JPH01503326A - 媒体分離形差圧センサ - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 媒体分離形差圧センサ 発明の背景 １、発明の分野 本発明は、感知されるべき圧力流体または媒体から分離された変換または感知素 子および電気リードを持ち、別々の分離ダイヤフラムは使用しないようにした差 圧センサに関するものである。

２、先行技術の説明 ダイヤフラムの表面上に配置された歪ゲージセンサを形成する抵抗体を持った半 導体ダイヤフラムが、低コストかつ高精度の圧力センサとして使用されている。

感知される圧力媒体は、通常は腐食性であるので、感知素子、回路、および電気 的接続部分を、圧力媒体と直接に接触しないように分離することは、高信頼性の 動作にとって望ましいことである。

各種の分離配置方式が開発されているが、それらは、別々の分離ダイヤフラム構 成部分が取り付けられるセンサハウジング内の、分離部分の構造に付加的なコス トを含ませている。

分離を実現するための付加的なハウジングおよび付加的なダイヤフラムは、製造 経費の増加をもたらし、一方では、センサの精度の減少を生じさせることがある 。

シリコンカバーを持ち、シリコンダイヤフラムを使用し、さらにダイヤフラムの 片側表面上に、拡散によってレジスタを形成した圧電ブリッヂを持った、絶対圧 力計測用の小形圧力トランスジユーサの例が、米国特許第４，０２３，５６２号 に示されている。本発明は、この−船形のセンサの媒体分離を実現するための方 法を開示している。

発明の概要 本発明は、ダイヤフラムの偏向を正確に計測するような歪ゲージブリッヂを形成 するように、例えば、拡散または薄い層の沈着によって、センサ手段が配設され る偏向ダイヤフラムを形成するために、シリコンまたは、その他の適当な脆性材 料を使用する差圧センサに関するものである。

ダイヤフラムアセンブリは、容易に取り付けられる、圧力感知セルに形成され、 センサ上の感知手段および電気的導電体と、圧力媒体との直接接触が生じないよ うに、分離、絶縁を形成している。ダイヤフラム層内の感知手段および導体の保 護は、感知手段および導体上に不動態保護（不活性）層を形成することによって 、または、ダイヤフラムを実際に２つの部分または層から形成し、感知手段を有 するダイヤフラムの表面上を被覆する保護層を設けることによって達成される。

さらに、本発明は、加圧流体が圧力感知セルの両側から加えられる時でさえも、 電気的な接続（ｂｏｎｄ）配線および接点パッドに対する媒体分離を実現してい る。その配列は、その圧力感知セルが同平面の圧力口を持った平面状の取付は面 を持つことを可能にしている。そのため、感知セルは、取付はベースまたは表面 に、強（ｈａｒｄ）取り付けしたり、弾力的に取り付けたりすることができる。

応力分離取付けもまた、本発明の圧力感知セルと共に使用でき、誤った出力信号 を生じさせる原因になる、取付は表面上の歪が感知ダイヤフラムに伝達されない ようにされている。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に従って製作した差圧センサの平面図である。

第２図は、第１図の２−２線で切断した断面図である。

第３図は、圧電抵抗歪ゲージと、その上の電気接触パッドを持ったダイヤフラム 層の表面を示す平面図であり、第２図の３−３線で切断した図である。

第４図は、第２図の４−４線からみた平面図である。

第４Ａ図は、ダイヤフラム構成部分上の歪ゲージ抵抗を覆っている保護層を示す ための、ダイヤフラム構成部分の一部の部分拡大断面図である。

第５図は、本発明に従って製作した変形センサセルの断面図である。

第６図は、第５図の６−６線に沿う断面図である。

第７図は、本発明のもう一つの変形例である圧力感知セルの中央部を通る断面図 である。

第８図は、本発明に従って製作されて、一対のダイヤフラム構成部分を持つ圧力 感知セルの中央部を通る断面図である。

第９図は、第８図の９−９線上でみた平面図である。

第１０図は、第８図に示されているものと類似であるが、取付はベース上に取付 けられており、マニホルド構成部分が被感知差圧を提供するようにされた圧力感 知セルの中央部断面図である。

第１１図は、第２図に示されているものと類似の偏向ダイヤフラムおよびカバー を持ち、カマニホルドまたは、圧力ソース上に取り付けられている圧力感知セル の断面図である。

第１２図は、ダイヤフラムの一方の上に配置された歪ゲージ抵抗の媒体分離を形 成するために、二つのダイヤフラム部分の間に中間層を持った、本発明の変形例 の断面図である。

