JP7399519B2 - 毛細チャネル環境センサ、およびそのための準備方法 - Google Patents

Description

本発明の各実施形態は、環境パラメータ検出センサの技術分野に関し、詳細には、毛細チャネル環境センサ、およびそのための準備方法に関する。

今日では、環境センサは、温度センサ、圧力センサ、変位センサ、振動センサ、マイクロフォン、および一連の他の区分を含む。これらの区分にはチップ設計、材料、プロセス、およびパッケージ構造にかなり大きな差があり、複数の異なるタイプの環境センサを統合することを難しくさせ、または複雑な統合プロセスをもたらす。加えて、圧力センサ、変位センサ、振動センサ、マイクロフォン、および他のセンサのチップは、高ＳＮＲおよび低消費電力の要求を組み合わせるのが難しい。

これに鑑みて、本発明の各実施形態は、毛細チャネル環境センサ、およびその準備方法を提供する。パスカルの原理に基づいて、伝達空洞と毛細チャネルとの間のサイズ差によって、大きい体積の領域内の小さい変位は、小さい体積の領域内の大きい変位に変換される。多変数高感度材料が、磁場変化などの中間変数を介して変位の変化を抵抗値の変化に変換するために磁場検出素子として装備される。また、磁場検出素子の高感度および低消費電力の特徴によって、周囲温度センサ、圧力センサ、変位センサ、振動センサ、および音波センサなどの環境パラメータ・センサの単一チップ製造は、同じプロセスによって実施され、環境センサの統合および小型化を容易にし、センサの高ＳＮＲおよび低消費電力をさらに確実にすることができる。

第１の態様では、本発明の一実施形態は、伝達基板および少なくとも１つの磁場検出素子を含む毛細チャネル環境センサであって、
伝達空洞および少なくとも１つの毛細チャネルが、伝達基板の内部に設けられ、伝達空洞の断面積は、毛細チャネルの断面積よりも大きく、毛細チャネルの一端は、伝達空洞と接続され、
弾性伝達ダイヤフラムが、伝達空洞と外部測定環境との間に設けられ、伝達媒体が、伝達空洞の内部に設けられ、
設置液滴が、毛細チャネルの内側に設けられ、設置液滴は毛細チャネルの内壁と密接に接触しており、さらに、設置液滴は伝達媒体と密接に接触している、毛細チャネル環境センサを提供する。

いくつかの実施形態では、磁場検出素子から毛細チャネルまでの最小距離は、磁場検出素子から弾性伝達ダイヤフラムまでの最小距離よりも小さい。

いくつかの実施形態では、毛細チャネル環境センサは、信号変換材料をさらに含み、信号変換材料の少なくとも一部は伝達媒体内に配設され、または信号変換材料は設置液滴内に配設され、設置液滴は、設置液滴の流れに基づいて誘導磁場を生成することができる水銀、磁性流体、または疎水性有機液体を含む。

いくつかの実施形態では、信号変換材料は、伝達媒体内または設置液滴内に配設される磁性材料を含み、あるいは
信号変換材料は、非磁性金属材料および励磁コイルを含み、非磁性金属材料は、伝達媒体内または設置液滴内に配設され、励磁コイルは、伝達基板上に配設され、励磁コイルには、高周波交流電流が印加され、高周波交流電流を使用して非磁性金属材料を駆動して誘導渦電流を生成し、したがって、その結果、誘導磁場になる。

いくつかの実施形態では、外部測定環境と連通している毛細チャネルの一端は、閉じられている。

いくつかの実施形態では、磁場検出素子は、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、トンネル接合磁気抵抗、およびホール素子のうちの１つを含む。

いくつかの実施形態では、毛細チャネル環境センサは、接続用リード線と、磁場検出素子の第１の側に位置する接触電極と、磁場検出素子の第２の側に位置するパッシベーション層とをさらに含み、第１の側および第２の側は、互いに反対に配設され、
接続用リード線および磁場検出素子は、電気的に接続され、ならびに接触電極および接続用リード線は、電気的に接続される。

いくつかの実施形態では、伝達空洞とは反対側の弾性伝達ダイヤフラムの片側の面は、硬質カバーを備える。

いくつかの実施形態では、排気式エンクロージャが、伝達空洞とは反対側の弾性伝達ダイヤフラムの片側に配設され、排気式エンクロージャおよび弾性伝達ダイヤフラムは、閉じた空洞を形成し、閉じた空洞は、真空シールされた空洞、または知られている基準圧力を有するシールされた空洞であり、
マス・ブロックが、閉じた空洞内に配設され、マス・ブロックは、弾性伝達ダイヤフラムの面上に位置し、または閉じた空洞は、カウンターウェイトの液体で満たされている。

第２の態様では、本発明の一実施形態は、第１の態様に記載の毛細チャネル環境センサを準備するのに使用するための毛細チャネル環境センサの準備方法であって、
伝達基板を選択するステップ、および伝達基板の第１の面上に弾性伝達ダイヤフラムを成長させるステップと、
伝達基板内に伝達空洞および少なくとも１つの毛細チャネルを準備するステップであって、伝達空洞の断面積が毛細チャネルの断面積よりも大きく、毛細チャネルの一端は伝達空洞と接続される、準備するステップと、
伝達媒体を伝達空洞に注入するステップ、および設置液滴を毛細チャネルに注入するステップであって、設置液滴は毛細チャネルの内壁と密接に接触しており、さらに、設置液滴は伝達媒体と密接に接触している、注入するステップと、
磁場検出素子を準備するステップと、を含む、準備方法をさらに提供する。

