振周波数を検出する手段(50)とを備える、請求項22に記載の圧力測定デバイス。
- 前記検出手段(6’)が可変容量タイプのものである、請求項1から18のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 前記検出手段(6’)が、前記基板上の少なくとも1つの第1の固定電極(26、36)と、前記伝達手段(24)と一体であって前記固定電極(28、34)に面する少なくとも1つの第1の可動電極(28、34)とを備える、請求項24に記載の圧力測定デバイス。
- 第2の固定電極(36)および第2の可動電極(34)を備え、前記第2の電極(34、36)が、差動測定デバイスを形成するように、回転する前記軸線に対して前記第1の電極に対向して位置する、請求項25に記載の圧力測定デバイス。
- 静圧を補償する能動手段を備える、請求項1から26のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 静圧を補償する前記能動手段が一対の電極(66.1)を備え、前記電極の1つが前記伝達手段と一体であり、前記一対の電極が、前記基板および前記膜(4)上で前記伝達手段(14)の回転する前記軸線(Y)に対して前記膜の側に位置する、請求項27に記載の圧力測定デバイス。
- 前記静圧を補償する前記能動手段が、前記基板上の前記膜の下方に形成される電極(66.1)を備える、請求項27に記載の圧力測定デバイス。
- 自己診断および/または自己校正を行う手段を備える、請求項1から29のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 自己診断および/または自己校正を行う前記手段が一対の電極(66.2)を備え、前記電極の1つが前記伝達手段と一体であり、前記一対の電極(66.2)が、前記基板上で前記伝達手段(14)の回転する前記軸線に対して前記膜に対向する、請求項30に記載の圧力測定デバイス。
- 測定される圧力を受ける面に対向して前記膜(4、4’)の周りにキャビティ(10)を画定する、前記基板(2)上のキャップ(12)を備え、前記キャビティ(10)が緊密である、請求項1から31のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 前記緊密なキャビティで真空が作られて、絶対圧力センサを形成する、請求項28に記載の圧力測定デバイス。
- 前記膜(4)の上方および/または前記キャップに面する前記基板上に位置するキャップ範囲で、前記キャップ(12)上に堆積されるゲッター材料(51)を含む、請求項33に記載の圧力測定デバイス。
- 測定される圧力を受ける面に対向して前記膜(4、4’)の周りにキャビティ(10)を画定する、前記基板(2)上のキャップ(12)を備え、前記キャビティが外部環境に接続されて、相対圧力センサまたはマイクロホンを形成する、請求項1から34のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス。
- 前記キャビティと前記外部環境との間の接続が、前記キャップ(12)を通してまたは前記キャップ(12)と前記基板(2)との間に形成されるベント(52、52’)によって作られる、請求項35に記載の圧力測定デバイス。
- 請求項1から36のいずれか一項に記載の少なくとも1つの圧力測定デバイスと、同じ基板の上または中に作られた少なくとも1つの慣性センサとを備える、MEMSおよび/またはNEMSアセンブリ。
- a)基板上の堆積およびエッチングによって、センサの様々な素子を作成するステップと、
b)膜を解放するステップとを含む、請求項1から36のいずれか一項に記載の圧力測定デバイスの製造方法。 - ステップa)ではキャップが作成されず、前記方法が、ステップb)に先立って、前記基板上に前記キャップを作成するか、または前記基板上に前記キャップを移送および封止するステップを含む、請求項38に記載の製造方法。
- 前記基板上の前記キャップの封止が真空下で行われる、請求項39に記載の製造方法。
- 前面および/または裏面のビアを用いて再接続が成される、請求項38、39、または40に記載の製造方法。
- ステップa)において、少なくとも1つの慣性センサが同時に作成される、請求項38から41のいずれか一項に記載の方法のステップを含む、一連のセンサの製造方法。
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