第１３図は、第１２図の１３−１３線から見た平面図である。

第１４図は、本発明によって製作され、外側ハウジング構成部分に取付けられた 、変形圧力感知セルの断面図である。

第１５図は、簡明化のために、部分的に除去して、第１４図の１５−１５線から みた平面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図および第２図の、１０で全体的に示されている圧力感知セルは、１１で部 分的に示されているハウジング構成部分に取り付けられて、第１の入力開口１２ および第２の入力開口１３を持っており、それらの各々は、圧力Ｐ１およびＰ　 のそれぞれ別々の流体を通過させる。圧力Ｐ１とＰ２の差が感知される。

感知セル１０は、ガラスまたはシリコンのような剛体材料から構成されているベ ース１５を含んでおり、ベース１５は、開口すなわち通路１２および１３のそれ ぞれと整列して貫通している通路１６および１９を、それぞれ持っている。

感知セル１０はさらに、図示するように、リム２１を持つダイヤフラム構成部分 ２０を含んでおり、より薄い中央偏向ダイヤフラム構成部分２２が、凹部または チャンバ（室）２３を形成するように、エツチングやその他の方法によって製作 される。リム２１は、他の部分よりもより大きい側面幅である側面２１Ａを持っ ており、通路２４が、このリムを通ってダイヤフラムの表面２５に通じている。

カバー構成部分２６は、その中に小さい凹部２７を持つようにエツチングされて おり、偏向ダイヤフラム構成部材２２の領域内の表面２５に重なっており、チャ ンバすなわち室を形成している。第３図の表面２５は、図から明らかに分かるよ うに、その上に配置した圧電抵抗素子３０Ａ−３０Ｄを持っており、歪ゲージブ リッヂを形成している。

３１Ａ−３１Ｄで示されている導電体は、表面２５（第３図参照）上に配置され て、表面２５の片側に配置されている結合用または接触用のパッド３２Ａ−３２ Ｄに接続されている。これらのパッドはリム２１の側面２１Ａの部分と重なって いる。空洞またはチャンバ２３は、例示の目的のために、第３図には点線で示し ている。

カバー構成部分２６は、圧電抵抗歪ゲージ素子３０Ａ−３０Ｄの周囲のラインに 沿って、表面２５に結合（フリットシールによって行なうことが好ましい）され ている周辺表面２８Ａを持つリム部分２８を持っている。表面２８Ａの結合は、 室２７を外部から密封シールしており、表面２５にリム表面２８Ａを密封し、接 続すなわち結合パッド３２Ａ−３２Ｄに近接したリム２１の側面２１Ａ上で、リ ード３１Ａ−３１Ｄと交さした部分を含んでいる。

抵抗体３０Ａ−３０Ｄ、リード３１Ａ−３１Ｄおよび結合パッド３２Ａ−３２Ｄ は、例えば、ダイヤフラム構成部材２２およびリム２１の上層に、それらを拡散 または沈着することによって、または、望むならば、真空蒸着やスパッタリング などによって、既知の方法で形成することができる。

パッド３２Ａ−３２Ｄは、３４Ａ−３４Ｄ（第１図）で示されている外部結合配 線を溶接できるように、高くもり上っている。

このように、取付は層１５を使用することによって、圧力感知セル１０は、それ ぞれの室２３および２７に導く通路１６および１９によって示されている共通面 （ｃｏｐｌａｎａｒ）の圧力入口（ポート）を持っている。表面３５は、センサ を取り付けるのに便利な平面になっている。流体媒体が室２３および２７内に存 在するが、それは、金属結合または接触パッド３２Ａ−３２Ｄ、およびリード３ ４Ａ−３４Ｄとはそれぞれ分離、絶縁されている。

不活性部材の保護層は、第２図では、表面２５上にある太い線によってのみ示さ れているが、第４Ａ図では、符号２９で拡大寸法で例示されている。この層は、 室２７内に形成され、感知される腐食性流体から圧電抵抗歪ゲージ素子３０Ａ− ３０Ｄを保護するために、表面２５上に形成されている。

前記の保護層は、例示されている順序で沈積配置されたいくつかの薄い層の部材 から構成できる。しかし、ダイヤフラム２２の上部に拡散されているように示さ れている抵抗体３０Ａのような、歪ゲージ抵抗体が、その後に続く金属層によっ て短絡されることがないように、表面２５上の最初の層は、絶縁層でなければな らない。

沈積層は、パリレン被覆、金、クロム、ポリシリコン、窒化シリコン、二酸化シ リコン、またはこれらの材料の組み合せで製造される。さらに、特定の用途のた めの、保護層の材料の選択は、Ｐｌによって表示した圧力媒体に含まれている不 純物のタイプに依存する。