いくつかの実施形態では、伝達基板内に伝達空洞および少なくとも１つの毛細チャネルを準備するステップは、
少なくとも１つの毛細チャネルを準備するために弾性伝達ダイヤフラムおよび伝達基板をエッチングするステップであって、毛細チャネルの深さは、弾性伝達ダイヤフラムの厚さよりも大きい、弾性伝達ダイヤフラムおよび伝達基板をエッチングするステップと、
伝達空洞を得るために伝達基板の第２の面をエッチングするステップであって、伝達空洞は伝達基板を貫通し、伝達空洞は毛細チャネルと接続され、第２の面は第１の面とは反対に配設される、第２の面をエッチングするステップと、を含む。

いくつかの実施形態では、磁場検出素子を準備するステップは、
保持基板を選択するステップ、および保持基板の面上に少なくとも１つの磁場検出素子を準備するステップと、
磁場検出素子が伝達基板に向いているように保持基板および伝達基板を接着するステップと、を含み、
準備方法は、
エッチングによって伝達ダイヤフラムの面から保持基板を除去するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、保持基板の面上に少なくとも１つの磁場検出素子を準備するステップは、
保持基板の面上に誘導材料フィルムを堆積させるステップ、およびフォトリソグラフィによって磁場検出素子および接続用リード線を形成するステップと、
保持基板とは反対側の磁場検出素子の片側にパッシベーション層を準備するステップと、を含み、
保持基板の面上に少なくとも１つの磁場検出素子を準備するステップの後に、
伝達基板とは反対側の片側から保持基板を薄型化するステップ、および接続用リード線の一部が露出させられるまで保持基板をエッチングするステップ、ならびに接触電極を形成するように接続用リード線の露出部分上に金属材料を堆積させるステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、伝達媒体を伝達空洞に注入するステップは、
副ウェハを選択するステップと、
伝達空洞を得るように副ウェハを伝達基板の第２の面に接着するステップであって、第２の面は第１の面とは反対に配設される、接着するステップと、
伝達媒体を伝達空洞に注入するステップと、を含む。

本発明の各実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサ、およびそのための準備方法では、相互に連通した伝達空洞および毛細チャネルが、伝達基板内に設けられ、さらに伝達空洞の断面積が、毛細チャネルのものよりも大きいように設定される。したがって、パスカルの原理に基づいて、および伝達空洞と毛細チャネルとの間の体積の差によって、大きい体積の領域内の小さい変位は、小さい体積の領域内の大きい変位に変換され、大きい変位は、毛細チャネルへ伝えられ得る。また、設置液滴が、毛細チャネル内に設けられ、毛細チャネル環境センサは、磁場検出素子をさらに含む。このようにして、設置液滴の移動に基づいて、変位の変化は、磁場変化などの中間変数を介して抵抗値の変化に変換することができる。したがって、磁場検出素子の高感度および低消費電力の特徴によって、周囲温度センサ、圧力センサ、変位センサ、振動センサ、および音波センサなどの環境パラメータ・センサの単一チップ製造は、同じプロセスによって実施され、環境センサの統合および小型化を容易にし、センサの高ＳＮＲおよび低消費電力をさらに確実にすることができる。

本発明の他の特徴、目的、および利点は、以下添付図面を参照してなされる非限定の各実施形態の詳細な説明を読むことでより明らかになる。

本発明の一実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。 本発明の一実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの概略構造平面図である。 本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。 本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造平面図である。 本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。 本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。 本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。 本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。 本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。 本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。 本発明の一実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの準備方法の概略フローチャートである。 本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの準備方法の概略フローチャートである。 図１２に対応する準備方法におけるステップの特定の準備プロセスの図である。

本発明の目的、技術的解決策、および利点をより明確にするために、本発明の技術的解決策は、本発明の各実施形態において、特定の実施を用いることによって、および添付図面を参照して、以下に明確におよび完全に説明される。説明される各実施形態は、本発明の各実施形態の全部ではなく一部であることは明らかである。本発明の説明された各実施形態に基づいて、発明の創作的努力なしに当業者によって得られる他の各実施形態は、本発明の保護範囲に全て属する。

図１は、本発明の一実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの概略構造断面図であり。図２は、本発明の一実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの概略構造平面図である。図１および図２に示されるように、本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサ１０は、伝達基板１０２と、少なくとも１つの磁場検出素子１０７とを含む。伝達空洞１０３および少なくとも１つの毛細チャネル１０４は、伝達基板１０２の内部に設けられており、伝達空洞１０３の断面積は、毛細チャネル１０４の断面積よりも大きく、毛細チャネル１０４の一端は、伝達空洞１０３と接続される。弾性伝達ダイヤフラム１０５は、伝達空洞１０３と外部測定環境との間に設けられ、伝達媒体は、伝達空洞１０３の内部に設けられる。設置液滴１１５は、毛細チャネル１０４の内側に設けられ、設置液滴１１５は、毛細チャネル１０４の内壁と密接に接触しており、さらに、設置液滴は、伝達媒体と密接に接触している。

