JPH01503001A - コンデンサ形圧力センサおよび圧力センサ群 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 コンデンサ膨圧力センサ 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 ンサ膨圧力センサ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、出力ディジタルサンプル回路での誤った信号を機械 的に低減させるため、圧力媒体分離センサに制動作用を付与し、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膨圧力センサは、「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−・ベール（Ｍ、　Ｅ、Ｂｅｈｒ　）等によ る論文（１０Ｍｅｃｈ　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（ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ　） 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　Ｄｅｓｉｇｎ　）　Ｊの１９８５年４月１８日号 第１３１〜１４８頁に、フランク・グッドイナフ（Ｆ　ｒａｎｋ　Ｇｏｏｄｅｎ ｏｕｇｈ　）によって、「センサ用Ｉ　Ｃ（Ｓｅｎｓｏｒ　Ｉ　Ｃ’ｓ　；　Ｐ ｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　、　ＭａｔｅｒｉａｌｓＯｐｅｎ　Ｆａｃｔｏｒｙ　Ｄｏ ｏｒｓＪという表題の記事で提供されている。

シリコンまたは、その他の半導体のような剛性材料を使用した微小コンデンサ膨 圧力ドランスジューサに存在するもう一つの問題は、膜の周波数応答が非常に高 く、ディジタル・サンプリング回路と共に使用した時に、その膜の応答周波数が 、容量値を検出するために使用されるサンプリング間隔で分析されるのには、あ まりに高すぎる可能性があるということである。

そのようなサンプリング回路は、固定した時間間隔で、容量性出力信号をサンプ リングすることによって、コンデンサ形検出回路から出力信号を発生する。

シリコン膜の周波数応答が十分に高いので、サンプリング周波数の近くまたは、 それ以上の雑音信号の結果として生じるエイリアシング軸１１ａｓｉｎｇ）誤差 を防ぐためには、データがサンプリング前にダンピングされるか、または低通過 フィルタリングされるかすることが必要である。

検出素子の機械的なダンピングを行なうことが好ましいが、これは、既知の配置 構成を使用した時に、非常に小さい容積のスペースしか持たない微小形固体セン サにとっては大きな問題である。

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型シリコンウェーへが、複数の所望の位置で、両側か らエツチングされる。エツチングは、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ツチングされる。

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 ンウェーへ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、各層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。

り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への外側（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。図示しであ 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層からなるサンドエッチは、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。

カバ一層は、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。

図示しているように、制動を与えるための、膜への圧力開口は、第四の層または カバー内に形成されたレーザ穿設ホールかまたは、膜支持リムの領域に、制動室 へ連通するように形成された浅い横溝で構成される。溝は、シリコンウェーハ内 または第４層内に、これらの層をエツチングする時に形成されることができ、そ れによって、圧力が膜に作用する制動室に連通する小さい、制限された開口部が 実現される。

このような小容積の制動室内の紐体は、それによって膜の周波数応答を制動する ように、膜が偏向するのに応じて制限部を通して流れなければならない。制動油 または流体用の非常に小さい内容積部を使用することにより、そのような制動室 に流体を充填することがより容易な作業となる。

図示しているように、膜の応答を機械的に制動する能力は、使用される検知回路 における追加的なフィルタリングの必要性を無くしている。したがって、従来の データサンプリング回路が本発明の装置と共に使用できるようになる。流体制動 は、回路のサンプリング周波数の１／２以下の範囲に、膜の周波数応答を維持す ることを目的としている。

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、誘電体（ガラス）２０の第一の層すなわちディスク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、それをエツ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である。

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 サプレート届部分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２ ３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、位置合せてして配置され 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。任かに数ミ 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 最初にエツチングされる。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ボスト３１を持 つように、組立て前にエツチングされる。

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の位置でエツチングされる。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ツチング除去される。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のための応力分離（ｉｓｏｌａｔｉｏ ｎ　）スプリング支持部を形成する。このために、取り付は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７６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、適当な容量性表面（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１７２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。

メツセージ周波数に関連した望ましいサンプリング率は、ジャコレット（Ｇ　１ ａｃｏｌｌｅｔｏ　）によるマグロヒル（Ｍｅ　Ｇｒａｙ　−Ｈｌｌｌ　）社、 １９７７年発行「電子設計者ハンドブック（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇ ｎｅｒ’ｓ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　）　Ｊ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を形成する屑と置換される。

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）膨張温度 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９ ２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ツチング技術によ 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 して膜がぶつかって接触し、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１ ２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（ｐａｒｔｉａｌ　 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１ ０２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１０４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２０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、もの望むならば、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１０ ３（または、もし望むならば、カバー１０５）にエツ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、使用される回路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ンスを形成する ように、股領域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 び股領域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股領域 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、エツチングによって整形加工される。半導体屑１３２は、第 ９図に示すように、領域１５２で、誘電体（ガラス）層１３１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。

股領域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１ ５４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１５ ９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く計測値）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１７３を通してセンサ１７０に印加される圧力Ｐを検知する膜 １８３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魚具外は、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１８ １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１７７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。

ｙｘ乙が１乙フ ：Ｆ’ｌ１３１１ 国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 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、その反対側の第 二の面から離れた、少なくとも一つの実質上の平面、および第一の平面から第二 の面まで、第一の層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、第一平面 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 るように第二表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、 それ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、前記膜は、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と、 アパーチャをシールして、第一コンデンサプレートに面した膜の側面に、基準圧 力をもたらすように、第一層の第二の面上の導電部に結合されたシール表面を持 っ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. ２．請求の範囲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. 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. 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. 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. 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. 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. 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 のリム上の導電性手段に結合されているもの。
9. 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. 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. １１．バッチ製造されたコンデンサ形圧力センサであって、剛体材料よりなり、 第一および第二の面を持っている誘電体層と、 誘電体層の第一側の面に密封して結合され、コンデンサプレートを形成するエッ ヂ部支持の膜を含む第二層よりなる膜アセンブリと、 膜と整列した状態でそこを貫通する開口部、ならびに誘電体層の両側の面および 開口部に形成された金属層を持っている前記誘電体層と、 誘電体層の第二側の面に、その開口部を覆ってこれを密封するように封止結合さ れ、誘電体層の第二側の面に金属層を露出させて、前記誘電体層の第二側の面上 の金属層へのリードの接続のための露出金属表面を形成するように、除去される 第三層とを具備したコンデンサ形圧力センサ。
12. １２．圧力の大きさを検知するためのコンデンサ形圧力センサであって、 剛性の支持部材と、 前記支持部材上に取り付けられたもろい膜部材であって、前記膜部材および支持 部材は、相互に近接して隔離関係にある向い合った面を有し、前記膜部材は、圧 力を受けた時に、前記支持部材の方へ偏向される膜部材と、前記膜の、前記支持 部材とは反対側にある小容積の制動室を形成する手段であって、前記膜の上にか ぶさっており、前記の小容積室を形成するように、そのエッヂ部に対して固着さ れているカバー部材を含む手段と、 前記制動室から外部まで連通する通路を含む開口手段と、前記室内への油の充填 と、 所望の周波数で、コンデンサ形圧力センサの信号をサンプリングするための回路 手段と、 膜の動的応答を、サンプリング周波数の事実上１／２以上にならないように制限 する制御オリフィスとを具備し、膜の偏向時に、前記膜に印加される圧力は前記 室および室内の充填油を介してのみ作用し、これにより膜の運動が通路を通る流 体流量に直接関係付けられるコンデンサ形圧力センサ。