保護層２９は、第４Ａ図に示されているように、複数の個別の材料の層から形成 でき、いくつかのダイヤフラム構成部２２が単一のシリコン（またはその他の材 料の）ウェーハ上に形成される場合には、バッチプロセスによって製造できる。

ダイヤフラム構成部分２２は、空洞２３をエツチングすることによって形成され る。

前にリストアツブした保護材料（パリレン被覆を除いて）を使用する時には、保 護層を被着させない表面２５上の領域（接触パッド部）を、マスクすることがで きる。その後に、屑材料が表面２５のマスクされない領域に沈着される。リム表 面２８Ａが沈着層の最上部に結合され、感知構成部が圧力媒体から密封隔離され る。表面２５に対する保護層２９の結合は表面２８Ａへの接着によって強められ 、圧力を加えられた状態でも、適切に一体性を保証するほど十分に丈夫である。

保護層としての好ましい材料は、絶縁体である非ドープ・ポリシリコンである。

パリレン被覆が、保護層として使用される時には、セル１０全体は、前に示した ように形成される。絶縁、分離のための保護層は、個々のセルが形成され、リム ２８を定位置に結合した後に、付加される。パリレンの拡散は、通路１６および ２４を通して、既知の方法で実現できる。このようにして、室２７の内面全体が 被覆され、パリレン被覆層によって保護されている。

完全に分離、絶縁されたセンサが提供される。すなわち、圧力媒体は、センサか ら隔離された回路にセンサ出力を結合させる電気的感知構成部品すなわち導体に 接触しない。

第４図は、ガラスまたはシリコンであることのできる基板層１５を例示している 。層２０および２６は、シリコンのような、類似の材料でできていることが好ま しい。その他の脆性材料が、これらの層として使用できる。第２図から分るよう に、偏向ダイヤフラム構成部分２２上での圧力差が、ダイヤフラムの偏向を生じ させており、結果的に、接点３２Ｂおよび３２Ｄに適当な励起電圧が印加された 時に、歪ゲージ抵抗体３０Ａ−３０Ｄの抵抗値の変動を生じさせることになる。

そのような抵抗値の変動は、接点パッド３２Ａおよび３０Ｃでの歪ゲージ抵抗体 によって形成されたブリッヂからの出力を発生させることになる。

接点パッドおよび接続配線は、圧力媒体から完全に分離されているので、その圧 力媒体の有害な悪影響は、腐食が非常に有害である接点パッドおよび接続配線に おいては避けられる。パッドおよび配線の絶縁、分離は、力／（−［２６のリム ２８によって示されているシリコンの比較的厚い層があり、このために、これら の接点パッドおよび配線から圧力媒体を封止する結合材料の実質的な表面領域が あることによってもたらされる。

保護層２９が接点パッド３２Ａ−３２Ｄの領域上に延びている場合には、この保 護層２９は、配線またはリード線３４Ａ−３４Ｃを接続するために、エツチング するかまたはすり減らすことができる。

さらに、差圧センサの圧力入口ポートは、平面取付は面３５に沿って同平面にな っている。表面３５は、ハウジングまたはその他の支持部１１に、層１５を支持 している。

圧力感知セル１０は、前述したようなウェーハの形のダイヤフラム層２１を持つ ことによって、バッチ処理で形成することができる。同様に、カバー２６もまた ウェーハの形であることができ、次に、その凹部をエツチングし、ホールを形成 し、抵抗体およびリードを付加し、保護層を付加する。

次に、それらをバッチ工程で結合して、多くのセルを一度に形成することができ る。層１５が、ガラス、シリコンまたは、その他の材料の層すなわちディスクと して付加され、リム２１が層１５上の定位置に結合される。

バッチ処理において、カバー２６を形成する層は、接点パッド３２Ａ−３２Ｄの すぐ上の材料が削除されるように構成される。カバー２６を形成する層は、接点 パッドを支持しているリム部分２１Ａに２つの層が結合しないように、エツチン グされた部分、または切り目を入れた部分を持っており、その場合、接点パッド 上のカバ一部片は、個々のセンサセルが分離された時に、容易に分離されること ができる。必要なホール（穴）は、製造工程中にエツチングまたはレーザ穴あけ 手法によって製造することができる。