例示として、図１および図２に示されるように、相互に接続されている伝達空洞１０３および毛細チャネル１０４は、伝達基板１０２内に形成され、伝達空洞１０３の断面積は、毛細チャネル１０４の断面積よりも大きい。さらに、弾性伝達ダイヤフラム１０５は、伝達空洞１０３と外部測定環境との間に設けられ、伝達空洞１０３は、伝達媒体（図示せず）で内部で満たされており、伝達媒体は、力伝達させることができる液体または気体であり、本明細書中では空気であり得る。設置液滴１１５は、毛細チャネル１０４の内側に設けられており、設置液滴１１５は、毛細チャネル１０４の内壁と密接に接触しており、さらに、設置液滴１１５は、伝達媒体と密接に接触している。外部の周囲圧力または振動が、弾性伝達ダイヤフラム１０５の外面に作用するとき、力が、伝達媒体を介して小さい断面積を有する毛細チャネル１０４に伝達される。パスカルの原理に従って、および伝達空洞１０３の断面積と毛細チャネル１０４の断面積との間の大きな差によって、大きい領域内の小さい変位は、小さい領域内の大きい変位に変換され、したがって、外部環境の変化を増幅する。

さらに、毛細チャネル環境センサ１０は、磁場検出素子１０７を含む。したがって、毛細チャネル１０４のかなり大きい変位は、設置液滴１１５を駆動して移動させ、磁場検出素子１０７の位置および磁場の変化をもたらす。磁場検出素子１０７は、高感度磁気抵抗素子であり得る。このようにして、変位の変化は、磁場変化などの中間変数を介して抵抗値の変化に変換され、それによって、外部の圧力、振動、または音響信号は、正確に測定することができる。また、磁場検出素子の高感度および低消費電力の特徴によって、圧力センサ、変位センサ、振動センサ、および音波センサなどの環境パラメータ・センサの単一チップ製造は、同じプロセスによって実施することができ、マイクロモータ環境センサの統合および小型化を容易にし、毛細チャネル環境センサの開発傾向に適合する。

代替として、設置液滴１１５は、水銀、磁性流体、および疎水性有機液体のうちの１つであり得る。

本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサ１０は、１つまたは複数の毛細チャネル１０４を含むことができることに留意されたい。図１および図２は、毛細チャネル環境センサ１０がたった１つの毛細チャネル１０４を含む一例を示すが、本発明の本実施形態は、毛細チャネル１０４の特定の個数を限定しない。

図２において、伝達空洞１０３と毛細チャネル１０４との間の連通を詳細に示すために、図２は、弾性伝達ダイヤフラム１０５を示さず、伝達基板１０２内の伝達空洞１０３および毛細チャネル１０４の内部構造を直接示すことにさらに留意されたい。

まとめると、本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサでは、相互に連通した伝達空洞および毛細チャネルは、伝達基板内に設けられ、さらに伝達空洞の断面積は、毛細チャネルの断面積よりも大きいように設定される。したがって、パスカルの原理に基づいて、および伝達空洞と毛細チャネルとの間の体積の差によって、大きい体積の領域内の小さい変位は、小さい体積の領域内の大きい変位に変換される。また、設置液滴が、毛細チャネル内に設けられ、毛細チャネル環境センサは、磁場検出素子をさらに含む。このようにして、設置液滴の移動に基づいて、変位の変化は、磁場変化などの中間変数を介して抵抗値の変化に変換することができる。したがって、磁場検出素子の高感度および低消費電力の特徴によって、圧力センサ、変位センサ、振動センサ、および音波センサなどの環境パラメータ・センサの単一チップ製造は、同じプロセスによって実施され、環境センサの統合および小型化を容易にし、センサの高ＳＮＲおよび低消費電力をさらに確実にすることができる。

実行可能な一実施として、毛細チャネル環境センサ１０は、信号変換材料をさらに含むことができ、信号変換材料の少なくとも一部は、伝達媒体内に配設され、または信号変換材料は、設置液滴１１５内に配設される。設置液滴は、設置液滴の流れに基づいて誘導磁場を生成することができる水銀、磁性流体、または疎水性有機液体を含む。具体的には、本発明の本実施形態によって与えられる信号変換材料は、高透磁率または大きい残留磁気を有する磁性材料であり得る。信号変換材料の追加の配置によって、中間変数の変化の大きさは、増大することができ、それによって、毛細チャネル環境センサの感度を改善する。

本発明の本実施形態における信号変換材料は、多くのやり方で配置することができ、以下、信号変換材料の特定の配置のやり方を説明する。

図１および図２を続けて参照すると、信号変換材料は、伝達媒体内に配設される磁性材料１１０を含むことができる。図１および図２に示されるように、弾性伝達ダイヤフラム１０５の変形により、磁性材料１１０の変位が引き起こされ、それによって磁場検出素子１０７における磁場がそれに応じて変化し、したがって、環境変化パラメータを得る。代替として、磁性材料１１０は、磁性金属材料または磁性非金属材料であってもよく、これは、本発明の本実施形態に限定されない。さらに、磁性材料１１０は、粒子の形態でまたは他の形態で伝達媒体内に均一に分散され得る。例えば、磁性材料は、磁性膜の形態で伝達媒体内に配設される。本発明の本実施形態は、磁性材料１１０の配置のやり方を限定せず、図１および図２は、磁性材料１１０が粒子の形態で伝達媒体内で均一に分散される一例を示す。