本発明の変形例が、第５図および第６図に示されている。

第５図は、圧力感知セル４０の横断面図である。

圧力感知セル４０においても同様に、差圧が計測される。

第１のダイヤフラム層４１は、室４３をエツチングによって形成し、本発明の第 １の実施例の部分２１Ａに対応する、より幅広のリム部分４４Ａを含むリム４４ を残しておくことによって、その上に偏向ダイヤフラム構成部分４２を持つよう に形成されている。その結果、ダイヤフラム構成部分４２は、ダイヤフラム構成 部分を囲むリム４４によってエッチ支持されている。室４３の形状は、おおむね 長方形である。

ダイヤフラム層４１は、４５で示すように、その表面上に配置されている圧電抵 抗歪ゲージを持っており、これらは、すでに説明したように拡散によって形成さ れることができる。

表面４５はまた、結合配線４７が接続される接点パッド４６へ連らなる導体を支 持する。本発明のこの形態においては、第２の分離、密封ダイヤフラム層４８が 設けられている。層４８は表面４５に重なり、かつ、周辺にリム５１を残すよう に、空洞すなわち室５０をエツチングすることによって形成した非常に薄い中央 部層４９を持っている。

リム５１は、接点パッド４６が外部に露出している領域を残すために、構成部分 ４４Ａはど幅が厚くない構成部分５１Ａを持っている。リム５１Ａは、第１図に 示されたのと同様な方法で露出されている結合または接点パッドを残している。

リム構成部分４４Ａは、その中を貫通する通路５３を持っており、この通路は、 リム構成部分５１Ａに形成されている通路５４と整列されている。カバー構成部 分５５が、室５０を閉塞するように、第２ダイヤフラム層５１の上に形成されて いる。カバー構成部分５５は、その中央部に、非常に浅い凹部を持っており、そ の周辺でリム５１に結合され、密封されているリム５６を形成する。

リム５６は、通路５４をカバーしないように形成されている。したがって、通路 ５４は室５０内に開口部を持ち、通路５３および５４を通して供給された圧力Ｐ １が、第２ダイヤフラム層５１の薄いダイヤフラム４９の上部表面に（図示のよ うに）作用する。

リム４４の下部表面は、ガラスまたはシリコンから成る剛体の基板層６０に結合 している。前記基板層６０は、本発明のこの実施例では、第１のダイヤフラム層 ４１とは反対の側に、支持または取付はボス６１を形成するために、第１のダイ ヤフラム層４１に結合される前にエツチングされる。取付はボス６１は、ハウジ ング６３に支持されることのできる取付は表面６２を有している。取付は面６２ は、ハウジング６３から生じた応力を分離することができるように、ダイヤフラ ム層４１よりも小さい寸法になっている。

ハウジングまたは取付は構成部分６３内の応力は、ハウジング６３内の負荷や歪 によって、ダイヤフラム構成部分４２に応力（ストレス）を加え、誤出力を生じ させる傾向にある。

通路６５が、通路５３および５４と整列するように、ボス部分６１に形成されて おり、したがって、ハウジング６３を通って入力され、Ｐｌで示されている加圧 流体が室５０に導入され、ダイヤフラム構成部分４２の上側で、センサ素子の上 に位置している分離（アイソレーション）層４９上に作用する。

ボス６１はまた、ハウジング６３からの、圧力Ｐ２に加圧された流体源に開いて いる通路をも持っている。圧力Ｐ２は、閉じた室４３内で、ダイヤフラム構成部 分の下側に作用する。

同様にシリコンで作られた分離層４９は、表面４５上の抵抗体を含む歪ゲージ構 成部分が、分離層４９およびダイヤフラム構成部分４２の結合アセンブリの全中 立軸（ｓｔｒａｉｎ−ｎｅｕｔｒａｌ　ａｘｉｓ）上に位置しないように、ダイ ヤフラム部４２よりも実質的に薄くされていることに注意する必要がある。

ダイヤフラム層４１および分離層４９は、それらが一体となって偏向するように 、表面４５で、相互に完全にしっかりと融合されるか、または結合されるかして いる。室５０内の流体が接点パッド４６またはリード、またはボンド配線４７と 接触しないように、表面４５への結合がバリヤを形成しているので、層５１は圧 力媒体の分離層として作用する。

第６図には、基板層６０の外観および開口部６６の形状が示されており、図のよ うにエツチングされる。開口部６５は、レーザで開けた穴である。この図から、 ボス構成部分６１は、基板層６０の周辺または端縁部よりも実質的に小さく、そ のため、基板層６０に結合されているダイヤフラム層のりム４４は、主に、その 基板層のより薄い部分に支持されていることが明らかである。このことは、ハウ ジング６３の取付は表面から、感知ダイヤフラム構成部分４２への応力の伝達を 防ぐための、応力分離に役立っている。