図３は、本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図であり、図４は、本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造平面図である。図３および図４に示されるように、信号変換材料は、非磁性金属材料１１１、および励磁コイル１１２を含む。非磁性金属材料１１１は、伝達媒体内に配設され、励磁コイル１１２は、伝達基板１０２上に配設される。励磁コイル１０６には、高周波交流電流が印加され、高周波交流電流を使用して非磁性金属材料１１１を駆動して誘導渦電流を生成し、したがって、結果として誘導磁場になる。図３は、励磁コイル１１２が毛細チャネル１０４内に配設される一例を示し、および図４は、励磁コイル１１２が毛細チャネル１０４の外へ配設される一例を示す。図３および図４に示されるように、励磁コイル１１２に高周波交流電流を印加することによって、非磁性金属粒子１１１は、誘導渦電流を生成し、したがって、結果として誘導磁場になる。次いで、非磁性金属粒子１１１の変位によって、磁場検出素子１０７における磁場が、それに対応して変化し、したがって、環境変化パラメータを得る。代替として、非磁性金属材料１１１は、粒子の形態でまたは他の形態で伝達媒体内に均一に分散させられてもよい。例えば、非磁性金属材料は、非磁性膜の形態で伝達媒体内に配設される。本発明の本実施形態は、非磁性金属材料１１１の配置のやり方を限定せず、図３および図４は、非磁性金属材料１１１が粒子の形態で伝達媒体内に均一に分散される一例を使用することによってのみ説明を与える。

図５は、本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。図５に示されるように、信号変換材料は、設置液滴１１５内に配設され、励磁コイル１１２は、伝達基板１０２上に配設される。励磁コイル１０６には、高周波交流電流が印加され、高周波交流電流を使用して非磁性金属材料１１１を駆動して誘導渦電流を生成し、結果として誘導磁場になる。設置液滴１１５は、設置液滴１１５の流れに基づいて誘導磁場を生成することができる水銀、磁性流体、または疎水性有機液体を含む。励磁コイル１１２に高周波交流電流を印加することによって、設置液滴１１５は、誘導渦電流を生成し、したがって、結果として、誘導磁場になる。次いで、設置液滴１１５の変位によって、磁場検出素子１０７における磁場は、それに対応して変化し、したがって、環境変化パラメータを得る。

信号変換材料の異なる配置のやり方は、上で詳細に説明されている。本発明の本実施形態は、信号変換材料の特定の配置のやり方を限定せず、中間変数の変化の大きさは、信号変換材料の追加の配置によって増大することができ、それによって、毛細チャネル環境センサの感度を改善することを確実にすれば十分である。

実行可能な一実施として、磁場検出素子１０７は、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、トンネル接合磁気抵抗、およびホール素子のうちの１つを含むことができる。磁場検出素子１０７を高感度磁気抵抗素子として設けることによって、マイクロモータ環境センサは、外部の周囲温度、圧力、振動、または音響信号を正確に測定することができる。図１を続けて参照すると、磁場検出素子１０７は、保持基板１０１上に配設される。

実行可能な一実施として、図１および図２を続けて参照すると、磁場検出素子１０７から毛細チャネル１０４までの最小距離は、磁場検出素子１０７から弾性伝達ダイヤフラム１０５までの最小距離よりも小さく、したがって、各磁場検出素子１０７が毛細チャネル１０４内の設置液滴の移動を検出することができることを確実にすることができ、磁場検出素子１０７によって検出された信号が、比較的大きい変化を有し、マイクロモータ環境センサの検出感度を改善することを保証する。

さらに、本発明の本実施形態は、磁場検出素子１０７の配置位置を限定しない。図１、図２、図３、および図５に示されるように、磁場検出素子１０７は、毛細チャネル１０４内に配設することができる。代替として、図４に示されるように、磁場検出素子１０７は、毛細チャネル１０４の外へ配設されてもよく、磁場検出素子１０７は、外部環境の変化を検出できることを確実にすることだけが必要とされる。

実行可能な一実施として、図６は、本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。組合せで図１～図６に示されるように、本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサ１０は、磁場検出素子１０７の第１の側に位置する接続用リード線１０９および接触電極１１４と、磁場検出素子１０７の第２の側に位置するパッシベーション層（図示せず）とをさらに含むことができる。第１の側および第２の側は、互いに反対に配設される。接続用リード線１０９および磁場検出素子１０７は、電気的に接続され、接触電極１１４および接続用リード線１０９は、電気的に接続される。図１～図６に示されるように、磁場検出素子１０７は、接続用リード線１０９を介して接触電極１１４へ信号を伝達し、それによって、磁場検出素子１０７によって検出された信号は、適時および正常に伝達されることが可能であり、したがって、毛細チャネル環境センサが、外部圧力、変位、振動、および音響信号などの環境パラメータを検出することを確実にし、毛細チャネル環境センサの正常な動作を保証する。さらに、磁場検出素子１０７の第２の側にパッシベーション層を配設することによって、磁場検出素子１０７のパッケージングおよび保護をパッシベーション層によって強化することができ、したがって、磁場検出素子１０７の耐用年数を長くし、さらに、毛細チャネル環境センサの耐用年数を長くする。