第７図は、応力分離目的のために、基板層がボスによって形成されている意思外 は、第２図に示されているものと同様な、本発明の実施例を示している。

第７図の感知セルフ０は、前記の表面２５上に拡散された歪ゲージ抵抗体３０Ａ −３０Ｄを持った偏向ダイヤフラム部分２２を備えたダイヤフラム層２０（第２ 図と同様の）を含んでいる。リム２１は、偏向ダイヤフラム２５を支持している 。層２６は、ダイヤフラム構成部分のリム部分２１内の開口部２４を通して圧力 Ｐ１を供給する圧力媒体から、第７図の３２Ｂで示されている接点パッド、およ び３４Ｂで示されている配線を分離するために、表面２５に結合されたリム２８ を持っている。

しかしながら、この例においては、基板層１５が、薄い周辺部分または突出部７ ３、および支持ボス７４を持つ基板層７２で置換されている。ボス７４は、層７ ２の周辺部よりは小さく、第５図に示されているボスと類似している。ボス７４ は、通路２４と整列された通路７５を持ち、この通路７５は、ハウジング取付は 部７７内の通路７６を貫通して作用する、圧力源Ｐ１からの圧力を、分離層２６ によって形成された空洞２７へ提供するように導いている。

ボス７４はまた、ハウジング７７内の開口部７９と整列された圧力通路７８を持 っており、開口部７８および７９を通して加圧流体源から、偏向ダイヤフラム２ ２の下側の室２３へ、圧力Ｐ２を供給する。

本発明のこの実施形態においても、歪ゲージ抵抗体３０Ａ−３０Ｄ上に保護層を 設けることによって、前記と同様な分離の特徴を実現することができる。ボス７ ４は、第５図のボス６１と同様な方法で、応力分離を形成している。ダイヤフラ ムのリム２１は、この応力分離を実現するために、断面がより薄くされた基板層 ７２の部分７３に結合されている。

第８図は、８５で示されているもう・一つの変形圧力感知セルを示している。セ ル８５は２層のダイヤフラム・アセンブリ８６をもっている。アセンブリ８６の 層は、前の例と同じようにシリコンから作られている。感知ダイヤフラム層８７ は、中央偏向ダイヤフラム構成部分８９を取囲む周辺リム８８を持っている。第 ２の分離および密封層９０は、リム８７と実質的に重なり合った、すなわちこわ と整列されたリム部分９１および、より薄い中央部の偏向構成部分９２を持って いる。

本発明のこの実施形態においては、第２分離層９０は、偏向構成部分９２を形成 する室９２Ａを持っており、また偏向ダイヤフラム構成部分８９上の表面９４に 係合する表面を持つ一体構成の中央部ボス９３をも持っている。したがって、分 離層の偏向構成部分９２の上部表面９５上に作用する圧力は、偏向構成部分９２ だけでなく、ダイヤフラム構成部分８９にもまた偏向を生じさせる。偏向構成部 分の運動が、ボス９３によって他方の構成部分へ伝達される。ダイヤフラム構成 部分８９の下側表面に作用する圧ツノも同様に、偏向分離構成部分９２の偏向を 生じさせるであろう。

カバー構成部分９８が、分８Ｍの表面上に形成されている。

カバー９８は、閉塞された室９９を形成するように、その中に浅い凹部を持って いる。室９９は、分離層９０のリム９１の一部に形成されている圧力通路１００ を覆うような大きさである。通路１００は、ダイヤフラム層８７のリム８８の下 側部分のもう一つの通路１０１と整列されている。

図示しているように、ダイヤフラム層８７は、ハウジング１０５上に支持された 取付は表面を持っている。ハウジング１０５は、圧力源Ｐ１から連なる開口部１ ０６すなわち圧力通路を持っている。圧力通路１０６は、圧力Ｐ１が室９９に導 入され、ダイヤフラム層９０の表面９５上に作用するように、通路１０１および １００と整列されている。

ハウジング１０５は、さらに、ダイヤフラム層８７の感知ダイヤフラム構成部分 ８９の下側に形成された空洞に開いている圧力通路１０７を持っている。通路１ ０７は、圧力源Ｐ２に開いている。

ダイヤフラム８９の表面９４は、その上に配置された圧電抵抗歪ゲージ１１０を 持つと共に、リム部分８８上に取付けられた接点バッド１１１に接続される適当 な導電体を持っている。接点バッド１１１は、分離層９０のリム９１の外側にあ るので、その接点パッドは、分離層表面９５上に作用する圧力媒体Ｐ１から分離 、絶縁されている。適当な配線１１２が、結合または接点パッドに接続されてい る。電気的接続部は、媒体から完全に分離されている。

本発明のこの形態のもう一つの特徴は、第５図に示されていることと似ており、 圧電抵抗歪ゲージ１１０が、分離層９０などによって完全に媒体から分離されて おり、さらに、接点パッドおよび配線の電気的接続もまた、厚いリム９１の外側 にあることによって分離されている点である。

第１０図は、本発明のさらに別の変形例を示している。ここでは、第８図に示し たダイヤフラム層および分離層の配列を持った圧力感知セルがハウジング１０５ に直接ではなく、剛性の基板層に取り付けられている。同図では、ダイヤフラム 層、分離層、および力結合ボス９３は同じ符号で示されている。

この実施例において、リム８８の下側のダイヤフラム層８７、取付は表面１１５ は、ガラス、シリコン、または、その他の適当な材料から作られた、剛性材料基 板層１１６上に直接に取付けられている。基板［１１６は、ダイヤフラム層８７ 用のリム部分８８を支持する、より薄い端縁部分１１５があるように、基板層の 周辺よりも小さい大きさのボス部分１１７を持っている。

本発明のこの形態においては、ダイヤフラム層８７の表面が基板層１１６に結合 されている。基板層１１６はさらに、圧力Ｐ　用の通路１２１および圧力Ｐ２用 の通路１２２を持つハウジングまたは、支持部１２０上に取り付けられる。

通路１２１は、ボス構成部分１１７を通して延びている通路１２３と整列されて いる。通路１２３は、リム８８内の通路１０１と整列されており、またこれは、 通路１００を通して室９９へ通じている。

通路１２２は、ボス構成部分１１７の通路１２４と整列されており、偏向感知ダ イヤフラム構成部分８９の下側の室８９Ａに通じている。これは、感知ダイヤフ ラム構成部分８９に結合している偏向構成部分９２の表面９５に圧力Ｐ２を伝達 し、圧力Ｐ　および２２間の圧力差の関数として偏向を生じさせる。このように 、基板層１１６は、第５図に示されている基板槽６０と、その機能の面で類似し ている。

本発明のさらにもう一つの変形例を第１１図に示している。

これは、ダイヤフラム層がハウジングに直接取り付けられている意思外は、第２ 図に示されているものと類似している。

符号１２５で示している感知セルは、感知歪ゲージ抵抗体をカバーし、そして分 離層上に閉塞された室２７を形成するカバ一層すなわち構成部分２６と共に、ダ イヤフラム層２０を含んでいる。ダイヤフラム構成部分２０のリム部分２１の下 側の取付は表面１２６は、圧力Ｐ１用の圧力通路１２８および圧力Ｐ２用の圧力 通路１２９を持つハウジング１２７の表面に結合されるか、または直接に溶融さ れるかしている。

通路１２８は、リム２１内の開口部すなわち通路２４と整列されており、室２７ に通じている。また通路１２９は、偏向ダイヤフラム構成部分２２の下側に形成 された室２３へ通じている。

ここでも同様に、電気的な結合または接点バッド３２Ａ−Ｄおよび導体３４Ａ− Ｄは、分離リム２８によって、圧力Ｐ　から、および圧力Ｐ２から分離されてい る。保護（不動態）層が、第２図および４八図に関連して前に説明しているよう に、室２７において使用される。

第１２図は、本発明のさらに他の変形例を示しており、この場合においては、符 号１３５で全体的に示している圧力感知セルは、符号１３Ｂおよび１３７で、そ れぞれ示した二つの別々のハウジング部分の間に取り付けられる。本発明のこの 形式での圧力感知セル１３５もまた媒体分離を形成しており、感知層１３８を含 むダイヤフラムアセンブリー３４を含んでいる。前記感知層１３８は、室１３９ Ａを形成するために、ダイヤフラム構成部分１３９の周囲のリム１４０を備えた 、偏向感知ダイヤフラム構成部分１３９を持っている。

偏向ダイヤフラム構成部分１３９は、その表面上に配置された圧電抵抗体歪ゲー ジ１４１を持っている。電気導体は、リム部分１３８Ａ上で、結合または接点パ ッドに、歪ゲージ抵抗体から延びている。歪ゲージは、偏向ダイヤフラム構成部 分１３９の表面１４３上に配置されている。

アセンブリ１３４は第２の分離、封止層１４５を有し、この層１４５は、リム１ ４６および中央部の薄い偏向構成部分１４７を含んでいる。中間のガラス周辺リ ム１４９およびガラス製の中央ブロック１５０が、分離層１４５およびダイヤフ ラム層１３８の上部表面の両者に結合されている。周辺リム１４９および分離層 １４５は、圧力媒体から、拡散歪ゲージ抵抗体、結合または接点パッド、および 電気的接続部を分離するように形成されている。