実行可能な一実施として、図７は、本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。図７に示されるように、毛細チャネル環境センサ１０では、測定環境と連通する毛細チャネル１０４の一端は、閉じられる。このようにして、設置液滴１１５の移動は、弾性伝達ダイヤフラム１０５の片側で検出される外部環境の変化のみに基づき、したがって、外部環境の変化の検出の高感度を確実にし、毛細チャネルに入る汚染物によって引き起こされる測定との干渉をさらに避ける。

前述の各実施形態に基づいて、図８は、本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。図８に示されるように、本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサ１０では、伝達空洞１０３とは反対側の弾性伝達ダイヤフラム１０５の片側の面は、硬質カバー１１３を備える。図８に示されるように、硬質カバー１１３は、毛細チャネル環境センサ１０における弾性伝達ダイヤフラム１０５と外部環境との間の場所を完全に覆う。このようにして、弾性伝達ダイヤフラム１０５の変位は、温度によって引き起こされる伝達媒体の体積の変化によってのみ影響を受けるが、外部圧力、振動、および音波の影響を受けにくい。そのような設計は、周囲温度の測定のために使用され、それによって、毛細チャネル環境センサは、周囲温度の測定を実施することができ、したがって、毛細チャネル環境センサの測定範囲を拡大する。

前述の各実施形態に基づいて、図９は、本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図であり、図１０は、本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの概略構造断面図である。図９および図１０に示されるように、本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサ１０では、排気式エンクロージャ２０１は、伝達空洞１０３とは反対側の弾性伝達ダイヤフラム１０５の片側に配設される。排気式エンクロージャ２０１および弾性伝達ダイヤフラム１０５は、閉じた空洞を形成しており、閉じた空洞は、真空シールされた空洞、または知られている基準圧力を有するシールされた空洞である。マス・ブロック２００は、閉じた空洞内に配設され、弾性伝達ダイヤフラム１０５の面上に位置し、または閉じた空洞は、カウンターウェイトの液体（図示せず）で満たされる。図９は、測定環境と連通した毛細チャネル１０４の一端が開いている一例を示し、一方、図１０は、測定環境と連通した毛細チャネル１０４の一端が閉じている一例を示す。さらに、図９および図１０の両方は、マス・ブロック２００が閉じた空洞の内部に配設される一例を示す。図９および図１０に示されるように、慣性パラメータに対する弾性伝達ダイヤフラム１０５の応答を強化するために、マス・ブロック２００および排気式エンクロージャ２０１は、弾性伝達ダイヤフラム１０５の上方に配設することができ、排気式エンクロージャ２０１および弾性伝達ダイヤフラム１０５によって囲まれた空洞は、真空シールされ、または知られている基準圧力を有するように設けられ、外部圧力の変化によって引き起こされる影響をなくすようになっている。したがって、毛細チャネル環境センサは、慣性パラメータの測定を実施し、毛細チャネル環境センサの測定範囲を拡大することができる。

同じ発明概念に基づいて、本発明の一実施形態は、前述の本発明の各実施形態に説明された毛細チャネル環境センサを準備するのに使用するための毛細チャネル環境センサの準備方法をさらに提供する。具体的には、図１１は、本発明の一実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの準備方法の概略フローチャートである。図１１に示されるように、本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの準備方法は、以下のステップを含む。

Ｓ１１０．伝達基板が選択され、弾性伝達ダイヤフラムが、伝達基板の第１の面上に成長される。

例示として、弾性伝達ダイヤフラムは、熱酸化または堆積によって完全な伝達基板の第１の面上に成長され得る。

Ｓ１２０．伝達空洞および少なくとも１つの毛細チャネルは、伝達基板内に準備され、伝達空洞の断面積は、毛細チャネルの断面積よりも大きく、毛細チャネルの一端は、伝達空洞と接続される。

例示として、伝達基板の第１の面上に、すなわち、弾性伝達ダイヤフラムが成長される側に、弾性伝達ダイヤフラムおよび伝達基板は、少なくとも１つの毛細チャネルを準備するようにエッチングされ、毛細チャネルの深さは、弾性伝達ダイヤフラムの厚さよりも大きく、毛細チャネルの下部は、伝達基板内に位置する。

伝達基板の第２の面上で、伝達基板は、伝達空洞を準備するためにエッチングされたおり、伝達空洞は、弾性伝達ダイヤフラムの下面で終わり、伝達空洞は、毛細チャネルと接続されている。

Ｓ１３０．伝達媒体が伝達空洞に注入され、設置液滴が毛細チャネルに注入され、そこで、設置液滴は、毛細チャネルの内壁と密接に接触し、さらに、設置液滴は、伝達媒体と密接に接触している。