中央ブｏ−７り１５０は、運動が、一つの偏向構成部分から他方へ伝達されるよ うに、偏向分離構成部分１４７およびダイヤフラム構成部分１３９に結合されて いる。リム１４９およびブロック１５０は、バッチ処理で使用される一枚のガラ ス板の一部であり、そのガラス板は、それが使用されない不要部分を除去された ものである。

アセンブリの１つの方法においては、分離層１４５が、ダイヤフラム層１３８上 に配置される前に、リム１４９およびブロック１５０を含むガラス層に結合され る。ガラス層は、分離層１４５に結合された後に、リム１４９および中央ブロッ ク１５０が、定位置に残るようにエツチングされることができる。

ハウジング１３６は、圧力源Ｐ１からダイヤフラム構成部分１３９の下側の室１ ３９Ａへ連通する圧力通路または開口部１５３を持っている。ハウジング１３７ は、感知歪ケージ１４１の反対側にある分離偏向構成部分１４７の１つの表面に 、圧力源からの圧力Ｐ２を伝達する圧力通路または開口部１５４を持っている。

電気的接続部分および歪ゲージ抵抗体は、圧力媒体から分離されている。

ガラスリム１４９および中央ブロック１５０の形状が第１３図に示されている。

偏向構成部分１４７およびダイヤフラム構成部分１３８は、それらが１ユニツト として偏向するように結合されている。その偏向は、１つのダイヤフラム構成部 分の分離された表面１４３に拡散形成された歪ゲージを使用することによって感 知される。

第１４図および１５図は、本発明のもう１つの別の変形例を示しており、圧力感 知セル１６０は、中央偏向ダイヤフラム構成部分１６３および周辺支持リム１６ ４を持つ第１のダイヤフラム層１６２を含むダイヤフラムアセンブリ１６１を備 えている。中央偏向ダイヤフラム構成部分１６３は、歪ゲージおよびリードが前 記のように配置されており、結合または接点パッド１６６がそれらの端縁近くに 取り付けられている表面１６５を持っている。

ダイヤフラムアセンブリー６１は、ダイヤフラム層１６２の偏向構成部分１６３ に重なり合って、これに結合されている非常に薄い中央偏向構成部分１７０、お よびリム１６９を持つ分離層１６８を含んでいる。偏向部分１７０は、圧力媒体 から感知歪ゲージを分離し、ダイヤフラム構成部分と共に偏向する。

ダイヤフラム層１６１のリム１６２の外側表面は、一方では基板層１７４に結合 される。前記基板層１７４は、リム１６４によって形成された室の中央部から分 岐した圧力通路１７５を備えている。偏向ダイヤフラム構成部分１６３は、基板 層１７４に面するように、その上に形成された過大圧停止構成部分１７６を持っ ていることが分るであろう。

センサセル１６０は、２つのハウジング部１８０および１８１の間に締付けて取 り付けられており、これらのハウジングは、圧力Ｐ　およびＰ２を伝達するため に、それぞれ通路１８２および１８３を持っている。適当な０リング１８４が、 基板層１７４に対するこれらの通路の開口部を封止するために使用されている。

０リング１８５は、ハウジング構成部１８１に対してリム１６８を封止するため に使用される。

ダイヤフラム部１７０はダイヤフラム部１６３とは実質的に異なった厚さである ので、ダイヤフラム構成部分１６３の表面上の歪ゲージは、分離層および感知ダ イヤフラム構成部分のアセンブリの中性軸上には位置しないようになっている。

歪ゲージは、したがって、ダイヤフラムアセンブリの偏向量を示す出力を提供す る。ダイヤフラムの偏向は、圧力Ｐ１およびＰ２の差によって生じる。

本発明のすべての実施形態において、感知ダイヤフラムに向けて非圧縮流体を順 々に移動させる中間分離ダイヤフラム無しで、ダイヤフラム上に圧力媒体が直接 に作用するように、電気的素子は固体材料層によって圧力媒体から分離されてい る。構造の簡略化が達成され、同時に圧力媒体からの分離も達成され、しかも、 バッチ製造技術が使用されることも可能にしている。

本発明を、好ましい実施例について記述しているが、通常の専門知識を有する者 が、本発明の精神と範囲からはずれずに、形状および詳細における変形を実現で きることは明らかである。