Ｓ１４０．磁場検出素子が準備される。

本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの準備方法では、相互に連通した伝達空洞および毛細チャネルは、伝達基板内に準備され、さらに伝達空洞の断面積は、毛細チャネルの断面積よりも大きいように準備される。したがって、パスカルの原理に基づいて、および伝達空洞と毛細チャネルとの間の体積の差によって、大きい体積の領域内の小さい変位は、小さい体積の領域内の大きい変位に変換され、大きい変位が、毛細チャネルに伝えられ得る。また、設置液滴および磁場検出素子は、毛細チャネル内に準備される。このようにして、設置液滴の移動に基づいて、変位の変化は、磁場変化などの中間変数を介して抵抗値の変化に変換することができる。したがって、磁場検出素子の高感度および低消費電力の特徴によって、周囲温度センサ、圧力センサ、変位センサ、振動センサ、および音波センサなどの環境パラメータ・センサの単一チップ製造は、同じプロセスによって実施され、環境センサの統合および小型化を容易にし、センサの高ＳＮＲおよび低消費電力をさらに確実にすることができる。

本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの準備方法は、実際の準備プロセスを参照して以下に詳細に説明される。

図１２は、本発明の一実施形態によって与えられる別の毛細チャネル環境センサの準備方法の概略フローチャートである。図１２に示されるように、本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの準備方法は、以下のステップを含むことができる。

Ｓ２１０．伝達基板が選択され、弾性伝達ダイヤフラムが、伝達基板の第１の面上に成長される。

図１３に示されるように、弾性伝達ダイヤフラム１０５が、完全な伝達基板１０２の第１の面上に成長される。

Ｓ２２０．伝達空洞および少なくとも１つの毛細チャネルが、伝達基板内に準備され、伝達空洞の断面積は、毛細チャネルの断面積よりも大きく、毛細チャネルの一端は、伝達空洞と接続される。

図１４に示されるように、伝達基板１０２０の第１の面上に、すなわち、弾性伝達ダイヤフラム１０５が成長させられる側に、弾性伝達ダイヤフラム１０５および伝達基板１０２は、少なくとも１つの毛細チャネル１０４を準備するためにエッチングされ、毛細チャネル１０４の深さは、弾性伝達ダイヤフラム１０５の厚さよりも大きく、毛細チャネルの下部は、伝達基板１０２内に位置する。

図１５に示されるように、伝達基板１０２の第２の面は、伝達空洞１０３を準備するようにエッチングされる。伝達空洞１０３は、伝達基板１０２を貫通し、すなわち、伝達空洞１０３は、弾性伝達ダイヤフラム１０５の下面で終わり、伝達空洞１０３は、毛細チャネル１０４と接続される。伝達基板の第２の面は、第１の面とは反対に配設される。

Ｓ２３０．伝達媒体が伝達空洞に注入され、設置液滴が毛細チャネルに注入されており、設置液滴は毛細チャネルの内壁と密接に接触しており、さらに、伝達媒体と密接に接触している。

具体的には、伝達媒体を伝達空洞に注入するステップは、
副ウェハを選択することと、
伝達空洞を得るように副ウェハを伝達基板の第２の面に接着することであって、第２の面は、第１の面とは反対に配設される、接着することと、
伝達媒体を伝達空洞に注入することと、を含むことができる。

図１６に示されるように、副ウェハ３００が選択され、伝達空洞１０３を得るように伝達基板１０２の第２の面に接着される。伝達媒体が伝達空洞１０３に注入され、設置液滴１１５が毛細チャネル１０４に注入され、設置液滴１１５は、毛細チャネル１０４の内壁と密接に接触しており、さらに、伝達媒体と密接に接触している。

Ｓ２４０．保持基板が選択され、少なくとも１つの磁場検出素子が保持基板の面上に準備され、保持基板および伝達基板は、磁場検出素子が伝達基板を向いているように接着される。

図１７に示されるように、保持基板１０１が選択され、誘導材料フィルムが保持基板１０１の面上に堆積され、磁場検出素子１０７および接続用リード線１０９がフォトリソグラフィによって形成される。その後、パッシベーション層（図示せず）が、保持基板１０１とは反対側の磁場検出素子１０７の片側に準備され、磁場検出素子１０７のためのパッシベーション保護に使用される。

図１８に示されるように、保持基板１０１および伝達基板１０２は、少なくとも１つの磁場検出素子１０７を得るように磁場検出素子１０７が伝達基板１０２に面しているように接着される。

Ｓ２５０．保持基板は、伝達基板とは反対側の片面から薄型化され、接続用リード線の一部が露出させられるまでエッチングされ、金属材料が、接触電極を形成するように接続用リード線の露出部分に堆積される。

図１９に示されるように、保持基板１０１は、伝達基板１０２とは反対側の片面から薄型化され、接続用リード線１０９が露出させられるまでエッチングされ、金属材料が、接触電極１１４を形成するように接続用リード線１０９の露出部分に堆積される。

このようにして、周囲温度を測定することができるマイクロモータ環境センサを得ることができる。

Ｓ２６０．保持基板は、エッチングによって伝達ダイヤフラムの面から除去される。

図２０に示されるように、保持基板１０１は、毛細チャネル環境センサを得るようにエッチングによって弾性伝達ダイヤフラム１０５の面から除去される。本明細書中で得られる毛細チャネル環境センサは、圧力、変位、振動、および音波などの環境パラメータの測定を実現することができる。

まとめると、前述の実施形態は、実際の準備プロセスの観点から毛細チャネル環境センサの準備方法を詳細に説明しており、それによって、準備された毛細チャネル環境センサは、周囲温度センサ、圧力センサ、変位センサ、振動センサ、および音波センサなどの環境パラメータ・センサの単一チップ製造を実施し、したがって、環境センサの統合および小型化を容易に、センサの高ＳＮＲおよび低消費電力をさらに確実にすることができる。

前述の実施形態に基づいて、本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの準備方法は、信号変換材料の準備をさらに含む。

具体的には、信号変換材料は、磁性材料を含む。

信号変換材料の準備は、伝達空洞内に磁性材料を準備することを含むことができ、磁性材料は、伝達媒体内にまたは設置液滴内に配設される。

代替として、信号変換材料は、非磁性金属材料、および励磁コイルを含む。

信号変換材料の準備は、伝達空洞内にまたは設置液滴内に非磁性金属材料を準備することを含むことができ、非磁性金属材料は、伝達媒体内にまたは設置液滴内に配設される。

励磁コイルが、伝達基板上に準備され。励磁コイルは、高周波交流電流が印加され、高周波交流電流を使用して、非磁性金属材料を駆動して、誘導渦電流を生成し、したがって、結果として誘導磁場になる。

本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサでは、信号変換材料は、異なる形態を含むことができ、それに応じて、準備方法は、異なるプロセスにも対応する。中間変数の変化の大きさは、信号変換材料の追加の堆積によって増大することができ、それによって、毛細チャネル環境センサの感度を改善する。

前述の各実施形態に基づいて、本発明の本実施形態によって与えられる毛細チャネル環境センサの準備方法は、伝達空洞とは反対側の弾性伝達ダイヤフラムの片側にマス・ブロックおよび排気式エンクロージャを準備することをさらに含む。排気式エンクロージャおよび弾性伝達ダイヤフラムは、閉じた空洞を形成しており、閉じた空洞は、真空シールされた空洞、または知られている基準圧力を有するシールされた空洞であり、マス・ブロックは、排気式エンクロージャ内に配設される。代替として、排気式エンクロージャは、伝達空洞とは反対側の弾性伝達ダイヤフラムの片側に準備される。排気式エンクロージャおよび弾性伝達ダイヤフラムは、閉じた空洞を形成しており、閉じた空洞は、真空シールされた空洞、または知られている基準圧力を有するシールされた空洞であり、閉じた空洞は、カウンターウェイトの液体で満たされる。排気式エンクロージャの配置によって、および排気式エンクロージャ内にマス・ブロックまたはカウンターウェイトの液体を堆積させることによって、毛細チャネル環境センサは、慣性パラメータの測定を実施することができ、したがって、毛細チャネル環境センサの測定範囲を拡大する。

上記のものは、本発明の好ましい各実施形態、および適用される技術的原理を説明するものに過ぎないことに留意されたい。当業者は、本発明が本明細書中に記載された特定の実施形態に限定されないことを理解することができる。本発明の様々な実施形態の特徴は、一部または全部において互いに結合されまたは組み合わされてもよく、互いと協働し、様々なやり方で技術的に駆動され得る。当業者には、様々な明らかな変更、再調節、組合せ、および置換が、本発明の保護範囲から逸脱することなくなされてもよい。したがって、本発明は、上記の各実施形態によって詳細に説明されてきたが、本発明は、上記の各実施形態に限定されない。本発明は、本発明の概念から逸脱することなく他の均等な各実施形態をさらに含むことができ、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によって定められる。

Claims (14)