前述の好ましい実施例では、抵抗性歪ゲージセンサが示されているが、容量形セ ンサのようなその他の感知手段を、そのダイヤフラム上に配置することもできる 。二酸化チタンまたはその他の金属酸化物もまた不動態保護層として使用できる 。延性金属の箔もまた保護層として使用できる。

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Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．加圧流体に結合され、その圧力の出力表示を提供するための媒体分離形圧力 センサであって、 圧力に応答して偏向するダイヤフラムを取囲む固定リムを持ち、かつ偏向を感知 して出力を発生するようにダイヤフラムの第１の表面に配置された感知手段を持 ち、圧力を感知するように流体に結合されたダイヤフラム手段と、第一の表面上 に配置され、流体との接触から感知部を分離、絶縁するようにリムまで延びた分 離手段と、センサから離れた位置に、その出力を電気的に接続するために、感知 手段に結合された接続手段と、流体を含むようにリムに封止固定され、分離手段 に流体を結合し、かつ流体との接触から接続手段を分離するように、そこを貫通 する第１通路を持った室手段とを具備した媒体分離形圧力センサ。
2. ２．請求の範囲１のセンサにおいて、ダイヤフラム手段が脆性材料の層で形成さ れたもの。
3. ３．請求の範囲２のセンサにおいて、室手段が脆性材料の層で形成されたもの。
4. ４．請求の範囲３のセンサにおいて、接続手段は第１表面の一部分の上を感知手 段まで延びており、分離手段によって、流体との接触から分離されているもの。
5. ５．請求の範囲４のセンサにおいて、ダイヤフラムは第１表面の反対側に第２表 面を持っており、感知される圧力は、第１表面に結合された第１流体と第２表面 に結合された第２流体との間の差圧よりなるもの。
6. ６．請求の範囲５のセンサであって、さらに、脆性材料の層で形成された取付け 手段を含み、取付け手段は、リムに密封して結合された第１取付け表面および、 取付け表面にセンサを取付けるための、第１取付け表面から離れた第２取付け表 面を持っており、さらに、第２流体をダイヤフラムの第２表面に結合するように 、第１取付け表面から第２取付け表面へ延びた第２通路を持っているもの。
7. ７．請求の範囲５のセンサにおいて、リムが、室手段に第１流体を結合するよう に、接続手段から離れて貫通した第３の通路を持っているもの。
8. ８．請求の範囲６のセンサにおいて、リムが、そこを貫通する第３の通路を持っ ており、また取付け手段は、第２通路から離れてそこを貫通し、第１の流体を第 １の通路へ結合するように第３の通路に結合された第４の通路を持っているもの 。
9. ９．媒体分離形圧力センサであって、 向い合った表面を持った偏向ダイヤフラムと、偏向ダイヤフラムと一体に構成さ れ、偏向ダイヤフラムをその端縁で支持し、偏向ダイヤフラムの片側の外方に延 びているダイヤフラム・リムと、 偏向ダイヤフラムの偏向を感知するように、前記リムの反対側である第１の面上 の前記偏向ダイヤフラム上の感知手段であって、前記の片面は、前記リム上に延 びた表面を含んでおり、前記感知手段は、リムの一部に重なるように、前記表面 に沿って延びた電気的リード手段を含んでいる感知手段と、室内の圧力が、ダイ ヤフラムを偏向する傾向になるように、偏向膜の、少なくとも片側にそって位置 した室を規定する手段であって、前記の室はリムに近接した周辺に沿って密封さ れ、リムの上にそって延びた前記リード手段の部分は、前記リード手段の外側先 端が、規定された室から分離されるように、リード手段を持ったダイヤフラムの 側で、室を規定する手段の周囲を越えている室の規定手段と、前記感知手段の上 を覆ってこれを密封し、室からの圧力を受けるダイヤフラムの表面全体をカバー し、さらに室内の圧力に応答してダイヤフラムと共に偏向可能である分離密封層 を形成する手段とを具備した媒体分離形圧力センサ。
10. １０．請求の範囲９の圧力センサであって、さらに前記分離層が、その実質的な 部分において、ダイヤフラムの第１の面に結合されていることを特徴とするもの 。
11. １１．請求の範囲１０の圧力センサにおいて、前記分離層は、偏向ダイヤフラム から離れる方向に延びた第２の一体化リムを持っており、前記第２のリムが前記 室の一部を規定しているもの。
12. １２．請求の範囲１１の圧力センサにおいて、別のハウジング構成部材が、最初 に述べた室および第２の室を形成するように、第２のリムおよびダイヤフラムリ ムの外側端縁と密封係合し、前記のハウジング構成部材は、加圧流体を室内へ導 く部分を含んでいるもの。