1. 伝達基板および少なくとも１つの磁場検出素子を備える毛細チャネル環境センサであって、
   伝達空洞および少なくとも１つの毛細チャネルが、該伝達基板の内部に設けられ、該伝達空洞の断面積は、該毛細チャネルの断面積よりも大きく、該毛細チャネルの一端は、該伝達空洞と接続され、
   弾性伝達ダイヤフラムが、該伝達空洞と外部測定環境との間に設けられ、伝達媒体が、該伝達空洞の内部に設けられ、
   設置液滴が、該毛細チャネルの内側に設けられ、該設置液滴は、該毛細チャネルの内壁と密接に接触しており、さらに、該設置液滴は、該伝達媒体と密接に接触している、毛細チャネル環境センサ。
2. 前記磁場検出素子から前記毛細チャネルまでの最小距離は、前記磁場検出素子から前記弾性伝達ダイヤフラムまでの最小距離よりも小さい、請求項１記載の毛細チャネル環境センサ。
3. 前記毛細チャネル環境センサは、信号変換材料をさらに備え、該信号変換材料の少なくとも一部は前記伝達媒体内に配設され、または該信号変換材料は前記設置液滴内に配設され、前記設置液滴は、前記設置液滴の流れに基づいて誘導磁場を生成することができる水銀、磁性流体、または疎水性有機液体を備える、請求項１記載の毛細チャネル環境センサ。
4. 前記信号変換材料は、磁性材料を含み、該磁性材料は、前記伝達媒体内または前記設置液滴内に配設され、あるいは
   前記信号変換材料は、非磁性金属材料および励磁コイルを含み、該非磁性金属材料は、前記伝達媒体内または前記設置液滴内に配設され、該励磁コイルは、前記伝達基板上に配設され、該励磁コイルには、高周波交流電流が印加され、高周波交流電流を使用して前記非磁性金属材料を駆動して誘導渦電流を生成し、したがって、その結果、誘導磁場になる、請求項３記載の毛細チャネル環境センサ。
5. 前記外部測定環境と連通している前記毛細チャネルの一端は、閉じられている、請求項１記載の毛細チャネル環境センサ。
6. 前記磁場検出素子は、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、トンネル接合磁気抵抗、およびホール素子のうちの１つを含む、請求項１記載の毛細チャネル環境センサ。
7. 前記毛細チャネル環境センサは、接続用リード線と、前記磁場検出素子の第１の側に位置する接触電極と、前記磁場検出素子の第２の側に位置するパッシベーション層とをさらに備え、該第１の側および該第２の側は、互いに反対に配設され、
   該接続用リード線および前記磁場検出素子は、電気的に接続され、ならびに該接触電極および該接続用リード線は、電気的に接続される、請求項１記載の毛細チャネル環境センサ。
8. 前記伝達空洞とは反対側の前記弾性伝達ダイヤフラムの片側の面は、硬質カバーを備える、請求項１から７のいずれか一項記載の毛細チャネル環境センサ。
9. 排気式エンクロージャが、前記伝達空洞とは反対側の前記弾性伝達ダイヤフラムの片側に配設され、該排気式エンクロージャおよび前記弾性伝達ダイヤフラムは、閉じた空洞を形成し、該閉じた空洞は、真空シールされた空洞、または知られている基準圧力を有するシールされた空洞であり、
   マス・ブロックが、該閉じた空洞内に配設され、該マス・ブロックは、前記弾性伝達ダイヤフラムの面上に位置し、または該閉じた空洞は、カウンターウェイトの液体で満たされている、請求項１から７のいずれか一項記載の毛細チャネル環境センサ。
10. 請求項１から９のいずれか一項記載の毛細チャネル環境センサを準備するのに使用するための毛細チャネル環境センサの準備方法であって、
    伝達基板を選択するステップ、および該伝達基板の第１の面上に弾性伝達ダイヤフラムを成長させるステップと、
    該伝達基板内に伝達空洞および少なくとも１つの毛細チャネルを準備するステップであって、該伝達空洞の断面積が該毛細チャネルの断面積よりも大きく、該毛細チャネルの一端は該伝達空洞と接続される、準備するステップと、
    伝達媒体を該伝達空洞に注入するステップ、および設置液滴を該毛細チャネルに注入するステップであって、該設置液滴は該毛細チャネルの内壁と密接に接触しており、さらに、該設置液滴は該伝達媒体と密接に接触している、注入するステップと、
    磁場検出素子を準備するステップと、を含む、準備方法。
11. 前記伝達基板内に伝達空洞および少なくとも１つの毛細チャネルを準備する前記ステップは、
    少なくとも１つの毛細チャネルを準備するために前記弾性伝達ダイヤフラムおよび前記伝達基板をエッチングするステップであって、前記毛細チャネルの深さは、前記弾性伝達ダイヤフラムの厚さよりも大きい、前記弾性伝達ダイヤフラムおよび前記伝達基板をエッチングするステップと、
    伝達空洞を得るために前記伝達基板の第２の面をエッチングするステップであって、前記伝達空洞は前記伝達基板を貫通し、前記伝達空洞は前記毛細チャネルと接続され、該第２の面は前記第１の面とは反対に配設される、第２の面をエッチングするステップと、を含む、請求項１０記載の準備方法。
12. 磁場検出素子を準備する前記ステップは、
    保持基板を選択するステップ、および該保持基板の面上に少なくとも１つの磁場検出素子を準備するステップと、
    前記磁場検出素子が前記伝達基板に向いているように前記保持基板および前記伝達基板を接着するステップと、を含み、
    前記準備方法は、
    エッチングによって前記伝達ダイヤフラムの面から前記保持基板を除去するステップをさらに含む、請求項１０記載の準備方法。
13. 前記保持基板の前記面上に少なくとも１つの磁場検出素子を準備する前記ステップは、
    前記保持基板の前記面上に誘導材料フィルムを堆積させるステップ、およびフォトリソグラフィによって磁場検出素子および接続用リード線を形成するステップと、
    前記保持基板とは反対側の前記磁場検出素子の片側にパッシベーション層を準備するステップと、を含み、
    前記保持基板の前記面上に少なくとも１つの磁場検出素子を準備する前記ステップの後に、
    前記伝達基板とは反対側の片側から前記保持基板を薄型化するステップ、および前記接続用リード線の一部が露出させられるまで前記保持基板をエッチングするステップ、ならびに接触電極を形成するように前記接続用リード線の該露出部分上に金属材料を堆積させるステップをさらに含む、請求項１２記載の準備方法。
14. 伝達媒体を前記伝達空洞に注入する前記ステップは、
    副ウェハを選択するステップと、
    前記伝達空洞を得るように前記副ウェハを前記伝達基板の第２の面に接着するステップであって、該第２の面は前記第１の面とは反対に配設される、接着するステップと、
    前記伝達媒体を前記伝達空洞に注入するステップと、を含む、請求項１０記載の準備方法。